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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotationswinkeldetektor zum Erkennen eines Rotationswinkels eines Rotationselements und eine Rotationsmaschine mit einem Rotationswinkeldetektor.
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2. Beschreibung des Stands der Technik
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Ein Rotationswinkeldetektor wird verwendet, um einen Rotationswinkel einer Rotationsmaschine wie etwa eines Elektromotors oder einen Rotationswinkel eines Rotationselements, das durch die Rotationsmaschine angetrieben wird, zu erkennen. Beispielsweise offenbart
JP 2006-010436 A einen magnetischen Rotationswinkeldetektor, der einen Magnetsensor zum Erkennen der Größe eines Magnetfelds, das sich als Reaktion auf den Rotationswinkel eines Rotationselements verändert, umfasst. Diese Art von Rotationswinkeldetektor umfasst einen zu erkennenden Abschnitt in der Form eines Zahnrads, das an einer äußeren Umfangsfläche des Rotationselements bereitgestellt ist, und einen Magnetsensor, der so bereitgestellt ist, dass er dem zu erkennenden Abschnitt gegenüberliegt.
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7 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Rotationswinkeldetektor 100 nach einem Stand der Technik veranschaulicht. Der Rotationswinkeldetektor 100 umfasst ein zylinderförmiges Rotationselement 104, das um eine Rotationsachsenlinie 102a drehbar an einer Rotationsachse 102 fixiert ist, und ein Erkennungselement 108, das an einem zylinderförmigen Sitz 106 fixiert ist. Das Rotationselement 104 weist an einer äußeren Umfangsfläche einen zu erkennenden Abschnitt 104a auf. Das Erkennungselement 108 ist so positioniert, dass es dem zu erkennenden Abschnitt 104a des Rotationselements 104 gegenüberliegt und sich nahe genug daran befindet.
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Bei einem magnetischen Rotationswinkeldetektor wie dem in
JP 2006-010436 A offenbarten kann die Erkennungsgenauigkeit abnehmen, wenn die Positionsbeziehung zwischen dem Magnetsensor, der in das Erkennungselement
108 aufgenommen ist, und dem zu erkennenden Abschnitt
104a des Rotationselements
104 verändert wird. Daher ist es nötig, sicherzustellen, dass sich das Erkennungselement
108 an einer vorbestimmten Position in Bezug auf den zu erkennenden Abschnitt
104a befindet.
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Doch die Position des Erkennungselements 108 in Bezug auf das Rotationselement 104 kann aufgrund von akkumulierten Abmessungstoleranzen der Rotationsachse 102, des Rotationselements 104, des Sitzes 106 und anderer Aufbauten, die nicht in der Zeichnung gezeigt sind, oder eines Montagefehlers verändert werden. Daher ist wie in 7 gezeigt zwischen dem Erkennungselement 108 und einer Anbringungsfläche 106a des Sitzes 106 ein Distanzstück 110 bereitgestellt, um die Position des Erkennungselements 108 in Bezug auf den zu erkennenden Abschnitt 104a in einer Richtung, die parallel zu der Rotationsachsenlinie 102a verläuft, zu regulieren.
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8 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Rotationswinkeldetektor 100 nach einem anderen Stand der Technik veranschaulicht. Bei diesem Stand der Technik wird anstelle des Distanzstücks 110 ein Sitz 106' mit einer größeren Dicke verwendet. Zum Vergleich ist die Position der Anbringungsfläche 106a des in 7 gezeigten Sitzes 106 mit einer Dicke T1 durch eine gestrichelte Linie gezeigt. Der Sitz 106' weist eine größere Dicke T2 als die Dicke T1 auf. Als Ergebnis befinden sich die Anbringungsfläche 106a' des Sitzes 106' und das an der Anbringungsfläche 106a' fixierte Erkennungselement 108 durch den Dickenunterschied an einer höheren Position Durch den selektiven Einsatz von mehreren Sitzen mit Dicken, die sich voneinander unterscheiden, kann die Position des Erkennungselements 108 in Bezug auf den zu erkennenden Abschnitt 104a in einer Richtung parallel zu der Rotationsachsenlinie 102a reguliert werden.
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Doch nach diesen Verfahren, bei denen Distanzstücke oder Sitze mit unterschiedlichen Dicken selektiv verwendet werden, um die Position des Erkennungselements zu regulieren, ist es nötig, für den Zusammenbau der Rotationsmaschine mehrere unterschiedliche Distanzstücke oder Sitze vorzubereiten. Und da möglicherweise bei jeder Zerlegung der Rotationsmaschine oder des Rotationswinkeldetektors zur Reparatur und zur Überprüfung ein anderes Distanzstück oder ein anderer Sitz nötig wird, wird die Betriebsleistungsfähigkeit verringert. Ferner werden die Verwaltungskosten für die Teile erhöht.
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Daher besteht der Bedarf an einem Rotationswinkeldetektor, der ohne mehrere unterschiedliche Distanzstücke oder Sitze eine vorbestimmte Positionsbeziehung zwischen dem zu erkennenden Abschnitt und dem Erkennungselement sicherstellt.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Zur Lösung der Aufgabe wird ein Rotationswinkeldetektor bereitgestellt, der Folgendes umfasst: ein Rotationselement, das um eine Rotationsachsenlinie drehbar ist, wobei das Rotationselement an seinem Außenumfang einen zu erkennenden Abschnitt aufweist; ein Erkennungselement, das so an einer radial äußeren Seite des zu erkennenden Abschnitts bereitgestellt ist, dass es zu dem zu erkennenden Abschnitt gewandt ist; und einen Sitz mit einer Anbringungsfläche, woran das Erkennungselement angebracht werden kann, wobei sich die Anbringungsfläche um die Rotationsachsenlinie herum erstreckt, wobei der Sitz dazu ausgebildet ist, dass sich ein Abstand zwischen der Anbringungsfläche und dem zu erkennenden Abschnitt in einer Richtung, die parallel zu der Rotationsachsenlinie verläuft, entlang einer Umfangsrichtung des Sitzes verändert.
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Nach einem zweiten Gesichtspunkt der Erfindung weist die Anbringungsfläche des Sitzes bei dem Rotationswinkeldetektor nach dem ersten Gesichtspunkt mehrere Stufenbereiche auf, so dass sich der Abstand zwischen der Anbringungsfläche und dem zu erkennenden Abschnitt in der Richtung, die parallel zu der Rotationsachsenlinie verläuft, entlang der Umfangsrichtung des Sitzes stufenweise verändert.
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Nach einem dritten Gesichtspunkt der Erfindung ist bei dem Rotationswinkeldetektor nach dem ersten Gesichtspunkt die Anbringungsfläche des Sitzes so abgeschrägt, dass sich der Abstand zwischen der Anbringungsfläche und dem zu erkennenden Abschnitt in der Richtung, die parallel zu der Rotationsachsenlinie verläuft, entlang der Umfangsrichtung des Sitzes fortlaufend verändert.
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Nach einem vierten Gesichtspunkt der Erfindung weist das Erkennungselement bei dem Rotationswinkeldetektor nach dem dritten Gesichtspunkt eine ergänzende Form zu der Anbringungsfläche des Sitzes, die abgeschrägt ist, auf.
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Nach einem fünften Gesichtspunkt der Erfindung ist der Sitz bei dem Rotationswinkeldetektor nach einem aus dem ersten bis vierten Gesichtspunkt so ausgebildet, dass sich ein Abstand zwischen einer Fläche, die zu der Anbringungsfläche entgegengesetzt ist, und dem zu erkennenden Abschnitt in der Richtung, die parallel zu der Rotationsachsenlinie verläuft, entlang der Umfangsrichtung des Sitzes verändert.
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Nach einem sechsten Gesichtspunkt der Erfindung weist der Sitz bei dem Rotationswinkeldetektor nach einem aus dem ersten bis fünften Gesichtspunkt einen Innendurchmesser auf, der größer als ein Außendurchmesser des Rotationselements ist.
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Nach einem siebenten Gesichtspunkt der Erfindung wird eine Rotationsmaschine bereitgestellt, die den Rotationswinkeldetektor nach einem aus dem ersten bis sechsten Gesichtspunkt umfasst.
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Diese und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden vor dem Hintergrund der ausführlichen Beschreibung ihrer beispielhaften Ausführungsformen, die durch die Zeichnungen veranschaulicht sind, offensichtlicher werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1A ist eine perspektivische Ansicht, die einen Rotationswinkeldetektor nach einer ersten Ausführungsform veranschaulicht;
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1B ist eine Seitenansicht, die den Rotationswinkeldetektor von 1A veranschaulicht;
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2 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Rotationswinkeldetektor nach einer zweiten Ausführungsform veranschaulicht;
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3A ist eine perspektivische Ansicht, die einen Rotationswinkeldetektor nach einer dritten Ausführungsform veranschaulicht;
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3B ist eine perspektivische Ansicht, die einen Sitz des in 3A gezeigten Rotationswinkeldetektors veranschaulicht;
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4 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Rotationswinkeldetektor nach einer vierten Ausführungsform veranschaulicht;
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5 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht, die einen Rotationswinkeldetektor nach einer fünften Ausführungsform veranschaulicht;
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6 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel veranschaulicht, bei dem der Rotationswinkeldetektor nach der ersten Ausführungsform auf eine Rotationsmaschine angewendet ist;
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7 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Rotationswinkeldetektor nach einem Stand der Technik veranschaulicht; und
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8 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Rotationswinkeldetektor nach einem anderen Stand der Technik veranschaulicht.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben werden. Die veranschaulichten Bestandteile können wie für das bessere Verständnis der vorliegenden Erfindung erforderlich hinsichtlich der Größe abgeändert sein.
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1A ist eine perspektivische Ansicht, die einen Rotationswinkeldetektor 10 nach einer ersten Ausführungsform veranschaulicht. Der Rotationswinkeldetektor 10 umfasst eine Rotationsachse 12, die um eine Rotationsachsenlinie 12a drehbar ist, ein zylinderförmiges Rotationselement 14, das an dem Außenumfang der Rotationsachse 12 befestigt ist, einen zylinderförmigen Sitz, der konzentrisch mit der Rotationsachse 12 und dem Rotationselement 14 bereitgestellt ist, und ein Erkennungselement 18, das an einer radial äußeren Seite des Rotationselements 14 an dem Sitz 16 angebracht ist.
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Die Rotationsachse 12 ist mit einer Ausgangswelle einer Rotationsmaschine, z. B. einem Elektromotor, gekoppelt und wird durch die Triebkraft, die durch den Elektromotor erzeugt wird, angetrieben. Zwischen der Rotationsachse 12 und der Ausgangswelle der Rotationsmaschine kann ein Reduktionsgetriebe eingefügt sein. Alternativ kann die Rotationsachse 12 eine Ausgangswelle der Rotationsmaschine sein.
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Das Rotationselement
14 ist an seiner äußeren Umfangsfläche mit einem zu erkennenden Abschnitt
14a versehen. Der zu erkennende Abschnitt
14a ist zum Beispiel aus mehreren konvexen Abschnitten (nicht gezeigt), die von der äußeren Umfangsfläche des Rotationselements
14 radial nach außen vorspringen, gebildet. Der zu erkennende Abschnitt
14a und das Erkennungselement
18 weisen bekannte Aufbauten auf, wie sie zum Beispiel in
JP 2006-010436 A offenbart sind; und hier wird auf ihre ausführliche Beschreibung verzichtet werden.
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Das Erkennungselement 18 ist radial außerhalb des zu erkennenden Abschnitts 14a des Rotationselements 14 so positioniert, dass es zu dem zu erkennenden Abschnitt 14a gewandt ist. Das Erkennungselement 18 kann zum Beispiel ein bekannter Magnetcodierer sein, der einen Magnetsensor enthält, ist aber nicht darauf beschränkt. Das Erkennungselement 18 ist an einer Anbringungsfläche 16a des Sitzes 16, die sich um die Rotationsachsenlinie 12a erstreckt, fixiert. Der Sitz 16 ist zum Beispiel an einem Gehäuseteil des Rotationswinkeldetektors 10 fixiert, und daher können die Rotationsachse 12 und das Rotationselement 14 in Bezug auf den Sitz 16 und das Erkennungselement 18 gedreht werden.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform sind an der Anbringungsfläche 16a des Sitzes 16 mehrere Stufenbereiche in der Umfangsrichtung gebildet. Als Ergebnis verändert sich der Abstand zwischen der Anbringungsfläche 16a des Sitzes 16 und des zu erkennenden Abschnitts 14a, der in einer Richtung, die parallel zu der Rotationsachsenlinie 12a verläuft, (hier nachstehend einfach als ”Achsenlinie” bezeichnet) definiert ist, entlang der Umfangsrichtung des Sitzes 16 stufenweise. In 1A sind ein erster Stufenberiech 16a1, ein zweiter Stufenbereich 16a2, ein dritter Stufenbereich 16a3 und ein vierter Stufenbereich 16a4 der Anbringungsfläche 16a sichtbar. Auch in einem Bereich hinter der Rotationsachse 12 und dem Rotationselement 14 sind Stufenbereiche gebildet, die aber in der Zeichnung nicht sichtbar sind. Die Anbringungsfläche 16a kann mehr Stufenbereiche oder weniger Stufenbereiche als das veranschaulichte bestimmte Beispiel aufweisen. Die jeweiligen Stufenbereiche, die an der Anbringungsfläche 16a gebildet sind, sind so ausgeführt, dass sie sich über Flächen erstrecken, die groß genug sind, dass das Erkennungselement 18 daran angebracht werden kann, doch können sich die Stufenbereiche über Flächen erstrecken, die sich voneinander unterscheiden.
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1B ist eine Seitenansicht, die den Rotationswinkeldetektor 10 von 1A veranschaulicht. Wie aus 1B ersichtlich ist, unterscheiden sich die axialen Abstände zwischen dem zu erkennenden Abschnitt 14a und dem ersten, zweiten, dritten und vierten Stufenbereich 16a1, 16a2, 16a3, 16a4 stufenweise voneinander. Unter Bezugnahme auf 1B sind zum Beispiel der axiale Abstand AD1 zwischen dem ersten Stufenbereich 16a1 und dem zu erkennenden Abschnitt 14a bzw. der axiale Abstand AD4 zwischen dem vierten Stufenbereich 16a4 und dem zu erkennenden Abschnitt 14a gezeigt.
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Nach dieser Ausführungsform können der zu erkennende Abschnitt 14a und das Erkennungselement 18 durch selektives Anbringen des Erkennungselements 18 an einem der Stufenbereiche, die an der Anbringungsfläche 16a des Sitzes 16 gebildet sind, in Bezug zueinander in der Achsenrichtung ausgerichtet werden. Als Ergebnis kann die Position des Erkennungselements 18 in Bezug auf den zu erkennenden Abschnitt 14a reguliert werden, ohne dass mehrere Sitze oder Distanzstücke mit verschiedenen Größen erforderlich sind. Dies gestattet eine Verringerung der Wartungs- und Verwaltungskosten des Rotationswinkeldetektors. Zudem kann die Montage des Erkennungselements 18 vereinfacht werden, was eine Verringerung der Herstellungskosten gestattet. Ferner kann die Positionsregulierung des Erkennungselements 18 vereinfacht werden, wenn der Sitz 16 und das Erkennungselement 18 nach einer Abnahme von dem Rotationswinkeldetektor zum Zweck der Reparatur oder der Überprüfung erneut zusammengesetzt werden, wodurch die Produktivität verbessert wird.
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Nachstehend werden andere Ausführungsformen beschrieben werden. In der folgenden Erklärung können Umstände, die bereits beschrieben wurden, wie erforderlich weggelassen sein. Gleiche oder ähnliche Bestandteile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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2 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Rotationswinkeldetektor 10 nach einer zweiten Ausführungsform veranschaulicht. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind zusätzlich zu den Stufenbereichen an der Anbringungsfläche 16a mehrere Stufenbereiche an einer unteren Fläche 16b des Sitzes 16, die zu der Anbringungsfläche 16a entgegengesetzt ist, gebildet (in der Zeichnung sind nur die Stufenbereiche 16b1 bis 16b4 sichtbar). Die Stufe zwischen den Stufenbereichen der unteren Fläche 16b unterscheidet sich von jener der Anbringungsfläche 16a. Wenn der Sitz 16 umgedreht ist, unterscheiden sich daher die axialen Abstände zwischen den jeweiligen Stufenbereichen der unteren Fläche 16b und dem zu erkennenden Abschnitt 14a von jenen zwischen den Stufenbereichen an der Anbringungsfläche 16a und dem zu erkennenden Abschnitt 14a. Auf diese Weise kann die axiale Position des Erkennungselements 18 in Bezug auf den zu erkennenden Abschnitt 14a im Fall des Sitzes 16, bei dem an beiden Endflächen 16a und 16b Stufenbereiche gebildet sind, durch umgedrehtes Verwenden des Sitzes 16 weiter verändert werden. Als Ergebnis kann das Erkennungselement 18 unter Verwendung des gleichen Sitzes 16 an mehr axialen Positionen, die sich voneinander unterscheiden, positioniert werden. Daher kann die Wirkung der Regulierung der Position des Erkennungselements 18 durch den Sitz 16 verbessert werden.
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3 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Rotationswinkeldetektor 10 nach einer dritten Ausführungsform veranschaulicht. 3B ist eine perspektivische Ansicht, die einen Sitz 20 des Rotationswinkeldetektors 10, der in 3A gezeigt ist, veranschaulicht. Bei dieser Ausführungsform umfasst der Sitz 16 einen zylinderförmigen Anbringungsabschnitt 22 mit einer Anbringungsfläche 22a, die mit mehreren Stufenbereichen versehen ist, und einen zylinderförmigen Befestigungsabschnitt 24, der sich radial außerhalb von dem Anbringungsabschnitt 22 erstreckt und an einem Träger wie etwa einem Gehäuseteil fixiert ist. Bei dem veranschaulichten Beispiel sind die Stufenbereiche an beiden Endflächen 22a und 22b des Anbringungsabschnitts 22 gebildet. Die Stufenbereiche können jedoch alternativ nur an einer der Endflächen, die als die Anbringungsfläche 22a dient, gebildet sein, wie oben unter Bezugnahme auf 1A und 1B beschrieben ist. Nach dieser Ausführungsform kann die Position des Erkennungselements 18 in der Achsenrichtung reguliert werden, ohne die Dicke des Sitzes 20 zu verändern.
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4 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Rotationswinkeldetektor 10 nach einer vierten Ausführungsform veranschaulicht. Bei dieser Ausführungsform ist die Anbringungsfläche 16a des Sitzes 16 in Bezug auf eine Ebene, die senkrecht zu der Rotationsachsenlinie 12a verläuft, abgeschrägt. In diesem Fall verändert sich der axiale Abstand zwischen der Anbringungsfläche 16a und dem zu erkennenden Abschnitt 14a entlang der Umfangsrichtung des Sitzes 16 fortlaufend. Das Erkennungselement 18 weist eine gegenüberliegende Fläche 18a auf, die zu der Anbringungsfläche 16a gewandt ist und eine zu der Abschrägung an der Anbringungsfläche 16a komplementäre Form aufweist. Dieser Aufbau gestattet, dass die axiale Position, an der das Erkennungselement 18 angeordnet ist, durch Verschieben der Befestigungsposition des Erkennungselements 18 in der Umfangsrichtung genauer reguliert wird. Anders als bei dem veranschaulichten Beispiel kann die Anbringungsfläche 16a in der Umfangsrichtung nur teilweise abgeschrägt sein, und kann der Rest der Anbringungsfläche 16a flach sein. Obwohl die Abschrägung der Anbringungsfläche 16a bei dem veranschaulichten Beispiel konstant ist, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diesen beispielhaften Aufbau beschränkt.
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5 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht, die einen Rotationswinkeldetektor 10 nach einer fünften Ausführungsform veranschaulicht. Bei dieser Ausführungsform sind die jeweiligen Bestandteile so in der Größe bemessen, dass der Innendurchmesser D1 des Sitzes 16 größer als der Außendurchmesser D2 des Rotationselements 14 ist. Nach dieser Ausführungsform kann der Sitz 16 leicht an dem Rotationswinkeldetektor 10 befestigt und davon abgenommen werden, ohne dass das Rotationselement 14 von der Rotationsachse 12 abgenommen wird. Zudem weist dieser Aufbau dann, wenn der Sitz an beiden Endflächen mit Stufenbereichen versehen ist, die Wirkung auf, dass der Prozess der umgekehrten Montage des Sitzes 16 erleichtert wird.
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6 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel veranschaulicht, bei dem der Rotationswinkeldetektor 10 nach der vorliegenden Erfindung auf eine Rotationsmaschine angewendet wird. Wie veranschaulicht ist der Sitz 16 an einem Träger 30 auf Seiten des Stators der Rotationsmaschine, die nicht gezeigt ist, fixiert. Der Sitz 16 kann durch bekannte Mittel wie etwa Schrauben oder Klebstoffe an dem Träger 30 fixiert werden. Zum Beispiel kann der Träger 30 an einem Gehäuse der Rotationsmaschine fixiert werden. Mit Hilfe eines solchen Trägers 30 kann der Sitz an der Rotationsmaschine befestigt werden, ohne den Aufbau der Rotationsmaschine abzuändern. Obwohl das veranschaulichte Beispiel den Rotationswinkeldetektor 10 nach der ersten Ausführungsform einsetzt, wird ein Fachmann verstehen, dass auch der Rotationswinkeldetektor nach anderen Ausführungsformen auf die gleiche Weise auf eine Rotationsmaschine angewendet werden kann.
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WIRKUNG DER ERFINDUNG
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Nach dem Rotationswinkeldetektor und der Rotationsmaschine mit den oben beschriebenen Aufbauten kann die Position des Erkennungselements in Bezug auf den zu erkennenden Abschnitt durch Verändern der Befestigungsposition des Erkennungselements in einer Umfangsrichtung des Sitzes reguliert werden. Entsprechend ist es nicht nötig, mehrere verschiedene Distanzstücke oder Sitze vorzubereiten. Dies vereinfacht die Verwaltung der Teile, und die Wartungs- und die Verwaltungskosten können verringert werden. Zudem können die Herstellungskosten verringert werden, da die Montage des Rotationswinkeldetektors vereinfacht wird. Ferner ist es leicht, die Position des Erkennungselements nach der Montage wie erforderlich zu regulieren.