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GEBIET
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Die vorliegende Anmeldung basiert auf der am 15. Juli 2022 eingereichten
JP2022-113644 , die hiermit vollumfänglich durch Bezugnahme mit aufgenommen wird, und beansprucht deren Priorität.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Magnetsensor und eine Motorzusammenbau.
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HINTERGRUND
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Es sind Winkelsensoren bekannt, die den Rotationswinkel eines rotierenden Objekts mittels eines Magnetfeld-Detektionselements detektieren. Die
JP2017-151105 offenbart einen magnetischen Winkelsensor mit einer Vorsprung-Aussparung-Struktur, die an einem Ende einer rotierenden Welle vorgesehen ist, einem Magneten, der dem Ende der rotierenden Welle zugewandt ist, und einem Element zum Detektieren eines Magnetfeldes, das zwischen dem Ende der rotierenden Welle und dem Magneten vorgesehen ist. Wenn sich die rotierende Welle dreht, ändert sich das Magnetfeld, das durch den Magneten und die Vorsprung-Aussparung-Struktur erzeugt wird. Das Element detektiert den Rotationswinkel der rotierenden Welle, indem es die Änderung des Magnetfeldes detektiert. Da der Magnet und das Element von einem Substrat getragen werden, das von der rotierenden Welle getrennt ist, treten Probleme wie Bruch und Fehlausrichtung des Magneten, die durch die Anbringung des Magneten an der rotierenden Welle verursacht werden können, nicht auf.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Bei dem in der
JP2017-151105 offenbarten Winkelsensor ist das Element zwischen dem Magneten und dem rotierenden Objekt (der rotierenden Welle) angeordnet. Aus diesem Grund ändert sich das Magnetfeld an der Stelle, an der das Element angeordnet ist, nicht ausreichend, wenn das rotierende Objekt rotiert, und es ist schwierig, die Leistung bei der Detektion des Magnetfelds zu verbessern.
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Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, einen Magnetsensor anzugeben, der einen Magneten und ein Element aufweist, die vom rotierenden Objekt getrennt sind, und der eine verbesserte Leistung bei der Detektion eines Magnetfeldes aufweist.
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Ein Magnetsensor der vorliegenden Erfindung detektiert Rotationswinkel eines rotierenden Objekts, das um eine Rotationsachse rotiert, die sich in einer axialen Richtung erstreckt. Der Magnetsensor umfasst:
- eine Vorsprung-Aussparung-Struktur, die in axialer Richtung ringförmig an einer Stirnfläche des rotierenden Objekts vorgesehen ist und die aus einem weichmagnetischen Material gebildet ist;
- einen Magneten und
- mindestens ein Element, wobei:
- die Vorsprung-Aussparung-Struktur mindestens einen Vorsprung und mindestens eine Aussparung aufweist, wobei der mindestens eine Vorsprung in axialer Richtung relativ zu der mindestens einen Aussparung vorsteht,
- das mindestens eine Element ein Magnetfeld detektiert, das durch den Magneten und die Vorsprung-Aussparung-Struktur erzeugt wird,
- der Magnet und das mindestens eine Element von der Vorsprung-Aussparung-Struktur getrennt sind, wobei relative Positionen des Magneten und des mindestens einen Elements festgelegt sind, und
- mindestens einer/eines des Magneten und des mindestens einen Elements sich in mindestens einer der axialen Richtung und einer radialen Richtung, die senkrecht zur axialen Richtung verläuft, an einer von der Vorsprung-Aussparung-Struktur verschiedenen Position befindet.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, einen Magnetsensor bereitzustellen, der einen Magneten und ein Element aufweist, die von einem rotierenden Objekt getrennt sind, und der eine verbesserte Leistung bei der Detektion eines Magnetfeldes aufweist.
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Die oben genannten und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, die Beispiele der vorliegenden Erfindung veranschaulichen.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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- 1A-1C illustrieren schematisch einen Motorzusammenbau und einen Magnetsensor (einen Winkelsensor) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 2A-2B sind Draufsichten auf eine Vorsprung-Aussparung-Struktur;
- 3 fasst verschiedene Berechnungsergebnisse zusammen;
- 4 illustriert die Berechnungsergebnisse von Fall 1;
- 5 illustriert die Berechnungsergebnisse von Fall 2;
- 6 illustriert die Berechnungsergebnisse von Fall 3;
- 7 illustriert die Berechnungsergebnisse von Fall 4;
- 8 illustriert die Berechnungsergebnisse von Fall 1a;
- 9 illustriert die Berechnungsergebnisse von Fall 2a;
- 10 illustriert die Berechnungsergebnisse von Fall 3a;
- 11 illustriert die Berechnungsergebnisse von Fall 4a;
- 12 illustriert die Berechnungsergebnisse von Fall 1b;
- 13 illustriert die Berechnungsergebnisse von Fall 2b;
- 14 illustriert die Berechnungsergebnisse von Fall 3b;
- 15 illustriert die Berechnungsergebnisse von Fall 4b;
- 16 illustriert die Berechnungsergebnisse von Fall 5;
- 17 illustriert die Berechnungsergebnisse von Fall 6;
- 18 illustriert die Berechnungsergebnisse von Fall 7;
- 19 illustriert die Berechnungsergebnisse von Fall 5a;
- 20 illustriert die Berechnungsergebnisse von Fall 6a;
- 21 illustriert die Berechnungsergebnisse von Fall 7a;
- 22 illustriert die Berechnungsergebnisse von Fall 8;
- 23 illustriert die Berechnungsergebnisse von Fall 9;
- 24A-24F illustrieren Bedingungen für die Anordnung des Magneten und des Winkelsensorelements;
- 25A-25B illustrieren weitere Bedingungen für die Anordnung des Magneten und des Elements;
- 26A-26B illustrieren eine Vorderansicht bzw. eine Seitenansicht der Fälle 2 und 3 (Typ 1);
- 27A-27B illustrieren eine Vorderansicht bzw. eine Seitenansicht der Fälle 2 und 3 (Typ 2);
- 28A-28B illustrieren eine Vorderansicht bzw. eine Seitenansicht der Fälle 2a und 3a (Typ 1);
- 29A-29B illustrieren eine Vorderansicht bzw. eine Seitenansicht der Fälle 2a und 3a (Typ 2);
- 30A-30B illustrieren eine Vorderansicht bzw. eine Seitenansicht der Fälle 2b und 3b (Typ 1);
- 31A-31B illustrieren eine Vorderansicht bzw. eine Seitenansicht der Fälle 2b und 3b (Typ 2);
- 32A-32B illustrieren eine Vorderansicht bzw. eine Seitenansicht von Fall 6 (Typ 1);
- 33A-33B illustrieren eine Vorderansicht bzw. eine Seitenansicht von Fall 6 (Typ 2);
- 34A-34B illustrieren eine Vorderansicht bzw. eine Seitenansicht von Fall 6a (Typ 1);
- 35A-35B illustrieren eine Vorderansicht bzw. eine Seitenansicht von Fall 6a (Typ 2);
- 36A-36B illustrieren eine Vorderansicht bzw. eine Seitenansicht von Fall 9 (Typ 1) und
- 37A-37C illustrieren schematisch einen Magnetsensor (einen Hubsensor) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Es werden Ausführungsformen eines Magnetsensors der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In den folgenden Beschreibungen bezieht sich die axiale Richtung Z auf eine Richtung parallel zur Rotationsachse C des rotierenden Objekts 2, und die radiale Richtung R bezieht sich auf eine Richtung senkrecht zur Rotationsachse C des rotierenden Objekts 2, wobei die radiale Richtung R senkrecht zur axialen Richtung Z ist. Die Richtung der Rotation um die axiale Richtung Z ist als Umfangsrichtung W bezeichnet. Die Position des Elements 4 ist definiert als die Position eines Magnetfeldsensorteils von Element 4.
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1A illustriert eine Seitenansicht des Motorzusammenbaus 6, 1B illustriert eine schematische perspektivische Ansicht des Magnetsensors 1, und 1C illustriert eine Seitenansicht des Magnetsensors 1 (eine vergrößerte Ansicht von Teil A in 1A). Der Motorzusammenbau 6 weist einen Motor 7, ein rotierendes Objekt 2, das mit dem Motor 7 verbunden ist, und den Magnetsensor 1 auf. Das rotierende Objekt 2 kann um die Rotationsachse C rotieren, die sich in axialer Richtung Z erstreckt. Das rotierende Objekt 2 hat die Form einer länglichen Stange 2A, die sich in longitudinaler Richtung erstreckt, aber die Form ist nicht begrenzt, solange das rotierende Objekt 2 um die Rotationsachse C rotieren kann. Das rotierende Objekt 2 weist einen Verbindungsabschnitt 27 zur Verbindung mit einem anzutreibenden Objekt (nicht dargestellt) zwischen dem Motor 7 und der Vorsprung-Aussparung-Struktur 22 (weiter unten beschrieben) auf, und der Verbindungsabschnitt 27 hat ein Gewinde oder ähnliches (nicht dargestellt) zur Verbindung mit dem anzutreibenden Objekt. Das rotierende Objekt 2 ist aus einem weichmagnetischen Material gebildet. An der Stirnfläche 21 des rotierenden Objekts 2 in axialer Richtung Z ist eine Vorsprung-Aussparung-Struktur 22 vorgesehen. Die Vorsprung-Aussparung-Struktur 22 ist einstückig mit dem rotierenden Objekt 2 ausgebildet, und dementsprechend ist die Vorsprung-Aussparung-Struktur 22 auch aus einem weichmagnetischen Material gebildet. Das Material des rotierenden Objekts 2 ist mit Ausnahme der Vorsprung-Aussparung-Struktur 22 nicht begrenzt, und mit Ausnahme der Vorsprung-Aussparung-Struktur 22 kann das rotierende Objekt 2 beispielsweise aus einem nichtmagnetischen Material gebildet sein. Der Magnetsensor 1 der vorliegenden Ausführungsform ist ein Winkelsensor, der den Rotationswinkel des rotierenden Objekts 2 detektiert. Der Magnetsensor 1 weist die Vorsprung-Aussparung-Struktur 22, den Magneten 3 und mindestens ein Magnetfeld-Detektionselement (im Folgenden einfach als Element 4 bezeichnet) auf. In der vorliegenden Ausführungsform ist nur ein Element 4 vorgesehen.
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2A illustriert eine Vorderansicht der Stirnfläche 21 des rotierenden Objekts 2 bei Betrachtung in Richtung B in 1A. Die Pfeile in der Abbildung illustrieren die Rotationsrichtung des rotierenden Objekts 2. Die Vorsprung-Aussparung-Struktur 22 ist ringförmig an der Stirnfläche 21 des rotierenden Objekts 2 vorgesehen. Insbesondere weist die Vorsprung-Aussparung-Struktur 22 mindestens einen Vorsprung (im Folgenden als Vorsprung 23 bezeichnet) und mindestens eine Aussparung (im Folgenden als Aussparung 24 bezeichnet) auf, und die Vorsprünge 23 und Aussparungen 24 sind abwechselnd in Umfangsrichtung W auf der Stirnfläche 21 angeordnet. Die Anzahl der Vorsprünge 23 und Aussparungen 24 kann in Abhängigkeit vom Durchmesser des rotierenden Objekts 2 gewählt sein, wobei vorzugsweise etwa sechs bis zehn Paare von Vorsprüngen 23 und Aussparungen 24 vorgesehen werden können. In diesem Fall haben alle Vorsprünge 23 vorzugsweise die gleiche Form und Größe, und alle Aussparungen 24 haben vorzugsweise die gleiche Form und Größe. Außerdem sind die Vorsprünge 23 und Aussparungen 24 vorzugsweise in konstanten Winkelintervallen angeordnet. Die Vorsprünge 23 stehen relativ zu den Aussparungen 24 in axialer Richtung Z vor. Alle Vorsprünge 23 haben die gleiche Vorsprungslänge in axialer Richtung Z. Die Stirnfläche 21 des rotierenden Objekts 2 ist eine Ebene senkrecht zur Mittelachse des rotierenden Objekts 2. Die Aussparungen 24 sind ein Teil dieser Ebene, und die Basen der Vorsprünge 23 liegen ebenfalls in dieser Ebene.
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Das Element 4 detektiert ein Magnetfeld, das durch den Magneten 3 und die Vorsprung-Aussparung-Struktur 2 erzeugt wird. Die Intensität des Magnetfelds ändert sich mit der Rotation der Vorsprung-Aussparung-Struktur 22. Die Beziehung zwischen der Intensität des Magnetfelds in bestimmten Richtungen und den Rotationswinkeln des rotierenden Objekts 2 werden im Voraus ermittelt. Dementsprechend kann der Prozessor des Magnetsensors 1 (nicht abgebildet) den Rotationswinkel des rotierenden Objekts 2 auf der Grundlage der Intensität des von Element 4 detektierten Magnetfelds erkennen. Die Art des Elements 4 ist nicht beschränkt, wobei ein Hall-Element oder ein Element mit magnetoresistivem Effekt, wie ein anisotropes magnetoresistives Element (AMR-Element) oder ein tunnel-magnetoresistives Element (TMR-Element) verwendet sein kann. Das Element 4 weist vorzugsweise eine Mehrzahl von Detektionsteilen auf, um die Intensität des Magnetfelds in zwei verschiedenen Richtungen zu detektieren und so die Detektion von Winkeln über einen Winkelbereich von 360 Grad zu ermöglichen. Die bevorzugte Detektionsrichtung der Intensität des Magnetfeldes hängt von den weiter unten beschriebenen Fällen ab. Wie durch die gestrichelten Linien in 2A dargestellt, kann der Magnetsensor 1 auch eine Mehrzahl von Elementen 4A und 4B aufweisen. Die Bereitstellung einer Mehrzahl von Elementen 4 kann die Genauigkeit bei der Detektion der Rotationswinkel verbessern. Insbesondere beim Zusammenbau des Elements 4 und des Magneten 3 kann es zu einer Fehlausrichtung zwischen diesen Komponenten und dem rotierenden Objekt 2 kommen, aber die Verschlechterung der Genauigkeit, die durch eine solche Fehlausrichtung verursacht wird, kann durch die Verarbeitung von Ausgaben einer Mehrzahl von Elementen 4 begrenzt sein.
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Der Magnet 3 ist im Allgemeinen ein Quader, aber die Form ist nicht begrenzt. Wie in den 1B und 1C gezeigt, sind der Magnet 3 und das Element 4 von einem einzigen Trägerelement 5 getragen. In der vorliegenden Ausführungsform ist das Trägerelement 5 eine Leiterplatte für das Element 4, ist aber nicht auf diese Form beschränkt. Das Trägerelement 5 ist fest an einem Körper (z. B. einer Fahrzeugkarosserie) angebracht, der vom rotierenden Objekt 2 getrennt ist, so dass sich das rotierende Objekt 2 relativ zum Trägerelement 5 dreht. Insbesondere sind der Magnet 3 und das Element 4 von der Vorsprung-Aussparung-Struktur 22 entfernt angeordnet, wobei die relativen Positionen des Magneten 3 und des Elements 4 festgelegt sind. Wenn der Magnet 3 am rotierenden Objekt 2 befestigt ist, kann jede Exzentrizität der Befestigung des Magneten 3 dazu führen, dass eine Zentrifugalkraft auf den Magneten 3 einwirkt und der Magnet 3 somit zerbricht oder sich vom rotierenden Objekt 2 ablöst. Da der Magnet 3 und das Element 4 einzeln angebracht sind, kann es außerdem leicht zu einer Fehlausrichtung zwischen dem Magneten 3 und dem Element 4 kommen. Diese Probleme können durch die vorliegende Ausführungsform gelöst sein. Es ist zu beachten, dass der Magnet 3 und das Element 4 nicht von einem einzigen Trägerelement 5 getragen sein müssen. Der Magnet 3 und das Element 4 können von verschiedenen Trägerelementen getragen sein, solange die relativen Positionen des Magneten 3 und des Elements 4 festgelegt sind.
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Das rotierende Objekt 2 weist eine ringförmige Außenwand 25 auf, die von der Stirnfläche 21 des rotierenden Objekts 2 in axialer Richtung Z vorsteht. Die Außenwand 25 erstreckt sich entlang des gesamten Außenumfangs 26 der Stirnfläche 21. Die Außenwand 25 ist nur entlang des Außenumfangs 26 der Stirnfläche 21 vorgesehen. Die Außenwand 25 bedeckt zumindest einen Teil, vorzugsweise die Gesamtheit, der Kombination aus Vorsprüngen 23 und Aussparungen 24 in axialer Richtung Z. Die Außenwand 25 ist einstückig mit der Vorsprung-Aussparung-Struktur 22 ausgebildet. Insbesondere ist die Außenwand 25 mit jedem Vorsprung 23 fest verbunden. Alternativ kann die Außenwand 25 von der Vorsprung-Aussparung-Struktur 22 getrennt sein, wie in 2B gezeigt.
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Das Element 4 ist vorzugsweise innerhalb der Außenwand 25 angeordnet. Genauer gesagt ist das Element 4 vorzugsweise sowohl in axialer Richtung Z als auch in radialer Richtung R innerhalb der Außenwand 25 angeordnet. Wenn das Element 4 auf diese Weise innerhalb der Außenwand 25 eingeschlossen ist, kann der Einfluss eines externen Magnetfeldes abgeschwächt sein. Wenn beispielsweise die Außenwand 25 nicht vorgesehen ist (wenn die Außenwand 25 in 2A nicht vorgesehen ist), wird ein externes Magnetfeld am Element 4 aufgrund der Abschirmwirkung des rotierenden Objekts 2 (das eine Vorsprung-Aussparung-Struktur 22 aufweist) um etwa 80 % reduziert. Wenn die Außenwand 25 vorgesehen ist (der Fall von 2A), wird ein externes Magnetfeld am Element 4 aufgrund der Abschirmwirkung der Außenwand 25 zusätzlich zur Abschirmwirkung des rotierenden Objekts 2 um etwa 95 % reduziert.
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Die Leistung des Elements 4 bei der Detektion von Magnetfeldern wurde für verschiedene relative Positionen des Elements 4, des Magneten 3 und der Vorsprung-Aussparung-Struktur 22 berechnet. Die Berechnungsergebnisse werden unter Bezugnahme auf die 3 bis 23 beschrieben. Wie oben beschrieben, hat die Vorsprung-Aussparung-Struktur 22 eine ringförmige Form, aber zur Vereinfachung der Berechnung wird die Vorsprung-Aussparung-Struktur 22 durch eine lineare Form angenähert. Die Bewegungen der Vorsprünge 23 und Aussparungen 24 in der Nähe des Elements 4 können näherungsweise als lineare Bewegungen betrachtet werden. In 3 sind verschiedene Berechnungsergebnisse zusammengefasst. Die Zahl oben rechts in jeder Zelle gibt die Fallnummer an. In jedem Fall bewegt sich die Vorsprung-Aussparung-Struktur 22 in 3 in einer lateralen Richtung (im Folgenden als Bewegungsrichtung D1 bezeichnet). In den Fällen 1, 2, 3, 4, 5, 6 und 7 ist der Magnet 3 in der Richtung D2 magnetisiert, die senkrecht zur Bewegungsrichtung D1 liegt; in den Fällen 1a, 2a, 3a, 4a, 5a, 6a und 7a ist der Magnet 3 in der Bewegungsrichtung D1 magnetisiert; und in den Fällen 1b, 2b, 3b, 4b, 8 und 9 ist der Magnet 3 in der Richtung D3 magnetisiert, die senkrecht zu den Richtungen D1 und D2 liegt.
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Bezug nehmend auf die Vorderansichten in 3 weisen die Fälle 2, 3 und 4 unterschiedliche Anordnungen der Vorsprung-Aussparung-Struktur 22, des Elements 4 und des Magneten 3 in der Richtung D2 auf. In Fall 2 ist die Anordnung der Vorsprung-Aussparung-Struktur 22, des Elements 4 und des Magneten 3 in der Richtung D2 die gleiche wie in Fall 1. In Fall 3 überlappt das Element 4 in der Richtung D2 mit der Vorsprung-Aussparung-Struktur 22. In Fall 4 überlappt das Element 4 in der Richtung D2 mit dem Magneten 3. Das Gleiche gilt für die Fälle 2a, 3a und 4a und die Fälle 2b, 3b und 4b. In den Fällen 5, 6 und 7 ist die Anordnung der Vorsprung-Aussparung-Struktur 22, des Elements 4 und des Magneten 3 in der Richtung D2 die gleiche wie in Fall 1. In Fall 8 ist der Magnet 3 zwischen dem Element 4 und der Vorsprung-Aussparung-Struktur 22 angeordnet. In Fall 9 ist das Element 4 zwischen dem Magneten 3 und der Vorsprung-Aussparung-Struktur 22 angeordnet. Es ist zu beachten, dass die in der Beschreibung verwendete Formulierung „ein Element überlappt mit einem anderen Element“ bedeutet, dass zumindest ein Teil eines Elements in einer bestimmten Richtung zumindest teilweise einen Teil eines anderen Elements überlappt. Die in der Beschreibung verwendete Formulierung „ein Element ist zwischen zwei anderen Elementen angeordnet“ bedeutet, dass ein Element in einer bestimmten Richtung nur innerhalb der Lücke zwischen den beiden anderen Elementen angeordnet ist (und nicht mit einem der beiden anderen Elemente überlappt).
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Bezogen auf die Seitenansichten in 3 überlappen in den Fällen 1, 1a und 1b die Vorsprung-Aussparung-Struktur 22, das Element 4 und der Magnet 3 in der Richtung D3. In den Fällen 2, 3, 4, 2a, 3a, 4a, 2b, 3b und 4b überlappen die Vorsprung-Aussparung-Struktur 22 und der Magnet 3 in der Richtung D3, aber das Element 4 befindet sich in der Richtung D3 an einer von der Vorsprung-Aussparung-Struktur 22 und dem Magneten 3 verschiedenen Position. In den Fällen 5, 6 und 7 befindet sich das Element 4 und/oder der Magnet 3 in der Richtung D3 an einer von der Vorsprung-Aussparung-Struktur 22 verschiedenen Position. In Fall 5 befindet sich das Element 4 in der Richtung D3 zwischen der Vorsprung-Aussparung-Struktur 22 und dem Magneten 3. In Fall 6 überlappt das Element 4 mit der Vorsprung-Aussparung-Struktur 22, ist aber in der Richtung D3 von der Mitte der Vorsprung-Aussparung-Struktur 22 in Richtung des Magneten 3 verschoben. In Fall 7 überlappt das Element 4 in der Richtung D3 mit dem Magneten 3. Das Gleiche gilt für die Fälle 5a, 6a und 7a. In den Fällen 8 und 9 überlappen die Vorsprung-Aussparung-Struktur 22 und das Element 4 in der Richtung D3, aber der Magnet 3 befindet sich in der Richtung D3 an einer von der Vorsprung-Aussparung-Struktur 22 und dem Element 4 verschiedenen Position. Es ist zu beachten, dass die in der Beschreibung verwendete Formulierung „ein Element befindet sich an einer von einem anderen Element verschiedenen Position“ bedeutet, dass sich alle Teile eines Elements an Positionen befinden, die sich in einer bestimmten Richtung von jedem Teil eines anderen Elements unterscheiden (völlig getrennt von einem anderen Element).
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In jedem Fall wurde eine Mehrzahl von Positionen P1 bis P3 des Elements 4 in der Richtung D1 relativ zum Magneten 3 eingestellt. Die 4 bis 23 zeigen die Intensität des Magnetfeldes in den Richtungen D1 bis D3 für jede der Positionen P1 bis P3 des Elements 4. Die horizontale Achse jedes Diagramms zeigt die Bewegungsdistanz(korrespondierend zu dem Rotationswinkel) der Vorsprung-Aussparung-Struktur 22 in der Richtung D1 relativ zum Element 4, und die vertikale Achse zeigt die Intensität des Magnetfelds. Aus den Berechnungsergebnissen geht hervor, dass die folgenden Fälle (im Folgenden als bevorzugte Fälle bezeichnet) eine gute Leistung bei der Detektion eines Magnetfeldes aufweisen.
- - Fälle 2 und 3
- - Fälle 2a und 3a
- - Fälle 2b und 3b
- - Fall 6
- - Fall 6a
- - Fall 9
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Die gute Leistung bei der Detektion eines Magnetfeldes wird danach beurteilt, ob die folgenden Bedingungen erfüllt sind oder nicht:
- - Bedingung A: Die Form des oben beschriebenen Graphen ähnelt einer Sinuswelle (in allgemeiner Form und Gleichmäßigkeit).
- - Bedingung B: Die Intensität des Magnetfelds, also die Leistung, ist hoch.
- - Bedingung C: Die Bedingungen A und B sind in mehr als einer Richtung erfüllt (mindestens zwei der Richtungen D1 bis D3).
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Wenn die Bedingung C erfüllt ist, können Winkel über 360 Grad detektiert werden. Aber auch wenn die Bedingungen A und B nur in einer Richtung erfüllt sind, können Winkel über 180 Grad detektiert werden. Daher muss die Bedingung C nicht erfüllt sein. Jeder bevorzugte Fall erfüllt die Bedingungen A bis C.
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24A ist eine vergrößerte Vorderansicht der 4 bis 23, und 24B ist eine vergrößerte Seitenansicht der 4 bis 23. In jedem bevorzugten Fall befindet sich mindestens einer/eines des Magneten 3 und des Elements 4 (aller Elemente 4, wenn eine Mehrzahl von Elementen 4 vorgesehen ist) in der Richtung D3 an einer von der Vorsprung-Aussparung-Struktur 22 verschiedenen Position, also in einem Bereich, der den Bereich S0 ausschließt. Hier wird, wie zuvor beschrieben, die Vorsprung-Aussparung-Struktur 22 in den oben genannten Berechnungsbeispielen durch eine lineare Form angenähert. Aus diesem Grund enthält jedes Berechnungsergebnis, wie in den 24A und 24B gezeigt, zwei Typen (Typ 1 und 2) mit unterschiedlichen axialen Richtungen Z und radialen Richtungen R. Bei Typ 1 korrespondiert die Richtung D2 in den 4 bis 23 zu der axialen Richtung Z, und die Richtungen D1 und D3 in den 4 bis 23 korrespondieren zu der radialen Richtung R. Bei Typ 2 korrespondiert die Richtung D3 in den 4 bis 23 zu der axialen Richtung Z, und die Richtungen D1 und D2 in den 4 bis 23 korrespondieren zu der radialen Richtung R. Die 24C und 24D sind eine Vorderansicht bzw. eine Seitenansicht, die zu dem Typ 1 korrespondiert. In jedem bevorzugten Fall des Typs 1 befindet sich mindestens einer/eines des Magneten 3 und des Elements 4 (aller Elemente 4, wenn eine Mehrzahl von Elementen 4 vorgesehen ist) in radialer Richtung R an einer von der Vorsprung-Aussparung-Struktur 22 verschiedenen Position, also in einem Bereich, der den Bereich S1 ausschließt (Bedingung 1). Die 24E und 24F sind eine Vorderansicht bzw. eine Seitenansicht, die zu dem Typ 2 korrespondiert. In jedem bevorzugten Fall des Typs 2 befindet sich mindestens einer/eines des Magneten 3 und des Elements 4 (aller Elemente 4, wenn eine Mehrzahl von Elementen 4 vorgesehen ist) in axialer Richtung Z an einer von der Vorsprung-Aussparung-Struktur 22 verschiedenen Position, also in einem Bereich, der den Bereich S2 ausschließt (Bedingung 2). Da jeder bevorzugte Fall zwei Typen umfasst, reicht es aus, dass zumindest eine der Bedingung 1 für Typ 1 und Bedingung 2 für Typ 2 erfüllt ist. Es reicht also aus, dass jeder bevorzugte Fall mindestens eine der beiden folgenden Bedingungen erfüllt:
- - Bedingung 1: Mindestens einer/eines des Magneten 3 und des mindestens einen Elements 4 befindet sich in radialer Richtung R an einer von der Vorsprung-Aussparung-Struktur 22 verschiedenen Position.
- - Bedingung 2: Mindestens einer/eines des Magneten 3 und des mindestens einen Elements 4 befindet sich in axialer Richtung Z an einer von der Vorsprung-Aussparung-Struktur 22 verschiedenen Position.
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In 25A ist die Beziehung zwischen den Positionen des Magneten 3 und des Elements 4 schematisch dargestellt. 25B ist eine Draufsicht auf den Magneten 3 in der Richtung A in 25A. Wenn sich das Element 4 in dem Bereich S3 befindet, der bei Betrachtung in der Richtung parallel zur Linie L, die die Mittelpunkte der beiden Pole des Magneten 3 verbindet, mit dem Magneten 3 überlappt, zeigt der magnetische Fluss nur eine geringe Veränderung, wenn sich die Vorsprung-Aussparung-Struktur 22 bewegt. Dasselbe gilt, wenn sich der Magnet 3 zwischen dem Element 4 und der Vorsprung-Aussparung-Struktur 22 befindet (Bereich S4). Wenn sich das Element 4 in einem Bereich befindet, der bei Betrachtung in jeder Richtung senkrecht zur Linie L, die die Mittelpunkte der beiden Pole des Magneten 3 verbindet, mit dem Magneten 3 überlappt, zeigt der magnetische Fluss nur eine geringe Veränderung, wenn sich die Vorsprung-Aussparung-Struktur 22 bewegt. Wie in 25B gezeigt, ist der Bereich S5 der Bereich um alle Seiten 31 des Magneten 3. Somit erfüllt jeder bevorzugte Fall vorzugsweise die folgenden Bedingungen:
- - Bedingung 3: Das Element 4 befindet sich in jeder Richtung senkrecht zur Linie L, die die Mittelpunkte der beiden Pole von Magnet 3 verbindet, an einer von dem Magneten 3 verschiedenen Position.
- - Bedingung 4: Das Element 4 befindet sich in der Richtung parallel zur Linie L, die die Mittelpunkte der beiden Pole von Magnet 3 verbindet, an einer von dem Magneten 3 verschiedenen Position.
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Die Anordnungen der bevorzugten Fälle werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die 26A bis 36B näher beschrieben. Die „A“-Figuren der 26A bis 36A sind Stirnansichten in axialer Richtung Z, und die „B“-Figuren der 26B bis 36B sind Seitenschnittansichten entlang der Linie A-A in den 26A bis 36A. Es ist zu beachten, dass die Umfangsrichtung W zu den Positionen P1 bis P3 in den 3 bis 23 korrespondieren. Mit anderen Worten zeigen die Positionen P1 bis P3 unterschiedliche Positionen in Umfangsrichtung W.
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(Fälle 2 und 3: Typ 1)
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In radialer Richtung R überlappt der Magnet 3 mit der Vorsprung-Aussparung-Struktur 22, und das Element 4 befindet sich an einer von der Vorsprung-Aussparung-Struktur 22 verschiedenen Position. In axialer Richtung Z befindet sich das Element 4 zwischen dem Magneten 3 und der Vorsprung-Aussparung-Struktur 22 (Fall 2) oder überlappt mit der Vorsprung-Aussparung-Struktur 22 (Fall 3). Der Magnet 3 ist in axialer Richtung Z magnetisiert. Es wird eine gute Leistung bei der Detektion eines Magnetfeldes in zwei Richtungen (Br und Bθ) erzielt, insbesondere wenn das Element 4 in Umfangsrichtung W mit dem Magneten 3 überlappt (Position P2) (siehe 5, 6, 24A-24F und 26A-26B).
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(Fälle 2 und 3: Typ 2)
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In axialer Richtung Z überlappt der Magnet 3 mit der Vorsprung-Aussparung-Struktur 22, und das Element 4 befindet sich an einer von der Vorsprung-Aussparung-Struktur 22 verschiedenen Position. In radialer Richtung R befindet sich das Element 4 zwischen dem Magneten 3 und der Vorsprung-Aussparung-Struktur 22 (Fall 2) oder überlappt mit der Vorsprung-Aussparung-Struktur 22 (Fall 3). Der Magnet 3 ist in einer Richtung senkrecht zur axialen Richtung Z magnetisiert. Es wird eine gute Leistung bei der Detektion eines Magnetfelds in zwei Richtungen (Bθ und Bz) erzielt, insbesondere wenn das Element 4 in Umfangsrichtung W mit dem Magneten 3 überlappt (Position P2) (siehe 5, 6, 24A-24F und 27A-27B).
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(Fälle 2a und 3a: Typ 1)
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In radialer Richtung R überlappt der Magnet 3 mit der Vorsprung-Aussparung-Struktur 22, und das Element 4 befindet sich an einer von der Vorsprung-Aussparung-Struktur 22 verschiedenen Position. In axialer Richtung Z befindet sich das Element 4 zwischen dem Magneten 3 und der Vorsprung-Aussparung-Struktur 22 (Fall 2a) oder überlappt mit der Vorsprung-Aussparung-Struktur 22 (Fall 3a). Der Magnet 3 ist in der Richtung senkrecht sowohl zur axialen Richtung Z als auch zur radialen Richtung R magnetisiert. Es wird eine gute Leistung bei der Detektion eines Magnetfelds in zwei Richtungen (Br und Bθ) erzielt, insbesondere wenn sich das Element 4 in Umfangsrichtung W an einer von dem Magneten 3 verschiedenen Position befindet (Positionen P1 und P3) (siehe 9, 10, 24A-24F und 28A-28B).
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(Fall 2a und 3a: Typ 2)
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In axialer Richtung Z überlappt der Magnet 3 mit der Vorsprung-Aussparung-Struktur 22, und das Element 4 befindet sich an einer von der Vorsprung-Aussparung-Struktur 22 verschiedenen Position. In radialer Richtung R befindet sich das Element 4 zwischen dem Magneten 3 und der Vorsprung-Aussparung-Struktur 22 (Fall 2a) oder überlappt mit der Vorsprung-Aussparung-Struktur 22 (Fall 3a). Der Magnet 3 ist in der Richtung senkrecht sowohl zur axialen Richtung Z als auch zur radialen Richtung R magnetisiert. Es wird eine gute Leistung bei der Detektion eines Magnetfelds in zwei Richtungen (Bθ und Bz) erzielt, insbesondere wenn sich das Element 4 in Umfangsrichtung W an einer von dem Magneten 3 verschiedenen Position befindet (Positionen P1 und P3) (siehe 9, 10, 24A-24F und 29A-29B).
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(Fälle 2b und 3b: Typ 1)
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In radialer Richtung R befindet sich der Magnet 3 an einer von der Vorsprung-Aussparung-Struktur 22 verschiedenen Position, und das Element 4 befindet sich an einer von der Vorsprung-Aussparung-Struktur 22 verschiedenen Position. In axialer Richtung Z befindet sich das Element 4 zwischen dem Magneten 3 und der Vorsprung-Aussparung-Struktur 22 (Fall 2b) oder überlappt mit der Vorsprung-Aussparung-Struktur 22 (Fall 3b). Der Magnet 3 ist in radialer Richtung R magnetisiert. In diesen Fällen wird eine gute Leistung bei der Detektion eines Magnetfeldes in zwei Richtungen (Br und Bθ) erzielt, unabhängig von den relativen Positionen des Elements 4 und des Magneten 3 in Umfangsrichtung W (Positionen P1 bis P3) (siehe 13, 14, 24A-24F und 31A-31B). Dies führt vorteilhafterweise zu einem großen Freiheitsgrad bei der Positionierung des Elements 4.
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(Fälle 2b und 3b: Typ 2)
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In axialer Richtung Z überlappt der Magnet 3 mit der Vorsprung-Aussparung-Struktur 22, und das Element 4 befindet sich an einer von der Vorsprung-Aussparung-Struktur 22 verschiedenen Position. In radialer Richtung R befindet sich das Element 4 zwischen dem Magneten 3 und der Vorsprung-Aussparung-Struktur 22 (Fall 2b) oder überlappt mit der Vorsprung-Aussparung-Struktur 22 (Fall 3b). Der Magnet 3 ist in axialer Richtung Z magnetisiert. In diesen Fällen wird eine gute Leistung bei der Detektion eines Magnetfeldes in zwei Richtungen (Br und Bθ) erzielt, unabhängig von den relativen Positionen des Elements 4 und des Magneten 3 in Umfangsrichtung W (Positionen P1 bis P3) (siehe 13, 14, 24A-24F und 30A-30B). Dies führt vorteilhafterweise zu einem großen Freiheitsgrad bei der Positionierung des Elements 4.
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(Fall 6: Typ 1)
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In axialer Richtung Z befindet sich der Magnet 3 an einer von der Vorsprung-Aussparung-Struktur 22 verschiedenen Position, und das Element 4 überlappt mit der Vorsprung-Aussparung-Struktur 22 und ist in axialer Richtung Z vom Mittelpunkt der Vorsprung-Aussparung-Struktur 22 in axialer Richtung Z verschoben. Der Magnet 3 ist in einer Richtung senkrecht zur axialen Richtung Z magnetisiert. Es wird eine gute Leistung bei der Detektion eines Magnetfeldes in zwei Richtungen (Br und Bθ) erzielt, insbesondere wenn das Element 4 in Umfangsrichtung W mit dem Magneten 3 überlappt (Position P2) oder sich an einer von dem Magneten 3 verschiedenen Position befindet (Position P3) (siehe 17, 24A-24F und 32A-32B) .
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(Fall 6: Typ 2)
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In radialer Richtung R befindet sich der Magnet 3 an einer von der Vorsprung-Aussparung-Struktur 22 verschiedenen Position, und das Element 4 überlappt mit der Vorsprung-Aussparung-Struktur 22 und ist in radialer Richtung R vom Mittelpunkt der Vorsprung-Aussparung-Struktur 22 in radialer Richtung R verschoben. Der Magnet 3 ist in axialer Richtung Z magnetisiert. Es wird eine gute Leistung bei der Detektion eines Magnetfeldes in zwei Richtungen (Br und Bθ) erzielt, insbesondere wenn das Element 4 in Umfangsrichtung W mit dem Magneten 3 überlappt (Position P2) oder sich an einer von dem Magneten 3 verschiedenen Position befindet (Position P3) (siehe 17, 24A-24F und 33A-33B).
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(Fall 6a: Typ 1)
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In radialer Richtung R befindet sich der Magnet 3 an einer von der Vorsprung-Aussparung-Struktur 22 verschiedenen Position, und das Element 4 überlappt mit der Vorsprung-Aussparung-Struktur 22 und ist in radialer Richtung R vom Mittelpunkt der Vorsprung-Aussparung-Struktur 22 in radialer Richtung R verschoben. Der Magnet 3 ist in einer Richtung senkrecht zur axialen Richtung Z magnetisiert. Es wird eine gute Leistung bei der Detektion eines Magnetfeldes in zwei Richtungen (Br und Bθ) erzielt, insbesondere wenn das Element 4 mit dem Magneten 3 überlappt (Position P2) oder sich in Umfangsrichtung W an einer von dem Magneten verschiedenen Position befindet (Position P1) (siehe 20, 24A-24F und 34A-34B) .
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(Fall 6a: Typ 2)
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In axialer Richtung Z befindet sich der Magnet 3 an einer von der Vorsprung-Aussparung-Struktur 22 verschiedenen Position, und das Element 4 überlappt mit der Vorsprung-Aussparung-Struktur 22 und ist in axialer Richtung Z vom Mittelpunkt der Vorsprung-Aussparung-Struktur 22 in axialer Richtung Z verschoben. Der Magnet 3 ist in einer Richtung senkrecht zur axialen Richtung Z magnetisiert. Es wird eine gute Leistung bei der Detektion eines Magnetfeldes in zwei Richtungen (Br und Bθ) erzielt, insbesondere wenn das Element 4 mit dem Magneten 3 überlappt (Position P2) oder sich in Umfangsrichtung W an einer von dem Magneten 3 verschiedenen Position befindet (Position P1) (siehe 20, 24A-24F und 35A-35B) .
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(Fall 9: Typ 2)
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In axialer Richtung Z befindet sich der Magnet 3 an einer von der Vorsprung-Aussparung-Struktur 22 verschiedenen Position, und das Element 4 überlappt mit der Vorsprung-Aussparung-Struktur 22. Der Magnet 3 ist in axialer Richtung Z magnetisiert. Es wird eine gute Leistung bei der Detektion eines Magnetfelds in zwei Richtungen (Br und Bθ) erzielt, insbesondere wenn das Element 4 mit dem Magneten 3 überlappt (Position P2) oder sich in Umfangsrichtung W an einer von dem Magneten 3 verschiedenen Position befindet (Position P3) (siehe 23, 24A-24F und 36A-36B).
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Der hier offenbarte Magnetsensor 1 kann auch als Hubsensor 101 verwendet werden. In den 37A bis 37C ist der Hubsensor 101 schematisch illustriert. 37A ist eine Vorderansicht des Hubsensors 101, 37B ist eine Draufsicht auf den Hubsensor 101 in Richtung C in 37A, und 37C ist eine Seitenansicht des Hubsensors 101 in Richtung D in 37A. Der Hubsensor 101 detektiert die Bewegung eines sich bewegenden Objekts 102, das sich linear in der ersten Richtung H1 bewegen kann. Der Hubsensor 101 weist einen Magneten 3, ein Element 4 und eine Vorsprung-Aussparung-Struktur 122 auf, die auf einer Oberfläche des sich bewegenden Objekts 102 parallel zur ersten Richtung H1 vorgesehen ist und die aus einem weichmagnetischen Material gebildet ist. Die Vorsprung-Aussparung-Struktur 122 weist Vorsprünge 123 und Aussparungen 124 auf. Die Vorsprünge 123 stehen relativ zu den Aussparungen 124 in einer zweiten Richtung H2 vor, die senkrecht zur ersten Richtung H1 verläuft, und die Vorsprünge 123 und die Aussparungen 124 sind in der ersten Richtung H1 ausgerichtet. Das Element 4 detektiert ein Magnetfeld, das durch den Magneten 3 und die Vorsprung-Aussparung-Struktur 122 erzeugt wird. Der Magnet 3 und das Element 4 sind von der Vorsprung-Aussparung-Struktur 122 getrennt, wobei die relativen Positionen des Magneten 3 und des Elements 4 festgelegt sind. Mindestens einer/eines des Magneten 3 und des Elements 4 befindet sich in der dritten Richtung H3, die sowohl zur ersten Richtung H1 als auch zur zweiten Richtung H2 senkrecht ist, an einer von der Vorsprung-Aussparung-Struktur 122 verschiedenen Position. Da die erste bis dritte Richtung H1 bis H3 zu den Richtungen D1, D2 und D3 in den 3 bis 23 korrespondieren, kann die obige Beschreibung auf den Hubsensor 101 angewendet werden. Dementsprechend sind die bevorzugten Fälle für den Hubsensor 101 die gleichen wie die bevorzugten Fälle für den Winkelsensor.
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Obwohl bestimmte bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail gezeigt und beschrieben wurden, versteht es sich, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne dass der Geist oder der Umfang der beigefügten Ansprüche verlassen wird.
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BEZUGSZEICHENLISTE
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- 1,101
- Magnetsensor
- 2
- rotierendes Objekt
- 21
- Stirnfläche
- 22, 122
- Vorsprung-Aussparung-Struktur
- 23,123
- Vorsprung
- 24,124
- Aussparung
- 25
- Außenwand
- 3
- Magnet
- 4
- Element
- 5
- Trägerelement
- 6
- Motorzusammenbau
- 7
- Motor
- H1 bis H3
- erste bis dritte Richtung
- R
- radiale Richtung
- Z
- axiale Richtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2022113644 [0001]
- JP 2017151105 [0003, 0004]
