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Hintergrund der Erfindung
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(Gebiet der Erfindung)
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Die
vorliegende Erfindung befasst sich mit einer mit einem Drehsensor ausgestatteten
Radlagerbaugruppe zur Verwendung, zum Beispiel, in einem Automobil
und, genauer, mit einer mit einem Drehsensor ausgestatteten Radlagerbaugruppe
zur Lagerung eines fahrzeugangetriebenen Rades.
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(Beschreibung des Standes der Technik)
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Als
ein Drehsensor in einer Radlagerbaugruppe ist eine magnetischer
Encoderausführung für ein Anti-Blockier-Bremsensystem
(ABS) bisher weithin verwendet worden. Dies ist eine Ausführung
die Gebrauch von einem ringförmigen magnetischen Encoder
macht und einen magnetischen Encoder umfasst, die an der äußeren
Begrenzungsfläche eines drehbaren Seitenlaufbahnrings angepasst
ist, beispielsweise eines inneren Rings, und eines magnetischen
Sensor angepasst an einen feststehenden Laufbahnring oder ein Lagergehäuse.
(Vergleiche zum Beispiel die unten angegebene Patentschrift 1),
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Außer
der magnetischen Encoderausführung ist eine Anordnung vorgeschlagen
worden, in der ein Drehmelder als ein Drehsensor zur Erfassung der
Drehung eines Fahrzeugrades von einer Radlagerstelle umfasst wird.
(Verlgeiche zum Beispiel die unten angegebene Patentschrift 2).
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Andererseits
ist die Verwendung eines magnetischen Sensor-Feldes als Drehsensor,
der in eine Maschine kleiner Größe eingebaut werden
kann und in der tage ist eine höchpräzisen Drehungswinkel
zu erfassen, vorgeschlagen worden. (Vergleiche zum Beispiel die
unten angegebene Patenschrift 3). Diese weist eine Struktur auf
in der, wie in 78 gezeigt, ein magnetisches
Sensorfeld 45, das eine Mehrzahl von magnetischen Sensorelementen
(MAGFETs) angeordnet in einem vorbestimmten Muster umfasst, auf
einem Sensor-Chip 42 zusammen mit einer Schaltungsvorrichtung 46 integriert
ist, die eine Signalverstärkungsschaltung, eine AD-Umwandler-Schaltung
und eine digitale Signalverarbeitungseineinheit umfasst. Dieser
Chip 46 befindet sich wiederum in gegenüberliegender
Anordnung mit einem Magneten 44, der auf einem drehenden
Element 41 angeordnet ist. In diesem Fall ist der Magnet 44 so vorgesehen,
dass er eine Anisotropie um die Rotationsachse O aufweist, und auf
dem Sensor-Chip 42, auf den oben Bezug genommen wurde,
das magnetische Sensor-Feld 45 entlang jeder von vier Seiten eines
imaginären Quadrates angeordnet ist.
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Mit
dem Drehsensor 43 der oben beschriebenen Struktur, werden
die jeweiligen Ausgaben des magnetischen Sensorfeldes 45 entlang
dieser vier Seit des imaginären Quadrates von der Signalverstärkungsschaltung
und der AD-Umwandlerschaltung gelesen, um hierdurch eine Verteilung
des magnetischen Feldes des Magneten 44 zu ermitteln, und dann
wird gestützt auf die Ergebnisse dieser Ermittelung der
Drehungswinkel des Magneten 44 durch die digitale Signalverarbeitungseinheit
berechnet.
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Ein
Sensor IC zur Ermittelung des Drehungswinkels des Magneten, in dem
magnetische Sensorelement wie beispielsweise Hall-Element oder MR-Elemente
zusammen mit einer Verarbeitungseinheit integriert sind, wird derzeit
hergestellt und wird von eineigen Firmen harusgegeben, obwohl dies
von der in der unten bezeichneten Patentschrift 3 Ermittelungsmethode
abweicht. (Dies umfasst beispielsweise einen prgrammierbaren magnetischen
Encoder (AAS5040) der von AMS Co. bezogen werden kann.) und einen
Drehsensor IC (MLX 90317) der von Melixis Inc. bezogen werden kann.)
- Patentschrift 1: JP offengelegte
Patentschrift Nr. 2006-105185 , veröffentlicht
am 20. April 2006;.
- Patentschrift 2: JP offengelegte
Patentschrift Nr. 2005-076729 , veröffentlicht
am 24. März 2005;
- Patentschrift 3: JP offengelegte
Patentschrift Nr. 2004-037133 , veröffentlich am
05. Februar 2004;
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Zurzeit
in Massenproduktion gefertigte Typen von Drehsensoren der magnetischen
Encoderausführung sind lediglich dazu in der Lage, die
Geschwindigkeit der Drehung zu ermitteln, aber nicht die Richtung
der Drehung zu ermitteln. Um die Richtung der Drehung mit diesem
Drehsensor zu ermitteln, ist es notwendig zwei Drehungssignale zu
ermitteln, die entsprechenden voneinander abweichende Phasen aufweisen
und hierzu ist die Verwendung zweier magnetischer Encoder oder die
Verwendung eines magnetischen Sensors IC, in dem zwei Sensorelemente
in dem gleichen Packet untergebracht sind. In einem solchen Fall
neigen die Probleme aufzutreten, dass nicht nur der Raum für
die Montage vergrößert werden muss, sondern auch,
dass die Kosten steigen. Außerdem, da der magnetische Encoder
eine Ringform aufweist, die einer äußeren Begrenzungsfläche
oder einer inneren Begrenzungsfläche des drehbaren Seitenlaufbahnrings
angepasst ist, macht dies eine Vergrößerung des
Raumes für die Montage erforderlich.
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Außerdem,
kann ein Signal von einem ABS-Sensor in verschiedenen Fahrzeugsteuerungen eingesetzt
werden, dies umfasst beispielsweise eine Fahrzeughöhensteuerung,
für diesen Fall ist ein Signal mit hoher Auflösung
gefragt. Mit dem ABS-Sensor der magnetischen Encoderausführung,
die oben dargestellt wurde, ist es notwendig, den Abstand der magnetischen
Pole zu minimieren, da die Umdrehungsleistung von der Anzahl der
magnetischen Pole des magnetischen Encoders abhängt, aber
da die Minimierung des Abstandes der magnetischen Pole zu einer
Verringerung der magnetischen Feldstärke führt,
kann ein großer Sensorabstand nicht zwischen dem magnetischen
Encoder und dem magnetischen Sensor gesichert werden, was der Fertigung
Beschränkungen auferlegt.
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Dort
wo der Drehsensor von einer in der oben angeführten Patentschrift
2 offenbarten Umlauf-Art zur Verwendung kommt, entstehen Probleme nicht
nur dadurch, dass die Größe der Halterung des Sensors
dazu neigt zuzunehmen, aber auch dass die Kosten dazu neigen zuzunehmen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine mit einem Drehsensor
ausgestatte Radlagerbaugruppe bereitzustellen, die nicht nur die
Geschwindigkeit der Drehung, sondern auch die Richtung der Drehung
ermitteln kann, und in der ein hoch-aufgelöstes Drehungssignal
in verschiedenen Fahrzeugsteuereinrichtungen verwendbar ist und
die eine verringerte Größe zur Ermittelung der
Drehung aufweist.
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Die
mit einem Drehsensor ausgestattete Radlagerbaugruppe der vorliegenden
Erfindung ist eine mit einem Drehsensor ausgestattete Radlagerbaugruppe
zur drehbaren Lagerung eines Fahrzeugrades bezüglich eines
Fahrzeugkörpers, wobei diese Baugruppe ein äußeres
Element mit einer inneren Begrenzungsfläche gebildet mit
einer Mehrzahl von Walzflächen, einem inneren Element mit
Walzflächen, die so geformt sind, dass sie den Walzflächen des äußeren
Elementes zugehörig gegenüberstehen, und eine
Mehrzahl von Reihen von Wälzkörpern, die zwischen
den zugehörigen Walzflächen des äußeren
Elementes und des inneren Elementes angeordnet sind, umfasst, in
der ein Magnetfeld erzeugendes Element in einem des äußeren
Elementes oder des inneren Elementes in Ausrichtung mit der Lagermittelachse
bereitgestellt ist, und die eine Anisotropie um die Lagermittelachse,
und einen Sensor zur Wahrnehmung eines Magnetfeldes, das durch das
ein Magnetfeld erzeugende Element erzeugt wird, das im anderer des äußeren
Elementes oder des inneren Elementes in Ausrichtung mit der Lagermittelachse
so bereitgestellt ist, dass es axial dem ein Magnetfeld erzeugenden
Element gegenübersteht, und betriebsbereit ist, um den
Drehungswinkel des Magnetfeld erzeugenden Elementes zu messen. Der Ausdruck „Anisotropie
um die Lagermittelachse" im Obigen soll bedeuten, dass das Magnetfeld
sich um die Lagerachse sich um die Lagermittelachse in Abhängigkeit
von der Rotation des Magnetfeld erzeugenden Elementes ändert.
Der Sensor, auf den im Obigen bezug genomment wurde, mag entweder
ein magnetisches Sensorfeld sein, wie es im Folgenden näher
beschrieben wird oder von einer Art, die es ermöglicht
die Orientierung des magnetischen Feldes mit einem zwei-dimensional
Vektorsensor zu messen, um hierbei die Drehung des Magnetfeld-erzeugenden
Elementes zu messen.
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Gemäß dieser
Ausführung wird, da der Sensor, auf den im Obigen bezug
genommen wird, von einer Art ist, die es erlaubt Änderungen
im magnetischen Feld, die von der Rotation des das magnetische Feld
erzeugenden Elementes stammen zu messen, mit einem Sensor, der eine
Funktion der Messung des Drehungswinkels eines ein magnetisches
Feld erzeugenden Elementes aufweist, eine hoch aufgelöste
und hoch präzisie Messung des Drehungswinkels erreicht
werden und nicht nur die Drehungsgeschwindigkeit, sondern auch die
Richtung der Drehung kann ermittelt werden. Aus diesem Grund, kann
ein so gemessenes Drehungssignal in verschiedenen Fahrzeugkontrollen
eingesetzt werden. Darüber hinaus, da das ein magnetisches
Feld erzeugende Elemente und der Sensor in Ausrichtung mit der Lagermittelachse
bereitgestellt sind, mag der eingesetzte Sensor von einer Art sein,
die eine reduzierte Größe aufweist und daher,
sogar wenn er an die Radlagergruppe montiert ist, keine Zunahme
der Größe auftritt und er damit zulässt,
dass die Radlagergruppe als Ganzes in geringerer Größe
gebaut werden kann.
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Gemäß der
vorliegenden Erfindung, kann der oben bezeichnete Sensor ein magnetisches
Sensor-Feld mit magnetischen Sensorelementen, die zu einem Feld
angeordnet sind, einen Signal-Auslese-Schaltkreis zum Lesen des
Signals des magnetischen Sensor Feldes, und eine Winkelberechnungseinheit
zur Berechnung des Drehungswinkels des ein magnetisches Feld erzeugenden
Elementes aus der Ausgabe des Signal-Auslese-Schaltkreises.
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Gemäß dieser
Ausführung, da der Sensor von einer Art ist, die es erlaubt Änderungen
im magnetischen Feld zu messen, die auf der Drehung des ein magnetisches
Feld erzeugenden Elementes beruhen, und dem magnetischen Sensor-Feld
versehen ist und den Drehungswinkel aus der diesbezüglichen
Ausgabe der magnetischen Sensor-Elemente, die das magnetische Sensor-Feld
bilden, berechnet, kann eine weitere hoch auflösende und
höchst präzise Messung des Drehungswinkels und
sowohl der Drehungsgeschwindigkeit als auch der Drehungsrichtung
gemessen werden. Aus diesem Grund, kann das so ermittelte Drehungssignal
in verschiedenen Fahrzeugkontrollen eingesetzt werden. Darüber
hinaus, da das ein magnetisches Feld erzeugende Element und der
Sensor so gefertigt sind, dass so in Ausrichtung mit der Lagermittelachse
montierbar sind und der Sensor eine kleine Größe
inklusive des magnetische Sensor-Feldes und der Schaltungskomententeile
aufweist, kommt es zu keiner Vergrößerung selbst
wenn es auf der Radlagerbaugruppe montiert wird, kann die Radlagerbaugruppe
als Ganzes auf eine auf ein Minimum gebrachte Größe
verkleinert werden.
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Dort
wo das magnetische Sensor-Feld eingetzt wird, kann der Sensor von
einer Art sein, in der das magnetische Sensorfeld, der Signal-Ausleseschaltkreis
und die Winkelberechnungseinheit auf einem Halbleiter-Chip integriert
sind. Wenn der Sensor so konstruiert ist, dass er einen Sensor IC
integriert auf einem Halbleiter-Chip bildet, kann die Größe
weiter verringert werden und angesichts der Tatsache, dass er in
Ausrichtung auf die Lagermittelachse der Radlagerbaugruppe zusammen
mit dem ein magnetisches Feld erzeugenden Element und dem Sensor angeordnet
ist, kann die Größe der Radlagerbaugruppe weiter
verkleinert werden.
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Man
beachte, dass sogar dort wo der besagte Sensor in Form einer Art
eingesetzt wird, die die Richtung de magnetischen Feldes mit einem
zwei-dimensionalen Vektorsensor messen kann und hierdurch die Drehung
des ein magnetisches Feld erzeugenden Elementes gemessen wird, ein
IC Sensor, in dem die magnetischen Sensorelement auf einem Halbleiter-Chip
integriert sind zusammen mit einem Verarbeitungsschaltkreis eingesetzt
werden kann.
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Bei
vorliegender Erfindung ist eine Abdeckung zur Abdeckung des ganzen
Endes der Radlagerbaugruppe an das äußere Element
angebracht, wobei das ein Magnetfeld erzeugenden Element oder der
Sensor an die Abdeckung angebracht sind, und das andere des ein
Magnetfeld erzeugenden Elementes und des Sensors an das innere Element angebracht
ist.
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In
dieser Ausführung, da das ganze Ende der Radlagerbaugruppe
mit der Abdeckung abgedeckt ist, kann die Verwendung eines Abdichtelementesan einem
Ende der Lagerstelle, begrenzt zwischen dem äußeren
Element und dem inneren Element, wo die Abdeckung angebracht ist,
entfallen, was zu einer Vereinfachung der Ausführung. Darüber
hinaus, da der Sensor von der Abdeckung geschützt ist,
sind Komponententeile des Sensors nicht fremder Materie und/oder
matschigem Salzwasser ausgesetzt und die Zuverlässigkeit
des Sensor kann deshalb erhöht werden. Dort wo das äußere
Element ein Drehelement ist, ist das ein Magnetfeld erzeugende Element mit
einer Abdeckung versehen ist und dort wo das innere Element ein
Drehelement ist, ist der Sensor mit der Abdeckung versehen.
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Kurze Beschreibung der Abbildungen.
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In
jedem Fall wird die vorliegende Erfindung deutlicher verstanden
werden durch die nachfolgende Beschreibung ihrer bevorzugten Ausführungsformen,
in Verbindung mit den sie begleitenden Abbildungen. Allerdings sind
die Ausführungsformen und die Abbildung nur zum Zwecke
der Illustration und Erklärung abgebildet und dürfen
nicht dazu verwendet werden die Reichweite der vorliegenden Erfindung
in welcher Weise auch immer einzuschränken, wobei die Reichweite
durch die angefügten Ansprüche zu bestimmten ist.
In den beigefügten Abbildungen sind gleiche Bezugszeichen
eingefügt um entsprechende Teile in verschiedenen Ansichten
zu bezeichnen, und:
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1 ist
eine Schnittzeichnung einer mit einem Drehsensor ausgestatten Radlagerbaugruppe gemäß einer
ersten bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung;
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2 ist
eine Frontansicht eines ein magnetisches Feld erzeugenden Elementes
wie es in der mit einem Drehsensor ausgestatten Radlagerbaugruppe
verwendet wird, die in 1 gezeigt ist,
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3 ist
eine Draufsicht eines Halbleitchips, der ein Beispiel eines Drehsenors
darstellt, wie er in der mit einem Drehsensor ausgestatteten Radlagerbaugruppe
der 1 abgebildet ist.
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4 ist
ein exemplarisches Diagramm, das den Prozess der Winkelberechnung,
wie er von einer Winkelberechnungseinheit, die im Drehsensor, der
in der 3 gezeigt ist, durchgeführt wird, zeigt;
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5 zeigt
eine graphische Darstellung der Wellenformen von ensptrechenden
Ausgaben des magnetischen Sensor-Feldes im Magnetischen Sensor,
der in der 3 abgebildet ist;
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6 ist
eine Schnittzeichnung einer mit einem Drehsensor ausgestatteten
Radlagerbaugruppe in Übereinstimmung mit einer anderen
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung und
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7 zeigte
eine perspektivische Sicht auf einen herkömmlichen Drehsensor.
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Detaillierte Beschreibung der Ausführungsformen
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Eine
bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird
nun im Detail mit besonderem Bezug auf die 1 bis 4 beschrieben
werden. Diese Ausführung wird auf ein Modell der zweiten Generation
einer Radlagerbaugruppe drehenden Typs zur Lagerung eines angetrieben
Fahrzeugrades angewandt, die einen äußeren Ring
aufweist. Man beachte, dass in der folgenden Beschreibung, eine Seite
einer Struktur der Fahrzeugkarosserie seitwärts weisend
von ihrem längs laufenden Zentrum in dem Fall, wenn die
Lagerbaugruppe auf der Struktur der Fahrzeugkarosserie montiert
ist, als „außenseitig" und die gegenüberliegende
Seite der Fahrzeugkarosserie seitlich nah am längs laufenden
im gleichen Fall wird als „innenseitig" bezeichnet.
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Die
Radlagerbaugruppe der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein äußeres
Element 1, das gleichzeitig als Nabenachse dient und eine
innere Begrenzungsfläche gebildet mit einer Mehrzahl von Walzflächen 6 und 6,
einem inneren Element 2 mit äußeren Begrenzungsflächen
gebildet mit Walzflächen 7 und 7, die
den entsprechenden Walzflächen 6 und 6 entgegenstehen,
und einer Mehrzahl von Reihen von Wälzkörpern 5,
die zwischen den zugehörigen Walzflächen des äußeren 1 und
inneren Elementes 2 angeordnet sind. Diese Radlagerbaugruppe
ist als zweireihiges Schrägkugellager, bei dem Wälzkörper 5 in
Form von Kugel verwendet werden, ausgebildet, die in einer Aufnahme 8 für
jede Reihe aufgenommen sind. Jede der oben bezeichneten Wälzkörper 6 und 7 haben
eine bogenförmig unterteilte Form wobei die Wälzflächen 6 und 7 so
geformt sind, dass sie einen aufeinanderfolgenden Kontaktwinkel
festlegen. Ein Lagerraum der von dem äußeren Element 1 und
dem inneren Element 2 begrenzt wird hat innenseitige und
außenseitige Enden, die durch jeweilige Dichtungselemente 9 und 10 abgedichtet
sind.
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Das äußere
Element 1, das gleichzeitig als eine Nabenachse dient,
ist aus einem Stück gefertigt und legt einen Wälzkörper
fest und hat einen Radlagernabenflansch 1a, der an der äußeren
Begrenzungsfläche des außenseitigen Endes ausgebildet ist.
Bei der Fertigung eines Fahrzeuges, wird eine Rotorbremse einer
Bremsscheibe und ein Fahrzeugrad (beide nicht abgebildet) auf den
Nabenflansch 1a in einander überlappender Anordnung
zueinander mittels Nabenbolzen 12 befestigt, die durch
entsprechende zur Einführung des Bolzen vorgesehene Löcher 11,
die im Radlagernabenflansch 1a vorgesehen sind, gesteckt
sind, und es sind entsprechende Nabenmuttern (nicht abgebildet)
auf den Nabenbolzen 12 angebracht.
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Das
innere Element 2 dient als stationäres Element
und wir aus einem Paar getrennter innerer Ringe 3 und 3 gebildet,
die entsprechende Walzflächen 7 aufweisen, die
für die Reihen der Wälzköper 5 ausgebildet
sind, und eine Achse 4 ist in die entsprechenden Achseneinstecklöcher 3a in
diesen inneren Ringen 3 und 3 eingeführt
und in Eingriff stehend und die inneren Ringe 3 sind mit
der Achse 4 mittels einer Schraube 13 verbunden,
die an einem außenseitigen Ende der Achse 4 befestigt
ist. In dieser Anordnung, ist eine abgesetzte Fläche 4a an
der Achse 4 dazu vorgesehen, um der außenseitige
Seiten entgegenzustehen, und ist gegen eine Endfläche 3b des
inneren Ringes 3 angrenzend an eine innenseitige Reihe
gedrückt, welche zur innenseitigen Seite gewandt ist, um
hiermit die inneren Ringe 3 und 3 zwischen der
Achse 4 und der Schraube 13 zu drücken.
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Ein
Rotationssensor 20, der in der Radlagerbaugruppe vorgesehen
ist, beinhaltet ein ein Magnetfeld erzeugendes Element 21,
das in dem äußeren Element 1 in Ausrichtung
mit der Lagermittelachse O vorgesehen ist und eine Anisotropie um
die Zentrallagerachse O, und einen Sensor 22 zur Messung
des Magnetfeldes des ein Magnetfeld erzeugenden Elementes 21,
und der im inneren Element 2 in Ausrichtung mit der Lagermittelachse
O so bereitgestellt ist, dass er achsenförmig dem ein Magnetfeld
erzeugenden Element 21 gegenübersteht. Insbesondere,
ist eine Abdeckung 14 zur Abdeckung eines ganzen Endes
der Radlagerbaugruppe an das außenseitige Ende des äußeren
Elementes 1 gepasst, und das ein Magnetfeld erzeugende
Element 21 in der Form eines Permanentmagneten mit zwei
magnetischen Polen in dieser Abdeckung 14 angeordnet ist.
Der oben bezeichnete Sensor ist dabei an der außenseitigen Fläche
der Achse, die eine der Komponenten des inneren Elementes 2 ist,
angeordnet. Die Abdeckung 14 hat einen zylinderförmigen
Frontbereich 14a, der an einem äußeren
Ende festgelegt ist, wobei der Bereich 14a mit einer diametralen
Fläche des äußeren Elementes 1 in
Eingriff steht, und ein Bund 14b ist in der Umgebung des
zylinderförmigen Frontbereichs 13a der Breite
nach in Eingriff mit einer Fläche des äußeren
Elementes, um die Abdeckung 14 somit axial auszurichten.
Um die Wasserfestigkeit der Abdeckung 14 zu erhöhen,
kann ein Abdichtelement, wie zum Beispiel, ein O-Ring dem Verbindungsbereich zwischen
der Abdeckung 13 und dem äußeren Element 1 hinzugefügt
werden. Ein Ausgabekabel 23, um die Ausgabe des Sensors 22 abzuleiten,
ist in der Achse 4 verlegt und ist aus der Achse 4 an
einer geeigneten Stelle ausgeführt. In Hinblick auf die
Tauglichkeit des Permanentmagneten, der als das ein magnetisches
Feld erzeugende Element 21 dient, zusammen mit dem äußeren
Element 1 zu drehen, rotieren der magnetische Nordpol und
der magnetische Südpol um die Lagermittelachse O. Der oben
bezeichnete Sensor misst das magnetische Feld, das von dem ein magnetisches
Feld erzeugenden Element 21 ausgehet und gibt dann eine
Information über den Drehungswinkel aus.
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In
einem solchen Fall, da das gesamt außenseitige Ende der
Radlagerbaugruppe mit einer Abdeckung 14 abgedeckt ist,
kann das Abdichtelement 9 auf der außenseitigen
Seite entfallen. Ferner, da der Drehsensor 20 durch die
Abdeckung 14 geschützt ist, können die
Bauteile des Drehsensor 20 davon abgehalten werden, fremder
Materie und/oder schlammigen Salzwasser ausgesetzt zu sein und daher
kann die Zuverlässigkeit des Drehsensors 20 erhöht
werden.
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Das
ein magnetische Feld erzeugende Element 21 weist eine rechteckige
Form auf, wenn es in Richtung entlang der Lagerachse O betrachtet
wird, wie in 2 abgebildet und hat entgegen
gesetzte Enden, die jeweils den Nordpol und Südpol bilden. Der
Permanentmagnet 21 kann eine passende Form aufweisen, wie
zum Beispiel rund oder halbrund sein.
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Wie
in der Draufsicht in 3 gezeigt, weist der Sensor 22 eine
Struktur auf in der eine großangelegte integrierte Schaltung
auf einem einzigen Halbleiterchip 24 integriert ist. Die
großangelegte oben bezeichnete Schaltung umfasst eine Vielzahl
von magnetischen Sensorelementen 25a, die zu einem Feld
angeordnet sind, um magnetische Sensorfelder 25A bis 25D zu
bilden, einen Signal-Auslese-Schaltkreis 26 zum Ablesen
der zugehörigen Signale der magnetischen Sensorfelder 25A bis 25D,
und eine Drehwinkelberechnungseinheit 27 zur Berechnung eines
absoluten Wertes des Drehwinkels des ein magnetisches Feld erzeugenden
Elementes (Permanentmagneten) 21 aus der Ausgabe des Signal-Auslese-Schaltkreises 26.
Die magnetischen Sensorfelder 25A bis 25D sind
auf dem Halbleiterchip 24 in einer vierseitigen Anordnung
angeordnet, wobei jedes Feld magnetische Sensorelemente 25a umfasst,
die entlang einer der vier Seiten einer imaginären Quadratform
gelegt sind. In diesem Fall stimmt das geometrische Zentrum O' der
imaginären Quadratform mit der Position der Lagermittelachse
O auf dem Halbleiterchip 24 überein. Jedes der
magnetischen Sensorfelder 25A bis 25D, die entsprechende
Seiten der imaginären Quadratform einnehmen, ist so abgebildet,
dass es magnetische Sensorelemente 25a umfasst, die in
einer Linie angeordnet sind, aber die magnetischen Sensorelemente 25a können
auch in einer Mehrzahl von Reihen angeordnet sein. Der Signal-Auslese-Schaltkreis 26 und
die Winkelberechnungseinheit 27 sind innerhalb der quadratischen Anordnung
der magnetischen Sensorfelder 25A bis 25D angeordnet.
Der Halbleiterchip 24 hat ein Element, das eine Oberfläche
bildet, und ist an einer Stirnfläche der Achse 4 befestigt,
wobei das Element, das die Oberfläche bildet, Kopf an Kopf
mit dem Permanentmagneten gehalten wird.
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Man
beachte, dass die magnetischen Sensorfelder 25A bis 25D,
anstelle dessen, eine Struktur bilden können, in welcher
eine Mehrzahl von Hallelementen oder MR Elementen auf der gleichen
Ebene so angeordnet sind, dass sie zueinander senkrecht stehende
Achsen besetzen, so dass der magnetische Feldwinkel innerhalb der
Ebene gemessen werden kann.
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Wie
oben beschrieben, ist keine Verkabelung zwischen den magnetischen
Sensorelementen 25a und einer Berechnungsschaltkreiseinheit
dort notwendig, wo die magnetischen Sensorelement 25a und
der Berechnungsschaltkreiseinheit (der Signal-Auslese-Schaltkreis 26 und
die Winkelberechnungseinheit 27) zusammen auf einem Halleiterchip 24 integriert
sind, und, dementsprechend kann der Sensor 22 kleiner ausgebildet
werden, was verbunden mit einer Zunahme der Zuverlässigkeit
gegen Kabelbruch oder Ähnliches ist und den Zusammenbau
des Drehsensors 20 erleichtert. Insbesondere wo die Berechungsschaltkreiseinheit
innerhalb der magnetischen Sensorfelder 25A bis 25D in
der oben beschrieben Quadratform angeordnet ist, kann die Größe
des Chips weiter verkleinert werden.
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Die 4 und 5 illustrieren
beispielhafte Diagramme, die den Drehungswinkelberechnungsprozeß,
der durch die Winkelberechnungseinheit 27 ausgeführt
wird, darstellen. Die Abbildungen (A) bis (D) in 5 zeigen
dementsprechend die Ausgabewellenformen, die die magnetischen Sensorfelder 25A bis 25D während
der Drehung des äußeren Elementes 1,
das gleichzeitig als Nabenachse dient, aufweisen, wobei die Abszissenachsen
die Positionen der magnetischen Sensorelemente 25 in jedem
der magnetischen Sensorfelder 25A bis 25D darstellen und
die Ordinatenachsen die gemessene magnetische Feldstärke
darstellen.
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Angenommen,
dass die Nulldurchlaufstelle, welche die Grenze zwischen dem magnetischen Nordpol
und dem magnetischen Südpol des gemessenen Magnetfeldes
der magnetischen Sensorfelder 25A bis 25D bildet,
an den Stellen X1 und X2 wie in 4 gezeigt
liegt, stellen die bezüglichen Signalausgaben der magnetischen
Sensorfelder 2A und 25D solche Wellenformen dar,
wie sie in den Aufstellungen (A) bis (D) der 5 abgebildet
sind.
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Die
Berechnung des Winkels kann dabei mittels folgender Gleichung (1)
erfolgen: ⊝ = tan–1(2L/b)(1),wobei ⊝ den
Drehungswinkel des Permanentmagneten 21 als absoluten Winkel
(absoluten Wert) darstellt; 2L stellt die Länge einer der
vier Seiten der Quadratform dar, die durch die magnetischen Sensorfelder 25A bis 25D,
die in einer Quadratanordnung angeordnet sind, gebildet sind; und
b stellt die transversale Länge zwischen den Nulldurchlaufstellen
X1 und X2 dar.
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Wobei
die Nulldurchlaufstellen X1 und X2 an den entsprechenden magnetischen
Sensorfeldern 25B bis 25D liegen, der Drehwinkel ⊝ kann
auf eine ähnliche Weise berechnet werden, wie oben beschrieben,
indem die Daten an den Nulldurchlaufstellen die von den entsprechenden
Ausgaben dieser magnetischen Sensorfelder 25B und 25D verwendet werden.
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Bei
einer wie oben beschriebenen, mit einem Drehsensor ausgestatten
Radlagerbaugruppe ist der Sensor 22 so ausgebildet, dass
eine Änderung des magnetischen Feldes, die durch eine Drehung
des ein magnetisches Feld erzeugenden Elementes 21 verursacht
ist, durch die magnetischen Sensorfelder 25A und 25D gemessen
wird und, dass der Drehungswinkel aus den entsprechenden Ausgaben
einer Vielzahl von magnetischen Sensorelementen 25a, die
magnetische Sensorfelder 25A bis 25D bilden, berechnet
wird. Dementsprechend kann die Drehwinkelmessung mit einer hohen
Auflösung und hohen Präzision gemessen werden,
und es ist sogar möglich die Drehungsgeschwindigkeit und
auch die Richtung der Drehung zu messen. Aus diesem Grund, kann
das so gemessene Drehungssignal in verschiedenen Fahrzeugkontrollen
eingesetzt werden. Außerdem, da das ein magnetisches Feld
erzeugende Element 21 und der Sensor 22 auf die
Lagermittelachse ausgerichtet sind und der Sensor 22 als
hinreichend kleiner Bauteil aus den magnetischen Sensorfeldern 25A bis 25D und
den Schaltkreiskomponenten aufgebaut werden kann, führt
eine Montage an der Lagerbaugruppe nicht zu einer Zunahme der Größe
und, deshalb kann die Größe der Radlagerbaugruppe
als Ganzes auf eine minimierte Größe verkleinert
werden. Da der oben bezeichnete Sensor 22 auch einen IC
Sensor umfasst, der den mit den Halbleiterchip mit den aufgebrachten
magnetischen Sensorfeldern 25A bis 25D aufweist,
und den Signal-Auslese-Schaltkreis und die Winkelberechnungseinheit 27 hat,
die beide Schaltkreiskomponenten bilden, kann eine weitere Verkleinerung
erzielt werden.
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6 zeigt
eine andere bevorzugte Ausführung der vorliegenden Erfindung.
Die Radlagerbaugruppe wird auf ein Modell eines inneren Ring drehenden
Typs dritter Generation einer Radlagerbaugruppe zur Lagerung eines
angetrieben Fahrzeugrades angewandt. Die Radlagerbaugruppe der vorliegenden
Erfindung beinhaltet ein äußeres Element 1 und
eine innere Begrenzungsfläche gebildet mit einer Mehrzahl
von Walzflächen 6 aufweist, einem inneren Element 2 mit äußeren
Begrenzungsflächen gebildet mit Walzflächen 7,
die den entsprechenden Walzflächen 6 entgegenstehen,
und einer Mehrzahl von Reihen von Wälzkörpern 5,
die zwischen den zugehörigen Walzflächen 6 des äußeren
1 Elementes und den zugehörigen Walzflächen 7 des
inneren Elementes 2 angeordnet sind und den entsprechenden
Walzflächen des äußeren Elementes 1 entgegenstehen. Diese
Radlagerbaugruppe ist als zweireihiges Schrägkugellager
ausgebildet, bei dem Wälzkörper 5 in
Form von Kugel verwendet werden, die in einer Aufnahme 8 für
jede Reihe aufgenommen sind. Jede der oben bezeichneten Wälzkörpern 6 und 7 haben eine
bogenförmig unterteilte Form wobei die Wälzkörper 6 und 7 so
geformt sind, dass sie einen aufeinanderfolgenden Kontaktwinkel
festlegen. Ein außenseitiges Ende des Lagerraums, der zwischem dem äußeren
Element 1 und dem inneren Element 2 gebildet ist,
wird durch ein außenseitiges Dichtungselement 9 abgedichtet,
aber ein innenseitiges Ende ist nicht durch ein Dichtungselement
abgedichtet.
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Das äußere
Elemente 1 dient als stationäres Element und ist
eine einstückige Konstruktion, die einen Fahrzeugaufbauanpassungsflansch 1b aufweist, durch
welchen die Radlagerbauchgruppe mit einem Achsengelenk (nicht abgebildet)
auf einer Seite des Fahrzeugaufbaus mittels Bolzen (nicht abgebildet) befestigt
ist.
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Das
innere Element dient als Drehelement und ist aus einer Radnabe 15 und
einem inneren Ring 16 mit innenseitigen und außenseitigen
Walzflächen 7 gebildet, die entsprechend in der
Radnabe und dem inneren Ring festgelegt sind. Ein Bremsrotor einer
Scheibenbremse und ein Fahrzeugrad (nicht abgebildet) sind auf den
Nabenflansch 15b in miteinander überlappender
Anordnung mittels Nabenbolzen 12, die sich durch entsprechende
Bolzenlöcher 11 erstrecken, befestigt, und es
sind entsprechende Nabenmuttern (nicht abgebildet) auf den Nabenbolzen 12 angebracht.
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Der
innere Ring 16 ist auf der für den inneren Ring
vorgesehene Anbringstelle 15c in der Radnabe 15 angebracht
und in einer Position auf der Radnabe 15 mittels eines
gekröpften Abschnittes 15d, der einen Teil der
Radnabe 15 bildet, befestigt. Dieser gekröpfte
Abschnitt ist mittels Einfalzen eines zylindrischen Abschnittes
der Radnabe gebildet, der sich inwärts vom einen inwärtigen
Ende der Radnabe 15 erstreckt, so dass er radial nach außen
hin zunimmt.
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Der
Drehsensor 20 wird von der Radlagerbaugruppe umfasst und
umfasst ein ein Magnetfeld erzeugendes Element 21, das
in dem äußeren Element 1 in Ausrichtung
mit der Lagermittelachse O bereitgestellt ist und eine Anisotropie
um die Lagermittelachse O aufweist, und einen Sensor 22,
der in einem inneren Element 2 so mit der Lagermittelachse O
ausgerichtet ist, dass er dem ein magnetisches Feld erzeugenden
Element 21 axial gegenübersteht, das dazu vorgesehen
ist, das magnetische Feld, das vom ein magnetisches Feld erzeugenden
Element 21 ausgeht, wahrzunehmen. Insbesondere, ist das
ein magnetisches Feld erzeugende Element 21 in Form eines
Permanentmagneten ausgebildet, der ein Paar von magnetischen Polen
N und S aufweist, und an einem innenseitigen Ende auf der Radnabe 15 angeordnet
ist, die einen Teil des inneren Elementes 2 bildet. Eine
Abdeckung 14 zur Abdeckung eines ganzen Endes der Radlagerbaugruppe
ist an das innenseitige Ende der Radlagerbaugruppe angebracht und der
oben bezeichnete Sensor 22 ist mittels Bindung oder Umspritzens
an die Abdeckung 14 angebracht. Ein Teil der Abdeckung 14,
an dem der Sensor 22 angebracht ist, kann mit einem Abdichtelement
versehen sein, zum Beispiel mit einem O-Ring um die Abdichtung zu
verstärken. Außerdem, um die Wasserfestigkeit
der Abdeckung 14 zu erhöhen, kann ein Abdichtelement,
wie zum Beispiel ein O-Ring, der Verbindung zwischen der Abdeckung 14 und
der Radnabe hinzugefügt werden. Obwohl auf ein innenseitiges Abdichtelement
zur Abdichtung des Lagerraums, der vom dem äußeren
Element 1 und dem inneren Element 2 begrenzt wird,
wie hier beschrieben verzichtet wird, ist das ganze innenseitige
Ende der Radlagerbaugruppe mit einer Abdeckung 14 abgedeckt
und, dementsprechend, wird eine Abdichtung des innenseitigen Endes
erzielt. Ein Ausgabekabel 23 zur Ausgabe eines Sensors 22 erstreckt
sich weggehend vom Sensor 22 zur Fahrzeugaufbauseite. Die
Abdeckung hat einen zylinderförmigen Frontbereich 13a, der
an einer äußeren Begrenzungsfläche festgelegt ist,
wobei der Bereich 14a mit einer inneren diametrale Fläche
des äußeren Elementes 1 in Eingriff steht,
und ein Bund 14b, der in der Umgebung des zylindrischen
Frontabschnittes 14a ausgeformt ist, steht der Breite nach
in Eingriff mit einer Fläche des äußeren
Elementes 1 mit dem Sensor 22, wobei die Abdeckung 14 axial
ausgerichtet ist. Andere strukturelle Elemente sind denen in der
vorher beschriebenen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ähnlich.
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Selbst
in vorliegendem Fall, da der Drehsensor 20 durch eine Abdeckung 14 geschützt
ist, werden Komponenten des Drehsensors 20 nicht fremder Materie
und/oder salzigem Wasser ausgesetzt sein und deshalb kann die Zuverlässigkeit
des Drehsensors 20 erhöht sein.
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Man
beachtet, dass obwohl in der vorher beschriebenen Ausführungsform
der Sensors 22, also derjenigen mit den die magnetischen
Sensorfelder 25A bis 25D, eingesetzt wurde, der
oben bezeichnete Sensor in der Form eines Typs eingesetzt werden kann,
der fähig ist, die Orientierung des magnetischen Feldes
mittels zweidimensionaler Vektorsensoren zu bestimmten und damit
die Drehung des ein Magnetfeld erzeugenden Elementes zu bestimmen. Selbst
dort wo der zweidimensionale Vektorsensor eingesetzt wird, kann
ein Sensor IC, in dem die magnetischen Sensorelemente auf einem
Halbleiterchip zusammen mit einem Verarbeitungsschaltkreis integriert
sind, eingesetzt werden.
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Zusammenfassung
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Eine
mit einem Drehsensor ausgestattete Radlagerbaugruppe für
ein Rad, die dazu in der Lage ist, die Geschwindigkeit und die Richtung
der Drehung zu ermitteln, mit der ein hoch-aufgelöstes
Drehsignal erhalten werden kann, das für verschiedene Anwendung
der Fahrzeugkontrolle verwendbar ist, und in welcher die für
die Drehungs-Ermittelung benötigte Größe
minimiert ist. Die Lagerbaugruppe hat Doppelt-Reihen Walzkörper
(5), die zwischen Walzflächen (6, 7)
eines inneren Elementes (1) und eines äußeren
Elementes (2) angeordnet sind, und drehbar ein Rad bezüglich
des Fahrzeugkörpers lagern. Die Lagerachse O des äußeren
Elementes (1) ist mit einem ein Magnetfeld erzeugenden
Mittel (21) versehen, das eine Ausrichtung um die Lagerachse
aufweist. Ein Sensor (22) für die Erkennung des
magnetischen Feldes des ein Magnetfeld erzeugenden Mittels (21)
wird am inneren Element (2) so bereitgestellt, dass er
axial entgegengesetzt zum Magnetfeld des ein Magnetfeld erzeugenden
Mittels (21) ist. Der Sensor (22) hat die Funktion
einen Drehungswinkel des ein Magnetfeld erzeugenden Mittels (21)
festzustellen und der Sensor (22) ist, zum Beispiel, von
einer Art zur Ermittelung der Drehung des magnetischen Feldes eines
ein Magnetfeld erzeugenden Mittels durch die Ermittelung der Orientierung
des magnetischen Feldes durch ein magnetisches Sensor-Feld und einen
zwei-dimensionalen Vektorsensor.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 2006-105185 [0006]
- - JP 2005-076729 [0006]
- - JP 2004-037133 [0006]