JP6484705B2 - エンコーダ装置用のセルフセンタリング - Google Patents

Description

本開示は、広義にはモータに関し、特に、エンコーダ用のセルフセンタリングデバイスに関する。

エンコーダは、システム全体に動力を伝達するシャフトの回転を監視するためにモータアプリケーションで使用されている。今日用いられているモジュラーエンコーダは現在、エンコーダをモータシャフト上でセンタリングするのにモータ（または発電機）面にすでに存在するパイロットホールを使用するか、テザー装置および内部軸受を有する中空のクランプシャフトを用いている。しかしながら、すでに存在するパイロットホールは、存在しないおよび／または意図した位置にはない場合があり、このため取り付けの精度と信頼性が損なわれる場合がある。中空のクランプシャフトは製造コストが高く、取り付けのエラーや軸受の不具合を生じやすい。

一例において、ベースと、ベースを貫通して延在し、軸に沿ってベースに対して回転可能なシャフトとを有するモータ用のセルフセンタリングデバイスが提供される。セルフセンタリングデバイスはハウジングを含み、ハウジングは、このハウジングをモータベースに固定するためのフランジを有する。このハウジングにはブッシュが接続され、ブッシュは、モータシャフトを受けるための通路を有する。また、ハウジングにはロータリーエンコーダが固定され、ロータリーエンコーダは、モータシャフトの位置および回転のうちの少なくとも１つを測定するように構成されている。ブッシュの通路内にモータシャフトを位置決めすると、ハウジングがモータシャフトの上でセンタリングされ、エンコーダは、モータシャフトの位置および回転のうちの少なくとも１つを測定するための所望の位置にくる。

別の例は、内部空間を有するハウジングと、このハウジングを装置のベースに固定するためのフランジとを有するシステムを提供する。このベースからは、回転可能なシャフトが延びている。この内部空間でハウジングにリテーニングプレートを固定することができ、リテーニングプレートは、開口を含んでもよい。ハウジングとリテーニングプレートとの間には、ブッシュが、このブッシュの遠位端部がリテーニングプレートの開口を通って延在するようにして位置決めされている。また、ブッシュは、その遠位端部に、シャフトを摺動可能に受けるための通路を有する。エンコーダが、シャフトの角度位置および回転のうちの少なくとも１つを測定するように構成される。エンコーダは、シャフトの角位置および回転のうちの少なくとも１つを測定するためにハウジングに接続された少なくとも１つのセンサを有する。シャフトがブッシュの通路内に受けられたことに応答して、ハウジングがシャフトに対して整列配置され、少なくとも１つのセンサがシャフトの長手方向の軸からあらかじめ定められた半径方向距離内に配置される。

ベースと、ベースを貫通して延在し、軸に沿ってベースに対して回転可能なシャフトとを有するモータ用のセルフセンタリングデバイスは、内部空間を有するハウジングと、ハウジングをモータベースに固定するためのフランジとを有する。内部空間では、開口を有するリテーニングプレートがハウジングに固定される。リテーニングプレートの開口を通ってブッシュが延在し、このブッシュは、ハウジングとリテーニングプレートとの間に位置決めされている。ブッシュは、モータシャフトを摺動可能に受けるための通路を有する。モータシャフトの回転を測定するためのエンコーダが、モータシャフトに固定されたシャフトコンポーネントと、シャフトコンポーネントの回転を測定するためにハウジングに接続された少なくとも１つのセンサとを有する。ブッシュの通路内にモータシャフトを位置決めすると、ハウジングがモータシャフトの上でセンタリングされ、モータシャフトの回転を測定するために少なくとも１つのセンサがシャフトコンポーネントと通信状態にされる。

さらに別の例は、内部空間を有するデバイスハウジングを準備することを含む方法を提供する。ハウジングは、ハウジングの内部空間内に取り付けられたブッシュおよびエンコーダ電子回路を有する。ブッシュは、回転装置のベースから軸方向に延在する、回転しているシャフトを受けるように構成された通路を有する。エンコーダ電子回路は、ブッシュから離隔されている。また、ハウジングは、当該ハウジングの端部から外方向に延在するフランジを有する。この方法はまた、エンコーダ電子回路が回転可能なシャフトの動きおよび位置のうちの少なくとも１つを測定できるようにするために、ブッシュの通路内でモータシャフトを受け、エンコーダ電子回路をシャフトの軸に対してあらかじめ定められた距離内に位置決めすることを含む。ハウジングのフランジは、回転装置のベースに固定することができる。

図１は、モータに固定されたセルフセンタリングデバイスの一例の概略図である。 図２は、図１の分解組立図である。 図３Ａは、図１のセルフセンタリングデバイスのハウジングの等角投影図である。 図３Ｂは、図３Ａのハウジングの底面図である。 図４Ａは、図１のセルフセンタリングデバイスのセンタリングベアリングの等角投影図である。 図４Ｂは、図４Ａのセンタリングベアリングの線４Ｂ−４Ｂに沿った断面図である。 図１のセルフセンタリングデバイスの中空のシャフトコンポーネントの等角投影図である。 図５Ｂは、図５Ａの中空のシャフトコンポーネントの線５Ｂ−５Ｂに沿った断面図である。 図５Ｃは、図５Ａの中空のシャフトコンポーネントの上面図である。 図６は、図１のセルフセンタリングデバイスのエンコーダの概略図である。 図７は、図１のセルフセンタリングデバイスおよびモータの線７−７に沿った断面図である。

本開示は、広義にはエンコーダに関し、特に、回転しているシャフトの角度位置および／または回転を測定するためのセルフセンタリングデバイスに関する。このデバイスは、ブッシュとエンコーダとを有するハウジング（たとえば、ステータハウジング）を備える。ブッシュは、所定の位置に取り付けることができ、（たとえば、モータまたは発電機の）回転可能なシャフトを受けるように構成された通路を有することができる。ブッシュの通路は、エンコーダのセンサと所定の空間関係にある中心軸を有する。エンコーダは、アブソリュート形またはインクリメンタル形のロータリーエンコーダとして実装可能である。シャフトがハウジングのブッシュ１１６内で受けられると、ブッシュは機械的テンプレートとして動作して、エンコーダがシャフトの位置および／または回転を測定するための所望の位置および向きに位置決めされるように、ハウジングをシャフトに対して整列配置させる。たとえば、エンコーダは、シャフトに固定されてセンサによる検知用にハウジング内に収容されるロータ上の目印を検知するように構成されたセンサを有することができる。このため、ブッシュは、シャフトに取り付けられたロータの位置および／または動きをセンサが測定できるようにするために、ロータの中心軸（たとえば、中心線）をエンコーダセンサの対応する軸（たとえば、中心線）に自己整合させるように動作する。よって、シャフトがブッシュに受けられれば、このシャフトが延在する始点である面に（たとえば、ボルトまたは他の固定手段によって）ハウジングを固定することができる。ハウジングが表面に固定されれば、ブッシュは、エンコーダの動作に影響を及ぼすことなく取り除くことができるように、シャフトに干渉しない形でシャフトの実質的に自由な回転を可能にする。

図１および図２は、セルフセンタリングデバイス７０の例を示す。デバイス７０は、モータまたは発電機のロータシャフトなどの回転しているシャフトに対してエンコーダ装置を正確に位置決めし、シャフトの角度位置および／または回転を正確にトラッキングしやすくするのに使用可能である。一例では、デバイス７０は、ハウジング８０と、ハウジング内に位置決めされ、モータ、発電機または他の回転しているシャフトのある装置などの装置２０のシャフト４０に対してデバイスをセルフセンタリングするように構成されたブッシュ１１６とを有する。また、デバイスは、ハウジング内に装着され、シャフトの角度位置および／または回転を測定するように構成されたエンコーダ１５０を有することができる。

一例として、装置２０は、システム内でトルクを発生させて伝達するための一般的な電気モータをなしている。装置２０は、一対の対向する端面すなわち表面２４，２６を画定する略円筒形のベース２２を備える。端面２４，２６の間には、ベース２２を貫通して円筒形の通路２８が設けられている。この通路２８を通る軸４２に沿って、円筒形のロータシャフト４０が延在している。シャフト４０は、矢印Ｒで大ざっぱに示される方向に、ベース２２に対して軸４２を中心に回転可能である。通路２８は、動力発生構造を有することができ、この動力発生構造は、装置２０のタイプおよび構成に応じて変更可能である。

図３Ａ〜図３Ｂを参照すると、ハウジング８０は、内部空間８２を画定するように協働する第１の部分８４と第２の部分８６を有する。第１の部分８４は、軸８８を中心とするほぼ円形の形状を有するものであればよい。第２の部分８６は、軸８８から半径方向外側に向かう方向で、第１の部分８４から延在している。第２の部分８６は、たとえば、正方形または長方形の形状であってもよい。第１の部分８４には、内部空間８２まで、側部の開口８３が設けられている。側部の開口８３は、第１の部分８４に固定される着脱自在のドアすなわちプレート８１（図１参照）によって閉じることが可能である。第１の部分８４の頂部に、仮線１１５で示す別の開口が内部空間８２の中まで設けられていてもよい。また、第２の部分８６の頂部には、内部空間８２まで、開口１１７が設けられている。第２の部分８６の側面には、一対の側部の開口７７，８７が、内部空間８２まで設けられている。側部の開口８７は、留め具８９（図１参照）によって第２の部分８６に固定された着脱自在のドアすなわちプレート８５によって閉じられている。ハウジング８０は、金属（たとえば、ステンレス鋼、アルミニウムなど）といった実質的に剛性の材料で形成されてもよいし、ポリマーまたはプラスチックなどの非金属材料で形成されてもよい。

図２および図７を参照すると、ハウジングは、第１の部分８４および第２の部分８６に接続されてデバイス７０の内部空間８２を部分的に閉じることが可能なフランジ９０を有する。フランジ９０は、（図示するように）留め具９１によってハウジングに固定される別の構成要素であってもよいし、他の例では、ハウジングと一体的に形成されてもよい。したがって、フランジ９０は、ハウジング８０と同じ材料で作られてもよいし、ハウジングとは異なる材料、たとえば金属またはプラスチックで作られてもよい。いずれの場合においても、フランジ９０は、ハウジング８０の第１の部分８４から半径方向外側に延在している。図示のように、フランジ９０は、連続した環状フランジであってもよく、第１の部分とほぼ同心であってもよい。他の例では、フランジは、ハウジング内のブッシュ１１６がシャフトに対して検知回路を整列配置させるときに、ハウジングを装置２０の表面に固定するように構成された半径方向外側に延びる１つ以上の特徴として構成することができる。図２および図７の例では、フランジ９０に中央開口９２が設けられ、第１の部分８４の軸８８を中心に配置されて、（たとえば、ブッシュおよびエンコーダ検知回路を有する）デバイス７０の内側にあるものにアクセスできるようになっている。任意に、フランジ９０には１つ以上の外側開口９４が設けられ、中央開口９２の周りに円周方向に位置決めされている。開口９４は、装置２０のねじ切りされた穴と軸方向に整列配置させて、そのような穴で留め具９６によってフランジを装置に固定するなど、特定の取り付けに合わせてあらかじめ構成またはカスタマイズされてもよい。いくつかの例では、装置２０にデバイス７０を取り付ける際に、ねじ切りされた穴を装置２０の表面に形成することができる。

図２を参照すると、内部空間８２内でハウジング８０の第１の部分８４に接続されるリテーニングプレート１００が設けられている。リテーニングプレート１００は長方形であっても別の形状であってもよく、中央開口１０２と、中央開口の半径方向外側に位置決めされた複数の外側開口１０４とを有する。開口１０４は、リテーニングプレート１００をハウジング８０の第１の部分８４に固定するための留め具１０６を受けるような寸法で、留め具１０６を受けるように構成されている。リテーニングプレート１００は、金属またはプラスチックで形成されてもよい。中央開口は、リテーニングプレートが、リテーニングプレートとハウジング８４の第１の部分との間の所定の位置にブッシュをクランプ留めする際に、ブッシュ１１６の遠位端が通る通路となるような寸法で、そのような通路となるように構成されている。このようにしてブッシュ１１６をリテーニングプレートとハウジングとの間にクランプ留めすることで、ブッシュは、ハウジング内で自由であるか浮くことが可能でありながら、自己整合機能を果たすのに十分な弱い摩擦嵌合によって保持されているとみなすことができる。

図４Ａおよび図４Ｂの例を参照すると、センタリングブッシュ１１６はリング形であり、第１の端１１８から第２の端１２１まで軸１２６に沿って延在している。ブッシュ１１６は内面１２２を含み、この内面が、ブッシュ１１６を貫通して軸１２６に沿って設けられた円筒形の通路１２４を画定している。通路１２４の内径は、ブッシュ１１６とシャフトとの間の正確な嵌合を保証するために、シャフト４０の直径よりもわずかに短い（たとえば、１〜１０ミクロン大きい）サイズにされている。一例では、通路１２４およびシャフト４０は、（たとえば、摩耗性および／または通路の側壁を形成する材料に含浸させた潤滑剤がゆえに）シャフトをブッシュに対して回転させることができるように、互いに密に摺動嵌合されている。

ブッシュ１１６は、軸１２６を中心に円周方向に延在する周面１３０を有する。周面１３０には凹部１３２が形成され、この凹部は第２の端１２１から第１の端１１８に向かって延びて、第１の端と第２の端の間の端面１３４で終端する。凹部１３２は、内面１２２と同心である。凹部１３２は、ハウジングに対してブッシュをクランプ留めするために、リテーニングプレート１００の隣接面と係合される（たとえば、隣接面との当接を提供する）ショルダを提供することができるのに対し、端１２１は、シャフト４０を受けるためにリテーニングプレートの開口を通って突出している。

ブッシュ１１６は、潤滑されていても潤滑されていなくてもよい、金属、プラスチックまたはポリマーなどの摩耗性材料で作ることができる。一例では、ブッシュ１１６は、青銅、たとえばＳＡＥ ８４１オイル含浸焼結青銅で作られる。別の例では、ブッシュ１１６は、オイルまたは他の潤滑剤が含浸されたプラスチックまたはポリマーで作られてもよい。ブッシュ１１６は、様々な異なるシャフト直径に適合するように成形および／または機械加工されてもよい。

再び図２を参照すると、エンコーダ１５０は、シャフト４０の角度位置および／または回転を測定するために、中空のシャフトコンポーネント（たとえば、ロータ）１３８と協働するエンコーダ１５０をなしている。あるいは、シャフトコンポーネント１３８がエンコーダ１５０の一部をなしてもよい。いずれの場合も、エンコーダ１５０は、多数の既知のエンコーダタイプのうちいずれか１つをなすことができる。たとえば、エンコーダ１５０は、機械式、光学式、磁気式、誘導式または容量式であってもよい。

図５Ａから図５Ｃに示す例を参照すると、シャフトコンポーネント１３８は、装置２０のシャフト４０に固定され、シャフトと共に回転するロータとして提供される。シャフトコンポーネント１３８は、リング形のベース１４０と、ベースから半径方向外側に向けて延在するクランプ部材１４３とを有する。ベースの周りには、エンコーダ１５０による検知用の印１８０が設けられていてもよい。この例では、印１８０は、ベース１４０の外周のまわりに延びる１本以上のバンドを含むものとして示されている。印１８０は、実装されているエンコーダ技術のタイプ（たとえば、磁気式、光学式、誘導式、容量式など）に応じて変わる可能性がある一連の離散的なマークまたは他の検出可能な物体から形成されてもよい。印１８０は、シャフト４０の角度位置および／または回転情報をエンコードするために、円周に沿って変化してもよい。いくつかの例では、印１８０は、ベース１４０の残りの部分とは異なる１つまたは複数の材料片で形成されてもよい。

さらなる例として、通路１４１が、軸１４２に沿ってシャフトコンポーネント１３８を貫通して設けられている。通路１４１は、装置２０のシャフト４０を摺動可能に受ける大きさの円形断面を有する。通路１４１は、ベース１４０内の第１の直径Φ_１と、クランプ部材１４３内の第２の直径Φ_２とを有する。クランプ部材１４３は、外周面１４７を有する。スロットすなわち通路１４４が、外面１４７からクランプ部材１４３を通って設けられ、通路１４１に入る。その結果、クランプ部材１４３は、Ｃ字形の軸方向断面を有する。環状のスロットすなわち通路１４５が、通路１４４から軸１４２の周りに円周方向に延びている。環状通路１４５は、クランプ部材とベース１４０とが環状通路１４５に沿って互いに離隔するように、クランプ部材１４３を貫通して設けられている。通路１４４，１４５がゆえに、クランプ部材１４３の一部は、ベース１４０に対して可動であり、クランプ部材の残りの部分に対して可動である。言い換えれば、クランプ部材１４３の、環状通路１４５に沿った部分であってベース１４０から離隔している部分は、ベースのみならず、ベースに直接固定されたクランプ部材の一部に対しても可動である。

クランプ部材１４３の外面１４７には、環状通路１４５まで側部の通路１４６が設けられている。この側部の通路１４６と環状通路１４５を通って、留め具１４８が延在している。留め具１４８は、留め具とクランプ部材との間のねじによる係合の度合いが、環状通路１４４の円周方向の幅を調節するようにして、クランプ部材１４３にねじ込まれている。言い換えれば、留め具１４８を回転させると、クランプ部材１４３の一部が、クランプ部材のベース１４０に直接固定されている部分のみならず、ベースに対しても、環状通路１４５に沿って移動する。その結果、シャフトコンポーネント１３８を装置２０のシャフト４０に固定するために、クランプ部材１４３内の通路１４１の直径Φ_２を、直径Φ_１以下のサイズまで小さくすることができる。

図６に示すように、エンコーダ１５０は、留め具１５８によって一緒に固定された１つ以上の回路基板１５４を有する。各回路基板１５４は、シャフト４０の回転に関する情報を検出、測定、伝達するための電子部品を有する。各回路基板１５６は、シャフトコンポーネント１３８のベース１４０の外側の輪郭に似た弧状の凹部１５６を有することができる。また、シャフトコンポーネント１３８のバンド１８０の回転運動を検出するために、１つ以上のセンサ１６８を各回路基板１５６上に設けることもできる。センサ１６８は、光学センサ、磁気センサ等であればよく、これは実装されるエンコーダ技術のタイプに応じたものであってもよい。回路基板１５４には、プログラミングポート１７０を電気的に接続することができ、これによってユーザーは、回路基板および／またはセンサ１６８にプログラムされた検知用の変数をプログラミング、較正、試験またはそうでなければ調整することができる。他の例では、データは、（たとえば、ブルートゥース、ＷｉＦｉまたは別の近距離無線技術によって）無線で送信されてもよい。ハウジング８０の第１の部分８４には、ドアすなわちパネル１７１が解放可能に固定され、ハウジングの開口１１７（図３Ａ参照）を通って延在し、デバイス７０が取り付けられたときにプログラミングポート１７０へのアクセスを提供する。

図１および図２を参照すると、アダプタ１６０が、ハウジング８０の第２の部分８６に固定されて第２の部分の側部の開口７７を通って内部空間８２の中まで延びるように構成されている。アダプタ１６０は、留め具１６２と、エンコーダ１５０からコントローラ（図示せず）にデータを送信するためのワイヤ（図示せず）を収容する、留め具を通って設けられた通路１６４とを有する。アダプタ１６０は、コントローラ（図示せず）に電気的に接続され、シャフト４０の回転に関するデータをコントローラに中継する。

図２および図７を参照すると、デバイス７０が組み立てられると、ブッシュ１１６の第２の端１２１は、リテーニングプレート１００の中央開口１０２を通って延在する。これにより、端面１３４がリテーニングプレート１００に当接する。リテーニングプレート１００およびブッシュ１１６は、別々の構成要素として示されているが、保持リングとブッシュが単一の一体化された構成要素（図示せず）として形成されてもよいことは、自明であろう。構造とは関係なく、この構成では、リテーニングプレート１００の中央開口１０２は、ブッシュ１１６の軸１２６を所定の向きと位置にセンタリングすることができる。留め具１０６は、リテーニングプレート１００の外側開口１０４を通って延在し、内部空間８２内でハウジング８０の第１の部分８４にリテーニングプレートを固定する。これにより、内部空間８２内において、ハウジング８０の第１の部分８４とリテーニングプレート１００との間で、ブッシュ１１６が、ブッシュの軸が所定の位置にある状態で位置決めされる。一例では、ブッシュ１１６は、リテーニングプレート１００とハウジング８０のいずれにも固定されていない。そうではなく、ブッシュ１１６は、リテーニングプレート１００とハウジング８０との間にクランプ留めされるか保持され、リテーニングプレートまたはハウジングとブッシュとの間の相対的な軸方向移動を防止する。あるいは、リテーニングプレート１００とハウジング８０は、ハウジングが装置２０に固定された後など、リテーニングプレートとハウジング（図示せず）との間の軸１２６に沿ったブッシュ１１６のいくらかの動きを可能にするのに十分なだけ、互いに離隔していてもよい。言い換えれば、別の例では、ブッシュ１１６は、凹部１３２の深さの一部または全部にわたって、リテーニングプレート１００に対して軸方向に移動可能であってもよい。

いくつかの例では、留め具１０６が固定されたら、ハウジング８０の第１の部分８４は、リテーニングプレート１００とハウジングとの間からブッシュ１１６が離脱するのを防止するように構成されてもよい。他の例では、第１の部分８４は、デバイスを所望の位置と向きで装置２０に固定した後にリテーニングプレート１００とハウジング８０との間からブッシュ１１６を取り外せるようにする、着脱自在のドアまたは他の構造、たとえば図３Ａの仮線で示すドア１１５を含んでもよい。

エンコーダ１５０は、留め具１５８によって、ハウジング８０の内部空間８２内でリテーニングプレート１００に固定されている。これにより、エンコーダ１５０は、リテーニングプレート１００から懸下される。この時点で、ブッシュ１１６がハウジング８０およびセンサ１６８に対して適切に位置決めされていること、すなわち、ブッシュの軸がハウジング８０の軸８８となるように適切に整列配置されていることを確実にするよう留め具を締める前に、チャックまたは他の整列配置ツール（図示せず）を使用してもよい。チャックは円筒形であってもよく、かつ、リテーニングプレート１００と当接してブッシュ１１６を囲みつつ回路基板の弧状の凹部１５６と当接して位置決めされてもよい。これにより、ブッシュ１１６がハウジング８０の軸８８に沿ってセンタリングされ、回路基板１５４のセンサ１６８に対してブッシュを正確に配置する。その後、留め具１０６，１５８をしっかりと固定し、チャックを取り除く。

アダプタ１６０は、ハウジング８０の第２の部分８６の開口７７を通って内部空間８２まで挿入可能である。これにより、留め具１６２の通路１６４が内部空間８２と流体連通状態になる。留め具１６２は、アダプタ１６０を第２の部分８６に固定する。ドア１７１は、ハウジング８０における開口１１７の中に位置決めされている。ワイヤは、回路基板１５４に電気的に接続され、コントローラ（図示せず）に電気的に接続されることになるアダプタ１６０内の通路１６４を介して供給されてもよい。あるいは、アダプタ１６０を省略し、回路基板１５４からのデータをコントローラまたは他の遠隔回路（図示せず）に無線で送信してもよい。

シャフトコンポーネント１３８は、シャフトが通路を通って延在し、クランプ部材１４３がモータの端面２４から軸方向に離隔するように、装置２０のシャフト４０と接して配置される。シャフト４０は、まずクランプ部材１４３を通って延在した後、ベース１４０を通って延在する。留め具１４８が締め付けられ、クランプ部材がシャフト４０の周りにクランプ留めされるまで、直径Φ_２を小さくすべくクランプ部材１４３の一部を引っ張り、これによってシャフトコンポーネント１３８をシャフトに接続する。このため、その後はシャフト４０がＲ方向に回転すると、シャフトコンポーネント１３８がＲ方向に回転することになる。あるいは、シャフトコンポーネント１３８を完全に省略して、シャフト４０（図示せず）に印（たとえば、バンド）１８０を直接形成または提供してもよい。

このとき、ベース２２の端面２４にすでに存在するパイロットがある場合（たとえば、モータベースの表面の環状凹部）、フランジ９０に類似する１つまたは複数のリング形のカバー部材（図示せず）を端面に配置して、パイロットを覆うか埋めてもよい。シャフト４０およびシャフトコンポーネント１３８は、カバーを通り抜け、それに対して自由に回転する。よって、カバー部材は、ハウジングをこのような表面に取り付ける前に、フランジ９０と装置２０のベースの表面２４との間に配置することができる。このため、カバー部材は、パイロットに本来意図されている整列配置機能がなくなるように、パイロットに対応する凹部を効果的になくすのに利用できる。他の例では、すでに存在するパイロットによって生じる整列配置または位置ずれがなくなるように、フランジ自体を、パイロット内に嵌合するような寸法の外径となるように構成してもよい。

いずれにせよ、こうして組み立てられたデバイス７０が装置２０の近くに持ち込まれ、デバイスは、フランジ９０の中央開口９２がモータの端面２４ならびに、存在する場合にはリング形のカバーに対向するような向きで配置される。その後、ユーザーは、シャフト４０の軸４２をブッシュ１１６の通路１２４の軸１２６と整列させ、ハウジング８０とエンコーダ１５０が固定された状態でブッシュをシャフト上に移動させる。この移動の間、シャフト４０とシャフトコンポーネント１３８は、シャフトがブッシュ１１６の通路１２４内まで延在するまで、フランジ９０の中央開口９２およびリテーニングプレート１００の中央開口１０２を通る。シャフト４０は、フランジ９０がベース２２の端面２４と当接するまで、移動して通路１２４に入り、この通路を通ることができる。この構成では、デバイス７０は、ベース２２に対してシャフト４０を中心としてＲ方向に実質的に自由に回転することができ、これにより、たとえばエンコーダ１５０のアダプタ１６０内の通路１６４を接続配線と整列配置するおよび／またはハウジング８０の第２の部分８６を他の構造の邪魔にならないところに配置するように、デバイス７０を軸４２の周りの所望の円周方向位置に移動させることができる。デバイス７０の向きにかかわらず、エンコーダ１５０は、回路基板１５４の弧状の凹部１５６がシャフトコンポーネント１３８のベース１４０の周囲に隣接し、これと実質的に同心であるように位置決めされる。この向きでは、センサ１６８は、シャフトコンポーネント１３８上のバンド１８０に隣接して位置決めされ、半径方向に整列配置される。

リテーニングプレート１００がハウジング８０にしっかりと固定されているので、リテーニングプレートの中央開口１０２は、その中に配置されたブッシュ１１６の通路１２４をハウジングの軸８８と同軸に維持する一助となる。さらに、ブッシュ１１６の凹部１３２はリテーニングプレート１００と協働して、軸８８，１２６の位置ずれを防止する。したがって、シャフト４０がブッシュ１１６の通路１２４内に位置決めされると、ブッシュはシャフトの軸４２をハウジング８０の軸８８に対して正確かつ繰り返し可能に整列配置させる。その結果、ハウジング８０にもしっかりと固定された、エンコーダ１５０の回路基板１５４上のセンサ１６８は、装置２０に対するデバイス７０の回転方向にかかわらず、シャフトコンポーネント１３８上の印１８０と正確に半径方向に整列配置される。このように、シャフトコンポーネント１３８に対して回路基板１５４が正確に位置決めされることで、センサ１６８は、それに固定されたシャフト４０の回転に対応するバンド１８０の回転を検出することができる。ブッシュ１１６は、ハウジング８０の軸８８をシャフト４０の軸４２と正確に整列配置することを容易にし、これを可能にすることができ、よって、エンコーダ１５０の検知回路を、回転しているシャフトから所定の距離で位置決めして固定し、エンコーダがシャフトの回転を正確に検出および測定できるようにする。

シャフト４０に対するデバイス７０の所望の回転位置がひとたび達成されたら、ユーザーは、フランジ９０をベース２２に固定する。具体的には、留め具９６を開口９４に挿入し、ベース２２にねじ込んで、デバイス７０を装置２０に固定してもよい。この目的のために、ユーザーは、フランジ９０が端面２４に当接した後に留め具９６を収容するために、ベース２２にドリルで穴をあけるか、そうでなければ開口を形成してもよい。言い換えると、留め具９６を収容するためのベース２２の開口は、ベースのすでに存在する開口であってもよいし、デバイス７０の取り付け時に新たに形成されてもよい。したがって、デバイス７０は、モータに固定されるのに、装置２０のすでに存在する開口またはパイロットホールに依存しない。具体的には、ブッシュは、シャフトに取り付けられたときにハウジングに対して所定の位置に固定されるので、このブッシュが、シャフトに対してハウジングを自己整列配置させる機能を果たす。このため、モジュラーエンコーダは、ベース２２に存在する場合がある、あらかじめ形成されたどのようなパイロットの軸方向および半径方向の位置にも依存する必要がない。フランジ９０は開口９４を有するものとして示されているが、これらの開口は、デバイス７０が装置２０に配置されると、最初は省略され、続いてフランジに形成されてもよいことは自明であろう。

デバイス７０が装置２０に固定された後は、シャフト４０が軸４２を中心にしてＲ方向に回転すると、シャフトコンポーネント１３８も同様にＲ方向に回転する。シャフトコンポーネント１３８が回転すると、エンコーダ１５０のセンサ１６８が、それを通過するバンド１８０の動きを追跡し、その動きをデジタル信号に変換する。このデジタル信号は、アダプタ１６０を介して、処理されるコントローラ（図示せず）までワイヤ（図示せず）を介して送信される。デバイス７０は、装置２０にしっかりと固定され、ブッシュ１１６によってシャフト４０の軸４２に対して適切に整列配置されているため、エンコーダ１５０は、シャフトの回転を容易かつ繰り返し可能に追跡することができる。

ブッシュ１１６が、シャフト４０の位置ずれまたはぐらつきがゆえに経時的に摩耗した場合、ブッシュのこのような摩耗にもかかわらず、エンコーダ１５０は依然として適切に機能する。すなわち、ブッシュ１１６を使用して、ベース２２への最初の整列配置と取り付けを提供することができ、その後の機能は最小限である。たとえば、ハウジング８０がブッシュ１１６によって提供された整列配置に従ってベース２２に固定された後、いくつかの例では、デバイス７０のブッシュを取り外すことができる。ブッシュ１１６は、必要に応じて交換可能である。しかしながら、デバイス７０が装置２０に取り付けられた後は、デバイス７０の継続的な動作のために、それが必要になることはない。これは、バンド１８０を感知する際のエンコーダ１５０の電子回路の機能がブッシュ１１６に依存しないからである。よって、エンコーダ１５０が適切に機能している限り、仮にブッシュ１１６が摩耗したとしても、それは異なる装置または同じ装置まで移動し、依然として、エンコーダとしての動作を可能にする自己整合機能を提供することができる。いずれにしろ、デバイス７０は、それが装置２０に対する精密なセンタリングと固定に使用された後に、ブッシュ１１６の磨耗によってエンコード機能が損なわれることがないようにするように構成される。

上述したように、モータのパイロットホールの位置を特定および／またはモータのパイロットホールに依存する必要性あるいは、デバイスとモータとの間のテザーを固定する必要性が緩和されるという点で、デバイス７０は、ハウジング８０と装置２０を一緒に固定することを単純化する。代わりに、ひとたびフランジ９０がベース２２の端面２４に当接すると、ユーザーは単に、フランジの任意の場所でドリルおよびタップで端面２４まで穴をあけ、留め具９６がデバイスをモータに固定できるようにすればよい。このため、シャフトの角度位置および／または動きを感知するために、パイロットホールまたは他のすでに存在する装置構造を使用せずにブッシュ１１６自体を使用して、シャフト４０上にデバイス７０を整合させることで、シャフトに対してエンコーダ１５０を正確に位置決めする。

また、ブッシュ１１６の自己整合構造は、装置２０上でのデバイス７０の組み立てとシャフトコンポーネント１３８に対するエンコーダ１５０の位置決めを単純化する。モータシャフト４０を自己整合／セルフセンタリングブッシュ１１６に単に挿入するだけで、エンコーダ１５０のセンサ１６８は、シャフト４０に固定されたシャフトコンポーネント１３８上のバンド１８０と自動的に整列配置され、これがモータシャフトの回転の正確かつ再現可能な測定を確実にする。したがって、本明細書に開示されたセルフセンタリングデバイスは、コストを削減し、取り付け場所における精度と汎用性を向上させ、他の方法では互いに許容できないであろう構成要素の摩耗を低減することによって、製品の総合的な平均寿命を延ばす。

以上説明してきたものは、例である。もちろん、構成要素または方法論の考え得るあらゆる組み合わせを説明するのは不可能であるが、別の多くの組み合わせや入れ替えが可能であることを、当業者であれば認識するであろう。したがって、本開示には、添付の特許請求の範囲を含む本出願の範囲に入るそのような変更、修正および変形をすべて包含することが意図されている。本明細書で使用する場合、「備える」「有する」「含む」という語は「備えるがそれに限定されない」「有するがそれに限定されない」「含むがそれに限定されない」を意味し、「備え」「有し」「含み」という語は「備えるがそれに限定されず」「有するがそれに限定されず」「含むがそれに限定されず」を意味する。「に基づく」という表現は、少なくとも部分的に基づくことを意味する。さらに、本開示または請求項で、単複の記載なく、あるいは「ひとつの」、「第１の」または「もう１つの」要素またはその等価物に言及される場合、１つまたは２つ以上のそのような要素を含み、２つまたは３つ以上のそのような要素を必要とすることも排除することもないものと解釈されるものとする。
［関連出願へのクロスリファレンス］

本出願は、２０１４年８月２２日に出願され、発明の名称が「ＳＥＬＦ−ＣＥＮＴＥＲＩＮＧ ＦＯＲ ＥＮＣＯＤＥＲ ＤＥＶＩＣＥ（エンコーダ装置用のセルフセンタリング）」である米国特許出願第１４／４６６，３４８号による優先権を主張するものであり、その内容全体を本明細書に援用する。

Claims (14)

1. 回転可能なシャフトが軸に沿ってベースを貫通し、当該ベースに固定するためのセルフセンタリングデバイスであって、
   ハウジングと、
   前記ハウジングに接続され、前記回転可能なシャフトを受けるための通路を有するブッシュと、
   前記ブッシュから離れて、前記ハウジングに固定されたエンコーダと、
   を備え、
   前記ハウジングは、当該ハウジングを前記ベースに固定するためのフランジを含み、
   前記エンコーダは、前記回転可能なシャフトの位置および回転のうちの少なくとも１つを測定するように構成され、
   前記ブッシュの前記通路内で前記回転可能なシャフトを位置決めすることで、前記エンコーダが、前記回転可能なシャフトに対して整列配置されて、前記エンコーダが前記回転可能なシャフトの位置および回転のうちの前記少なくとも１つを測定することができるようになる、セルフセンタリングデバイス。
2. 前記エンコーダは、磁気式エンコーダ、光学式エンコーダ、誘導式エンコーダまたは容量式エンコーダのうちの１つである、 請求項１に記載のセルフセンタリングデバイス。
3. 前記エンコーダは、
   前記ハウジング内に固定されたセンサと、
   前記ハウジングとは別個のシャフトコンポーネントと、
   をさらに有し、
   前記回転可能なシャフトの一部が、前記シャフトコンポーネントを超えて延在して前記ブッシュの前記通路に受けられるように、前記回転可能なシャフトに固定され、
   前記センサは、前記回転可能なシャフトの位置および回転のうちの前記少なくとも１つを検出するために、前記シャフトコンポーネント上の印を検知するように構成されている、請求項２に記載のセルフセンタリングデバイス。
4. 前記フランジは、前記ハウジングから半径方向外側に向かって延在し、前記ハウジングを前記ベースに固定するための少なくとも１つの留め具を受ける、請求項１に記載のセルフセンタリングデバイス。
5. 前記ブッシュは摩耗可能な実質的に剛性の材料を含む、請求項１に記載のセルフセンタリングデバイス。
6. 前記ブッシュは潤滑剤が含浸された材料を含む、請求項５に記載のセルフセンタリングデバイス。
7. リテーニングプレートをさらに備え、
   前記リテーニングプレートと前記ハウジングとの間で前記ブッシュをクランプ留めし、前記ハウジング内であらかじめ定められた位置および向きに前記ブッシュおよび前記通路を保持するために、前記リテーニングプレートが前記ハウジングに接続された、請求項１に記載のセルフセンタリングデバイス。
8. 前記リテーニングプレートは、前記ブッシュの端が中を通って延在する開口を有し、
   前記ブッシュは前記端から離隔したショルダを有し、
   前記ショルダは、前記ブッシュが前記リテーニングプレートと前記ハウジングとの間にクランプ留めされつつ前記リテーニングプレートを完全に通り抜けるのを防止するために、前記開口に隣接する前記リテーニングプレートと当接している、請求項７に記載のセルフセンタリングデバイス。
9. 前記ブッシュの前記通路は、前記ブッシュに対する前記回転可能なシャフトの実質的に自由な回転を容易にするために、前記回転可能なシャフトの外径とほぼ同一の内径を有するように構成されている、請求項１〜８のいずれか１項に記載のセルフセンタリングデバイス。
10. 前記ハウジングは、前記ハウジングの前記フランジが前記ベースに固定されているときに前記ブッシュを前記ハウジングから取り出すための開口を有する、請求項１〜９のいずれか１項に記載のセルフセンタリングデバイス。
11. 前記ベースの表面に凹部として形成されたパイロットと、
    前記パイロットを覆うように構成されたカバー部材をさらに備える、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のセルフセンタリングデバイス。
12. 前記セルフセンタリングデバイスを前記ベースに固定するために、前記フランジを通って前記ベースの中まで延在している留め具をさらに備える、請求項１〜１１のいずれか１項に記載のセルフセンタリングデバイス。
13. モータまたは発電機と、
    前記モータまたは発電機の前記ベースの前記表面と前記フランジとの間に位置決めされたカバー部材と、をさらに含み、
    前記回転可能なシャフトは、前記モータまたは発電機から延び、
    前記モータまたは発電機は、前記モータまたは発電機の前記ベースの表面に前記パイロットを有し、
    前記カバー部材は、前記凹部を埋めている、請求項１１に記載のセルフセンタリングデバイス。
14. 内部空間を有するハウジングであって、
    前記ハウジング内に装着され、回転装置のベースから軸方向に延在する回転可能なシャフトを受けるように構成された通路を有するブッシュと、
    前記内部空間内に装着され、前記ブッシュから離隔したエンコーダ電子回路と、
    前記ハウジングの端から外方向に延在しているフランジと、を有するハウジングを準備し、
    前記エンコーダ電子回路が前記回転可能なシャフトの動きおよび位置のうちの少なくとも１つを測定できるようにするために、前記回転可能なシャフトを前記ブッシュの前記通路内で受けて、前記エンコーダ電子回路を前記回転可能なシャフトの軸に対してあらかじめ定められた距離内に位置決めし、
    前記ハウジングの前記フランジを前記回転装置の前記ベースに固定することを含む、方法。

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