JP2005062189A - 磁気多極エンコーダ - Google Patents

Abstract

【課題】 単一ピッチ誤差を最小化することができる磁気多極エンコーダを提供する。
【解決手段】 本発明の磁気多極エンコーダは、特に自動車のクランク軸の角度位置を測定するための、極性が交番するようにストリップ状に磁化されている少なくとも１つの磁気トラック及び、基準位置を画定するための少なくとも１つの標識区画を有する磁気多極エンコーダであって、標識区画が、磁化されていないか又は弱く磁化されているだけである中央の領域及び、この中央の領域の両側でこの中央の領域に接し、互いに同じ極性で磁化されている２つのストリップを含むことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は磁気多極エンコーダに関する。より詳細には、本発明は、極性が交番するようにストリップ状に磁化されている少なくとも１つの磁気トラック及び、基準位置を画定するための少なくとも１つの標識区画を含む磁気多極エンコーダに関する。

回転する機械部品の回転数又は角度位置を検出するために、例えば燃焼機関のクランク軸の、そのとき毎の実際の角度位置を測定するために、いわゆる多極エンコーダを使用することが公知である。その際に得られる信号は、通常、エンジン制御のために、特に噴射パルス又は点火パルスを生成するために利用される。

このような多極エンコーダは、少なくともその外周縁部に少なくとも１つの磁気トラックが備えられている、例えば金属材料からなる本質的に円環形状の支持体本体を通常含む。磁気トラックには、Ｎ極とＳ極が僅かなピッチ距離をもって交番しているストリップ状の磁化が加えられている。磁気トラックは、例えば磁化フェライトを分散させてなる熱可塑性材料から形成することができる。

シャフトの角度位置又は回転数を測定するために、上記の磁気エンコーダーは通常そのシャフトに取り付けられる。静止しているシャフトのまわりで回転するハウジングにエンコーダーが取り付けられている応用例もまた公知である。従って、シャフト又はハウジングが回転すると、磁極のピッチ距離に応じて周期的に変化する磁界が生じ、この磁界を磁気センサによって検出することができる。例えばホールセンサあるいは、MRセンサ又はGMR（巨大磁気抵抗）センサとも呼ばれる磁気抵抗センサであるセンサは、時間で変化する磁界を、既に先に記載したように、エンジン制御に使用することができる周期的な電気信号に変換することができる。

さらに、例えば燃焼機関のシリンダーの上死点（OT-Punkt）といった基準位置に相応する少なくとも１つの位置を決定するために、磁気多極エンコーダでの回転角を検出するためにマーキング、標識付けが行われなければならないことが公知である。通常、この標識付けは、他の磁極のピッチ間隔に比べて本質的に広いピッチ間隔を有する磁極によって実施される。このような装置の欠点は、このようにピッチ間隔を広げられた磁極が、隣接する極によって生成される磁界に著しく影響を与えること、特に境界を接する領域における磁界を排除することであり、このことは、単一ピッチ誤差に不利に作用する。

本発明は、冒頭に記載した形式の磁気多極エンコーダを、標識区画によって生じる単一ピッチ誤差が最小となるように、さらに改良することを課題とする。

上記課題は、特許請求の範囲の請求項１の特徴を全て有する磁気多極エンコーダによって解決される。上記課題は、特に自動車のクランク軸の角度位置を測定するための、極性が交番するようにストリップ状に磁化されている少なくとも１つの磁気トラック及び、基準位置を画定するための少なくとも１つの標識区画を有する磁気多極エンコーダであって、標識区画が、磁化されていないか又は弱く磁化されているだけである中央の領域及び、この中央の領域の両側でこの中央の領域に接し、互いに同じ極性で磁化されている２つのストリップを含む磁気多極エンコーダによって解決される。本発明の有利な実施態様を、従属請求項に記載する。

本発明は、極性が交番するようにストリップ状に磁化されている少なくとも１つの磁気トラック及び、基準位置を画定するための少なくとも１つの標識区画とを有する磁気多極エンコーダであって、標識区画が、磁化されていないか又は弱く磁化されているだけである中央の領域及び、それぞれがこの中央の領域のそれぞれの端部に接しているとともに同じ極性で磁化されている２つのストリップとを含むように形成されている磁気多極エンコーダである。標識区画を両側で区切る磁極は、この場合に、エンコーダーの規則的なストライプパターンの他のストリップとほぼ同じストリップ幅を有する。ストリップ幅のわずかな偏差は、可能な限り小さな単一ピッチ誤差を顧慮して、磁界分布を最適化することによって結果達成することができる。

標識区画の端部側に配置されている極のストリップ幅が他の極のストリップ幅とほぼ相応し、ならびに中央の領域が磁化されていないか又はわずかに磁化されているだけであることによって、標識区域の端部側に配置されている極の磁界の強さもまた隣りの極の磁界の強さに相応するので、標識区画と境界を接する隣りの極の磁界が排除されるという結果はもたらされない。従来の技術による公知の欠点は、本発明による解決策により克服される。

標識区画を両側で区切る磁極は同じ極性を有している。磁化されていない領域への磁化の“拡散”は、同じ磁極の対向する反発力に基づいて十分に回避される。

本発明による磁気多極エンコーダは、特に自動車の分野での、特にクランク軸の角度位置の測定、例えばエンジンの点火パルス又は噴射パルスを制御するための、クランク軸の角度位置の測定に適する。しかし、基本的に、本発明の多極エンコーダは、極性が交番する磁気トラックを利用して、工程の進行の検出及び／又はその制御が行われるべきところでは一般にどこにでも適用することができ、その際、少なくとも１つの基準位置が印、ラベルを付けられていなければならない。これによって、適用する場合に応じて、磁気トラックを線形に配置することも、又は他の幾何学的形状に配置することも可能である。標識区画の本発明による構成が、公知の環状の多極エンコーダの場合と同様に、多極エンコーダが有する磁気トラックが１つであるか又は複数であるか、あるいはその磁気トラックが軸方向に配置されているのか又は環状の支持体に放射状に配置されているのかに依存しないことは明らかである。

本発明は、特に自動車のクランク軸の角度位置を測定するための、極性が交番するようにストリップ状に磁化されている少なくとも１つの磁気トラック及び、基準位置を画定するための少なくとも１つの標識区画を有する磁気多極エンコーダに関する。本発明によれば、標識区画は、磁化されていないか又は弱く磁化されているだけである中央の領域及び、この中央の領域の両側でこの中央の領域に接し、互いに同じ極性で磁化されている２つのストリップを含む。このような構成によって、単一ピッチ誤差の最小化が達成される。

次に本発明を、添付の図面に基づき詳説する。

図１は、本発明によって形成されている極性が交番するように磁化されているストリップ状の極を有する環状の多極エンコーダ１を示し、この多極エンコーダには、角度位置を測定するための標識区画２が基準位置を画定するように配置されている。標識区画２は、その両側に同じ極性の極、この実施例の場合には、Ｎ極である２本のストリップ状の磁極３、４を有し、この磁極３、４によって、標識区画２は磁化されている磁化区域と区切られている。これらの２本の磁極３、４の間に、磁化されていない中央の領域５が位置している。

図２は、ｂ）ホールセンサ及びｃ）MRセンサを利用して、多極エンコーダの、本発明により形成された標識区画の範囲を捕捉したことによってもたらされるセンサ信号の概略的な経過、変化を示す。磁極の配置に対する信号の変化の配列を簡略化するために、標識区画２の範囲の、本発明による多極エンコーダ１の極の配置を概略的にａ）に示す。ｂ）によって、通常、ストリップ状の極の並びと垂直な磁界成分が通過する際に信号を生成するように配置されているホールセンサが、標識区画２の範囲に対応して不要信号Ｓ_３及びＳ_４を生成していることがわかる。これらの信号は、標識区画を画定する２つの極３、４によって生成される。これに対して、ストリップ状の極の並びと水平な磁界成分に反応するMRセンサは、望ましい挙動を示しており、MRセンサの生成する信号は、標識区画２の左端の位置、標識区画の左端に配置されているＮ極とその左側に配置されているＳ極との間の位置で、対応する信号の極大値又は最大値Ｓ_SNを示し、その後、Ｓ極から標識区画の左端側面のＮ極３に移行する際に信号強度は下がり、標識区画の磁化されていない中央の領域５を通過する際に基準線に達し、そして標識区画の右端に配置されているＮ極４から、このＮ極４に隣接し、続く規則的に配置されているストリップ状に磁化されているＳ極へ移行する際に、もう１つの（負の）極値、信号の最小値Ｓ_NSにまでさらに下がる。このように、MRセンサが使用される場合には、結果として、標識区画の範囲内に望ましい“信号の空白”が生じる。類似の挙動は、ホールセンサが“MRの取付位置”にある場合に、即ちホールセンサが、接線方向の磁界成分又は、ストリップ状の極の並びと平行な磁界成分がそのホールセンサに垂直に侵入するように取り付けられている場合に、ホールセンサを利用して達成することができる。当業者は種々の形式の磁気センサに対応する種々の測定原理を理解しているので、本発明による多極エンコーダを適切なセンサとともに使用することは当業者にとって容易ことである。

図３は、本発明による多極エンコーダの試作品により得られた測定曲線を示し、この測定曲線は、図２の曲線の経過、形状に類似している。この図３は、測定曲線の経過、形状が、基本的に、図２の理論的な曲線の経過、形状に相応していることを示している。これは多極エンコーダの試作品であり、まだ最適化されていないので、この測定曲線は、部分的に依然として非対称であるか、又はオーバーシュート、“行過ぎ”があることを示している。このような非対称部分又は行過ぎ部分は、エンコーダーを最適化することによって、容易に解決することができる。図３のデジタル化されたMR信号が示すように、この不規則さは、センサの切換閾値を上げるだけでも補償することができる。デジタル化されたMR信号は既に十分に望ましい信号の形状、経過に相応している。

ストリップ状に磁化されている本発明の多極エンコーダの平面図を概略的に示す図である。 種々のセンサ装置により、本発明による多極エンコーダの標識区間を捕捉して得られた基本的な信号の時間変化を示す図である。 本発明による多極エンコーダで測定したセンサ信号であり、図２の理論的な曲線に類似していることを示す図である。

符号の説明

１ 多極エンコーダ
２ 標識区画
３ 磁極
４ 磁極
５ 中央の領域

Claims (2)

1. 特に自動車のクランク軸の角度位置を測定するための、極性が交番するようにストリップ状に磁化されている少なくとも１つの磁気トラック及び、基準位置を画定するための少なくとも１つの標識区画を有する磁気多極エンコーダであって、
   前記標識区画が、磁化されていないか又は弱く磁化されているだけである中央の領域及び、この中央の領域の両側でこの中央の領域に接し、互いに同じ極性で磁化されている２つのストリップを含む磁気多極エンコーダ。
2. 前記標識区画の前記中央の領域に接する前記２つの磁極の幅が、単一ピッチ誤差を最小化するように最適化されている請求項１記載の磁気多極エンコーダ。

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