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

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    • H02K11/21Devices for sensing speed or position, or actuated thereby

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と、クランプ部材143内の第2の直径Φ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を、直径Φ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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