DE10135784B4

DE10135784B4 - Mit einem Rotationssensor versehenes Lager sowie mit diesem ausgerüsteter Motor

Info

Publication number: DE10135784B4
Application number: DE10135784.2A
Authority: DE
Inventors: Kenichi Iwamoto; Toru Takahashi; Koichi Okada; Takashi Koike; Yoshitaka Nagano; Motoharu Niki; Kazuyuki Inokuchi
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2000-07-26
Filing date: 2001-07-23
Publication date: 2015-09-17
Anticipated expiration: 2021-07-24
Also published as: US20040196027A1; US6741073B2; DE10135784A1; US6841993B2; US20020030482A1

Abstract

Mit einem Rotationssensor versehenes Lager, welches einen inneren Ring (703), einen äußeren Ring (701) und eine Mehrzahl von Wälzelementen (702), welche zwischen dem inneren Ring (703) und dem äußeren Ring (701) gelagert sind, umfasst, so dass der innere Ring (703) oder der äußere Ring (701) einen rotierenden Lagerring bildet, und der andere von dem inneren Ring (703) und dem äußeren Ring (701) einen feststehenden Lagerring bildet, welches weiterhin umfasst:
einen Impulsgeberring (704), welcher an einem Ende des rotierenden Lagerringes befestigt ist; und
einen Sensor (705), welcher an dem feststehenden Lagerring, gegenüber dem Impulsgeberring (704) befestigt ist und der die Rotationsgeschwindigkeit erfasst, wobei der Impulsgeberring (704) ein magnetisierter Codierer ist, welcher aus einem Elastomer besteht, welches ein Magnetpulver enthält, und isotropes Magnetpulver benutzt wird, wenn der Codierer ein analoges Signal ausgibt, während anisotropes Magnetpulver benutzt wird, wenn der Codierer ein Rechteckwellensignal ausgibt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Anwendungsgebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein mit einem Rotationssensor versehenes Lager, und insbesondere betrifft sie die Bauweise eines Lagers, welches in einem Mehrzweckmotor eingesetzt wird, der eine Rotationserfassungsfunktion erfordert.
Die vorliegende Erfindung betrifft speziell ein mit einem Rotationssensor versehenes Lager, das eine Funktion zur Erfassung der Drehzahl oder der Drehrichtung aufweist.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein mit einem Rotationssensor versehenes Lager sowie einen Motor, in welchem dieses verwendet wird, und insbesondere betrifft sie ein mit einem Rotationssensor versehenes Lager, welches eine Welle lagert, die eine die Rotation erfassende Funktion erfordert. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein mit einem Rotationssensor versehenes Lager, welches in der Umgebung eines Mehrzweckmotors oder dergleichen eingesetzt wird, der ein großes Magnetfeld erzeugt.
Beschreibung des Standes der Technik
Erster Stand der Technik
Die Struktur eines mit einem Rotationssensor versehenen Lagers 500 nach einem ersten Stand der Technik wird im Zusammenhang mit 26 beschrieben. 26 ist ein Querschnitt, welcher die Struktur des Lagers 500 zeigt, welches mit einem Rotationssensor versehen ist. Dieses mit einem Rotationssensor versehene Lager 500, das ein Wälzlager bildet, umfaßt einen äußeren Ring 1, einen inneren Ring 3 und Wälzelemente 2. Ein Deckelement ist zwischen dem äußeren Ring 1 und dem inneren Ring 3 vorgesehen.
Wenn der innere Ring 3 den rotierenden Lagerring darstellt, wird ein Impulsgeberring 4 durch einen Mandril 5 an dem inneren Ring 3 befestigt. Wenn der äußere Ring 1 den feststehenden Lagerring darstellt, wird ein magnetischer Sensor 8 durch ein Sensorgehäuse 7 und einen Sensorgehäuse-Befestigungsring 6 an dem äußeren Ring 1 befestigt. Das Lager 500, welches mit einem Rotationssensor versehen ist, der die zuvor beschriebene Struktur aufweist, und welches kompakt und dauerhaft ist, und keine Kontrolle hinsichtlich der Montage erfordert, wird als Lager für die rotierende Welle eines Motors verwendet.
Problem beim ersten Stand der Technik
27 zeigt ein Lager 500, welches mit einem Rotationssensor versehen ist, das die zuvor beschriebene Struktur aufweist und in einem Motor angeordnet ist. 27 ist eine Schnittansicht, welche die Struktur des Motors zeigt, in welchem das Lager 500 mit einem Rotationssensor angeordnet ist. Ein Rotor 11 des Motors, welcher mit einer rotierenden Welle 12 versehen ist, wird in einem Gehäuse 13 durch ein vorderes Lager 14 und ein hinteres Lager 15 gelagert, und ein Stator 10 des Motors ist ebenfalls in dem Gehäuse 13 angeordnet. In dem in 27 dargestellten Motor enthält das hintere Lager 15 einen Rotationssensor.
Wenn dem Stator 10 des Motors ein starker Strom zugeführt wird, entsteht ein magnetischer Fluß. Es wird ein Magnetkreis erzeugt, welcher durch den Rotor 11 des Motors, die Motorwelle 12, den inneren Ring 3, den äußeren Ring 1 und das Gehäuse 13 hindurchgeht und zum Stator 10 des Motors zurückfließt, wie dies durch die Pfeile in 27 dargestellt ist. Zu diesem Zeitpunkt nimmt ein nichtmagnetischer Bereich den größten Teil des Raumes zwischen dem inneren Ring 3 und dem äußeren Ring 1 mit Ausnahme der Wälzelemente 2 ein. Die magnetischen Wälzelemente 2 befinden sich in Punktkontakt mit dem inneren Ring 3 und dem äußeren Ring 1 und werden nur an etwa sechs umgebenden Bereichen gehalten. Deshalb hat der Weg durch den inneren Ring 3, die Wälzelemente 2 und den äußeren Ring 1 einen hohen magnetischen Widerstand.
Dementsprechend zeigt das Lager 15 einen hohen magnetischen Widerstand, welcher tatsächlich zur Streuung des magnetischen Flusses führt. Die Streuung des magnetischen Flusses führt zum Fluß zum Befestigungsring 6 am Sensorgehäuse und zum Mandril 5, welche magnetische Teile darstellen, und dies beeinflußt in ungünstiger Weise den Magnetsensor 8 und beeinträchtigt das Sensorsignal.
Zweiter Stand der Technik
Ein anderer Typ eines Lagers, welches mit einem Rotationssensor versehen ist, besitzt ein rotierendes Element, das ein Sensorziel, z. B. ein magnetisches Muster besitzt, und ein feststehendes Element, welches mit einem Sensorelement zur Ermittlung der relativen Drehbewegung des Sensorzieles in bezug zum Sensorelement versehen ist, gibt ein elektrisches Signal aus.
Die 28 und 29 zeigen die geschnittenen Strukturen der Lager 600a und 600b, welche mit Rotationssensoren nach dem zweiten Stand der Technik versehen sind. Jedes der Lager 600a und 600b, welches mit Rotationssensoren versehen ist, besitzt einen inneren Ring 601, einen äußeren Ring 603 sowie Wälzelemente 602, die in einem Ringraum vorgesehen sind, welcher zwischen dem inneren Ring 601 und dem äußeren Ring 603 gebildet wird. Wenn der innere Ring 601 das rotierende Element darstellt, wird ein Codierring 604, welcher als Sensorziel dient, an dem inneren Ring 601 befestigt. Wenn der äußere Ring 603 das nichtrotierende Element darstellt, wird ein Rotationserfassungssensor 605, welcher die Rotation des Codierringes 604 ermittelt, an dem äußeren Ring 603 befestigt.
Problem beim zweiten Stand der Technik
Um ein Ausgangssignal von dem Rotationserfassungssensor 605 zu erhalten, muß ein Kabel von einer Leiterplatte, in welcher der Rotationserfassungssensor 605 angeordnet ist, herausgezogen werden. Wenn der Außendurchmesser des Lagers 600a oder 600b größer als 30 mm beträgt, kann ein Kabel 610 von einer axialen Endfläche des Lagers 600a, das mit einem Rotationssensor versehen ist, wie dies in 28 erkennbar ist, oder von der äußeren peripheren Fläche des Lagers 600b, welches mit einem Rotationssensor versehen ist, wie dies in 29 dargestellt ist, herausgezogen werden.
Wenn der Außendurchmesser das Lager 600a oder 600b weniger als 30 mm beträgt, ist jedoch kein Platz zum Herausführen des Kabels 610 vorhanden, und es ist schwierig, ein Signal von dem Rotationserfassungssensor 605 abzuleiten.
Dritter Stand der Technik
30 ist eine Schnittdarstellung, welche ein Lager zeigt, das mit einem Rotationssensor nach einem dritten Stand der Technik versehen ist. Wie 30 zeigt, ist dieses Lager, welches mit einem Rotationssensor versehen ist, ein Wälzlager, das durch einen äußeren Ring 701, einen inneren Ring 703 und Wälzelemente 702 gebildet wird, und ein Impulsgeberring 704 ist an dem rotierenden Element (z. B. dem inneren Ring 703) befestigt, während der magnetische Sensor 705 an dem nichtrotierenden Element (z. B. dem äußeren Ring 701) über ein Sensorgehäuse 706 befestigt ist. Ein magnetischer Codierer wird auf der Oberfläche des Impulsgeberringes 704 gebildet. Ein solches mit einem Rotationssensor versehenes Lager, welches klein und dauerhaft ist und keine Kontrolle der Montage erfordert, wird als Lager für einen Motor oder dergleichen verwendet.
Alternativ können der äußere Ring 701 und der innere Ring 703 jeweils als rotierende oder nichtrotierende Elemente verwendet werden.
Der Sensor eines solchen mit einem Rotationssensor versehenen Lagers erzeugt den in 31A dargestellten Ausgang oder den in 31B dargestellten Rechteckwellen-Ausgang. Ein analoger Ausgangssensor muß eine sich wiederholende Reproduzierbarkeit einer Sinus-Wellenform besitzen, und deshalb ist die Gleichförmigkeit der Magnetisierungsintensität für den magnetischen Codierer wichtig. Ein Rechteckwellen-Ausgangssensor verwendet ein Ausgangssignal in einer gesättigten Wellenform, und deshalb ist eine starke Magnetisierungsintensität in stärkerem Maße als die Gleichförmigkeit der Magnetisierungsintensität erforderlich. Wenn die Magnetisierungsintensität groß ist, verändert sich die magnetische Feldstärke in starkem Maße, wodurch in vorteilhafter Weise die Genauigkeit des Anstieges erhöht oder der Sensorzwischenraum vergrößert wird.
Problem beim dritten Stand der Technik
Allgemein wird ohne Rücksicht auf das Ausgangssignal anisotropes magnetisches Pulver für den magnetischen Codierer verwendet. Bei Verwendung von anisotropem magnetischen Pulver für einen Codierer mit analogem Ausgang ergibt sich jedoch in ungünstiger Weise eine starke Steuung der Amplitude des sinuswellenförmigen Ausganges.
Vierter Stand der Technik
32 ist eine Längsschnittansicht eines mit einem Rotationssensor nach dem vierten Stand der Technik versehenen Lagers. Wie 32 zeigt, handelt es sich um ein mit einem Rotationssensor versehenes Wälzlager, welches durch einen äußeren Ring 801, einen inneren Ring 803 sowie ein Wälzelement 802 gebildet wird, und ein Impulsgeberring 804 ist an der rotierenden Seite (z. B. an der Seite des inneren Ringes 803) durch einen Mandril 805 befestigt, während ein magnetischer Sensor 808 an der nichtrotierenden Seite (z. B. an der Seite des äußeren Ringes 801) durch ein Sensorgehäuse 807 und einen Sensorgehäuse-Befestigungsring 806 befestigt ist. Ein solches Lager, welches mit einem Rotationssensor versehen ist, und welches klein und dauerhaft ist und keine Kontrolle der Montage erfordert, wird als Lager für einen Motor oder dergleichen verwendet.
Problem beim vierten Stand der Technik
Wenn das in 32 dargestellte Lager, welches mit einem Rotationssensor versehen ist, im Magnetkreis einer Spule oder eines Magneten angeordnet ist, welche ein starkes Magnetfeld erzeugen, zeigt der Ausgang des mit einem Rotationssensor versehenen Lagers eine Fehlanzeige, die durch einen Streufluß des äußeren magnetischen Feldes verursacht wird.
33 zeigt z. B. das in einem Motor angeordnete mit einem Rotationssensor versehene Lager. Wie in 33 erkennbar ist, wird der Rotor 811 des Motors durch ein vorderes Lager 814 und ein hinteres Lager 815, welches mit einem Rotationssensor versehen ist, gelagert, wobei die rotierende Welle 812 in einem Gehäuse 813 angeordnet ist, an welchem der Stator 810 des Motors befestigt ist. Wenn dem Stator 810 des Motors ein starker Strom zugeführt wird, kann der magnetische Fluß nicht vernachlässigt werden, und es wird ein Magnetkreis erzeugt, welcher durch den Rotor 811 des Motors, die Rotorwelle 812, den inneren Ring 803 und den äußeren Ring 801 sowie das Gehäuse 813 hindurchgeht und zum Stator 810 des Motors zurückkehrt, wie dies durch Pfeile in 33 erkennbar ist.
Bei Umkehr der Richtung des Stromes wird auch der magnetische Kreis umgekehrt. In diesem Moment nimmt ein nichtmagnetischer Bereich vorzugsweise den Raum zwischen dem inneren Ring 803 und dem äußeren Ring 801 mit Ausnahme der Wälzelemente 802 und einer Halterung 819 ein und erhöht den magnetischen Widerstand, und dadurch streut der magnetische Fluß tatsächlich und beeinflußt den magnetischen Sensor 808 und stört das Sensorsignal oder verursacht eine Fehlfunktion.
Weiterer Stand der Technik
Weiterer Stand der Technik findet sich auf anderen technischen Gebieten. DE 41 35 789 A1 beschreibt einen Drehgeschwindigkeitssensor für ein Antiblockiersystem eines Kraftfahrzeuges, das einen Impulsgeberring aufweist, der auf einem rotierbaren Außenumfang eines Außenringes eines Radlagers montiert ist. In diesem Dokument wird vorgeschlagen, den mit dem Impulsgeberring zusammenwirkenden Drehgeschwindigkeitssensor in einen außerhalb des Impulsgeberringes feststehenden Ring einzusetzen, so dass der Drehgeschwindigkeitssensor abgedichtet werden kann. In der Folge wird für den Drehgeschwindigkeitssensor eine hohe Funktionssicherheit und eine lange Lebensdauer erreicht. DE 694 11 657 T2 betrifft auch Informationsaufnehmer auf Lagern, wie sie in Antiblockiersystemen an Radlagern von Kraftfahrzeugen eingesetzt werden. In diesem Dokument sind Informationsaufnehmer beschrieben, die eine Kodierscheibe aufweisen, die aus einer ebenen Scheibe mit Fenstern, in die ferromagnetische magnetisierte Zähne hineinragen, zusammengesetzt ist. Diese Kodierscheibe soll mit geringen Toleranzen herstellbar sein, so dass der Informationsaufnehmer letztendlich ein gutes elektrisches Signal liefern kann. Wie die beiden genannten Dokumente zeigen, bestehen auf anderen technischen Gebieten andere technische Probleme, die zu anderen technischen Lösungen führen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein sehr zuverlässiges Lager mit einem Rotationssensor zu schaffen, welches keinen ungünstigen Einfluß auf den Magnetsensor ausübt, um das zuvor beschriebene Problem des ersten Standes der Technik zu lösen.
Eine zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein mit einem Rotationssensor versehenes Lager zu schaffen, mit welchem es möglich ist, ein Signal auch dann vom Rotationssensor zu erhalten, wenn der Außendurchmesser von diesem kleiner als 30 mm ist, um das zuvor beschriebene Problem des zweiten Standes der Technik zu lösen.
Eine dritte Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein mit einem Rotationssensor versehenes Lager zu schaffen, bei welchem isotropes Magnetpulver für einen analogen Ausgang eingesetzt wird, und welches in der Lage ist, die Streuung der Amplitude des sinusförmigen Ausganges zu vermindern, um das zuvor beschriebene Problem des dritten Standes der Technik zu lösen.
Eine vierte Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein mit einem Rotationssensor versehenes Lager zu schaffen, welches in der Lage ist, den Kreis eines magnetischen Streuflusses, welcher zu einem Magnetsensor fließt, zu unterbrechen und den Einfluß auf den Magnetsensor und einen von diesem gesteuerten Motor zu vermindern, um das zuvor beschriebene Problem des vierten Standes der Technik zu lösen.
Ein mit einem Rotationssensor versehenes Lager der vorliegenden Erfindung, welches nach einem ersten Aspekt einen inneren Ring, einen äußeren Ring und eine Mehrzahl von Wälzelementen, die zwischen dem inneren Ring und dem äußeren Ring gelagert sind, umfaßt, nimmt einen Sensor auf, der die Rotationsgeschwindigkeit eines Rotors ermittelt, und enthält weiterhin:
einen Impulsgeberring, welcher an einem ersten Ende eines rotierenden Lagerringes befestigt ist, der entweder durch den inneren Ring oder den äußeren Ring gebildet wird;
einen Sensor, der an einem ersten Ende eines feststehenden Lagerringes, der durch den jeweils anderen von dem inneren Ring oder dem äußeren Ring an einer Position gebildet wird, die dem Impulsgeberring gegenüberliegt; einen Magnetring, welcher an den zweiten Enden des inneren Ringes befestigt ist, um eine magnetische Bahn zwischen dem inneren Ring und dem äußeren Ring zu bilden.
In dem mit einem Rotationssensor nach diesem Aspekt versehenen Lager kann die Streuung eines Magnetflusses in einen Lagerbereich durch Anordnung eines magnetischen Körpers zwischen dem äußeren Ring und dem inneren Ring und der magnetische Widerstand in dem Lagerbereich vermindert werden. Dementsprechend wird verhindert, daß der Magnetsensor durch die Streuung des magnetischen Flusses einem ungünstigen Einfluß ausgesetzt wird, und das mit einem Rotationssensor versehene Lager kann in seiner Zuverlässigkeit verbessert werden.
Bei dem zuvor beschriebenen Aspekt ist der erwähnte magnetische Ring vorzugsweise eine Dichtung, welche den Ringraum, der zwischen dem zuvor erwähnten inneren Ring und dem zuvor erwähnten äußeren Ring gebildet wird, abdichtet. Besonders bevorzugt ist die vorerwähnte Dichtung eine Gummidichtung, welche Magnetpulver enthält. Entsprechend dieser Struktur kann der magnetische Ring mit einer Funktion versehen sein, die eine magnetische Bahn zwischen dem zuvor erwähnten inneren Ring und dem zuvor erwähnten äußeren Ring bildet, sowie mit einer Funktion zur Abdichtung des Ringraumes, welcher zwischen dem zuvor erwähnten inneren Ring und dem zuvor erwähnten äußeren Ring gebildet ist.
Nach dem zuvor erwähnten Aspekt ist der magnetische Ring vorzugsweise mit einem nach außen gerichteten Vorsprung versehen. In dieser Weise kann, wenn das Lager mit einem Rotationssensor versehen ist und zur Lagerung der Rotorwelle eines Motors eingesetzt wird, ein Anschlag für den festen Lagerring durch Zusammenwirken des Vorsprunges mit dem Gehäuse des Motors vorgesehen werden.
Nach dem vorerwähnten Aspekt umfaßt das mit einem Rotationssensor versehene Lager vorzugsweise weiterhin ein Sensorgehäuse, welches den vorerwähnten Sensor hält, wobei ein Befestigungsring für das Sensorgehäuse den zuvor erwähnten Sensorring und ein Mandril den zuvor erwähnten Impulsgeberring halten, und zumindest der zuvor erwähnte Befestigungsring für das Sensorgehäuse oder der zuvor erwähnte Mandril sind vorzugsweise ein nichtmagnetisches Element.
Wenn zumindest der Befestigungsring für das Sensorgehäuse oder der Mandril durch ein nichtmagnetisches Element gebildet werden, wie das zuvor beschrieben wurde, kann der magnetische Widerstand des magnetischen Sensorteiles so erhöht werden, daß kein magnetischer Fluß durch den Bereich des Magnetsensors verläuft.
Ein erfindungsgemäßer Motor umfaßt ein Gehäuse, einen Stator, der an dem Gehäuse befestigt wird, sowie einen Rotor, welcher dem Stator gegenüberliegt und an einer Rotorwelle befestigt ist, und ein mit einem Rotationssensor versehenes Lager nach dem ersten Aspekt, um die Rotorwelle zu lagern.
Wenn das mit einem Rotationssensor versehene Lager der vorliegenden Erfindung nach dem ersten Aspekt zur Lagerung der Rotorwelle des Motors verwendet wird, kann ein Rotationssignal des Motors ordnungsgemäß empfangen werden.
Ein mit einem Rotationssensor versehenes Lager der vorliegenden Erfindung umfaßt nach einem zweiten Aspekt einen dritten Ring, einen äußeren Ring und eine Mehrzahl von Wälzelementen, die zwischen dem inneren Ring und dem äußeren Ring gelagert sind, und nehmen einen Rotationserfassungssensor auf, welcher die Rotationsgeschwindigkeit eines Rotors erfaßt, und es enthält weiterhin ein elektrisches Terminal zur Herstellung eines Kontaktes mit einem außen vorgesehenen Anschlußterminal zur Zuführung von Energie zum vorerwähnten Rotationserfassungssensor, welches ein elektrisches Signal vom Rotationserfassungssensor ausgibt.
In dieser Weise braucht kein Kabel aus dem Lager, welches mit einem Rotationssensor versehen ist, direkt herausgeführt zu werden, um ein Signal vom Rotationssensor auszugeben. Dementsprechend kann das mit einem Rotationssensor versehene Lager miniaturisiert werden und der Raum zur Montage desselben in dem Gehäuse für einen Motor oder dergleichen kann dementsprechend vermindert werden.
Nach dem vorerwähnten Aspekt beträgt der Außendurchmesser des vorerwähnten äußeren Ringes vorzugsweise nicht mehr als 30 mm. Nach dem vorerwähnten Aspekt hat das elektrische Terminal vorzugsweise die Form einer Platte. Nach dem vorerwähnten Aspekt hat das elektrische Terminal vorzugsweise die Form eines Stiftes. Nach dem vorerwähnten Aspekt ist der Rotationserfassungssensor vorzugsweise ein magnetischer Sensor, ein Wirbelstromsensor oder ein Fotosensor.
Nach dem vorerwähnten Aspekt ist das elektrische Terminal vorzugsweise an der äußeren peripheren Fläche eines Sensorgehäuses für den Rotationserfassungssensor vorgesehen. Weiterhin ist nach dem vorerwähnten Aspekt das elektrische Terminal vorzugsweise an einer axialen Endfläche eines Sensorgehäuses zur Befestigung des Rotationserfassungssensors vorgesehen.
Somit wird kein Platz zur Ausführung eines Kabels zur Ausgabe eines Signals benötigt, und das mit dem Rotationssensor versehene Lager kann miniaturisiert werden und der Platz zur Anordnung desselben in einem Motorgehäuse oder dergleichen kann vermindert werden.
Nach dem vorerwähnten Aspekt ist das mit einem Rotationssensor versehene Lager vorzugsweise mit einer die Rotationsrichtung bestimmenden Einrichtung versehen, um das Anschlußterminal, welches außen vorgesehen ist, in bezug zum elektrischen Terminal entlang der Rotationsrichtung anzuordnen. Nach dem vorerwähnten Aspekt ist das mit einem Rotationssensor versehene Lager vorzugsweise mit einer die Axialrichtung bestimmenden Einrichtung versehen, um das Anschlußterminal, welches außen vorgesehen ist, in bezug zum elektrischen Terminal axial anzuordnen.
Somit kann der Montagevorgang des mit einem Rotationssensor versehenen Lagers an einem Motorgehäuse oder dergleichen in der Effektivität verbessert werden, und das elektrische Terminal und das Anschlußterminal können ordnungsgemäß miteinander verbunden werden, indem lediglich das mit einem Rotationssensor versehene Lager in dem Gehäuse montiert wird.
Nach dem vorerwähnten Aspekt umfaßt das mit einem Rotationssensor versehene Lager vorzugsweise weiterhin mindestens einen Temperatursensor, einen Vibrationssensor und einen Belastungssensor.
Ein mit einem Rotationssensor versehenes Lager der vorliegenden Erfindung umfaßt nach einem dritten Aspekt einen inneren Ring, einen äußeren Ring und eine Mehrzahl von Wälzelementen, welche zwischen dem inneren Ring und dem äußeren Ring gelagert sind und es nimmt einen Sensor auf, welcher die Rotationsgeschwindigkeit eines Rotors umfaßt, so daß entweder der innere Ring oder der äußere Ring einen rotierenden Lagerring und der jeweils andere einen feststehenden Lagerring bilden, und es umfaßt weiterhin einen Impulsgeberring, der an einem Ende des rotierenden Lagerringes befestigt ist, sowie einen Sensor, der an dem feststehenden Lagerring gegenüber dem Impulsgeberring befestigt ist. Der Impulsgeberring ist ein magnetisierter Codierer, welcher aus einem Elastomer besteht, das Magnetpulver enthält, und es wird istotropes Magnetpulver verwendet, wenn der Sensor ein analoges Signal erzeug, während anisotropes magnetisches Pulver verwendet wird, wenn der Sensor ein Rechteckwellensignal erzeugt.
Dadurch wird die Streuung der magnetischen Feldstärke vermindert, wodurch die Streuung der Amplitude des Ausganges des Sensors vermindert werden kann.
Wenn der Codierer ein analoges Signal ausgibt, wird ein MR-Element als Sensor eingesetzt.
Das magnetische Pulver ist Ferrit.
Ein mit einem Rotationssensor versehenes Lager der vorliegenden Erfindung umfaßt nach einem vierten Aspekt einen inneren Ring und eine Mehrzahl von Wälzelemente, die zwischen dem inneren Ring und dem äußeren Ring gelagert sind, und es nimmt einen Sensor zur Erfassung der Rotationsgeschwindigkeit eines Rotors auf, so daß einer von dem inneren Ring und dem äußeren Ring einen rotierenden Lagerring und der jeweils andere einen feststehenden Lagerring bilden, und es umfaßt weiterhin einen Impulsgeberring, der am Ende des rotierenden Lagerringes angeordnet ist, sowie einen Sensor, der am feststehenden Lagerring, gegenüber dem Impulsgeberring angeordnet ist, sowie einen Magnetring, der zwischen den Wälzelementen und dem Sensor in einem Ringraum angeordnet ist, welcher zwischen dem inneren Ring und dem äußeren Ring zur Bildung einer magnetischen Bahn ausgebildet ist.
In dieser Weise kann der durch einen Streufluß auf den magnetischen Sensor oder den Impulsgeberring ausgeübte Einfluß minimiert werden, und es kann verhindert werden, daß die Wellenform des Sensorausganges gestört wird oder eine Fehlfunktion ausübt und somit ist er gegen einen äußeren Störfluß resistent.
Ein Luftspalt zwischen dem magnetischen Ring und dem rotierenden Lagerring wird so gewählt, daß er nicht mehr als 0,5 mm beträgt.
Das mit einem Rotationssensor versehene Lager umfaßt weiterhin ein Sensorgehäuse, welches den Sensor hält, einen Sensorgehäuse-Befestigungsring, welcher das Sensorgehäuse befestigt, und einen Mandril, welcher den Impulsgeberring hält, wobei der Sensorgehäuse-Befestigungsring und der Mandril durch magnetische Elemente gebildet werden.
Ein magnetischer Bypass, welcher den magnetischen Widerstand reduziert, ist zwischen dem Sensorgehäuse-Befestigungsring und dem rotierenden Lagerring vorgesehen.
Der Sensorgehäuse-Befestigungsring wird mit einem Schlitz auf der Seite des feststehenden Lagerringes ausgebildet, an welchem der Sensorgehäuse-Befestigungsring in der Nähe des Sensors befestigt wird.
Der Impulsgeberring wird durch einen magnetisierten Codierer gebildet, welcher aus einem Elastomer besteht, welches magnetisches Pulver enthält.
Die Dicke des Elastomers in dem magnetischen Codierer beträgt mindestens 2 mm.
Ein weiterer erfindungsgemäßer Motor umfaßt ein Gehäuse, einen Stator, der an dem Gehäuse befestigt ist, und einen Rotor, der gegenüber dem Stator angeordnet und an einer rotierenden Welle befestigt ist und ein Lager benutzt, welches mit einem Rotationssensor nach dem vierten Aspekt versehen ist.
Die vorstehenden sowie weitere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung sollen durch die folgende detaillierte Beschreibung der vorliegenden Erfindung in Zusammenhang mit den anliegenden Zeichnungen näher erläutert werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Schnittansicht, welche die Struktur eines Lagers 100a zeigt, welches mit einem Rotationssensor nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung versehen ist;
2 ist eine Schnittansicht, welche die Struktur eines Lagers 100b zeigt, welche mit einem Rotationssensor nach einer Modifikation des Lagers 100a, das mit einem Rotationssensor nach einer ersten Ausführungsform versehen ist, ausgestattet wurde;
3 ist eine Schnittansicht, welche die Struktur eines Lagers 100c zeigt, die mit einem Rotationssensor nach einer weiteren Modifikation des Lagers 100a, das mit einem Rotationssensor nach der ersten Ausführungsform versehen ist, ausgestattet wurde;
4 ist eine Schnittansicht, welche die Struktur eines Lagers 100d zeigt, die mit einem Rotationssensor nach noch einer weiteren Modifikation des Lagers 100a, das mit einem Rotationssensor nach der ersten Ausführungsform versehen ist, ausgestattet wurde;
5 ist eine Längsschnittansicht, welche die Struktur eines Lagers 200a zeigt, das mit einem Rotationssensor nach einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung versehen ist;
6 ist eine perspektivische Gesamtansicht des Lagers 200a, welches mit einem Rotationssensor nach der zweiten Ausführungsform versehen ist;
7 ist eine Längsschnittansicht, welche die Struktur eines Lagers 200b zeigt, welches mit einem Rotationssensor nach einer Modifikation der zweiten Ausführungsform versehen ist;
8 ist eine Längsschnittansicht, welche die Struktur eines Lagers 200c zeigt, die mit einem Rotationssensor nach einer weiteren Modifikation der zweiten Ausführungsform versehen ist;
9 ist eine erste Längsschnittansicht, welche das mit einem Rotationssensor versehene Lager 200a zeigt, das in einem Gehäuse 620 angeordnet ist;
10 ist eine zweite Längsschnittansicht, welche das mit einem Rotationssensor versehene Lager zeigt, das in einem Gehäuse 620 angeordnet ist;
11 ist eine dritte Längsschnittansicht, welche das mit einem Rotationssensor versehene Lager zeigt, das in dem Gehäuse 620 angeordnet ist;
12 ist eine vierte Längsschnittansicht, welche das mit einem Rotationssensor versehene Lager zeigt, das in dem Gehäuse 620 angeordnet ist;
13 ist eine Längsschnittansicht, welche ein mit einem Rotationssensor versehenes Lager zeigt, das eine Keilnut aufweist;
14 demonstriert die Ergebnisse, welche durch Messung der Veränderung der Magnetisierungsintensität eines isotropen Ferrites in einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gewonnen wurden;
15 demonstriert die Ergebnisse, welche durch Messung der Veränderung der Magnetisierungsintensität eines anisotropen Ferrites in der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gewonnen wurden;
16 ist eine Schnittansicht, welche die grundlegenden Elemente eines Außenringes, eines Innenringes und eines Wälzelementes eines Lagers zeigt, welches mit einem Rotationssensor nach einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung versehen ist;
17 demonstriert einen magnetischen Bypasspalt und die Streuflußfestigkeit der in 16 dargestellten Ausführungsform;
18 ist eine Schnittansicht, welche die grundlegenden Elemente eines Außenringes, eines Innenringes und eines Wälzelementes eines mit einem Rotationssensor versehenen Lagers einer Modifikation der vierten Ausführungsform zeigt;
19 zeigt die in 18 dargestellte Modifikation, wie sie sich in Blickrichtung des Pfeiles A ergibt;
20 zeigt zwei Magnetsensoren, welche an der in 19 dargestellten Modifikation angeordnet sind;
21 demonstriert die Streuflußfestigkeit eines Musters, welches keine Gegenmaßnahme enthält, eines Musters, welches mit einem magnetischen Bypass versehen ist sowie eines Musters, welches mit einem magnetischen Bypass, einer Fensternut und einer Seitenplatte versehen ist;
22 demonstriert die Ergebnisse einer Analyse, die den Einfluß einer Fensternut auf die Streuflußfestigkeit zeigt;
die 23A und 23B zeigen die Magnetflußverteilungen in Y-Richtung, welche durch eine zweidimensionale Feldanalyse gewonnen wurden;
die 24A und 24B zeigen vergleichsweise die Wirkungen der Dicken von Codierern aus magnetisiertem Gummi, die als Impulsgeberringe eingesetzt wurden;
25 zeigt das Ergebnis von Feldanalysen der Streuflußfestigkeit, welche durch Veränderung der Gummidicke auf der Basis der in den 24A und 24B dargestellten Modelle erlangt wurden;
26 ist eine Schnittdarstellung, welche die Struktur eines mit einem Rotationssensor versehenen Lagers 500 nach dem ersten Stand der Technik zeigt;
27 ist eine Schnittdarstellung, welche die Struktur eines Motors zeigt, in welchem das mit einem Rotationssensor versehene Lager 500 angeordnet ist;
28 ist eine Längsschnittdarstellung, welche ein mit einem Rotationssensor versehenes Lager 600a nach dem zweiten Stand der Technik zeigt;
29 ist eine Längsschnittdarstellung, welche ein weiteres mit einem Rotationssensor versehenes Lager 600b nach dem zweiten Stand der Technik zeigt;
30 ist eine Schnittdarstellung, welche ein mit einem Rotationssensor versehenes Lager nach einem dritten Stand der Technik zeigt;
die 31A und 31B zeigen die Wellenformen von Ausgängen eines Sensors von einem mit einem Rotationssensor versehenen Lager;
32 ist eine Längsschnittansicht eines mit dem Rotationssensor versehenen Lagers nach dem vierten Stand der Technik; und
33 ist die Schnittdarstellung eines Motors, mit welchem das in 32 dargestellte, mit einem Rotationssensor versehene Lager verbunden ist.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Erste Ausführungsform
Die Struktur eines mit einem Rotationssensor versehenen Lagers 100a nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung soll nunmehr unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben werden.
Struktur
Die grundlegende Struktur des mit einem Rotationssensor versehenen Lagers 100a nach dieser Ausführungsform ist der des in 26 dargestellten, mit einem Rotationssensor versehenen konventionellen Lagers 500 ähnlich. Deshalb werden Teile, die mit ersterem identisch sind, oder denen des letzteren entsprechen mit denselben Bezugszeichen versehen, und eine redundante Beschreibung erfolgt nicht.
Die Struktur des mit einem Rotationssensor versehenen Lagers 100a nach der ersten Ausführungsform erfolgt unter Bezugnahme auf die 1.
Das mit einem Rotationssensor versehene Lager 100a nach der ersten Ausführungsform unterscheidet sich von dem mit einem Rotationssensor versehenen konventionellen Lager 500 in dem Punkt, daß ein magnetischer Ring 9a mit der inneren diametralen Fläche des äußeren Ringes 1 zusammenwirkt. Ein Spalt von etwa 0,1 mm wird zwischen einer Seite des magnetischen Ringes 9a, die sich näher am inneren Ring 3 befindet, und der äußeren diametralen Fläche des inneren Ringes 3 gebildet.
Funktion/Wirkung
Wenn der zuvor erwähnte magnetische Ring 9a vorgesehen wird, kommt es zu einem magnetischen Fluß von dem inneren Ring 3 zu dem äußeren Ring 1 durch den magnetischen Ring 9a, welcher einen minimalen magnetischen Widerstand aufweist. Dadurch wird ein Streufluß in einem Lagerelement vermieden, so daß kein ungünstiger Einfluß auf einen magnetischen Sensor 8 und einen Impulsgeberring 4 ausgeübt wird. Ein Abdichtungsmechanismus (ein Gummielement, eine Labyrinthstruktur oder dergleichen) wird vorzugsweise dem Bereich des magnetischen Ringes 9a, welcher dem inneren Ring 3 näher ist, hinzugefügt, um den Ringraum, der zwischen dem inneren Ring 3 und dem äußeren Ring 1 gebildet wird, abzudichten, und der magnetische Widerstand des Lagerbereiches kann weiter vermindert werden, wenn das Dichtungselement, welches den Abdichtungsmechanismus bildet, durch eine Gummidichtung gebildet wird, die ein Magnetpulver enthält.
In dem mit einem Rotationssensor dieser Ausführungsform versehenen Lager 100a werden ein Mandril 5 und/oder ein Sensorgehäuse-Befestigungsring 6, welche als nicht magnetische Elemente ausgebildet sind, verwendet. Dadurch wird der magnetische Widerstand auf der Seite des magnetischen Sensors 8 vergrößert, so daß kein magnetischer Fluß durch das Magnetsensorelement hindurchgeht.
Die Materialien für den Mandril 5, den Sensorgehäuse-Befestigungsring 6 und das Sensorgehäuse 7 betreffend, werden für den Mandril 5 und den Sensorgehäuse-Befestigungsring 6 SUS303, SUS304 oder dergleichen verwendet, während für das Sensorgehäuse 7 ein Kunstharz (PBT) oder dergleichen zur Anwendung gelangt. Weiterhin wird magnetischer Gummi, welcher Ferritpulver oder dergleichen enthält, als Material für den Impulsgeberring 4 verwendet.
Der magnetische Widerstand des magnetischen Ringes 9a beträgt vorzugsweise etwa 1/10 von dem, welcher über den Sensorgehäuse-Befestigungsring 6 und das Sensorgehäuse 7 besteht.
Modifikationen
Nunmehr sollen Modifikationen des zuvor erwähnten mit einem Rotationssensor versehenen Lagers 100a unter Bezugnahme auf die 2 bis 4 beschrieben werden.
Ein in 2 dargestelltes, mit einem Rotationssensor versehenes Lager 100b ist mit einer Abschirmungsplatte 9b versehen, welche selbst aus einer magnetischen Substanz hergestellt ist. Dieses mit einem Rotationssensor versehene Lager 100b kann eine ähnliche Funktion/Wirkung erreichen, wie die des zuvor erwähnten, mit einem Rotationssensor versehenen Lagers 100a.
In jedem der mit Rotationssensoren versehenen Lagern 100c und 100d, die in den 3 und 4 dargestellt sind, wirkt ein Magnetkörper mit dem Gehäuse zusammen (siehe 27), mit zusätzlicher Arretierfunktion für den Magnetkörper. In dem in 3 dargestellten, mit einem Rotationssensor versehenen Lager 100c ist ein Magnetkörper 16, welcher einen Vorsprung auf der Seite des Gehäuses aufweist, an zumindest einem peripheren Bereich vorgesehen. In dem in 4 dargestellten, mit einem Rotationssensor versehenen Lager 100d ist ein Magnetkörper 9a mit einem in das Gehäuse eingetriebenen Stift 17 vorgesehen.
Jedes der mit Rotationssensoren versehene Lager 100c und 100d, welche die zuvor erwähnten Strukturen aufweist, kann eine Funktion/Wirkung ähnlich der des zuvor erwähnten mit einem Rotationssensor versehenen Lagers 100a ausüben. Wenn eine Arretierfunktion für den Magnetkörper hinzugefügt ist, kann verhindert werden, daß ein Anschluß einer Belastung ausgesetzt ist.
Während der innere Ring 3 als rotierender Lagerring und der äußere Ring 1 als feststehender Lagerring in jedem der zuvor erwähnten mit Rotationssensoren versehenen Lager 100a bis 100d ausgebildet ist, können der innere Ring 3 und der äußere Ring 1 jeweils alternativ auch als feststehender Lagerring und rotierender Lagerring verwendet werden.
Zweite Ausführungsform
Die Struktur eines mit einem Rotationssensor versehenen Lagers 200a nach einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung soll nunmehr unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben werden.
Struktur des mit einem Rotationssensor versehenen Lagers
Die grundlegende Struktur des mit einem Rotationssensor versehenen Lagers 200a nach dieser Ausführungsform ist der eines mit einem Rotationssensor versehenen konventionellen Lagers 600a, welches in 28 dargestellt ist, ähnlich. Deshalb werden Teile des ersteren, die mit dem letzteren identisch sind oder diesen entsprechen, mit denselben Bezugszeichen versehen, und eine redundante Beschreibung wird nicht wiederholt.
Unter Bezugnahme auf die 5 bis 8 soll die Struktur des mit einem Rotationssensor versehenen Lagers 200a nach dieser Ausführungsform beschrieben werden.
In dem mit einem Rotationssensor versehenen Lager 200a nach dieser Ausführungsform ist ein Codierring 604, welcher als Sensorziel an einem inneren Ring 601, der als rotierendes Element verwendet wird, befestigt, und ein die Rotation erfassender Sensor 605, welcher die Rotation des Codierringes 604 erfaßt, ist am äußeren Ring 603, welcher als feststehendes Element verwendet wird, durch ein Sensorgehäuse 605a, das aus einem Isolierelement, ähnlich dem der mit Rotationssensoren versehenen konventionellen Lager 600a und 600b, besteht, befestigt, um ein Erfassungssystem entsprechend dem Anwendungsgebiet auszuwählen.
Zum Beispiel kann ein magnetischer Ring, der einer mehrpoligen Magnetisierung ausgesetzt wird, als Codierring 604 verwendet werden, und ein magnetisches Erfassungselement, z. B. ein MR-Element wird als Rotationserfassungssensor 605 verwendet. Alternativ kann ein Ring, welcher eine variable Leitfähigkeit besitzt, entlang der Oberfläche des inneren Ringes 601 als Sensorziel vorgesehen werden, und ein Wirbelstrom-Erfassungselement kann als Sensor verwendet werden. Weiterhin kann alternativ ein optisches Element als Sensor und ein Ring, welcher peripher variable optische Eigenschaften besitzt, als Sensorziel verwendet werden, um die Reflexion und die Übertragung von projiziertem Licht zu erfassen.
Ein Ausgangssignal des Rotationserfassungssensors 605 kann von dem plattenförmigen elektrischen Terminal 606, das an der äußeren peripheren Fläche des Sensorgehäuses 605a vorgesehen ist und aus einem Isolierteil besteht, abgeleitet werden. Wie die perspektivische Gesamtansicht nach 6 zeigt, ist eine Mehrzahl von elektrischen Terminals 606 an der äußeren peripheren Fläche des Sensorgehäuses 605a zur Zuführung von Energie und zur Ausgabe des Signals vorgesehen. Die elektrischen Terminals 606, die in 6 als flache Plattenanschlüsse dargestellt sind, können durch stiftförmige Anschlüsse 607 ersetzt werden, wie dies bei dem mit einem Rotationssensor versehenen Lager 200b in 7 dargestellt ist. Wie bei dem einem Rotationssensor versehenen Lager 200c, welches in 8 dargestellt ist, kann weiterhin eine Bahn 601a auf dem inneren Ring 601 zu einem Endbereich erweitert werden, um einen Codierring 604 auf der Bahn 601a vorzusehen.
Dadurch kann, wenn das mit einem Rotationssensor versehene Lager 200a, 200b oder 200c ein kleines diametrales Lager ist, welches einen Außendurchmesser von nicht mehr als 30 mm aufweist, die Mehrzahl der elektrischen Terminals 606 auf der äußeren peripheren Fläche des Sensorgehäuses 605a vorgesehen werden, um das Signal zum Gehäuse eines Motors oder dergleichen zu übertragen, an welchem das mit einem Rotationssensor versehene Lager 200a, 200b oder 200c angeordnet ist. Deshalb muß ein Anschlußterminal zur Übertragung des Signals an einer Position des Gehäuses vorgesehen werden, die den elektrischen Terminals 606 entspricht.
Anschlußstruktur
Die Anschlußstruktur zwischen dem zuvor erwähnten mit einem Rotationssensor versehenen Lager 200a, 200b oder 200c und dem Motor soll nunmehr unter Bezugnahme auf 9 beschrieben werden. 9 ist eine erste Längsschnittansicht, welche das mit einem Rotationssensor versehene Lager 200a zeigt, welches in einem Gehäuse 620 des Motors befestigt ist.
Das Gehäuse 620 des Motors ist teilweise mit einem Anschlußterminal 621 versehen, welches in Kontakt mit den elektrischen Terminals 606 des mit einem Rotationssensor versehenen Lagers 600a in Kontakt kommt. Eine Keilnut 603a ist an der äußeren peripheren Fläche des äußeren Ringes 603 als Mittel zur Positionierung des mit einem Rotationssensor versehenen Lagers 200a an dem Gehäuse 620 entlang der Rotationsrichtung vorgesehen. In diesem Fall wirkt ein in 13 dargestellter Positionierungsvorsprung 609 mit der Keilnut 603a zur Positionierung des äußeren Ringes 603 und des Sensorgehäuse 605a entlang der Rotationsrichtung zusammen. Alternativ kann ein Positionierungsvorsprung 605b oder dergleichen zum Teil an dem Sensorgehäuse 605a vorgesehen werden.
Wenn das mit einem Rotationssensor versehene Lager 200a im Gehäuse 620 mit der Positionierungseinrichtung entlang der Rotationsrichtung montiert ist, kommt das Anschlußterminal 621 des Gehäuses 620 in Kontakt mit den elektrischen Terminals 606 des mit einem Rotationssensor versehenen Lagers 200a, um dem mit einem Rotationssensor versehenen Lager 200a Energie zuzuführen, so daß das Ausgangssignal von dem Rotationserfassungssensor 605 entnehmbar ist.
10 zeigt den Fall, wie in der Praxis dem Rotationserfassungssensor 605 Energie zugeführt wird, um das Ausgangssignal von dem Rotationserfassungssensor 605 entnehmen zu können.
Das elektrische Ausgangssignal von den elektrischen Terminals 606 des mit einem Rotationssensor versehenen Lagers 200a wird einer inneren Leitung 611 zugeleitet, die mit dem Anschlußterminal 621 des Gehäuses 620 verbunden ist, sowie einem Kabel 610, welches mit der inneren Leitung 611 verbunden und an eine äußere Vorrichtung über einen Anschluß, ein Kabel oder dergleichen angeschlossen ist.
Die Position für die elektrischen Terminals 606, welche mit dem Anschlußterminal 621 verbunden sind, ist nicht auf die äußere periphere Fläche des äußeren Ringes 603 beschränkt, wie dies in 9 erkennbar ist, sondern die elektrischen Terminals 606 können alternativ an einer axialen Endfläche des äußeren Ringes 603 vorgesehen sein, wie dies in den 10 oder 11 erkennbar ist.
Wie die 11 zeigt, ist das Anschlußterminal 621 auf einem Anschlußsubstrat 622 angeordnet, welches vom Gehäuse 620 vorsteht, um das mit einem Rotationssensor versehene Lager mit dem Anschlußterminal 621 zusammenzudrücken. In 12 ist erkennbar, daß das Anschlußterminal 621 mit einem verlängerten Bereich 620a versehen ist, welcher am Gehäuse 620 angeordnet ist, so daß das Anschlußterminal 621 in Kontakt mit den elektrischen Terminals 606 kommt, wenn das mit einem Rotationssensor versehene Lager in dem Gehäuse 620 angeordnet wird. Die 11 und 12 sind dritte und vierte Längsschnittansichten, welche das mit einem Rotationssensor versehene Lager zeigen, wie es in dem Gehäuse 620 angeordnet ist.
Um das mit einem Rotationssensor versehene Lager in dem Gehäuse 620 zu montieren, müssen das Anschlußterminal 621 und die elektrischen Terminals 606 entlang der Rotationsrichtung angeordnet sein. Wenn die Keilnut 603a an der äußeren peripheren Fläche des äußeren Ringes 603 vorgesehen ist, wie dies in den 9 oder 13 erkennbar ist, können das Anschlußterminal 621 und die elektrischen Terminals 606 entlang der Rotationsrichtung angeordnet werden.
In dem mit einem Rotationssensor versehenen Lager kann nicht nur der Rotationserfassungssensor 605 sondern auch ein anderer Sensor angeordnet werden. Es kann z. B. ein Temperatursensor in der Nähe des Rotationserfassungssensors 605 zur Ermittlung der Temperatur des mit einem Rotationssensor versehenen Lagers oder ein Rotationserfassungssensor 605 vorgesehen werden. Die Information über die ermittelte Temperatur wird zur äußeren Einrichtung durch die elektrischen Terminals 606 und das Anschlußterminal 621 ausgegeben, so daß der Funktionszustand des mit einem Rotationssensor versehenen Lagers oder die Betriebs-Umgebungstemperatur des Rotationserfassungssensors 605 durch eine äußere Zentraleinheit überwacht werden kann.
Die Zentraleinheit sagt den Ausfall des mit einem Rotationssensor versehenen Lagers voraus oder ermittelt diesen durch den Stand der ermittelten Temperatur und hält den Motor an, um den Austausch des mit einem Rotationssensor versehenen Lagers vorzunehmen.
Alternativ kann auch ein Vibrationssensor in dem mit einem Rotationssensor versehenen Lager angeordnet werden. Wenn ein Ausgangssignal von dem in dem mit einem Rotationssensor versehenen Lager ermittelt wird, kann auf eine anormale Vibration oder ein anormales Geräusch, welches von einer Beschädigung des mit einem Rotationssensor versehenen Lagers herrührt, geschlußfolgert werden. Wenn ein Belastungssensor in dem mit einem Rotationssensor versehenen Lager angeordnet wird, kann die Belastung, die auf die Wälzelemente oder die Wälzkontaktfläche des mit einem Rotationssensor versehenen Lagers ausgeübt wird, überwacht und ein Ausfall des mit einem Rotationssensor versehenen Lagers vorausgesagt werden.
Dritte Ausführungsform
Ein mit einem Rotationssensor versehenes Lager nach einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung soll nunmehr beschrieben werden. Die Grundstruktur des mit einem Rotationssensor versehenen Lagers nach dieser Ausführungsform ist der des in 30 dargestellten, mit einem Rotationssensor versehenen konventionellen Lagers ähnlich, und deshalb wird hier eine redundante Beschreibung nicht wiederholt.
Die Besonderheit des mit einem Rotationssensor versehenen Lagers dieser Ausführungsform besteht darin, daß der Impulsgeberring ein magnetisierter Codierer ist, der aus einem Elastomer besteht, in welchem magnetisches Pulver enthalten ist, und welcher sich isotrop verhält, wenn der Codierer ein Analogsignal ausgibt, und anisotrop, wenn der Codierer ein Rechteckwellensignal ausgibt.
Das Magnetpulver kann eine isotrope Magnetisierungscharakteristik oder eine anisotrope Magnetisierungscharakteristik aufweisen. Das isotrope magnetische Pulver besitzt in unvorteilhafter Weise eine niedrige Magnetisierungsstärke, wenngleich die Magnetisierungsstärke in allen Richtungen gleich ist. Das anisotrope magnetische Pulver zeigt eine hohe Magnetisierungsstärke, wenn es in einer bestimmter Richtung orientiert ist, während die Magnetisierungsstärke ziemlich gestreut ist, wenn es nicht einheitlich ausgerichtet ist.
Zum Beispiel kann ein isotropes Ferritpulver so eingeschätzt werden, daß es eine polykristalline Substanz von einigen μm Korngröße bildet. Andererseits besitzt ein anisotropes Ferrit die Form einer einkristallinen hexagonalen Säule oder einer Platte von etwa 1 μm Größe.
Die 14 und 15 zeigen die Ergebnisse einer Messung der Veränderung der magnetischen Stärke von isotropem und anisotropem Ferrit, welche in der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Durch Vergleich der 14 und 15 ist klar erkennbar, daß die Schwankung der magnetischen Stärke im wesentlichen halbiert werden kann, wenn ein isotropes Ferrit im Vergleich zu einem anisotropen Ferrit zum Einsatz gelangt. Wenn ein isotropes Ferrit verwendet wird, kann deshalb die Schwankung des Ausganges vom Sensor vermindert werden.
Die Magnetisierungsstärke eines isotropen Ferrites wird im Vergleich mit einem anisotropen Ferrit um etwa 30% reduziert, wie dies in Tabelle 1 erkennbar ist. Wenn ein Sensor, z. B. ein MR-Element, welches eine hohe Empfindlichkeit aufweist, als magnetischer Sensor verwendet wird, ist ein isotropes Ferrit zu bevorzugen, weil die Magnetisierungsintensität nicht die höchste sein kann. Tabelle 1

Magnetisierungsintensität (mT)

isotrop ➀ anisotrop ➁ Verhältnis (= ➀/➁)

22,5 31,1 0,72
Vierte Ausführungsform
Ein mit einem Rotationssensor versehenes Lager nach einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung soll nunmehr beschrieben werden. 16, welche ein mit einem Rotationssensor versehenes Lager nach einer vierten Ausführungsform zeigt, entspricht einer Ansicht, welche den in 32 dargestellten äußeren Ring 801, den inneren Ring 803 und die Wälzelemente 802 in vergrößerter Weise zeigt. Das mit einem Rotationssensor versehene Lager nach der in 16 dargestellten Ausführungsform wird ebenfalls durch einen äußeren Ring 801, einen inneren Ring 803 sowie Wälzelemente 802 gebildet. Ein magnetischer Bypass 816, welcher aus einer magnetischen Substanz besteht, wirkt mit der inneren diametralen Fläche des äußeren Ringes 801 so zusammen, daß das vordere Ende von diesem einen Zwischenraum von etwa 0,5 mm in bezug zum Außendurchmesser eines Mandrils 805 eines Impulsgeberringes 804 bildet, der mit Preßsitz in dem inneren Ring 803 sitzt.
Wenn der zuvor erwähnte magnetische Bypass 816 angeordnet ist, ergibt sich ein magnetischer Fluß von dem äußeren Ring 801 zum inneren Ring 803, d. h. ein Streufluß vom Motor oder dergleichen fließt durch den magnetischen Bypass 816, welcher einen geringen magnetischen Widerstand aufweist, und es kann eine Beeinflussung des magnetischen Sensors 808 und des Impulsgeberringes 804 verhindert werden.
Wenn eine Abdichtungsfunktion (nicht dargestellt) am vorderen Ende des magnetischen Bypasses 816 hinzugefügt wird, kann ein Schmiermittel, z. B. Fett gegen eine Verunreinigung mit Staub abgedichtet werden. Wenn das Dichtungsmaterial ein magnetisches Material enthält, wird der magnetische Widerstand weiter reduziert.
Wenn der magnetische Bypass 816 so eng wie möglich an dem Impulsgeberring 804 angeordnet wird, fließt der äußere Streufluß mehr durch den magnetischen Bypass 816 als durch den magnetischen Sensor 808 oder den Impulsgeberring 804, und dadurch wird der Einfluß des äußeren Streuflusses auf den Ausgang des magnetischen Sensors 808 vermindert.
17 zeigt das Verhältnis zwischen dem in 16 dargestellten Zwischenraum und dem Streuflußwiderstand des magnetischen Sensors 808, welches durch eine Feldanalyse ermittelt wurde. Aus 17 ist erkennbar, daß der auf den magnetischen Sensor 808 ausgeübte Einfluß vermindert ist, wenn der Zwischenraum zwischen dem magnetischen Bypass 816 und dem Mandril 805 des Impulsgeberringes 804 vermindert wird. Es wurde ermittelt, daß sich der Beitrag zum Streuflußwiderstand erhöht, wenn der Zwischenraum im einzelnen nicht mehr als 0,5 mm beträgt.
Im allgemeinen wird der Impulsgeberring 804 durch einen magnetisierten Codierer gebildet, der einer mehrpoligen Magnetisierung an der Peripherie eines Gummimagneten oder eines Plastikmagneten ausgesetzt wird, und der magnetische Sensor 808 wird durch einen Hallsensor oder einen MR-Sensor gebildet.
18 ist eine Schnittansicht, die eine Modifikation der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, welche hinsichtlich des Streuflußwiderstandes weiter verbessert wurde, und 19 zeigt die Modifikation in Richtung des Pfeiles A in 18. In der in den 18 und 19 dargestellten Modifikation wird zusätzlich zu dem magnetischen Bypass 816 eine Verbesserung erreicht. Wie die 19 zeigt, wird ein nutförmiges Fenster 817 in einem Sensorgehäuse-Befestigungsring 806, welcher ein Sensorgehäuse 807 über einem magnetischen Sensor 808 abdeckt, vorgesehen, um den Kreislauf eines magnetischen Streuflusses zum magnetischen Sensor 808 zu unterbrechen. Das nutförmige Fenster 817 wird so nahe wie mögliche am äußeren Ring 801 vorgesehen, um eine ausgezeichnete Wirkung zu erzielen.
20 zeigt eine weitere Modifikation der vierten Ausführungsform, wie sie sich in Richtung des Pfeiles A in 18 ergibt. In der in 20 dargestellten Modifikation sind zwei magnetische Sensoren 808 benachbart zueinander angeordnet. In diesem Fall wird bevorzugt ein langes nutförmiges Fenster 817 vorgesehen.
Das Merkmal dieser Modifikation besteht darin, daß eine seitliche Platte 818, welche aus einer magnetischen Substanz besteht, vorgesehen wird, um eine magnetische Bahn vom Sensorgehäuse-Befestigungsring 806, das in 18 dargestellt ist, zum inneren Ring 803 zu bilden, um den Streuflußwiderstand zu verbessern.
21 zeigt die Wirkungen der in den 18 bis 20 dargestellten Modifikationen, die durch einen Versuch bestätigt wurden. In jedem der mit Rotationssensoren versehenen Lager, die in diesem Versuch verwendet wurden, wurde ein Gleichstrom einer Spule zugeführt, die anstelle der in 33 dargestellten Motorwicklung auf eine Welle gewickelt wurde, um den durch das Produkt verursachten Streuflußwiderstand (die magnetomotorische Kraft) eines Stromwertes und die Anzahl der Wicklungen zu bestimmen, welche eine Fehlfunktion des Sensorausganges verursachen. Aus 21 ist klar erkennbar, daß das mit einem Rotationssensor versehene Lager, welches einen magnetischen Bypass 816, ein nutförmiges Fenster 817 und eine Seitenplatte 818 aufweist, den besten Streuflußwiderstand besitzt.
22 zeigt die Ergebnisse der Analyse bezüglich des Einflusses des in den 19 oder 20 dargestellten nutförmigen Fensters 817 auf den Streuflußwiderstand. Alle der in 22 dargestellten Muster von mit Rotationssensoren versehenen Lagern wurden mit Seitenplatten 818 versehen. Aus 22 ist klar erkennbar, daß der Streuflußwiderstand weiter verbessert werden kann, wenn das nutförmige Fenster 817 zusätzlich zum magnetischen Bypass 816 vorgesehen wird.
Die 23A und 23B zeigen einen in Y-Richtung verteilten magnetischen Fluß, welcher durch eine Feldanalyse ermittelt wurde. In jeder der 23A und 23B wird ein Codierer aus magnetisiertem Gummi als Impulsgeberring 804 verwendet, und ein Hallsensor wird als magnetischer Sensor 808 eingesetzt. Das Ergebnis der Analyse zeigt eine Feldveränderung um den magnetischen Sensor 808, die auf einen Streufluß zurückzuführen ist, die der Richtung der Magnetisierung des Codierers entgegengesetzt ist.
23A zeigt die Ergebnisse der Analyse eines Musters, das mit einem magnetischen Bypass 816, einem nutförmigen Fenster 817 und einer Seitenplatte 818 versehen ist. In der 23A zeigen die Bereiche A1 magnetische Felder, welche magnetische Flüsse aufweisen, die nach unten gerichtet sind (die magnetische Feldstärke ist erhöht, wenn der Zwischenraum zwischen den Linien vermindert ist), die Bereiche A2 zeigen magnetische Felder, die magnetische Flüsse aufweisen, die nach oben gerichtet sind (die magnetische Feldstärke ist erhöht, wenn die Dichte der Punkte vergrößert ist) und die Bereiche A3 weisen keine magnetischen Felder auf. Aus 23A ist erkennbar, daß der magnetische Fluß auf dem Impulsgeberring 804 durch einen Streufluß nicht zusammengedrückt wird sondern sich verbreitert, und die Flußverteilung um den magnetischen Sensor wird durch den Streufluß nicht beeinflußt.
23B zeigt die Ergebnisse eine Analyse eines Musters, welches nur mit der Seitenplatte 818 versehen ist. Die Darstellung der Bereiche A1, A2 und A3 ist mit der in 23A identisch. Aus 23B ist erkennbar, daß ein magnetischer Fluß des Impulsgeberringes 804 (aus magnetischem Gummi) durch einen Streufluß zusammengedrückt wird, und ein magnetisches Feld, das dem des Impulsgeberringes 804 (aus magnetischem Gummi) entgegenwirkt, verbreitert sich zum Sensor hin.
Die 24A und 24B zeigen vergleichsweise die Wirkungen der Dicken des Gummis der Impulsgeberringe 804, welche durch magnetisierte Gummicodierer gebildet werden, die aus einem Elastomer bestehen, welches magnetisches Pulver enthält. Das in 24A dargestellte Muster besitzt eine geringe Gummidicke, und das in 24B dargestellte Muster besitzt eine große Gummidicke. Im allgemeinen wird eine ausreichende Magnetisierungsstärke erreicht, wenn die Gummidicke etwa 1 mm beträgt, und die Magnetisierungsstärke wird nicht erhöht, sondern ist gesättigt, wenn die Gummidicke einen bestimmten Bereich überschreitet. In dem in 24A dargestellten Muster, welches eine geringe Gummidicke besitzt, ist jedoch der Abstand zwischen dem Mandril 805 des Impulsgeberringes 804 und dem äußeren Ring 801 so gering, daß ein Streufluß gut durch den Mandril 805 und den Impulsgeberring 804 zum äußeren Ring 801 hindurchgehen kann, wie das durch den Pfeil dargestellt ist. Wenn die Dicke des Gummis erhöht wird, wie dies in 24B dargestellt ist, erhöht sich der Abstand zwischen dem Mandril 805 und dem äußeren Ring 801 und reduziert den Einfluß der durch den Streufluß auf den Impulsgeberring 804 ausgeübt wird.
25 zeigt das Ergebnis einer Feldanalyse hinsichtlich des Streuflußwiderstandes, welcher sich durch Veränderung der Gummidicke auf der Grundlage der in den 24A und 24B dargestellten Muster ergibt. Aus dem in 25 dargestellten Ergebnis ist erkennbar, dass der Streuflußwiderstand sich unabhängig von der Magnetisierungsstärke erhöht, wenn die Dicke des Gummis zunimmt. Die Dicke des Gummis, welche den magnetischen Widerstand des äußeren Ringes 801 und des Mandils 805 erhöht, ist ausreichend, wenn diese mindestens 2 mm beträgt.
Obwohl der magnetische Bypass 816 mit dem äußeren Ring 801 zusammenwirkt, kann ein ähnlicher Effekt auch durch Zusammenwirken des magnetischen Bypasses 816 mit dem inneren Ring 803 erzielt werden, wenn der äußere Ring 801 als rotierender Lagerring verwendet wird.
Wenn das mit einem Rotationssensor versehene Lager entsprechend einer der zuvor erwähnten Ausführungsformen als hinteres Lager 815 des in 33 dargestellten Motors verwendet wird, kann der Einfluß, welcher durch den Streufluß vom Rotor 811 des Motors auf den Sensor ausgeübt wird, zwecks Verminderung einer Fehlfunktion reduziert werden.
In dem mit einem Rotationssensor versehenen Lager der vorliegenden Erfindung kann entsprechend dem ersten Aspekt verhindert werden, daß ein in einem Motor erzeugter Streufluß Einfluß auf einen magnetischen Sensor ausübt, indem Mittel zur Verminderung des magnetischen Widerstandes zwischen dem inneren Ring und dem äußeren Ring in einem Bereich, der dem Bereich des magnetischen Sensors gegenüberliegt, vorgesehen werden. Weiterhin kann ein stabiles Rotations-Impulssignal erzielt werden, weil kein negativer Einfluß auf den magnetischen Sensor ausgeübt wird.
In dem mit einem Rotationssensor versehenen Lager der vorliegenden Erfindung sind nach einem zweiten Aspekt die elektrischen Terminals zur Ausleitung eines Signales von dem Rotationssensor an der äußeren peripheren Fläche oder der axialen Endfläche des äußeren Ringes vorgesehen, so daß kein Kabel zum Ausleiten des Signales des Rotationssensor direkt von dem mit einem Rotationssensor vorgesehenen Lager erforderlich ist.
Dementsprechend kann das mit einem Rotationssensor versehene Lager verkleinert werden, und ein Raum zur Anordnung des mit dem Rotationssensor versehenen Lagers in einem Gehäuse eines Motors oder dergleichen kann ebenfalls verkleinert werden. Weiterhin wird das mit einem Rotationssensor versehene Lager mit einer äußeren Vorrichtung über einen Verbinder oder ein Kabel angeschlossen, welche an dem Gehäuse des Motors oder dergleichen vorgesehen sind, wodurch das mit einem Rotationssensor versehene Lager gut ausgetauscht werden kann.
Außerdem kann das mit einem Rotationssensor versehene Lager durch Positionierung seines äußeren Ringes entlang der Drehrichtung und der Axialrichtung auf dem Gehäuse angeordnet werden, wodurch die äußeren Anschlüsse klein gehalten werden können und das mit einem Rotationssensor versehene Lager kann weiter verkleinert werden.
In dem mit einem Rotationssensor versehenen Lager der vorliegenden Erfindung bildet nach dem dritten Aspekt entweder der innere Ring oder der äußere Ring einen rotierenden Lagerring und der verbleibende Ring bildet einen festen Lagerring, wobei das mit einem Rotationssensor versehene Lager umfaßt: einen Impulsgeberring, der an einem Ende des rotierenden Lagerringes angeordnet ist, und einen Sensor, der an dem festen Lagerring gegenüber dem Impulsgeberring angeordnet ist, wobei der Impulsgeberring ein magnetisierter Codierer ist, welcher aus einem Elastomer besteht, das magnetisches Pulver enthält und isotropes magnetisches Pulver verwendet wird, wenn der Sensor ein analoges Signal ausgibt, wodurch die Streuung der magnetischen Stärke vermindert werden kann. Dadurch kann die Streuung der Amplitude des Ausganges vom Sensor ebenfalls vermindert werden.
Es wird mehr bevorzugt, ein MR-Element mit einer hohen Empfindlichkeit für den Sensorausgang zu verwenden, weil eine geringe magnetische Intensität nicht unvorteilhaft ist. Wenn der Sensor ein Rechteckwellensignal ausgibt, kann die magnetische Intensität durch die Verwendung von anisotropen magnetischem Pulver erhöht werden.
In dem mit einem Rotationssensor versehenen Lager der vorliegenden Erfindung wird nach einem vierten Aspekt der magnetische Ring zur Bildung einer magnetischen Bahn zwischen den Wälzelementen und dem Sensor in dem Ringraum zwischen dem inneren Ring und dem äußeren Ring vorgesehen, wodurch der Einfluß, der durch den Streufluß auf den magnetischen Sensor oder den Impulsgeberring ausgeübt wird, minimiert werden kann, und eine Störung der Wellenform des Ausganges oder eine Fehlfunktion des Sensors kann verhindert werden, so daß er gegen einen äußeren Streufluß resistent ist.

Claims

Mit einem Rotationssensor versehenes Lager, welches einen inneren Ring (703), einen äußeren Ring (701) und eine Mehrzahl von Wälzelementen (702), welche zwischen dem inneren Ring (703) und dem äußeren Ring (701) gelagert sind, umfasst, so dass der innere Ring (703) oder der äußere Ring (701) einen rotierenden Lagerring bildet, und der andere von dem inneren Ring (703) und dem äußeren Ring (701) einen feststehenden Lagerring bildet, welches weiterhin umfasst: einen Impulsgeberring (704), welcher an einem Ende des rotierenden Lagerringes befestigt ist; und einen Sensor (705), welcher an dem feststehenden Lagerring, gegenüber dem Impulsgeberring (704) befestigt ist und der die Rotationsgeschwindigkeit erfasst, wobei der Impulsgeberring (704) ein magnetisierter Codierer ist, welcher aus einem Elastomer besteht, welches ein Magnetpulver enthält, und isotropes Magnetpulver benutzt wird, wenn der Codierer ein analoges Signal ausgibt, während anisotropes Magnetpulver benutzt wird, wenn der Codierer ein Rechteckwellensignal ausgibt.
Mit einem Rotationssensor versehenes Lager nach Anspruch 1, bei welchem ein MR-Element als Sensor verwendet wird, wenn der Codierer ein Analogsignal ausgibt.
Mit einem Rotationssensor versehenes Lager nach Anspruch 1, bei welchem das Magnetpulver ein Ferritpulver ist.
Mit einem Rotationssensor versehenes Lager, welches einen inneren Ring (803), einen äußeren Ring (801) und eine Mehrzahl von Wälzelementen (802), welche zwischen dem inneren Ring (803) und dem äußeren Ring (801) gelagert sind, umfasst, so dass der innere Ring (803) oder der äußere Ring (801) einen rotierenden Lagerring bildet, und der andere von dem inneren Ring (803) und dem äußeren Ring (801) einen feststehenden Lagerring bildet, und welches weiterhin enthält: einen Impulsgeberring (804), welcher an einem ersten Ende des rotierenden Lagerringes befestigt ist; einen Sensor (808), welcher die Rotationsgeschwindigkeit ermittelt, und einen weiteren Sensor (808), welche an dem festen Lagerring gegenüber dem Impulsgeberring (804) befestigt sind; einen magnetischen Bypassring (816), der zwischen den Wälzelementen (802) und den Sensoren (808) in einem Ringraum angeordnet ist, der zwischen dem inneren Ring (803) und dem äußeren Ring (801) zur Bildung einer magnetischen Bahn angeordnet ist, wobei ein Luftspalt zwischen dem magnetischen Bypassring (816) und dem rotierenden Lagerring von nicht mehr als 0,5 mm vorgesehen ist; und einen Befestigungsring (806) für ein Sensorgehäuse (807), welches die Sensoren (808) hält, wobei der Befestigungsring (806) einen Schlitz (817) auf der Seite des festen Lagerringes, an welchem der Befestigungsring (806) für das Sensorgehäuse (807) befestigt ist, aufweist, und wobei der Schlitz (817) in der Nähe der Sensoren (808) ausgebildet ist.
Mit einem Rotationssensor versehenes Lager nach Anspruch 4, welches weiterhin umfasst: einen Mandril (805), welcher den Impulsgeberring (804) hält, wobei der Befestigungsring (806) für das Sensorgehäuse und der Mandril (805) durch magnetische Elemente gebildet werden.
Mit einem Rotationssensor versehenes Lager nach Anspruch 4, welches mit einem magnetischen Bypass versehen ist, der den magnetischen Widerstand zwischen dem Befestigungsring (806) für das Sensorgehäuse und dem rotierenden Lagerring vermindert.
Mit einem Rotationssensor versehenes Lager nach Anspruch 4, bei welchem der Impulsgeberring (804) durch einen magnetisierten Decoder gebildet wird, welcher aus einem Elastomer besteht, das magnetisches Pulver enthält.
Mit einem Rotationssensor versehenes Lager nach Anspruch 7, bei welchem die Dicke des Elastomers in dem magnetisierten Decoder mindestens 2 mm beträgt.
Motor, umfassend ein Gehäuse, einen Stator, der an dem Gehäuse befestigt ist, einen Rotor, der dem Stator gegenüberliegt und an einer Rotorwelle befestigt ist, und ein mit einem Rotationssensor versehenes Lager nach Anspruch 4.