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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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(Gebiet der Erfindung)
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lagerbaugruppe mit einer Rotationsdetektionsvorrichtung, die zum Detektieren von Drehbewegungen verwendet werden kann, die in verschiedenen Maschinen und Anlagen ausgeführt werden, zum Beispiel zum Detektieren der Drehbewegung zum Zweck des Steuerns eines Kompaktmotors, zum Detektieren der Drehbewegung zum Zweck der Positionsdetektion in einer Büromaschine oder einem Bürogerät oder zum Detektieren eines Gelenkwinkels eines Gelenkroboters.
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(Beschreibung des Standes der Technik)
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Zum Detektieren einer Drehbewegung oder eines Winkels zum Beispiel eines Gelenks eines Gelenkroboters wird eine Lagerbaugruppe mit einer Rotationsdetektionsvorrichtung einer Art verwendet, bei der die Rotationsdetektionsvorrichtung in eine Lagerbaugruppe integriert ist, die dem Lagern einer Welle in einem Gelenk dient. Eine solche Lagerbaugruppe mit einer Rotationsdetektionsvorrichtung soll eine kompakte Größe haben, und das gilt besonders dort, wo die Lagerbaugruppe zur Verwendung in einem Gabelgelenk eines Roboters vorgesehen ist. Um diese Vorgabe zu erfüllen, hat die Anmelderin der vorliegenden Erfindung eine derartige Lagerbaugruppe mit einer Rotationsdetektionsvorrichtung vorgeschlagen, wie sie in
22 gezeigt ist und wie sie in der
japanischen Patent-Offenlegungsschrift Nr. 2004-37133 , am 5. Februar 2004 veröffentlicht, offenbart ist.
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Die Lagerbaugruppe mit einer Rotationsdetektionsvorrichtung, wie sie in 22 gezeigt ist, hat einen Aufbau mit einem Magnetismuserzeugungselement 32, das auf der Seite eines Innenlaufrings 51 angeordnet ist, bei dem es sich um einen Drehring handelt, und einen Richtungssinn aufweist, der um eine Drehachse des Innenlaufrings 51 herum verläuft (magnetische Änderung in einer Umfangsrichtung), und mit einem Magnetliniensensor 33, der auf der Seite eines Außenlaufrings 52, bei dem es sich um einen ortsfesten Ring handelt, gegenüber dem Magnetismuserzeugungselement 32 angeordnet ist. Der Magnetliniensensor 33 ist in der Lage, einen Magnetismus zu detektieren, der von dem Magnetismuserzeugungselement 32 ausgeht, das aus einem Dauermagneten 32A und Magnetjochs 32B besteht und an dem Innenlaufring 51 mittels eines Magnetismuserzeugungselement-Befestigungselements 45 befestigt ist, das auf eine Außendurchmesserfläche des Innenlaufrings 51 gepresst ist. Da sich der Innenlaufring 51 zusammen mit einer Drehwelle 40 dreht, dreht sich das Magnetismuserzeugungselement 32 vermittels des Magnetismuserzeugungselement-Befestigungselements 45 ebenfalls zusammen mit der Drehwelle 40. Der oben erwähnte Magnetliniensensor 33 ist an dem Außenlaufring 52 mittels eines Sensorbefestigungselements 57 befestigt, das in das Innere einer Innendurchmesserfläche des Außenlaufrings 52 gepresst ist.
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Es ist jedoch festgestellt worden, dass bei der Lagerbaugruppe mit einer Rotationsdetektionsvorrichtung des oben besprochenen Aufbaus die Art und Weise der Integration der Rotationsdetektionsvorrichtung in die Lagerbaugruppe nicht optimiert ist und eine erhebliche Länge in ihrer Axialrichtung aufweist. Oder anders ausgedrückt: Da das Magnetismuserzeugungselement 32 vermittels des Magnetismuserzeugungselement-Befestigungselements 45, das auf die Außendurchmesserfläche des Innenlaufrings 51 gepresst ist, an dem Innenlaufring 51 befestigt ist, ist die axiale Abmessung der gesamten Baugruppe im Allgemeinen erheblich, und ihre Verkleinerung ist nicht ausreichend.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Lagerbaugruppe mit einer Rotationsdetektionsvorrichtung, die verkleinert ist und insbesondere deren axiale Abmessung verringert ist.
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Die Lagerbaugruppe mit einer Rotationsdetektionsvorrichtung der vorliegenden Erfindung enthält ein Magnetismuserzeugungselement, das auf der Seite eines Innenlaufrings der Lagerbaugruppe angeordnet ist und einen Richtungssinn um eine Rotationsachse herum aufweist, und einen Rotationssensor, der auf der Seite eines Außenlaufrings in Ausrichtung auf eine Lagerachse angebracht ist, zum Detektieren eines Magnetismus, der von dem Magnetismuserzeugungselement erzeugt wird, und zum Ausgeben von Informationen, die eine Drehbewegung oder einen Winkel beschreiben. Das oben erwähnte Magnetismuserzeugungselement ist an einem Befestigungselement befestigt, das auf der Seite eines Innendurchmessers des Innenlaufrings der Lagerbaugruppe angebracht ist. Der Rotationssensor weist mehrere Magnetsensorelemente und eine Schaltung zum Konvertieren jeweiliger Ausgangssignale der Magnetsensorelemente in ein Rotationssignal oder ein Winkelsignal auf, wobei die Magnetsensorelemente und die Konvertierschaltung miteinander integriert sind.
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Es ist anzumerken, dass der oben erwähnte Begriff ”Seite eines Innenlaufrings” einen Innenlaufring oder ein Element, das sich zusammen mit dem Innenlaufring drehen kann, bezeichnen soll und dass der Begriff ”Seite eines Außenlaufrings” einen Außenlaufring oder ein Element, das an dem Außenlaufring befestigt ist, bezeichnen soll. Der Richtungssinn des Magnetismuserzeugungselements um die Drehachse herum bezeichnet einen Zustand, in dem erzeugte Magnetfelder sich in einer Umfangsrichtung ändern. Auf diese Weise kann der Rotationssensor eine relative Drehbewegung von Innen- und Außenlaufringen detektieren.
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Da gemäß diesem Aufbau das Magnetismuserzeugungselement an dem Befestigungselement befestigt ist, das auf der Seite des Innendurchmessers des Innenlaufrings der Lagerbaugruppe angebracht ist, braucht man im Gegensatz zu dem Fall, bei dem ein Befestigungselement verwendet wird, das auf der Seite eines Außendurchmessers montiert ist, das Befestigungselement nicht um eine erhebliche Distanz von einer Ebene einer Endfläche des Innenlaufrings hervorstehen zu lassen. Dementsprechend ist eine Verkleinerung möglich, und es kann insbesondere die Länge in einer axialen Richtung verringert werden.
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Gemäß einer ersten Variante der Erfindung ist das Befestigungselement ein von einer Welle getrenntes Element und ist in eine Innendurchmesserfläche des Innenlaufrings gepresst oder an eine Innendurchmesserfläche des Innenlaufrings gebondet. Da das Magnetismuserzeugungselement an dem Befestigungselement befestigt ist, das von der Welle getrennt ist, kann die axiale Länge im Vergleich zu der des herkömmlichen Beispiels verkürzt werden, während das Merkmal des herkömmlichen Beispiels gewahrt bleibt, dass die Welle von der Lagerbaugruppe getrennt werden kann.
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In der vorliegenden Erfindung kann das Befestigungselement gegen eine Endfläche des Innenlaufrings oder gegen eine in dem Innenlaufring ausgebildete gestufte Fläche anliegend angeordnet werden, so dass es axial ausgerichtet ist. Wenn das Befestigungselement gegen die Endfläche des Innenlaufrings anliegend gehalten wird, so kann es einen Flansch aufweisen, der in einem Außenumfang eines Innenlaufring-Eingriffnahmeabschnitts ausgebildet ist, so dass der Flansch mit der Endfläche des Innenlaufrings in Eingriff gebracht werden kann.
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Im Fall dieses Aufbaus kann das Befestigungselement auf einfache Weise auf einer Innendurchmesserseite des Innenlaufrings angeordnet werden, wobei die Endfläche des Innenlaufrings oder die gestufte Fläche als eine Bezugsebene verwendet wird. Dementsprechend kann das Befestigungselement so an dem Innenlaufring angebracht werden, dass eine Befestigungsfläche des Magnetismuserzeugungselements in dem Befestigungselement senkrecht zu der Achse der Lagerbaugruppe verlaufen kann, das heißt, das Magnetismuserzeugungselement kann parallel zu dem Rotationssensor gehalten werden. Darum können die Parallelität und der Abstand zwischen dem Magnetismuserzeugungselement und dem Rotationssensor mit einer vorgegebenen Präzision beibehalten werden. Infolgedessen ist es möglich, jede unerwünschte Änderung der Stärke eines Magnetfeldmusters auf der Oberfläche des Rotationssensors zu unterdrücken, zu der es sonst infolge der Drehbewegung des Magnetismuserzeugungselements käme. Da der oben erwähnte Abstand kleiner gehalten werden kann als in dem herkömmlichen Beispiel, nimmt außerdem die durch den Rotationssensor zu detektierende Magnetfeldstärke zu, was von einer Zunahme des Signal-Rausch-Verhältnisses begleitet ist. Dank dieser beiden Effekte kann die Präzision der Rotationsdetektion der Rotationsdetektionsvorrichtung erhöht werden.
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In einer zweiten Variante der Erfindung enthält das Magnetismuserzeugungselement zwei Dauermagnete, die jeweils axial magnetisiert sind, oder einen einzelnen Dauermagneten, der einen Nordpol und einen Südpol aufweist, die auf einer seiner Oberflächen ausgebildet sind.
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Dabei ist das Befestigungselement mit einer darin ausgebildeten Ausnehmung versehen und der eine oder die mehreren Dauermagneten sind in der Ausnehmung befestigt und der eine oder die mehreren Dauermagneten sind von einem flexiblen Material umschlossen, das flexibler als der Dauermagnet und das Befestigungselement ist, wobei dieses flexible Material zusammen mit dem einen oder den mehreren Dauermagneten in der Ausnehmung befestigt ist.
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Da im Fall dieses Aufbaus das Magnetismuserzeugungselement nicht aus einer Kombination aus einem Dauermagneten und Magnetjochs, die aus einem magnetischen Material hergestellt sind, besteht, wie es bei dem herkömmlichen Beispiel der Fall ist, sondern allein aus den Dauermagneten aufgebaut ist, kann das Magnetismuserzeugungselement eine geringere Dicke aufweisen als in dem herkömmlichen Beispiel, und dementsprechend kann auch seine axiale Länge verkürzt werden. Falls des Weiteren das Befestigungselement aus einem magnetischen Material besteht, bildet das Befestigungselement einen Magnetkreis des Magnetismuserzeugungselements, und somit verläuft der Magnetfluss, der von dem Magnetismuserzeugungselement erzeugt wird, über eine orientierte Fläche des Rotationssensors, was zu einer Verstärkung der Rotationsdetektionsempfindlichkeit führt.
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In dem Fall, bei dem das Magnetismuserzeugungselement einen einzelnen Dauermagnetenenthält, der einen Nordpol und einen Südpol aufweist, die auf einer seiner Oberflächen ausgebildet sind, kann das Magnetismuserzeugungselement auf einfache Weise allein mit dem einzelnen Dauermagneten aufgebaut sein. Weil des Weiteren kein von dem Dauermagneten ausgehender Magnetfluss zur Befestigungselementseite fließt, beeinflusst die magnetische Charakteristik des Befestigungselements praktisch nicht den Magnetfluss, der über den Rotationssensor fließt. Dementsprechend kann, ohne dass die Präzision der Rotationsdetektion beeinträchtigt wird, das Befestigungselement entweder aus dem magnetischen oder nichtmagnetischen Material hergestellt werden.
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Es hat sich gezeigt, dass der Einbau des einen oder der mehreren Dauermagneten in das Befestigungselement schwierig zu realisieren ist, da zwischen den Dauermagneten oder zwischen dem einen oder den mehreren Dauermagneten und einem anderen magnetischen Element eine magnetische Anziehungs- oder Abstoßungskraft wirkt. Wenn jedoch der eine oder die mehreren Dauermagneten in die in dem Befestigungselement ausgebildete Ausnehmung eingesetzt werden, lässt sich das Befestigen des einen oder der mehreren Dauermagneten an dem Befestigungselement problemlos mit hoher Präzision und mit minimaler axialer Verschiebung bewerkstelligen.
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In der vorliegenden Erfindung können der eine oder die mehreren Dauermagneten von einem harzhaltigen Material, umschlossen sein. Wenn jeder der Dauermagneten aus einem gesinterten magnetischen Material besteht, so können diese Dauermagneten eine relativ geringe mechanische Festigkeit aufweisen und können so zerbrechlich sein, dass sie sich nicht für eine Presspassung eignen. Allerdings ist die oben beschriebene Art und Weise der Befestigung der Dauermagneten besonders effektiv, um ein Presspassen des einen oder der mehreren Dauermagneten in die Ausnehmung zu gestatten.
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In einer dritten Variante der vorliegenden Erfindung besteht das Befestigungselement aus einem nichtmagnetischen Material, und die Lagerbaugruppe weist des Weiteren ein Magnetjoch auf, das zwischen dem Magnetismuserzeugungselement und dem Befestigungselement angeordnet ist. Wenn das Magnetismuserzeugungselement den Dauermagneten enthält, der axial magnetisiert ist, so wird der Wirkungsgrad des Magnetismus des Magnetismuserzeugungselements verringert, wenn die Dauermagneten direkt an dem aus nichtmagnetischem Material hergestellten Befestigungselement befestigt werden. Jedoch bewirkt das oben beschriebene Zwischenschalten des Magnetjochs eine Verstärkung des Magnetflusses, der über die Oberfläche des Rotationssensors fließen kann, um einen höheren zweistelligen Prozentbetrag im Vergleich zu dem Fall, wo kein Magnetjoch zwischengeschaltet ist. Infolgedessen kann sich das Signal-Rausch-Verhältnis eines durch den Rotationssensor detektierten Magnetsignals erhöhen, was das Detektieren von Drehbewegungen mit höherer Präzision ermöglicht.
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Das oben erwähnte Befestigungselement kann eine Welle sein. Im Fall der Verwendung der Welle als das Befestigungselement braucht man – da die Welle gleichzeitig als ein Befestigungselement dient, an dem das Magnetismuserzeugungselement befestigt ist – kein zusätzliches Befestigungselement zu verwenden, das bisher erforderlich war, und die Anzahl der Bauteile kann verringert werden, was es ermöglicht, einen Effekt der Verkürzung der axialen Länge weiter zu verstärken.
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Die Welle kann aus einem Wellenhauptkörper und einem Wellenendkörper bestehen, der mit einem Ende des Wellenhauptkörpers verbunden ist, wobei in diesem Fall das Magnetismuserzeugungselement an dem Wellenendkörper befestigt ist. Weil gemäß diesem Aufbau der Drehwellenhauptkörper und der Drehwellenendkörper voneinander getrennt werden können, kann die Lagerbaugruppe mit einer Rotationsdetektionsvorrichtung von dem Drehwellenhauptkörper getrennt werden, wodurch die Wartung der Lagerbaugruppe vereinfacht werden kann.
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Die Magnetsensorelemente und die Konvertierschaltung können zusammen zum Beispiel auf einem Halbleiterchip integriert sein. Durch ein derartiges Integrieren der Magnetsensorelemente und der Winkelsignalkonvertierschaltung zusammen auf dem Halbleiterchip wird keine elektrische Verdrahtung zwischen den Magnetsensorelementen und der Winkelsignalkonvertierschaltung benötigt, wodurch der Rotationssensor im Inneren kompakt mit einer höheren Zuverlässigkeit gegen Verdrahtungsbruch oder dergleichen gefertigt werden kann und die Rotationsdetektionsvorrichtung gleichzeitig auf einfache Weise zusammengebaut werden kann.
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In der vorliegenden Erfindung kann der Rotationssensor vier Magnetliniensensoren enthalten, welche die Magnetsensorelemente enthalten, die entlang vier Seiten einer gedachten Rechteckform angeordnet sind, und eine Recheneinheit kann im Inneren der Rechteckanordnung der Magnetliniensensoren angeordnet sein, um jeweilige Sensorausgangssignale der Magnetliniensensoren in eine Rotationsinformation oder eine Winkelinformation umzuwandeln.
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Im Fall dieses Aufbaus können mehrere der Magnetsensoren, die im Inneren des Rotationssensors angeordnet sind, von einem Typ sein, der in der Lage ist, ein Sinussignal und ein Kosinussignal von Magnetfeldern zu detektieren, die sich mit der Drehung des Magnetismuserzeugungselements drehen, und eine Konvertierschaltung kann eine Recheneinheit zum Umwandeln von Signalen, die durch die Magnetsensoren detektiert wurden, in ein Rotationssignal oder ein Winkelsignal enthalten.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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In jedem Fall wird die vorliegende Erfindung anhand der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen besser verstanden. Jedoch dienen die Ausführungsformen und die Zeichnungen nur dem Zweck der Veranschaulichung und Erläuterung und sind nicht so zu verstehen, als würden sie den Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung in irgend einer Weise einschränken; dieser Geltungsbereich wird durch die angehängten Ansprüche bestimmt. In den begleitenden Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszahlen in allen verschiedenen Ansichten gleiche Teile.
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1 ist eine Längsschnittansicht einer Lagerbaugruppe mit einer Rotationsdetektionsvorrichtung gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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2 ist eine vergrößerte Seitenansicht, die einen Befestigungsabschnitt in der Lagerbaugruppe von 1 zeigt, wo ein Magnetismuserzeugungselement befestigt ist.
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3 ist ein Vorderaufriss eines Halbleiterchips, der ein Beispiel eines Rotationssensors darstellt, der in der Lagerbaugruppe von 1 verwendet wird.
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4 ist ein Schaubild, das einen Winkelberechnungsprozess zeigt, der in einer Konvertierschaltung des Rotationssensors von 3 ausgeführt wird.
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5 zeigt Diagramme, die verschiedene Wellenformen von Magnetsensoranordnungs-Ausgangssignalen in dem Rotationssensor von 4 zeigen.
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6 ist eine Draufsicht auf einen Halbleiterchip, der ein weiteres Beispiel des Rotationssensors darstellt, der in der Lagerbaugruppe mit einer Rotationsdetektionsvorrichtung verwendet wird.
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7 ist ein Diagramm, das eine Ausgangswellenform zeigt, die von einem Magnetsensorelement des Rotationssensors von 6 erzeugt wird.
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8A ist ein vergrößertes Schaubild, das ein Beispiel des Befestigungsabschnitts in der Lagerbaugruppe zeigt, wo das Magnetismuserzeugungselement angebracht ist.
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8B ist ein Vorderaufriss des Magnetismuserzeugungselements.
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9A ist ein vergrößertes Schaubild, das ein weiteres Beispiel des Befestigungsabschnitts in der Lagerbaugruppe von 1 zeigt, wo das Magnetismuserzeugungselement angebracht ist.
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9B ist ein Vorderaufriss des Magnetismuserzeugungselements.
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10A ist eine auseinandergezogene Seitenansicht, die ein weiteres Beispiel des Befestigungsabschnitts in der Lagerbaugruppe von 1 zeigt, wo das Magnetismuserzeugungselement angebracht werden soll.
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10B ist eine auseinandergezogene Seitenansicht, die ein weiteres Beispiel des Befestigungsabschnitts in der Lagerbaugruppe von 1 zeigt, wo das Magnetismuserzeugungselement angebracht ist.
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11A ist eine vergrößerte Seitenansicht, die ein noch weiteres Beispiel des Befestigungsabschnitts in der Lagerbaugruppe von 1 zeigt, wo das Magnetismuserzeugungselement angebracht ist.
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11B ist ein Vorderaufriss des Magnetismuserzeugungselements.
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12 ist eine vergrößerte Seitenansicht, die ein noch weiteres Beispiel des Befestigungsabschnitts in der Lagerbaugruppe von 1 zeigt, wo das Magnetismuserzeugungselement angebracht ist.
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13 ist eine vergrößerte Seitenansicht, die ein anderes Beispiel des Befestigungsabschnitts in der Lagerbaugruppe von 1 zeigt, wo das Magnetismuserzeugungselement angebracht ist.
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14 ist eine Längsschnittansicht der Lagerbaugruppe mit einer Rotationsdetektionsvorrichtung gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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15 ist eine Längsschnittansicht der Lagerbaugruppe mit einer Rotationsdetektionsvorrichtung gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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16 ist eine Längsschnittansicht der Lagerbaugruppe mit einer Rotationsdetektionsvorrichtung gemäß einer vierten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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17 ist eine Längsschnittansicht der Lagerbaugruppe mit einer Rotationsdetektionsvorrichtung gemäß einer fünften bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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18 ist eine Längsschnittansicht der Lagerbaugruppe mit einer Rotationsdetektionsvorrichtung gemäß einer sechsten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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19 ist eine Längsschnittansicht der Lagerbaugruppe mit einer Rotationsdetektionsvorrichtung gemäß einer siebenten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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20 ist eine Längsschnittansicht der Lagerbaugruppe mit einer Rotationsdetektionsvorrichtung gemäß einer achten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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21 ist eine Längsschnittansicht der Lagerbaugruppe mit einer Rotationsdetektionsvorrichtung gemäß einer neunten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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22 ist eine Längsschnittansicht, die das herkömmliche Beispiel zeigt.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Im Weiteren werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung detailliert anhand der begleitenden Zeichnungen beschrieben. Insbesondere veranschaulicht 1 eine Längsschnittansicht einer Lagerbaugruppe mit einer Rotationsdetektionsvorrichtung gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die dort gezeigte Lagerbaugruppe mit einer Rotationsdetektionsvorrichtung ist von einem Typ, bei dem eine Rotationsdetektionsvorrichtung 1 in eine Wälzlagerbaugruppe 20 integriert ist. Die Wälzlagerbaugruppe 20 hat einen Aufbau, bei dem mehrere Wälzelemente 24, die durch einen Käfig 23 gehalten werden, zwischen jeweiligen Laufflächen eines Innen- und eines Außenlaufrings 21 und 22 angeordnet sind. Das Wälzelement 24 hat die Form einer Kugel, und diese Wälzlagerbaugruppe 20 stellt ein einreihiges Rillenkugellager dar. Der Innenlaufring 21 ist auf eine Drehwelle 10 gepresst, um sich zusammen mit dieser zu drehen. Der Außenlaufring 22 wird ortsfest gehalten, nachdem er in einem Gehäuse H einer Maschine, welche die Lagerbaugruppe verwendet, angeordnet wurde.
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Die Rotationsdetektionsvorrichtung 1 besteht aus einem Magnetismuserzeugungselement 2, das auf der Seite eines Innenlaufrings 21 der Wälzlagerbaugruppe 20 angeordnet ist, und einem Rotationssensor 3, der auf der Seite eines Außenlaufrings 22 angeordnet ist.
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Das Magnetismuserzeugungselement 2 wird in der Form eines Dauermagneten verwendet und ist, wie in 2 gezeigt, in der Lage, einen Magnetismus mit einem Richtungssinn zu erzeugen, der um eine Drehachse O der Wälzlagerbaugruppe 20 herum verläuft. Das Magnetismuserzeugungselement 2 in der Form des Dauermagneten nutzt die Drehwelle 10 als ein Befestigungselement und ist an einem mittigen Abschnitt einer Endfläche der Drehwelle 10 so befestigt, dass die Drehachse O der Wälzlagerbaugruppe 20 in Ausrichtung auf eine Mittelachse des Dauermagneten 2 gehalten wird. Dieses Magnetismuserzeugungselement 2 dreht sich zusammen mit der Drehwelle 10, begleitet von einer Drehung eines Nordpols und eines Südpols des Dauermagneten um die Drehachse O.
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Der Rotationssensor 3 aus 1 ist in der Lage, den von dem Magnetismuserzeugungselement 2 ausgehenden Magnetismus zu detektieren und dann Informationen auszugeben, welche die Drehbewegung oder den Winkel beschreiben. Dieser Rotationssensor 3 ist über ein Sensorbefestigungselement 27 so an dem Außenlaufring 22 angebracht, dass er dem Magnetismuserzeugungselement 2 in einer Richtung gegenüber liegt, die axial auf die Drehachse O der Wälzlagerbaugruppe 20 ausgerichtet ist. Genauer gesagt, ist an dem Außenlaufring 22 das Sensorbefestigungselement 27 befestigt, und der Rotationssensor 3 ist dann an dem Sensorbefestigungselement 27 befestigt. Das Sensorbefestigungselement 27 wird aus einer Metallplatte mittels einer beliebigen bekannten Biegetechnik so hergestellt, dass eine axial hervorstehende zylindrische Wand 27a an einem Außenumfangsabschnitt des Sensorbefestigungselements 27 entsteht, wobei ein Bund 27b in der Nähe der zylindrischen Wand 27a ausgebildet ist. Dieses Sensorbefestigungselement 27 ist so an dem Außenlaufring 22 angebracht, dass seine zylindrische Wand 27a mit einer Innendurchmesserfläche oder einem Innenumfang des Außenlaufrings 22 in Eingriff steht, und ist axial so angeordnet, dass der Bund 27b gegen eine Endfläche des Außenlaufrings 22 stößt. Des Weiteren ist an das Sensorbefestigungselement 27 ein Ausgangskabel 29 angeschlossen, so dass ein Ausgangssignal von dem Rotationssensor nach außen in eine externe Schaltung geführt werden kann.
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Wie am besten in 3 in einer Vorderaufrissdarstellung gezeigt, enthält der Rotationssensor 3 mehrere Magnetsensorelemente 5a und eine Konvertierschaltung 6, die eine Recheneinheit zum Umwandeln von Ausgangssignalen von den Magnetsensorelementen 5a in ein Signal bildet, das die Drehbewegung oder den Winkel beschreibt, wobei alle diese Schaltungselemente 5a und 6 auf einem einzelnen Halbleiterchip 4 integriert sind. In diesem Halbleiterchip 4 sind die Magnetsensorelemente 5a in einem im Wesentlichen rechteckigen Muster angeordnet, so dass vier Magnetsensorbahnen 5A, 5B, 5C und 5D gebildet werden. In diesem Fall hat das im Wesentlichen rechteckige Muster, in dem die Magnetsensorelemente 5a angeordnet sind, eine Mitte O', die koaxial zu der Drehachse O der Wälzlagerbaugruppe 20 angeordnet ist. Es ist anzumerken, dass, obgleich jede der vier Magnetsensorbahnen 5A bis 5D in der Form einer einzelnen linearen Anordnung der Sensorelemente 5a gezeigt ist, jeder der Magnetliniensensoren 5A bis 5D mehrere sich parallel erstreckende lineare Anordnungen der Magnetsensorelemente 5a aufweisen kann.
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Die oben erwähnte Konvertierschaltung 6 ist im Inneren des im Wesentlichen rechteckigen Musters angeordnet, das durch die Magnetsensorbahnen 5A bis 5D dargestellt wird. Der Halbleiterchip 4 hat eine Elementträgerfläche, auf der die Magnetsensorelemente 5a angeordnet sind, und ist so an dem Sensorbefestigungselement 27 befestigt, dass seine Elementträgerfläche so gehalten wird, dass sie dem Magnetismuserzeugungselement (Dauermagneten) 2 von 1 zugewandt ist.
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Durch die oben beschriebene, in 3 gezeigte Integration der Magnetsensorelemente 5a und der Konvertierschaltung 6 auf dem Halbleiterchip 4 kann auf elektrische Verdrahtungen, die benötigt werden, wo die beiden voneinander getrennt sind, vorteilhafterweise verzichtet werden, und folglich kann der Rotationssensor 3 in kompakter Größe zusammengebaut werden, und die Rotationsdetektionsvorrichtung 1 kann ebenfalls auf einfache Weise zusammengebaut werden, wobei eine erhöhte Zuverlässigkeit gegen eine Verdrahtungstrennung erreicht wird. Durch Anordnen der Konvertierschaltung 6 im Inneren der Magnetsensorbahnen 5A bis 5D, die in dem im Wesentlichen rechteckigen Muster angeordnet sind, wie oben beschrieben, kann insbesondere der Halbleiterchip 4 verkleinert werden.
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4 ist ein Schaubild, das zum Erläutern des Winkelberechnungsprozesses dient, der durch die Konvertierschaltung 6 ausgeführt wird. 5 zeigt Diagramme (A) bis (D), die jeweilige Wellenformen von Ausgangssignalen darstellen, die von den entsprechenden Sensorbahnen 5A bis 5D in einem bestimmten Moment während der Drehbewegung der Drehwelle 10 erzeugt werden. In jedem der Diagramme (A) bis (D) stellt die Abszissenachse jeweilige Positionen der Magnetsensorelemente 5a in dem zugehörigen Magnetliniensensor 5A bis 5D dar, und die Ordinatenachse stellt die Intensität des detektierten Magnetfeldes dar.
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Nehmen wir an, dass eine Nullkreuzungsposition, die eine Grenze zwischen dem magnetischen Nordpol und dem magnetischen Südpol der Magnetfelder ist, die durch die Magnetsensorbahnen 5A bis 5D detektiert werden, an einer Position X1 und einer Position X2 in 4 vorliegt. In diesem Zustand stellen jeweilige Ausgangssignale von den Magnetsensorbahnen 5A bis 5D Wellenformen dar, wie sie in den Diagrammen (A) bis (D) gezeigt sind. Dementsprechend können die Nullkreuzungspositionen X1 und X2 berechnet werden, indem Signale in der Nähe dieser Nullkreuzungen aus den jeweiligen Ausgangssignalen der Magnetsensorbahnen 5A und 5C extrahiert werden und diese dann linear aneinander angenähert werden.
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Die Berechnung des Winkels kann mit Hilfe der folgenden Formel (1) bewerkstelligt werden: θ = tan–1(2L/b) (1) wobei θ den Drehwinkel θ des Dauermagneten 2 darstellt, der als der absolute Winkel (absolute Wert) ausgedrückt wird, 2L die Länge einer von vier Seiten der Rechteckform darstellt, die durch die Magnetsensorbahnen 5A bis 5D gebildet wird, und b die Querlänge zwischen den Nullkreuzungspositionen X1 und X2 darstellt.
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Wenn die Nullkreuzungspositionen X1 und X2 auf den Magnetliniensensoren 5B bzw. 5D liegen, so kann der Drehwinkel θ in einer Weise ähnlich der, die oben beschrieben wurde, unter Verwendung von Nullkreuzungspositionsdaten errechnet werden, die aus den jeweiligen Ausgangssignalen dieser Magnetliniensensoren 5B und 5D gewonnen werden. Der durch die Konvertierschaltung 6 errechnete Drehwinkel θ kann über das Ausgangskabel 29 ausgegeben werden.
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Gemäß der Lagerbaugruppe mit einer Rotationsdetektionsvorrichtung mit dem oben beschriebenen Aufbau ist das Magnetismuserzeugungselement (der Dauermagnet) 2 der in 1 gezeigten Rotationsdetektionsvorrichtung 1 an einem Befestigungselement (der Drehwelle 10 in der veranschaulichten Ausführungsform) befestigt, das an einer Innendurchmesserseite des Innenlaufrings 21 der Wälzlagerbaugruppe 20 befestigt ist, weshalb im Gegensatz zu dem in 22 gezeigten herkömmlichen Beispiel kein Befestigungselement benötigt wird, das axial von einer Endfläche des Innenlaufrings hervorsteht, was zu einer Verkürzung der axial gemessenen Länge führt. Des Weiteren wird das in der vorliegenden Erfindung verwendete Magnetismuserzeugungselement nicht durch eine Kombination aus dem Dauermagneten und dem Magnetjoch gebildet, wie beispielsweise in dem herkömmlichen Beispiel, sondern wird ausschließlich durch den Dauermagneten gebildet, weshalb das Magnetismuserzeugungselement 2 mit einer geringeren Dicke ausgebildet werden kann als in dem herkömmlichen Beispiel, und dementsprechend kann seine axiale Länge weiter verringert werden. Da insbesondere bei dem oben beschriebenen veranschaulichten Beispiel die Drehwelle 10 gleichzeitig als das Befestigungselement dient, an dem das Magnetismuserzeugungselement 2 befestigt ist, und dementsprechend kein separates Befestigungselement benötigt wird, kann die Anzahl der verwendeten Bauteile verringert werden, und die axiale Länge kann weiter verkürzt werden.
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Es ist anzumerken, dass beim Beschreiben der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Magnetsensorbahnen 5A bis 5D, welche die mehreren Magnetsensoren 5a enthalten, die auf dem in 3 gezeigten Halbleiterchip 4 in dem im Wesentlichen rechteckigen Muster angeordnet sind, als der Rotationssensor 3 verwendet wurden, um den von dem Magnetismuserzeugungselement 2 ausgehenden Magnetismus zu detektieren. Der Rotationssensor 3A kann jedoch durch mindestens zwei Magnetsensorelemente 5a und 5b gebildet werden, die in einem Winkel von 90° um die Mitte O' des Halbleiterchips 4 (die koaxial zu der Drehachse O der Wälzlagerbaugruppe 20 angeordnet ist) voneinander beabstandet sind, wie in 6 gezeigt.
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Es ist ebenfalls anzumerken, dass selbst in dem in 6 gezeigten Beispiel die Konvertierschaltung 6, die als die Recheneinheit zum Umwandeln der jeweiligen Ausgangssignale der Magnetsensorelemente 5a und 5b in Rotations- oder Winkelsignale dient, auf dem Halbleiterchip 4 zusammen mit den Magnetsensorelementen 5a und 5b in einer ähnlichen Wiese integriert ist, wie in 3 gezeigt und unter Bezug auf 3 beschrieben.
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Wenn der Rotationssensor 3A so aufgebaut ist, wie in 6 gezeigt, so ändern sich die jeweiligen Ausgangssignale der Magnetsensorelemente 5a und 5b entsprechend der Änderung des Drehwinkels θ des Magnetismuserzeugungselements 2, und, wie in 7 gezeigt, das Ausgangssignal a von einem der Magnetsensorelemente, zum Beispiel dem Magnetsensorelement 5a, stellt ein Sinussignal dar, während das Ausgangssignal b von dem anderen Magnetsensorelement 5b ein Kosinussignal darstellt. Dementsprechend kann der Drehwinkel θ mit dem Arkustangens von a/b und dem Positiven und dem Negativen von a und b berechnet werden. Diese Berechnung wird durch die Konvertierschaltung 6 ausgeführt. Wenn die in 7 gezeigten Ausgangswellenformen Verzerrungen relativ zur idealen Sinuswelle bzw. zur idealen Kosinuswelle enthalten, so kann eine Korrekturtabelle in der Konvertierschaltung 6 verwendet werden, um die Verzerrungen so zu korrigieren, dass eine Verschlechterung der Detektionsgenauigkeit des Drehwinkels θ verhindert werden kann.
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Obgleich beim Beschreiben der obigen Ausführungsform die Details des Magnetismuserzeugungselements 2 nicht beschrieben wurden, kann das Magnetismuserzeugungselement 2 einen konkreten Aufbau aufwiesen, wie er in den 8A und 8B im Seiten- bzw. Vorderaufriss gezeigt ist. Genauer gesagt, kann das Magnetismuserzeugungselement 2 zwei Dauermagnete 2A und 2B einer vierseitigen Konfiguration enthalten, die axial magnetisiert sind und in einer Richtung radial relativ zur Drehachse O der Drehwelle 10 angeordnet sind. Es ist jedoch anzumerken, dass jeder der Dauermagnete 2A und 2B auch jede andere geeignete Form aufweisen kann, wie zum Beispiel eine Halbkreisform.
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Im Fall des oben beschriebenen Aufbaus, der in den 8A und 8B gezeigt und unter Bezug auf die 8A und 8B beschrieben ist, bildet – wenn die Drehwelle 10 aus einem magnetischen Material besteht – ein Abschnitt der Drehwelle 10 einen Teil eines Magnetkreises des Magnetismuserzeugungselements 2, und der Magnetfluss, der von dem Magnetismuserzeugungselement 2 erzeugt wird und über eine Oberfläche des Halbleiterchips 4 (des Rotationssensors 3) gegenüber dem Magnetismuserzeugungselement 2 verläuft, verstärkt sich, was zu einer Erhöhung der Rotationsdetektionsempfindlichkeit führt.
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Als ein weiterer konkreter Aufbau des Magnetismuserzeugungselements 2 kann das Magnetismuserzeugungselement 2, wie in den 9A und 9B im Seiten- bzw. Vorderaufriss gezeigt, einen einzelnen Dauermagneten 2C von runder Konfiguration enthalten, bei dem eine Oberfläche zu einem Nordpol und einem Südpol magnetisiert ist und der an der Endfläche der Drehwelle 10 befestigt ist, wobei eine Symmetriemitte koaxial auf die Drehachse O der Drehwelle 10 ausgerichtet ist. Der Dauermagnet 2C kann außer der runden Konfiguration auch jede andere geeignete Form haben, wie zum Beispiel eine quadratische Konfiguration.
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Im Fall des oben beschriebenen Aufbaus, der in den 9A und 9B gezeigt und unter Bezug auf die 9A und 9B beschrieben ist, kann das Magnetismuserzeugungselement 2 ohne Weiteres mit nur einem einzigen Dauermagneten 2C montiert werden. Da des Weiteren kein Magnetfluss des Dauermagneten 2C in Richtung einer Seite der Drehwelle 10 verläuft, wird die magnetische Charakteristik der Drehwelle 10 praktisch nicht durch den Magnetfluss beeinflusst, der über den Halbleiterchip 4 (den Rotationssensor 3) fließt. Dementsprechend kann, ohne dass die Präzision der Rotationsdetektion beeinträchtigt wird, die Drehwelle 10 entweder aus einem beliebigen magnetischen oder nichtmagnetischen Material hergestellt werden.
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In der vorangegangenen Ausführungsform wurde der Dauermagnet 2, der das Magnetismuserzeugungselement bildet, so gezeigt und beschrieben, dass er direkt an der Endfläche der Drehwelle 10 befestigt ist. Jedoch kann der Dauermagnet 2 alternativ in einer Weise daran befestigt werden, die nun anhand der 10A und 10B beschrieben wird. Genauer gesagt, ist bei einem Beispiel, das in den 10A und 10B gezeigt ist, in der Endfläche der Drehwelle 10 eine axial nach innen weisende Ausnehmung 10a so ausgebildet, dass sie sich axial einwärts der Drehwelle 10 erstreckt, wie am besten in 10A gezeigt. Der Dauermagnet 2 wird in die Ausnehmung 10a eingesetzt und wird dann fest an die axial nach innen weisende Ausnehmung 10a gebondet, wie am besten in 10B gezeigt.
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Wenn man bedenkt, dass eine magnetische Anziehungskraft oder eine magnetische Abstoßungskraft zwischen dem Dauermagneten 2 und einem anderen Dauermagneten oder magnetischen Material wirkt, so ist das Einsetzen des Dauermagneten 2 in die Drehwelle 10 nicht einfach, wenn die Drehwelle 10 aus einem magnetischen Material besteht. Wenn jedoch der Dauermagnet 2 in der oben beschriebenen Weise in die Ausnehmung 10a, die in der Drehwelle 10 ausgebildet ist, eingesetzt und in seiner Position innerhalb dieser Ausnehmung 10a befestigt wird, so kann der Dauermagnet 2 an der Drehwelle 10 problemlos und mit hoher Präzision mit verringerter Fehlausrichtung zwischen beiden befestigt werden. Die Art und Weise der Befestigung des Dauermagneten 2 an der Drehwelle 10, die in den 10A und 10B gezeigt und anhand der 10A und 10B beschrieben ist, kann gleichermaßen auf den Fall angewendet werden, wo das Magnetismuserzeugungselement 2 aus den beiden Dauermagneten 2A und 2B besteht, wie es zum Beispiel in 8 gezeigt und anhand von 8 beschrieben ist. Doch selbst wenn die magnetische Anziehungskraft oder die magnetische Abstoßungskraft zwischen den Dauermagneten 2A und 2B und/oder zwischen den Dauermagneten und der aus dem magnetischen Material bestehenden Drehwelle 10 wirkt, können in diesem Fall die Dauermagnete 2A und 2B an der Drehwelle 10 problemlos und mit hoher Präzision mit verringerter Fehlausrichtung zwischen beiden befestigt werden.
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In dem Beispiel, das in den 11A und 11B gezeigt ist, sind die beiden Dauermagnete 2A und 2B gemeinsam mit zum Beispiel einem harzhaltigen Element 11 umschlossen, das eine relativ hohe Flexibilität im Vergleich zu den Dauermagneten 2A und 2B und zu der Drehwelle 10 aufweist, so dass die beiden Dauermagnete 2A und 2B zusammen mit dem harzhaltigen Element 11 zu einer Struktureinheit 12 integriert werden können, wie am besten in 11B gezeigt. Die Struktureinheit 12 wird dann in die axial nach innen weisende Ausnehmung 10a, die in der Endfläche der Drehwelle 10 ausgebildet ist, hineingepresst und im Inneren dieser Ausnehmung 10a in ihrer Position fixiert.
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Wenn jeder der Dauermagnete 2A und 2B zum Beispiel aus einem gesinterten magnetischen Material besteht, so haben diese Dauermagnete 2A und 2B im Allgemeinen eine relativ geringe mechanische Festigkeit und können so zerbrechlich sein, dass sie sich für eine Presspassung nicht eignen. Jedoch ist die Art und Weise der Befestigung der Dauermagnete 2A und 2B an der Drehwelle 10, die in den 11A und 11B gezeigt und anhand der 11A und 11B beschrieben ist, insofern besonders vorteilhaft, als selbst die Dauermagnete 2A und 2B, die aus dem gesinterten magnetischen Material hergestellt sind, in die Ausnehmung 10a in der Drehwelle 10 eingepresst werden können. Es ist anzumerken, dass diese Art und Weise der Befestigung gleichermaßen in dem Fall Anwendung finden kann, wo das Magnetismuserzeugungselement 2 aus dem einzelnen Dauermagneten 2 besteht, wie es zum Beispiel in 9 gezeigt und anhand von 9 beschrieben ist, so dass der Dauermagnet 2 ohne Weiteres in die Ausnehmung 10a gepresst werden kann.
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In dem in 12 gezeigten Beispiel sind die beiden in 8 gezeigten Dauermagnete 2A und 2B an der Endfläche der Drehwelle 10 mittels eines Magnetjochs 13, das aus einem magnetischen Material besteht, befestigt. Genauer gesagt, ist eine Ausnehmung 13a in einer von gegenüberliegenden Flächen des Magnetjochs 13, die von der Drehwelle 10 entfernt liegt, ausgebildet, und die beiden Dauermagnete 2A und 2B sind fest in die Ausnehmung 13a eingesetzt, während das Magnetjoch 13 fest in die Ausnehmung 10a, die in jener Endfläche der Drehwelle 10 ausgebildet ist, eingesetzt ist. Es ist anzumerken, dass die Reihenfolge des Befestigens der Dauermagnete 2A und 2B an der Endfläche der Drehwelle 10 auch dergestalt sein kann, dass, nachdem das Magnetjoch 13 fest in die Ausnehmung 10a der Drehwelle 10 eingesetzt wurde, die Dauermagnete 2A und 2B anschließend fest in die Ausnehmung 13a des Magnetjochs 13 eingesetzt werden.
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Wenn man bedenkt, dass jeder der beiden Dauermagnete 2A und 2B, die das Magnetismuserzeugungselement 2 bilden, in einer axialen Richtung magnetisiert ist, so wird, wenn die beiden Dauermagnete 2A und 2B direkt an der aus einem nichtmagnetischen Material hergestellten Drehwelle 10 befestigt sind, der Wirkungsgrad des Magnetismus des Magnetismuserzeugungselements 2 verringert. Jedoch bewirkt das Zwischenschalten des Magnetjochs 13, wie in 12 gezeigt, eine Verstärkung des Magnetflusses, der über die Oberfläche des Halbleiterchips 4 (des Rotationssensors 3) fließen kann, im höheren zweistelligen Prozentbereich im Vergleich zu dem Fall, wo kein Magnetjoch zwischengeschaltet ist. Infolgedessen kann das Signal-Rausch-Verhältnis eines durch den Rotationssensor 3 detektierten Magnetsignals zunehmen, was das Detektieren von Drehbewegungen mit höherer Präzision ermöglicht.
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13 zeigt ein weiteres Beispiel für den Aufbau, bei dem das Magnetismuserzeugungselement 2, das die beiden in 8 gezeigten Dauermagnete 2A und 2B enthält, an der Endfläche der Drehwelle 10 befestigt ist. Die Baugruppe der Dauermagnete 2A und 2B und des Magnetjochs 13, das die Dauermagnete 2A und 2B überlappt, ist ihrerseits von einem harzhaltigen Element 11 umschlossen, um eine Struktureinheit 14 zu bilden, die dann fest in die Ausnehmung 10a, die in der Endfläche der Drehwelle 10 ausgebildet ist, eingesetzt wird. Selbst in diesem Fall ist das Magnetjoch 13 strukturell zwischen der Drehwelle 10, die aus dem nichtmagnetischen Material besteht, und den Dauermagneten 2A und 2B angeordnet, weshalb der Wirkungsgrad des Magnetismus des Magnetismuserzeugungselements 2 vorteilhaft erhöht werden kann.
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Wenden wir uns nun 14 zu, wo eine zweite bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt ist. Die Lagerbaugruppe mit einer Rotationsdetektionsvorrichtung gemäß dieser zweiten Ausführungsform ähnelt im Wesentlichen der, die in Verbindung mit der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform gezeigt und beschrieben wurde, mit Ausnahme der folgenden Unterschiede. Genauer gesagt, hat die Drehwelle 10, an deren Endfläche das Magnetismuserzeugungselement 2 befestigt ist, in der in 14 gezeigten Ausführungsform einen in den Innenlaufring 21 des Lagers eingesetzten Abschnitt von einer Länge, die im Vergleich zu der Länge der ersten Ausführungsform so verringert ist, dass die Position des Magnetismuserzeugungselements 2 in einer axialen Richtung hinter eine Ebene der Endfläche der Drehwelle 10 in einer Richtung einwärts des Innenlaufrings 21 des Lagers gerückt werden kann und des Weiteren die axiale Position eines Endflächenabschnitts 27 des Sensorbefestigungselements 27, welche die Position definiert, an der der Sensor befestigt ist, auf den Bund 27b, der integral mit dem Sensorbefestigungselement 27 ist, ausgerichtet ist. Außerdem wird das Ausgangskabel 29, das nach außerhalb des Sensorbefestigungselements 27 gezogen ist, in der Form beispielsweise eines flexiblen Flachkabels verwendet. Andere strukturelle Merkmale der Lagerbaugruppe mit einer Rotationsdetektionsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform ähneln im Wesentlichen denen der Lagerbaugruppe gemäß der ersten Ausführungsform.
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Weil gemäß der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform die axiale Position der Rotationsdetektionsvorrichtung 1 näher an die Wälzlagerbaugruppe 20 herangebracht wird als bei der Ausführungsform, die in 1 gezeigt und anhand von 1 beschrieben wurde, und weil das Ausgangskabel 29 um eine verringerte Distanz nach außen in der axialen Richtung von dem Sensorbefestigungselement 27 gezogen werden kann als im Vergleich zur ersten Ausführungsform, kann die Lagerbaugruppe mit einer Rotationsdetektionsvorrichtung als Ganzes eine verringerte axiale Abmessung aufweisen.
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Wenden wir uns 15 zu, wo eine dritte bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt ist. Die Lagerbaugruppe mit einer Rotationsdetektionsvorrichtung gemäß dieser dritten Ausführungsform ähnelt im Wesentlichen der gemäß der ersten Ausführungsform, außer dass in dieser Ausführungsform die Drehwelle 10, an deren Endfläche das Magnetismuserzeugungselement 2 befestigt ist, einen in den Innenlaufring 21 des Lagers eingesetzten Abschnitt aufweist, der eine Länge hat, die im Vergleich zu der Länge der ersten Ausführungsform verringert ist, wie es bei der zuvor beschriebenen zweiten Ausführungsform, die in 14 gezeigt ist, der Fall ist. Außerdem ist die axiale Position eines Endflächenabschnitts 27c des Sensorbefestigungselements 27, welche die Position definiert, an der der Sensor befestigt ist, auf den Bund 27b ausgerichtet, und das Magnetismuserzeugungselement 2 ist auf einer Innendurchmesserseite des Innenlaufrings 21 des Lagers mittels eines Befestigungselements 15 angebracht, das von der Drehwelle 10 getrennt ist. Das Befestigungselement 15 hat die Form eines scheibenförmigen Elements mit einem Umfangsrandabschnitt, der als eine zylindrische Wand 15a ausgebildet ist, und ist auf der Innendurchmesserseite des Innenlaufrings 21 angebracht, wobei die zylindrische Wand 15a in eine Innendurchmesserfläche des Innenlaufrings 21 gepresst ist oder an eine Innendurchmesserfläche des Innenlaufrings 21 gebondet ist. Das Magnetismuserzeugungselement 2 ist an einer mittigen Position (koaxial zur Drehachse O der Wälzlagerbaugruppe 20) an einer Fläche des Befestigungselements 15 gegenüber dem Rotationssensor 3 befestigt.
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Weil gemäß der oben beschriebenen dritten Ausführungsform die axiale Position der Rotationsdetektionsvorrichtung 1 näher an die Wälzlagerbaugruppe 20 herangebracht wird als bei der Ausführungsform, die in 1 gezeigt und anhand von 1 beschrieben wurde, kann die Lagerbaugruppe mit einer Rotationsdetektionsvorrichtung als Ganzes eine verringerte axiale Abmessung aufweisen. Genauer gesagt, da in dieser dritten Ausführungsform das Magnetismuserzeugungselement 2 an dem Befestigungselement 15 befestigt ist, das von der Drehwelle 10 getrennt ist, kann die axiale Länge im Vergleich zu dem herkömmlichen Beispiel vorteilhaft verringert werden, während das Merkmal des herkömmlichen Beispiels gewahrt bleibt, wonach die Drehwelle 10 von der Lagerbaugruppe getrennt werden kann, wodurch die Rotationsdetektionsvorrichtung in der Lagerbaugruppe verbleibt.
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16 veranschaulicht eine vierte bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Lagerbaugruppe mit einer Rotationsdetektionsvorrichtung gemäß dieser vierten Ausführungsform ähnelt im Wesentlichen der gemäß der ersten Ausführungsform, die in 1 gezeigt und speziell anhand von 1 beschrieben wurde, außer dass in dieser Ausführungsform, wie im Fall des in 15 gezeigten Beispiels, die Drehwelle 10, an deren Endfläche das Magnetismuserzeugungselement 2 befestigt ist, einen in den Innenlaufring 21 des Lagers eingesetzten Abschnitt aufweist, der eine Länge hat, die im Vergleich zu der Länge der ersten Ausführungsform verringert ist, und das Magnetismuserzeugungselement 2 auf der Innendurchmesserseite des Innenlaufrings 21 des Lagers mittels des Befestigungselements 15 angebracht ist, das von der Drehwelle 10 getrennt ist. Das Befestigungselement 15 ist von einer scheibenförmigen Konfiguration mit einem Flansch 15b, der in einem Umfangsrandabschnitt des Befestigungselements 15 so ausgebildet ist, dass er sich von einer der gegenüberliegenden Flächen des Befestigungselements 15, die von der Drehwelle 10 entfernt liegt, radial auswärts erstreckt. Ein Abschnitt mit verringertem Durchmesser des Befestigungselements 15, der ein nichtgeflanschter Abschnitt ist, ist in eine Innendurchmesserseite des Innenlaufrings 21 gepresst, wobei der Flansch 15b anliegend an eine ringförmige Endfläche des Innenlaufrings 21 des Lagers neben der Rotationsdetektionsvorrichtung gehalten wird, um es dadurch zu ermöglichen, dass das Befestigungselement 15 an der Innendurchmesserseite des Innenlaufrings 21 befestigt wird.
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Gemäß der oben beschriebenen vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Befestigungselement 15 auf einfache Weise auf der Innendurchmesserseite des Innenlaufrings 21 angeordnet werden, wobei die Endfläche des Innenlaufrings 21 als Bezugsebene dient.
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Dementsprechend kann das Befestigungselement 15 so in den Innenlaufring 21 gepresst werden, dass eine Befestigungsfläche des Magnetismuserzeugungselements 2 in dem Befestigungselement 15 senkrecht zur Drehachse O der Wälzlagerbaugruppe 20 liegen kann. Das heißt, das Magnetismuserzeugungselement 2 kann parallel zu dem Rotationssensor 3 gehalten werden. Darum können der Parallelismus und der Freiraum zwischen dem Magnetismuserzeugungselement 2 und dem Rotationssensor 3 akkurat mit einer vorgegebenen Präzision gehalten werden. Infolgedessen ist es möglich, jede unerwünschte Veränderung der Stärke des Magnetfeldmusters auf der Oberfläche des Halbleiterchips 4 zu unterdrücken, die andernfalls aus der Drehung des Magnetismuserzeugungselements 2 resultieren würde. Da des Weiteren der oben erwähnte Freiraum kleiner gehalten werden kann als in dem herkömmlichen Beispiel, nimmt die Magnetfeldstärke, die durch den Rotationssensor zu detektieren ist, zu, was von einer Zunahme des Signal-Rausch-Verhältnisses begleitet wird. Dank dieser beiden Effekte kann die Präzision der Rotationsdetektion der Rotationsdetektionsvorrichtung 1 erhöht werden.
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Eine fünfte bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in 17 gezeigt. Die Lagerbaugruppe mit einer Rotationsdetektionsvorrichtung gemäß dieser fünften Ausführungsform ähnelt im Wesentlichen der gemäß der zuvor beschriebenen ersten Ausführungsform, außer dass bei dieser Ausführungsform die vorliegende Erfindung auf die Wälzlagerbaugruppe 20 in Form eines doppelreihigen Schrägkugellagers angewendet wird. Anders ausgedrückt: In dieser Wälzlagerbaugruppe 20 ist eine der Doppelreihen aus Wälzelementen 24 zwischen jeweiligen Laufflächen angeordnet, die in dem Innen- und dem Außenlaufring 21 und 22 ausgebildet sind, während die andere der Doppelreihen der Wälzelemente 24 zwischen jeweiligen Laufflächen angeordnet sind, die in der Drehwelle 10 und in dem Außenlaufring 22 ausgebildet sind. Andere strukturelle Merkmale der Lagerbaugruppe gemäß der fünften Ausführungsform ähneln im Wesentlichen denen gemäß der ersten Ausführungsform, die in 1 gezeigt und speziell anhand von 1 beschrieben wurde.
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Es wird nun eine sechste bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung speziell anhand von 18 beschrieben. Die Lagerbaugruppe mit einer Rotationsdetektionsvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform ähnelt im Wesentlichen der gemäß der zuvor beschriebenen ersten Ausführungsform, außer dass bei dieser Ausführungsform anstelle der in der ersten Ausführungsform verwendeten integralen Drehwelle 10 eine Drehwellenbaugruppe 10A mit Zweistufenaufbau verwendet wird. Anders ausgedrückt: Die in 18 gezeigte Drehwellenbaugruppe 10A besteht aus einem Drehwellenhauptkörper 16 und einem Drehwellenendkörper 17, der mit einem Ende des Drehwellenhauptkörpers 16 verbunden ist. Der Drehwellenhauptkörper 16 und der Drehwellenendkörper 17 sind so miteinander verbunden, dass ein Ende des Drehwellenhauptkörpers 16 in einen zylindrischen Abschnitt 17a eingeschoben wird, der an einem Ende des Drehwellenendkörpers 17 ausgebildet ist, und ein Endanschlagelement 18 zum Beispiel in der Form eines Gewindeelements in den Drehwellenhauptkörper 16 hineingeschlagen wird, um eine relative Drehbewegung zwischen beiden zu verhindern. Der Drehwellenendkörper 17 ist seinerseits in den Innenlaufring 21 der Wälzlagerbaugruppe 20 eingesetzt, und das Magnetismuserzeugungselement 2 ist an einer Endfläche des Drehwellenendkörpers 17 befestigt. Andere strukturelle Merkmale der Lagerbaugruppe mit einer Rotationsdetektionsvorrichtung gemäß der sechsten Ausführungsform ähneln im Wesentlichen denen gemäß der ersten Ausführungsform, die in 1 gezeigt und speziell anhand von 1 beschrieben wurde.
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Gemäß der sechsten Ausführungsform, die in 18 gezeigt und speziell anhand von 18 beschrieben wurde, können der Drehwellenhauptkörper 16 und der Drehwellenendkörper 17 voneinander getrennt werden, und dementsprechend ist es möglich, die Lagerbaugruppe mit einer Rotationsdetektionsvorrichtung von dem Drehwellenhauptkörper 16 zu trennen.
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19 veranschaulicht eine siebente bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Auch die Lagerbaugruppe mit einer Rotationsdetektionsvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform ähnelt im Wesentlichen der zuvor beschriebenen ersten Ausführungsform, außer dass in dieser Ausführungsform anstelle der in der ersten Ausführungsform verwendeten integralen Drehwelle 10 eine Drehwellenbaugruppe 10A verwendet wird. Anders ausgedrückt: Die in 19 gezeigte Drehwellenbaugruppe 10A besteht aus einem Drehwellenhauptkörper 16 und einem Drehwellenendkörper 17, der mit einem Ende des Drehwellenhauptkörpers 16 verbunden ist. Der Drehwellenhauptkörper 16 und der Drehwellenendkörper 17 sind so miteinander verbunden, dass ein Ende des Drehwellenendkörpers 17 in einen zylindrischen Abschnitt 16a eingeschoben wird, der an einem Ende des Drehwellenhauptkörpers 16 ausgebildet ist, und ein Endanschlagelement 18 in den Drehwellenendkörper 17 hineingeschlagen wird, um eine relative Drehbewegung zwischen beiden zu verhindern. Andere strukturelle Merkmale der Lagerbaugruppe mit einer Rotationsdetektionsvorrichtung gemäß der siebenten Ausführungsform ähneln im Wesentlichen denen gemäß der sechsten Ausführungsform, die in 18 gezeigt und speziell anhand von 18 beschrieben wurde.
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Eine achte bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in 20 gezeigt. Die Lagerbaugruppe mit einer Rotationsdetektionsvorrichtung gemäß dieser achten Ausführungsform ähnelt im Wesentlichen der gemäß der vierten Ausführungsform, die in 16 gezeigt und speziell anhand von 16 beschrieben wurde, außer dass anstelle der Ausbildung des Flansches 15b in dem Befestigungselement 15, wie in der vierten Ausführungsform, in einem Abschnitt des Innenlaufrings 21 der Wälzlagerbaugruppe 20 neben der Seite, auf der die Rotationsdetektionsvorrichtung angeordnet ist, ein gestufter Abschnitt 21a an einer Endflächen-Innendurchmesserseite angeordnet ist und das Befestigungselement 15 in diesen gestuften Abschnitt 21a hineingepresst ist oder an diesen gestuften Abschnitt 21a gebondet ist, um dadurch das Befestigungselement 15 an dem Innenlaufring 21 anzubringen. In einem solchen Fall kann das Befestigungselement 15 axial positioniert werden, indem eine gestufte Fläche 21aa des gestuften Abschnitts 21a in dem Innenlaufring 21, die axial ausgerichtet ist, als Bezugsebene verwendet wird.
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Da gemäß der oben beschriebenen achten Ausführungsform das Befestigungselement 15 an dem Innenlaufring 21 angebracht ist, indem das Befestigungselement 15 in den gestuften Abschnitt 21a, der in dem Innenlaufring 21 ausgebildet ist, hineingepresst ist oder an diesen gestuften Abschnitt 21a gebondet ist, kann im Vergleich zur vierten Ausführungsform die axiale Position des Befestigungselements 15 nahe zu der Seite der Drehwelle 10 um eine Distanz herangebracht werden, die im Wesentlichen der Dicke des Befestigungselements 15 entspricht, und dementsprechend kann die axiale Gesamtlänge der Lagerbaugruppe mit einer Rotationsdetektionsvorrichtung verringert werden.
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Wenden wir uns 21 zu, wo eine neunte bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt ist. Die Lagerbaugruppe mit einer Rotationsdetektionsvorrichtung gemäß dieser neunten Ausführungsform ähnelt im Wesentlichen der vierten Ausführungsform, die in 16 gezeigt und anhand von 16 beschrieben wurde, außer dass bei dieser Ausführungsform die Verbindungsstruktur, die in 10 gezeigt und speziell anhand von 10 beschrieben wurde, verwendet wird, um das Magnetismuserzeugungselement 2 an dem Befestigungselement 15 anzubringen. Genauer gesagt, ist die Fläche des Befestigungselements 15, die dem Rotationssensor 3 gegenüberliegt, mit einer Ausnehmung 15c versehen, und das Magnetismuserzeugungselement (der Dauermagnet) 2 ist fest in diese Ausnehmung 15c eingesetzt.