JP2022016380A - 駆動装置のエンコーダシステム - Google Patents

Abstract

【課題】省スペースで構成され、低い慣性モーメント、高い精度を有し、は簡単な組立てを可能にするエンコーダシステムを実現する。【解決手段】駆動装置のエンコーダシステム１であって、エンコーダシステム１の固定部分１３に配置されたウィーガンドセンサ２３、及び前記エンコーダシステム１の回転部分１５上の回転方向５における異なる位置に配置された少なくとも２つの磁石対を有し、前記磁石対が、それぞれ第１磁石３５及び第２磁石３７を備える回転カウンターと、前記固定部分１３に配置された磁場センサ４３、及び前記回転部分１５に配置された磁気ストリップ４７を有する位置エンコーダと、を備え、前記磁石対のそれぞれについて、第１の方向において前記第１磁石３５、前記位置エンコーダの前記磁気ストリップ４７、及び前記第２磁石３７が、この順に、前記回転部分１５上に配置された、エンコーダシステム１。【選択図】図１

Description

本開示は、駆動装置のエンコーダシステム、及び電気モータに関する。

先行技術において、磁気回転カウンター（マルチターンエンコーダ）と磁気位置エンコーダ（シングルターンエンコーダ）を含むエンコーダシステムが知られている。回転カウンターは、通常、モータのシャフトの回転数をカウントするよう規定されている。位置エンコーダは、通常、シャフトの角度位置を決定する。回転カウンター及び位置エンコーダの磁気回路並びに磁気センサは、それぞれ、他のエンコーダの磁場の歪みを回避するために、しばしば相互に空間的に隔離されている。

しかしながら、先行技術において知られているエンコーダシステムは大きな設置スペースを必要とし、大きな径若しくは高い慣性モーメントを有し、精度が低く、又はシャフトの端部にのみ設けられている。

本開示の目的は、従来技術に比べて改良された駆動装置のエンコーダシステム、及び電気モータを規定することである。具体的には、特定の省スペース方式で構成又は設置されるか、低い慣性モーメント、高い精度を有するか、又は簡単な製造若しくは組立てを可能にするエンコーダシステムが規定される。

この目的は、請求項１に係る駆動装置のエンコーダシステム、並びに対応請求項に係るエンコーダシステム及び電気モータによって達成される。

一態様によれば、駆動装置のエンコーダシステムであって、エンコーダシステムの固定部分に配置されたウィーガンドセンサ、及びエンコーダシステムの回転部分上の回転方向における異なる位置に配置された少なくとも２つの磁石対を有し、磁石対が、それぞれ第１磁石及び第２磁石を備える回転カウンターと、固定部分に配置された磁場センサ、及び回転部分に配置された磁気ストリップを有する位置エンコーダと、を備え、磁石対のそれぞれについて、第１の方向において第１磁石、位置エンコーダの磁気ストリップ、及び第２磁石が、この順に、回転部分上に配置された、エンコーダシステムが規定される。

更なる態様によれば、実施形態に係るシャフト及びエンコーダシステムを有する電気モータが規定される。

更なる態様は、駆動装置のエンコーダシステムであって、エンコーダシステムの第１のセンサ基板上に配置される第１のセンサを有する回転カウンターと、エンコーダシステムの第２のセンサボード上に配置される第２のセンサを有する位置エンコーダと、ドライブの筐体に接続するために指定されるマザーボードとを備え、第１のセンサボード及び第２のセンサボードがマザーボードに直接接続された、エンコーダシステムに関する。

エンコーダシステムの典型的な実施形態は、駆動装置、特に電気機械、例えば電気モータ又はギアボックスとして規定される。

典型的な実施形態では、エンコーダシステムは、回転カウンター及び位置エンコーダを備える。典型的な実施形態では、回転カウンター及び位置エンコーダは、それぞれ、磁気測定原理に基づいている。回転カウンターは、具体的には、磁気回転カウンターとして具現化される。回転カウンターは、典型的には、駆動装置のシャフトの回転数をカウントするために規定される。ここで、「回転」とは、例えば、全回転、半回転、４分の１回転、又は８分の１回転であると理解されるべきである。回転カウンターは、特定の回転方向に回転数をカウントするよう規定されていてもよい。

回転カウンターは、典型的には、ウィーガンドセンサ（Ｗｉｅｇａｎｄセンサ）を含む。パルスワイヤセンサとも呼ばれるウィーガンドセンサは、典型的には、ウィーガンドワイヤ（Ｗｉｅｇａｎｄワイヤ）及びウィーガンドコイル（Ｗｉｅｇａｎｄコイル）を備える。ウィーガンドコイルは、例えば、ウィーガンドワイヤの周囲に配置することができる。ウィーガンドワイヤは、典型的には、平行に、軟磁性の領域と、硬磁性の領域とを有する。ウィーガンドワイヤは、具体的には、ほとんどの場合、２つの顕著な反転点を有するヒステリシス曲線を有する。具体的には、ウィーガンドワイヤの中又はその周辺の磁場が変化すると、一般にウィーガンド効果（Ｗｉｅｇａｎｄ効果）として知られる一種の巨視的バルクハウゼン効果（Ｂａｒｋｈａｕｓｅｎ効果）が生じる。ウィーガンドワイヤの磁化の急激な変化は、ウィーガンドコイルに電圧パルスを誘起させることができ、その大きさ及び形状は、外部磁場がどれくらい速く変化するかの関数とはならない。ウィーガンドセンサは、典型的には、電圧下でのエンコーダシステムの状態、又は電圧のない中でのエンコーダシステムの状態、具体的には、電圧下の状態又は電圧のない中での状態におけるシャフトの回転数をカウントするために規定される。駆動装置のシャフトが回転すると、回転自在に固定された様式でシャフトに接続された磁石、又は磁石対は、固定された様式で固定されたウィーガンドセンサ上に可変磁場を発生させることができる。例えば、生成される電圧パルスは、シャフトの少なくとも部分的な回転、特に回転の半分、回転の４分の１、又は回転の８分の１を示す。実施形態において、電圧パルスは、不揮発性メモリ内に回転を記憶するために使用することができる。

典型的な実施形態では、ウィーガンドセンサがエンコーダシステムの固定部分に配置される。エンコーダシステムの固定部分は、典型的には、駆動装置の筐体に回転自在に固定された様式で接続するよう規定されるか、又は筐体に回転自在に固定された様式で接続される。固定部分は、具体的には、駆動装置のシャフトと連動して回転しない。例えば、ウィーガンドセンサは、エンコーダシステムの第１のセンサボードの上部又は上に配置することができる。

回転カウンターは、典型的には、少なくとも２つの磁石対を含む。磁石対は、典型的にはエンコーダシステムの回転部分に配置される。エンコーダシステムの回転部分は、典型的には、駆動装置のシャフトに回転自在に固定された様式で接続するよう規定されるか、又はシャフトに回転自在に固定された様式で接続される。エンコーダシステムの回転部分は、典型的には、エンコーダシステムの回転軸を中心として回転可能である。回転軸は、具体的には、少なくとも実質的に駆動装置のシャフトの軸に対応していてもよい。

典型的な実施形態では、回転方向内の少なくとも２つの磁石対が異なった位置に配置される。例えば、２つの磁石対を互いに対向して配置することができる。回転カウンターは、典型的には２つ、４つ、又は８つの磁石対を備える。具体的には、磁石対は、回転方向内に均一に配置することができ、又は回転方向内において等距離の位置に配置することができる。

典型的な実施形態では、磁石対が、それぞれ第１磁石及び第２磁石を備える。回転方向内において、磁石対の第１磁石及び磁石対の第２磁石は、典型的には、少なくとも実質的に同じ位置になるように配置される。第１磁石の第１の磁気双極子モーメントは、典型的には、第２磁石の第２の磁気双極子モーメントに対して、少なくとも実質的に反平行になるように整列される。更なる実施形態では、第１磁石及び第２磁石の双極子モーメントが第１の磁束線を伴う磁気回路を生成するように、他の角度位置で整列させることができる。

第１の磁気双極子モーメント及び第２の磁気双極子モーメントは、通常、第１磁石と第２磁石との間の接続軸に対して少なくとも実質的に垂直になるように整列される。ここで、少なくとも実質的に垂直、少なくとも実質的に平行、少なくとも実質的に逆平行とは、具体的には、正確に垂直、平行、若しくは逆平行の整列、又は正確に垂直、平行、若しくは逆平行の整列から最大１５°、特に最大１０°、若しくは最大５°の変位内であると理解されるべきである。

回転方向内の第１磁石及び第２磁石は、典型的には、極性が交互となるように配置される。シャフトの回転により、ウィーガンドセンサの位置において、磁石対は、具体的に、交互となる様式で対向する磁場を発生させる。第１磁石及び第２磁石は、典型的には永久磁石、具体的には、高エネルギー密度及び残留磁束密度を有する永久磁石、例えばネオジム、特にネオジム鉄ホウ素磁石を含む磁石である。第１磁石及び第２磁石は、典型的には、ブロック磁石として具現化される。

典型的なエンコーダシステムは、位置エンコーダ、特に磁気位置エンコーダを含む。位置エンコーダは、典型的には、シャフトの絶対位置、例えばシャフトの角度アライメントを決定するよう規定される。位置エンコーダは、典型的には磁場センサを備える。磁場センサは典型的にはエンコーダシステムの固定部分上、例えば、エンコーダシステムの第２のセンサボード上に配置される。典型的な実施形態では、磁場センサがホールセンサ（Ｈａｌｌセンサ）として、又は例えば、４つのホールセンサ若しくは８つのホールセンサを有するホールセンサアレイとして、又は任意の他の個数のホールセンサとして、又はセンサコイルとして、又はＭＲ（磁気抵抗）センサとして、又はＧＭＲ（巨大磁気抵抗）センサとして、又はＧＲＭセンサアレイとして具現化される。

典型的な実施形態では、位置エンコーダは磁気ストリップを含む。磁気ストリップは、典型的にはシャフトの周り又はエンコーダシステムの回転部分の周りを取り囲むように具現化される。磁気ストリップと磁場センサとの間の空隙は、典型的には、最大１ｍｍ、特に最大０．７ｍｍ、若しくは最大０．５ｍｍ、又は、少なくとも０．１ｍｍ、特に少なくとも０．２ｍｍである。磁気ストリップと磁場センサとの間のわずかな空隙は、磁場センサによる磁気ストリップの磁場の、特に正確な決定を可能にすることができる。

典型的な実施形態では、磁気ストリップが少なくとも２つの磁気トラック、例えば、正確に２つ又は正確に３つの磁気トラックを含む。回転方向内の磁気トラックは、典型的にはそれぞれのケースにおいて、極性が交互である磁気部分を有する。磁気トラックは、典型的には弱い磁化を有するように磁化される。例えば、磁気トラックの磁性部分は、フェライト、特に硬質フェライト、又はフェライトで構成することができる。

回転方向内の磁気ストリップは、典型的にはコード、特に磁気コードを有する。コードは、典型的にはスケールの磁気的実施形態、具体的にはシャフトの絶対位置を決定するのに適している。磁気ストリップ、具体的には少なくとも２つの磁気トラックは、例えば、ノニウスコード（Ｎｏｎｉｕｓコード）（バーニアコード（Ｖｅｒｎｉｅｒコード））、又はグレイコード（Ｇｒａｙコード）を有することができる。例えば、磁気ストリップは、ノニウス（Ｎｏｎｉｕｓ）の原則に従って分割された２つの磁気トラックを有することができる。例えば、磁気ストリップは、極の対の数に関して１だけ異なる部分を有する２つの磁気トラックを有することができる。例えば、第１の磁気トラックは６３対の極を有してもよく、第２の磁気トラックは６４対の極を有していてもよい。シャフトの絶対位置又は角度位置は、典型的には、それぞれの磁気トラック上で測定された磁場の不明瞭な位相関係に基づく、アルゴリズム、例えばノニウスアルゴリズム（Ｎｏｎｉｕｓアルゴリズム）によって決定される。他の実施形態では、磁気ストリップが３つ以上のトラックを有することができる。

典型的な実施形態では、各磁石対において、第１の方向において、第１磁石、位置エンコーダの磁気ストリップ、及び第２磁石が、回転部分上に、この順に配置される。具体的には、第１の方向において、磁気ストリップは、磁石対の第１磁石と磁石対の第２磁石との間に配置される。例えば、各磁性対に対する第１の方向は、第１磁石と第２磁石との間を繋ぐ軸の方向に向けることができる。第１の方向は、典型的には、軸方向又は半径方向となるように配向される。第１磁石と第２磁石との間の磁気ストリップの処理は、具体的には、エンコーダシステムを特にコンパクトな様式で作製することができるという利点をもたらすことができる。

典型的な実施形態では、エンコーダシステムが少なくとも１つの第１の放電要素を含み、第１の放電要素は磁気伝導性材料からなり、第１磁石と磁気ストリップとの間、又は第２磁石と磁気ストリップとの間にそれぞれ配置される。具体的には、第１の方向において、磁石対のそれぞれにおける少なくとも１つの第１の放電要素は、第１磁石と磁気ストリップとの間、又は第２磁石と磁気ストリップとの間に配置される。具体的には、各磁石対における２つの第１の放電要素は、第１の方向において、第１磁石と磁気ストリップとの間、及び第２磁石と磁気ストリップとの間に配置される。

少なくとも１つの第１の放電要素は、典型的には、回転部分上に配置される。例えば、回転方向内の第１の放電要素は、それぞれ、磁石対の位置に配置されていてもよい。具体的には、第１の放電要素は、いずれの場合にも、同じように具現化されるか、又はいずれの場合にも、磁石対に関して同じように配置することができる。更なる典型的な実施形態では、少なくとも１つの第１の放電要素がエンコーダシステムの回転部分の周りを取り囲むように配置される。少なくとも１つの第１の放電要素は、典型的には、少なくとも実質的に環の形状になるように、又はディスクとして構成することができる。少なくとも１つの第１放電要素は、具体的には、エンコーダシステムの回転軸と同軸となるように配置することができる。

少なくとも１つの第１放電要素は、典型的には、磁気伝導性材料を含むか、又は磁気伝導性材料から構成される。ここでの磁気伝導性材料は、特に強磁性材料又はフェリ磁性材料であると理解されるべきである。各磁石対における少なくとも１つの第１の放電要素は、典型的には、第１磁石又は第２磁石の迷磁場を放出するために規定される。例えば、少なくとも１つの第１の放電要素は、第２の方向に迷磁場を放出するよう規定され、第２の方向は第１の方向に対して少なくとも実質的に垂直になるように整列される。少なくとも１つの第１の放電要素は、具体的には、磁気ストリップの位置又は磁場センサの位置で迷磁場が低減されるように、迷磁場を放出するよう規定される。

典型的な実施形態では、エンコーダシステムが磁気伝導性材料からなり、固定部分上に配置された第２の放電要素を含む。位置エンコーダの磁場センサは、第１の方向に対して少なくとも実質的に垂直となるように整列される第２の方向において、典型的には、磁気ストリップと第２の放電要素との間に配置される。第２の方向は、具体的には、磁場センサを通って回転軸に沿って延びる断面内に存在する。第２の放電要素は、典型的には、ブロックとして、又はプレートとして具現化される。実施形態において、第２の放電要素は、例えば軟磁性のフェライトのようなフェライトを含むか、又はそのようなフェライトから構成される。第２の放電要素は、第２のセンサボード上に配置することができる。実施形態において、第２の放電要素は、第２のセンサボードに接続される。例えば、第２の放電要素は、第２のセンサボードに接着剤で接合又はハンダ付けすることができる。

典型的な実施形態では、第１の方向において、第２の放電要素は少なくとも磁気ストリップの領域にわたって、具体的には少なくとも２つの第１の放電要素の間の領域にわたって、延在する。第１の方向が軸方向となるように整列される場合には、当該説明における「領域」とは、具体的には、軸方向領域であると理解されるべきであり；第１の方向が半径方向となるように整列される場合には、具体的には、半径方向領域であると理解されるべきである。第２の放電要素は、典型的には、位置エンコーダの磁場センサの周りに、具体的には、少なくとも第１の方向と実質的に平行に、迷磁場が配向されるよう規定される。

回転部分は、典型的には、磁気伝導性材料のキャリアを含み、磁気ストリップ、及び少なくとも２つの磁石対がキャリア上に配置される。キャリアは、典型的には、磁場センサ又は磁気ストリップの周りに、具体的には、第１の方向に少なくとも実質的に平行に、迷磁場が配向されるよう規定される。実施形態において、磁気ストリップキャリアは、磁気ストリップとキャリアとの間に配置される。磁気ストリップキャリアは、磁気伝導性材料で構成することができる。

典型的な実施形態では、位置エンコーダの磁場センサは、エンコーダシステムのシールドシステムによって、干渉磁場から遮蔽される。シールドシステムは、典型的には、少なくとも１つの第１の放電要素、第２の放電要素、及びキャリアを含む群のうちの少なくとも１つを備える。例えば、シールドシステムは、少なくとも、磁石対の第１磁石と磁気ストリップとの間に１つの第１の放電要素を、磁石対の第２磁石と磁気ストリップとの間に第２の放電要素を、及びキャリアを、それぞれ備える。例えば、シールドシステムは、位置エンコーダの弱磁性回路と、回転カウンターの強磁性回路と、がインターレースするよう規定することができる。位置エンコーダの磁場センサに関する干渉磁場は、具体的には放出させることができる。干渉磁場は、具体的には、磁石対又は外部干渉磁場の迷磁場が含まれ得る。外部干渉磁場は、例えば、駆動装置、具体的には電気モータの動作から、又は外部電磁放射から発せられることがある。本実施形態に係る磁場センサの遮蔽は、シャフトの絶対位置を高精度で決定できるという利点を有することができる。特に、エンコーダシステムの構造容積が小さいながら、高精度を達成することができる。

磁石対の第１磁石又は磁石対の第２磁石の第２の残留磁気誘導に対する、磁気ストリップの第１の残留磁気誘導の比は、典型的には、少なくとも１：１５、特に少なくとも１：１０、若しくは少なくとも１：８、又は、多くとも１：２、特に多くとも１：３、若しくは多くとも１：４である。この比は、具体的には、１：１０から１：３の間であり得る。例えば、磁気ストリップの第１の残留磁気誘導は、０．１Ｔ～０．４Ｔとすることができる。第１磁石又は第２磁石の第２の残留磁気誘導は、例えば、０．８Ｔ～１．５Ｔとすることができる。

典型的な実施形態では、ウィーガンドセンサ及び回転方向内の磁場センサが、回転部分の回転軸を中心として互いにオフセットされるように配置される。ウィーガンドセンサ及び磁場センサは、典型的には、回転方向内で隣り合う２つの磁石対の間の角度間隔の少なくとも半分だけ互いにオフセットされるように配置される。例えば、８対つ磁石対を有する実施形態において、ウィーガンドセンサ及び磁場センサは、少なくとも２２．５°だけ互いにオフセットされるように配置され、このオフセットは、４つの磁石対の場合には、少なくとも４５°である。磁場センサ上の第２の放電要素によるウィーガンドセンサの位置における磁石対の磁場の激しい歪みは、例えば、回転方向内の最小限のオフセットによって回避することができる。

典型的な実施形態では、第１の方向は、軸方向となるように整列される。各磁石対において、第１磁石、磁気ストリップ、及び第２磁石は、具体的には、軸方向において、回転部分上にこの順に配置される。各磁石対において、第１磁石、及び第２磁石は、典型的には、回転軸を含む１つの平面内にあるように配置される。軸方向において、第１磁石及び第２磁石は、典型的には、互いにオフセットされるように配置される。軸方向の形態は、例えば、エンコーダシステムを特に短い径で設置することができる、又はシャフトの軸方向の変位が発生した場合にエンコーダシステムが破壊されないという利点を有することができる。

典型的な実施形態では、各磁石対における少なくとも１つの第１の放電要素は、軸方向において第１磁石と磁気ストリップとの間に、又は軸方向において第２磁石と磁気ストリップとの間に配置される。典型的な実施形態では、第２の放電要素が磁場センサの半径方向外側となるように配置される。典型的な実施形態では、半径方向において、第２の放電要素が、磁場センサ、具体的には固定部分よりも更に外側となるように配置される。例えば、半径方向内側から半径方向外側への順序は、磁気ストリップ、磁場センサ、第２の放電要素である。ここで言う「半径方向」、「接線方向」、「軸方向」という用語は、典型的には、回転軸に関するものである。

典型的な実施形態では、キャリアがスリーブとして具現化され、スリーブは駆動装置のシャフトに回転自在に固定された様式で接続されるよう規定される。半径方向において、スリーブは、典型的には、少なくとも部分的に磁石対の内側に、又は磁気ストリップの内側にあるように配置される。半径方向において、スリーブは、典型的には、少なくとも部分的に磁石対の内側にあり、かつ磁気ストリップの内側にあるように配置される。

典型的な実施形態では、スリーブは１つの部材として具現化される。他の実施形態では、スリーブが２つの部材として具体化される。具体的には、第１の放電要素、磁石対の磁石、及び磁気ストリップのトラックを含む群の少なくとも１つ又は全ての要素は、それぞれスリーブの両部材に配置することができる。

エンコーダシステムの更なる典型的な実施形態では、第１の方向が、半径方向となるように整列される。各磁石対において、半径方向における第１磁石と第２磁石とが互いにオフセットされるように配置されている。半径方向において、各磁石対における磁気ストリップは、具体的には、第１磁石と第２磁石との間に配置される。半径方向の実施形態は、具体的には、軸方向における特に平坦である構成態様を可能とすることができる。

典型的な実施形態では、各磁石対における少なくとも１つの第１の放電要素は、半径方向において第１磁石と磁気ストリップとの間に、又は第２磁石と磁気ストリップとの間に配置される。典型的な実施形態では、第２の放電要素、磁場センサ、及び磁気ストリップは、軸方向において、この順に配置される。

典型的な実施形態では、キャリアは、ディスクとして具現化され、当該ディスクはシャフトに回転自在に固定された様式で接続されるよう規定される。ディスクは、典型的には、エンコーダシステムの回転軸と同軸となるように配置される。

典型的な実施形態は、本実施形態に係るシャフト及びエンコーダシステムを有する電気モータを含む。エンコーダシステムの固定部分は、典型的には、電気モータの筐体に回転自在に固定された様式で接続される。エンコーダシステムの回転部分は、典型的には、回転自在に固定された様式で電気モータのシャフトに接続される。電気モータのシャフトは、更なる永久磁石、例えば電気モータのローターの更なる永久磁石を備えていてもよい。

典型的な実施形態では、電気モータのシャフトが中空のシャフトとして、具体的には連続中空のシャフトとして具体化される。中空のシャフトは、例えば、省スペースとなるよう、ケーブルを中空のシャフト内を通して配線することができるという利点を提供することができる。更なる典型的な実施形態では、シャフトは中実のシャフトとして具現化される。

ここで説明する典型的なエンコーダシステムと具体的に組み合わせることができる典型的な実施形態は、回転カウンターを有するエンコーダシステムに関する。回転カウンターは、第１のセンサを備え、当該第１のセンサはエンコーダシステムの第１のセンサボード上に配置される。第１のセンサは、典型的には、磁気センサ、例えばウィーガンドセンサである。ウィーガンドセンサは、例えばＳＭＤ構成要素として具現化することができる。エンコーダシステムは、典型的には、第２のセンサを有する位置エンコーダを備え、当該第２のセンサはエンコーダシステムの第２のセンサボード上に配置される。第２のセンサは、典型的には、磁気センサであり、例えば本実施形態に係る磁場センサである。第２のセンサボードは、更なる電気補助部品、例えば、抵抗器、コンデンサ、又はメモリチップを保持することができる。第２のセンサボードは、具体的には、本実施形態に係る第２の放電要素を保持することができる。第２の放電要素は、典型的には、例えばハンダ付けにより、又は接着接合により、第２のセンサボードに接続される。

典型的なエンコーダシステムは、駆動装置の筐体に接続されるよう規定されたマザーボードを備える。実施形態において、マザーボードは、マザーボード上の導体トラックにより、第１のセンサボードと第２のセンサボードとの間の電気的接続を提供する。マザーボードは、典型的には、種々の電気コンポーネント、例えば、電気保護回路又は電圧調整器を備える。典型的な実施形態では、マザーボードは、エンコーダシステムに電力を供給するための、又はマザーボードとエンコーダシステムの電子評価装置との間の通信のための、電気的インターフェース、例えばボードプラグを提供する。

第１のセンサボード及び第２のセンサボードは、典型的には、マザーボードに直接接続される。第１のセンサボード及び第２のセンサボードは、具体的には、マザーボードから非破壊的な様式で解放可能ではない。第１のセンサボード又は第２のセンサボードは、例えば、プラグ接続、接着接続、又はハンダ付け接続によって、マザーボードに接続させることができる。第１のセンサボードとマザーボードとの間、又は第２のセンサボードとマザーボードとの間の電気的接続は、ハンダ付け接続、又はケーブル接続によって提供することができる。更なる実施形態では、第１のセンサボード、第２のセンサボード、及びマザーボードは、リジッド／フレキシブル回路ボードとして具現化することができる。

典型的な実施形態では、第１のセンサボード又は第２のセンサボード、具体的にはそのいずれもが、具体的には少なくとも実質的に軸方向となるように、かつ、具体的には各センサの１点において少なくとも実質的に軸方向が接線方向となり、エンコーダシステムの回転軸において少なくとも実質的に接線方向となるように、整列される。マザーボードは、典型的には、少なくとも回転軸に対して実質的に垂直になるように整列される。「少なくとも実質的に」とは、具体的には、正確に軸方向、接線方向、又は半径方向における整列から、最大２０°、特に最大１０°、又は最大５°の変位であると理解されるべきである。典型的な実施形態では、第１のセンサボード又は第２のセンサボード、具体的にはそのいずれもは、マザーボードに対して少なくとも実質的に垂直になるように整列される。

従来技術と比較して、エンコーダシステムの典型的な実施形態は、具体的には、コンパクトな構成様式が提供されるという利点を提供することができる。具体的には、実施形態は、短径又は短い軸方向厚さを有することができる。さらに、実施形態は、絶対位置を高い精度で決定することができるという利点を提供することができる。典型的な実施形態の更なる利点は、干渉磁場に対して、具体的には、回転カウンターの迷磁場、又は外部干渉磁場に対して、磁場センサが遮蔽されることであり得る。

本発明の好ましい実施形態の更なる利点及び特徴は、添付の図面を用いて以下に説明される。
典型的なエンコーダシステムの模式的断面図を示す。 典型的なエンコーダシステムの模式的断面図であり、図１の断面Ａを具体的に示す断面図である。 典型的なエンコーダシステムの模式的断面図であり、図１の断面Ｂを具体的に示す断面図である。 更なる典型的なエンコーダシステムの模式的断面図を示す。

以下、図面を用いて典型的な実施形態について説明するが、本発明はそれら例示的な実施形態に限定されず、本発明の範囲はむしろ特許請求の範囲によって決定される。

図面の説明において、同一の又は相当する部分には同一の符号が付されている。他の図で既に説明された特徴は、明確化のために再度説明されない場合がある。

図１は、典型的なエンコーダシステム１の模式的断面図であって、エンコーダシステム１の回転軸３に沿った模式的断面図を示す。エンコーダシステム１は、固定部分１３と回転部分１５とを備える。固定部分１３は、回転自在に固定される様式で、駆動装置の筐体に接続するよう規定される。回転部分１５は、駆動装置のシャフト１１に接続されている。シャフト１１及び回転部分１５は、回転軸３を中心に回転自在である。図１～図４に図示の実施形態は、エンコーダシステムの第１の方向が軸方向となるように整列されたエンコーダシステムの具体的な実施形態である。

エンコーダシステム１は、特に図１及び図２を用いて、以下に説明される回転カウンターを備える。図２は、図１の断面Ａを具体的に示す図である。
図２において、回転カウンターは、全体として、符号２１で示されている。回転カウンターは、固定部分１３上、特に第１のセンサボード２９上に配置されるウィーガンドセンサ２３を備える。ウィーガンドセンサ２３は、ウィーガンドワイヤ２５及びウィーガンドコイル２７を備える。ウィーガンドコイル２７は、ウィーガンドワイヤ２５の周囲に倦回されている。

回転カウンターは、回転部分１５上に配置された磁石対を備える。磁石対は、特に、エンコーダシステム１のキャリア５５上に配置されており、図１のキャリア５５は、スリーブとして例示的な方法で具現化される。キャリア５５は、磁気伝導性材料、特に強磁性材料から製造される。図１及び図２の例示的な実施形態では、４つの磁石対が回転部分１５上に配置されている。磁石対は、特に、図１及び図２において、磁場センサ４３に近い位置に配置された第１の磁石対３２と、ウィーガンドセンサ２３に近い位置に配置された第２の磁石対３３と、更に２つの磁石対３４と、を備えており、後者は、第１の磁石対３２及び第２の磁石対３３の間で、それぞれの場合において互いに対向するように配置されている（図２）。磁石対は、回転方向５内で隣り合う磁石対の間に９０°の角度間隔を有し、回転方向５内で均一に分布するように配置されている。

磁石対は、それぞれ、第１磁石３５と、第２磁石３７と、を備える。各磁石対において、第１磁石３５及び第２磁石３７は、反平行磁気双極子モーメントを有する。回転方向５内の磁石対は、交互の極性を有している。図２に示すように、例えば、回転方向５内の第１磁石３５は、交互の極性を有している。
具体的には、第１磁石３５は、回転方向５内の第１磁石３５が、Ｎ極又はＳ極が交互に半径方向外側に向けられるように整列されている。回転方向５内の第２磁石３７も、交互の極性を有する。

各磁石対において、第１磁石３５及び第２磁石３７は、第１の磁束線３９を有する磁気回路を形成する。ウィーガンドセンサ２３の位置に向かって磁石対を回転させる際に磁石対によって生成される磁気回路は、ウィーガンドワイヤ２５の極性を反転させるのに適している。ウィーガンドワイヤ２５の極性の反転は、ウィーガンドコイル２７に電圧パルスを誘起することができる。電圧パルスは、例えば、図１において４分の１回転を検出するよう、回転をカウントするためのカウント信号として用いることができる。電圧のないエンコーダシステムの状態では、電圧パルスは、更に、エンコーダシステム１の不揮発性メモリに計数信号又は計数結果を記憶するための役割を、果たすことができる。

エンコーダシステム１は、特に図１及び図３に図示されているように、位置エンコーダを備える。図３は、図１の断面Ｂを具体的に示す図である。
図３において、位置エンコーダは、全体として、符号４１で示されている。位置エンコーダは、磁場センサ４３、例えばホールセンサアレイを備える。磁場センサ４３は、エンコーダシステム１の固定部分１３上、特にエンコーダシステム１の第２のセンサボード４５上に配置される。磁場センサ４３は、ウィーガンドセンサ２３に対して回転方向５において１８０°ずれるように配置されるように図示されている。

更なる実施形態では、磁場センサが回転方向内に１８０°未満で配置される。

位置エンコーダは、回転部分１５上に配置された磁気ストリップ４７を備える。磁気ストリップ４７は、具体的には、磁気ストリップキャリア４９上に配置される。磁気ストリップキャリア４９は、キャリア５５に回転自在に固定され、軸方向において同軸となるように接続される。図１及び図３において、磁気ストリップ４７は、ノニウス（Ｎｏｎｉｕｓ）コード（バーニア（Ｖｅｒｎｉｅｒ）コード）を有する２つの磁気トラックを有する。交互の極性の部分を有する磁気トラックは、具体的には、図３の断面図に示されている。図３の例示的な実施形態では、磁気トラックが、例えば、６３対の極を有するが、簡略化のため、より少ない数が図示されている。
図示されない他の磁気トラックは、例えば６４対の極を有する。磁場センサ４３は磁気ストリップ４７の磁界、例えば、図１及び図３に模式的に図示されている磁気ストリップ４７の２つの磁気トラックの第２の磁束線５７を測定するよう規定される。

位置エンコーダは、典型的には、磁場センサの磁場測定に基づいて、それぞれ１つの位相の磁気トラックについて決定するように、ノニウスコードを有する磁気ストリップを備えている。位相は、例えば、磁場センサに近い、又は磁場センサに隣接する磁気ストリップの極の角度位置を示す。ノニウス（Ｎｏｎｉｕｓ）原理による磁気トラックの異種部により、磁気ストリップの位相間には不明瞭な位相関係があり、そこから磁気トラックの位相に基づいてシャフトの絶対位置を計算することができる。更なる実施形態では、絶対位置は、磁気ストリップのグレイ（Ｇｒａｙ）コードに基づいて計算することができる。

図１の各磁石対において、第１磁石３５、磁気ストリップ４７、及び第２磁石３７が、第１の方向である、図１における軸方向に、この順序で配置される。
各磁石対における磁気ストリップ４７は、軸方向において、具体的には第１磁石３５と第２磁石３７との間に配置される。

第１の放電要素５１は、第１磁石３５と磁気ストリップ４７との間、及び第２磁石３７と磁気ストリップ４７との間となるように、回転部分１５上にそれぞれ配置されている。第１の放電要素５１は、具体的には、キャリア５５上に配置されている。図１及び図２において、第１の放電要素５１は、それぞれ、キャリア５５の周りの輪状ディスクとして具体化されている。第１の放電要素５１は、磁石対から放出される迷磁場、例えば迷走線４０を放出するよう規定され、具体的には、後者を第１の方向に垂直になるように方向付けられる第２の方向に放出するよう規定される。これにより、迷走線４０を有する迷磁場は、例えば、第１の放電要素５１及びキャリア５５を介して短絡させることができ、具体的には、磁場センサ４３及び磁気ストリップ４７から隔離することができる。

エンコーダシステム１は、第２の放電要素５３を備える。第２の放電要素５３は、エンコーダシステム１の固定部分１３上に配置され、具体的には、第２のセンサボード４５に、例えば接着接合して固定的に接続されている。第２の放電要素５３は、磁場センサ４３の径方向外側になるように配置されている。具体的には、磁場センサ４３は、半径方向である第２の方向において、第２の放電要素５３と磁気ストリップ４７との間に配置される。図１における第２の放電要素５３は、フェライトブロックとして具現化されている。図１における第２の放電要素５３は、軸方向の両側において、２つの第１の放電要素５１の間の軸方向領域を越えて延びている。

図１において、第１の放電要素５１、第２の放電要素５３、及びキャリア５５は、干渉磁場においてシールド又は放出するためのシールドシステムを形成する。
磁気ストリップ４７及び磁場センサ４３は、干渉磁場、具体的には磁石対の迷磁場を放出させることによってシールドすることができる。例えば、絶対位置の正確な決定は、遮蔽によって可能にすることができる。具体的には、シールドシステムは、磁石対によって生成された磁気回路を、磁場センサ４３の周囲の磁場センサ４３の位置に案内する。磁場センサ４３の方向における磁石対の更なる迷磁場は、具体的には、第１の放電要素５１によって第２の方向に放出される。このシールドシステムは、位置エンコーダの弱磁性回路（第２の磁束線５７）と回転カウンターの強磁性回路（第１の磁束線３９）とが飛び交うエンコーダシステムの処理を可能にする。特に、弱磁性回路と強磁性回路は絶対位置を決定するために、互いに適切に切り離すことができる。例えば、特に省スペースであるエンコーダシステムを設けることができる。

図４は、エンコーダシステム６１の模式的断面図を示す。エンコーダシステム６１の回転部分６５は、図４において、明確化ために簡略化された様式で示されている。
エンコーダシステム６１は、駆動装置の筐体に回転自在に固定して接続するように規定されたマザーボード８１を有する固定部分６３を備える。マザーボード８１は、具体的には締結孔８３を有する。締結孔８３は、マザーボード８１を駆動装置の筐体に締結、例えば固定ねじ止めされるように規定される。

エンコーダシステム６１は、第１のセンサ６７を有する回転カウンターを含み、図４では、例えば、本実施形態のうちの１つにおけるウィーガンドセンサを備える。第１のセンサ６７は、第１のセンサボード６９上に配置される。第１のセンサボード６９は、第１のプラグ接続７１を介してマザーボード８１に機械的に接続されている。第１のプラグ接続７１は、マザーボード８１の開口部に係合する第１のセンサボード６９のカムによって提供される。加えて、第１のセンサボード６９及びマザーボード８１の電気接点は、互いにハンダ付けされる。

図４のエンコーダシステム６１は、第２のセンサ７７、例えば、本実施形態のうちの１つにおける磁場センサを有する位置エンコーダを備える。第２のセンサ７７は、第２のセンサボード７９上に配置される。図４の例示的実施形態では、第２の放電要素８５が第２のセンサボード７９上の第２のセンサ７７の半径方向外側になるように配置される。
第２のセンサボード７９は、第２のプラグ接続８７を介してマザーボード８１に機械的に接続されている。第２のプラグ接続８７は、マザーボード８１の開口部に係合する第２のセンサボード７９のカムによって提供される。第２のセンサボード７９及びマザーボード８１の電気接点は、互いにハンダ付けされる。

第１のセンサボード６９及び第２のセンサボード７９は、それぞれマザーボード８１に対して垂直となるように位置合わせされる。具体的には、第１のセンサ６７の一点における第１のセンサボード６９は、エンコーダシステム６１の回転軸に関してほぼ接線方向となるように位置合わせされる。第２のセンサ７７の一点における第２のセンサボード７９は、回転軸に関してほぼ接線方向となるように位置合わせされる。

実施形態に係るエンコーダシステムは、例えば、容易に組み立てることができ、様々な駆動装置に柔軟に適合させることができ、又は費用効果の高い方法で製造することができる。

図１～図４の例示的な実施形態の特徴は互いに組み合わせることができ、図４の例示的な実施形態に係る基板組立体を有するエンコーダシステムでは、本明細書で開示される他のエンコーダシステムにおいて説明された特徴を具体的に用いることができる。

Claims (15)

1. 駆動装置のエンコーダシステム（１）であって、
   前記エンコーダシステム（１）の固定部分（１３）に配置されたウィーガンドセンサ（２３）、及び
   前記エンコーダシステム（１）の回転部分（１５）上の回転方向（５）における異なる位置に配置された少なくとも２つの磁石対を有し、
   前記磁石対が、それぞれ第１磁石（３５）及び第２磁石（３７）を備える回転カウンターと、
   前記固定部分（１３）に配置された磁場センサ（４３）、及び前記回転部分（１５）に配置された磁気ストリップ（４７）を有する位置エンコーダと、
   を備え、
   前記磁石対のそれぞれについて、第１の方向において前記第１磁石（３５）、前記位置エンコーダの前記磁気ストリップ（４７）、及び前記第２磁石（３７）が、この順に、前記回転部分（１５）上に配置された、エンコーダシステム（１）。
2. 磁気伝導性の材料からなり、前記第１磁石（３５）と前記磁気ストリップ（４７）との間、及び／又は、前記第２磁石（３７）と前記磁気ストリップ（４７）との間に、それぞれ配置された少なくとも１つの第１の放電要素（５１）を備える、請求項１に記載のエンコーダシステム（１）。
3. 磁気伝導性の材料からなり、前記固定部分（１３）上に配置された第２の放電要素（５３）を備え、
   前記第１の方向に少なくとも実質的に垂直となるように整列された前記磁場センサ（４３）が、第２の方向において、前記磁気ストリップ（４７）と前記第２の放電要素（５３）との間に配置された、請求項１又は請求項２に記載のエンコーダシステム（１）。
4. 前記ウィーガンドセンサ（２３）及び前記磁場センサ（４３）が、前記回転部分（１５）の回転軸（３）に対して互いにオフセットされて配置された、先行請求項のうちの１項に記載のエンコーダシステム（１）。
5. 前記磁気ストリップ（４７）が、少なくとも２つの磁気トラックを備える、先行請求項のうちの１項に記載のエンコーダシステム（１）。
6. 前記磁石対の第１磁石（３５）又は前記磁石対の第２磁石（３７）の残留磁気誘導に対する、前記磁気ストリップ（４７）の残留磁気誘導の比が、最小で１：１５、最大で１：２である、先行請求項のうちの１項に記載のエンコーダシステム（１）。
7. 前記回転部分（１５）が、磁気伝導性の材料からなるキャリア（５５）を備え、前記磁気ストリップ（４７）及び前記少なくとも２つの磁石対が、前記キャリア（５５）上に配置された、先行請求項のうちの１項に記載のエンコーダシステム（１）。
8. 前記磁場センサ（４３）が、前記エンコーダシステム（１）のシールドシステムによって干渉磁場から遮蔽され、前記シールドシステムが、少なくとも１つの前記第１の放電要素（５１）、前記第２の放電要素（５３）、及び前記キャリア（５５）からなる群の少なくとも１つを備える、請求項２から請求項７のうちの１項に記載のエンコーダシステム（１）。
9. 前記第１の方向が軸方向に整列された、先行請求項のうちの１項に記載のエンコーダシステム（１）。
10. 前記キャリア（５５）が、スリーブとして具現化され、前記スリーブが前記駆動装置の前記シャフト（１１）に回転自在に固定された様式で接続されるよう規定された、請求項９に記載のエンコーダシステム（１）。
11. 前記第１の方向が半径方向に整列された、請求項１から請求項８のうちの１項に記載のエンコーダシステム（１）。
12. 前記キャリア（５５）がディスクとして具現化され、前記ディスクが前記シャフト（１１）に回転自在に固定された様式で接続されるよう規定された、請求項１１に記載のエンコーダシステム（１）。
13. シャフト（１１）と、
    先行請求項のうちの１項に記載のエンコーダシステム（１）と、
    を有する電気モータ。
14. 前記シャフト（１１）が、中空のシャフトとして具現化された、請求項１３に記載の電気モータ。
15. 駆動装置のエンコーダシステム（６１）であって、
    第１のセンサ（６７）を有し、前記第１のセンサ（６７）が前記エンコーダシステム（６１）の第１のセンサボード（６９）に配置された回転カウンターと、
    第２のセンサ（７７）を有し、前記第２のセンサ（７７）が前記エンコーダシステム（６１）の第２のセンサボード（７９）に配置された位置エンコーダと、
    前記駆動装置の筐体に接続されるよう規定されたマザーボード（８１）と、
    を備え、
    前記第１のセンサボード（６９）及び前記第２のセンサボード（７９）が、前記マザーボード（８１）に直接接続された、エンコーダシステム（６１）。
    

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