DE112009000497B4

DE112009000497B4 - Ursprungspositions-Signaldetektor

Info

Publication number: DE112009000497B4
Application number: DE112009000497T
Authority: DE
Inventors: Takeshi Musha; Hiroshi Nishizawa; Hajime Nakajima; Yoichi Omura; Koichi Takamune
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2008-03-17
Filing date: 2009-02-25
Publication date: 2012-12-13
Anticipated expiration: 2029-02-26
Also published as: DE112009000497T5; JP4880066B2; US20110291646A1; KR20100117090A; JPWO2009116365A1; KR101163908B1; CN101978242B; TWI392856B; WO2009116365A1; TW200944761A; CN101978242A

Abstract

Ursprungspositions-Signaldetektor mit einer Erfassungszieleinheit mit einer Imkrementalspur (3) und einer Ursprungspositions-Erfassungsspur (4); und einem magnetischen Sensor (5), konfiguriert zur Erfassung magnetischer Felder in der Inkrementalspur und der Ursprungspositions-Erfassungsspur, wobei die Inkrementalspur (3) Auslenkungserfassungs-Magnetteilstücke (3a) in gleichen Intervallen entlang einer Auslenkungsrichtung zum Erfassen einer Auslenkungsgröße aufweist, wobei die Ursprungspositions-Erfassungsspur (4) ein Ursprungspositions-Magnetteilstück (11) zum Erfassen einer Ursprungsposition für die Erfassung der Auslenkungsgröße und ferner Seitenmagnetteilstücke (12) auf beiden Seiten des Ursprungspositions-Magnetteilstücks (11) in der Auslenkungsrichtung umfasst, und wobei die Seitenmagnetteilstücke (12) mit einer Magnetisierung in der gleichen Richtung wie das Ursprungspositions-Magnetteilstück (11) magnetisiert sind.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ursprungspositions-Signaldetektor zur Erfassung einer Ursprungsposition in magnetischen Rotationswinkelsensoren, wie z. B. magnetischen Drehpositionsgebern, und magnetischen Positionsdetektoren, wie z. B. magnetische Linearpositionsgeber.
STAND DER TECHNIK
Ein magnetischer Rotationswinkelsensor ist als ein Beispiel bekannt, bei dem ein typischer Ursprungspositions-Signaldetektor verwendet wird. Dieser magnetische Rotationswinkelsensor wird in Allgemeinen mit einem Drehrohr bereitgestellt, der z. B. auf einer Drehachse eines Motors und der gleichen befestigt ist und das erzeugte magnetische Feld gemäß seiner Rotation verändert, und einem Magnetismus-Erfassungssensor, der das variierende Magnetfeld erfasst, wie in JP 05-223592 erläutert wird.
Magnete werden entlang einer äußeren peripheren Oberfläche des Drehrohrs mittels Aufbringung, Anpassung und Adhäsion bereitgestellt. Dessen Erfassungsspuren enthalten eine Inkrementalspur zum Erfassen eines Rotationswinkels des Drehrohrs und eine Ursprungspositions-Erfassungsspur zum Erfassen einer Ursprungsposition zum Erfassen des Rotationswinkels.
Die Inkrementalspur ist in regulären Intervallen eines Abstandes P entlang einer Peripherie eines Drehrohrs magnetisiert, wobei der Abstand durch eine Beziehung gemäß P = 360°/W definiert ist, wobei P eine Wellenzahl einer einzelnen Rotation ist, die zum Erfassen eines inkrementalen Signals erforderlich ist. Ferner ist die Ursprungspositions-Erfassungsspur nur in einem Bereich entlang der Peripherie magnetisiert, sodass eine einzelne Pulswellenform in einer einzelnen Rotation des Drehrohrs erzeugt wird. Eine Breite der Magnetisierung der Ursprungspositions-Erfassungsspur wird gemäß eines Verfahrens der Signalverarbeitung geeignet eingestellt.
Der Magnetismus-Erfassungssensor wird gemäß der Magnetisierung der Inkrementalspur und der Ursprungspositions-Erfassungsspur des Drehrohrs konfiguriert, durch eine Vielzahl von Magnetwiderstandselementen oder eine Anordnung von Magnetwiderstandselementen, wie z. B. anisotropische Magnetwiderstandselemente (AMR) und Riesenmagnetowiderstandselemente (GMR), und wird bei einem bestimmten Intervall Von dem Drehrohr entfernt angeordnet.
Gemäß einem allgemeinen Verfahren zum Verarbeiten von Ursprungspositions-Erfassungssignalen für den wie in 3 des in Dokument 1 gezeigten, so konfigurierten herkömmlichen magnetischen Rotationswinkelsensors analoge Signale, die von den Magnetowiderstandselementen ausgegeben werden, durch die Schwellenspannung in Pulswellenformen gewandelt werden und ein gewandeltes Signal wird ein Ursprungspositions-Erfassungssignal genommen.
DE 38 74 748 , EP 0 372 134 , EP 0 372 136 , US 4.851.771 und JP 2001-264112 offenbaren Codieranordnungen, bei denen neben einer Inkrementalspur mit entlang der Umfangsrichtung angeordneten Magneten abwechselnder Polarisierung eine Bezugspositionsspur mit einem einzigen Magneten vorgesehen ist, der die Erfassung einer Referenzposition erlaubt.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Das durch die Erfindung zu lösende Problem
Gewöhnliche für ein Magnetismus-Erfassungssensor verwendete Magnetowiderstandselemente, wie z. B. AMR- und GMR-Elemente, weisen eine physikalische Eigenschaft auf, dass die Ausgabe der Elemente abfällt, wenn die Temperatur ansteigt. Zum Beispiel fällt, wenn eine Ausgabe des AMR-Elements im Allgemeinen bei einer Rate von 0,3 bis 0,5%/°C abfällt, und wenn z. B. die Umgebungstemperatur von 20°C auf 80°C ansteigt, eine Ausgabe des Ursprungspositions-Erfassungssignal um 15% bis 25%. Bei Betrachtung des Falles hoher Temperaturen ist somit notwendig, die Schwellenspannung zu Erzeugung des Ursprungspositions-Erfassungssignals so niedrig wie möglich einzustellen. Darüber hinaus steigt oder fällt das Ursprungspositions-Erfassungssignal auf Grund von Faktoren, wie z. B. einen Anordnungsfehler des Magnetismus-Erfassungssensors mit Bezug auf das Drehrohr. Daher ist es notwendig, im Zusammenhang mit der obigen Situation die Schwellenspannung ausreichend niedrig einzustellen.
Auf der anderen Seite enthalten die analogen Signale, die von dem Magnetowiderstandelementen ausgegeben werden, jeweils kleine Spitzen auf beiden Seiten einer großen Spitze, wie in 3 und in 4 des Patentdokuments 1 gezeigt (die kleinen Spitzen werden im Folgenden als die „Seitenspitzen” bezeichnet). Um daher zu verhindern, dass die Seitenspitzen fälschlicherweise als Ursprungspositions-Erfassungssignal identifiziert werden, kann die Schwellenspannung nicht niedriger als die Höhe der Seitenspitzen eingestellt werden. Ferner treten Variationen der Höhe der Seitenspitzen auf Grund des Einstellungsfehlers der Schwellenspannung und eines Anordnungsfehlers des Magnetismus-Erfassungssensors auf, wie oben beschrieben. Unter Berücksichtigung der Seitenspitzen muss daher die Schwellenspannung ausreichend hoch eingestellt werden, durch Hinzufügung einer zusätzlichen Höhe zu der Höhe der Seitenspitzen. Folglich ist es praktisch unmöglich, die ausgebildete Schwellenspannung extrem niedrig einzustellen.
Da Ausgaben der AMR- und GMR-Elemente ansteigen, wenn die Temperatur gering ist, steigt der Ausgabewert der Seitenspitzen darüber hinaus an. Wenn daher die Ausgabe in den Seitenspitzen die Schwellenspannung überschreitet, die eingestellt wurde, erfasst der Ursprungspositions-Signaldetektor möglicherweise die Seitenspitzen, was zu einer falschen Erfassung der Ursprungsposition führt.
Wie aus der obigen Situationen ersichtlich, ist es für die Realisierung einer stabilen Ursprungspositions-Signalerfassung wichtig, die Ausgabe der Seitenspitzen so niedrig wie möglich zu unterdrücken.
Die vorliegende Erfindung ergab sich aus der Beschäftigung mit dem obigen Problem und eine Ausgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Ursprungspositions-Signaldetektors, der ein Signal zum Erfassen einer Ursprungsposition eines magnetischen Drehgebers bzw. einer magnetischen Kodiereinrichtung im Vergleich mit einem herkömmlichen Detektor stabiler erfassen kann.
Einrichtungen zum Lösen des Problems
Um die obige Aufgabe zu lösen, ist die vorliegende Erfindung wie im Folgenden beschrieben konfiguriert.
Das heißt, ein Ursprungspositions-Signaldetektor gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird bereitgestellt mit einer Erfassungszieleinheit mit einer Imkrementalspur und einer Ursprungspositions-Erfassungsspur; und einem magnetischen Sensor, konfiguriert zur Erfassung magnetischer Felder in der Inkrementalspur und der Ursprungspositions-Erfassungsspur, wobei die Inkrementalspur Auslenkungserfassungs-Magnetteilstücke in gleichen Intervallen entlang einer Auslenkungsrichtung zum Erfassen einer Auslenkungsgröße aufweist, wobei die Ursprungspositions-Erfassungsspur ein Ursprungspositions-Magnetteilstück zum Erfassen einer Ursprungsposition für die Erfassung der Auslenkungsgröße aufweist, wobei die Ursprungspositions-Erfassungsspur ferner Seitenmagnetteilstücke auf beiden Seiten des Ursprungspositions-Magnetteilstücks in der Auslenkungsrichtung umfasst, und wobei die Seitenmagnetteilstücke mit einer Magnetisierung in der gleichen Richtung wie das Ursprungspositions-Magnetteilstück magnetisiert ist.
Die Seitenmagnetteilstücke können an jeder Seite des Ursprungspositions-Magnetteilstücks mit einer gleichen Anzahl angeordnet werden oder können von dem Ursprungspositions-Magnetteilstück über einen bestimmten Abstand entfernt angeordnet werden.
Das Ursprungspositions-Magnetteilstück und die Seitenmagnetteilstücke können mit Magnetisierungsströmen der gleichen Intensität magnetisiert werden oder können mit Magnetisierungsströmen unterschiedlicher Intensität magnetisiert werden.
Die Seitenmagnetteilstücke können derart konfiguriert werden, dass eine Magnetisierungsbreite jedes Magnetteilstücks abfällt wenn ein Abstand von dem Ursprungspositions-Magnetteilstück anwächst.
Das Ursprungspositions-Magnetteilstück und die Seitenmagnetteilstücke können an relative Positionen magnetisiert werden, an denen ein Einfluss der Magnetisierung der Inkrementalspur eliminiert ist.
Effekte der Erfindung
Gemäß dem Ursprungspositions-Signaldetektor des einen Aspekts der vorliegenden Erfindung erlaubt die Bereitstellung der Seitenmagnetteilstücke an beiden Seiten des Ursprungspositions-Magnetteilstücks es der Ursprungspositions-Erfassungsspur den ausgegebenen Wert der Seitenspitze zu verringern, die mit dem analogen Signal assoziiert ist, das von dem Magnetsensor ausgegeben wird. Somit kann eine Schwellenspannung zur Erzeugung eines Ursprungspositions-Erfassungssignals niedriger eingestellt werden. Als ein Ergebnis ist es möglich, die Stabilität bei der Erfassung des Ursprungspositions-Erfassungssignals zu verbessern, wenn die Temperatur hoch ist, sowie eine fehlerhafte Erfassung des Ursprungspositions-Erfassungssignals aufgrund der Seitenspitzen zu reduzieren, welche die voreingestellte Schwellenspannung überschreiten, wenn die Temperatur gering ist. Folglich ist es gemäß dem Ursprungspositions-Signaldetektor des einen Aspekts der vorliegenden Erfindung möglich, das Ursprungspositions-Erfassungssignals in magnetischen Positionsgebern bzw. magnetischen Kodiereinrichtungen, verglichen mit dem herkömmlichen Beispiel, mit einer höheren Stabilität zu erfassen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine perspektivische Ansicht zur Darstellung einer schematischen Konfiguration eines magnetischen Rotationswinkelsensors gemäß einer Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein graphisches Diagramm zur Ansicht einer Simulation von zeitlichen Veränderungen in der Verteilung der magnetischen Flussdichte in einer Oberfläche eines magnetischen Widerstandelementes lediglich durch ein Ursprungspositions-Magnetteilstück, und eine zeitliche Veränderung der Verteilung der magnetischen Flussdichte in der Oberfläche des Magnetowiderstandselements lediglich durch Seitenmagnetteilstücke, jeweils auf Grund der Rotation eines Drehrohrs in dem in 1 gezeigten magnetischen Rotationswinkelsensor.
3 ist ein Diagramm zur Ansicht einer Simulation der zeitlichen Veränderung in der Verteilung der magnetischen Flussdichte in der Oberfläche des Magnetowiderstandselements lediglich durch das Ursprungspositions-Magnetteilstück, und eine zeitliche Veränderung der Verteilung der magnetischen Flussdichte in der Oberfläche des Magnetowiderstandelements durch sowohl das Ursprungspositions-Magnetteilstück und die Seitenmagnetstückteile, in dem in 1 gezeigten magnetischen Rotationswinkelsensor.
4 ist ein Diagramm zur Ansicht einer typischen Sensitivitätskurve eines AMR-Elements als ein gewöhnliches Magnetowiderstandselement.
5 ist ein Diagramm einer Veränderungsrate des Widerstands des AMR-Elements aufgrund der Rotation des Drehrohrs, das erhalten wird durch Anwendung der Änderung der in 3 gezeigten magnetischen Flussdichtenverteilung auf die Sensitivitätskurve des in 4 gezeigten AMR-Elements.
6 ist eine perspektivische Ansicht zur Darstellung einer schematischen Konfiguration eines magnetischen Rotationswinkelsensors gemäß einer Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung.
7 ist ein Diagramm zur Ansicht einer Simulation der zeitlichen Veränderung in der Verteilung der magnetischen Flussdichte in der Oberfläche des Magnetowiderstandselements durch sowohl das Ursprungspositions-Magnetteilstück und die Seitenmagnetteilstücke, die in 3 gezeigt sind, und eine zeitliche Veränderung in der Verteilung der magnetischen Flussdichte in einer Oberfläche eines Magnetowiderstandselements durch ein Ursprungspositions-Magnetteilstück und alle drei Seitenmagnetteilstücke in dem in 6 gezeigten magnetischen Rotationswinkelsensor.
8 ist ein Diagramm einer Veränderungsrate des Widerstands eines AMR-Elements auf Grund der Rotation des Drehrohrs, die durch Anwenden der Änderung der magnetischen Flussdichtenverteilung, die in 7 gezeigt ist, auf die Sensitivitätskurve des in 4 gezeigten AMR-Elements erhalten wird.
9 ist eine perspektivische Ansicht zur Darstellung einer schematischen Rotation eines magnetischen Rotationserfassungssensors gemäß einer Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung.
10 ist eine perspektivische Ansicht zur Darstellung eines magnetischen Positionserfassungssensors gemäß einer Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung.
11 ist ein Diagramm zur Ansicht einer Simulation einer zeitlichen Veränderung der Verteilung der magnetischen Flussdichte in einer Oberfläche eines magnetischen Widerstandselements durch ein individuelles Magnetteilstück, wenn ein Ursprungspositions-Magnetteilstück und Seitenmagnetteilstücke separat magnetisiert sind, gemäß einer Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung.
12 ist ein Diagramm zur Ansicht einer Simulation einer zeitlichen Veränderung in der Verteilung der magnetischen Flussdichte in einer Oberfläche eines Magnetowiderstandselements durch das Ursprungspositions-Magnetteilstück und die Seitenmagnetteilstücke, wenn das Ursprungspositions-Magnetteilstück und die Seitenmagnetteilstücke separat magnetisiert sind, gemäß der Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung.
13 ist ein Diagramm einer Veränderungsrate im Widerstand des AMR-Elements auf Grund der Rotation des Drehrohrs, die durch Anwenden der Änderung in der magnetischen Flussdichtenverteilung, die in 12 gezeigt ist, auf die Sensitivitätskurve des in 4 gezeigten AMR-Elements erhalten wird, gemäß der Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung.
14 ist eine perspektivische Ansicht zur Darstellung einer schematischen Konfiguration eines magnetischen Positionserfassungssensors gemäß einer Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung.
15 ist eine perspektivische Ansicht zur Darstellung einer schematischen Konfiguration einer Variation des in 14 gezeigten magnetischen Positionserfassungssensors.
Bezugszeichenliste

1: Erfassungszieleinheit
2: Inkrementalspur
3a: Auslenkungserfassungs-Magnetteilstück
4: Ursprungspositions-Erfassungsspur
5: Magnetowiderstandselement
11: Ursprungspositions-Magnetteilstück
12, 13, 14: Seitenmagnetteilstücke
15: Rotationsrichtung/Drehrichtung
20: Drehrohr
34: Seitenspitze
52: Erfassungszieleinheit
53: Inkrementalspur
53a: Auslenkungserfassungs-Magntteilstück
54: Ursprungspositions-Erfassungsspur
55: Magnetowiderstandselement
61: Ursprungspositions-Magnetteilstücke
62, 63, 64: Seitenmagnetteilstücke
65: Direktbewegungsrichtung
101–104, 106, 107: Ursprungspositions-Signaldetektoren

BESTER MODUS ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
Ursprungspositions-Signaldetektoren gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Es wird vermerkt, dass gleiche oder ähnliche Komponenten in den Zeichnungen durchweg durch gleiche oder ähnliche Bezugszeichen bezeichnet werden.
Ausführungsform 1
Im Folgenden wird ein Ursprungspositions-Signaldetektor gemäß einer Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 1 bis 5 beschrieben.
1 zeigt eine schematische Konfiguration eines Ursprungspostions-Signaldetektors 101 gemäß dieser Ausführungsform wobei der Detektor als ein magnetischer Rotationswinkelsensor unter magnetischen Drehgebern bzw. magnetischen Drehkodiereinheiten dient. Der Ursprungspositions-Signaldetektor weist im Wesentlichen eine Erfassungszieleinheit 1 und ein Magnetowiderstandselement 5 auf, als ein Beispiel, welches für eine Funktion eines magnetischen Sensors dient.
Die Erfassungszieleinheit 1 ist ein Magnet, der entlang einer äußeren peripheren Oberfläche eines Drehrohrs 20, das mit einer Drehachse eines Motors und dergleichen zusammenhängt und z. B. mittels Aufbringung, Anpassung, Adhäsion und dergleichen befestigt ist. In der Erfassungszieleinheit 1 werden eine Inkrementalspur 3 und eine Ursprungspositions-Erfassungsspur 4 in einer zweistufigen Art in einer axialen Richtung des Drehrohrs 20 angeordnet.
Um eine Auslenkungsgröße zu erfassen, weist die Inkrementalspur 3 Auslenkungserfassungs-Magnetteilstücke 3a auf, die alternierend bei gleichen Intervallen in einer Auslenkungsrichtung magnetisiert sind, sodass diese mit einer Magnetrichtung von S-Pol → N-Pol und N-Pol → S-Pol oder einer Richtung von links nach rechts in der Zeichnung zusammenhängen. In dieser Ausführungsform hängt die Auslenkungsgröße mit einem Rotationswinkel zusammen und die Auslenkungsrichtung hängt mit einer Rotationsrichtung 15 der Erfassungszieleinheit 1 zusammen. Die Auslenkungserfassungs-Magnetteilstücke 3a werden somit bei gleichen Intervallen eines Abstands P in Rotationsrichtung 15 entlang der gesamten Peripherie der Inkrementalspur 3 magnetisiert. Der Abstand P wird durch eine Beziehung P = 360°/W definiert, wobei W eine Wellenzahl in einer einzigen Rotation darstellt, die zum Erfassen eines inkrementalen Signals erforderlich ist.
Die Ursprungspositions-Erfassungsspur 4 weist ein Ursprungspositions-Magnetteilstück 11 und Seitenmagnetteilstücke 12 auf.
Das Ursprungspositions-Magnetteilstück 11 ist ein Magnetteilstück zum Erfassen einer Ursprungsposition bei der Erfassung der Auslenkungsgröße, d. h. bei der Erfassung eines Rotationswinkels der Erfassungszieleinheit 1 in dieser Ausführungsform. Ferner wird das Ursprungspositions-Magnetteilstück 11 an einer einzigen Position der Ursprungspostions-Erfassungsspur 4 mit einer Magnetisierungsbreite λ in Rotationsrichtung 15 ausgebildet, sodass eine einzige Pulswellenform für eine Rotation der Erfassungszieleinheit 1 erzeugt wird. Die Magnetisierungsbreite λ des Ursprungspositions-Magnetteilstücks 11 wird mit einer bestimmten Magnetisierungsbreite bezüglich des Magnetisierungsabstandes P der Inkrementalspur 3 bereitgestellt, wie z. B. λ = P oder λ = 2P.
Die Seitenmagnetteilstücke 12 werden jeweils an beiden Seiten des Ursprungspositions-Magnetteilstücks 11 in der Rotationsrichtung 15 angeordnet, wobei jedes Seitenmagnetteilstück 12 mit einer Magnetisierung in der gleichen Richtung wie der Ursprungspositions-Magnetteilstück 11 entlang der Rotationsrichtung 15 magnetisiert ist. Ferner weist in dieser Ausführungsform jedes der Seitenmagnetteilstücke 12 eine Breite „a” von 0,1 λ auf und ist von dem Ursprungspositions-Magnetteilstück 11 über einen Abstand „N” von 0,235 λ in Rotationsrichtung 15 beabstandet (wobei λ die Magnetisierungsbreite des Ursprungspositions-Magnetteilstücks 11 ist).
Das Magnetowiderstandselement 5 dient zur Erfassung magnetischer Felder der Inkrementalspur 3 und der Ursprungsposition-Erfassungsspur 4 und wird durch eine Vielzahl von Magnetowiderstandselementen oder einer Magnetowiderstandselementanordnung konfiguriert, welches z. B. eine Vielzahl von AMR-Elementen (anisotropische Magnetowiderstandselemente) oder GMR-Elementen (Riesenmagnetowiderstandselemente) gemäß der Magnetisierung der Inkrementalspur und der Ursprungspositions-Erfassungsspur 4 umfasst. Das Magnetowiderstandselement 5 weist einen Abstand mit einem bestimmten Intervall G von der Erfassungszieleinheit 1 in diametraler Richtung der Erfassungszieleinheit 1 auf.
Ein Betrieb der so konfigurierten Ursprungspositions-Signaldetektors 101 wird im Folgenden beschrieben. Es wird vermerkt, dass das Magnetowiderstandselement 5 mit einer Signalverarbeitungsschaltung 25 verbunden ist, die ein analoges Signal, das von dem Magnetowiderstandselement ausgegeben wird, bearbeitet und ein Signal ausgibt, das mit einem Rotationswinkel der Erfassungszieleinheit 1 zusammenhängt.
Durch Rotation der Erfassungszieleinheit 1, die an einer Ausgabeachse des Motors befestigt ist, erfasst das Magnetowiderstandselement 5 z. B. jeweilige Änderungen der magnetischen Felder der Auslenkungserfassungs-Magnetteilstücke 3a der Inkrementalspur 3 und des Ursprungspositions-Magnetteilstücks 11 und der Seitenmagnetteilstücke 12 auf der Ursprungspositions-Erfassungsspur 4.
2 ist eine graphische Darstellung zur Ansicht einer Simulation einer zeitlichen Veränderung in der Verteilung der magnetischen Flussdichte in dem Magnetowiderstandselement 5 in einem Zustand, bei dem die Magnetfelder des Ursprungspositions-Magnetteilstücks 11 und der Seitenmagnetteilstücke 12 separat auf eine Oberfläche des Magnetowiderstandselements 5 wirken. Eine durchgezogene Linie 31, die in 2 gezeigt wird, stellt die magnetische Flussdichtenverteilung (vertikale Achse) nur in dem Ursprungspositions-Magnetteilstück 11 in Beziehung zu den Rotationswinkeln (horizontale Achse) des Drehrohrs 20 dar. Eine gestrichelte Linie 31, die in 2 gezeigt ist, stellt die magnetische Flussdichtenverteilung (vertikale Achse) nur der Seitenmagnetteilstück 12 in Beziehung auf die Rotationswinkel (horizontale Achse) des Drehrohrs 20 dar. Ferner ist 3 eine graphische Darstellung zur Ansicht einer Simulation einer zeitlichen Änderung in der Verteilung der magnetischen Flussdichte in dem Magnetowiderstandselement 5 in einem Zustand, bei dem die Magnetfelder des Ursprungspositions-Magnetteilstücks 11 und der Seitenmagnetteilstücke 12 beide auf die Oberfläche des Magnetowiderstandselements 5 wirken. Eine durchgezogene Linie 33, die in 3 gezeigt ist, stellt die magnetische Flussdichtenverteilung (vertikale Achse) nur in dem Ursprungspositions-Magnetteilstück 11 in Beziehung auf die Rotationswinkel (horizontale Achse) des Drehrohrs 20 dar. Eine gestrichelte Linie, die in 3 gezeigt ist, stellt die magnetische Flussdichtenverteilung (vertikale Achse) dar, wenn sowohl das Ursprungspositions-Magnetteilstück 11 und die Seitenmagnetteilstücke 12 wirken, in Beziehung auf die Rotationswinkel (horizontale Achse) des Drehrohrs 20. Darüber hinaus zeigt 4 ein typisches Beispiel einer Empfindlichkeitskurve des AMR-Element als ein gebräuchliches Magnetowiderstandelement. Ferner zeigt 5 eine graphische Darstellung einer Veränderungsrate des Widerstands des AMR-Elements auf Grund der Rotation des Drehrohrs in einem Zustand, bei dem die Änderung der magnetischen Flussdichtenverteilung, die in 3 gezeigt ist, auf die Empfindlichkeitskurve des in 4 gezeigten AMR-Elements angewendet wird. Mit Bezug auf 5 zeigt eine durchgezogene Linie die Änderungen in der Änderungsrate des Widerstands auf Grund sowohl des Ursprungspositions-Magnetteilstücks 11 und der Seitenmagnetteilstücke 12 an, und eine gestrichelte Linie zeigt die Änderung der Änderungsrate im Widerstand nur auf Grund des Ursprungspositions-Magnetteilstücks 11 an.
Gemäß 2 zeigt die durchgezogene Linie 31, welche die Änderung der magnetischen Flussdichte nur auf Grund des Ursprungspositions-Magnetteilstücks 11 anzeigt, eine Wellenform mit einer Hauptwellenform 31a, die sich in eine positive Richtung der vertikalen Achse erstreckt, und Nebenpulswellenformen 31b, die sich in eine negative Richtung an der rechten und linken Seite der Hauptwellenform 31a erstrecken. Die Ausbildung einer solchen Wellenform kann physikalisch durch eine Konzentration des magnetischen Flusses verursacht werden, der um das Magnetteilstück in der Konfiguration erzeugt wird, derart, dass nur eine Polarität innerhalb einer Rotation des Drehrohrs magnetisiert ist. Auf der anderen Seite zeigt das Magnetowiderstandselement 5 eine Ausgabecharakteristik, die ähnlich einer geraden Funktion bezüglich der positiven/negativen magnetischen Flussdichte ist, wie in 4 gezeigt. Daher bilden beide Teilstücke 33b in 3, die sich in die negative Richtung erstrecken eine Wellenform aus mit einer großen Spitze in der positiven, d. h. einer Seitenspitze 31 in der Ausgabe des Magnetowiderstandselements 5, wie durch die gestrichelte Linie in 5 gezeigt.
Andererseits zeigt, wie durch die gestrichelte Linie 32 in 2 gezeigt, die magnetische Flussdichtenverteilung, welche durch die Seitenmagnetteilstücke 12 auf der Oberfläche des Magnetowiderstandselement 5 erzeugt werden, exakt die magnetische Flussdichtenverteilung, die die Nebenpulswellenform 31b ausgleicht, die sich in die negative Richtung der durchgezogenen Linie 31 erstreckt. Daher zeigt, wie durch die durchgezogene Linie 33 in 3 gezeigt, die magnetische Flussdichtenverteilung, welche auf der Oberfläche des Magnetowiderstands 5 durch die Ursprungspositions-Erfassungsspur 4 mit dem Ursprungspositions-Magnetteilstück 11 und Seitenteilstücke 12 erzeugt wird, die magnetische Flussdichtenverteilung, in welcher die Teilstücke 33b aufgehoben werden, welche sich in die negative Richtung erstrecken. Als ein Ergebnis zeigt die Ausgabe des Magnetowiderstandselements 5 eine Wellenform, in der Seitenspitzen verringert sind, wie durch die durchgezogene Linie in 5 gezeigt.
Auf diese Art ist es möglich, eine Wellenform zu erhalten, in der die Seitenspitzen 34 verringert werden und die von dem Magnetowiderstandselement 5 ausgegeben wird, durch Bereitstellung der Seitenmagnetteilstücke 12 auf beiden Seiten des Ursprungspositions-Magnetteilstücks 11. Somit kann eine Schwellenspannung zum Erzeugen eines Ursprungspositions-Erfassungssignals niedriger eingestellt werden. Als ein Ergebnis ist es möglich, die Stabilität bei der Erfassung des Ursprungspositions-Erfassungssignals zu verbessern, wenn die Temperatur hoch ist, sowie eine fehlerhafte Erfassung es Ursprungspositions-Erfassungssignals auf Grund der Seitenspitzen zu reduzieren, die die voreingestellte Schwellenspannung übersteigen, wenn die Temperatur niedrig ist. Folglich ist es möglich, das Ursprungspositions-Erfassungssignal in dem magnetischen Drehgeber bzw. der magnetischen Kodiereinheit, verglichen mit dem herkömmlichen Beispiel, mit größerer Stabilität zu erfassen.
Gemäß dieser Ausführungsform sind in einem Beispiel die Seitenmagnetteilstücke 12 mit Dimensionen ausgelegt, aber nicht darauf beschränkt, wobei der Abstand „N” 0,235 λ ist die Breite „a” 0,1 λ ist. Insbesondere kann die Anordnung der Seitenmagnetteilstücke geeignet ausgebildet werden, in Abhängigkeit von z. B. den Magneteigenschaften der Erfassungszieleinheit 1 und eines Wertes der Magnetisierungsbreite λ des Ursprungspositions-Magnetteilstücks 1.
Ferner zeigen 2, 3 und 5 Simulationen der Fälle, in denen das Ursprungspositions-Magnetteilstück 11 und die Seitenmagnetteilstücke 12 mit Magnetisierungsströmen der gleich Intensität bis zu einer gesättigten magnetisierten Flussdichte der Magnete magnetisiert werden. Mit dem soeben beschriebenen Verfahren der Magnetisierung des Ursprungspositions-Magnetteilstück 11 und der Seitenmagnetteilstücke 12 mit Magnetisierungsströmen der gleichen Intensität bis zu der gesättigten magnetischen Flussdichte der Magneten ist es möglich, da gesättigte Magnetisierungswerte konstant gemacht werden können, vorteilhafte Effekte bereitzustellen, derart, dass eine Variation der Magnetisierungsintensität in der Massenproduktion reduziert werden kann und Ursprungspositions-Signaldetektoren mit einer stabilen Qualität bereitgestellt werden können.
Diese Ausführungsform ist jedoch nicht auf das Verfahren der Magnetisierung des Ursprungspositions-Magnetteilstück 11 und der Seitenmagnetteilstücke 12 mit Magnetisierungsströmen der gleichen Intensität zu der gesättigten Flussdichte der Magnetdichte beschränkt. Speziell kann ein Pegel der Magnetisierung, nachdem die Magnetteilstücke magnetisiert sind, willkürlich eingestellt werden, in Abhängigkeit z. B. von den magnetischen Eigenschaften der Erfassungszieleinheit 1. Es ist möglich, die Seitenspitzen 34 in den ausgegebenen Wellenformen des Magnetowiderstandselement 5 vollständig zu eliminieren, durch eine Magnetisierung des Ursprungspositions-Magnetteilstücks 11 und der Seitenmagnetteilstücke 12 jeweils mit Magnetisierungsströmen unterschiedlicher Intensität. Dies wird in Ausführungsform 5, die später beschrieben wird, ausführlich erläutert.
Ferner beschreibt diese Ausführungsform das Beispiel, bei dem das Ursprungspositions-Magnetteilstück 11 und die Seitenmagnetteilstücke 12 in der Erfassungszieleinheit 1 magnetisiert werden. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf dieses Beispiel beschränkt, und die Seitenmagnetteilstücke 12 können beispielsweise durch ein nachträgliches Anordnen bereits magnetisierter Magnete mit Bezug auf das Ursprungspositions-Magnetteilstück 11 konfiguriert werden, mittels Adhäsion und dergleichen.
Ausführungsform 2
Eine Ausführungsform 2 gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun mit Bezug auf 6 bis 8 beschrieben.
6 zeigt hier eine schematische Konfiguration eines Ursprungspositions-Signaldetektors 102 gemäß der Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung. 7 zeigt im Vergleich die Resultate der Simulation der zeitlichen Veränderung der Verteilung der magnetischen Flussdichte des Magnetowiderstandelements in dem Ursprungspositions-Signaldetektor 101 gemäß der Ausführungsform 1, und Resultate einer zeitlichen Veränderung in der Verteilung der magnetischen Flussdichte eines Magnetowiderstandselements in dem Ursprungspositions-Signaldetektor 102 gemäß der Ausführungsform 2. Es wird vermerkt, dass in 7 eine durchgezogene Linie den Fall des Ursprungspositions-Signaldetektors 101 darstellt und eine gestrichelte Linie den Fall des Ursprungspositions-Signaldetektors 102 darstellt. 8 zeigt ein Diagramm einer Veränderungsrate des Widerstands des AMR-Elements aufgrund der Rotation des Drehrohrs in einem Zustand, bei dem die Änderung der magnetischen Flussdichtenverteilung, die in 7 gezeigt ist, auf die Sensitivitätskurve des in 4 gezeigten AMR-Elements angewendet wird. Es wird vermerkt, dass die durchgezogene Linie den Fall des Ursprungspositions-Signaldetektors 102 darstellt und eine gestrichelte Linie den Fall des Ursprungspositions-Signaldetektors 101 darstellt.
In dem Ursprungspositions-Signaldetektor 101 gemäß der Ausführungsform 1 wird, wie oben beschrieben, das Seitenmagnetteilstück 12 an einer einzelnen Position an einer Seite des Ursprungspositions-Magnetteilstücks 11 angeordnet. Jedoch werden in dem Ursprungspositions-Signaldetektor 102 gemäß der Ausführungsform 3 die Seitenmagnetteilstücke an einer Vielzahl von Orten an einer Seite des Ursprungspositions-Magnetteilstücks 11 angeordnet. In dieser Beziehung unterscheiden sich der Ursprungspositions-Signaldetektor 101 und der Ursprungspositions-Signaldetektor 102, und die Konfiguration der Ursprungspositions-Signaldetektors 102 ist die gleiche wie die Konfiguration des Ursprungspositions-Signaldetektors 101, außer für den obigen Unterschied. Daher wird im Folgenden der Unterschied in der Konfiguration beschrieben.
Um gemäß dem Ursprungspositions-Signaldetektor 102 eine einzelne Pulswellenform für eine Rotation des Drehrohrs 20 zu erzeugen, weist die Ursprungspositions-Erfassungsspur 4 das Ursprungspositions-Magnetteilstück 11 mit der Magnetisierungsbreite λ an einer einzelnen Position auf und das Seitenmagnetteilstück 12 und die Seitenmagnetteilstücke 13 und 14 in einer Magnetisierungsrichtung, welche die gleiche ist wie das Ursprungspositions-Magnetteilstück 11, an drei Orten an jeder Seite des Ursprungspositions-Magnetteilstücks 11.
Das Seitenmagnetteilstück 12 weist eine Breite „a” von 0,1 λ auf und ist von dem Ursprungspositions-Magnetteilstück 11 in einem Abstand „K” von 0,34 λ entfernt in der Rotationsrichtung 15 angeordnet (wobei λ die Magnetisierungsbreite des Ursprungspositions-Magnetteilstücks 11 ist).
Das Seitenmagnetteilstück 13 weist eine Breite „b” von 0,05 λ auf und ist von den Seitenmagnetteilstück 12 in einem Abstand „L” von 0,325 λ in der Rotationsrichtung 15 entfernt angeordnet.
Das Seitenmagnetteilstück 14 weist eine Breite „c” von 0,025 λ auf und ist von dem Seitenmagnetteilstück 13 entfernt in einem Abstand „M” von 0,3 λ in der Rotationsrichtung 15 entfernt angeordnet.
Da wie oben beschrieben der Abstand dem Ursprungspositions-Magnetteilstück 11 anwächst, fallen die Abstände „K”, „L” und „M” zwischen den Magnetteilstücken graduell ab und die Breiten „a”, „b” bzw. „c” der Seitenmagnetteilstücke 12, 13 und 14 in der Rotationsrichtung 15 fallen auch ab. Es wird vermerkt, dass die Beziehung zwischen dem Abstand von dem Ursprungspositions-Magnetteilstück 11 und der Magnetisierungsbreite des Seitenmagnetteilstücks nicht auf den Fall begrenzt ist, in dem die Vielzahl der Seitenmagnetteilstücke 12–14 wie in dieser Ausführungsform angeordnet sind. Selbst wenn ein einzelnes Seitenmagnetteilstück an einer Seite des Ursprungspositions-Magnetteilstücks 11 angeordnet ist, fällt die Magnetisierungsbreite des Seitenmagnetteilstücks, wenn der Abstand von dem Ursprungspositions-Magnetteilstücks größer wird.
Gemäß dem Ursprungspositions-Signaldetektor 102 dieser Ausführungsform mit der oben beschriebenen Konfiguration, die ähnlich zu dem vorher beschriebenen Ursprungspositions-Signaldetektor 101 ist, ist es möglich, eine Wellenform zu erhalten, in der die Seitenspitzen 34 verringert werden, welche von dem Magnetowiderstandselement 5 ausgegeben werden.
Darüber hinaus stellt die Bereitstellung der Seitenmagnetteilstücke 12, 13 und 14 an jeder Seite des Ursprungspositions-Magnetteilstücks 12 ferner den folgenden vorteilhaften Effekt im Vergleich mit der ersten Ausführungsform bereit.
Insbesondere zeigt die durchgezogene Linie in 7 die magnetische Flussdichtenverteilung in dem Magnetowiderstandselement 5 gemäß der Ausführungsform 1, und zeigt eine Wellenform, in der ein Teil der Wellenform, der sich in dem negativen Bereich erstreckt, ausgeglichen wird. An der linken und rechten Seite der Wellenformen sind jedoch immer noch Spitzen 36 vorhanden, die sich etwas in den negativen Bereich ausdehnen. In der Ausführungsform 2 werden die Seitenmagnetteilstücke 13 und 14 bereitgestellt, sodass diese Spitzen 36 ausgeglichen werden können.
Daher zeigt die magnetische Flussdichtenverteilung, die durch die durchgezogene Linie 37 in 7 gezeigt ist, in dem Magnetowiderstandselement 5 gemäß der Ausführungsform 2 eine Form, in der die Ausgaben der magnetischen Flussdichtenverteilung, die mit den Spitzen 36 verbunden ist, im Vergleich zur Ausführungsform 1 verringert wird. Dies ist auch aus 8 ersichtlich und verglichen mit der AMR-Ausgabe in der Konfiguration der Ausführungsform 1, die durch die gestrichelte Linie gezeigt ist, zeigt die Ausgabe dieser Ausführungsform, die durch die durchgezogene Linie angezeigt ist, eine Wellenform, dessen Seitenspitzen etwas verringert sind.
Somit ist es gemäß Ausführungsform 2 im Vergleich zu Ausführungsform 1 möglich, das Ursprungspositions-Erfassungssignal in dem magnetischen Drehgeber stabiler zu erfassen.
Während in dieser Ausführungsform die drei Seitenmagnetteilstücke 12, 13 und 14 an jeder Seite des Ursprungspositions-Magnetteilstücks 11 bereitgestellt werden, ist die Anzahl der Seitenmagnetteilstücke nicht beschränkt und jede Anzahl von Seitenmagnetteilstücken kann an jeder Seite des Ursprungspositions-Magnetteilstücks 11 bereitgestellt werden.
Darüber hinaus sind die Werte des Abstands „K”, „L” und „M” und die Breiten „a”, „b” und „c” mit Bezug auf die Magnetteilstücke 12, 13 und 14 nicht auf die oben beschriebenen Werte beschränkt, und es ist z. B. möglich, die Abstände „K”, „L” und „M” auf die gleiche Breite einzustellen und die Breiten „a”, „b” und „c” auf die gleiche Breite einzustellen. Die Werte der Abstände „K”, „L” und „M” und die Breiten „a”, „b”, und „c” in Bezug auf die Seitenmagnetteilstücke 12, 13 und 14 können willkürlich eingestellt werden, in Abhängigkeit z. B. von den magnetischen Eigenschaften der Erfassungszieleinheit 1 und dem Wert der Magnetisierungsbreite λ des Ursprungspositions-Magnetteilstücks 11.
Ferner zeigen 7 und 8 die Simulationen des Falles, bei dem das Ursprungspositions-Magnetteilstück 11 und die Seitenmagnetteilstücke 12, 13 und 14 mit Magnetisierungsströmen der gleich Intensität bis zu der gesättigten magnetischen Flussdichte der Magneten magnetisiert sind. Diese Ausführungsform ist jedoch nicht auf ein solches Beispiel beschränkt, und der Magnetisierungspegel, nachdem die Magnetteilstücke magnetisiert sind, kann willkürlich eingestellt werden, in Abhängigkeit von beispielsweise magnetischen Eigenschaften der Erfassungszieleinheit 1.
Ferner beschreibt diese Ausführungsform das Beispiel, bei dem das Ursprungspositions-Magnetteilstück 11 und die Seitenmagnetteilstücke 12, 13 und 14 in der Erfassungszieleinheit 1 magnetisiert werden. Die Seitenmagnetteilstücke 12, 13 und 14 können jedoch z. B. konfiguriert werden durch ein nachfolgendes Anordnen bereits magnetisierter Magnete mit Bezug auf das Ursprungspositions-Magnetteilstück 11, mittels Adhäsion und dergleichen.
Ausführungsform 3
Eine Ausführungsform 3 gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun mit Bezug auf 9 beschrieben.
Ein Ursprungspositions-Signaldetektor 103 gemäß der Ausführungsform 3 wird derart konfiguriert, dass die Konfiguration der Ursprungspositionsspur gemäß der Ausführungsform 1 auf den magnetischen Positionserfassungssensor angewendet wird.
9 zeigt eine schematische Konfiguration des Ursprungspositions-Signaldetektors 103 gemäß dieser Ausführungsform, wobei der Detektor als ein magnetischer Positionssensor unter magnetischen Linearpositionsgebern dient. Der Ursprungspositions-Signaldetektor 3 umfasst im Wesentlichen eine Erfassungszieleinheit 52 und ein Magnetowiderstandselement 55.
Die Erfassungszieleinheit 52 ist ein plattenartiger Magnet, der auf eine Platte mit einer linearen Skala 51 befestigt ist, z. B. mittels Aufbringung, Adhäsion und dergleichen. Entlang der Erfassungszieleinheit 52 werden eine Inkrementalspur 53 und eine Ursprungspositions-Erfassungsspur 54 in einer zweistufigen Art bereitgestellt, und die Spuren 53 und 54 erstrecken sich entlang einer longitudinalen Richtung der Erfassungszieleinheit 52.
Um eine Auslenkungsgröße in einer relativen Direktbewegungsrichtung der Erfassungszieleinheit 52 und des Magnetowiderstandselements 55 zu erfassen, weist die Inkrementalspur 53 Auslenkungserfassungs-Magnetteilstücke 53a auf, die alternierend in gleichen Intervallen magnetisiert sind, so dass eine Magnetisierungsrichtung der Polaritäten S → N und N → S in einer Auslenkungsrichtung entspricht, oder einer Richtung von Links nach Rechts in der Zeichnung. In dieser Ausführungsform entspricht die Auslenkungsgröße einer Größe eines linearen Weges, und die Auslenkungsrichtung entspricht einer direkten Arbeitsrichtung 65 der Erfassungszieleinheit 52. Die Auslenkungserfassungs-Magnetteilstücke 53a sind somit auf der Inkrementalspur 3 in gleichen Intervallen eines Abstandes P in der direkten Arbeitsrichtung 65 entlang einer gesamten Länge der Inkrementalspur 3 magnetisiert. Der Abstand P ist für einen Weg S der Direktbewegungsrichtung 65 durch eine Beziehung P = S/W definiert, wobei W eine Wellenzahl ist, die zum Erfassen eines inkrementalen Signals erforderlich ist.
Die Ursprungspositions-Erfassungsspur 54 weist ein Ursprungspositions-Magnetteilstück 61 und Seitenmagnetteilstücke 62 auf.
Das Ursprungspositions-Magnetteilstück 61 ist ein Magnetteilstück zum Erfassen einer Ursprungsposition bei der Erfassung der Auslenkungsgröße, das heißt zum Erfassen einer Weglänge der Erfassungszieleinheit 52 in dieser Ausführungsform. Das Ursprungspositions-Magnetteilstück 61 wird an einer einzelnen Position in der Ursprungspositions-Erfassungsspur 54 mit einer Magnetisierungsbreite λ entlang der Direktbewegungsrichtung 65 bereitgestellt, so dass eine einzelne Pulswellenform für einen einzigen Weg in einer Richtung der Erfassungszieleinheit 52 erzeugt wird. Ferner ist das Ursprungspositions-Magnetteilstück 61 mit einer Magnetisierung in der gleichen Richtung wie die Auslenkungserfassungs-Magnetteilstücke 53a in der Direktbewegungsrichtung 65 magnetisiert, wie in 9 gezeigt. Zusätzlich wird gemäß dieser Ausführungsform das Ursprungspositions-Magnetteilstück 61 derart bereitgestellt, dass eine Grenze zwischen zwei benachbarten Auslenkungserfassungs-Magnetteilstücken 53a einem Zentrum oder einem wesentlichen Zentrum des Ursprungspositions-Magnetteilstücks 61 in der Direktbewegungsrichtung 65 entspricht.
Die Seitenmagnetteilstücke 62 werden jeweils auf beiden Seiten des Ursprungspositions-Magnetteilstücks 61 in der Direktbewegungsrichtung 65 bereitgestellt, wobei jedes Seitenmagnetteilstück 62 mit einer Magnetisierung in der gleichen Richtung wie das Ursprungspositions-Magnetteilstück 61 in der Direktbewegungsrichtung 65 magnetisiert ist. Ferner weisen in dieser Ausführungsform jede der Seitenmagnetteilstücke 62 eine Breite „a” von 0,1 λ auf und sind von dem Ursprungspositions-Magnetteilstück 61 über einen Abstand „N” von 0,325 λ (wobei λ die Magnetisierungsbreite des Ursprungspositions-Magnetteilstücks 61 ist) entfernt in der Direktbewegungsrichtung 65 angeordnet.
Das Magnetowiderstandselement 55 dient zum Erfassen magnetischer Felder in der Inkrementalspur 53 und der Ursprungspositions-Erfassungsspur 54 und ist durch eine Vielzahl von Magnetowiderstandselementen oder eine Magnetowiderstands-Elementanordnung konfiguriert, die zum Beispiel eine Vielzahl von AMR-Elementen (anisotropische Magnetowiderstandselemente) oder GMR-Elemente (Riesenmagnetowiderstandselemente) umfasst, die mit der Magnetisierung der Inkrementalspur 53 und der Ursprungspositions-Erfassungsspur 54 zusammenhängen. Das Magnetowiderstandselement 55 ist bei einem bestimmten Intervall „G” von der Erfassungszieleinheit 52 angeordnet, in einer orthogonalen Richtung zu der Direktbewegungsrichtung 65.
Ein Betrieb des so konfigurierten Ursprungspositions-Signaldetektors 103 wird im Folgenden beschrieben. Es wird vermerkt, dass das Magnetowiderstandselement 55 mit der Signalverarbeitungsschaltung 25 verbunden ist, die ein analoges Signal verarbeitet, das von dem Magnetowiderstandselement 55 ausgegeben wird, und ein Signal ausgibt, das mit einer Weglänge der Erfassungszieleinheit 52 zusammenhängt.
In ähnlicher Weise zu dem, was mit Bezug auf den Betrieb des Ursprungspositions-Signaldetektors 101 gemäß der Ausführungsform 1 beschrieben wurde, erfasst der Ursprungspositions-Signaldetektors 103 gemäß dieser Ausführungsform durch eine lineare Bewegung der Erfassungszieleinheit 52 in die Direktbewegungsrichtung 65 das Magnetowiderstandselement 55 jeweilige Änderungen der magnetischen Felder der Auslenkungserfassungs-Magnetteilstücke 53a in der Inkrementalspur 53, und des Ursprungspositions-Magnetteilstück 61 und der Seitenmagnetteilstücke 62 in der Ursprungspositions-Erfassungsspur 54.
In dem Ursprungspositions-Signaldetektor 103 gemäß dieser Ausführungsform wird die Ursprungspositions-Erfassungsspur 54 auch mit dem Ursprungspositions-Magnetteilstück 61 und den Seitenmagnetteilstücken 62 auf beiden Seiten des Ursprungspositions-Magnetteilstücks 61 bereitgestellt. Es ist somit möglich, von dem Magnetowiderstandselement 55 ein Ursprungspositionssignal zu erhalten, in dem die Seitenspitzen 34 verringert sind, ähnlich zu den in 2 bis 5 gezeigten Simulationen, die in Ausführungsform 1 beschrieben sind.
Daher kann die Schwellenspannung zum Erzeugen des Ursprungspositionssignals in dem Ursprungspositions-Signaldetektor 103 gemäß dieser Ausführungsform auch geringer eingestellt werden. Als Ergebnis ist es möglich, die Stabilität bei der Erfassung des Ursprungspositions-Erfassungssignals bei hohen Temperaturen zu verbessern, sowie die falsche Erfassung des Ursprungspositions-Erfassungssignals aufgrund der Seitenspitzen zu reduzieren, welche die voreingestellte Schwellenspannung überschreiten, wenn die Temperatur gering ist. Folglich ist es möglich, das Ursprungspositions-Erfassungssignal in dem magnetischen Drehgeber, verglichen mit dem herkömmlichen Beispiel, mit einer größeren Stabilität zu erfassen.
Wie in Ausführungsform 1 beschrieben, sind die Werte für den Abstand „N” und die Breite „a” in Bezug auf die Anordnung der Seitenmagnetteilstücke 62 nicht auf die oben beschriebenen Werte beschränkt, sondern geeignet eingestellt werden, in Abhängigkeit von zum Beispiel den magnetischen Eigenschaften der Erfassungszieleinheit 52 und einer Wertes der Magnetisierungsbreite λ des Ursprungspositions-Magnetteilstücks 61.
Ferner kann ein Magnetisierungspegel, nachdem das Ursprungspositions-Magnetteilstück 61 und die Seitenmagnetteilstücke 62 magnetisiert sind, willkürlich eingestellt werden, in Abhängigkeit von zum Beispiel den magnetischen Eigenschaften der Erfassungszieleinheit 52.
Ferner können die Seitenmagnetteilstücke 62 zum Beispiel konfiguriert werden durch ein nachträgliches Anwenden von Magneten, die bereits mit Bezug auf das Ursprungspositions-Magnetteilstück 61, mittels Adhäsion und dergleichen.
Ausführungsform 4
Diese Ausführungsform ist derart konfiguriert, dass die Konfiguration der Ursprungspositionsspur ähnlich zu der in Ausführungsform 2 in dem Magnetpositions-Erfassungssensor angewendet wird. Ein Ursprungspositions-Signaldetektor gemäß Ausführungsform 4 wird jetzt mit Bezug auf 10 beschrieben.
Ähnlich zu der Beziehung zwischen der Ausführungsform 1 und der Ausführungsform 2, die vorher beschrieben wurde, sind in dem Ursprungspositions-Signaldetektor 104 gemäß Ausführungsform 4 die Seitenmagnetteilstücke an einer Vielzahl von Positionen auf jeder Seite des Ursprungspositions-Magnetteilstück 61 angeordnet, obwohl die Seitenmagnetteilstücke 62 an einer einzigen Position an einer Seite des Ursprungspositions-Magnetteilstück 61 in dem Ursprungspositions-Signaldetektor 103 gemäß Ausführungsform 3 angeordnet sind. Außer für den obigen Unterschied ist die Konfiguration des Ursprungspositions-Signaldetektor 104 gleich der Konfiguration des Ursprungspositions-Signaldetektors 103.
Insbesondere weist gemäß dem Ursprungspositions-Signaldetektor 104 der Ausführungsform 4 die Ursprungspositions-Erfassungsspur zur Generation einer einzelnen Pulswellenform für einen einzigen Weg der Erfassungszieleinheit 52 in einer Richtung das Ursprungspositions-Magnetteilstück 61 mit der Magnetisierungsbreite λ an einer einzigen Position und die Seitenmagnetteilstücke 52, 63 und 64 auf, die mit einer Magnetisierung in der gleichen Richtung wie das Ursprungspositions-Magnetteilstück 61 an drei Positionen an jeder Seite des Ursprungspositions-Magnetteilstücks 61 magnetisiert sind.
Das Seitenmagnetteilstück 62 weist die Breite „a” von 0,1 λ auf und ist von dem Ursprungspositions-Magnetteilstücks 61 über einen Abstand „K” von 0,34 λ entfernt in die Direktbewegungsrichtung 65 angeordnet (wobei λ die Magnetisierungsbreite des Ursprungspositions-Magnetteilstücks 61 ist).
Das Seitenmagnetteilstück 63 weist die Breite „b” von 0,05 λ auf und ist von dem Seitenmagnetteilstück 62 über einen Abstand „L” von 0,325 λ entfernt in die Direktbewegungsrichtung 65 angeordnet.
Das Seitenmagnetteilstück 64 weist die Breite „c” von 0,025 λ auf und ist von dem Seitenmagnetteilstück 63 über einen Abstand „M” von 0,3 λ entfernt in die Direktbewegungsrichtung 65 angeordnet.
Da wie oben beschrieben der Abstand von dem Ursprungspositions-Magnetteilstück 61 anwächst, verringern sich die Abstände „K”, „L” und „M” zwischen den Magnetteilstücken graduell und die Breiten „a”, „b” bzw. „c” der Seitenmagnetteilstücke 62, 63 und 64 in der Direktbewegungsrichtung 65 verringern sich auch. Es wird vermerkt, dass die Beziehung zwischen dem Abstand von dem Ursprungspositions-Magnetteilstück 61 und der Magnetisierungsbreite des Seitenmagnetteilstücks nicht auf den Fall begrenzt ist, in dem die Vielzahl der Seitenmagnetteilstücke 62–64 wie in dieser Ausführungsform angeordnet sind. Selbst wenn ein einzelnes Seitenmagnetteilstück an einer Seite des Ursprungspositions-Magnetteilstücks 61 angeordnet ist, verringert sich die Magnetisierungsbreite des Seitenmagnetteilstücks, wenn der Abstand von dem Ursprungspositions-Magnetteilstück 61 größer wird.
Gemäß dem Ursprungspositions-Signaldetektor 104 dieser Ausführungsform 4 mit der oben beschriebenen Konfiguration, ist es möglich eine Ausgabewellenform zu erhalten, wie für die vorher beschriebenen Ursprungspositions-Signaldetektoren 101, 102 und 103, in der die Seitenspitzen 34 des Magnetowiderstandselements 55 verringert sind.
Darüber hinaus stellt, wie in der zweiten Ausführungsform beschrieben, die Bereitstellung der Seitenmagnetteilstücke 62, 63 und 64 an jeder Seite des Ursprungspositions-Magnetteilstücks 61 ferner den vorteilhaften Effekt bereit, dass es möglich ist, das Ursprungspositions-Erfassungssignal in dem magnetischen Drehgeber, verglichen mit der dritten Ausführungsform, stabiler zu erfassen.
Die Beschreibung bezüglich Variationen des in der zweiten Ausführungsform beschriebenen Ursprungspositions-Signaldetektors 102, das heißt der Anzahl von Seitenmagnetteilstücken, der Dimensionen der Seitenmagnetteilstücke und dergleichen, kann ferner auch auf den Ursprungspositions-Signaldetektor 104 gemäß dieser Ausführungsform angewendet werden.
Ausführungsform 5
Eine Ausführungsform 5 gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun mit Bezug auf 11 bis 13 beschrieben.
Die Ausführungsform 5 kann jeweils auf die Ursprungspositions-Signaldetektoren 101–104 gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen 1–4 angewendet werden. Die Beschreibung erfolgt hier mit dem Ursprungspositions-Signaldetektor 101 gemäß der Ausführungsform 1 als ein Beispiel.
Insbesondere wird in der Ausführungsform 1 im Wesentlichen angenommen, dass das Ursprungspositions-Magnetteilstück 11 und das Seitenmagnetteilstück 12 mit Magnetisierungsströmen der gleichen Intensität bis zu einer gesättigten magnetischen Flussdichte der Magnete magnetisiert werden. Ferner werden die Anordnung und die Breiten der Seitenmagnetteilstücke auf dieser Annahme basierend eingestellt. In diesem Zusammenhang ist es möglich jedes Seitenmagnetteilstück 12 zu magnetisieren, so dass eine magnetische Flussdichtenverteilung erreicht wird, wie durch eine gestrichelte Linie in 11 gezeigt, zum Beispiel mittels einer freien Steuerung der Magnetisierungsströme der Seitenmagnetteilstücke 12.
Durch eine Konfiguration wie oben beschrieben ist es möglich, einen Teil, der sich in die negative Richtung erstreckt, vollständig aus der magnetischen Flussdichtenverteilung zu eliminieren, die aus dem Ursprungspositions-Magnetteilstück 11 und dem Seitenmagnetteilstück 12 erhalten wird, wie durch eine gestrichelte Linie in 12 gezeigt, wodurch die Seitenspitze in einer Ausgabe eines in 13 gezeigten AMR-Elements vollständig Null ist.
Ausführungsform 6
Eine Ausführungsform 6 gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun mit Bezug auf 14 beschrieben.
Eine Konfiguration eines Ursprungspositions-Signaldetektors 106 gemäß der Ausführungsform 6 ist im Wesentlichen gleich wie die des Ursprungspositions-Signaldetektors 101 gemäß der Ausführungsform 1, unterscheidet sich aber in den folgenden Merkmalen. Insbesondere sind, wie in 1 gezeigt, in dem Ursprungspositions-Signaldetektor 101 gemäß der Ausführungsform 1 die Magnetisierungsrichtung des Auslenkungserfassungs-Magnetteilstücks 3a und die des Ursprungspositions-Magnetteilstücks 11 in der Inkrementalspur 3 mit Bezug auf die Position des mechanischen Winkels des Drehrohrs 20 verschoben. In Gegensatz dazu stimmen gemäß dem Ursprungspositions-Signaldetektor 106 der Ausführungsform 6 die Magnetisierungsrichtung des Auslenkungserfassungs-Magnetteilstücks 3a und die des Ursprungspositions-Magnetteilstücks 11 mit Bezug auf die mechanische Winkelposition in dem Drehrohr 20 überein. Ferner weisen die Seitenmagnetteilstücke 12, die auf beiden Seiten des Ursprungspositions-Magnetteilsstücks 11 angeordnet sind, jedes eine Breite „d” von 0,2P auf, d. h. 0,2 λ, und sind von dem Ursprungspositions-Magnetteilsstück 11 entfernt bei einem Abstand P angeordnet, das heißt, über einen Abstand „Q” von λ in der Rotationsrichtung 15. Außer für den obigen Unterschied ist die Konfiguration des Ursprungspositions-Signaldetektors 106 gleich der des Ursprungspositions-Signaldetektors 101.
Obwohl die Fähigkeit des Ursprungspositions-Signaldetektors 106 in der Verringerung der Seitenspitzen weniger gut ist als der Ursprungspositions-Signaldetektor 101 gemäß der Ausführungsform 1, ist es durch die oben beschriebene Konfiguration möglich, den Fehler bei der Erfassung des Winkels der Inkrementalspur aufgrund eine magnetischen Leckflusses von der Ursprungspositions-Erfassungsspur 4 zu reduzieren, durch ein Anpassen der Magnetisierungsrichtungen der Auslenkungserfassungs-Magnetteilstücke 3a und des Ursprungspositions-Magnetteilstück 11 in der Inkrementalspur 3 mit Bezug auf die mechanische Winkelposition in dem Drehrohr 20.
Wie oben beschrieben ist die Ausführungsform 6 derart konfiguriert, dass die Magnetisierungsrichtungen der Auslenkungserfassungs-Magnetteilstücke 3a und des Ursprungspositions-Magnetteilstück 11 in der Inkrementalspur 3 übereinstimmen. Diese Ausführungsform ist jedoch nicht auf das obige Beispiel beschränkt. Insbesondere können das Ursprungspositions-Magnetteilstück 11 und die Seitenmagnetteilstücke 12 in Bezug auf die Inkrementalspur 3 durch willkürliche Magnetisierungsbreiten und Magnetisierungspositionen relativ angeordnet werden, wo ein Einfluss eines magnetischen Leckflusses von der Ursprungspositions-Erfassungsspur 4 zu der Inkrementalspur 3 reduziert oder eliminiert werden kann.
Ferner kann die Konfiguration der Ausführungsform 6 auch auf die vorher beschriebenen Ausführungsformen 2–5 angewendet werden, und in jedem der Fälle können die in den jeweiligen Ausführungsformen 2–5 beschriebenen Effekte erzielt werden. Als ein Beispiel zeigt 15 einen Ursprungspositions-Signaldetektor 107, bei dem die Seitenmagnetteilstücke 12 und 13 auf jeder Seite des Ursprungspositions-Magnetteilstück 11 an zwei Teilstücken, das heißt, mehreren Teilstücken bereitgestellt sind. Jedes der Seitenmagnetteilstücke 12 weist hier eine Breite „d” von 0,2P auf, d. h. 0,2 λ, und ist von dem Ursprungspositions-Magnetteilstück 11 bei einem Abstand P, d. h., über einen Abstand „Q” von λ in Rotationsrichtung 15 angeordnet. Ferner weist jedes der Seitenmagnetteilstücke 13 eine Breite „e” von 0,1 λ auf und ist von dem Seitenmagnetteilstück 12 entfernt über einen Abstand „R” von 0,4 λ in Rotationsrichtung 15 angeordnet. Darüber hinaus kann die Konfiguration der oben beschriebenen Ausführungsformen 2 und 4 in Kombination mit der Konfiguration der Ausführungsform 6 angewendet werden.
Es wird vermerkt, dass durch eine geeignete Kombination willkürlichen Ausführungsformen der vorher beschriebenen verschiedenen Ausführungsformen die durch diese verfügten Effekte erzeugt werden können.
Obwohl die vorliegende Erfindung in Verbindung mit den dabei bevorzugten Ausführungsformen mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen vollständig beschrieben wurde, wird vermerkt, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen den Sachkundigen des Standes der Technik ersichtlich sind. Es wird verstanden, dass solche Änderungen und Modifikationen in dem Umfang der vorliegenden Erfindung, wie er durch die angefügten Patentansprüche definiert ist, enthalten sind, soweit sie nicht davon abweichen.
Ferner ist die Offenbarung der Japanischen Patentanmeldung 2008-67536 , angemeldet am 17. März 2008 mit der Beschreibung, den Zeichnungen, dem Umfang der Erfindung und dem Abstrakt durch Referenz in vollem Umfang berücksichtigt.
Industrielle Anwendbarkeit
Die vorliegende Erfindung kann für Ursprungspositions-Signaldetektoren zur Erfassung einer Ursprungsposition in magnetischen Rotationswinkelsensoren, wie zum Beispiel magnetischen Drehpositionsgeber, und magnetischen Positionsdetektoren, wie z. B. magnetische Linearpositionsgeber, verwendet werden.

Claims

Ursprungspositions-Signaldetektor mit einer Erfassungszieleinheit mit einer Imkrementalspur (3) und einer Ursprungspositions-Erfassungsspur (4); und einem magnetischen Sensor (5), konfiguriert zur Erfassung magnetischer Felder in der Inkrementalspur und der Ursprungspositions-Erfassungsspur, wobei die Inkrementalspur (3) Auslenkungserfassungs-Magnetteilstücke (3a) in gleichen Intervallen entlang einer Auslenkungsrichtung zum Erfassen einer Auslenkungsgröße aufweist, wobei die Ursprungspositions-Erfassungsspur (4) ein Ursprungspositions-Magnetteilstück (11) zum Erfassen einer Ursprungsposition für die Erfassung der Auslenkungsgröße und ferner Seitenmagnetteilstücke (12) auf beiden Seiten des Ursprungspositions-Magnetteilstücks (11) in der Auslenkungsrichtung umfasst, und wobei die Seitenmagnetteilstücke (12) mit einer Magnetisierung in der gleichen Richtung wie das Ursprungspositions-Magnetteilstück (11) magnetisiert sind.
Ursprungspositions-Signaldetektor nach Anspruch 1, wobei das Seitenmagnetteilstück (12) an jeder Seite des Ursprungspositions-Magnetteilstücks (11) mit einer gleichen Zahl angeordnet ist.
Ursprungspositions-Signaldetektor nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Seitenmagnetteilstück (12) von dem Ursprungspositions-Magnetteilstück (11) über einen bestimmten Abstand (N) entfernt angeordnet ist.
Ursprungspositions-Signaldetektor nach irgendeinem der Ansprüche 1–3, wobei das Ursprungspositions-Magnetteilstück (11) und die Seitenmagnetteilstücke (12) mit Magnetisierungsströmen der gleichen Intensität magnetisiert sind.
Ursprungspositions-Signaldetektor nach irgendeinem der Ansprüche 1–3, wobei das Ursprungspositions-Magnetteilstück (11) und die Seitenmagnetteilstücke (12) jeweils mit Magnetisierungsströmen unterschiedlicher Intensitäten magnetisiert sind.
Ursprungspositions-Signaldetektor nach irgendeinem der Ansprüche 1–5, wobei eine Magnetisierungsbreite (a, b, c) jedes Seitenmagnetteilstücks (12) abfällt, wenn ein Abstand von dem Ursprungspositions-Magnetteilstück anwächst.
Ursprungspositions-Signaldetektor nach irgendeinem der Ansprüche 1–5, wobei das Ursprungspositions-Magnetteilstück (11) und die Seitenmagnetteilstücke (12) an relativen Positionen magnetisiert sind, bei denen ein Einfluss auf die Magnetisierung der Inkrementalspur (3) eliminiert ist.