(57)【要約】【課題】  他のセンサを接続するためのロータリエンコーダおよびこのようなロータリエンコーダを備えた電気機械を提供する。【解決手段】  ロータリエンコーダ（１）が回転可能な物体の回転位置に依存した測定量を検出するためのセンサ（２）を有し、ロータリエンコーダ（１）が測定量に対応した回転信号（ＤＳ）を出力するための少なくとも１つのロータリエンコーダ信号出力端子（８）を有する。ロータリエンコーダ（１）が少なくとも１つの他のセンサ（１０）を接続するための接続部（９）を有する。ロータリエンコーダ（１）が他の信号（ＷＳ）を出力するための少なくとも１つのセンサ信号出力端子（１１）を有し、この信号が前記少なくとも他のセンサ（１０）によって検出される測定量に対応している。
2010501870.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転可能な物体の回転位置に依存した測定量を検出するためのセンサ（２）を備えたロータリエンコーダであって、該ロータリエンコーダが測定量に対応した回転信号（ＤＳ）を出力するための少なくとも１つのロータリエンコーダ信号出力端子（８）を有するものにおいて、
ロータリエンコーダが少なくとも１つの他のセンサ（１０）を接続するための接続部（９）を有し、
ロータリエンコーダが他の信号（ＷＳ）を出力するための少なくとも１つのセンサ信号出力端子（１１）を有し、この信号が前記少なくとも他のセンサ（１０）によって検出される測定量に対応しているロータリエンコーダ。
【請求項２】
前記少なくとも１つの他のセンサ（１０）用の接続部（９）が少なくとも１つのバスインタフェースとして形成されている請求項１記載のロータリエンコーダ。
【請求項３】
ロータリエンコーダが第１測定検出ユニット（１５）を有し、該測定検出ユニットが入力側で各センサ信号出力端子（１１）と結合されており、出力側には前記少なくとも１つの他のセンサ（１０）に対応した信号（ＷＳ）を出力するための少なくとも１つの測定検出出力端子（１６）を有する請求項１又は２記載のロータリエンコーダ。
【請求項４】
ロータリエンコーダが第２測定検出ユニット（１７）を有し、該測定検出ユニットが入力側でロータリエンコーダ信号出力端子（８）と結合されており、出力側には測定量に対応した回転信号（ＤＳ）を出力するための前記少なくとも１つの測定検出出力端子（１６）を有する請求項１から３の１つに記載のロータリエンコーダ。
【請求項５】
測定検出ユニット（１５、１７）が信号を変換するためのインタフェースモジュール（２０）を有し、該インタフェースモジュールが入力側で前記少なくとも１つの測定検出出力端子（１６）と結合されており、出力側には対応するインタフェース信号（ＳＴ）を出力するためのインタフェースモジュール出力端子（２１）を有する請求項３又は４記載のロータリエンコーダ。
【請求項６】
測定検出ユニット（１５、１７）が前記他の各信号（ＷＳ）および／又は回転信号（ＤＳ）を、設定可能な比較値と比較し、各比較値を上回り又は下回る場合に故障信号（Ｆ）を出力する請求項３又は４記載のロータリエンコーダ。
【請求項７】
測定検出ユニット（１５、１７）がインタフェースモジュール（２０）を有し、該インタフェースモジュールが故障信号（Ｆ）を、故障信号（Ｆ）に対応したインタフェース信号（ＳＴ）に変換し、このインタフェース信号がインタフェースモジュール出力端子（２１）から出力可能である請求項６記載のロータリエンコーダ。
【請求項８】
測定検出ユニット（１５、１７）が、検出されたセンサ信号（ＤＳ、ＷＳ）に対応したセンサデータを記憶するためのデータ記憶装置（２６）を有する請求項３から７の１つに記載のロータリエンコーダ。
【請求項９】
測定検出ユニット（１５、１７）がマイクロコントローラ又はマイクロプロセッサである請求項３から８の１つに記載のロータリエンコーダ。
【請求項１０】
ロータリエンコーダが、若干本数の信号線路を備えた接続ケーブルと結合可能である請求項１から９の１つに記載のロータリエンコーダ。
【請求項１１】
ロータリエンコーダが、若干本数の信号線路（３４）を備えた接続ケーブル（３３）を有する請求項１から９の１つに記載のロータリエンコーダ。
【請求項１２】
信号線路（３４）の少なくとも一部が、前記少なくとも１つのロータリエンコーダ信号出力端子（８）と結合されている請求項１１記載のロータリエンコーダ。
【請求項１３】
信号線路（３４）の少なくとも一部が、前記少なくとも１つのセンサ信号出力端子（１１）と結合されている請求項１１又は１２記載のロータリエンコーダ。
【請求項１４】
ロータリエンコーダがロータリエンコーダハウジング（３０）を有し、
前記少なくとも１つの他のセンサ（１０）を接続するための接続部（９）がロータリエンコーダハウジング（３０）の内部又は表面に配置されている請求項１から１３の１つに記載のロータリエンコーダ。
【請求項１５】
ロータリエンコーダが、前記少なくとも１つの他のセンサ（１０）を接続するための若干本数のセンサ線路を備えたセンサケーブルを有する請求項１から１４の１つに記載のロータリエンコーダ。
【請求項１６】
ロータリエンコーダが、他のセンサ（１０）としての少なくとも１つの温度センサ、振動センサ、コイル破断センサ又は開閉接点を接続するように形成されている請求項１から１５の１つに記載のロータリエンコーダ。
【請求項１７】
前記他のセンサ（１０）がロータリエンコーダの部品であり、ロータリエンコーダの接続部（９）と結合されている請求項１から１５の１つに記載のロータリエンコーダ。
【請求項１８】
ロータリエンコーダがロータリエンコーダハウジング（３０）を有し、
前記少なくとも１つの他のセンサ（１０）がロータリエンコーダハウジング（３０）の内面に取付けられている請求項１７記載のロータリエンコーダ。
【請求項１９】
前記少なくとも１つの他のセンサ（３０）が温度センサ又は振動センサである請求項１７又は１８記載のロータリエンコーダ。
【請求項２０】
ロータ軸と、請求項１から１９の１つに記載のロータリエンコーダ（１）とを有し、前記少なくとも１つの他のセンサ（１０）がロータリエンコーダ（１）と結合されている電気機械。
【請求項２１】
少なくとも１つの他のセンサ（１０）が電気機械内に取付けられ、かつロータリエンコーダ（１）の接続部（９）と結合されている請求項２０記載の電気機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転可能な物体の回転位置に依存した測定量を検出するためのセンサを備えたロータリエンコーダに関する。このロータリエンコーダは、測定量に対応した回転信号を出力する少なくとも１つのロータリエンコーダ信号出力端子を有する。
【０００２】
本発明は、更にこのようなロータリエンコーダを備えた電気機械に関する。
【背景技術】
【０００３】
ロータリエンコーダはロータリエンコーダに結合された回転可能な物体の行程、速度又は回転角を測定するのに役立つ。ロータリエンコーダは、このため回転位置又は回転位置変化を検出するためのセンサを有する。このようなロータリエンコーダは、例えば分解能０．１°等の極めて高い回転角分解能で回転角を検出できる。
【０００４】
産業分野においてロータリエンコーダは例えば工作機械、ハンドリング技術、自動化技術、測定および検査装置において利用されている。
【０００５】
ロータリエンコーダは、例えば絶対回転角位置を検出し、かつ対応する符号化信号を出力するエンコーダとすることができる。ロータリエンコーダは、例えば互いに９０°ずれた２つの信号を出力するインクリメンタル形ロータリエンコーダとすることもできる。両方のロータリエンコーダ信号から相対的回転角変化を確定できる。
【０００６】
更に、付加的に所定の回転角において基準信号を出力するインクリメンタル形ロータリエンコーダが知られている。この信号を評価することで、絶対回転角を導き出せる。
【０００７】
ロータリエンコーダは、例えば光電原理又は磁気原理に基づいている。光電原理の場合一般にＬＥＤにより発生された光線は罫線又は条溝を備えた走査板を通して光学センサ、一般にフォトトランジスタに導かれる。走査板が回転すると光線はＬＥＤとフォトトランジスタとの間で周期的に変調される。フォトトランジスタのこの変調信号から相応するロータリエンコーダ信号を発生できる。
【０００８】
このようなロータリエンコーダは、例えばロータ軸の回転位置変化を検出すべく、電気機械のロータ軸端に取付け得る。選択的に、ロータリエンコーダは歯付きベルトを介してロータ軸と結合することもできる。ロータリエンコーダ信号は通常電気機械を監視および／又は調節するのに必要とされる。電気機械は、例えばモータ又は発電機である。電気機械は、非同期機又は同期機である。
【０００９】
電気機械は、通常電気機械を監視する他のセンサを有する。センサは温度センサ、振動センサ、コイル破断センサ、前記ロータリエンコーダ等である。これらセンサは、好ましくは、電気機械の例えばコイル端又はモータ軸受領域等の監視を必要とする箇所に取付けられる。
【００１０】
センサの信号を送る付属のセンサ信号線路および場合により給電線路は、端子板と結合できる。端子板は、好適にはセンサを外部で接続するための端子箱に収容されている。
【００１１】
選択的に電気機械にセンサ電子装置を収容でき、該センサ電子装置は電気機械内に取付けられた多数のセンサにより相応するセンサ信号を検出する。検出されたセンサ信号は、測定技術的処理後、例えばＲＳ２３２インタフェース等のバスインタフェースを介して測定値として出力できる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の課題は、改良されたロータリエンコーダを提供することである。
【００１３】
本発明の他の課題は、このようなロータリエンコーダを備えた好適な電気機械を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この課題は、請求項１の特徴を有するロータリエンコーダで解決される。有利な諸構成を従属請求項２から１９に示している。請求項２０は、本発明に係るロータリエンコーダを備えた好適な電気機械を示す。請求項２１は電気機械の有利な１構成を示している。
【００１５】
本発明によれば、ロータリエンコーダが少なくとも１つの他のセンサを接続するための接続部を有する。それに加えてロータリエンコーダは他の信号を出力するための少なくとも１つのセンサ信号出力端子を有し、この信号は前記少なくとも他のセンサによって検出される測定量に対応している。
【００１６】
これにより、前記他のセンサを接続するための組立費用を低減できる。
【００１７】
接続部は、例えばロータリエンコーダの内部又は表面に取付けられた端子板又はソケットコネクタであってよい。端子板又はソケットコネクタに前記他のセンサの各線路端を押し込み又は差し込み、次に固定することができる。
【００１８】
接続された各センサの前記他の信号および場合によっては信号技術的に処理された信号は、ロータリエンコーダの各センサ信号出力端子から取り出し、又は信号線路を介して転送できる。信号技術的処理は、例えば各センサ信号の増幅又は弁別を含み得る。
【００１９】
１実施形態では、前記少なくとも１つの他のセンサ用の接続部は少なくとも１つのバスインタフェースとして形成される。
【００２０】
この構成形態の特別な利点として、センサを標準プラグで簡単にロータリエンコーダの対応するバス接続ソケットに差し込むことができ、組立支出を更に低減できる。
【００２１】
他の利点として、センサによって検出された測定量は大抵の場合ディジタル化測定値として存在し、この測定値がロータリエンコーダのバスインタフェースに伝送される。バスインタフェースは、例えば標準ＵＳＢインタフェースであってもよい。ＵＳＢプラグおよびこれに対応したソケットは、コンパクトな寸法を有する点で優れている。
【００２２】
ＵＳＢインタフェースの他の利点として、差し込まれたセンサおよびセンサ側ＵＳＢ回路部品に給電可能となる。
【００２３】
選択的に、ＩＥＥＥ１３９４規格に基づく所謂ファイヤワイヤインタフェース、ＣＡＮバスインタフェース又はＩ2Ｃバスインタフェースを使用できる。
【００２４】
他の実施形態によれば、ロータリエンコーダが第１測定検出ユニットを有し、この測定検出ユニットは入力側で各センサ信号出力端子と結合されており、出力側には前記少なくとも１つの他のセンサに対応した信号を出力するための少なくとも１つの測定検出出力端子を有する。対応する信号は信号技術的に処理し、例えば増幅し、濾波し、又はディジタル化しておくことができる。
【００２５】
第１測定検出ユニットは、特にセンサの検出された多数の他の信号を信号技術的に処理するように形成された集積部品となし得る。
【００２６】
選択的に又は付加的に、ロータリエンコーダは第２測定検出ユニットを有するとよく、該測定検出ユニットは入力側でロータリエンコーダ信号出力端子と結合され、出力側には測定量に対応した回転信号を出力する少なくとも１つの測定検出出力端子を有する。
【００２７】
第２測定検出ユニットは、好ましくは、回転可能な物体のセンサによって検出された回転位置を好適な測定量、例えば回転角又は角速度に変換する。対応する回転信号は信号技術的に処理し、例えば増幅し、濾波し又はディジタル化できる。
【００２８】
第２測定検出ユニットは、第１測定検出ユニットと同様に集積部品となし得る。
【００２９】
特に第１測定検出ユニットと第２測定検出ユニットは単一の部品として形成できる。この部品は、例えば相応する数のアナログおよび／又はディジタル入出力端子を備えたマイクロコントローラ又はマイクロプロセッサであってよい。
【００３０】
他の有利な実施形態によれば、測定検出ユニット、即ち第１および／又は第２測定検出ユニットは、信号を変換するためのインタフェースモジュールを有する。このインタフェースモジュールは入力側で前記少なくとも１つの測定検出出力端子と結合されている。インタフェースモジュールは、出力側に対応するインタフェース信号を出力するためのインタフェースモジュール出力端子を有する。
【００３１】
この実施形態の特別な利点は、回転信号および前記他のセンサの多数の他の信号を単一のインタフェースモジュール出力端子を介して出力できる点にある。
【００３２】
この出力は、好ましくは、時分割多重方式に基づいて行われる。これは、回転信号および前記他のセンサの他の信号が順次周期的に出力されることを意味する。この出力は特にディジタル符号化の態様で行われる。各信号は例えば１６ビット又は３２ビット又は浮動小数点データフォーマットで出力でき、各ディジタル符号化は接続された各センサの付属する測定量の対応する測定値に一致している。
【００３３】
他の実施形態では、測定検出ユニットは前記他の各信号および／又は回転信号を、設定可能な比較値と比較する。各比較値を上回り又は下回る場合、測定検出ユニットが故障信号を出力する。
【００３４】
この結果、ロータリエンコーダに接続された監視ユニットの側で監視費用が減少する。測定検出ユニットは、例えば臨界軸受温度又は臨界振動値を上回る場合にのみ故障信号を出力する。
【００３５】
好ましくは測定検出ユニットがインタフェースモジュールを有し、このインタフェースモジュールは故障信号を、故障信号に対応したインタフェース信号に変換する。次にこのインタフェース信号はインタフェースモジュール出力端子から出力可能である。
【００３６】
これにより、前記他のセンサを検出するための部材点数は更に減少する。
【００３７】
他の実施形態によれば、測定検出ユニットは検出された他の信号に対応したセンサデータを記憶するためのデータ記憶装置を有し得る。
【００３８】
こうすると、時間的に以前のセンサデータも出力可能となる利点がある。センサデータに基づき、例えば電気機械の故障時、簡素な故障分析が可能である。
【００３９】
センサデータは、例えばヒストリーの意味で時間的順序で記憶し得る。データ記憶装置は設定可能な記憶装置循環時間後に再び上書きされる循環記憶装置として作動させることもできる。記憶装置循環時間は、各センサタイプについて個別に選択することもできる。
【００４０】
他の実施形態によれば、ロータリエンコーダは若干本数の信号線路を備えた接続ケーブルと結合可能である。ロータリエンコーダがロータリエンコーダハウジングにソケットを有し、このソケットに接続ケーブルのプラグを差し込み可能であるとよい。
【００４１】
これにより、有利なことに接続ケーブルの長さはロータリエンコーダと制御ユニット又は評価ユニットとの距離に応じて適合させ得る。
【００４２】
選択的実施形態では、ロータリエンコーダは若干本数の信号線路を備えた接続ケーブルを有する。
【００４３】
結合接点が無い故、前記解決策と比較して一層確実な信号伝送が可能である。
【００４４】
１実施形態によれば、信号線路の少なくとも一部が前記少なくとも１つのロータリエンコーダ信号出力端子と結合されている。
【００４５】
選択的に又は付加的に、他の実施形態では、信号線路の少なくとも一部は前記少なくとも１つのセンサ信号出力端子と結合しておける。
【００４６】
更に、選択的に又は付加的に、信号線路の少なくとも一部を第１又は第２測定検出ユニットの前記少なくとも１つの測定検出出力端子と結合できる。
【００４７】
更に、選択的に又は付加的に、信号線路の一部はインタフェースモジュール出力端子と結合できる。その場合、接続ケーブル内の信号線路の所要本数が著しく減少する。これが該当するのは、特に多数の他のセンサ信号と回転信号が時分割多重方式で伝送されるときである。その場合、線路の本数は僅かな信号線路又はバス線路と、ロータリエンコーダ内の電子部品と接続されたセンサとに給電するための給電線路とに限定される。
【００４８】
他の実施形態では、好ましくは、ロータリエンコーダがロータリエンコーダハウジングを有する。ロータリエンコーダハウジングは代表的にはアルミニウム又はプラスチックから作製される。前記少なくとも１つの他のセンサを接続するための接続部は、ロータリエンコーダハウジングの内部又は表面に配置される。
【００４９】
接続部は、冒頭に述べたように、例えばロータリエンコーダの内部又は表面に取付けられた端子板又はソケットコネクタとなし得る。前記他のセンサの各線路端は、端子板又はソケットコネクタに押し込み又は差し込み、次に固定できる。
【００５０】
端子板又はソケットコネクタはロータリエンコーダハウジングの外面と同一平面で成端しているとよい。
【００５１】
多数のセンサを接続するための組立支出と配線支出が著しく減少する。
【００５２】
他の実施形態では、選択的に又は付加的に、ロータリエンコーダは前記少なくとも１つの他のセンサを接続するための若干数のセンサ線路を備えたセンサケーブルを有する。
【００５３】
これが有利であるのは、例えば検出すべきセンサがロータリエンコーダから空間的に離して配置されているときである。
【００５４】
特にロータリエンコーダは、他のセンサとしての少なくとも１つの温度センサ、振動センサ、コイル破断センサ又は開閉接点を接続するように形成される。
【００５５】
温度センサが軸受外輪および軸受内輪の温度を検出するとよい。温度センサは、例えばＰＴ１００温度センサとなし得る。電気機械の軸受内輪又はロータ軸等の回転部品の温度を検出すべく、非接触式に作動する焦電型温度センサを使用できる。
【００５６】
振動センサは、電気機械により生成され又は電気機械に結合された駆動部品により生成される振動を検出する。特に電気機械の不平衡は許容外の値について監視できる。
【００５７】
開閉接点は、例えば機械的スイッチ又は近接スイッチであってよい。例えばサーボモータ等の電気機械が機械的ブレーキを有する場合、ブレーキ操作行程を検出し、又はブレーキパッド摩耗限界に達したことを検出できる。
【００５８】
特別有利な実施形態では、前記他のセンサがロータリエンコーダの部品であり、かつロータリエンコーダの接続部と結合される。
【００５９】
この結果、ロータリエンコーダのセンサスペクトルが単一の部材として回転運動の検出を越えて拡張される利点がある。
【００６０】
ロータリエンコーダに一体化されたセンサは、例えば電気機械又は別の設備部品の例えばロータリエンコーダ軸又はロータリエンコーダハウジングを介して侵入する振動を監視する振動センサとなし得る。
【００６１】
センサは、例えばロータ軸からロータリエンコーダ軸に伝達される、例えばロータ温度を検出する温度センサであってよい。
【００６２】
他の実施形態では、ロータリエンコーダがロータリエンコーダハウジングを有する。その場合、前記少なくとも１つの他のセンサはロータリエンコーダハウジングの内面に取付けられる。
【００６３】
これにより、センサ信号は一層迅速かつ高精度で検出できる。
【００６４】
他のセンサとしての振動センサは、特にロータリエンコーダハウジングの内面に堅く取付けられ、ロータリエンコーダハウジングを介して振動センサへの十分な固体伝播音伝達が可能である。他のセンサが温度センサの場合、例えば伝熱性接着剤又は伝熱ペースト等の良伝熱性物質を温度センサとロータリエンコーダハウジングとの間に設けるとよい。
【００６５】
前記少なくとも１つの他のセンサは、特に温度センサ又は振動センサとなし得る。
【００６６】
選択的に又は付加的に、力センサ、気圧センサ、湿度センサ、磁界センサ等もロータリエンコーダハウジングに収容できる。
【００６７】
前記の課題は更に、ロータ軸と本発明に係るロータリエンコーダとを有する電気機械、特にモータによって解決される。前記少なくとも１つの他のセンサがロータリエンコーダと結合される。
【００６８】
特に、前記少なくとも１つの他のセンサが電気機械内に取付けられ、かつロータリエンコーダの接続部と結合される。
【００６９】
これにより、このような電気機械の作製と組立は著しく簡素になる。同時に、部品点数が減少する。
【００７０】
本発明のその他の有利な構成、好ましい態様は従属請求項に示す。
【００７１】
以下、本発明と本発明の有利な実施の形態とを図を基に詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】従来技術によるロータリエンコーダを示す。
【図２】本発明に係るロータリエンコーダの略構造を示す。
【図３】本発明に係るロータリエンコーダの第１実施形態を示す。
【図４】本発明に係るロータリエンコーダの第２実施形態を示す。
【図５】本発明に係るロータリエンコーダの縦断面図である。
【図６】本発明に係るロータリエンコーダの第３実施形態の縦断面図である。
【図７】本発明に係るロータリエンコーダの第４実施形態の縦断面図である。
【図８】本発明に係るロータリエンコーダを備えた電気機械の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００７３】
図１は従来技術によるロータリエンコーダ１を示す。このロータリエンコーダ１は回転可能な物体の回転位置に依存した測定量を検出するためのセンサ２を有する。測定量は例えば度単位の角度となし得る。図示したロータリエンコーダ１は、検出すべき回転可能な物体に相対回転不能に結合されたロータリエンコーダ軸３を有する。符号Ａはロータリエンコーダ１又はロータリエンコーダ軸３の回転軸線である。回転可能な物体は見易さのため図示していない。この物体は、例えばモータ軸、回転テーブル等である。
【００７４】
規則的に配置された接線方向条溝４を備える走査板５がロータリエンコーダ軸３のロータリエンコーダ側末端に固着されている。「接線方向」とは回転軸線Ａの周りの方向である。相互にずらして配置される２つのフォーク形の枠体６ａ、６ｂが走査板５の縁に取付けられ、フォーク形の枠体は光線ＬＳを発生すべく１つの光源と１つのフォトトランジスタをそれぞれ有する。
【００７５】
走査板５が図１に示す回転位置の際、フォーク形の枠体６ａの光源で発生された光線ＬＳが条溝４を通過できるのに対し、図１の下部分のフォーク形の枠体６ｂではそれが該当しない。走査板５が回転すると、光線ＬＳは前を移動する条溝４によって周期的に変調される。両方のフォーク形の枠体６ａ、６ｂの各フォトトランジスタの変調信号から、回転位置および方向に依存した回転信号ＤＳが発生される。
【００７６】
ロータリエンコーダ１は、給電とフォーク形の枠体６ａ、６ｂの変調信号の測定技術的検出および評価のための電子回路７を有する。この電子回路７は測定量に対応した回転信号ＤＳを出力するロータリエンコーダ信号出力端子８を有する。図１の例では、ロータリエンコーダ信号出力端子８は２つの接続部を有する。
【００７７】
図２は本発明に係るロータリエンコーダ１の構造を略示する。
【００７８】
本発明に従い、ロータリエンコーダ１は少なくとも１つの他のセンサ１０を接続するための接続部９を有する。この接続部９を図２の右部分に示す。他のセンサ１０は、例えば温度センサ１０１、例えばＰＴ１００温度センサとしたり、振動センサ１０２又はコイル破断センサとしたりできる。
【００７９】
前記他のセンサ１０は、電気機械内の、例えばコイル端又はモータ軸受領域等の監視を必要とする箇所に取付けるとよい。他のセンサ１０は、例えば開閉接点１０３、例えばリードリレー接点又は近接スイッチ等となし得る。開閉接点１０３は、特に電気機械の開閉状態および可動部品の操作行程を検出するのに役立つ。可動部品は、例えばブレーキシリンダ又はタペットとすることができる。
【００８０】
それに加えてロータリエンコーダ１は、本発明によれば他の信号ＷＳを出力するための少なくとも１つのセンサ信号出力端子１１を有する。前記他の信号ＷＳは前記少なくとも１つの他のセンサ１０によって検出された測定量に対応している。そのことを、図２の左部分に示す。前記他のセンサ１０が温度センサ１０１であると、対応する測定量は、例えば８０℃の温度であり得る。前記他のセンサ１０が振動センサ１０２であると、測定量は例えば０．５ｍｍの距離であり得る。開閉接点１０３の場合、測定量は２進論理値、例えば「０」又は「１」等であり得る。
【００８１】
符号１３は信号相互接続ユニットである。信号相互接続ユニットは、給電線路１２とセンサ２および他のセンサ１０の入力側信号とを出力側ロータリエンコーダ信号出力端子８とセンサ信号出力端子１１とに回路技術的に分配するのに役立つ。信号相互接続ユニット１３内部の相互接続は、能動および受動電子部品なしの純配線とできる。
【００８２】
選択的に又は付加的に、信号相互接続ユニット１３は、例えば抵抗器等の受動部品および／又はトランジスタ、信号駆動器、又は入力側センサ信号を増幅又は弁別するための比較器等の能動部品を有し得る。
【００８３】
図３は本発明に係るロータリエンコーダ１の第１実施形態を示す。
【００８４】
この場合、ロータリエンコーダ１が第１測定検出ユニット１５を有する。該測定検出ユニットは入力側で前記他のセンサ１０の各センサ信号出力端子１１と結合されている。従って第１測定検出ユニット１５は図２で述べた信号分配ユニット１３の後段に設け得る。第１測定検出ユニット１５は出力側に、例えば接続された前記他のセンサ１０に対応したセンサ信号ＷＳを出力する３つの測定検出出力端子１６を有する。信号ＷＳは第１測定検出ユニット１５により信号技術的に、例えば増幅、濾波又はディジタル化処理し得る。第１測定検出ユニット１５は集積部品、例えばマイクロコントローラ又は信号プロセッサ等であるとよい。
【００８５】
図３の上部分に示す第２測定検出ユニット１７は、入力側でロータリエンコーダ信号出力端子８と結合されている。出力側で第２測定検出ユニット１７は、例えば測定量に対応した回転信号ＤＳを出力する２つの測定検出出力端子１６を有する。
【００８６】
図３の例では、第１、第２測定検出ユニット１５、１７が単一の部品、例えばマイクロコントローラ又はマイクロプロセッサ等を形成する。この種部品は、好ましくは、検出されたセンサ信号ＤＳ、ＷＳを処理するための相応する数のアナログおよび／又はディジタル入出力端子を有する。
【００８７】
図２の信号相互接続ユニット１３は測定検出ユニット１５、１７に一体化できる。
【００８８】
図４は本発明に係るロータリエンコーダ１の第２実施形態を示す。図４のロータリエンコーダ１は、図３のロータリエンコーダと、測定検出ユニット１５、１７が信号変換用のインタフェースモジュール２０を有する点で異なる。このインタフェースモジュール２０は入力側で図３の測定検出出力端子１６と結合され、出力側にインタフェースモジュール出力端子２１を有する。該出力端子を介して、対応するインタフェース信号ＳＴを出力する。インタフェースモジュール２０は、図４の例では、インタフェースモジュール２０又は付加的に測定検出ユニット１５、１７に給電する給電入力端子２２を有する。
【００８９】
かくして、前記他の信号ＷＳおよび場合によっては回転信号ＤＳを伝送するのに必要となる信号線路の数を著しく減少できる。図４の例では、インタフェース信号ＳＴを伝送するための１つの信号線路を設けているだけである。
【００９０】
インタフェース信号ＳＴの出力は、好ましくは時分割多重方式にて行われる。これは、前記他の信号ＷＳおよび場合によっては回転信号ＤＳが順次（好ましくは周期的に）出力されることを意味する。この出力は、特にディジタル化した態様で行い得る。
【００９１】
インタフェースモジュール２０は、例えばＲＳ２３２、ＵＳＢ、ファイヤワイヤ、ＣＡＮバス又はＩ2Ｃインタフェースであってよい。インタフェースモジュール２０は、集積電子部品又は測定検出ユニット１５、１７のプロセッサ支援ユニットの部品、例えばマイクロコントローラ又はマイクロプロセッサ等とすることができる。
【００９２】
図４の例では、測定検出ユニット１５、１７は、前記他の各信号ＷＳおよび／又は回転信号ＤＳを設定可能な比較値と比較する手段２５を有する。各比較値を上回り又は下回る場合、故障信号Ｆが出力される。この手段２５は、例えば比較器又はマイクロコントローラ等の電子部品であってよい。
【００９３】
故障信号Ｆは、継続処理のため測定検出ユニット１５、１７の故障出力端子２６で利用できる。選択的に又は付加的に、故障信号Ｆはインタフェース信号ＳＴと一緒にインタフェースモジュール出力端子２１を介して出力し得る。
【００９４】
図４の測定検出ユニット１５、１７は、更に電子データ記憶装置２６を有する。このデータ記憶装置は検出された前記他の信号ＷＳに対応したセンサデータを記憶するのに役立つ。センサデータは、特にディジタルデータであり、例えば測定検出ユニット１５、１７内で前記他の信号ＷＳをアナログ／ディジタル変換することで得られる。
【００９５】
接続部９が、例えばＵＳＢインタフェース又はファイヤワイヤインタフェース等のバスインタフェースとして形成されている場合、前記他のセンサ１０はセンサ出力端子から対応するディジタル信号ＷＳを既に提供する。その場合、ディジタルセンサ値はセンサデータとしてデータ記憶装置２６に記憶できる。
【００９６】
データ記憶装置２６は、例えば循環記憶装置として作動させ、設定可能な記憶装置循環時間後に再び上書きできる。記憶装置循環時間はセンサタイプ毎に個別に選択し得る。
【００９７】
図５は本発明に係る他のロータリエンコーダ１の縦断面図である。図１に示す回転位置検出センサ２がロータリエンコーダ１の内部に設けられている。符号３０はロータリエンコーダハウジングである。ロータリエンコーダハウジングは、例えばアルミニウム又はプラスチックから作製されている。ロータリエンコーダ１の右下部分に測定検出ユニット１５、１７が設けられている。回転位置を検出すべく、両方のフォーク形の枠体６ａ、６ｂが２つの結合線路３１、３２を介して測定検出ユニットと結合されている。
【００９８】
更にロータリエンコーダ１は、測定検出ユニット１５、１７に結合された若干数の信号線路３４を備えた接続ケーブル３３を有する。該接続ケーブル３３は、歪み除去とロータリエンコーダハウジング３０に対する密封のためケーブルジョイント３５を通っている。
【００９９】
選択的に、接続ケーブル３３はロータリエンコーダ１と結合可能となし得る。その際、ロータリエンコーダ１は若干数の信号線路を備えた対応するソケットを有する。このソケットは、好ましくはロータリエンコーダハウジング３０に取付けられる。
【０１００】
図５の例では、信号線路３４の一部はロータリエンコーダ信号出力端子８と結合され、他の一部はセンサ信号出力端子１１と結合されている。各信号出力端子８、１１は測定検出ユニット１５、１７上、特に測定検出ユニット１５、１７のプリント基板上にある。信号出力端子８、１１は、例えばソケットコネクタ又はピンコネクタ又は半田部として形成できる。信号出力端子は、センサ２に至る結合線路３１、３２の接続と、接続部９を介して接続可能な前記他のセンサ１０に至る結合線路３６の接続とに役立つ。
【０１０１】
更にセンサ線路３６の一部は、測定検出ユニット１５、１７の測定検出出力端子１６および／又はインタフェースモジュール２０のインタフェース出力端子２１と結合し得る。
【０１０２】
図５の例では、他のセンサ１０を接続するための接続部９はロータリエンコーダハウジング３０に配置されている。この接続部９は例えば端子板であり、ロータリエンコーダハウジング３０の外面に取付けられている。
【０１０３】
選択的に、端子板９はロータリエンコーダハウジング３０の切欠き部に収容し得る。端子板９がロータリエンコーダハウジング３０の外面と略同一平面で成端しているとよい。選択的に、接続部９はソケットコネクタ又はピンコネクタとしてもよい。
【０１０４】
図５に示す端子板９に前記他のセンサ１０の７つの線路端を差し込んで端子板９と螺合できる。端子板９は例えば２個、４個、８個、１０個又は例えば１７個の他のセンサ１０を受容するようにも形成できる。
【０１０５】
好ましくは、他の各センサ１０用に２つ又は３つの端子が設けられる。１つ又は２つの端子は、前記他のセンサ１０に給電するために設け得る。
【０１０６】
更に、接続部９は少なくとも１つのバスインタフェース、例えばＵＳＢ、ファイヤワイヤ、ＣＡＮ又はＩ2Ｃバスインタフェースとして形成できる。ＵＳＢインタフェース又はファイヤワイヤインタフェースの場合、接続可能な他のセンサ１０への給電は相応するＵＳＢ又はファイヤワイヤ接続ソケット９を介して可能である。小型な接続ソケット９が入手可能であり、多数の接続ソケット９をロータリエンコーダ１の外面に取付け得る。接続のため、前記他のセンサ１０は適合したプラグをその各線路端に有する。
【０１０７】
選択的に又は付加的に、他のセンサ１０を接続すべくロータリエンコーダ１は若干本数のセンサ線路を備えたセンサケーブルを有し得る。このセンサケーブルは相応に、図５で接続ケーブル３３にて例示したように、ロータリエンコーダハウジング３０に通し、そこで例えば測定検出ユニット１５、１７と結合できる。センサケーブルはロータリエンコーダ１の外面の相応するセンサソケットに差し込み可能としてもよい。センサケーブルは更にその自由端に例えば端子板、ピンコネクタ又はソケットコネクタを有し得る。選択的にセンサケーブルの各センサ線路は、ケーブルハーネスの意味で、前記他のセンサ１０と直接「配線」することもできる。
【０１０８】
図６は、本発明に係るロータリエンコーダ１の第２実施形態の縦断面図である。図６のロータリエンコーダは、図５のものと前記他のセンサ１０がロータリエンコーダ１の内部に取付けられている点で異なる。従って前記他のセンサ１０はロータリエンコーダ１の部品である。ロータリエンコーダ１は引き続き１つの構造ユニットを形成する。図示した前記他のセンサ１０はロータリエンコーダ１に接続されている。図６の例では、前記他のセンサ１０は図示しない結合線路を介して測定検出ユニット１５、１７と結合されている。
【０１０９】
前記他のセンサ１０は、外部からロータリエンコーダ１に作用する周囲熱又は振動を検出する温度センサ１０１又は振動センサ１０２であってよい。周囲熱は、例えば電気機械のステータ又は機械ハウジングの温度である。振動又は震動は、例えば電気機械内部の不平衡に由来する。ロータリエンコーダ１の内部の前記他のセンサ２０は、例えば気圧センサ又は湿度センサである。ロータリエンコーダ１に収容された前記他のセンサ１０は、その都度検出すべき測定量がロータリエンコーダハウジング３０又はロータリエンコーダ軸３を介して検出可能である限り、基本的に任意のセンサタイプとなし得る。
【０１１０】
前記他のセンサ１０がロータリエンコーダハウジング３０の内面に取付けられているとよい。図６はこの状態を示す。ロータリエンコーダハウジング３０の外面を介して作用する熱を検出する温度センサ１０１をロータリエンコーダ１の上部分に図示している。
【０１１１】
ロータリエンコーダ軸３を案内する軸受３６の領域に図示した振動センサ１０２は、ロータリエンコーダハウジング３０の内面と堅く結合されている。この結果、例えば電気機械のロータ等からロータリエンコーダ軸３を経て侵入する振動を特別良好に検出できる。
【０１１２】
更に、軸受３６の領域に他の温度センサ１０１を示している。この温度センサは伝熱性結合部３７を介してロータリエンコーダハウジング３０の内面と結合されている。この結果、ロータリエンコーダ軸３を介して作用する熱を特別良好に検出可能である。作用するこの熱は、例えば電気機械のロータ軸に由来し、このロータ軸は相対回転不能にかつ一定程度熱伝導式にロータリエンコーダ軸３と結合されている。
【０１１３】
図６の下部分に、他の振動センサ１０２を図示している。特にロータリエンコーダハウジング３０の外面を介した振動は、この振動センサで検出できる。
【０１１４】
図７は、本発明に係るロータリエンコーダ１の第３実施形態の縦断面図である。この実施形態は、図５と６によるロータリエンコーダ１の第１、第２実施形態を組合せたものに相当する。
【０１１５】
この場合、ロータリエンコーダ１は内部に既に他のセンサ１０を有する。選択的に、ロータリエンコーダ１の各利用分野に対して外部の他のセンサ１０は接続部９を介して接続できる。それ故、図７のロータリエンコーダ１は特別柔軟に利用可能である。
【０１１６】
図８は本発明に係るロータリエンコーダ１を備えた電気機械４０の縦断面図である。
【０１１７】
図示の電気機械４０はモータである。このモータはステータ４２とロータ４３を収容した機械ハウジング又はモータハウジング４１を有する。ロータ４３は２つのモータ軸受４５内で案内されたロータ軸４４を有する。符号Ｂは電気機械４０の回転軸線である。
【０１１８】
電気機械４０は、更に本発明に係るロータリエンコーダ１を有し、該ロータリエンコーダの軸３は相対回転不能にロータ軸４４と結合されている。ロータリエンコーダ軸３は、図８の例では、ロータ軸４４の一方の軸線方向末端の相応する穴の中で固着されている。それに対しロータリエンコーダ軸３が中空軸として形成されていると、該中空軸はロータ軸４４の一方の軸線方向末端又は一方の軸線方向ロータ軸スタブを相対回転不能に取り囲むことができる。両方の実施の形態において、ロータリエンコーダ１の回転軸線Ａと電気機械４０の回転軸線Ｂは一致している。ロータリエンコーダ軸３はＶベルト又は歯付きベルトを介してロータ軸４４と結合することもできる。その場合には、ロータリエンコーダ軸３の末端にＶベルト車又は歯付きベルト車が取付けられる。
【０１１９】
更に、ロータリエンコーダ１のロータリエンコーダハウジング３０が結合要素４７を介して電気機械４０の保護キャップ４６と結合されている。結合要素４７はロータリエンコーダ１用トルクアームとして役立つ。
【０１２０】
ロータリエンコーダハウジング３０は、機械ハウジング４１の一部としてもよい。更に選択的に、ロータリエンコーダハウジング３０は電気機械４０の保護キャップ４６の一部又は軸受台の一部となし得る。
【０１２１】
本発明によれば、少なくとも１つの他のセンサ１０がロータリエンコーダ１と結合されている。図８の例では、電気機械４０の監視および／又は制御のために７つの他のセンサ１０が取付けられている。各センサ信号線路は、見易さのため部分的に図示しており、通常ケーブルハーネスの意味で電気機械の内部で遮蔽して設けられる。
【０１２２】
図８の例では、電気機械４０のステータ４２の上部分内、特に熱的に危険なコイル端内に温度センサ１０１が設けられている。ステータ４２の下部分に、例示的にコイル破断センサ１０４が設けられている。図８の右上部分に示す振動センサ１０２は機械ハウジング４１の内面に取付けられている。更に、両方のモータ軸受４５を監視するための温度センサ１０１を示している。電気機械の回転軸線Ｂに対し半径方向で更に外側にある温度センサ１０１は各軸受外部温度を検出する。半径方向で更に内側にある両方の温度センサ１０１は各軸受内部温度を検出する。この検出は電気機械４０の動作時に回転する軸受内輪に基づいて、例えば焦電型赤外線温度センサ等によって非接触式に行われる。
【０１２３】
本発明では、ロータリエンコーダ１はロータリエンコーダ１の部品である他のセンサ１０を有する。図８の例では、ロータリエンコーダ１は２つの他のセンサ１０を有する。これらセンサを介して、例えば電気機械４０のロータ軸４４の、又は機械ハウジング４１から保護キャップ４６を介し、更には結合要素４７を介した振動や温度を検出できる。その場合、結合要素４７は比較的僅かな熱抵抗を有し、同時に高い剛性を有する。
【符号の説明】
【０１２４】
１  ロータリエンコーダ、２、１０  センサ、８  ロータリエンコーダ信号出力端子、９  接続部、１１  センサ信号出力端子、１５、１７  測定検出ユニット、１６  測定検出出力端子、２０  インタフェースモジュール、２１  インタフェースモジュール出力端子、２６  データ記憶装置、３０  ロータリエンコーダハウジング、３３  接続ケーブル、３４  信号線路、ＤＳ  回転信号、Ｆ  故障信号、ＳＴ  インタフェース信号、ＷＳ  信号
【図１】
2010501870.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2010501870.tif 000007
【図６】
2010501870.tif 000008
【図７】
2010501870.tif 000009
【図８】
2010501870.tif 000010
【国際調査報告】
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2010501870.tif 000012
2010501870.tif 000013
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