JP2022173083A - ロータリエンコーダおよびトレランスリングを有するアセンブリ - Google Patents

Abstract

【課題】ロータリエンコーダの信頼できる動作を高い測定精度で永続的に可能にするアセンブリを提供すること。
【解決手段】本発明は、ロータリエンコーダ（１）と、トレランスリング（２）と、このロータリエンコーダおよびトレランスリング（２）を収容する筐体（３）とを含むアセンブリに関する。ハウジング（１．２１）は、特殊な幾何形状を有する外壁を有している。筐体（３）は凹部（３．１）を有しており、凹部（３．１）の内壁（３．１１）も同様に特殊に成形されている。トレランスリング（２）は、ハウジング（１．２１）を包囲し、かつ凹部（３．１）内では、トレランスリング（２）が径方向に挟持されているように配置されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、請求項１に基づくロータリエンコーダおよびトレランスリングならびにロータリエンコーダおよびトレランスリングを収容する筐体を有するアセンブリに関する。

ロータリエンコーダは、例えば、２つの互いに対して相対的に回転可能な機械部分の角度位置または回転速度を決定するために使用される。
誘導式ロータリエンコーダではしばしば、励磁導体路と、例えば導体路の形態での受信トラックとが、共通のたいていは多層のプリント基板上に施されており、このプリント基板が例えばロータリエンコーダの固定子と固定的に結合している。このプリント基板に対向してスケール要素が存在しており、スケール要素上には目盛構造が施されており、かつスケール要素はロータリエンコーダの回転子と回転不能に結合している。励磁コイルに時間と共に交番する励磁電流が印加されると、受信コイル内で、回転子と固定子との間の相対回転中に角度位置に依存する信号が生成される。これらの信号はその後、評価電子機器内でさらに処理される。

光学原理に基づいて働くロータリエンコーダではしばしば、光線が、目盛構造を有する回転可能な円盤によって変調される。この変調された光はその後、光検出器によって受信される。受信された光強度は、相対角度位置についての情報を内包している。

このようなロータリエンコーダはしばしば、電気駆動装置のための測定機器として、相応の機械部分の相対運動または相対位置の決定に用いられる。この場合には、生成された角度位置値が、駆動装置を制御するための電子機器に、相応のインターフェイス構成を介して送られる。

米国特許出願公開第２００９／００２７０４３（Ａ１）号から、環状のトレランスリングによってさらなる筐体に取り付けられ得るロータリエンコーダが知られている。
このような配置には、動作中に、ロータリエンコーダの測定品質または測定精度を低下させる状態がそこで生じ得るという欠点がある。

米国特許出願公開第２００９／００２７０４３（Ａ１）号

本発明の基礎となる課題は、ロータリエンコーダの信頼できる動作を高い測定精度で永続的に可能にするアセンブリを提供することである。

この課題は本発明に基づいて請求項１の特徴によって解決される。
それによれば、本発明によるアセンブリは、ロータリエンコーダと、トレランスリングと、ロータリエンコーダおよびトレランスリングを収容する筐体とを含んでいる。ロータリエンコーダはシャフトを有しており、このシャフトにスケール要素が回転不能に固定されている。ロータリエンコーダはさらにハウジングを有しており、このハウジング内に走査ユニットが配置されており、走査ユニットはハウジングと回転不能に結合している。シャフトはハウジングに対して軸の周りを回転可能に配置されている。スケール要素は走査ユニットによって走査可能である。さらにハウジングは、好ましくは閉鎖的に一周しているように形成された外壁を有しており、この外壁は第１の区間内で、軸に対する径方向の第１の間隔を有している。この外壁は第２の区間内で、軸に対する径方向の第２の間隔を有している。これに関し第１の間隔が第２の間隔より大きいことが重要である。これに加え、筐体は、ロータリエンコーダおよびトレランスリングが収容されている凹部を有している。この凹部は第１の内壁により、軸に対して径方向に画定されており、この第１の内壁は第３の区間内で、軸に対する径方向の第３の間隔を有している。そのうえこの第１の内壁は第４の区間内で、軸に対する径方向の第４の間隔を有している。筐体は、第４の間隔が第３の間隔より大きいように形成されている。凹部はさらに第２の内壁によって画定されており、第２の内壁は軸に対し、ハウジングのための軸方向のストッパになっており、これに関し第４の区間は、軸方向において第２の内壁と第３の区間の間に配置されている。それとともに第４の区間は、軸方向に関して第３の区間より第２の内壁に近い。トレランスリングは、ハウジングを包囲し、かつ凹部内では、径方向において第１の区間と第４の区間との間にあるように配置されている。同様に、アセンブリを組み立てたこの状態では、トレランスリングは第２の区間と第３の区間との間にもあり、この場合、トレランスリングはハウジングと筐体との間で径方向に挟持されている。

第１、第２、第３、および第４の区間は、それぞれ軸方向に延びており、これに関し第１および／または第２の区間は、ハウジングの円筒形の外輪郭の凸面状の側面上の領域であることができ、その一方で第３および／または第４の区間は、凹部の円筒形の内輪郭の凹面状の側面上の領域であることができる。ただし当該区間は必ずしも閉鎖的に一周している面でなくてよく、むしろこれらの面は、とりわけ周面にわたって不連続的であってもよい。

つまり第２の内壁は、この内壁上の法線ベクトルが軸に平行な方向成分を有するように方向づけられている。
このアセンブリは、第２の内壁がトレランスリングのための軸方向のストッパになるように形成されることが有利である。

本発明のさらなる形態では、ハウジングが、第１の区間と第２の区間との間に第１の円錐面を有している。
第１の内壁が、第３の区間と第４の区間との間に第２の円錐面を有していることが有利である。

これらの円錐面は、軸に対して斜めに配置されている。これらの円錐面は、閉鎖的な一周している面として、または周面にわたって不連続的な面として形成され得る。
ハウジングが、一周している外壁を有していることが有利である。

本発明のさらなる形態では、第１の内壁が、一周している内輪郭を有している。
原理的に、自己軸受部を備えたロータリエンコーダと、自己軸受部なしのロータリエンコーダ（以下に、軸受なしのロータリエンコーダと言う）とが区別される。自己軸受部を備えたロータリエンコーダは、通常は比較的小さな玉軸受を有しており、したがって、当該ロータリエンコーダ内の互いに対して相対的に回転可能な部品群は、互いに対して相対的に規定の軸方向および径方向の位置に配置されている。これに対し軸受なしのロータリエンコーダの場合、機械に取り付ける際に、互いに対して回転可能な部品群が、互いに対して正しい位置に、とりわけ適切な軸方向の間隔をあけて位置規定されるように、およびこの位置が、ロータリエンコーダの動作中に変化しないままであるように注意を払わなければならない。本発明は、とりわけ軸受なしのロータリエンコーダとの関連で有利である。

本発明の有利な形成形態は従属請求項から読み取れる。
本発明によるロータリエンコーダのさらなる詳細および利点は、添付の図に基づく１つの例示的実施形態の以下の説明から明らかである。

アセンブリの分解図である。 ロータリエンコーダの断面図である。 ここではモータハウジングとして用いられている筐体の断面図である。 アセンブリの断面図である。 図４に基づく断面図の詳細図である。

本発明は図１に基づき、ロータリエンコーダ１と、トレランスリング２と、筐体３、例えば電動パワートレインのモータハウジングとを含むアセンブリに関する。
これによればロータリエンコーダ１は第１の部品群１．１および第２の部品群１．２を含んでおり、これらの部品群１．１、１．２は、互いに対して相対的に軸Ａの周りを回転可能である。第１の部品群１．１は回転子として、および第２の部品群１．２は固定子として用いられることが多い。

第１の部品群１．１は、シャフト１．１１、つまりロータリエンコーダシャフトを含んでいる。ロータリエンコーダ１のシャフト１．１１には、スケール要素１．１２、つまりスケールが回転不能に固定されている。スケール要素１．１２は目盛りを含んでおり、このスケール要素１．１２は、提示している例示的実施形態では、プリント基板材料から成る環状円盤として形成されており、その端面側の環状面に目盛りが配置されている。スケール要素１．１２は、図示された例示的実施形態では、エポキシ樹脂から製造された基材から成っており、この基材上に、１つの目盛トラックまたは複数の目盛トラックが、環状にかつ軸Ａに対してセンタリングされて配置されている。目盛トラックは通常はそれぞれ、交互に配置された導電性目盛領域と非導電性目盛領域との周期的シーケンスから成っている。

第２の部品群１．２に属するハウジング１．２１は、蓋１．２１３を含んでおり、かつロータリエンコーダ１の内部空間を環境の及ぼす影響から保護するために役立つ。ハウジング１．２１の内部には、走査ユニット１．２２が、ハウジング１．２１に対して回転不能に固定されて存在しており、走査ユニット１．２２は、走査ユニット１．２２とスケール要素１．１２との間の角度位置を捕捉するために決定されている。提示している例示的実施形態では、ロータリエンコーダは誘導走査原理に基づいている。走査ユニット１．２２は、多層のプリント基板１．２２１を含んでいる。これらの層のうちの２つは、受信導体路および励磁導体路として働くように構造化されている。さらにプリント基板１．２２１上には電子部品１．２２２が取り付けられている。励磁導体路の動作のためにおよび受信導体路によって受信された信号の処理のために、電子回路が必要である。電子部品１．２２２は、励磁導体路の給電のためにおよび受信された信号の処理のために用いられるこの回路の構成要素である。プリント基板１．２２１上にはこれに加え、ケーブルの嵌合コネクタとの差込接続を確立するための電気的なカップリングピースが取り付けられている。

提示している例示的実施形態では、ロータリエンコーダ１が軸受なしのロータリエンコーダとして形成されており、つまり第１の部品群１．１と第２の部品群１．２との間に軸受、とりわけ玉軸受は配置されていない。これにより第１の部品群１．１は第２の部品群１．２に対し、ある特定の限度内で、とりわけ軸方向に変位し得る。

図２に基づき、ハウジング１．２１は凸面状の外壁を有しており、この外壁は第１の区間１．２１１内で、軸Ａに対する径方向の第１の間隔Ｒ１を有している。第１の区間１．２１１は、提示している例示的実施形態では、円筒形の側面として形成されている。第１の間隔Ｒ１は、上記の側面上の点と軸Ａとの間隔と見なされ得る。

言い換えれば、第１の区間１．２１１内のハウジング１．２１の外径は、第１の間隔Ｒ１の２倍である（２×Ｒ１）。
ハウジング１．２１の外壁は、第１の区間１．２１１に対して軸方向にずれて第２の区間１．２１２を有している。同様に円筒形の側面と見なされ得る第２の区間１．２１２内で、ハウジング１．２１の外壁は軸Ａに対する径方向の第２の間隔ｒ２を有している。第２の区間１．２１２ではハウジング１．２１の外径が第１の区間１．２１１でのハウジング１．２１の外径に比べて減少しているので、第１の間隔Ｒ１が第２の間隔ｒ２より大きいことが当てはまる。

図１に基づくアセンブリはさらにトレランスリング２を含んでいる。トレランスリング２は、ハウジング１．２１の周りに設置される。慣例どおり、トレランスリング２はエンボス加工された溝２．１を有している。相応に取り付けると、トレランスリング２の溝２．１が、径方向に圧縮された圧縮バネのように作用する。

最後にこのアセンブリは、上で言及したようにここではモータハウジングである筐体３を含んでいる。筐体３は、アンダーカット部を有する穴とも言える凹部３．１を有している。図３に基づき、凹部３．１は径方向において、一周している第１の内壁３．１１によって画定されている。この第１の内壁３．１１は、第３の区間３．１１３内で、軸Ａに対する径方向の第３の間隔ｒ３を、および第４の区間３．１１４内で、軸Ａに対する径方向の第４の間隔Ｒ４を有している。第４の間隔Ｒ４は第３の間隔ｒ３より大きい。

凹部３．１はさらに第２の内壁３．１２によって画定されている。そして第２の内壁３．１２は、この内壁３．１２の面上の法線ベクトルが軸Ａに平行に走るように空間内で方向づけられている。提示している例示的実施形態では、第２の内壁３．１２は平坦である。筐体３は、第４の区間３．１１４が軸方向において第２の内壁３．１２と第３の区間３．１１３との間に配置されるように形成されている。加えて第２の内壁３．１２は中心の穴を有しており、この穴にモータシャフト４が収容され得る。この穴は、モータシャフト４に対してオーバーサイズであり、したがってモータシャフト４はこの穴内で自由に回転し得る。

筐体３内、つまりモータハウジング内にロータリエンコーダ１を取り付ける過程で、ロータリエンコーダ１はトレランスリング２と一緒に筐体３の凹部３．１に押し込まれる。第２の内壁３．１２はこの関連では、軸Ａに対し、ハウジング１．２１およびトレランスリング２のための軸方向のストッパになっている（図４）。それゆえロータリエンコーダ１のハウジング１．２１は、トレランスリング２により、プレスフィットによって固定的にかつセンタリングされて筐体３内で固定されている。

図４に基づいて最後に、ロータリエンコーダ１の第１の部品群１．１、とりわけシャフト１．１１は、モータシャフト４とネジ固定することができ、その際、第１の部品群１．１は、中心のネジによりモータシャフト４の段部に押し付けられる。

ロータリエンコーダ１のシャフト１．１１がモータシャフト４にぶつかり、かつハウジング１．２１が第２の内壁３．１２にぶつかることにより、第１の部品群１．１は、軸方向において第２の部品群１．２に対して厳密に位置決めされている。したがって取り付けが行われた後のスケール要素１．１２と走査ユニット１．２２との間のいわゆる走査間隔ｚは、厳密に調整されている。

スケール要素１．１２と走査ユニット１．２２とが相対的に回転すると、走査ユニット１．２２内で、それぞれの角度位置に依存する信号が誘導効果によって生成される。角度位置の精密な測定には、信号振幅が十分な程度に達することが重要である。信号振幅の高さは、なかでも走査間隔ｚに依存する。例えばアセンブリが温度変動および／または振動に曝されている場合に走査間隔ｚがほんの少しだけでも変わることを回避するため、ハウジング１．２１の外壁および凹部の第１の内壁３．１１は相応に形成された。

図５では、ハウジング１．２１および筐体３の詳細図Ｄ（図４）を示している。それによれば、ハウジング１．２１を包囲するトレランスリング２は、凹部３．１内で、径方向において第１の区間１．２１１と第４の区間３．１１４との間にあるように配置されている。同様に、トレランスリング２は、径方向において第２の区間１．２１２と第３の区間３．１１３との間にもある。圧縮された、つまり径方向に押しつぶされた溝２．１に基づいて、トレランスリング２は径方向に挟持されている。ハウジング１．２１は、第１の区間１．２１１と第２の区間１．２１２との間に第１の円錐面１．２１５が存在するように形成されている。さらに筐体３は、第３の区間３．１１３と第４の区間３．１１４との間で、第１の内壁３．１１が第２の円錐面３．１１５を有するように設計されている。トレランスリング２は、とりわけ第１の円錐面１．２１５と第２の円錐面３．１１５との間で挟持されている。この形成形態によって保持力が上昇し、これによりさらに、アセンブリのコンポーネント内での温度変動または温度差によりロータリエンコーダ１の第１の部品群１．１が第２の部品群１．２に対して有意に移動することが効果的に阻止される。したがって、変化しない走査間隔ｚも保証され得る。

１ ロータリエンコーダ
１．１１ シャフト
１．１２ スケール要素
１．２１ ハウジング
１．２１１ 第１の区間
１．２１２ 第２の区間
１．２１５ 第１の円錐面
１．２２ 走査ユニット
２ トレランスリング
３ 筐体
３．１ 凹部
３．１１ 第１の内壁
３．１１３ 第３の区間
３．１１４ 第４の区間
３．１１５ 第２の円錐面
３．１２ 第２の内壁
Ａ 軸
Ｒ１ 第１の間隔
ｒ２ 第２の間隔
ｒ３ 第３の間隔
Ｒ４ 第４の間隔

Claims (7)

1. ロータリエンコーダ（１）と、トレランスリング（２）と、前記ロータリエンコーダおよび前記トレランスリング（２）を収容する筐体（３）とを含むアセンブリであって、
   前記ロータリエンコーダ（１）が、
   － シャフト（１．１１）を有しており、前記シャフト（１．１１）にスケール要素（１．１２）が回転不能に固定されており、かつ
   － ハウジング（１．２１）を有しており、前記ハウジング（１．２１）内に走査ユニット（１．２２）が配置されており、前記走査ユニット（１．２２）が前記ハウジング（１．２１）と回転不能に結合しており、
   前記シャフト（１．１１）が前記ハウジング（１．２１）に対して軸（Ａ）の周りを回転可能に配置されており、かつ前記スケール要素（１．１２）が前記走査ユニット（１．２２）によって走査可能であり、さらに、
   前記ハウジング（１．２１）が外壁を有しており、前記外壁が、
   第１の区間（１．２１１）内で、前記軸（Ａ）に対する第１の間隔（Ｒ１）を、および
   第２の区間（１．２１２）内で、前記軸（Ａ）に対する第２の間隔（ｒ２）を有しており、
   前記第１の間隔（Ｒ１）が前記第２の間隔（ｒ２）より大きく、かつ
   前記筐体（３）が凹部（３．１）を有しており、前記凹部（３．１）が、
   － 第１の内壁（３．１１）により、前記軸（Ａ）に対して径方向に画定されており、前記第１の内壁（３．１１）が、
   第３の区間（３．１１３）内で、前記軸（Ａ）に対する第３の間隔（ｒ３）を有しており、かつ
   第４の区間（３．１１４）内で、前記軸（Ａ）に対する第４の間隔（Ｒ４）を有しており、
   前記第４の間隔（Ｒ４）が前記第３の間隔（ｒ３）より大きく、かつ前記凹部（３．１）が、
   － 第２の内壁（３．１２）によって画定されており、前記第２の内壁（３．１２）が前記軸（Ａ）に対し、前記ハウジング（１．２１）のための軸方向のストッパになっており、前記第４の区間（３．１１４）が、軸方向において前記第２の内壁（３．１２）と前記第３の区間（３．１１３）との間に配置されており、
   前記トレランスリング（２）が、前記ハウジング（１．２１）を包囲し、かつ前記凹部（３．１）内では、前記トレランスリング（２）が径方向において前記第１の区間（１．２１１）と前記第４の区間（３．１１４）との間に、および前記第２の区間（１．２１２）と前記第３の区間（３．１１３）との間にあり、かつ径方向に挟持されているように配置されている、アセンブリ。
2. 前記第２の内壁（３．１２）が、前記トレランスリング（２）のための軸方向のストッパになっている、請求項２に記載のアセンブリ。
3. 前記ハウジング（１．２１）が、前記第１の区間（１．２１１）と前記第２の区間（１．２１２）との間に第１の円錐面（１．２１５）を有している、請求項１または２に記載のアセンブリ。
4. 前記第１の内壁（３．１１）が、前記第３の区間（３．１１３）と前記第４の区間（３．１１４）との間に第２の円錐面（３．１１５）を有している、請求項１から３のいずれか一項に記載のアセンブリ。
5. 前記ハウジング（１．２１）が、一周している外壁を有している、請求項１から４のいずれか一項に記載のアセンブリ。
6. 前記第１の内壁（３．１１）が、一周している内輪郭を有している、請求項１から５のいずれか一項に記載のアセンブリ。
7. 前記ロータリエンコーダ（１）が、軸受なしのロータリエンコーダ（１）として形成されている、請求項１から６のいずれか一項に記載のアセンブリ。
   

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