-
Gebiet
-
Die vorliegende Erfindung betrifft einen magnetischen Drehgeber.
-
Hintergrund
-
Als eines der Geräte, die zum Erfassen eines Drehwinkels einer Maschinenwelle eingesetzt werden, sind magnetische Drehgeber bekannt. Ein magnetischer Drehgeber weist eine magnetische Trommel aus einem ringförmigen magnetischen Material (einem Magneten) mit einer am äußeren Umfang aufmagnetisierten Magnetpolanordnung und ein magnetoresistives Element (MR-Element) auf, das benachbart zum äußeren Umfang der magnetischen Trommel angeordnet ist. Die magnetische Trommel ist an der Welle der für eine Messung vorgesehenen Maschine angebracht und dreht sich zusammen mit der Welle, wobei ein Drehwinkel der der Messung unterliegenden Welle erfasst wird, indem mit dem MR-Element eine mit der Drehung der magnetischen Trommel verbundene Änderung eines Magnetfeldes erfasst wird.
-
Die magnetische Trommel ist aus einem Grundkörper, der aus einem magnetischen Werkstoff gefertigt ist, und einem ringförmigen Magneten aufgebaut, der am äußeren Umfang des Grundkörpers befestigt ist. Bei einer sich drehenden magnetische Trommel wirkt auf diese stets eine Fliehkraft ein, wobei die Fliehkraft als eine den Magneten von der äußeren Peripherie des Grundkörpers ablösende Kraft wirkt. Die bei hoher Drehzahl der magnetischen Trommel auftretende Fliehkraft kann einen der Einflussfaktoren bilden, die zu einem Bruch des Magneten führen. Um die Zuverlässigkeit des magnetischen Drehgebers sicherzustellen, müssen Magnet und Grundkörper daher fest miteinander verbunden sein.
-
Zur Befestigung von Grundkörper und Magnet wird ein Klebstoff verwendet. Da das Auftragen des Klebstoffs jedoch manuell erfolgt, ist ein Auftreten von Abweichungen bei dem Vorgang wahrscheinlich. In einem Bereich, der nicht ausreichend mit Klebstoff verfüllt wurde oder in dem ein Einschluss von Blasen vorliegt, nimmt die Klebefestigkeit (Befestigung) ab, wodurch dieser Bereich einen Einflussfaktor für einen Bruch des Magneten bilden kann.
-
Außerdem bildet ein ungleichmäßig dicker Klebstoff einen der zur Erzeugung von Schwingungen bei Drehung der magnetischen Trommel führenden Faktoren.
-
Eine manuelle Herstellung einer stabilen Trommel unter Vermeidung dieser Probleme führt unweigerlich zu erhöhten Herstellungskosten.
-
In Patentdokument 1 wird ein Verfahren beschrieben, bei dem ein scheibenradförmiger Grundkörper an einer äußeren Umfangsendkante eine Nut aufweist und in die Nut mittels Spritzguss ein ringförmiger Magnet eingebracht wird.
-
Liste der Zitate
-
- Patentdokument 1: offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. H6-331384 .
-
Kurzbeschreibung
-
Technische Problemstellung
-
Bei dem oben angegebenen Patentdokument 1 ist an der äußeren Umfangsendkante des radförmigen Grundkörpers jedoch eine komplizierte Bearbeitung erforderlich, die zu einem Anstieg der Herstellungskosten einer magnetischen Trommel führt.
-
Die vorliegende Erfindung dient der Lösung der oben ausgeführten Probleme, wobei eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Angabe eines magnetischen Drehgebers besteht, bei dem ein teilweises Nachlassen der Klebefestigkeit zwischen einem Magneten und einem Grundkörper und eine Unwucht verhindert und die Herstellungskosten verringert werden können
-
Lösung der Problemstellung
-
Zur Lösung der oben beschriebenen Probleme und Aufgabe umfasst ein erfindungsgemäßer magnetischer Drehgeber eine magnetische Trommel, die an einem äußeren Umfang einen ringförmigen Magneten mit einer magnetischen Polanordnung aufweist, und einen Grundkörper, der den Magneten trägt und an einer Drehachse einer für eine Messung vorgesehenen Maschine angebracht ist, um mit der Drehachse zusammen zu rotieren; und ein MR-Element, das an der zur Messung vorgesehenen Maschine so angebracht ist, dass es in einem Abstand zur äußeren Peripherie der magnetischen Trommel weist, um eine durch eine Rotation der magnetischen Trommel bewirkte Magnetfeldänderung zu erfassen. Der magnetische Drehgeber misst einen Winkel der Drehachse auf Basis eines Erfassungsergebnisses des MR-Elements. Der Grundkörper weist einen ringförmigen Flanschabschnitt auf, in den die Drehachse bei Montage der magnetischen Trommel an der Drehachse eingesetzt wird, und einen konvexen Verbindungsteil, der so ausgebildet ist, dass er entlang des gesamten Umfangs einer aus einer äußeren Peripherie des Flanschabschnitts ragt. Der Flanschabschnitt weist eine Referenzebene auf, die in einem Teil der äußeren Peripherie des Flanschabschnitts über den gesamten Umfang ausgebildet ist, um eine Referenz für eine Rundlauftoleranz an der äußeren Peripherie des Magneten auszubilden. Der konvexe Verbindungsteil weist einen eingeschnürten Abschnitt, der aus der äußeren Peripherie des Flanschabschnitts ragt, und einen zylindrischen Abschnitt auf, der sich von einem Kopfende des eingeschnürten Abschnitts in eine axiale Richtung des Flanschabschnitts erstreckt. Der Magnet umgibt den konvexen Verbindungsteil so, dass er eine Lücke zwischen dem zylindrischen Abschnitt und dem Flanschabschnitt umgibt ohne die Referenzebene abzudecken, sodass die Referenzebene freiliegt.
-
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
-
Bei einem erfindungsgemäßen magnetischen Drehgeber können ein teilweises Nachlassen der Klebefestigkeit und eine Unwucht und damit ein Bruch eines Magneten während einer Rotation mit hoher Drehzahl verhindert werden, wobei die Herstellungskosten zudem durch ein mit einer Spritzgussmaschine automisch durchgeführtes Spritzgussanformen verringert werden können.
-
1A zeigt eine schematische graphische Darstellung eines Aufbaus eines magnetischen Drehgebers gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
-
1B zeigt eine schematische graphische Darstellung eines Aufbaus des magnetischen Drehgebers gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
-
2 zeigt eine schematische graphische Darstellung eines Aufbaus eines magnetischen Drehgebers, bei dem an einem Kopfende eines zylindrischen Abschnitts eine Nut ausgebildet ist.
-
3 zeigt eine graphische Darstellung eines magnetischen Drehgebers gemäß der ersten Ausführungsform im Zustand der Anwendung.
-
4 veranschaulicht in einer graphischen Darstellung einen Grundkörper und einen Magneten beim Vorgang des Spritzgießens.
-
5 zeigt eine graphische Darstellung eines Aufbaus einer magnetischen Trommel, bei der Magnet und Grundkörper durch Kleben miteinander verklebt und aneinander fixiert sind.
-
6 zeigt in einer graphischen Darstellung eine magnetische Trommel in einem Zustand, bei dem eine ungenügende Verfüllung mit einem Klebstoff aufgetreten ist oder Blasen gebildet wurden.
-
7 veranschaulicht eine magnetische Trommel mit einem ungleichmäßig dick aufgetragenen Klebstoff in einer graphischen Darstellung.
-
8 veranschaulicht in einer graphischen Darstellung einen Aufbau einer magnetischen Trommel, bei der an dem inneren Umfang eines Grundkörpers eine magnetische Abschirmung angebracht ist.
-
9 zeigt eine schematische graphische Darstellung zum Veranschaulichen eines Aufbaus eines magnetischen Drehgebers gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
-
10 zeigt eine schematische graphische Darstellung zum Veranschaulichen eines Aufbaus eines magnetischen Drehgebers gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
-
11 zeigt eine schematische graphische Darstellung zur Veranschaulichung eines Aufbaus eines magnetischen Drehgebers, bei dem ein zylindrischer Abschnitt von einer Ebene und einer gekrümmten Fläche gebildet wird und der sich in axialer Richtung erstreckt, wobei sich ein Ende des Abschnitts in diagonaler Richtung erstreckt, um in Bezug auf die axiale Richtung eine symmetrische Form auszubilden.
-
12 zeigt eine Schnittansicht zur Veranschaulichung eines Aufbaus einer magnetischen Trommel eines magnetischen Drehgebers gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
-
13 zeigt eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung einer Form der äußeren Peripherie eines Zylinderelements.
-
14 ist eine Schnittansicht der magnetischen Trommel in einem Bereich mit Haltelöchern.
-
15 veranschaulicht in einer graphischen Darstellung einen Aufbau einer magnetischen Trommel eines magnetischen Drehgebers gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
-
16 veranschaulicht in einer graphischen Darstellung einen Aufbau einer magnetischen Trommel mit einem Grundkörper, bei dem ein Zylinderelement und ein zylindrisches Flanschelement durch eine Presspassung aneinander befestigt sind.
-
17 veranschaulicht in einer graphischen Darstellung einen Aufbau einer magnetischen Trommel eines magnetischen Drehgebers gemäß der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
-
Beschreibung von Ausführungsformen
-
Nachfolgend werden beispielhafte Ausführungsformen eines magnetischen Drehgebers gemäß der vorliegenden Erfindung ausführlich unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren erläutert. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Ausführungsformen beschränkt.
-
Erste Ausführungsform
-
In den graphischen Darstellungen von 1A und 1B ist ein Aufbau eines magnetischen Drehgebers gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch wiedergegeben. 1B zeigt eine Ansicht des Querschnitts entlang der Linie IB-IB von 1A. Eine magnetische Trommel 20 setzt sich aus einem Grundkörper 11 und einem Magneten 12 zusammen. Ein magnetischer Drehgeber 1 weist eine magnetische Trommel 2 und einen Sensorkopf 3 auf. Die magnetische Trommel 20 weist Befestigungslöscher 14 für eine Befestigung an einer Welle auf. Der Sensorkopf 3 weist ein MR-Element 31 auf und ist benachbart zum äußeren Umfang der magnetischen Trommel 2 angeordnet. Ein Ausgangssignal des MR-Elements 31 wird über ein Kabel 32 an eine Signalverarbeitungseinheit 33 übertragen. Die Signalverarbeitungseinheit 33 erfasst einen Winkel der mit der magnetischen Trommel 20 verbundenen Welle auf Basis einer mit der Rotation der magnetischen Trommel 20 verknüpften Magnetfeldänderung.
-
Der Grundkörper 11 ist aus einem eisenhaltigen Werkstoff mit magnetischen Eigenschaften gebildet und umfasst einen ringförmigen Hauptteil 111 und einen konvexen Verbindungsteil 112, der am äußeren Umfang des Hauptteils 111 angeordnet ist. Der konvexe Verbindungsteil 112 weist einen zylindrischen Abschnitt 112a und einen eingeschnürten Abschnitt 112b auf. Der konvexe Verbindungsteil 112 erstreckt sich in axialer Richtung und ist axialsymmetrisch, wobei der zylindrische Abschnitt 112a von rechtwinklig zueinander angeordneten Ebenen gebildet wird, und am eingeschnürten Abschnitt 112b eingeschnürt und schmäler. Eine Form, die bei einer Querschnittsansicht in etwa die Form eines Ts wiedergibt, wird als ”T-Form” bezeichnet. Die Befestigungslöcher 14 zur Befestigung an einer Welle einer der Messung zu unterziehenden Maschine sind in dem Hauptteil 111 ausgebildet. Der Magnet 12 umgibt den konvexen Verbindungsteil 112 so, dass er diesen in Richtung zur Innenseite des zylindrischen Abschnitts 112a einhüllt, wobei der Grundkörper 11 (der konvexe Verbindungsteil 112) wie aus der Querschnittsansicht ersichtlich in einen konkaven Bereich des Magneten 12 eingepasst ist. Bei der ersten Ausführungsform bildet der zylindrische Abschnitt 112a daher einen Zylinderabschnitt und der Hauptteil 111 bildet einen Flanschabschnitt. Am axialen Kopfende des zylindrischen Abschnitts 112a kann für eine stärkere Befestigung des Magneten 12 eine Nut 112c oder dergleichen ausgebildet sein. 2 zeigt in einer schematischen Darstellung einen Aufbau eines magnetischen Drehgebers, der an einem Kopfende eines zylindrischen Abschnitts eine Nut aufweist. Ein Teil des äußeren Umfangs des Hautteils 111 liegt frei und wird nicht von dem Magneten 12 bedeckt, wobei dieser als Zentrierspur 111a einer Referenzebene vorgesehen ist, die an dem äußeren Umfang des Magneten 12 eine Referenz für die Rundlauftoleranz bildet. Die Zentrierspur 111a ist über den gesamten Umfang des Hautteils 111 ringförmig ausgebildet.
-
3 zeigt eine graphische Darstellung des magnetischen Drehgebers gemäß der ersten Ausführungsform im Einsatzzustand. Der magnetische Drehgeber 1 ist an einer Maschine 4, an der die Erfassung vorgenommen werden soll, angebracht und wird darin verwendet. Die magnetische Trommel 20 ist auf der Seite der Maschine 4, an der die Erfassung vorzunehmen ist, koaxial zur Drehachse 41 angeordnet und an der zu messenden Maschine 4 so angebracht, dass sie sich gemeinsam mit der Drehachse 41 dreht. Die magnetische Trommel 20 wird durch Einschrauben einer Trommelbefestigungsschraube 7 in das Befestigungsloch 14 an der Drehachse 41 befestigt. Der Sensorkopf 3 ist an einem Sensorkopfbefestigungssitz 42 der für eine Messung vorgesehenen Maschine 4 unter Verwendung einer Sensorkopfbefestigungsschraube 8 so befestigt, dass der Abstand zwischen dem äußeren Umfang der magnetischen Trommel 20 und dem Sensorkopf eine vorgegebene Größe hat.
-
Der Magnet 12 ist durch Spritzgießen an dem Grundkörper 11 angeformt. 4 zeigt in einer graphischen Darstellung einen Grundkörper und einen Magneten beim Vorgang des Spritzgießens. Nach dem Anordnen des Grundkörpers 11 so, dass der konvexe Verbindungsteil 112 in einer Metallform 80 positioniert ist, wird ein Gemisch 70 aus einem magnetischen Pulver und Harz in die Metallform 80 eingebracht und verfestigt, wodurch der Magnet 12, dessen Form der Metallform 80 entspricht, an den Grundkörper 11 angegossen werden kann. Bei der Herstellung der magnetischen Trommel 20 muss demnach kein Klebstoff aufgebracht werden, wodurch verhindert werden kann, dass der Klebstoff nicht ausreichend verfüllt wird, in dem Klebstoff Blasen eingeschlossen sind und der Klebstoff eine ungleichmäßige Dicke hat. Dadurch kann die Ausbeute bei der Herstellung der magnetischen Trommel 20 verbessert werden.
-
Der integral durch Spritzgießen mit dem Grundkörper 11 ausgebildete Magnet 12 wird unter Verwendung der nicht von dem Magneten 12 bedeckten, freiliegenden Zentrierspur 111a als Referenz für die Rundlauftoleranz endbearbeitet. Beispielsweise wird beim Anformen des Magneten 12 an den Grundkörper 11 an der Zentrierspur 111a und an der äußeren Peripherie des Magneten 12 eine Bearbeitungsmarge miteingerechnet, wobei die Zentrierspur 111a und die äußere Peripherie des Magneten 12 gleichzeitig bearbeitet werden. Beim Anbringen der magnetischen Trommel 20 an der für eine Erfassung vorgesehenen Maschine 4 erfolgt die Befestigung so, dass die Oberfläche der Zentrierspur 111a bezüglich eines Drehzentrums der Drehachse 41 innerhalb eines vorgegebenen Rundlaufbereichs liegt. Die abschließende Bearbeitung erfolgt unter Verwendung eines Teils des angeformten Grundkörpers 11 (der Zentrierspur 111a) als Referenz und die Zentrierung zur Drehachse 41 wird unter Verwendung der Zentrierspur 111a als Referenz durchgeführt, wodurch Schwankungen des Abstands zwischen dem MR-Element 31 und dem Magneten 12, die aufgrund eines unrunden Laufs des äußeren Umfangs des Magneten 12 bei der Rotation der magnetischen Trommel 20 auftreten, auf ein niedriges Niveau gebracht werden können. Dadurch können beim Erfassen einer mit der Rotation der magnetischen Trommel 20 verknüpften Magnetfeldänderung mit Hilfe des MR-Elements 31 Störungen der Kurvenform aufgrund eines unrunden Laufs der magnetischen Trommel 20 verhindert werden.
-
Da sich der Magnet 12 zum Teil auch innerhalb des zylindrischen Abschnitts 112a befindet (ein von dem zylindrischen Abschnitt 112a, dem eingeschnürten Abschnitt 112b und dem äußeren Umfang des Hauptteils 111 umgebener Teil), wird bei einer Drehung der magnetischen Trommel 20 gemäß der Festigkeit (Zugspannung) des Magneten 12 eine der Fliehkraft entgegengesetzte Kraft erzeugt. Das bedeutet, dass der zylindrische Abschnitt 112a, bei dem es sich um einen Teil eines Zylinders handelt, den Magneten 12 gegen die Fliehkraft stützt, die bei einer Drehung der magnetischen Trommel 20 auftritt. Somit ist zwischen dem Magneten 12 und dem Grundkörper 11 kein Klebstoff zur Fixierung erforderlich.
-
Zum Vergleich wird nachstehend eine magnetische Trommel beschrieben, bei der ein Magnet und ein Grundkörper verklebt und aneinander befestig sind. 5 zeigt eine graphische Darstellung eines Aufbaus einer magnetischen Trommel, bei dem Magnet und Grundkörper durch Kleben miteinander verbunden sind. Ein ringförmiger Magnet 92 ist mit Hilfe eines Klebstoffes 93 an der äußeren Peripherie eines ringförmigen Grundkörpers 91 befestigt. Das bedeutet, dass die Klebkraft des Klebstoffes 93, mit dem der Magnet 93 an dem Grundkörper 91 befestigt ist, stärker als eine auf den Magneten 92 bei einer Drehung der magnetischen Trommel 90 einwirkende Fliehkraft oder Trägheitskraft ist.
-
6 zeigt in einer graphischen Darstellung eine magnetische Trommel in einem Zustand, bei dem eine ungenügende Verfüllung mit einem Klebstoff aufgetreten ist oder Blasen gebildet wurden. Wenn aufgrund einer ungenügenden Verfüllung mit dem Klebstoff 93 oder durch Einschluss von Blasen 95 ein Hohlraum 94 vorliegt, ist der Magnet 92 in diesen Bereichen nicht an dem Grundkörper 91 befestigt. Aufgrund der bei der Drehung der magnetischen Trommel 90 auf den Magneten 92 einwirkenden Fliehkraft kann der Magnet 92 daher teilweise abgelöst werden.
-
7 veranschaulicht eine magnetische Trommel mit einem ungleichmäßig dick aufgetragenen Klebstoff in einer graphischen Darstellung. Wenn der Magnet 92 und der Grundkörper 91 mit einem ungleichmäßig dicken Klebstoff 93 miteinander verklebt sind, weichen die Zentren von Grundkörper 91 und Magnet 92 selbst dann voneinander ab, wenn kein Hohlraum 94 durch ungenügende Verfüllung des Klebstoffes 93 oder kein Blaseneinschluss 95 vorliegt. Da eine abschließende Bearbeitung am Außendurchmesser des Magneten 92 unter Verwendung eines Zentrums 96 des Grundkörpers 91 als Bezug erfolgt, fällt das Zentrum des Außendurchmessers des Magneten 92 nach der abschließenden Bearbeitung mit dem Zentrum 96 des Grundkörpers 91 zusammen. Das Zentrum 97 des Innendurchmessers des Magneten 92 fällt nach der Endbearbeitung jedoch nicht mit dem Zentrum 96 des Grundkörpers 91 zusammen. Wenn das Zentrum des Grundkörpers 91 und das Zentrum des Magneten 92 voneinander abweichen, ist die Dicke des Magneten 92 damit nach der abschließenden Bearbeitung nicht gleichmäßig, wodurch es zu Vibrationen kommt. Der Klebstoff 93 ist an der linken Seite von 7 dünner als an der rechten Seite (a < b). Da die der abschließende Bearbeitung des Magneten 92 unter Verwendung des Zentrums 96 des Grundkörpers 91 als Referenz erfolgt, fällt das Zentrum des Außendurchmessers des Magneten 92 mit dem Zentrum 96 des Grundkörpers 91 zusammen. Das Zentrum 97 des Innendurchmessers des Magneten 92 fällt jedoch nicht mit dem Zentrum 96 des Grundkörpers 91 zusammen. Nach der abschließenden Bearbeitung ist der Magnet 92 an der linken Seite der Figur dicker als an der rechten Seite (c > d). Selbst wenn die Summe der Dicken von Klebstoff 93 und Magnet 92 gleich bleibt (a + c = b + d), gibt es einen Unterschied in der Dichte von Klebstoff 93 und Magnet 92, wobei im Allgemeinen die Dichte des Magneten 92 wesentlich größer als die des Klebstoffes 93 ist. Entsprechend fällt der Schwerpunkt der magnetischen Trommel 90 nicht mit dem Zentrum 96 des Grundkörpers 91 zusammen, wodurch bei einer Drehung der magnetischen Trommel 90 Geräusche oder Vibration erzeugt werden.
-
Bei den oben angegebenen Ausführungsformen handelt es sich bei dem Werkstoff des Grundkörpers 11 um ein eisenhaltiges Material mit magnetischen Eigenschaften. Wird der Grundkörper 11 jedoch aus einem nichtmagnetischen Material gebildet (beispielsweise Aluminium), genügt es, an dem innersten Umfang der magnetischen Trommel 2 eine magnetische Abschirmung anzubringen. 8 veranschaulicht in einer graphischen Darstellung einen Aufbau einer magnetischen Trommel, an deren innersten Umfang eine magnetische Abschirmung angebracht ist, wobei eine magnetische Abschirmung 13 am inneren Umfang des Grundkörpers 11 montiert ist. Da die magnetische Trommel 20 eine hohle Struktur hat, wird, wenn bei der Montage der magnetischen Trommel 20 an der Drehachse 41 der für die Erfassung vorgesehenen Maschine 4 ein Kabel oder dergleichen, durch das ein hoher Strom fließt, innerhalb der magnetischen Trommel 2 angeordnet wird, bei einem Stromfluss durch das Kabel ein magnetisches Feld erzeugt, das das Erfassungsergebnis des MR-Elements 31 beeinträchtigen kann. Indem der Grundkörper 11 aus einem magnetischen Material gebildet wird oder am inneren Umfang des Magneten 12 eine magnetische Abschirmung 13 angebracht wird, kann eine Beeinträchtigung durch ein einen starken Strom führendes Kabel oder dergleichen, das innerhalb der magnetischen Trommel 2 angeordnet ist, vermieden werden, wodurch die Zuverlässigkeit der Winkelerfassung mit dem MR-Element 31 verbessert werden kann.
-
In dem magnetischen Drehgeber gemäß der ersten Ausführungsform sind der Magnet 12 und der Grundkörper 11 auf diese Weise in einem Zustand fixiert, in dem der Grundkörper 11 in den konkaven Abschnitt, der in dem Magneten 12 ausgebildet ist, eingepasst ist, wodurch verhindert wird, dass der Magnet bei einer Rotation mit hoher Drehzahl bricht. Durch Anformen des Magneten 12 an den Grundkörper 11 kann der Magnet 12, auch wenn der Magnet 12 eine komplexe Form aufweist, über den gesamten Umfang gleichmäßig fixiert werden, wodurch eine partielle Abnahme der Befestigungskraft und eine Verschiebung des Schwerpunkts verhindert werden kann. Da das integrale Ausbilden mit einer Spritzgussvorrichtung durchgeführt werden kann, können die Herstellungskosten durch eine Automatisierung verringert werden.
-
Zweite Ausführungsform.
-
9 zeigt eine schematische graphische Darstellung zum Veranschaulichen eines Aufbaus eines magnetischen Drehgebers gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der magnetische Drehgeber gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist ähnlich der ersten Ausführungsform eine magnetische Trommel und einen Sensorkopf auf. Der Aufbau des konvexen Verbindungsteils 112 unterscheidet sich jedoch von dem der ersten Ausführungsform.
-
Der zylindrische Abschnitt 112a der ersten Ausführungsform wird von rechtwinklig zueinander angeordneten Ebenen gebildet, erstreckt sich in axialer Richtung und ist axialsymmetrisch. Ein zylindrischer Abschnitt 112d gemäß der zweiten Ausführungsform wird dagegen von mehreren Ebenen gebildet, wobei Oberflächen eingeschlossen sind, die nicht in einem rechten Winkel zueinander stehen, er erstreckt sich in axialer Richtung und ist axialsymmetrisch, wobei ein Bereich am eingeschnürten Abschnitt 112b eingeschnürt und schmäler ist. Eine solche Form wird, im Querschnitt betrachtet, als ”asymmetrische Form” bezeichnet. Bei der zweiten Ausführungsform ist die zum Innendurchmesser weisende Seite des zylindrischen Abschnitts 112d schräg, sodass eine Bearbeitung des eingeschnürten Abschnitts 112b an der Seite zur Zentrierspur 111a einfacher ist. Die zum Außendurchmesser weisende Seite kann ebenfalls schräg sein oder es kann eine Schräge an einer Seite, die nicht zur Zentrierspur 111a weist, ausgebildet sein.
-
Dritte Ausführungsform
-
10 zeigt eine schematische graphische Darstellung zum Veranschaulichen eines Aufbaus eines magnetischen Drehgebers gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der magnetische Drehgeber gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist ähnlich der ersten Ausführungsform eine magnetische Trommel und einen Sensorkopf auf. Der Aufbau des konvexen Verbindungsteils 112 unterscheidet sich jedoch von dem der ersten Ausführungsform.
-
Der zylindrische Abschnitt 112a der ersten Ausführungsform wird von rechtwinklig zueinander angeordneten Ebenen gebildet, erstreckt sich in axialer Richtung und ist axialsymmetrisch. Ein zylindrischer Abschnitt 112e gemäß der dritten Ausführungsform wird dagegen von mehreren Ebenen gebildet, wobei Oberflächen eingeschlossen sind, die nicht in einem rechten Winkel zueinander stehen, und ist axialsymmetrisch. Eine Endseite (in 10 eine Unterseite) in axialer Richtung des zylindrischen Abschnitts 112e weist eine axiale Erstreckung auf, wobei ein Endabschnitt so gebogen ist, dass er sich in eine radiale Richtung (in Richtung des Zentrums der magnetischen Trommel) erstreckt und wobei ein Bereich am eingeschnürten Abschnitt 112b eingeschnürt und schmäler ist. Eine solche Form wird, im Querschnitt betrachtet, als ”Hakenform” bezeichnet. Durch die Ausbildung des zylindrischen Abschnitts 112e in Hakenform hakt sich der Magnet 12 in dem Grundkörper 11 ein, sodass die Haltekraft des Magneten 12 gegenüber einer Fliehkraft verbessert werden kann. Der zylindrische Abschnitt 112e weist gemäß der dritten Ausführungsform an der zur Zentrierspur 111a weisenden Seite keine Hakenform auf, da die Bearbeitung schwierig wäre, und ist T-förmig ausgebildet. Wenn eine Bearbeitung möglich ist, kann der zylindrische Abschnitt 112e in beiden axialen Richtungen hakenförmig ausgebildet sein.
-
Die Elemente der ersten bis dritten Ausführungsform können kombiniert werden, die Ebene kann durch eine gekrümmte Fläche ersetzt sein oder ein von den Seiten gebildeter Winkel kann anders sein. Beispielsweise kann der zylindrische Abschnitt von einer Ebene und einer gekrümmten Fläche gebildet sein und besitzt eine Form, bei der sich der zylindrische Abschnitt in axialer Richtung erstreckt und sich ein Ende des Abschnitts in diagonaler Richtung erstreckt, um in Bezug auf die axiale Richtung eine symmetrische Form auszubilden. 11 zeigt eine schematische graphische Darstellung zur Veranschaulichung eines Aufbaus eines magnetischen Drehgebers, bei dem ein zylindrischer Abschnitt 112f von einer Ebene und einer gekrümmten Fläche gebildet wird und sich in axialer Richtung erstreckt, wobei sich ein Ende des Abschnitts in diagonaler Richtung erstreckt, um in Bezug auf die axiale Richtung eine symmetrische Form auszubilden.
-
Vierte Ausführungsform
-
Ein magnetischer Drehgeber gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist so ausgebildet, dass er ähnlich der ersten Ausführungsform eine magnetische Trommel und einen Sensorkopf aufweist. Der Aufbau der magnetischen Trommel unterscheidet sich jedoch von dem der ersten Ausführungsform. 12 zeigt eine Schnittansicht zur Veranschaulichung eines Aufbaus der magnetischen Trommel des magnetischen Drehgebers gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die magnetische Trommel 2 umfasst einen Grundkörper 21 und einen Magneten 22. Der Grundkörper 21 weist ein einen Zylinderabschnitt bildendes Zylinderelement 211 und ein einen Flanschabschnitt bildendes Flanschelement 212 auf. Das Zylinderelement 211 und das Flanschelement 212 sind so miteinander kombiniert, dass sie in der Querschnittsansicht eine T-Form ausbilden. Das Zylinderelement 211 und das Flanschelement 212 sind mittels einer Presspassung oder durch Punktschweißung aneinander befestigt. Das Flanschelement 212 ist für die Befestigung an einer Welle einer für eine Messung vorgesehenen Maschine mit Befestigungslöchern 24 ausgebildet. Der Magnet 22 umgibt das Zylinderelement 211 im Wesentlichen. In der Nähe eines oberen Endes 211a ragt das Zylinderelement 211 jedoch aus dem Magneten 22 heraus und die äußere Peripherie eines aus dem Magneten 22 herausragenden Abschnitts ist als Referenzebene für eine Zentrierspur 211b ausgebildet, die an der äußeren Peripherie des Magneten 12 eine Referenz für die Rundlauftoleranz bildet. Die Zentrierspur 211b ist über den gesamten Umfang des Zylinderelements 211 ringförmig ausgebildet.
-
13 zeigt eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung einer Form der äußeren Peripherie eines Zylinderelements. An dem Zylinderelement 211 sind in vorgegebenen Abständen Haltelöcher 211c ausgebildet. Hier wird als Beispiel eine Ausgestaltung beschrieben, bei der die Haltelöcher 211c an der gesamten Oberfläche des Zylinderelements 211 ausgebildet sind, wobei die Haltelöcher 211c jedoch nur in einem Bereich auf der Seite des in Bezug auf das Flanschelement 212 oberen Endes 211a vorgesehen sein können. 14 zeigt eine Schnittansicht der magnetischen Trommel in einem Bereich mit Haltelöchern. Der Bereich des Magneten 22 an der Seite oberhalb des Flanschelements 212 und an der Innenseite des Zylinderelements 211 ist mit einem Bereich des Magneten 22 außerhalb des Zylinderelements 211 über das Halteloch 211c verbunden. Dies bedeutet, dass der Magnet 22 die Haltelöcher 211c so verfüllt, dass er sich durch diese hindurch zur Innenseite des Zylinderelements 211 erstreckt. Die magnetische Trommel 2 weist eine Form auf, bei der der Grundkörper 21 in einer Querschnittsansicht des Abschnitts mit dem Halteloch 211c in den konkaven Bereich des Magneten 22 eingepasst ist.
-
Das Zylinderelement 211 und das Flanschelement 212 sind durch Pressen oder Schneiden eines eisenhaltigen Materials mit magnetischen Eigenschaften gebildet. Im Allgemeinen können die Gestehungskosten durch Schneiden niedrig gehalten werden, wenn der Durchmesser der magnetischen Trommel 2 klein ist, und durch Pressen, wenn der Durchmesser der magnetischen Trommel 2 groß ist. Die äußere Peripherie des Zylinderelements 211 wird gerändelt. Wenn das Zylinderelement 211 und das Flanschelement 212 durch Pressen geformt sind, kann eine Querschnittfläche des Grundkörpers 21 im Vergleich zur Ausbildung des Zylinderelements 211 und des Flanschelements 212 durch Schneiden verkleinert werden, wodurch bei der magnetischen Trommel 2 Gewicht eingespart werden kann.
-
Da der Magnet 22 auch in dem Bereich innerhalb des Zylinderelements 211 vorhanden ist, wird eine der bei Drehung der magnetischen Trommel 2 erzeugten Fliehkraft entgegengesetzte Kraft durch die Festigkeit (Zugspannung) des Magneten 22 selbst erzeugt. Das einen zylindrischen Abschnitt bildende Zylinderelement 211 stützt nämlich den Magneten 22 gegen die bei einer Rotation der magnetischen Trommel 2 erzeugte Fliehkraft ab. Daher ist zwischen dem Grundkörper 21 und dem Magneten 22 kein Klebstoff zur Befestigung nötig. Ferner kann, da die äußere Peripherie des Zylinderelements gerändelt ist, verhindert werden, dass sich der Magnet 22 aufgrund einer bei der Beschleunigung und Verzögerung erzeugten Trägheitskraft relativ zum Zylinderelement 211 in Rotationsrichtung verschiebt.
-
In der oben angegebenen Beschreibung handelt es sich bei dem Material des Grundkörpers 21 um ein eisenhaltiges Material mit magnetischen Eigenschaften. Wird der Grundkörper 21 jedoch aus einem nichtmagnetischen Material gebildet (beispielsweise Aluminium), genügt es, ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform an dem inneren Umfang des Magneten 22 eine magnetische Abschirmung anzubringen.
-
Ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform ist der Magnet 22 durch Spritzguss an den Grundkörper 21 angeformt. Bei der Herstellung der magnetischen Trommel 20 muss daher kein Klebstoff aufgetragen werden, wodurch bei dem Klebstoff ein Auftreten von Hohlräumen aufgrund einer unvollständigen Verfüllung und eines Auftreten von Blaseneinschlüssen sowie eine ungleichmäßige Dicke verhindert werden können. Dadurch wird ein Bruch der magnetischen Trommel während einer Rotation mit hoher Drehzahl verhindert, wobei Vibrationen ähnlich wie bei der magnetischen Trommel 2 gemäß der ersten Ausführungsform vermieden werden können.
-
Fünfte Ausführungsform
-
Ein magnetischer Drehgeber gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist so ausgebildet, dass er ähnlich der ersten Ausführungsform eine magnetische Trommel und einen Sensorkopf aufweist. Der Aufbau der magnetischen Trommel der fünften Ausführungsform unterscheidet sich jedoch von dem der ersten Ausführungsform. 15 veranschaulicht in einer graphischen Darstellung einen Aufbau der magnetischen Trommel des magnetischen Drehgebers gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die magnetische Trommel 5 umfasst einen Grundkörper 51 und einen Magneten 52. Der Grundkörper 51 weist ein Zylinderelement 511 und ein zylindrisches Flanschelement 512 auf. Das Zylinderelement 511 und das zylindrische Flanschelement 512 sind so miteinander kombiniert, dass sie in der Querschnittsansicht eine T-Form ausbilden. Das Zylinderelement 511 und das zylindrische Flanschelement 512 sind mittels einer Presspassung oder durch Punktschweißen aneinander befestigt. Wenn das Zylinderelement 511 und das zylindrische Flanschelement 512 durch eine Presspassung befestigt sind, ist der Durchmesser des Zylinderelements 511 etwas größer als der Durchmesser des zylindrischen Flanschelements 512 ausgebildet, sodass das zylindrische Flanschelement 512 in das Zylinderelement 511 eingebracht werden kann. 16 veranschaulicht in einer graphischen Darstellung einen Aufbau einer magnetischen Trommel mit einem Grundkörper, bei dem ein Zylinderelement und ein zylindrisches Flanschelement durch eine Presspassung aneinander befestigt sind.
-
Das zylindrische Flanschelement 512 umfasst einen zylindrischen Teil 512a und einen Flanschteil 512c, wobei der zylindrische Teil 512a und der Flanschteil 512c so gebogen sind, dass sie in der Querschnittsansicht eine L-Form ausbilden. Der Flanschteil 512c ist mit Befestigungslöchern 54 zur Befestigung an einer Welle einer der Erfassung zu unterziehenden Maschine ausgebildet. Daher bilden bei der fünften Ausführungsform das Zylinderelement 511 und der zylindrische Teil 512a einen Zylinderabschnitt und der Flanschteil 512c bildet einen Flanschabschnitt.
-
Der Magnet 52 ist so angebracht, dass er den zylindrischen Teil 512a des zylindrischen Flanschelements 512 und das Zylinderelement 511 umgibt. In der Nähe eines oberen Endes des zylindrischen Teils 512a ragt der zylindrische Teil 512a aus dem Magneten 52 heraus, wobei die äußere Peripherie eines aus dem Magneten 52 herausragenden Bereichs als Zentrierspur 512b ausgebildet ist. Die Zentrierspur 512b ist über den gesamten Umfang des zylindrischen Teils 512a ringförmig ausgebildet. Ähnlich zur vierten Ausführungsform sind in dem zylindrischen Teil 512a des zylindrischen Flanschelements 512 und dem Zylinderelement 511 in vorgegebenen Abständen Haltelöcher 53 ausgebildet. In 15 und 16 ist ein Bereich des Magneten 52 an der Seite oberhalb des Flanschteils 512c und an der Innenseite des zylindrischen Teils 512a über das Halteloch 53 mit einem Bereich des Magneten 52 an der Außenseite des zylindrischen Teils 512a verbunden. Dies bedeutet, dass der Magnet 52 die Haltelöcher 53 so verfüllt, dass er sich durch diese zur Innenseite des zylindrischen Teils 512a erstreckt. Die magnetische Trommel 5 weist eine Form auf, bei der der Grundkörper 51 in einer Querschnittsansicht des Abschnitts mit dem Halteloch 53 in den konkaven Bereich des Magneten 52 eingepasst ist.
-
Das Zylinderelement 511 und das zylindrische Flanschelement 512 sind durch Pressen eines eisenhaltigen Plattenmaterials gebildet. Werden das Zylinderelement 511 und das zylindrische Flanschelement 512 aus einem nichtmagnetischen Material gebildet (beispielsweise Aluminium), wird ähnlich wie bei der ersten bis vierten Ausführungsform an dem inneren Umfang des Magneten 52 eine magnetische Abschirmung angebracht.
-
Ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform ist der Magnet 52 durch Spritzguss an den Grundkörper 51 angeformt. Bei der Herstellung der magnetischen Trommel 5 muss daher kein Klebstoff aufgetragen werden, wodurch das Auftreten von Hohlräumen aufgrund einer unvollständigen Verfüllung mit dem Klebstoff und ein Auftretens von Blaseneinschlüssen in dem Klebstoff sowie eine ungleichmäßige Dicke des Klebstoffs verhindert werden können. Dadurch kann ein Bruch der magnetischen Trommel während einer Rotation mit hoher Drehzahl verhindert werden, wobei Vibrationen ähnlich wie bei der magnetischen Trommel 2 gemäß der ersten Ausführungsform vermieden werden können.
-
Sechste Ausführungsform
-
Ein magnetischer Drehgeber gemäß der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ähnlich der ersten Ausführungsform eine magnetische Trommel und einen Sensorkopf. Der Aufbau der magnetischen Trommel der sechsten Ausführungsform unterscheidet sich jedoch von dem der ersten Ausführungsform. 17 veranschaulicht in einer graphischen Darstellung einen Aufbau einer magnetischen Trommel des magnetischen Drehgebers gemäß der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die magnetische Trommel 6 umfasst einen Grundkörper 61 und einen Magneten 62. Der Grundkörper 61 weist im Querschnitt eine L-Form auf, die einen Zylinderabschnitt 612 und einen Flanschabschnitt 613 mit einem gekrümmten Abschnitt 611 dazwischen aufweist. Der Flanschabschnitt 613 ist mit Befestigungslöchern 64 zur Befestigung an einer Welle einer der Messung zu unterziehenden Maschine ausgebildet.
-
Der Magnet 62 ist so angebracht, dass er den zylindrischen Abschnitt 612 des Grundkörpers 61 im Wesentlichen umgibt. Das bedeutet, dass die magnetische Trommel 6 eine Form aufweist, bei der der Grundkörper 61 in der Querschnittsansicht in einen konkaven Abschnitt des Magneten 62 eingepasst ist. In der Nähe des gekrümmten Abschnitts 611 ragt der Grundkörper 61 jedoch aus dem Magneten 62 heraus, wobei die äußere Peripherie eines aus dem Magneten 62 ragenden Bereichs als Zentrierspur 614 ausgebildet ist. Die Zentrierspur 614 ist über den gesamten Umfang des Grundkörpers 61 ringförmig ausgebildet. In dem zylindrischen Teil 612 des Grundkörpers 61 sind in vorgegebenen Abständen Haltelöcher 615 ausgebildet. In 17 ist ein Bereich des Magneten 62 an der Innenseite des zylindrischen Abschnitts 612 des Grundkörpers 61 über das Halteloch 615 mit einem Bereich des Magneten 62 an der Außenseite des zylindrischen Abschnitts 612 verbunden. Dies bedeutet, dass der Magnet 62 auch das Halteloch 615 verfüllt, sodass er sich durch dieses hindurch zur Innenseite des zylindrischen Abschnitts 612 erstreckt.
-
Der Grundkörper 61 wird durch Pressen eines eisenhaltigen Plattenmaterials gebildet. Wenn der Grundkörper 61 aus einem nichtmagnetischen Material gebildet werden soll (beispielsweise Aluminium), wird ähnlich wie bei der ersten bis fünften Ausführungsform an dem inneren Umfang des Magneten 62 eine magnetische Abschirmung angebracht.
-
Ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform ist der Magnet 62 gemäß der sechsten Ausführungsform durch Spritzguss an den Grundkörper 61 angeformt. Bei der Herstellung der magnetischen Trommel 6 muss daher kein Klebstoff aufgetragen werden, wodurch das Auftreten von Hohlräumen aufgrund einer unvollständigen Verfüllung mit Klebstoff und eines Auftretens von Blaseneinschlüssen in dem Klebstoff sowie eine ungleichmäßige Dicke des Klebstoffs verhindert werden können. Dadurch kann ein Bruch der magnetischen Trommel während einer Rotation mit hoher Drehzahl verhindert werden, wobei Vibrationen ähnlich wie bei der magnetischen Trommel 2 gemäß der ersten Ausführungsform vermieden werden können.
-
Bei der sechsten Ausführungsform können, da der Grundkörper 61 aus einer einzigen Komponente gebildet ist, die Herstellungskosten für die magnetische Trommel 6 durch Verringerung der Anzahl der Komponenten niedriger als bei der ersten bis fünften Ausführungsform gehalten werden. Andererseits wirkt die Fliehkraft so auf den Magneten 62 ein, dass der Krümmungswinkel des Grundkörpers 61 vergrößert wird, wodurch die Genauigkeit beim Drehen der magnetischen Trommel 6 mit hoher Drehzahl schlechter werden kann. Daher genügt es, wenn der magnetische Drehgeber in Abhängigkeit von der Anwendung so gewählt wird, dass ein magnetischer Drehgeber gemäß der ersten bis fünften Ausführungsform verwendet wird, wenn die magnetische Trommel an einer mit hoher Drehzahl rotierenden Welle befestigt und eingesetzt wird, und ein magnetischer Drehgeber gemäß der sechsten Ausführungsform verwendet wird, wenn die magnetische Trommel an einer mit geringer Drehzahl rotierenden Welle befestigt und eingesetzt wird.
-
Bei der obigen Beschreibung wurde als Beispiel ein von einer Komponente gebildeter Grundkörper beschrieben, der im Querschnitt eine L-Form aufweist; ein Zylinderabschnitt und ein Flanschabschnitt können jedoch auch als getrennte Elemente ausgebildet sein und durch Schweißen oder dergleichen fixiert werden. Wenn der Zylinderabschnitt 612 und der Flanschabschnitt 613 beispielsweise als separate Elemente ausgebildet sind, kann der im Querschnitt eine L-Form aufweisende Grundkörper von zwei Komponenten gebildet sein, wodurch die Herstellungskosten geringer als die Herstellungskosten eines magnetischen Drehgebers gemäß der vierten und fünften Ausführungsform gehalten werden können.
-
Gewerbliche Anwendbarkeit
-
Wie oben beschrieben ist der magnetische Drehgeber gemäß der vorliegenden Erfindung zweckmäßig, da die Gestehungskosten der magnetischen Trommel niedrig sind und der magnetische Drehgeber eine hohe Zuverlässigkeit aufweist. Der magnetische Drehgeber eignet sich konkret zur Erfassung eines Winkels einer Welle bei Rotation mit hoher Drehzahl.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1 magnetischer Drehgeber; 2, 5, 6, 20, 90 magnetische Trommel; 3 Sensorkopf, 4 zu Messung vorgesehene Maschine; 7 Trommelbefestigungsschraube; 8 Sensorkopfbefestigungsschraube; 11, 21, 51, 61, 91 Grundkörper; 12, 22, 52, 62, 92 Magnet; 13 magnetische Abschirmung; 14, 24, 54, 64 Befestigungsloch; 32 Kabel; 33 Signalverarbeitungseinheit; 41 Drehachse; 42 Sensorkopfbefestigungssitz; 70 Gemisch aus magnetischem Pulver und Harz; 80 Metallform; 93 Klebstoff; 94 Hohlraum; 95 Blase; 96 Zentrum des Grundkörpers; 97 Zentrum des Innendurchmessers des Magneten; 111 Hauptteil; 111a, 211b, 512b, 614 Zentrierspur; 112 konvexer Verbindungsteil; 112a, 112d, 112e, 112f zylindrischer Abschnitt; 112b eingeschnürter Abschnitt; 112c Nut; 211, 511 Zylinderelement; 211a oberes Ende; 53, 211c, 615 Halteloch; 212 Flanschelement; 512 zylindrisches Flanschelement; 611 gekrümmter Bereich; 612 Zylinderabschnitt; 613 Flanschabschnitt.
