DE10055288A1 - Kontaktloser Drehwinkelsensor und darin verwendeter Sensorkern - Google Patents
Kontaktloser Drehwinkelsensor und darin verwendeter SensorkernInfo
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Abstract
Ein Sensorkern (114), der in einem Drehwinkelsensor der kontaktlosen Bauart verwendet wird, ist aus einem äußeren Kern (127), der aus einem magnetischen Material hergestellt ist, einem inneren Kern (129), der aus einem magnetischen Material in einer scheibenförmigen Gestalt hergestellt ist und koaxial zu und in dem äußeren Kern (127) angeordnet ist, einem ersten Luftspalt (131), der zwischen einer inneren Umfangsoberfläche (127b) des äußeren Kerns (127) und einer äußeren Umfangsebene (129e) des inneren Kerns (129) erzeugt wird, einem zweiten Luftspalt (132), der so erzeugt wird, dass er sich in einer Radialrichtung des äußeren Kerns (127) zum ersten Luftspalt (131) hin erstreckt, und einem plattenförmigen Magneten (130), der in seiner Dickenrichtung magnetisiert und in einem Aufnahmespalt (133) des inneren Kerns (129) eingebaut ist, aufgebaut. Die innere Umfangsoberfläche (127b) des äußeren Kerns (127) ist mit abgestuften Abschnitten versehen, so dass sich die Abmessung des ersten Luftspaltes (131) in Annäherung zum zweiten Luftspalt (132) stufenweise erhöht.
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Drehwinkelsen
sor, der zur Erfassung eines Drehwinkels eines Objektes verwen
det werden soll, und insbesondere auf einen kontaktlosen Dreh
winkelsensor zur kontaktlosen Erfassung des Drehwinkels eines
Objektes durch Umwandlung des Drehwinkels in eine Änderung der
Magnetkraft, sowie auf einen Sensorkern, der in dem Drehwinkel
sensor der kontaktlosen Bauart verwendet wird.
Herkömmlicherweise waren Drehwinkelsensoren der Kontaktbauart
bekannt, die einen Potentiometer verwendeten. Dieser Potentio
meter ist so aufgebaut, dass eine Schleifbürste auf einem Wi
derstandselement gleitet, wodurch sich die elektrischen Wider
standswerte ändern. Dementsprechend können Staubpartikel, die
aus der Reibung zwischen dem Widerstandselement und der
Schleifbürste resultieren, in einem dazwischenliegenden Gleit
abschnitt erzeugt werden. Die Staubpartikel würden Erfassungs
fehler bei den Widerstandswerten hervorrufen. Ferner könnte ein
Reibungswiderstand in dem Gleitabschnitt zu einem Betriebswi
derstand hinsichtlich eines zu erfassenden Objektes werden, was
die Betriebsansprechempfindlichkeit des Objektes beeinflussen
würde.
Um die obigen Nachteile des Drehwinkelsensor der Kontaktbauart
zu beseitigen, wurde als Drehwinkelsensor einer kontaktlosen
Art ohne einem Gleitbauteil oder -abschnitt entwickelt. Einer
solcher Drehwinkelsensoren der kontaktlosen Bauart ist konstru
iert, um einen Drehwinkel eines Objektes in einer kontaktlosen
Art zu erfassen, indem der Drehwinkel in eine Änderung der Ma
gnetkraft konvertiert wird. Das japanische Patent Nr. 2842482
und die ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 8-
35809 offenbaren ein Beispiel eines Drehwinkelsensors der kon
taktlosen Bauart dieser Art.
Fig. 25 zeigt Hauptteile des Drehwinkelsensors, der in dem ja
panischen Patent Nr. 2842482 offenbart ist. Dieser Drehwinkel
sensor ist mit einem zylindrischen Gehäuse 151 und einer dreh
bar in der Mitte des Gehäuses 151 angeordneten Verbindungswelle
152 versehen. Ein erstes Bauteil 153 ist auf der inneren Um
fangsoberfläche des Gehäuses 151 befestigt. Das erste Bauteil
153 ist aus zwei halbkreisförmigen Ringen 153A und 153B aufge
baut, die beide aus einem weichmagnetischen Material herge
stellt wurden. Zwischen den halbkreisförmigen Ringen 153A und
153B sind zwei Hilfs-Luftspalte 154 vorgesehen. Eine elektri
sche Spule 156 ist in einem Spalt 154 angeordnet und eine Hall
sonde ist in dem anderen Spalt 154 angeordnet. Ein zweites Bau
teil 157, das aus einem weichmagnetischen Material hergestellt
wurde, ist auf der Verbindungswelle 152 befestigt. Ein rohrför
miger Magnet 158, der aus zwei dünnen Bauteilen 158A und 158B
aufgebaut ist, ist auf dem äußeren Umfang des zweiten Bauteiles
157 befestigt. Der rohrförmige Magnet 158 ist aus einer Samari
um-Kobalt-Form geformt und in einer rohrförmigen Gestalt magne
tisiert. Ein Hauptluftspalt 159 ist zwischen dem rohrförmigen
Magnet 158 und dem ersten Bauteil 153 angeordnet. Der Haupt
luftspalt 159 sollte wünschenswerterweise so eng wie möglich
sein. In der obigen Veröffentlichung beträgt die Breite des
Hauptluftspaltes 159 die Größenordnung von 0,2 mm, wenn der
durchschnittliche innere Durchmesser des zweiten Bauteiles 157
5 mm beträgt und die Dicke des rohrförmigen Magnetes 158 1 mm
beträgt. Auf diese Weise wird ein magnetisches Feld zwischen
dem ersten Bauteil 153 und dem rohrförmigen Magneten 158 und
dem zweiten Bauteil 157 erzeugt. Wenn das zweite Bauteil 157
und der rohrförmige Magnet 158 zusammen mit der Verbindungswel
le 152 gedreht werden, wird das magnetische Feld gedreht, wo
durch sich die Dichte des magnetischen Flusses, der durch die
Hallsonde 156 und die elektrische Spule 155 strömt, verändert.
Die Änderung der magnetischen Flussdichte wird in Gestalt von
elektrischen Signalen ausgegeben.
Fig. 26 zeigt Hauptteile des Drehwinkelsensors, der in der un
geprüften japanischen Patentveröffentlichung Nr. 8-35809 offen
bart ist. Dieser Drehwinkelsensor ist mit einem rohrförmigen
Joch 161 und einer angetriebenen Welle 162, die sich in der
Mitte des Joches 161 befindet, versehen, wobei beide integral
konfiguriert sind. Ein rohrförmiger Permanentmagnet 163 ist auf
der inneren Umfangsoberfläche des rohrförmigen Joches 161, das
aus einem Weichmaterial hergestellt ist, versehen. Der rohrför
mige Magnet 163 wurde in einer Radialrichtung im Querschnitt
magnetisiert. Um die angetriebene Welle 162 sind zwei separate
rohrförmige Statoren 64A und 64B fest angeordnet. Es ist der
angetriebenen Welle 162 gestattet, in einem Mittelbereich, der
von den Statoren 164A und 164B umgeben ist, zu drehen. Ein Hal
lelement 166 ist in einem Spalt 165 zwischen den zwei Statoren
164A und 164B vorgesehen. Das rohrförmige Joch 161 und der
rohrförmige Magnet 163 sind drehbar in Bezug auf die Statoren
164A und 164B angeordnet. Ein ringförmiger Luftspalt 167 wird
zwischen dem rohrförmigen Magneten 163 und den Statoren 164A
und 164B erzeugt. Auf diese Weise wird zwischen dem rohrförmigen
Joch 161, dem rohrförmigen Magneten 163 und den Statoren
164A und 164B ein magnetisches Feld erzeugt. Demgemäß erzeugt
die Drehung des rohrförmigen Magneten 163 zusammen mit dem
rohrförmigen Joch 161 eine Drehung des magnetischen Feldes,
wodurch die Dichte des magnetischen Flusses, der durch das Hal
lelement 166 strömt, verändert wird. Die Änderung der magneti
schen Felddichte wird in Gestalt von elektrischen Signalen aus
gegeben.
Bei dem Drehwinkelsensor des japanischen Patents Nr. 2842482
wird der rohrförmige Magnet 158 jedoch aus einer Samarium-
Kobalt-Form geformt und in einer rohrförmigen Gestalt mit einer
sehr geringen Dicke von ungefähr 1 mm magnetisiert, was ihn
physikalisch sehr spröde und schwierig herzustellen macht. Zu
sätzlich muss der rohrförmige Magnet 158 nach der Einpassung
auf dem äußeren Umfang des zweiten Bauteiles 157 mit der Welle
152 zusammenmontiert werden, während der extrem enge Haupt
luftspalt 159 hinsichtlich des ersten Bauteiles 153 aufrecht
erhalten werden müsste. Deshalb kann bei der Montage sogar eine
kleine Neigung des rohrförmigen Magnetes 158 oder des ersten
Bauteiles 153 diese in Kontakt bringen, was den rohrförmigen
Magneten 158 leicht beschädigen könnte. Dies resultiert in ei
ner Herstellungsschwierigkeit des Drehwinkelsensors und einer
Verschlechterung der Genauigkeit der Erfassung des Drehwinkels.
Bei dem Drehwinkelsensor der ungeprüften japanischen Patentver
öffentlichung Nr. 8-35809 besteht andererseits ein Problem,
dass es schwierig ist, den rohrförmigen Magneten 163 herzustel
len. Zusätzlich musste der rohrförmige Magnet 163 auf der inne
ren Umfangsoberfläche des rohrförmigen Joches 161 befestigt
werden und im Inneren des Magneten 163 ist es notwendig, dass
die Statoren 164A und 164B mit dem Luftspalt 167 einer vorbe
stimmten Dimension montiert werden. Während der Montage würde
ein Kontakt zwischen dem rohrförmigen Magneten 63 und den Sta
toren 164A und 164B diesen einen Schaden zufügen. Dies er
schwert es, den Drehwinkelsensor herzustellen und es würde zu
einer Verschlechterung der Genauigkeit der Erfassung eines
Drehwinkels führen.
Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der obigen Umstände
getätigt und hat zur Aufgabe, die obigen Probleme zu beseitigen
und einen kontaktlosen Drehwinkelsensor zu schaffen, der in der
Lage ist, eine verstärkte Produktivität der Magneten, Sensor
kernen mit Magneten und Drehwinkelsensoren bereitzustellen, und
die Montageeigenschaften der Bauteile und Elemente zu verbes
sern, um die Erfassungsgenauigkeit eines Drehwinkels zu erhö
hen, sowie einen Sensorkern, der in dem Sensor verwendet wird.
Zusätzliche Ziele und Vorteile der Erfindung werden zum Teil in
der nachfolgenden Beschreibung fortgeführt und werden zum Teil
anhand der Beschreibung offensichtlich sein oder können durch
die praktische Ausführung der Erfindung erlernt werden. Die
Ziele und Vorteile der Erfindung können mit Hilfe der Instru
mente und Kombinationen, die im Einzelnen in den beigefügten
Ansprüchen ausgeführt sind, realisiert und erzielt werden.
Um den Zweck der Erfindung zu erfüllen, ist ein Sensorkern vor
gesehen, der in einem Drehwinkelsensor der kontaktlosen Bauart
vorgesehen ist, um einen Drehwinkel eines Objektes ohne Kontakt
mit diesem durch Umwandlung des Drehwinkels in eine Änderung
der Magnetkraft zu erfassen, wobei der Sensorkern folgendes
enthält: einen Statorkern, der mit zwei Blöcken versehen ist,
die aus einem magnetischen Material hergestellt sind; einen
beweglichen Kern (Läufer), der mit zwei Blöcken versehen ist,
die aus einem magnetischen Material hergestellt sind, der koa
xial zu dem Statorkern vorgesehen ist; einen ersten Spalt, der
zwischen dem Statorkern und dem beweglichen Kern erzeugt wird;
einen zweiten Spalt, der zwischen den zwei Statorblöcken er
zeugt wird; einen dritten Spalt, der zwischen den zwei bewegten
Blöcken erzeugt wird; sowie einen rechtwinkligen, quaderförmi
gen Magneten, der in dem dritten Spalt angeordnet ist und in
einer Richtung quer über den dritten Spalt magnetisiert ist, um
die beweglichen Blöcke zu verbinden.
In dem obigen Sensorkern wird vorzugsweise eine Gestalt des
Statorkerns oder des beweglichen Kerns (Läufers) bestimmt, um
den ersten Spalt mit einer Änderung der Abmessung zu erzeugen,
die in der Nähe der Mittellinie des zweiten Spaltes am größten
wird.
Alternativ werden sowohl die Gestalt des Statorkerns als auch
des beweglichen Kerns (Läufers) so bestimmt, dass sie den er
sten Spalt so erzeugen, dass die Dimensionsänderung in der Nähe
der Mittellinie des zweiten Spaltes am größten wird.
Vorzugsweise wird die Gestalt des Statorkerns oder des bewegli
chen Kerns so bestimmt, dass sich die Abmessung des ersten
Spaltes schrittweise ändert.
In dem oben genannten Sensorkern wird vorzugsweise die Gestalt
des beweglichen Kerns oder des Statorkerns so bestimmt, dass
eine sich verjüngende Oberfläche oder eine elliptische Oberflä
che enthalten ist, so dass sich die Abmessung des ersten Spal
tes kontinuierlich ändert.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein
Drehwinkelsensor der kontaktlosen Bauart vorgesehen, der einen
Sensorkern verwendet, der einen Rotor enthält, der aus dem Ma
gneten aufgebaut ist, der in dem dritten Spalt der beweglichen
Blöcke befestigt ist, wobei der Sensor folgendes enthält: eine
Basis zur Fixierung des Statorkerns; sowie eine Magnetkrafter
fassungsvorrichtung, die in dem zweiten Spalt angeordnet ist,
um eine Änderung der Magnetkraft in Reaktion auf die Drehung
des Rotors zu erfassen; wobei der Rotor mit dem Objekt verbun
den werden soll.
In dem oben genannten Drehwinkelsensor der kontaktlosen Bauart
werden vorzugsweise sowohl die Gestalt des Statorkerns als auch
die des beweglichen Kerns so bestimmt, dass der erste Spalt so
erzeugt wird, dass die Abmessungsänderung in der Nähe der Mit
tellinie des zweiten Spaltes am größten wird.
Die Gestalt des Statorkerns oder des beweglichen Kerns wird
vorzugsweise so bestimmt, dass sich die Abmessung des ersten
Spaltes schrittweise ändert.
In dem oben genannten Drehwinkelsensor der kontaktlosen Bauart
wird die Gestalt des beweglichen Kerns oder des Statorkerns
vorzugsweise so bestimmt, dass eine sich verjüngende Oberfläche
oder eine elliptische Oberfläche enthalten ist, so dass sich
die Abmessung des ersten Spaltes kontinuierlich ändert.
Die beigefügten Zeichnungen, die in dieser Beschreibung enthal
ten sind und einen Teil davon bilden, veranschaulichen ein Aus
führungsbeispiel der Erfindung und dienen zusammen mit der Be
schreibung dazu, die Ziele, Vorteile und Prinzipien der Erfin
dung zu erläutern.
Fig. 1 ist einen Schnittansicht eines Drehwinkelsensors der
kontaktlosen Bauart gemäß einem ersten erfindungsgemäßen Aus
führungsbeispiel.
Fig. 2 ist eine Schnittansicht in Explosionsdarstellung eines
Sensorkerns und anderer Bauteile im ersten Ausführungsbeispiel.
Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht eines Zusammenbaues des
Sensorkerns und eines Hall-ICs im ersten Ausführungsbeispiel.
Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht des Sensorkerns im er
sten Ausführungsbeispiel.
Fig. 5 ist eine Draufsicht des Sensorkerns im ersten Ausfüh
rungsbeispiel.
Fig. 6 ist eine Schnittansicht entlang der Linie VI-VI aus Fig.
5.
Fig. 7 ist eine Draufsicht des Sensorkerns im ersten Ausfüh
rungsbeispiel, in der ein magnetisches Feld, das darin erzeugt
wird, gezeigt ist.
Fig. 8 ist eine Draufsicht des Sensorkerns in einem zweiten
Ausführungsbeispiel.
Fig. 9 ist eine Schnittansicht entlang der Linie IX-IX aus Fig.
8.
Fig. 10 ist eine Draufsicht des Sensorkerns im zweiten Ausfüh
rungsbeispiel, die dessen konstruktive Merkmale zeigt.
Fig. 11 ist eine vergrößerte Ansicht eines Hauptteiles des Sen
sorkerns, der in Fig. 10 gezeigt ist.
Fig. 12 ist eine Schnittansicht eines Drosselklappenkörpers im
zweiten Ausführungsbeispiel.
Fig. 13 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung eines
Drehwinkelsensors im zweiten Ausführungsbeispiel.
Die Fig. 14A bis 14C sind erläuternde Darstellungen, die Bewe
gungen eines magnetischen Feldes zeigen, das in dem Sensorkern
erzeugt wird.
Fig. 15 ist ein Graph, der die Ausgangsleistungsmerkmale des
Drehwinkelsensors zeigt.
Fig. 16 ist ein Graph, der die Dichtekennlinien des magneti
schen Flusses, der in dem Sensorkern erzeugt wird, zeigt.
Fig. 17 ist eine erläuternde Darstellung, die Messpunkte zeigt.
Fig. 18 ist eine Draufsicht eines Sensorkerns in einem dritten
Ausführungsbeispiel.
Fig. 19 ist eine Schnittansicht entlang der Linie XIX-XIX aus
Fig. 18.
Fig. 20 ist eine perspektivische Ansicht einer Unterseite des
Sensorkerns aus Fig. 18.
Fig. 21 ist eine Draufsicht eines Sensorkerns in einem vierten
Ausführungsbeispiel.
Fig. 22 ist eine vergrößerte Ansicht eines Hauptteiles des Sen
sorkerns aus Fig. 21.
Fig. 23 ist eine Draufsicht des Sensorkerns in einem fünften
Ausführungsbeispiel.
Fig. 24 ist eine vergrößerte Ansicht eines Hauptteiles des Sen
sorkerns aus Fig. 23.
Fig. 25 ist eine Draufsicht eines Hauptteiles eines Drehwinkel
sensors aus dem Stand der Technik.
Fig. 26 ist eine Draufsicht eines Hauptteiles eines anderen
Drehwinkelsensors aus dem Stand der Technik.
Es folgt nun eine detaillierte Beschreibung von bevorzugten
Ausführungsbeispielen eines Drehwinkelsensors der kontaktlosen
Bauart, die die vorliegende Erfindung verkörpern, unter Bezug
nahme auf die beigefügten Zeichnungen.
Ein erstes Ausführungsbeispiel des Drehwinkelsensors der kon
taktlosen Bauart wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die
Fig. 1 bis 7 beschrieben.
Fig. 1 ist eine Schnittansicht des Drehwinkelsensors der kon
taktlosen Bauart 11 im ersten Ausführungsbeispiel. In Fahrzeug
motoren wird dieser Drehwinkelsensor 11 beispielsweise als
Drosselklappensensor zur Erfassung eines Öffnungsgrades eines
Objektes, nämlich einer Drosselklappe, verwendet, oder als ein
Beschleunigungseinrichtungssensor zur Erfassung eines Arbeits
betrages eines anderen Objektes, nämlich eines Gaspedals. Der
Drehwinkelsensor 11 enthält einen Sensorkern 12 zur kontaktlo
sen Erfassung eines Drehwinkels des Objektes damit, indem der
Drehwinkel in eine Änderung der Magnetkraft umgewandelt wird.
Der Drehwinkelsensor 11 ist mit einem Gehäuse 13, das aus einem
nichtmagnetischen Material, wie beispielsweise Harz, herge
stellt ist, versehen, sowie mit einer Eingangswelle 14, die aus
einem nichtmagnetischen Material, wie beispielsweise Harz, her
gestellt ist, die drehbar in dem Gehäuse 13 angeordnet ist, mit
einem Sensorkern der kontaktlosen Bauart 12, und einem elektri
schen Schaltkreisabschnitt 16, der ein Substrat 15 enthält.
Das Gehäuse 13 ist aus einer Abstützwand 13b, die mit einem
Loch 13a zum Halten der Eingangswelle 14 ausgebildet ist, auf
gebaut, sowie mit einer Öffnung 13c für die Eingangswelle 14,
einer Öffnung 13d für den elektrischen Schaltkreisabschnitt 16
und einer Verbindungseinrichtung 13e, die zur Verbindung der
elektrischen Verdrahtung verwendet wird. In der Öffnung 13d
sind eine Abdeckung 17 zum Abdecken des elektrischen Schalt
kreisabschnitts 16 und eine Packung 18 zur Schaffung einer Ab
dichtung zwischen der Abdeckung 17 und dem elektrischen Schalt
kreisabschnitt 16 angeordnet. Ein Lager 19 ist in dem Loch 13a
der Abstützwand 13b befestigt, um die Eingangswelle 14 drehbar
zu lagern. Ein Ende (ein unteres Ende in Fig. 1) der Eingangs
welle 14 ist an einem Hebel 20 befestigt, um zur Verbindung mit
dem zu erfassenden Objekt verwendet zu werden. Dieser Hebel 20
ist durch die Öffnung 13c mechanisch mit einem Hebel des Objek
tes verbunden. Eine Feder 21 ist zwischen der Abstützwand 13b
und dem Hebel 20 vorgesehen, um dadurch ein Drehmoment und eine
Axialbelastung zu erzeugen. Die Verbindungseinrichtung 13e ist
intern mit einem Anschluss 22 versehen, der mit dem Substrat 15
verbunden ist.
Fig. 2 ist eine Explosionsschnittansicht des Sensorkerns 12 und
anderer Bauteile. Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht einer
Gesamtanordnung des Sensorkerns 12 und eines Hall-ICs 23. Fig.
4 ist eine perspektivische Ansicht ausschließlich des
Sensorkerns 12. Fig. 5 ist eine Draufsicht des Sensorkerns 12.
Fig. 6 ist eine Schnittansicht entlang der Linie VI-VI aus Fig.
5. Fig. 7 ist eine Draufsicht des Sensorkerns 12, in der ein
magnetisches Feld, das darin erzeugt wird, gezeigt ist.
Der Sensorkern 12 ist aus einem äußeren Kern 24, der einen Sta
tor darstellt, aufgebaut, aus einem inneren Kern 25, der einen
Läufer darstellt, und aus einem plattenförmigen Magneten 26.
Der äußere Kern 24, der in der Draufsicht eine Ringform hat,
ist aus einem weichmagnetischen Material hergestellt. In dem
vorliegenden Ausführungsbeispiel wird ein reines ionengesinter
tes Material als weichmagnetisches Material verwendet. Statt
dessen kann auch Siliziumstahl, eine Eisennickellegierung, eine
Eisenkobaltlegierung, etc. verwendet werden. Der äußere Kern 24
ist mit einem Paar zweiter Luftspalte 27 ausgebildet, die sich
in einer Radialrichtung erstrecken. Die Luftspalte 27 sind an
zwei Positionen angeordnet, die in einer symmetrischen Bezie
hung einer 180°-Drehung im äußeren Kern 24 stehen. In jedem
solcher Luftspalte 27 ist der Hall-IC 23, der als Magnetkraf
terfassungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung dient, ange
ordnet. Wie bekannt ist, enthält der Hall-IC 23 ein Hallele
ment, das den Halleffekt verwendet und eine Spannung unter ei
nem konstanten Strom misst, um ein magnetisches Feld, ein
schließlich der Größe einer magnetischen Kraft, zu erfassen.
Wie in den Fig. 3 und 4 gezeigt ist, ist der äußere Kern 24
mit umfangsseitigen Vorsprüngen 24a ausgebildet (die in den
Fig. 5 bis 7 zur Vereinfachung nicht dargestellt sind). Der
Hall-IC 23 ist mit einer Vielzahl an Zapfen 23a, die auf einer
Seite des IC 23 angeordnet sind, an dem Substrat 125 befestigt
und elektrisch verbunden. Die Hall-ICs 23, die an dem Substrat
15 befestigt sind, werden in die entsprechenden zweiten
Luftspalte 27 eingesetzt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel
wird der äußere Kern 24 in der Abstützwand 13b des Gehäuses 13
einsatzgeformt. Die Vorsprünge 24a dienen als Stopper, um eine
Ablösung oder Drehung des äußeren Kerns 24 während dem Einsatz
formen (bzw. Spritzgießen) zu verhindern.
Der innere Kern 25 ist koaxial im Inneren des äußeren Kerns 24
angeordnet. Der innere Kern 25 ist aus zwei Kernstücken 25A und
25B gebildet, die beide aus einem weichmagnetischen Material in
Gestalt einer halbkreisförmigen Scheibe hergestellt sind und
zusammen eine Scheibe bilden. Die oben genannten Materialien
für den äußeren Kern 24 können als solche für die Kernstücke
25A und 25B verwendet werden. Ein Spalt 29 ist zwischen den
zwei Kernstücken 25A und 25B vorgesehen, um darin den Platten
magnet 26 aufzunehmen bzw. zu montieren. Dieser Aufnahmespalt
29 erstreckt sich entlang der diametralen Richtung des inneren
Kerns 25 und wird durch ein Paar innerer Wandseiten 29a und 29b
gebildet, die einander mit einem vorbestimmten Abstand gegen
überliegen (entsprechend der Breite des Spaltes 29). Beide En
den 25c und 25d der Kernstücke 25A und 25B bilden angeschrägte
Seiten mit einer Neigung zur Längsrichtung des Aufnahmespaltes
29.
Ein ringförmiger erster Luftspalt 28 ist zwischen dem äußeren
Kern 24 und dem inneren Kern 25 vorgesehen. Der äußere Kern 24
ist auf der Abstützwand 13b befestigt. Der innere Kern 25 ist
auf einem Basisendteil (ein oberer Endteil in den Fig. 1 und
2) der Eingangswelle 14 angeordnet. Der innere Kern 25 ist so
mit einstückig mit der Eingangswelle 14 drehbar. Wie in den
Fig. 1 und 2 gezeigt ist, ist die Eingangswelle 14 mit einem
Flansch 14b versehen, der mit einem Paar Ausnehmungen 14a am
Basisendteil ausgebildet ist. Jedes der Kernstücke 25A und 25B
des inneren Kerns 25 ist mit einem Vorsprung 25a versehen, der
in die Ausnehmung 14a eingreifen kann. Mit dem Vorsprung 25a,
der in die entsprechende Ausnehmung 14a eingesetzt ist, wird
der innere Kern 25 fest auf dem Flansch 14b gehalten.
Der Plattenmagnet 26 hat eine rechtwinklige, quaderförmige
Plattengestalt, wobei eine Länge etwas kürzer als der Durchmes
ser des inneren Kerns 25 ist, und ist in seiner Dickenrichtung
magnetisiert. Der Plattenmagnet 26 hat Plattenseiten 26a und
26b, die mit den zwei inneren Wandseiten 29a und 29b verbunden
sind, die den Spalt 29 ausbilden. Die Dicke des Plattenmagnetes
26 wird so bestimmt, dass sie fast gleich der Breite des Spal
tes 29 ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der Plat
tenmagnet 26 aus einem Material wie beispielsweise einem 1-5-
System-Samarium-Kobalt, einem Ferrit, oder einem Neodym, etc.
hergestellt. Wie in den Fig. 1 und 3 bis 5 gezeigt ist, ist
der Plattenmagnet 26 in dem Spalt 29 eingesetzt, oder zwischen
den Kernstücken 25A und 25B eingelegt. Genauer gesagt wird der
Plattenmagnet 26 in dem Spalt 29 so aufgenommen, dass die bei
den Seiten 26a und 26b des Plattenmagnetes 26 mit den inneren
Wandseiten 29a und 29b verbunden sind. Beim Einbau ist es vor
stellbar, einen Klebstoff zu verwenden, um den Plattenmagnet 26
an den inneren Wandseiten 29a und 29b des inneren Kerns 25 zu
befestigen. Jedoch kann die Befestigung mittels des Klebstoffes
in einem Reißen und Abblättern des Klebstoffes resultieren,
wodurch bewirkt wird, dass der innere Kern 25 und der Magnet 26
herabfallen. Aus diesem Grund ist im vorliegenden Ausführungs
beispiel der Plattenmagnet 26 am Flansch 14b der Eingangswelle
14 einsatzgeformt (spritzgegossen) und somit im inneren Kern 25
befestigt.
Als nächstes wird ein Vorgang zur Montage der Sensorkerne 12
und anderer Bauteile unter Bezugnahme auf Fig. 2 erläutert.
Der Hall-IC 23 wird im Voraus auf das Substrat 15 gepackt. Das
Lager 19 wird ferner in dem Loch 13a der Abstützwand 13b des
Gehäuses 13 befestigt.
Der äußere Kern 24 wird im Voraus an der Abstützwand 13b des
Gehäuses 13 einsatzgeformt (spritzgegossen). Anstelle der Ein
satzformung (des Spritzgießens) kann eine Art der Befestigung
durch Presspassung oder Wärmeverstemmen (Wärmeschweißen) ver
wendet werden.
Der Plattenmagnet 26 wird im Voraus an dem Flansch 14b der Ein
gangswelle 14 einsatzgeformt (spritzgegossen). Die Kernstücke
25A und 25B, die den inneren Kern 25 bilden, werden in die Aus
nehmungen 14a der Eingangswelle 14 pressgepasst und nehmen den
Plattenmagnet 26 dazwischen. Anstelle der Presspassung kann der
innere Kern 25 an dem Flansch 14b der Eingangswelle 14 einsatz
geformt (spritzgegossen) werden, wie es bei dem Plattenmagnet
26 der Fall ist.
Die Baugruppe der Eingangswelle 14, des inneren Kerns 25 und
des Plattenmagnetes 26 wird in dem äußeren Kern 24 und dem La
ger 19 eingebaut, wobei beide im Voraus am Gehäuse 13 befestigt
sind.
Danach wird das Substrat 15, das die Hall-ICs 23 trägt, in das
Gehäuse 13 eingebaut. Zu dieser Zeit sind die Hall-ICs 23 je
weils in den zweiten Luftspalten 27 in dem äußeren Kern 24 ein
gesetzt.
Auf die oben genannte Art und Weise werden der Sensorkern 12
und andere Bauteile in dem Gehäuse 13 eingebaut.
Bei dem Drehwinkelsensor 11 des ersten Ausführungsbeispieles,
der wie vorstehend aufgebaut wurde, wird ein magnetisches Feld
unter dem inneren Kern 25, dem Plattenmagnet 26 und dem äußeren
Kern 24 erzeugt, wobei eine Kombination davon den Sensorkern 12
darstellt, wie durch die gestrichelten Linien in Fig. 7 gezeigt
ist.
Wenn die Eingangswelle 14, die durch den Hebel 20 mit dem Ob
jekt verbunden ist, mit der Drehung des Objektes gedreht wird,
werden der innere Kern 25 und der Plattenmagnet 26 zur glei
chen Zeit gedreht, wodurch das magnetische Feld, das durch die
gestrichelten Linien in Fig. 7 gezeigt ist, gedreht wird. Zu
dieser Zeit ändert sich die Dichte des magnetischen Flusses,
der durch die Hall-ICs 23 an den zwei zweiten Luftspalten 27
in den äußeren Kern 24, der am Gehäuse 13 befestigt ist,
fließt. Die Änderung der magnetischen Flussdichte wird als
Drehwinkel des Objektes erfasst. Der Hall-IC 23 wandelt die
Änderung der magnetischen Flussdichte in eine Spannungsände
rung um und gibt diese aus. Der Drehwinkelsensor 11 im ersten
Ausführungsbeispiel kann den Drehwinkel des Objektes in einem
Erfassungsbereich von ungefähr 90° erfassen und lineare Aus
gangssignalcharakteristika in dem Bereich liefern.
In Abhängigkeit von dem Drehwinkelsensor 11, der den Sensorkern
21 im ersten Ausführungsbeispiel verwendet, besteht keine Not
wendigkeit zur Ausbildung des Magneten 26 in einer rohrförmigen
Gestalt; deshalb ist der Plattenmagnet 26 einfach herzustellen,
einfacher als die herkömmlichen rohrförmigen Magneten 58 und
63. Zusätzlich erfordert der Plattenmagnet 26 weniger Materia
lien zur Herstellung als die rohrförmigen Magneten 58 und 63.
Die herkömmlichen rohrförmigen Magneten 58 und 63 werden benö
tigt, um eine innere oder äußere Umfangsoberfläche eines per
fekten Kreises im Schnitt zu haben, um in engen Kontakt mit
einer äußeren oder inneren Unfangsoberfläche der entsprechenden
Bauteile 57 und 61 zu gelangen. Dies erfordert eine hohe Genau
igkeit bei der Verarbeitung. Der Plattenmagnet 26 im ersten
Ausführungsbeispiel wird jedoch aus einem plattenförmigen Mate
rial hergestellt, wobei kein Biegeverfahren notwendig ist. Eine
solche Differenz der Gestalt macht es möglich, den Plattenma
gnet 26 einfacher und bei niedrigen Kosten zu erzeugen. Demge
mäß kann der Sensorkern 12 und der Drehwinkelsensor 11 leicht
und mit geringen Kosten hergestellt werden. Die Produktivität
des Plattenmagneten 26, des Sensorkerns 12 und des Drehwinkel
sensors 11 einschließlich des Magneten 26 kann so verbessert
werden.
Im ersten Ausführungsbeispiel wird der Plattenmagnet 26 in dem
Spalt 29 so eingebaut, dass die Plattenseiten 26a und 26b je
weils mit den inneren Wandseiten 29a und 29b verbunden werden.
Im Unterschied zu dem Fall, bei dem die rohrförmigen Magneten
58 und 63 mit den entsprechenden Bauteilen 57 und 61 über deren
innere oder äußere Umfangsoberflächen im Stand der Technik mon
tiert werden, benötigt der Plattenmagnet 26 keine hochgenaue
Montageposition und -luft, womit kein Problem bei der Verände
rung des Spaltes hervorgerufen wird. Demgemäß kann die Montage
eigenschaft des Sensorkerns 12 und des Drehwinkelsensors 11
verbessert werden. Da kein Problem von Änderungen des Spielrau
mes bzw. der Luft auftreten werden, ist der magnetische Wider
stand konstant, was eine Erhöhung der Erfassungsgenauigkeit
eines Drehwinkels durch den Drehwinkelsensor 11 zulässt.
Bei dem Drehwinkelsensor 11 im ersten Ausführungsbeispiel sind
zwei Hall-ICs 23 insgesamt in den zwei zweiten Luftspalten 27
angeordnet, die in einer rotationssymmetrischen Position im
äußeren Kern 24 angeordnet sind. Dies ermöglicht es, die ma
gnetische Flussdichte unter Verwendung von einem der Hall-ICs
23 zu erfassen, sogar wenn die übrigen ausfallen. Auf diese
Art und Weise kann der Drehwinkelsensor 11 eine Fail-Safe-
Funktion enthalten, so dass seine Zuverlässigkeit erhöht wer
den kann.
Im ersten Ausführungsbeispiel ist der Drehwinkelsensor der
kontaktlosen Bauart 11 mit keinem Gleitabschnitt im Sensorkern
12 versehen; demgemäß treten keine Erfassungsfehler, die aus
den Staubpartikeln, die durch Reibung in dem Gleitabschnitt
des herkömmlichen Drehwinkelsensors der Kontaktbauart resul
tieren. Aus diesem Grund kann der Sensor 11 der vorliegenden
Erfindung die Sensorzuverlässigkeit für eine lange Periode
aufrecht erhalten. Zusätzlich hat der Sensor der kontaktlosen
Bauart 11 im Unterschied zum Rotationssensor der Kontaktbauart
aus dem Stand der Technik nicht den Nachteil, dass der Rei
bungswiderstand bei den Gleitabschnitten ein Betriebswider
stand für das zu erfassende Objekt wird. Wenn der Sensor 11
als Drosselklappensensor verwendet wird, wird dementsprechend
die Betriebsansprechempfindlichkeit einer Drosselklappe, die
das zu erfassende Objekt ist, nicht abnehmen.
Im ersten, oben ausgeführten Ausführungsbeispiel, können die
folgenden Alternativen angewandt werden:
- 1. Obwohl die zwei zweiten Luftspalte 27 im Sensorkern 12 vorgesehen sind und die Hall-ICs 23 in den Spalten 27 je weils angeordnet sind, können einer oder drei oder mehr zweite Luftspalte in dem Sensorkern vorgesehen werden, so dass die Hall-ICs in jeweiligen Spalten angeordnet sind;
- 2. der Hall-IC 23 wird als Magnetkrafterfassungsvorrichtung im obigen Ausführungsbeispiel verwendet, es können jedoch irgendwelche alternativen Erfassungselemente verwendet werden; und
- 3. im ersten Ausführungsbeispiel bilden ein Paar Kernstücke 25A und 25B den scheibenförmigen inneren Kern 25 mit dem Aufnahmespalt 29, der zwischen den Kernstücken 25A und 25B erzeugt wird. Alternativ dazu kann der scheibenförmi ge innere Kern als ein einziger Körper mit einer linearen Ausnehmung, die sich in einer diametralen Richtung des Kerns erstreckt, so dass die Ausnehmung als Aufnahmespalt verwendet wird, ausgebildet werden.
Das zweite Ausführungsbeispiel eines Drehwinkelsensors der kon
taktlosen Bauart der vorliegenden Erfindung und dessen Sensor
kern werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen beschrieben.
Fig. 12 ist eine Schnittansicht, die einen Aufbau eines Dros
selklappenkörpers 112 zeigt, auf dem ein Drehwinkelsensor der
kontaktlosen Bauart 111 im zweiten Ausführungsbeispiel ange
wandt wird. Der Drehwinkelsensor 111 wird als Drosselklappen
sensor zur Erfassung einer Öffnung (Drosselklappenwinkel) ei
ner Drosselklappe 113, die ein zu erfassendes Objekt in einem
Fahrzeugmotor ist, verwendet. Ferner enthält der Drehwinkel
sensor 111 einen Sensorkern 114 zur kontaktlosen Erfassung ei
nes Drehwinkels der Drosselklappe 113 damit, indem der Dreh
winkel in eine Änderung der Magnetkraft umgewandelt wird.
Die Drosselklappe 113 wird in einem Ansaugkanal 115, der in
dem Drosselklappenkörper 112 ausgebildet ist, gelagert, so
dass sie um eine Drosselklappenwelle 116 herum drehbar ist.
Eine Ausgangswelle 117a eines Motors 117, der in einem Dros
selklappenkörper 112 vorgesehen ist, ist mit der Drosselklap
penwelle 116 verbunden und wird über ein Antriebszahnrad 118,
ein Vorgelegerad 119 und ein Drosselklappenzahnrad 120 ange
trieben. Der Drehwinkelsensor 111 ist auf einer Abdeckung 121,
die an dem Drosselklappenkörper 112 befestigt ist, montiert.
Diese Abdeckung 121 ist aus einem nichtmagnetischen Material
(beispielsweise einem Harz) hergestellt.
Fig. 13 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung, die
den Drehwinkelsensor 111 zeigt. Wie in den Fig. 12 und 13 ge
zeigt ist, enthält der Drehwinkelsensor 111 ein Substrat 125,
das als Basis verwendet wird, die an der Abdeckung 121 befe
stigt ist, ein Paar Hall-ICs 126, das auf dem Substrat 125 be
festigt ist und als Magnetkrafterfassungsvorrichtung dient,
und einen Sensorkern 114, der auf dem Substrat 125 befestigt
ist. Das Substrat 125 ist mit einem im Wesentlichen ringförmi
gen vorstehenden Abschnitt 125A ausgebildet. Jeder der Hall-
ICs 126 ist durch Zapfen 126a an dem vorstehenden Abschnitt
125a befestigt, um elektrisch mit dem Substrat 125 verbunden
zu sein. Der Sensorkern 114 enthält einen äußeren Kern 127,
der ein Stator ist, der in einer im Wesentlichen zylindrischen
Gestalt ausgebildet ist, und einen Rotor 128, der in dem Inne
ren des äußeren Kerns 127 eingebaut ist. Der äußere Kern 127
ist fest auf dem vorstehenden Abschnitt 125a befestigt. Der
Rotor 128 enthält einen inneren Kern 129, der ein Läufer ist,
der einstückig angebaut ist, wie ein Zylinder, und einen plat
tenförmigen Magneten 130. Der innere Kern 129 enthält ein Paar
Kernstücke 129A und 129B, die in einer im Wesentlichen halb
kreisförmigen Gestalt ausgebildet sind. Der Plattenmagnet 130
ist zwischen beiden Kernstücken 129A und 129B befestigt. Wie
in Fig. 13 gezeigt ist, ist jeder der Kernstücke 129A und 129B
mit einem bogenförmigen vorstehenden Abschnitt 129a an dessen
Oberseite ausgebildet. Wie in Fig. 12 gezeigt ist, bilden die
se vorstehenden Abschnitte 129a ein Paar, um an einem Endab
schnitt der Drosselklappenwelle 116 befestigt zu werden, und
dadurch wird der Sensorkern 114 mit der Drosselklappenwelle
116 gekoppelt.
Fig. 8 ist eine Draufsicht des Sensorkerns 114 und Fig. 9 ist
eine Schnittansicht entlang der Linie IX-IX aus Fig. 8. Im in
neren Kern 129, der in den Fig. 8 und 9 gezeigt ist, sind die
vorstehenden Abschnitte 129a nicht dargestellt. Wie vorstehend
beschrieben wurde, enthält der Sensorkern 114 den äußeren Kern
127 und den Rotor 128, der aus dem inneren Kern 129 und dem
Plattenmagnet 130 aufgebaut ist. Ein ringförmiger erster
Luftspalt 131 ist zwischen einer inneren Umfangsoberfläche des
äußeren Kerns 127 und einer äußeren Umfangsoberfläche des inne
ren Kerns 129 gebildet.
Der äußere Kern 127 ist aus einem weichmagnetischen Material
in einer im Wesentlichen ringförmigen Gestalt in einer Drauf
sicht hergestellt. In diesem zweiten Ausführungsbeispiel wird
reines eisengesinterte Material als weichmagnetisches Material
verwendet. Alternativ können Siliziumstahl, eine Eisen-
Nickellegierung, eine Eisen-Kobaltlegierung oder dergleichen
verwendet werden. Der äußere Kern 127 enthält ein Paar zweiter
Luftspalte 132, die sich in einer diametralen Richtung des
Kerns 127 erstrecken. Diese Luftspalte 132 sind an zwei Posi
tionen angeordnet, die in einem symmetrischen Verhältnis einer
180° Drehung im äußeren Kern 127 angeordnet sind und mit dem
ersten Luftspalt 131 kommunizieren. Der äußere Kern 127 ent
hält ein Paar Rippen 127a, die sich an jeder Position der
zweiten Luftspalte 132 gegenüberliegen. Jeder dieser zweiten
Luftspalte 132 ist mit dem Hall-IC 126 versehen. Wie bereits
bekannt, enthält der Hall-IC 126 ein Hallelement, das einen
Halleffekt benutzt und eine Spannung unter einem konstanten
Strom misst, um ein magnetisches Feld einschließlich der Größe
einer Magnetkraft zu erfassen.
Der innere Kern 129 ist koaxial im Inneren des äußeren Kerns
127 angeordnet. Des weiteren ist der innere Kern 129 in einer
scheibenförmigen Gestalt ausgebildet, die aus zwei halbkreis
förmigen Kernstücken 129A und 129B aufgebaut ist, die beide aus
einem weichmagnetischen Material hergestellt sind. Die vorge
nannten Materialien für den äußeren Kern 127 können als das
weichmagnetische Material für die Kernstücke 129A und 129B ver
wendet werden. Ein Montagespalt 133 zur Montage des Plattenma
gneten 130 ist zwischen den zwei Kernstücken 129A und 129B aus
gebildet. Der Montagespalt 133 erstreckt sich längs der diame
tralen Richtung des inneren Kerns 129 und wird durch ein Paar
Innenwandseiten 129b und 129c definiert, die einander mit einem
vorbestimmten Abstand gegenüberliegen.
Der Plattenmagnet 130 hat eine rechtwinklige, quaderförmige
Plattengestalt, bei der eine Länge kürzer als der Durchmesser
des inneren Kerns 129 ist, und ist in seiner Dickenrichtung
magnetisiert. Des weiteren hat der Plattenmagnet 130 Platten
seiten 130a und 130b, die jeweils mit den zwei inneren Wandsei
ten 129b und 129c, die den Montagespalt 133 bilden, verbunden
sind. Die Dicke des Plattenmagnetes 130 wird so festgelegt,
dass sie fast gleich zu der Breite des Montagespaltes 133 ist.
Im zweiten Ausführungsbeispiel ist der Plattenmagnet 130 aus
einem Material wie beispielsweise Samarium-Kobalt, Ferrit, oder
Neodym, etc. hergestellt. Wie in den Fig. 8 und 9 gezeigt ist,
wird der Plattenmagnet 130 zwischen den Kernstücken 129A und
129B in dem Montagespalt 133 gehalten, wodurch der Rotor 128
aufgebaut wird.
Der Sensorkern 114 im zweiten Ausführungsbeispiel hat ein
Merkmal bei der Konstruktion des ersten Luftspaltes 131 und
des inneren Kerns 129. Das Merkmal wird im nachfolgenden unter
Bezugnahme auf die Fig. 10 und 11 beschrieben. Fig. 10 ist
eine Draufsicht, die das konstruktive Merkmal des Sensorkerns
114 zeigt. Fig. 11 ist eine vergrößerte Ansicht, die einen
Hauptteil des Sensorkerns 114 in Fig. 10 zeigt. Wie in Fig. 10
gezeigt ist, sind der äußere Kern 127 und der Rotor 128 in ei
nem Zustand angeordnet, bei dem eine gerade Linie L1, die
durch die zwei zweiten Luftspalte 132 des äußeren Kerns 127
geht, orthogonal zu einer geraden Linie 12 ist, die durch die
Längsrichtung des Plattenmagnetes 130 des Rotors 128 geht.
Im inneren Kern 129, der wie oben aufgebaut ist, ist eine ke
gelige Seite 129d an beiden Enden eines jeden der Kernstücke
129A und 129B vorgesehen. Die kegelige Seite 129d ist von je
dem äußeren Umfang der Kernstücke 129A und 129B zu einer End
seite des Plattenmagnetes 130, der zwischen den Kernstücken
129A und 129B gehalten wird, geneigt. Die kegelige Seite 129d
bildet einen vorbestimmten Kegelwinkel Θt mit den inneren
Wandseiten 129b und 129c der Kernstücke 129A und 129B. Im
zweiten Ausführungsbeispiel beträgt der Kegelwinkel Θt 45°.
Darüber hinaus kann der Kegelwinkel Θt geeignet in dem Bereich
von 40° bis 60° festgelegt werden. Im zweiten Ausführungsbei
spiel wird eine Länge der kegeligen Seite 129d auf ungefähr
40% des Radius des inneren Kerns 129 festgelegt.
Der erste Luftspalt 131 wird zwischen der äußeren Umfangsober
fläche des inneren Kerns 129 und der inneren Umfangsoberfläche
des äußeren Kerns 127 ausgebildet. Wie in Fig. 11 gezeigt ist,
wird im zweiten Ausführungsbeispiel der erste Luftspalt 131
zwischen jeder äußeren Unfangsoberfläche 129e der Kernstücke
129A und 129B mit Ausnahme der kegeligen Seite 129d, und der
inneren Umfangsoberfläche 127b des äußeren Kerns 127 ausgebil
det. Grob gesagt ist der erste Luftspalt 131 so konstruiert,
dass er sich in seinen Dimensionen in Annäherung zum zweiten
Luftspalt 132 hin ändert. Im zweiten Ausführungsbeispiel wird
der erste Luftspalt 131 so bestimmt, dass die Abmessung an ei
ner Position nahe des zweiten Luftspaltes 132 relativ gesehen
größer als an anderen Positionen ist. Darüber hinaus ist die
innere Umfangsoberfläche des äußeren Kerns 127 im zweiten Aus
führungsbeispiel so festgelegt, dass sie eine vorbestimmte Ge
stalt hat, um dadurch die Form des ersten Luftspaltes 131 zu
bestimmen. Genauer gesagt wird die innere Umfangsoberfläche
127b des äußeren Kerns 127 teilweise mit einem gestuften Ab
schnitt ausgebildet, so dass die Abmessung des ersten
Luftspaltes 131 mit der Annäherung zum zweiten Luftspalt 132
stufenweise zunimmt und in der Nähe des Spaltes 132 am größten
wird.
In den Fig. 10 und 11 wird ein effektiver Bereichswinkel Θo
definiert, und der effektive Bereichswinkel Θo ist ein Be
reich, in dem die innere Umfangsoberfläche 127b des äußeren
Kerns 127 jede der äußeren Umfangsoberflächen 129e der Kern
stücke 129A und 129B gegenüberliegt, wobei die gerade Linie L1
als Referenz verwendet wird. In dem effektiven Bereichswinkel
Θo sind ein erster Bereichswinkel Θ1, ein zweiter Bereichswin
kel Θ2 und ein dritter Bereichswinkel Θ3 in Folge von dem Be
reich nahe des zweiten Luftspaltes 132 definiert. Im zweiten
Ausführungsbeispiel wird in den Fig. 10 und 11 unter der An
nahme, dass eine erste Krümmung des ersten Bereichswinkels Θ1
nahe des zweiten Luftspaltes 132 als S1 festgelegt wird, und
eine dritte Krümmung des dritten Bereichswinkels Θ3 weit von
dem zweiten Luftspalt 132 entfernt als S2 festgelegt wird, die
Gestalt der inneren Umfangsoberfläche des äußeren Kerns 127
bestimmt, so dass S1 < S2 wird und eine kegelförmige Gestalt
im zweiten Winkelbereich Θ2 gebildet wird. In diesem Fall be
deutet die Krümmung einen Wert, der für einen Grad einer Kurve
einer gekrümmten Linie oder einer gekrümmten Oberfläche an je
dem Punkt der gekrümmten Linie oder Oberfläche steht. Je höher
die Krümmung ist, desto größer wird eine Kurve. Wie durch die
gestrichelte Linie in Fig. 8 gezeigt ist, ist die Gestalt der
inneren Umfangsoberfläche an vier Abschnitten angrenzend an
vier Rippen 127a des äußeren Kerns 127 festgesetzt.
Im zweiten Ausführungsbeispiel wird, wie in den Fig. 10 und
11 gezeigt ist, im ersten Luftspalt 131 eine Abmessung G3 im
dritten Bereichswinkel Θ3 auf 0,5 mm festgelegt und eine Ab
messung G1 im ersten Bereichswinkel Θ1 wird auf 0,85 mm fest
gelegt. Der erste Bereichswinkel Θ1 kann auf einen Bereich von
25° bis 35° festgelegt werden. Ein Winkel, der den ersten Be
reichswinkel Θ1 und den zweiten Bereichswinkel Θ2 kombiniert,
kann auf einen Bereich von 40° bis 50° festgelegt werden.
Bei der Konstruktion des Drehwinkelsensors 111, der wie oben
aufgebaut ist, wird ein magnetisches Feld zwischen dem inneren
Kern 129, der den Sensorkern 114 bildet, dem Plattenmagneten
130 und dem äußeren Kern 127, wie durch die gestrichelten Li
nien in Fig. 14A dargestellt ist, erzeugt.
In diesem Fall ist der Rotor 128 mit der Drosselklappenwelle
116 der Drosselklappe 113 verbunden, die ein Objekt darstellt,
deren Drehwinkel erfasst werden soll. Somit wird der Rotor 128
in dem äußeren Kern 127 zusammen mit der Drehung der Drossel
klappe 113 gedreht, wodurch sich das magnetische Feld dem nach
folgend dreht, wie durch die gestrichelten Linien in den Fig.
14A, 14B und 14C gezeigt ist. Die Dichte des magnetischen Flusses,
der durch die zwei Luftspalte 132 des äußeren Kerns 127
geht, ändert sich durch die Drehung des magnetischen Feldes.
Diese Änderung der magnetischen Flussdichte wird durch jeden
der Hall-ICs 126 als ein Wert erfasst, der in Beziehung zu ei
ner Größe eines Drehwinkels der Drosselklappe 113 steht. Der
Hall-IC 126 wandelt die Änderung der magnetischen Flussdichte
in eine Spannungsänderung um und gibt diese anschließend aus.
Der Rotationswinkelsensor 111 im zweiten Ausführungsbeispiel
kann somit den Drehwinkel der Drosselklappe 113 in einem vorbe
stimmten Erfassungsbereich erfassen und kann lineare Ausgangs
kennlinien in dem Bereich bereitstellen.
Der Plattenmagnet 130 wird in seiner Dickenrichtung magneti
siert; dabei besteht eine kleine Vorspannung hinsichtlich ei
ner magnetischen Flussdichte des sich drehenden magnetischen
Feldes in Abhängigkeit von den Positionen des Magneten 130. In
diesem zweiten Ausführungsbeispiel wird andererseits der Dreh
winkelsensor 111 der den Sensorkern 114 enthält, so konfigu
riert, dass die Gestalt der inneren Umfangsoberfläche des äu
ßeren Kerns 127 so bereitsteht, dass sich die Abmessung des
ersten Luftspaltes 131 mit der Annäherung zu den zweiten
Luftspalten 132 ändert. Insbesondere die Gestalt der inneren
Umfangsoberfläche des äußeren Kerns 127 ist so konstruiert,
dass die Abmessung des ersten Luftspaltes 131 an der Position
nahe jeden zweiten Luftspaltes 132 relativ größer ist. Genauer
gesagt ist die innere Umfangsoberfläche des äußeren Kerns 127
mit einem gestuften Abschnitt ausgebildet, um den ersten
Luftspalt 131 mit einer Abmessung zu erzeugen, die schrittwei
se in Annäherung zu jedem der zweiten Luftspalte 132 größer
wird. Deshalb wird eine Vorspannung der magnetischen Fluss
dichte des sich drehenden magnetischen Feldes»schrittweise mit
der Annäherung in Richtung des zweiten Luftspaltes 132 besei
tigt, sogar wenn die Abmessung des ersten Luftspaltes 131 insgesamt
klein gemacht wird, wodurch eine Änderung der Dichte
des magnetischen Flusses, der durch den zweiten Luftspalt 132
geht, eingestellt wird. Als ein Ergebnis kann der Sensor eine
Linearität der Sensorausgangskennlinien sicherstellen, sogar
wenn ein klein dimensionierter Drehwinkelsensor 111 herge
stellt wird. Somit kann die Größe des Sensorkerns 114 und des
Drehwinkelsensors 111, der den Sensorkern 114 verwendet, redu
ziert werden, während die Linearität der Ausgangskennlinien
sichergestellt wird.
Bei der Konstruktion des Drehwinkelsensors 111 im zweiten Aus
führungsbeispiel wird der Plattenmagnet 130 in seiner Dicken
richtung magnetisiert; aus diesem Grund und unter Berücksich
tigung einer magnetischen Flussverteilung eines magnetischen
Feldes, das zwischen dem inneren Kern 129, dem Plattenmagnet
130 und dem äußeren Kern 127 erzeugt wird, besteht eine Ten
denz, dass eine magnetische Flussdichte insbesondere in der
Nähe der beiden Enden des Plattenmagneten 130 hoch wird. Ande
rerseits werden in dem Sensorkern 114 des Drehwinkelsensors
111 beide Enden eines jeden der Kernstücke 129A und 129B mit
den kegeligen Seiten 129d ausgebildet, von denen jede von der
äußeren Umfangsoberfläche 129e eines jeden der Kernstücke 129A
und 129B zu der Endseite des Plattenmagnetes 130, der zwischen
den Kernstücken 129A und 129B gehalten wird, geneigt ist. Des
halb wird eine Zunahme der magnetischen Flussdichte in der Nä
he der beiden Enden des Plattenmagnetes 130 unterdrückt und
die magnetische Flussverteilung wird im gesamten magnetischen
Feld vergleichmäßigt. Es ist somit möglich, die Linearität der
Ausgangskennlinien des Drehwinkelsensors 111 weiter zu verbes
sern und zur Reduzierung der Größe des Sensorkerns 114 und des
Drehwinkelsensors 111 beizutragen.
Fig. 15 ist ein Diagramm, das Ausgangskennlinien des Drehwin
kelsensors zeigt. In dem Diagramm aus Fig. 15 gibt die hori
zontale Achse einen Drehwinkel (Grad (deg)), und die Vertikal
linie eine Ausgangsspannung (V) des Hall-ICs 126 an. In dem
Diagramm zeigt eine durchgezogenen Linie ein Ausgangssignaler
gebnis des Drehwinkelsensors unter Verwendung des Sensorkerns
114 (durch (a) dargestellt) des zweiten Ausführungsbeispieles,
bei dem die kegeligen Seiten 129d an beiden Enden eines jeden
der Kernstücke 129A und 129B des inneren Kerns 129 ausgebildet
sind und ein gestufter Abschnitt auf der inneren Umfangsober
fläche 127b des äußeren Kerns 127 ausgebildet ist. Anderer
seits zeigt eine gestrichelte Linie ein Ausgangssignalergebnis
des Drehwinkelsensors unter Verwendung des Sensorkerns (durch
(b) gezeigt) aus dem Stand der Technik, bei dem keine kegelige
Seite an beiden Enden der Kernstücke des inneren Kerns ausge
bildet ist und kein abgestufter Abschnitt auf der inneren Um
fangsoberfläche des äußeren Kerns ausgebildet ist.
Aus dem Diagramm wird offensichtlich, dass sich bei dem Dreh
winkelsensor 111 unter Verwendung des Sensorkerns 114 des
zweiten Ausführungsbeispieles die Ausgangsspannung im gesamten
Bereich von einem kleinen Drehwinkel bis zu einem großen Dreh
winkel linear ändert. Bei dem Drehwinkelsensor unter Verwen
dung des Sensorkerns aus dem Stand der Technik ändert sich die
Ausgangsspannung andererseits mit einer gekrümmten Linie je
weils bei einem kleineren Drehwinkel und bei einem größeren
Drehwinkel. Aus dem obigen Ausgangssignalergebnis kann festge
stellt werden, dass der Drehwinkelsensor 111 unter Verwendung
des Sensorkerns 114 des zweiten Ausführungsbeispieles eine Li
nearität der Ausgangssignalkennlinien, die als Sensor benötigt
werden sicherstellen kann und einen Drehwinkel (Drosselklap
penöffnung) der Drosselklappe 113 mit hoher Genauigkeit erfas
sen kann.
Fig. 16 ist ein Diagramm, das die Dichtekennlinien eines ma
gnetischen Flusses zeigt, der in dem Sensorkern 114 erzeugt
wird. In dem Diagramm aus Fig. 16 gibt die horizontale Achse
Messpunkte an, die nacheinander über die Hälfte eines äußeren
Umfanges eines Rotors 140 festgelegt sind, wie in Fig. 17 ge
zeigt ist. Der Rotor 140 ist in einer solchen Art und Weise
aufgebaut, dass ein Plattenmagnet 142 zwischen einem Paar
Kernstücke 141A und 141B gehalten wird. Die vertikale Achse
gibt die Dichte eines magnetischen Flusses an jeden Messpunkt
an. In dem Diagramm zeigt eine durchgezogene Linie ein Messer
gebnis unter Verwendung des Sensorkerns 114 (durch (a) ge
zeigt) des zweiten Ausführungsbeispieles, das den Rotor 128
enthält, der die kegeligen Seiten 129d an beiden Enden der
Kernstücke 129A und 129B des inneren Kerns 129 hat. Die durch
gezogene Linie zeigt andererseits ein Messergebnis des her
kömmlichen Sensorkerns (durch (b) gezeigt), der keine kegelige
Seite an beiden Enden der Kernstücke des inneren Kerns hat.
Wie aus dem Diagramm in Fig. 16 offensichtlich hervorgeht, ist
ein gleichmäßiger Verteilungsbereich der magnetischen Fluss
dichte in dem Sensorkern 114 des zweiten Ausführungsbeispieles
im Vergleich zu dem Sensorkern des Standes der Technik brei
ter. Der Drehwinkelsensor 111 unter Verwendung des Sensorkerns
114 des zweiten Ausführungsbeispieles kann nämlich vorteilhaf
terweise eine Linearität der Ausgangskennlinien, die als Sen
sor benötigt wird, sicherstellen.
In dem Drehwinkelsensor 111 des zweiten Ausführungsbeispieles
sind die zwei Hall-ICs 126 insgesamt an den zweiten Luftspal
ten 132 an zwei Positionen angeordnet, die rotationssymme
trisch zum äußeren Kern 127 sind. Somit kann sogar dann, wenn
einer der zwei Hall-ICs 126 ausfällt, der übrige Hall-IC 126
zur Erfassung einer magnetischen Flussdichte verwendet werden.
Der auf diese Weise aufgebaute Drehwinkelsensor 111 kann eine
Sicherungsfunktion (Fail-Safe-Funktion) bereitstellen, so dass
die Zuverlässigkeit des Drehwinkelsensors 111 vergrößert wer
den kann.
Wie vorstehend beschrieben wurde, sieht das zweite Ausfüh
rungsbeispiel den Drehwinkelsensor der kontaktlosen Bauart 111
vor, der keinen Gleitabschnitt am Sensorkern 114 hat; deshalb
wird im Gegensatz zum herkömmlichen Drehwinkelsensor der Kon
taktbauart keine fehlerhafte Erfassung aufgrund von Reibungs
partikeln hervorgerufen, die im Gleitabschnitt erzeugt werden.
Somit kann die Zuverlässigkeit, die als Sensor benötigt wird,
für einen langen Zeitraum aufrecht erhalten werden. Zusätzlich
wird im Gegensatz zum Drehwinkelsensor der herkömmlichen Kon
taktbauart ein Reibungswiderstand des Gleitabschnittes nicht
zu einem Betriebswiderstand für das zu erfassende Objekt. Dem
gemäß wird der Drehwinkelsensor 111, der als Drosselklappen
sensor verwendet wird, keine Reduzierung einer Betriebsan
sprechempfindlichkeit der Drosselklappe 113, die das zu erfas
sende Objekt ist, hervorrufen.
Als nächstes wird ein Drehwinkelsensor der kontaktlosen Bauart
und dessen Sensorkern in einem dritten Ausführungsbeispiel ge
mäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beige
fügten Zeichnungen nachfolgend beschrieben.
In den folgenden Ausführungsbeispielen werden gleiche Bezugs
zeichen verwendet, um dieselben Bestandteile wie im zweiten
Ausführungsbeispiel zu bezeichnen und die Details werden weg
gelassen. Es folgt hauptsächlich eine Beschreibung hinsichtlich
der Merkmale, die unterschiedlich zum zweiten Ausfüh
rungsbeispiel sind.
Fig. 18 ist eine Draufsicht eines Sensorkerns 145, der in dem
Drehwinkelsensor verwendet wird und Fig. 19 ist eine Schnit
tansicht entlang der Linie XIX-XIX aus Fig. 18. Fig. 20 ist
eine perspektivische Ansicht einer Unterseite des Sensorkerns
145. In dem dritten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich ei
ne Rippe 146a eines äußeren Kerns 146 von der Gestalt des Sen
sorkerns 114 im zweiten Ausführungsbeispiel. Der Rotor 128 und
die konstruktiven Merkmale, die von den gestrichelten Linien
in Fig. 18 umgeben sind, sind dieselben wie im Sensorkern 114.
Wie in den Fig. 18 bis 20 gezeigt ist, hat jede der Rippen
146a des äußeren Kerns 146 eine Breite, die breiter als die
Rippe 127a des äußeren Kerns 127 im zweiten Ausführungsbei
spiel ist. Die Rippe 146a ist in ihrer Mitte mit einem Posi
tionierungsdurchgangsloch 146c ausgebildet. Das Durchgangsloch
146c wird als Positionierungsloch zur Befestigung des Sensor
kerns 145 auf einem Substrat verwendet.
Deshalb kann der Sensorkern 145 im dritten Ausführungsbeispiel
und der Drehwinkelsensor, der den Sensorkern 145 verwendet,
den gleichen Effekt und die gleiche Funktion wie im zweiten
Ausführungsbeispiel bereitstellen. Zusätzlich kann der Sensor
kern 145 ohne Änderung der Gestalt des Substrates an dem Sub
strat befestigt werden, da der äußere Kern 146 mit einer Viel
zahl an Positionierdurchgangslöchern 146b ausgebildet ist.
Demgemäß kann ein Sensorkern 145 erhalten werden, der einen
hohen Allgemeinverwendungsgrad besitzt.
Als nächstes wird ein Drehwinkelsensor der kontaktlosen Bauart
und dessen Sensorkern in einem vierten Ausführungsbeispiel ge
mäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beige
fügten Zeichnungen nachfolgend beschrieben.
Fig. 21 ist eine Draufsicht eines Sensorkerns 147, der in dem
Drehwinkelsensor verwendet wird, und Fig. 22 ist eine vergrö
ßerte Ansicht eines Abschnittes, der von einer gestrichelten
Linie in Fig. 21 umgeben wird. In dem vierten Ausführungsbei
spiel unterscheidet sich eine innere Umfangsoberfläche 127b
des äußeren Kerns 127 in der Gestalt von dem Sensorkern 114
des zweiten Ausführungsbeispieles. Es soll betont werden, dass
der Rotor 128 den gleichen Aufbau wie der Sensorkern 114 im
zweiten Ausführungsbeispiel hat.
Im vierten Ausführungsbeispiel wird, wie in den Fig. 21 und
22 gezeigt ist, die innere Umfangsoberfläche 127b des äußeren
Kerns 127 kegelig ausgebildet, so dass die Abmessung des er
sten Luftspaltes 131 kontinuierlich in Annäherung zu dem zwei
ten Luftspalt 132 zunimmt und anschließend ganz nahe am zwei
ten Luftspalt 132 im effektiven Bereichswinkel am größten
wird. Genauer gesagt hat die innere Umfangsoberfläche 127b,
wie in Fig. 22 gezeigt ist, in einem vierten Bereichswinkel Θ4
unter Kombination der ersten und zweiten Bereichswinkel Θ1 und
Θ2 eine kegelige Gestalt, so dass der erste Luftspalt 131 zum
zweiten Luftspalt 132 hin kontinuierlich erweitert wird.
Wie vorstehend erwähnt ist der Sensorkern 147 und der Drehwin
kelsensor, der den Sensorkern 147 verwendet, so konfiguriert,
dass die innere Umfangsoberfläche 127b des äußeren Kerns 127
mit einer kegeligen Gestalt ausgebildet ist, um eine Zunahme
der Dimension des ersten Spaltes 131 in Annäherung zu dem
zweiten Luftspalt 132 zu erzeugen. Es ist deshalb möglich, eine
Vorspannung der magnetischen Flussdichte eines magnetischen
Feldes, das in dem so aufgebauten Sensorkern 147 erzeugt wird,
kontinuierlich zu beseitigen und eine Änderung der magneti
schen Flussdichte, die durch den zweiten Luftspalt 132 geht,
einzustellen. Dementsprechend kann das vierte Ausführungsbei
spiel den gleichen Effekt wie das obige zweite Ausführungsbei
spiel bereitstellen.
Als nächstes wird ein Drehwinkelsensor der kontaktlosen Bauart
und dessen Sensorkern in einem fünften Ausführungsbeispiel ge
mäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beige
fügten Zeichnungen nachfolgend beschrieben.
Fig. 23 ist eine Draufsicht eines Sensorkerns 148, der in dem
Drehwinkelsensor verwendet wird, und Fig. 23 ist eine vergrö
ßerte Ansicht eines Abschnittes, der von einer gestrichelten
Linie in Fig. 23 umgeben wird. In diesem fünften Ausführungs
beispiel unterscheidet sich eine innere Umfangsoberfläche 127b
des äußeren Kerns 127 in seiner Gestalt von dem Sensorkern 114
im zweiten Ausführungsbeispiel.
Im fünften Ausführungsbeispiel ist, wie in den Fig. 23 und 24
gezeigt ist, die innere Umfangsoberfläche 127b des äußeren
Kerns 127 in einer Draufsicht elliptisch, so dass die Abmes
sung des ersten Luftspaltes 131 in Annäherung zu dem zweiten
Luftspalt 132 im effektiven Bereichswinkel kontinuierlich zu
nimmt. Genauer gesagt wird, wie in Fig. 24 gezeigt ist, in ei
nem fünften Winkelbereich Θ5 unter Kombination der ersten bis
dritten Winkelbereiche Θ1 bis Θ3 die gesamte innere Umfangs
oberfläche 127b des äußeren Kerns 127 wie eine Ellipse geformt,
so dass der erste Luftspalt 131 in Annäherung an den
zweiten Spalt 132 kontinuierlich erweitert wird.
In dem Sensorkern 148 und dem Drehwinkelsensor unter Verwen
dung des Sensorkerns 148 ist die innere Umfangsoberfläche 127b
des äußeren Kerns 127 so geformt, dass die Abmessung des er
sten Spaltes 131 in Annäherung an den zweiten Luftspalt 132
zunimmt. Somit kann eine Vorspannung der magnetischen Fluss
dichte eines magnetischen Feldes, das in dem Sensorkern 148
erzeugt wird, kontinuierlich beseitigt werden und eine Ände
rung der magnetischen Flussdichte, die durch den zweiten
Luftspalt 132 geht, eingestellt werden. Demgemäß kann das
fünfte Ausführungsbeispiel den gleichen Effekt wie das obige
zweite Ausführungsbeispiel bereitstellen.
Die vorliegende Erfindung kann in anderen spezifischen Ausge
staltungen verkörpert werden, ohne die wesentlichen Merkmale
davon wegzulassen. Beispielsweise können die oben beschriebe
nen zweiten bis fünften Ausführungsbeispiele wie folgt modifi
ziert werden:
- 1. Die obigen Ausführungsbeispiele sehen Sensorkerne 114, 145, 147 und 148 vor, die den Rotor 128 enthalten, der sowohl mit dem ersten konstruktiven Merkmal versehen ist, das die kegeligen Seiten 129d an beiden Enden der Kern stücke 129A und 129B des inneren Kerns 129 ausgebildet sind, als auch mit dem zweiten konstruktiven Merkmal, das die innere Umfangsoberfläche 127b des äußeren Kerns 127 mit der besonderen Form ausgebildet ist. Alternativ kann ein Sensorkern vorgesehen werden, der den Rotor enthält, der nur eines der oben genannten ersten und zweiten kon struktiven Merkmale enthält.
- 2. In den obigen Ausführungsbeispielen werden die Sensorker ne 114, 145, 147 und 148 mit zwei zweiten Luftspalten 132 ausgebildet und jeder dieser Luftspalte 132 ist mit dem Hall-IC 126 versehen. Eine alternative Konstruktion ist es, einen oder drei oder mehr zweite Luftspalte am Sen sorkern vorzusehen, wobei in jedem Spalt ein Hall-IC an geordnet ist.
- 3. In den obigen Ausführungsbeispielen wird der Hall-IC 126 als Magnetkrafterfassungsvorrichtung verwendet. Die vor liegende Erfindung ist nicht auf diesen Hall-IC be schränkt, sondern es können andere Erfassungselemente als der Hall-IC verwendet werden.
Ein Sensorkern 114, der in einem Drehwinkelsensor der kontakt
losen Bauart verwendet wird, ist aus einem äußeren Kern 127,
der aus einem magnetischen Material hergestellt ist, einem in
neren Kern 129, der aus einem magnetischen Material in einer
scheibenförmigen Gestalt hergestellt ist und koaxial zu und in
dem äußeren Kern 127 angeordnet ist, einem ersten Luftspalt
131, der zwischen einer inneren Umfangsoberfläche 127b des äu
ßeren Kerns 127 und einer äußeren Umfangsebene 129e des inne
ren Kerns 129 erzeugt wird, einem zweiten Luftspalt 132, der
so erzeugt wird, dass er sich in einer Radialrichtung des äu
ßeren Kerns 127 zum ersten Luftspalt 131 hin erstreckt, und
einem plattenförmigen Magneten 130, der in seiner Dickenrich
tung magnetisiert und in einem Aufnahmespalt 133 des inneren
Kerns 129 eingebaut ist, aufgebaut. Die innere Umfangsoberflä
che 127b des äußeren Kerns 127 ist mit abgestuften Abschnitten
versehen, so dass sich die Abmessung des ersten Luftspaltes
131 in Annäherung zum zweiten Luftspalt 132 stufenweise er
höht.
Claims (11)
1. Sensorkern (12, 114, 145, 147, 148), der in einem Drehwin
kelsensor der kontaktlosen Bauart (11, 111) zur kontaktlosen
Erfassung eines Drehwinkels eines Objektes mit diesem verwen
det wird, durch Umwandlung des Drehwinkels in eine Änderung
der Magnetkraft, wobei der Sensorkern folgende Bauteile ent
hält:
einen Statorkern (24, 127, 146) der mit zwei Blöcken versehen ist, die aus einem magnetischen Material hergestellt sind;
einen Läuferkern (25, 128), der mit zwei Blöcken (25A, 25B) versehen ist, die aus einem magnetischen Material herge stellt sind, der koaxial zum Statorkern angeordnet ist;
einen ersten Spalt (28) zwischen dem Statorkern und dem Läuferkern;
einen zweiten Spalt (27) zwischen den zwei Statorblöc ken;
einen dritten Spalt (29) zwischen den zwei Läuferblöc ken;
einen rechtwinkligen, quaderförmigen Magneten (26), der im dritten Spalt angeordnet ist und in einer Richtung quer über dem dritten Spalt magnetisiert ist, um die Läuferblöcke zu verbinden.
einen Statorkern (24, 127, 146) der mit zwei Blöcken versehen ist, die aus einem magnetischen Material hergestellt sind;
einen Läuferkern (25, 128), der mit zwei Blöcken (25A, 25B) versehen ist, die aus einem magnetischen Material herge stellt sind, der koaxial zum Statorkern angeordnet ist;
einen ersten Spalt (28) zwischen dem Statorkern und dem Läuferkern;
einen zweiten Spalt (27) zwischen den zwei Statorblöc ken;
einen dritten Spalt (29) zwischen den zwei Läuferblöc ken;
einen rechtwinkligen, quaderförmigen Magneten (26), der im dritten Spalt angeordnet ist und in einer Richtung quer über dem dritten Spalt magnetisiert ist, um die Läuferblöcke zu verbinden.
2. Sensorkern gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
eine Gestalt des Statorkerns (24, 127, 146) oder des Läufer
kerns (25, 128) so bestimmt wird, dass der erste Spalt (28)
eine Dimensionsänderung erzeugt, um in einer Nähe einer Mit
tellinie des zweiten Spaltes (27) am größten zu werden.
3. Sensorkern gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass
beide Formen des Statorkerns (24, 127, 146) und des Läufer
kerns (25, 128) so bestimmt werden, dass der erste Spalt (28)
mit einer sich ändernden Dimension erzeugt wurde, um in der
Nähe der Mittellinie des zweiten Spaltes (27) am größten zu
werden.
4. Sensorkern gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass
der Statorkern (24, 127, 146) oder der Läuferkern (25, 128) so
bestimmt sind, dass sich die Abmessung des ersten Spaltes (28)
stufenweise ändert.
5. Sensorkern gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass
die Form des Läuferkerns (25, 128) oder des Statorkerns (24,
127, 146) so bestimmt wird, dass eine kegelige Oberfläche ent
halten ist, so dass sich die Abmessung des ersten Spaltes (28)
kontinuierlich ändert.
6. Sensorkern gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass
die Gestalt des Läuferkerns oder des Statorkerns (24, 127,
146) so bestimmt wird, dass eine elliptische Oberfläche ent
halten ist, so dass sich die Abmessung des ersten Spaltes (28)
kontinuierlich ändert.
7. Drehwinkelsensor der kontaktlosen Bauart unter Verwendung
des Sensorkerns gemäß Anspruch 1, wobei der Sensorkern (114)
einen Rotor (128) enthält, der aus einem Magneten (130) aufge
baut ist, der in dem dritten Spalt (133) der Läuferblöcke ein
gebaut ist, wobei der Sensor folgende Bauteile enthält:
eine Basis (125) zur Befestigung des Statorkerns (127); und
eine Magnetkrafterfassungsvorrichtung (126), die in dem zweiten Spalt (132) angeordnet ist, zur Erfassung einer Änderung der magnetischen Kraft in Reaktion auf die Drehung des Rotors (128);
wobei der Rotor (128) mit dem Objekt verbunden wird.
eine Basis (125) zur Befestigung des Statorkerns (127); und
eine Magnetkrafterfassungsvorrichtung (126), die in dem zweiten Spalt (132) angeordnet ist, zur Erfassung einer Änderung der magnetischen Kraft in Reaktion auf die Drehung des Rotors (128);
wobei der Rotor (128) mit dem Objekt verbunden wird.
8. Drehwinkelsensor der kontaktlosen Bauart gemäß Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Form des Statorkerns
(127) als auch die des Läuferkerns so bestimmt werden, dass
der erste Spalt (131) mit einer sich ändernden Abmessung er
zeugt wird, die in der Nähe der Mittellinie des zweiten Spal
tes (132) am größten wird.
9. Drehwinkelsensor der kontaktlosen Bauart gemäß Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass die Gestalt des Statorkerns (127)
oder des Läuferkerns so bestimmt wird, dass sich die Abmessung
des ersten Spaltes (131) schrittweise ändert.
10. Drehwinkelsensor der kontaktlosen Bauart gemäß Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass die Gestalt des Läuferkerns oder
des Statorkerns (127) so bestimmt wird, dass eine kegelige
Oberfläche enthalten ist, so dass sich die Abmessung des er
sten Spaltes (131) kontinuierlich ändert.
11. Drehwinkelsensor der kontaktlosen Bauart gemäß Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass die Gestalt des Läuferkerns oder
des Statorkerns (127) so bestimmt wird, dass eine elliptische
Oberfläche enthalten ist, so dass sich die Abmessung des er
sten Spaltes (131) kontinuierlich ändert.
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