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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. 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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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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Das
oben erwähnte
Befestigungselement kann ein von einer Welle getrenntes Element
sein und kann in eine Innendurchmesserfläche des Innenlaufrings gepresst
oder an eine Innendurchmesserfläche
des Innenlaufrings gebondet sein. 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
der vorliegenden Erfindung kann das Magnetismuserzeugungselement
zwei Dauermagneten enthalten, die jeweils axial magnetisiert sind.
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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
der vorliegenden Erfindung kann das oben erwähnte Magnetismuserzeugungselement
einen einzelnen Dauermagneten enthalten, der einen Nordpol und einen
Südpol
aufweist, die auf einer seiner Oberflächen ausgebildet sind. Im Fall
dieses Aufbaus kann das Magnetismuserzeugungselement auf einfache
Weise allein mit dem einzelnen Dauermagneten aufgebaut sein. Weil
des Weiteren kein von dem Dauermagneten ausgehender Magnetfluss
zur Befestigungselement-Seite 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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In
der vorliegenden Erfindung kann das Befestigungselement mit einer
darin ausgebildeten Ausnehmung versehen sein, und der eine oder
die mehreren Dauermagneten können
dann in der Ausnehmung befestigt sein. 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 flexiblen Material,
wie zum Beispiel einem harzhaltigen Material, umschlossen sein,
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 sein kann. 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
der vorliegenden Erfindung kann das Befestigungselement aus einem
nichtmagnetischen Material bestehen, und ein Magnetjoch kann zwischen
dem Magnetismuserzeugungselement und dem Befestigungselement angeordnet
sein. 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, die aus einem Wellenhauptkörper und
einem Wellenendkörper
besteht, 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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In
der vorliegenden Erfindung kann der Rotationssensor mehrere Magnetsensorelemente
und eine Schaltung zum Konvertieren jeweiliger Ausgangssignale der
Magnetsensorelemente in ein Rotationssignal oder ein Winkelsignal
enthalten, wobei die Magnetsensorelemente und die Konvertierschaltung
zusammen zum Beispiel auf einem Haltleiterchip integriert sein können. Durch
ein derartiges Integrieren der Magnetsensorelemente und der Winkelsignalkonvertierschaltung
zusammen auf dem Haltleiterchip 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.
-
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 28 und
des Magnetjochs 13, das die Dauermagnete 2A und 28 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 28 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
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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.
-
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. 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 derersten 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.
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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.
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Zusammenfassung der Offenbarung
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Um
eine Lagerbaugruppe mit einer Rotationsdetektionsvorrichtung zu
verkleinern, ist ein Magnetismuserzeugungselement (2) mit
einem Richtungssinn, der um eine Drehachse O herum verläuft, auf
der Seite eines Innenlaufrings (21) der Lagerbaugruppe
(20) angeordnet. Ein Rotationssensor (3), der in
der Lage ist, einen Magnetismus des Magnetismuserzeugungselements
(2) zu detektieren und Informationen auszugeben, die eine
Drehbewegung oder einen Winkel beschreiben, ist auf der Seite eines
Außenlaufrings
(22) in Ausrichtung auf eine Lagerachse angebracht. Das
Magnetismuserzeugungselement (2) ist an einem Befestigungselement, zum
Beispiel einer Drehwelle (10), befestigt, das auf einer
Innendurchmesserseite des Innenlaufrings (21) der Lagerbaugruppe
(20) befestigt ist.