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Hintergrund der Erfindung
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Rotationsdetektor bzw. Drehwertgeber, der die Drehbewegung einer drehenden Maschine bestimmt, und eine Vorrichtung, die mit einem solchen Rotationsdetektor ausgerüstet ist.
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Beschreibung des Standes der Technik
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Auf dem Gebiet der Servomotoren bzw. Stellmotoren und anderen drehenden Maschinen ist es bekannt, einen Rotationsdetektor bzw. Drehwertgeber zur Gewinnung von Informationen über die Drehbewegung, wie zum Beispiel die Drehzahl, den Drehwinkel usw., der drehenden Maschine vorzusehen (siehe zum Beispiel die japanische Patentveröffentlichung
JP 2006 - 10 4 36 A). Dieser Rotationsdetektor ist mit einem bewegten Teil, das sich zusammen mit einer Ausgangswelle der drehenden Maschine dreht, und einem festen Teil versehen, das in radialen Richtung an der Außenseite des bewegten Teils befestigt wird und das eine Veränderung eines magnetischen Felds erkennt, die bei der Drehung des beweglichen Teils auftritt.
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Ferner offenbart das Dokument
DE 694 20 781 T2 eine Vorrichtung zum Detektieren einer Fehlpositionierung einer drehbaren Welle und einer winkligen Fehlausrichtung der Achse der Welle relativ zu einer gewünschten Achse. Die Vorrichtung umfasst mehrere detektierbare Elemente, die an einem Umfangsbereich angeordnet sind, der sich mit der Welle dreht. Mehrere Detektionseinrichtungen sind jeweils an unterschiedlichen Winkelpositionen um den Umfangsbereich angeordnet, wobei jede Detektionseinrichtung, während sich die detektierbaren Elemente bei Drehung der Welle an ihr vorbeibewegen, Signale erzeugt. Die erzeugten Signale haben ein Zeitsteuerungsverhältnis, das von den jeweiligen Winkelpositionen der Detektionseinrichtungen und von der axialen Verlagerung und axialen Ausrichtung der Welle abhängig ist.
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Ein weiterer Rotationsdetektor des Standes der Technik ist aus dem Dokument
EP 0 539 602 A1 bekannt. Dieser Rotationsdetektor weist einen einstückig gesinterten Rotor auf.
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Weitere Vorrichtungen zur Erfassung von Winkelpositionen rotierender Bauteile werden durch die Dokumente
DE 10 2007 004 647 A1 und
JP S 64 50910 A offenbart. Beide Dokumente offenbaren Vorrichtungen, welche mit Hilfe magnetischer Signale eine Winkelposition und/oder eine Umdrehungsgeschwindigkeit von Maschinenbauteilen ermitteln.
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Bei einer bekannten drehenden Maschine ist das bewegte Teil des Rotationsdetektors als ein von dem rotierenden Teil der drehenden Maschine unabhängiges Teil ausgebildet worden. Daher muss zur Sicherstellung der Leistungsfähigkeit des Rotationsdetektors beim Zusammenbau der drehenden Maschine das bewegte Teil des Rotationsdetektors mit Bezug auf das bewegte Teil des Elektromotors sehr genau positioniert werden. Aufgrund dessen ist der Zusammenbau kompliziert und wird eine Verbesserung der Leistung bei der Herstellung schwierig.
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Insbesondere das feste Teil des Rotationsdetektors, für das eine sehr hohe Präzision bei der Positionierung erforderlich ist, muss als ein unabhängiges ringförmiges Teil getrennt von dem die Drehbewegung abgebenden Teil gefertigt werden, das an dem sich drehenden Teil der drehenden Maschine befestigt ist. Das ringförmige Teil bzw. der Ring wird über das die Drehbewegung abgebende Teil geschoben, wenn die drehende Maschine zusammengebaut wird.
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Beim Zusammenbau wird das die Drehbewegung abgebenden Teil bzw. die Ausgangswelle, die mit dem sich drehenden Teil der drehenden Maschine fest verbunden ist, an dem sich drehenden Teil befestigt, so dass es konzentrisch zum sich drehenden Teil der drehenden Maschine ausgerichtet ist. Dann wird das ringförmige Teil, an dem das feste Teil des Rotationsdetektors vorgesehen ist, an der Ausgangswelle so befestigt, dass es konzentrisch zur Drehachse ausgerichtet ist. Daher sind zwei Schritte zur genauen Zentrierung erforderlich. Aufgrund dessen ist der Zusammenbau der drehenden Maschine kompliziert und die Performance der Herstellung der drehenden Maschine vermindert.
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Die vorliegende Erfindung hat unter Berücksichtigung dieser Probleme das Ziel, einen Rotationsdetektor zur Verfügung zu stellen, der die Performance bei der Herstellung erhöhen kann. Ferner hat die vorliegende Erfindung als ein weiteres Ziel, eine Vorrichtung bzw. Maschine zu schaffen, die mit einer drehenden Maschine und einem Rotationsdetektor ausgestattet ist, die die Performance der Herstellung erhöhen kann.
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Die Erfindung wird durch eine Vorrichtung nach dem Hauptanspruch definiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen werden durch die Unteransprüche 2 bis 4 definiert.
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Figurenliste
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Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung von Beispielen zum Verständnis der Erfindung und der Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung, die unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erfolgt, noch deutlicher verständlich.
- 1 ist eine Seitenansicht einer Vorrichtung, welche zum verbesserten Verständnis der vorliegenden Erfindung beschrieben wird.
- In 2 ist eine perspektivische Ansicht des bewegten Teils, das in 1 gezeigt ist.
- 3 ist eine Seitenansicht des bewegten Teils, das in 1 gezeigt ist.
- 4 ist eine perspektivische Ansicht eines Beispiels für den bewegten Teil einer Maschine.
- 5A und 5B sind Ansichten eines weiteren Beispiels für den bewegten Teil einer Maschine, wobei 5A eine perspektivische Ansicht auf die Stirnseite und 5B eine perspektivische Ansicht auf die Rückseite des Beispiels für den bewegten Teil einer Maschine ist.
- 6 ist eine auseinander gezogene perspektivische Ansicht einer Baugruppe des beweglichen Teils einer Maschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 7 ist die Ansicht der Baugruppe bewegter Teile, die in 6 gezeigt ist.
- 8 ist eine Seitenansicht einer Baugruppe der bewegten Teile gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- In 9 ist eine perspektivische Ansicht eines zweiten bewegten Teils, das in 8 dargestellt ist.
- 10 ist eine perspektivische Ansicht eines weiteren Beispiels für ein bewegtes Teil.
- 11 zeigt eine Seitenansicht eines bewegten Teils, das in 10 dargestellt ist.
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Ausführliche Beschreibung
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Nachfolgend werden Beispiele für bewegte Teile einer sich drehenden Maschine und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auf der Grundlage der Zeichnungen näher beschrieben. Zunächst wird unter Bezugnahme auf 1 der Aufbau einer Maschine 10 näher beschrieben. Man beachte, dass in der nachfolgenden Beschreibung die Drehachse O1 eines Elektromotors 11 die axiale Richtung bezeichnet, dass in 1 in axialer Richtung auf der linken Seite das vordere Ende bzw. die Stirnseite und dass in 1 in axialer Richtung auf der rechten Seite das hintere Ende bzw. die Rückseite dargestellt sind Maschine.
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Die Vorrichtung bzw. Maschine 10 ist ausgestattet mit einem Elektromotor 11, der sich innerhalb eines Gehäuses 12 befindet, und einem Rotationsdetektor 100 zur Bestimmung der Drehbewegung des Elektromotors 11. Der Elektromotor 11 ist ein Servomotor bzw. Stellmotor oder dergleichen Motor, der elektrisch geregelt wird und in einem Raum 13 montiert ist, der durch das Innere des Gehäuses 12 begrenzt ist.
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Der Elektromotor 11 hat ein die Antriebskraft abgebendes Teil 14, dass eine Drehkraft erzeugt, und ein sich drehendes Teil (rotating part) 15, das die von dem die Antriebskraft abgebenden Teil 14 erzeugte Drehung abgibt. Das die Antriebskraft abgebende Teil 14 umfasst einen Stator und einen nicht dargestellten Rotor, die zur Erzeugung der Drehantriebskraft vorgesehen sind. Eine Spule ist um die Oberfläche des Stators gewickelt. Ferner weist der Rotor Magnete auf.
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Wenn von einer nicht dargestellten und auf der Außenseite vorgesehenen Stromquelle erzeugter Strom durch die Spule fließt, bewirkt der Stator ein um die Drehachse O1 rotierendes Magnetfeld. Der Rotor nimmt die elektromagnetische Kraft aufgrund des sich drehenden, vom Stator erzeugten Magnetfelds in Umfangsrichtung auf. Als Folge hiervon dreht sich der Rotor um die Drehachse O1.
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Das sich drehende Teil 15 ist mechanisch an den Rotor des die Antriebskraft abgebenden Teils 14 gekoppelt und dreht sich zusammen mit dem Rotor. Das rotierende Teil 15 ist an dem die Antriebskraft abgebenden Teil 14 so angebracht, dass es sich zur Außenseite des die Leistung abgebenden Teils 14 erstreckt und in der Lage ist, sich zu drehen.
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Der Rotationsdetektor 100 hat ein bewegtes bzw. zu bewegendes Teil (moving part) 101, das an dem drehenden Teil 15 des Elektromotors 11 angebracht ist, und ein festes Teil 102, das getrennt von dem bewegten Teil 101 in radialer Richtung mit Abstand von der Außenseite befestigt ist. Das bewegte Teil 101 dreht sich zusammen mit dem rotierenden Teil 15.
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Als nächstes wird auf 2 und 3 Bezug genommen und der Aufbau des bewegten Teils 101näher erläutert. Das bewegte Teil 101 ist beispielsweise aus Eisen oder einem anderen ferromagnetischen Werkstoff gefertigt. Das bewegte Teil 101 hat ein Verbindungsteil 103 mit einer säulenförmigen Gestalt, das in Kontakt mit dem rotierenden Teil 15 des Elektromotors 11, wie er in 1 dargestellt ist, steht und ist mit einer säulenförmigen Ausgangswelle bzw. Hohlwelle 105 verbunden, die sich von einer Stirnfläche 104 des Verbindungsteils 103 am in axialer Richtung vorderen Ende in axialer Richtung nach vorne erstreckt. Das Verbindungteil 103 und die Ausgangswelle 105 sind zueinander konzentrisch angeordnet und haben eine gemeinsame Mittelachse O2.
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Zu beachten ist, dass im zusammengebauten Zustand, wie er in 1 dargestellt ist, das bewegte Teil 101 an dem rotierenden Teil 15 des Elektromotors 11 so befestigt ist, dass die Mittelachse O2 und die Drehachse O1 des Elektromotors 11 miteinander übereinstimmen. Die Ausgangswelle 105 hat einen kleineren Durchmesser als das Verbindungsteil 103 und in axialer Richtung eine größere Länge als das Verbindungsteil 103. Die Ausgangswelle 105 ist ein Teil, das die von dem die Antriebskraft abgebenden Teil 14 erzeugte Drehkraft an eine externe Vorrichtung (zum Beispiel den Arm eines Roboters) abgibt, die mit dem Elektromotor 11 verbunden ist.
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Auf der äußeren Umfangsfläche des Teils, das von dem bewegten Teil 101 den größten Außendurchmesser aufweist, ist ein Erkennungsbereich bzw. Abtastbereich (detected region) 107 ausgebildet. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist das Teil mit dem größten Außendurchmesser von dem bewegten Teil 101 ein abgestuftes Teil 112, das am Verbindungsteil 103 vorgesehen ist. Der Erkennungsbereich 107 ist auf der äußeren Umfangsfläche dieses abgestuften Teils 112 ausgebildet. Der Erkennungsbereich 107 umfasst ein zweites Erkennungsteil (detected part) 108, das neben der Stirnfläche 104 des Verbindungsteils 103 ausgebildet ist. Ferner ist ein erstes Erkennungsteil (detected part) 109 in axialer Richtung neben dem zweiten Erkennungsteil 108 auf der Rückseite des zweiten Erkennungsteils 108 ausgebildet.
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Am ersten Erkennungsteil 109 sind eine Vielzahl von Rücksprüngen bzw. Einschnitten oder Nuten 111', die von der äußeren Umfangsfläche des abgestuften Teils 112 des Verbindungsteil 103 nach Innenzurückspringen, und Vorsprünge 111 bzw. Zähne, die jeweils den gleichen Außendurchmesser wie das abgestufte Teil 112 haben, so ausgebildet, dass sie einander abwechselnd vorgesehen sind. Jeder der Vorsprünge 111 des ersten Erkennungsteils 109 hat in Umfangsrichtung die gleiche Breite. Die Vorsprünge 111 sind so ausgebildet, dass sie in Umfangsrichtung in im Wesentlichen gleichen Abständen über das ganze abgestufte Teil 112 des Verbindungsteils 103 verteilt angeordnet sind. Andererseits ist auf dem zweiten Erkennungsteil 108 nur ein einziger Vorsprung 110 ausgebildet, der einen Außendurchmesser hat, der gleich dem des abgestuften Teils 112 des Verbindungsteils 103 ist.
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Zu beachten ist weiter, dass bei der vorliegenden Ausführungsform der Vorsprung 110 des zweiten Erkennungsteils 108 so ausgebildet ist, dass er sich durchgehend von einem der Vorsprünge 111 des ersten Erkennungsteils 109 erstreckt. Mit anderen Worten: Der Vorsprung 110 und der entsprechende einzige Vorsprung 111 sind durch einen einzigen Vorsprung gebildet, der sich in axialer Richtung erstreckt. Der Mittelpunkt des abgestuften Teils 112 ist so gelegt, dass er sich konzentrisch zur Mittelachse O2 befindet. Oder anders ausgedrückt: Der Krümmungsmittelpunkt der Außenfläche jedes Vorsprungs 110 liegt auf der Mittelachse O2.
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Die Abmessungen der Vorsprünge 110 und 111, die den Erkennungsbereich 107 bilden, wie zum Beispiel die Breite in axialer Richtung, die Höhe in radialer Richtung und der Krümmungsradius des abgestuften Teils 112 werden unter Berücksichtigung der vorgesehenen Toleranzen genau kontrolliert. Insbesondere die Vorsprünge 111 des ersten Erkennungsteils 109 werden zum Beispiel unter Verwendung einer numerisch programmgesteuerten (CNC) Werkzeugmaschine für das Schneiden des abgestuften Teils 112 auf dem Verbindungsteil 103 mit einem mit hoher Präzision gesteuerten Verfahren geschnitten, während dessen die Abmessungen genau kontrolliert werden.
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Insgesamt werden 4 Befestigungslöcher 113 in der Stirnfläche 104 des Verbindungsteils 103 so ausgebildet, dass sie in Umfangsrichtung in im Wesentlichen gleichen Abständen voneinander vorgesehen sind. Das bewegte Teil 101 ist an dem sich drehenden Teil 15 des Elektromotors 11 mit 4 Schrauben befestigt, die durch die Befestigungslöcher 113 reichen und die in das sich drehende Teil 15 des Elektromotors 11 eingeschraubt sind.
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Aus einer erneuten Betrachtung der 1 ergibt sich, dass das feste Teil 102 in dem Gehäuse 12 so aufgenommen ist, dass es von dem Erkennungsbereich 107 auf dem bewegten Teil 101 durch einen vorgegebene Abstand (zum Beispiel 0,1 mm) in radialer Richtung nach außen beabstandet ist. Das feste Teil 102 hat nicht dargestellte Magnete, die auf der Außenseite von dem Erkennungsbereich 101 sich in radialer Richtung erstreckend angeordnet sind, und nicht dargestellte Magnetwiderstandselemente (magnetoresistance magnets) , die zwischen dem Erkennungsbereich 107 und den Magneten vorgesehen sind.
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Ein Magnetwiderstandselement ist ein Widerstandselement, das seinen Widerstandswert entsprechend der Intensität des magnetischen Felds, in dem das Element angeordnet ist, ändert. An die beiden Anschlüsse des Magnetwiderstandselements wird eine Vorspannung angelegt. Die Spannung des Magnetwiderstandselements wird als Ausgangsspannung bestimmt. Das feste Teil 102 bestimmt die Veränderung der Ausgangsspannung des Magnetwiderstandselements zu diesem Zeitpunkt, um dadurch die Veränderung des Magnetfeldes zu erkennen, welche bei der Drehung des Erkennungsbereichs 107 erzeugt wird.
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Als nächstes wird auf die 1 bis 3 Bezug genommen. Die Wirkungsweise des Rotationsdetektors 100 der vorliegenden Erfindung wird anhand dieser Beispiele mit weiteren Einzelheiten erläutert. Wenn das die Antriebskraft abgebenden Teil 14 des Elektromotors 11 das sich drehende Teil 15 zur Drehung antreibt, dreht sich das bewegte Teil 101 ebenfalls zusammen mit dem rotierenden Teil 15. Dann dreht sich auch der Erkennungsbereich 107, der auf dem Verbindungsteil 103 ausgebildet ist, relativ zu dem festen Teil 102.
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Bei der Drehung des Erkennungsbereichs 107 passiert der Vorsprung bzw. die Nase 110 des zweiten Erkennungsteils 108 einmal eine Position, die dem Magnetwiderstandselement für das zweite Erkennungsteil 108, das auf dem festen Teil 102 angebracht ist, während das bewegte Teil 101 sich um eine Drehung dreh, entspricht. Wenn der Vorsprung 110 des zweiten Erkennungsteils 108 die Position passiert, die dem Magnetwiderstandselement für das zweite Erkennungsteil 108 entspricht, ist das Magnetfeld nahe dem Magnetwiderstandselement für das zweite Erkennungsteil 108 stärker.
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Das feste Teil 102 erkennt die Veränderung in diesem Magnetfeld als eine Veränderung der Ausgangsspannung des Magnetwiderstandselements und gibt diese als ein elektrisches Signal ab, dass bei jeder Umdrehung des Elektromotors 11 einmal erzeugt wird. Der Rotationsdetektor 100 gibt das elektrische Signal als ein Originalsignal (Signal für 1 Umdrehung) zur Bestimmung einer Position ab, die als Bezugs- bzw. Referenzpunkt für den Drehwinkel (ursprüngliche Lage) dient.
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Auf gleiche Weise werden bei der Drehung des Erkennungsbereichs 107 die Vorsprünge 111 des ersten Erkennungsteils 109 nacheinander eine Position passieren, die einem in das feste Teil 102 eingebrachten Magnetwiderstandselement für das erste Erkennungsteil 109 entspricht. Das feste Teil 102 erkennt Veränderungen des Magnetfeldes in der Nähe des Magnetwiderstandsteils für das erste Erkennungsteil 109, die beim Passieren der Vorsprünge 111 als eine Veränderung der Ausgangsspannung des Magnetwiderstandselements erzeugt werden. Dann gibt das feste Teil 102 ein elektrisches Signal genauso häufig aus, wie es bei jeder Umdrehung des Elektromotors 11 der Anzahl der Vorsprünge 111 entspricht
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Der Rotationsdetektor 100 gibt das Signal aus, das durch weitere elektrische Verarbeitung des oben erwähnten elektrischen Signals als ein Winkelsignal zur Bestimmung des Drehwinkels des Elektromotors 11 gewonnen wird. Auf der Grundlage des Originalsignals und des auf diese Weise gewonnenen Winkelsignals werden Informationen bezüglich der Drehung des elektrischen Motors 11, wie beispielsweise dem Drehwinkel, der Drehstellung und der Drehzahl gewonnen.
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Aufgrund der vorliegenden Erfindung, wenn sie den oben beschriebenen Aufbau aufweist, ist es möglich, die Effizienz bzw. den Wirkungsgrad bei der Herstellung der Vorrichtung 10 zu verbessern. Dies wird im Nachfolgenden beschrieben. Ganz allgemein ist es für den Rotationsdetektor 100 erforderlich, den Erkennungsbereich 107 für die Rotationserkennung gegenüber dem festen Teil 102 genau zu positionieren, um so die Drehung des Elektromotors 11 präzise zu bestimmen.
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Insbesondere die Positionen in axialer Richtung des ersten Erkennungsteils 109 und des zweiten Erkennungsteils 108 des Erkennungs- bzw. Tastbereichs 107 haben sehr genau mit den Positionen in axialer Richtung der Magnetwiderstandselemente für das erste Erkennungsteil 109 und der Magnetwiderstandselemente für das zweite Erkennungsteil 108 des festen Teils 102 übereinzustimmen. Die Toleranz beträgt in diesem Fall zum Beispiel etwa 0,5 mm. Ferner müssen der Erkennungsbereich 107 und das feste Teil 102 einander zugewandt mit einem vorgegebenen radialen Abstand angeordnet sein. Dieser Abstand wird auf 0,1 mm eingestellt. Die Toleranz für diesen Abstand beträgt dann etwa 0,02 mm.
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Wie es bereits oben erläutert ist, wurde im Stand der Technik das Erkennungsteil des Rotationsdetektors, für das eine hohe Präzision der Anordnung gefordert wird, als ein selbstständiges ringförmiges Teil getrennt von dem die Antriebskraft ausgebenden Teil, das an dem sich drehenden Teil der rotierenden Maschine befestigt ist, hergestellt und wurde das ringförmige Teil bei der Montage der drehenden Maschine über das die Drehung abgebende Teil geschoben. Als Folge hiervon wird das Verfahren zum Zusammenbau der Vorrichtung, die mit der drehenden Maschine und dem Rotationsdetektor bestückt ist, kompliziert. Dies führt zu einer Verringerung der Leistung bei der Herstellung der Vorrichtung.
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Auf der anderen Seite hat bei der vorliegenden Erfindung das bewegte Teil 101, das den Rotationsdetektor mit bildet, eine Ausgangswelle 105 und einen Erkennungs- bzw. Abtastbereich 107, der auf dem Verbindungsteil 103 ausgebildet ist und der unmittelbar an dem bewegten Teil 115 des Elektromotors 11 befestigt ist. Mit anderen Worten, das bewegte Teil 101 hat sowohl die Funktion der Bestimmung der Drehung des Elektromotors 11 als auch die Funktion der Abgabe der Drehantriebskraft des Elektromotors 11 an eine externe Vorrichtung.
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Aufgrund dieser Ausbildung ist es möglich, den Erkennungsbereich 107 unmittelbar an dem die Antriebskraft abgebenden Bauteil (zum Beispiel dem bewegten Teil 101) auszubilden, das an dem sich drehenden Teil 15 des die Antriebskraft abgebenden Teils 14 durch Schneiden des abgestuften Teils 112 des Verbindungsteils 103 mit Hilfe eines genau gesteuerten Verfahren unter Verwendung von zum Beispiel einer numerisch programmgesteuerten Werkzeugmaschine ausgebildet ist.
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Aufgrund dieses Umstandes ist es auch möglich, den Vorgang des Zentrierens, der für das genaue Positionieren des Erkennungsbereichs 107 nötig ist, zu vermeiden, der früher erforderlich gewesen ist. Folglich ist es möglich, die Arbeit zu vereinfachen und ist es ferner möglich, die Leistung bei der Herstellung der Vorrichtung 10 zu verbessern. Zusätzlich ist es leichter, das Fluchten der Teile im Vergleich zum Zentrieren des Erkennungsteils eines eigenständigen Bauteils zu verbessern.
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Ferner musste bisher das ringförmige Bauteil durch Anschrauben oder dergleichen an dem die Drehung abgebenden Bauteil des Elektromotors befestigt werden. Jedoch wird bei diesem Beispiel eine solche Befestigung mit Schrauben nicht mehr benötigt und die Anzahl der Bauteile kann verringert werden. Außerdem tritt kein Rattern zwischen dem die Drehung abgebenden Bauteil und dem Erkennungsteil aufgrund loser Schrauben mehr auf, so dass die Zuverlässigkeit verbessert werden kann.
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Als nächstes wird auf 4 Bezug genommen. Ein Beispiel für ein bewegliches Teil 201wird nun erläutert. Zu beachten ist, dass Teile, die mit denen der zuvor beschriebenen Beispiele übereinstimmen, mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind und dass eine ausführliche Beschreibung von diesen Teilen nicht erfolgt. Das bewegte Teil 201 ist mit einem Verbindungsteil 103 und einer säulenförmig ausgebildeten Ausgangswelle 205 versehen, die sich von der Stirnfläche 104 des Verbindungsteils 103 am vorderen Ende in axialer Richtung nach vorne erstreckt.
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Die Ausgangswelle 205 hat einen vergleichsweise großen Durchmesser und eine geringe Länge in axialer Richtung im Vergleich mit der Ausgangswelle 105 der Ausführungsform, die in 2 dargestellt ist. In dem gezeigten Beispiel sind insgesamt 4 Befestigungslöcher 204 so vorgesehen, dass sie in Umfangsrichtung in gleichen Abständen ausgebildet sind und sich von der Stirnfläche 202 der Ausgangswelle 205 am vorderen Ende in axialer Richtung zur Stirnfläche 203 des Verbindungsteils 103 am hinteren Ende in axialer Richtung erstreckt. Das bewegte Teil 201 ist an dem rotierenden Teil 15 des Elektromotors 11 mit 4 Schrauben befestigt, die durch die Befestigungslöcher 204 reichen und in das rotierende Teil 15 des Elektromotors 11 eingeschraubt sind.
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Als nächstes wird unter Bezugnahme auf 5A und 5B ein weiteres Beispiel für ein bewegtes Teil 301 erläutert. Das bewegte Teil 301, das in den 5A und 5B dargestellt ist, hat grundsätzlich die gleiche Ausbildung wie das bewegte Teil 101, das in 2 gezeigt ist. Das bewegte Teil 301 hat ein säulenförmiges Befestigungsteil 103, das in Anlage an dem rotierenden Teil 15 des Elektromotors 11 angebracht ist, und eine säulenförmige Ausgangswelle 105, die sich von der Stirnfläche 104 am vorderen Ende des Verbindungsteil 103 in axialer Richtung zum vorderen Ende in der axialen Richtung erstreckt.
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Das bewegte Teil 301 hat ein Loch bzw. eine Bohrung 303, die nach innen von der Stirnfläche 302 des Verbindungsteil 103 aus an der Rückseite in axialer Richtung eingebracht ist, und ein Loch 305, das nach innen von der Stirnfläche 304 der Ausgangswelle 105 am vorderen Ende in axialer Richtung eingebracht ist. Diese Löcher 303 und 305 sind konzentrisch zur Mittelachse O2 des bewegten Teils 301 angeordnet. Mit anderen Worten: Die Zentren der Löcher 303 und 305 sind passend zu der Mittelachse O2 angeordnet.
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Diese Löcher 303 und 305 werden vor dem Schritt der Ausbildung des Erkennungsbereichs 107 ausgebildet. Bei der Ausbildung des Erkennungsbereichs 107 an dem zurückgesetzten Teil 112 des Verbindungsteils 103 kann der abgestufte Teil 112 des Verbindungsteils 103 unter Verwendung dieser Löcher 303 und 305 als Bezugspunkt eingeschnitten werden. Aufgrund dessen ist es möglich, die Konzentrität mit Bezug auf die Mittelachse O2 des Erkennungsbereichs 107 zu erhöhen, während der Erkennungsbereich 107 mit einer hohen Genauigkeit hergestellt wird.
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Zu beachten ist, dass das bewegte Teil 301 anstatt der oben erwähnten Löcher 303 und 305 ein Durchgangsloch haben kann, das sich von der Stirnfläche 302 des Verbindungsteils 103 bis zur Stirnfläche 304 der Ausgangswelle 105 erstreckt. Ferner kann das bewegte Teil 301 einen Vorsprung aufweisen, der aus der Stirnfläche 302 des Verbindungsteils 103 vorsteht und einen Vorsprung, der aus der Stirnfläche 304 der Ausgangswelle 105 vorragt.
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Solche Durchgangslöcher oder Vorsprünge, wie die oben erwähnten Löcher bzw. Bohrungen 303 und 305, sind konzentrisch zu der Mittelachse O2 des bewegten Teils 301 ausgerichtet. In diesem Falle können die Durchgangslöcher oder Vorsprünge als Bezugspunkt zur Erhöhung der Konzentrität mit Bezug auf die Mittelachse O2 des Erkennungsteils 107 in dem Schritt der Ausbildung des Erkennungsteils 107 verwendet werden.
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Als nächstes wird unter Bezugnahme auf 6 und 7 eine Baugruppe 400 von bewegten Teilen gemäß der einen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung näher erläutert. Die Baugruppe 400 von bewegten Teilen ist ein Bauelement, das einen Rotationsdetektor zusammen mit dem oben erwähnten festen Teil 102 bildet und das an dem rotierenden Teil 15 des Elektromotors 11 befestigt ist. Die Baugruppe 400 von bewegten Teilen umfasst ein erstes bewegtes Teil 401 und ein zweites bewegtes Teil 402.
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Das erste bewegte Teil 401 ist zum Beispiel aus Eisen oder einem anderen ferromagnetischen Werkstoff gefertigt. Das erste bewegte Teil 401 umfasst ein säulenförmiges Verbindungsteil 403, das an dem rotierenden Teil 15 des Elektromotors 11 anliegend befestigt ist. Ein säulenförmiger Anlageteil 405 erstreckt sich von der Stirnfläche 404 des Verbindungsteils 403 vorne in axialer Richtung nach vorne. Ferner erstreckt sich eine säulenförmige Ausgangswelle 407 von der Stirnfläche 406 des Anlageteils 405 am vorderen Ende in axialer Richtung nach vorne.
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Das Anlageteil 405 hat einen Außendurchmesser, der kleiner als der des Verbindungsteils 403 ist und eine Höhe in axialer Richtung, die kleiner als die des Verbindungsteils 403 ist. Ferner hat die Ausgangswelle 407 einen Außendurchmesser, der kleiner als der des Anlageteils 405 ist und eine Erstreckung in axialer Richtung, die länger als die des Anlageteils 405 ist. Die Ausgangswelle 407 ist ein Bauteil, das die Drehkraft, die an dem die Antriebskraft abgebende Teil anliegt, an eine externe Vorrichtung (zum Beispiel an den Arm eines Roboters) abgibt, die mit dem Elektromotor 11 verbunden ist.
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Das Verbindungsteil 403, das Anlegeteil 405 und die Ausgangswelle 407 sind konzentrisch zueinander und haben eine gemeinsame Mittelachse O3. Das Teil mit dem größten Außendurchmesser in dem ersten bewegten Bauteil 401 ist das abgestufte Teil 408, das an dem Verbindungsteil 403 vorgesehen ist. Auf der Umfangsfläche des abgestuften Teils 408 ist das erste Erkennungsteil 409 ausgebildet. Das erste Erkennungsteil 409 weist Rücksprünge bzw. Nuten 411' auf, die von der Umfangsfläche des abgestuften Teils 408 des Verbindungsteil 403 nach innen gerichtet sind, und eine Vielzahl von Vorsprüngen 411, die den gleichen Außendurchmesser wie der abgestufte Teil 408 haben.
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Jeder der Vorsprünge 411 hat in Umfangsrichtung die gleiche Breite. Die Vorsprünge 411 sind so ausgebildet, dass sie in Umfangsrichtung im Wesentlichen mit den gleichen Abständen über die ganze Umfangsfläche des abgestuften Teils 408 des Verbindungsteils 403 angeordnet sind. Ferner sind zusammen 4 Schraubenlöcher 410 in der Stirnfläche 404 des Verbindungsteils 403 ausgebildet.
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Insgesamt sind 4 Befestigungslöcher 113 in dem Anlageteils 405 so ausgebildet, dass sie in Umfangsrichtung in gleichen Abständen angeordnet sind. Das erste bewegte Teil 401 ist an dem rotierenden Teil 15 des Elektromotors 11 mit 4 Schrauben befestigt, die durch die Befestigungslöcher 113 reichen und in das rotierende Teil 15 des Elektromotors 11 eingeschraubt sind.
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Auf der anderen Seite ist das zweite bewegte Teil 402 ein ringförmiges Ringglied mit einer mit dem ersten bewegten Teil 401 gemeinsamen Mittelachse O3 und ist aus Eisen oder einem anderen ferromagnetischen Werkstoff ebenso wie das erste bewegte Teil 401 ausgebildet. Das zweite bewegte Teil 402 hat ein zweites Erkennungsteil 413 an seiner äußeren Umfangsfläche 412. Insbesondere das zweite Erkennungsteil 413 besteht aus einem einzigen Rücksprung 416, der von der äußeren Umfangsfläche 412 zurückgesetzte ist. Ferner hat das zweite bewegte Teil 402 insgesamt 4 nicht dargestellte Durchgangslöcher.
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Das zweite bewegliche Teil 402 ist an dem ersten beweglichen Teil 401 mit Hilfe von 4 Schrauben 41 befestigt, die durch die 4 Löcher reichen und die Schraubenlöcher 410 des Verbindungsteils 403 reichen. In diesem Zustand befinden sich die Stirnfläche 417 des zweiten bewegten Teils 402 auf der Rückseite in der Axialrichtung und die Stirnfläche 404 des Verbindungsteil 403 an der Vorderseite in axialer Richtung in Oberflächenkontakt miteinander und sind die inneren Umfangsfläche 415 des zweiten bewegten Teils 402 und die äußere Umfangsfläche 419 des Anlageteils 405 in einem vorgegebenen Abstand einander zugewandt.
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Beim Befestigen der Baugruppe 400 von bewegten Teilen an dem rotierenden Teil 15 des Elektromotors 11 wird die Baugruppe von bewegten Teile 400 an dem rotierenden Teil 15 so befestigt, dass die Mittelachse O3 der Baugruppe 400 von bewegten Teilen und die Drehachse O1 des Elektromotors 11 miteinander zusammenfallen.
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Das an dem ersten bewegten Teil 401 ausgebildete erste Erkennungsteil 409 wird zur Erfassung des oben erwähnten Winkelstellungssignals verwendet. Auf der anderen Seite wird das auf dem zweiten bewegten Teil 402 ausgebildete Erkennungsteil 413 zur Gewinnung des oben erwähnten Originalsignals eingesetzt.
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Wie bereits zuvor erläutert, weist das zweite Erkennungsteil 413 einen einzigen Rücksprung 416 auf. Daher ändert sich, während der Elektromotor 11 eine Umdrehung ausführt, das magnetische Feld nahe dem Magnetwiderstandselement für das zweite Erkennungsteil 413 gerade einmal. Das feste Teil 102, das radial außerhalb des zweiten Erkennungsteils 413 angeordnet ist, gibt ein entsprechendes elektrisches Signal ab. Auf diese Weise kann das durch den Rücksprung 416 erzeugte elektrische Signal auch auf die gleiche Art wie das für den Vorsprung 110 in 2 erzeugte elektrische Signal verwendet werden.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform ist das zweite bewegte Teil 402 mit dem zweiten Erkennungsteil 413 zur Erfassung des Originalsignals als ein von dem ersten bewegten Teil 401 getrenntes Teil ausgebildet. Mit dieser Ausführungsform ist es möglich, die Effizienz bei der Herstellung eines Rotationsdetektors zu verbessern, was im Nachfolgenden beschrieben wird.
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Wenn in Umfangsrichtung des ersten Erkennungsteils 409 einer Anzahl N von Vorsprüngen 411 ausgebildet wird, gibt das feste Teil 102 nacheinander die Anzahl N von elektrischen Signalen ab, die durch das erste Erkennungsteil 409 bei einer einzigen Drehung des Elektromotors erzeugt werden.
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Auf der anderen Seite gibt das feste Teil 102 bei einer Umdrehung des Elektromotors 11 ein einziges durch das zweite Erkennungsteil 413 erzeugtes elektrisches Signal ab. Auf diese Weise werden die elektrischen Signale durch das erste Erkennungsteil 409 über den ganzen Umfang des abgestuften Teils 408 nacheinander erzeugt.
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Wenn der Mittelpunkt des ersten Erkennungsteils 409 nicht mit der Drehachse des Elektromotors 11 übereinstimmt (das bedeutet, wenn er außermittig ist), wird sich aus diesem Grunde die Periode jedes der elektrischen Signale kontinuierlich verändern mit der Folge, dass Erkennungsfehler auftreten können. Um solche Erkennungsfehler zu vermeiden, ist es erforderlich, das erste Erkennungsteil 409 gegenüber der Drehachse des Elektromotors 11 ganz präzise zu montieren.
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Auf der anderen Seite wird, wie bereits oben erläutert, das durch das zweite Erkennungsteil 413 erzeugte elektrische Signal bei jeder Umdrehung nur einmal erzeugt und wird hier daher nicht in erheblichen Maße beeinflusst, selbst wenn ein Versatz zwischen den Achsen des zweiten Erkennungsteils 413 und des Elektromotors 11 vorliegt. Dies hat zur Folge, dass das zweite Erkennungsteil 413 gegenüber dem festen Teil 102 nicht so genau positioniert bzw. montiert werden muss, wie gegenüber dem ersten Erkennungsteil 409.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das erste Erkennungsteil 409, für das eine sehr genaue Positionierung erforderlich ist, direkt als das erste bewegte Teil 401 ausgebildet, welches an dem rotierenden Teil 15 des Elektromotors 11 befestigt wird, während das zweite bewegte Teil 402 nur mit einer vergleichsweise größeren Toleranz als ein von dem ersten bewegten Teil 401 getrenntes Teil hergestellt werden muss und mit dem ersten bewegten Teil 401 über Schrauben mit einer Toleranz einer losen Passung befestigt werden kann.
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Bei dieser Ausbildungsform ist es ebenso wie bei der obigen Ausbildungsform möglich, den Zentriervorgang des ersten Erkennungsteils 409 fortzulassen. Ferner kann das zweite Erkennungsteil 413 mit einer einfacheren Form als das erste bewegte Teil 401 durch Massenproduktion in einem von dem ersten bewegten Teil 401 getrennten Herstellungsvorgang wirtschaftlich hergestellt werden.
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Durch Befestigung des in Massenproduktion hergestellten zweiten bewegten Teils 402 an dem ersten bewegten Teil 401 durch Anschrauben oder auf eine andere einfache Befestigungsart kann auf diese Weise ferner eine Baugruppe 400 von bewegten Teilen zusammengebaut werden. Aufgrund dessen lässt sich die Wirkungsgrad bzw. die Leistung der Herstellung eines Rotationsdetektors verbessern.
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Nun wird unter Bezugnahme auf 8 und 9 eine Baugruppe 500 von bewegten Teilen nach einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung näher erläutert. Die Baugruppe 500 von bewegten Teilen umfasst ein erstes bewegtes Teil 401 ähnlich der in 6 gezeigten Ausführungsform und ein zweites bewegtes Bauteil 502 gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
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Das zweite bewegte Teil 502 hat ein säulenförmiges Hauptteil 503 mit einem zweiten Erkennungsteil 413 und ein säulenförmig ausgebildetes Anlageteil 505, das von der axial hinteren Stirnfläche 504 des Hauptteils 503 nach hinten in der axialen Richtung verläuft. Das zweite Erkennungsteil 413, dass an dem Hauptteil 503 vorgesehen ist, gleicht dem der obigen Ausführungsform und weist einen einzigen Rücksprung bzw. Rezess 416 auf.
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Das Anlegeteil 505 hat einen äußeren Durchmesser, der kleiner als der des Hauptteils 503 ist, und in axialer Richtung eine Länge, die kleiner als die des Hauptteils 503 ist. Ferner hat das zweite bewegte Teil 502 insgesamt 4 Durchgangslöcher 506. Das zweite bewegte Teil 502 ist an dem ersten bewegten Teil 401 mithilfe von Schrauben 416 befestigt, die sich durch diese Durchgangslöcher 506 erstrecken und in die Gewindelöcher 410 (siehe 6) reichen, die in dem ersten bewegten Teil 401 ausgebildet sind.
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Wie in 8 dargestellt, wird eine Nut 507 in dem Zustand, in dem die Baugruppe 500 von bewegten Teilen zusammengebaut wird, zwischen der Stirnfläche 404 des Verbindungsteils 403 an der Stirnseite in der axialen Richtung des ersten bewegten Teils 401 und der Stirnfläche 504 des Hauptteils 503 an der Rückseite in der axialen Richtung des zweiten bewegten Teils 502 ausgebildet. Die Nut 507 erstreckt sich über den ganzen Umfang der Baugruppe 500 von bewegten Teilen und hat in axialer Richtung eine Länge, die dem Anlegeteil 505 des zweiten bewegten Teils 502 entspricht.
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Aufgrund dieser Nut 507 werden das erste Erkennungsteil 409, das auf den ersten bewegten Teil 401 vorgesehen ist, und das zweite Erkennungsteil 413, das auf dem zweiten bewegten Teil 502 vorgesehen ist, voneinander durch einen Abstand getrennt, der genau der Länge in der axialen Richtung des Anlegeteils 505 des zweiten bewegten Teils 502 entspricht.
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Durch das Trennen des ersten Erkennungsteils 409 und des zweiten Erkennungsteils 413 voneinander können das durch den Rücksprung 416 des zweiten Erkennungsteils 413 erzeugte Originalsignal und das durch die Vorsprünge 411 des ersten Erkennungsteils 509 erzeugte Winkelsignal mit einer hohen Genauigkeit gewonnen werden, wobei die Signale besser sind als voneinander getrennte Einzelsignale.
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Als nächstes wird unter Bezugnahme auf 10 und 11 ein bewegtes Teil 601 gemäß eines weiteren Beispiels für ein bewegtes Teil näher erläutert. Das bewegte Teil 601 weist ebenso wie bei der in 2 gezeigten Ausführungsform ein Verbindungsteil 103 und einer Ausgangswelle 105 auf. Das Teil mit dem größten Außendurchmesser in dem bewegten Teil 601 ist das abgestufte Teil 612, das an dem Verbindungsteil 103 vorgesehen ist. Der Erkennungsbereich 607 ist aus der äußeren Umfangsfläche dieses abgestuften Teils 612 gebildet.
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Im Einzelnen: der Erkennungsbereich 607 umfasst ein zweites Erkennungsteil 608, das neben der Stirnfläche 104 des Verbindungsteils 103 ausgebildet ist, und ein erster Erkennungsteil 609, das auf der Rückseite des zweiten Erkennungsteils 608 sich in axialer Richtung erstreckend ausgebildet ist. In dem ersten Erkennungsteil 609 ist eine Vielzahl von nach innen ragenden Rücksprüngen 611', die von der Außenfläche des abgestuften Teils 612 her nach innen eingeschnitten sind, und Vorsprünge 611, die den gleichen Außendurchmesser wie das abgestufte Teil 612 haben, so ausgebildet, dass sie einander abwechseln.
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Jeder der Vorsprünge 611 hat in der Umfangsrichtung die gleiche Breite und ist so geformt, dass er in praktisch den gleichen Abständen über den ganzen Umfang des abgestuften Teils 612 des Verbindungsteil 103 angeordnet ist. Auf der anderen Seite hat das zweite Erkennungsteil 608 nur einen einzigen Vorsprung 610, der mit dem gleichen Außendurchmesser wie das abgestufte Teil 612 ausgebildet ist.
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Bei dem vorliegenden Beispiel ist eine Nut 613 zwischen dem ersten Erkennungsteil 609 und den zweiten Erkennungsteil 608 ausgebildet. Die Nut 613 hat in axialer Richtung eine vorgegebene Breite und erstreckt sich in Umfangsrichtung über den gesamten Umfang des abgestuften Teils 612 des Verbindungsteils 103. Aufgrund dieser Nut 613 sind die Vorsprünge 611 des ersten Erkennungsteils 609 und der Vorsprung 610 des zweiten Erkennungsteils 608 durch einen Abstand, der genau der Breite der Nut 613 in axialer Richtung entspricht, voneinander getrennt.
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Durch die voneinander getrennte Anordnung des Vorsprung 610 und der Vorsprünge 611 können auf diese Weise das Originalsignal, das von dem Vorsprung 610 des zweiten Erkennungsteils 608 gewonnen wird, und das Winkelsignal, dass von den Projektionen 611 des ersten Erkennungsteils 609 erzeugt wird, mit einer hohen Genauigkeit besser als voneinander getrennten einzelnen Signalen erkannt werden.
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Zu beachten ist, obwohl bei den oben erwähnten Beispielen und Ausführungsformen der Fall vorliegt, bei dem das Verbindungsteil und die Ausgangswelle wie beschrieben säulenförmig ausgebildet sind, dass die Erfindung nicht auf diese Ausbildung beschränkt ist. So können diese auch mit einer polygonalen Form oder eine elliptischen Form oder anderen ähnlichen Formen ausgebildet sein.
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Ferner wurde für die oben beschriebenen Beispielen und Ausführungsformen ein Elektromotor als ein Beispiel einer drehenden Maschine beschrieben und wurde der Fall, bei dem der Rotationsdetektor gemäß der vorliegenden Erfindung zur Bestimmung der Drehbewegung des Elektromotors eingesetzt wird, erläutert. Die Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Der Rotationsdetektor gemäß der vorliegenden Erfindung kann für die Bestimmung der Drehbewegung bzw. Drehung bei einer Vielzahl unterschiedlicher drehender Maschinen wie zum Beispiel Generatoren und Wärmekraftmaschinen bzw. Motoren, die in ihren Betrieb mit brennbaren Kraftstoffen betrieben werden, eingesetzt werden.
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Wie bereits oben näher erläutert, wird es durch genaues Schneiden bzw. Bearbeiten der äußeren Umfangsfläche des Verbindungsteils aufgrund der Erfindung möglich, das Erkennungsteil auf dem bewegten Teil, das an dem bewegten Teil der drehenden Maschine befestigt ist, unmittelbar auszubilden. Aufgrund dessen ist es möglich, den Vorgang des Zentrierens, der zur genauen Positionierung des Erkennungsteils, das in der Vergangenheit erforderlich war, nötig war, fortzulassen. Als Ergebnis hiervon ist es möglich, den Vorgang des Zusammenbaus einer Maschine mit sich drehenden Teilen bzw. einer drehenden Maschine wegfallen zu lassen und dadurch ist es wiederrum möglich, die Effizienz der Herstellung der drehenden Maschine zu erhöhen.
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Ferner hat das bewegte Teil, das einen Teil des Rotationsdetektors bildet, eine Ausgangswelle und ein Erkennungsteil und hat somit sowohl die Funktion der Bestimmung der Drehbewegung der Drehmaschine als auch die Funktion der Abgabe der Drehkraft der Drehmaschine an eine externe Vorrichtung. Aufgrund dessen ist es möglich, Fehler bei der Übertragung der Antriebskraft aufgrund von Rattern oder Spiel zu verringern, die zum Zeitpunkt der Übertragung der Drehkraft an die externe Vorrichtung auftreten können.
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Ferner musste in der Vergangenheit das ringförmige Teil, an dem das Erkennungsteil vorgesehen ist, durch Schrauben und dergleichen an dem die Drehung abgebenden Teil befestigt werden, das seinerseits an dem rotierenden Teil des Elektromotors befestigt war. Ein solcher Arbeitsschritt zur Verschraubung ist nun überflüssig und die Anzahl der Bauteile kann verringert werden.