DE102004057206A1

DE102004057206A1 - Positionsdetektor

Info

Publication number: DE102004057206A1
Application number: DE200410057206
Authority: DE
Inventors: Noriyuki Fukui; Yasukazu Hayashi
Original assignee: Okuma Corp
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 2003-11-26
Filing date: 2004-11-26
Publication date: 2005-06-23
Also published as: JP2005156348A

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Positionsdetektor, basierend auf dem Prinzip des Detektierens von magnetischem Widerstand und speziell auf das Erhöhen des Detektionssignalniveaus in einem Positionsdetektor aufgebaut durch Anordnen von Detektionsspulenmustern auf einer Leiterplatte. Der Positionsdetektor weist ein erstes Bauteil, aufgebaut aus einem Zahnrad, hergestellt aus einem magnetischen Bauteil, welches Zähne ausgeformt auf der Oberfläche besitzt, und einem zweiten Bauteil, gegenüber dem Zahnrad mit einem Luftspalt positioniert, auf. Das zweite Bauteil ist beweglich in Bezug auf das Zahnrad und der Grad der relativen Bewegung wird detektiert, basierend auf Änderungen des magnetischen Widerstandes, ausgelöst in Beziehung zu den Zahnradzähnen. Das zweite Bauteil weist eine Leiterplatte, mit darauf ausgebildeten Detektionsspulenmustern, und einen Eisenkern, umwunden mit einer Magnetisierungsspule zum Erzeugen eines wechselnden magnetischen Feldes, auf. Der Detektor detektiert eine Spannung, induziert in den Detektionsspulenmustern, erzeugt durch das fluktuierende magnetische Feld, wenn das wechselnde magnetische Feld, generiert von der Magnetisierungsspule in Verbindung mit Änderungen des magnetischen Widerstandes zwischen den Zähnen des Zahnrades und den Detektionsspulenmustern, fluktuiert wird.

Description

1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Positionsdetektor, der in industriellen Anlagen, Werkzeugmaschinen und ähnlichen Anlagen genutzt wird und spezieller auf eine Verbesserung für einen Positionsdetektor, der auf dem Prinzip der Detektion von Änderungen des elektrischen Widerstandes basiert.

2. Beschreibung der verwandten Technik

Positionsdetektoren, die in industriellen Anlagen und Werkzeugmaschinen benutzt werden, werden oft in rauen Umgebungen betrieben. Aus diesem Grund existiert eine Notwendigkeit für einen Positionsdetektor, welcher höchst widerstandsfähig auf Schmutz, hohe Temperaturen, Erschütterungen und ähnlichem ist. Positionsdetektoren, die in diesem Bereich benutzt werden, können im allgemeinen im zwei Arten eingeteilt werden, optische und mechanische.

Ein optischer Positionsdetektortyp, welcher einen Glasmaßstab mit einem Gitter darauf benutzt, kann nachteilig sein, indem die Genauigkeit herabgesetzt werden kann, wenn Verunreinigung oder Trübung aufgrund von Taubeschlag, spritzendem Öl oder ähnlichen auf dem Glasmaßstab auftreten. Ein anderer Nachteil eines optischen Detektortyps ist das Fehlen von Festigkeit, welches aus dem Benutzen von Glas als grundlegendes Material des Glasmaßstabes resultiert.

Insbesondere, um einen Glasmaßstab eines optischen Detektortyps vor Verunreinigung, wie spritzendem Öl zu schützen, ist es oft notwendig, den Glasmaßstab in einem Schutzgehäuse zu platzieren. Weiter ist zusätzlich oft eine Einrichtung zur Luftzufuhr in das Gehäuse notwendig, um Taubeschlag zu verhindern. Eine Luftzufuhreinrichtung weist fast immer einen Luftfiltermechanismus auf, und solch ein Mechanismus benötigt Wartung und Kontrolle. Um die geringe Resistenz gegen Verunreinigung auszugleichen, benötigt ein optischer Detektortyp im Allgemeinen viele zusätzliche Einrichtungen, zusätzlich zu dem Detektor selbst.

In Anbetracht der obigen Nachteile optischer Detektortypen haben magnetische Positionsdetektortypen Beachtung gewonnen, als Detektoren, die eine hohe Resistenz gegen Verunreinigung und eine hohe Haltbarkeit aufweisen. Magnetische Positionsdetektortypen können im Allgemeinen in verschiedene Kategorien, nach Detektionsmethoden, eingeteilt werden. Beispielkategorien beinhalten einen Detektor, welcher einen Sensor mit einem magnetoresistiven Element benutzt; einen Detektor zum Detektieren der Position eines nicht-magnetischen Objektes durch Nutzen einer Spule zur Detektion von Wirbelstromverlusten, die von dem Objekt resultieren; einen Detektor zum Detektieren der Position eines magnetischen Objektes durch Benutzung einer Spule, um Änderungen des magnetischen Widerstandes festzustellen, die von dem Objekt resultieren. Ein Positionsdetektor des Typen, welcher Änderungen des magnetischen Widerstandes detektiert, um die Position eines Eisen- bzw. Stahlbauteils (magnetisches Bauteil) festzustellen, hat vorteilhafte Temperaturcharakteristika und ist somit bekannt als ein Sensor, der zur Benutzung in rauen Umgebungen geeignet ist.

Bei einem Positionsdetektortyp, welcher Änderungen des magnetischen Widerstandes feststellt, ist das Objekt dessen Position bestimmt werden soll, typischerweise ein Zahnrad oder eine Zahnstange aus Stahl oder Metall, während der Sensor typischerweise aus Spulen aufgebaut ist, die um Polzähne eines Statorkerns, der aus einer Silizium-Metallplatte besteht, gewunden sind. Da es nach dieser Anordnung vorgesehen ist, dass der Statorkern das gesamte Zahnrad umgibt, wird die Größe des gesamten Detektors ungewünscht groß. Ein anderer Nachteil dieser Anordnung ist, dass durch Abweichung in der Windungsposition der Spulen auf den Polzähnen des Statorkerns, Fehler tendenziell erzeugt werden. Eine Struktur, welche die Sensoranordnung mit einem Statorkern, der Polzähne mit umwundenen Spulen besitzt, ersetzen kann, ist ein Sensor, der durch Anordnen von Spulen auf einer Leiterplatte (wie im japanischen veröffentlichten Patent, Veröffentlichungsnummer Hei 8-313295 offenbart) aufgebaut ist.

4 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel eines Sensorteils eines herkömmlichen Positionsdetektors zeigt, der durch Anordnen von Spulen auf einer Leiterplatte, zusammen mit einem Beispielobjekt zur Positionsbestimmung, aufgebaut ist. Ein Zahnrad 203, bestehend aus Stahlmaterial (magnetisches Material), welches das Objekt zur Positionsbestimmung ist, ist adhesiv mit einem drehenden Schaft (nicht gezeigt) verbunden, so dass kein Nachlaufen in Bezug auf die Drehachse auftreten kann. Der drehende Schaft wird drehbar von einem Lager unterstützt. Die Leiterplatte 401 ist in einer Position gegenüber den Zähnen auf der äußeren Oberfläche des zu detektierenden Zahnrades 203 fixiert, ohne gedreht zu werden, mit einem Luftspalt zwischen den Zähnen und der Platte 401. Auf der Leiterplatte 401 sind Detektionsspulenmuster 402a, 402b und eine Magnetisierungsspulenmuster 403 vorgesehen, das die Detektionsspulenmuster 402a, 402b umrahmt. Das Magnetisierungsspulenmuster 403 ist mit einer Magnetisierungsschaltung (nicht gezeigt) verbunden und erzeugt ein wechselndes magnetisches Feld. Die Detektionsspulenmuster 402a, 402b haben eine Form einer Sinuswelle mit einer Wellenlänge gleich der Teilung bzw. dem Abstand der Zähne des Zahnrades 203, was detektiert werden soll (was π·m ist, wobei m = Modul des Zahnrades). Die Detektionsspulenmuster 402a, 402b sind in Positionen, mit einem Viertel der Wellenlänge in Richtung der Detektionsachse zueinander verschoben, angebracht. Die am Ausgang erhaltenen Spannungen der Detektionsspulenmuster 402a, 402b fluktuieren, wobei diese durch den fluktuierenden magnetischen Fluss bzw.

Feld induziert werden, der erzeugt wird, wenn der sich ändernde magnetische Fluss, der von dem Magnetisierungsspulenmuster 403 generiert wird, in Verbindung mit Veränderungen des magnetischen Widerstandes fluktuiert, welche durch Bewegung der Zähne des zu detektierenden Zahnrades 203 ausgelöst ist. Da die Detektionsspulenmuster 402a, 402b zueinander mit einem Viertel der Wellenlänge verschoben sind, wird ein zweiphasiges Signal, dessen Phasen orthogonal zueinander sind, ausgegeben.

In dem Beispiel aus 4 kann eine Verringerung der Gerätedicke einfach erreicht werden, da kein Statorkern benutzt wird. Weiter können die Detektionsspulenmuster 402a, 402b leicht in einer vorteilhaften Genauigkeit positioniert werden. Jedoch ist, da die magnetischen Feldlinien nicht in einem Eisenkern (oder Polzähnen) ausgebildet sind und die Anzahl der Windungen der Magnetisierungsspulenmuster 403 begrenzt ist, das erzeugte wechselnde magnetische Feld schwach, was in einem niedrigen induzierten Spannungswert zur Detektion resultiert. Weiter können die magnetischen Feldlinien des wechselnden magnetischen Feldes, die durch die Magnetisierungsspulenmuster 403 durch das Material des Gehäuses erzeugt werden, in dem die Leiterplatte 401 angebracht ist, beeinflusst werden. Das Gehäuse kann aus verschiedenen Materialien, wie einem Stahlmaterial (magnetisches Material) und einem Aluminiummaterial (nichtmagnetisches Material) sein. Solch ein Einfluss kann Varianzen in dem magnetischen Feld erzeugen, welches sich bis zu den Detektionsspulenmuster 402a, 402b erstreckt und möglicherweise Fehler erzeugt.

Von den herkömmlichen Positionsdetektoren aus gesehen, ist es beim Anwenden eines Detektors der optischen Detektionsmethode nachteilig, dass Mittel zur Verhinderung von Verschmutzung vorgesehen werden müssen und dass der Detektor selbst nicht die gewünschte Festigkeit besitzt. Von den herkömmlichen Posi tionsdetektoren aus gesehen, ist es beim Anwenden der magnetischen Detektionsmethode, beim Benutzen eines Detektors, welcher einen Wirbelstromverlust detektiert, notwendig, ein nicht-magnetisches Teil als Detektionsobjekt auszuwählen, welches eine hohe spezifische elektrische Leitfähigkeit besitzt. Die Verwendung solch eines Bauteiles führt zu Problemen, die in den Unterschieden in dem Koeffizient der linearen Ausbreitung zwischen nicht-magnetischen, leitenden Material und den umgebenden Mechanismen, welche oft viele Komponenten, die aus Stahlmaterial gefertigt sind, beinhalten, begründet sind.

Bei herkömmlichen magnetischen Positionsdetektortypen zur Positionsdetektion eines Stahlbauteiles ist ein Detektor, welcher ein magnetoresistives Element als den Sensor benutzt, oft nachteilig, wegen des geringen Kontrastes des erhaltenen Detektionssignals und der ungewünschten Charakteristik im Zusammenhang mit Temperaturänderungen. Weiterhin ist unter den herkömmlichen magnetischen Positionsdetektorentypen zur Positionsbestimmung eines Stahlbauteiles ein Detektor bekannt (wie ein magnetischer Widerstandauflöser), welcher einen Grad des Wechsels des magnetischen Widerstandes detektiert und typischerweise Grenzen in der möglichen Größenreduktion und Miniaturisierung hat. Dies, da der Detektor so aufgebaut ist, dass jeder Polzahn eines Statorkerns mit einem isolierenden Material abgedeckt wird, wie eine Rolle, bevor Spulen bzw. Drähte herumgewickelt werden. Weiter verursachen Fehler, wie Abweichung in der Wicklungsanordnung und Position, welche während des Detektorherstellungsprozesses auftreten, Fehler in den erhaltenen Ergebnissen der Positionsdetektion. Ein Nachteil eines Detektors des magnetischen Widerstandstyps, der durch Anordnen von Magnetisierungs- und Detektionsspulenmustern auf einem plattenartigen Bauteil wie einer Leiterplatte aufgebaut ist, ist, dass das induzierte Spannungsniveau, welches detektiert werden soll schwach ist, da magnetische Feldlinien nicht in einem Eisenkern (oder Polzähnen) ausgebildet sind und die Anzahl der Windungen des Magnetisierungsspulenmusters begrenzt ist. Des Weiteren gibt es Fälle, in denen die magnetischen Feldlinien von dem Magnetisierungsspulenmuster nicht an vorbe stimmten Positionen durch die Beeinflussung eines umgebenden Gehäuses ausgebildet werden können. Dies führt zu Fehlern in der Positionsdetektion.

Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der oben beschriebenen Probleme gemacht. Die vorliegende Erfindung erreicht ein verstärktes Detektionssignalniveau und hochpräzise Positionsdetektion bei einem Positionsdetektor des Types, welcher durch Anordnen von Detektionsspulenmustern auf einer Leiterplatte aufgebaut ist, um so den Grad der Änderung des magnetischen Widerstandes festzustellen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Ein Positionsdetektor gemäß der Erfindung weist ein erstes Bauteil auf, das aus einem magnetischen Bauteil zusammengesetzt ist, auf, welches aus einer sich wiederholenden Form aufgebaut ist, und Teile beinhaltet, die verschiedene magnetische Widerstände besitzen. Der Detektor weist weiter ein zweites Bauteil auf, welches gegenüber dem ersten Bauteil, über einen Luftspalt, angeordnet ist. Das zweite Bauteil ist in Bezug auf das erste Bauteil beweglich. Das zweite Bauteil weist ein plattenartiges Bauteil inklusive eines darauf ausgebildeten Detektionsspulenmusters und eine Magnetisierungsspule zum Erzeugen eines wechselnden magnetischen Feldes auf. Der Detektor detektiert eine Spannung, die in dem Detektionsspulenmuster durch ein fluktuierendes magnetisches Feld induziert wird, und erzeugt wird, wenn das wechselnde magnetische Feld, welches von der Magnetisierungsspule generiert wird, fluktuiert, im Zusammenspiel mit Änderungen des magnetischen Widerstandes zwischen den sich wiederholenden Formen des ersten Bauteils und dem Detektionsspulenmuster des zweiten Bauteils, um damit einen Grad der relativen Bewegung zwischen dem ersten und dem zweiten Bauteil festzustellen. Die Magnetisierungsspule ist um einen Eisenkern gewunden, welcher auf der Rückseite des plattenartigen Bauteils befestigt ist.

Im Gegensatz zu einer Anordnung, in welcher eine Magnetisierungsspule auf einem plattenartigen Bauteil, wie einer Leiterplatte, angeordnet ist, macht der Aufbau mit einer Magnetisierungsspule, welche um einen Eisenkern gewunden ist, es möglich, ein höheres Detektionssignal zu erhalten, sogar wenn eine relativ kleine Magnetisierungsfrequenz benutzt wird. Weiterhin kann durch Vorsehen eines Eisenkerns in den magnetischen Feldlinien zur Magnetisierung, welcher eine höhere magnetische Permeabilität als Luft besitzt, ein einheitliches magnetisches Feld in Richtung des Detektorspulenmusters erzeugt werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
1 ist eine frontale Aufrissansicht, welche ein Beispiel für das zweite Bauteil (Sensorteil) eines Positionsdetektors nach der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist eine perspektivische Ansicht, welche eine beispielhafte Positionsbeziehung zwischen dem zweiten Bauteil (Sensorteil) und dem ersten Bauteil darstellt, wobei das erste Bauteil ein Zahnrad aufweist, welches mit einem Positionsdetektor nach der vorliegenden Erfindung detektiert werden soll.
3 ist ein schematisches Aufbaudiagramm, welches beispielhaft eine Schaltung zur Verarbeitung einer Detektionssignalausgabe von dem Sensorteil nach den 1 und 2, zeigt.
4 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Positionsbeziehung zwischen einem Sensorteil und einem Detektionsobjekt bei einem herkömmlichen Positionsdetektor zeigt.
BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
1 ist eine frontale Aufsicht, die ein Beispiel für das zweite Bauteil zeigt, welches als das Sensorteil eines Positionsdetektors nach der vorliegenden Erfindung dient. Das zweite Bauteil ist aufgebaut durch das Ausbilden von Detektionsspulenmustern auf einer Leiterplatte. Ein Detektionsspulenmuster 102a, welches die Form einer Sinuswelle aufweist, ist in einer Oberflächenebene der Leiterplatte 101 angeordnet und elektrisch über ein durchgehendes Loch 103e mit einem Detektionsspulenmuster 102c verbunden, welches gleichermaßen eine sinusförmige Form hat und in einer zweiten Ebene der Leiterplatte 101 angeordnet ist. Da die sinusförmigen Wellenformen der Detektionsspulenmuster 102a und 102c eine gegensätzliche Phase in Bezug zueinander haben, werden die Detektionsspulenmuster 102a und 102c in gegensätzlichen elektrischen Phasen betrieben. Dementsprechend detektieren die Detektionsspulenmuster 102a und 102c dieselbe Phase. Ein weiteres Detektionsspulenmuster 102b, das eine sinusförmige Wellenform besitzt, ist in der Oberflächenebene in einer Position, die von dem Detektionsspulenmuster 102a um 90° (ein Viertel der Wellenlänge) in Messachsenrichtung verschoben ist, ausgebildet. In gleicher Weise ist ein Detektionsspulenmuster 102d, das eine sinusförmige Wellenform besitzt, in der zweiten Ebene in einer um 90° (ein Viertel der Wellenlänge) in Messachsenrichtung verschobene Position ausgebildet. Die Detektionsspulenmuster 102b und 102d sind elektrisch durch ein durchgehendes Loch 103f verbunden.
2 ist eine perspektivische Ansicht, die eine beispielhafte örtliche Beziehung zwischen dem zweiten Bauteil (Sensorteil) und dem ersten Bauteil (das Objekt bzw. dessen Position in Bezug auf sein Muster oder seine Zähne, das detektiert werden soll) in einem Positionsdetektor, nach der vorliegenden Erfindung, darstellt. Ein Zahnrad 110, welches das erste Bauteil darstellt, ist durch Verarbeitung eines Stahlbauteils aus einem magnetischen Material hergestellt. Die Seite des Zahnrades 110, die zur Leiterplatte 101 zeigt, ist gezahnt, so dass ein sich wiederholendes Muster ausgebildet wird, welches unterschiedliche magnetische Widerstände zwischen einem konkaven Teil oder Bereich und einem konvexen Teil oder Bereich aufweist. Nach der vorliegenden Erfindung wird das zweite Bauteil mit der Leiterplatte 101 gegenüber dem zu detektierenden Zahn rad 110 (z.B. das erste Bauteil) mit einem Luftspalt positioniert, so dass die relative Bewegung zwischen den zwei Bauteilen 101 und 110 detektiert werden kann.
Um eine Drehung des Zahnrades 110 als eine Änderung des magnetischen Widerstandes magnetisch feststellen zu können, ist eine Magnetisierungsspule zum Erzeugen eines wechselnden magnetischen Feldes notwendig. Nach der vorliegenden Erfindung wird ein wechselndes magnetisches Feld in einem genügend hohen Niveau durch wickeln einer Magnetisierungsspule um einen Eisenkern, der auf der hinteren Oberfläche der Leiterplatte 101 befestigt ist, erhalten. In 2 ist eine Magnetisierungsspule 121 um einen Eisenkern 120 gewunden, der im Wesentlichen aus weichem Ferrit besteht. Die Magnetisierungsspule 121 ist mit einer Magnetisierungsschaltung (nicht gezeigt) verbunden und in einem magnetisierenden Zustand. Die Breite des Eisenkerns 120 in Richtung der relativen Bewegung zwischen dem ersten und zweiten Bauteil (z.B. zwischen dem zu detektierenden Zahnrad 110, und der Leiterplatte 101) entspricht der Länge von 5 Teilungen bzw. 5 Abständen zwischen Zähnen des Zahnrades 110. Der Eisenkern 201 ist auf der Rückseite der Leiterplatte 101 unter Benutzung eines Klebemittels befestigt. Das zu detektierende Zahnrad 110, ist in einer Position weg von der vorderen Oberfläche der Leiterplatte 101 mit einem angemessenen Spalt angeordnet. Eine Teilungslänge des zu detektierenden Zahnrades 110 (was π·m ist), ist im Wesentlichen gleich einer Wellenlänge der Detektionsspulenmuster 102a–102d aus 1.
3 ist ein schematisches Aufbaudiagramm, welches beispielhaft eine Schaltung zur Verarbeitung einer Detektionssignalausgabe von dem Sensorteil nach den 1 und 2, darstellt. Die Magnetisierungsschaltung 122 versorgt die Magnetisierungspule 121 mit einer Wechselspannung mit 100 kHz. Demnach wird ein magnetisches Feld, welches mit 100 kHz alterniert, von dem Eisenkern 120 in Richtung des zu detektieren Zahnrades 110 erzeugt. Das wechselnde magnetische Feld, welches von dem Eisenkern 120 erzeugt wird, wird in Übereinstimmung mit dem Betrag bzw. dem Grad der Änderung des magnetischen Widerstan des moduliert, die durch das sich wiederholende konkave und konvexe Muster auf der Oberfläche des zu detektierenden Zahnrades 110 erzeugt wird. Die Paare der Detektionsspulen 102a, 102c und 102b, 102d geben Spannungen VSO und VCO entsprechend aus, welche proportional zu dem modulierten magnetischen Feld sind. Angenommen, dass die Anzahl der Zähne auf dem zu detektierenden Zahnrad 110n ist, der Rotationswinkel θ und der Magnetisierungsstrom sin ωt, können die Spannungen, die in den Spulenpaaren 102a, 102c und 102b, 102d durch Änderungen im magnetischen Feld, welche sich zu diesen Spulen ausstreckt, induziert werden, mit unten stehenden Gleichungen (1) und (2) ausgedrückt werden.
Diese Spannungssignale VSO, VCO werden unter Verwendung von Differential bzw. Differenzverstärkern 130a, 130b verstärkt, um Signale VS, VC zu erzeugen. Die Signale VS, VC werden einer Analog-Digital-Umwandlung in Analog-Digital-Umwandlern 131b unterzogen, zu einem Zeitpunkt, in welchem der erzeugte Magnetisierungsstrom entsprechend einem Taktgenerator 132 Null wird (z.B. cos ωt = 1), um so digitale Signale DS, DC zu erzeugen. Die digitalen Signale DS, DC können durch untenstehende Gleichungen (3) und (4) ausgedrückt werden. DS = K' = ·sin(n·θ) (3) DC = K' = ·cos(n·θ) (4)
Die digitalen Signale DS, DC werden nachfolgend einer arctan-Berechnung (Arkus-Tangenz-Berechnung) mittels eines Interpolationsberechners 133 unterzogen, so dass ein Wert für π·θ erhalten werden kann, der die Rotationsposition des Zahnrades 110 angibt.
Wenn ein magnetisches Wechselfeld benutzt wird, um Änderungen des magnetischen Widerstandes, verursacht durch konkave und konvexe (Zähne) Teile eines Zahnrades aus einem Stahlmaterial zu detektieren, kann die alternierende Frequenz nicht sehr hoch gemacht werden, in Anbetracht des Kernverlustes des Stahlmaterials. Demnach wird, wenn ein Positionsdetektor, aufgebaut durch Anordnen von einer Magnetisierungsspule und Detektionsspulen auf einer Leiterplatte benutzt wird, das detektierte Spannungsniveau extrem klein, da die Anzahl der Windungen (Umdrehungen) begrenzt wäre. Es würde somit notwendig sein, die detektierte Spannung zu verstärken, unter der Benutzung einer Verstärkerschaltung, die einen hohen Verstärkungsfaktor besitzt, was Nachteile mit sich bringen würde, in Bezug auf Kosten und Rauschen. Nach der vorliegenden Erfindung kann durch Vorsehen des Eisenkernes, der umwunden ist mit der Magnetisierungsspule, ein magnetisches Feld in einer starken und gleichmäßigen Art erzeugt werden, im Wesentlichen auf die Seite ausgerichtet, auf der sich das zu detektierende Zahnrad befindet. Als Ergebnis ist es möglich, ausgangsseitig induzierte Spannungen mit hohen Werten von den Detektionsspulen zu erhalten, sogar wenn eine relativ geringe Magnetisierungsfrequenz genutzt wird.
Weiterhin wird nach der Erfindung durch Gestalten der Breite des Eisenkernes gleich einem ganzzahligen Vielfachen des Abstandes der Zähne auf der Oberfläche des Zahnrades, die Gesamtsumme des magnetischen Feldes, welches von dem Eisenkern in Richtung des zu detektierenden Zahnrades generiert wird, konstant gemacht werden, und somit eine höchstgenaue Positionsdetektion ermöglicht. Wenn die Breite des Eisenkerns von einem ganzzahligen Vielfachen der Zahnteilung bzw. des Abstandes der Zähne, typischerweise mehr als 1/8 der Teilung bzw. des Abstandes der Zähne abweicht, variiert die gesamte Summe des magnetischen Feldes, welches durch den Eisenkern in Richtung des zu detektierenden Zahnrades erzeugt wird, während der Rotation (oder Verschiebung) der Zahnteile. Abweichungen in der Gesamtsumme des magnetischen Feldes würden die Spannungs signale VSO, VCO in dem Detektoraufbau, gezeigt in 3, beeinflussen, mit dem Ergebnis eines erhöhten Detektionsfehlers.
Während die vorliegende Erfindung oben in Bezug auf ein bestimmtes Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht auf das Obige begrenzt. Z.B. kann das stählerne magnetische Bauteil, welches zu detektierende Zähne auf der Oberfläche besitzt, in der Form einer Zahnstange ausgeführt sein. Ein stählernes magnetisches Bauteil kann mit einem Positionsdetektor nach der vorliegenden Erfindung in jeder Form benutzt werden, solange ein Grad der relativen Verschiebung zwischen dem Sensorteil und dem stählernen magnetischen Bauteil detektiert werden kann. Weiter ist das plattenartige Bauteil mit den Detektionsspulenmustern darauf, nicht auf eine Leiterplatte, wie in dem oberen Ausführungsbeispiel beschrieben, begrenzt. Nach der vorliegenden Erfindung kann ein Substrat, auf welchem Spulenmuster in dünnen Schichten bzw. Filmen aufgebracht sind unter Benutzung von Halbleiterherstellungstechniken alternativ als plattenartiges Bauteil benutzt werden.

Claims

Positionsdetektor mit: einem ersten Bauteil (110), welches ein magnetisches Bauteil aufweist, das mit einer sich wiederholenden Form ausgebildet ist, mit Bereichen, die unterschiedlichen magnetischen Widerstand haben; einem zweiten Bauteil (101, 120, 121), welches gegenüber dem ersten Bauteil (110) mit einem Luftspalt positioniert ist und relativ zu dem ersten Bauteil (110) beweglich ist, wobei das zweite Bauteil (101, 120, 121) ein plattenartiges Bauteil mit einem darauf gebildeten Detektionsspulenmuster (102a, 102b, 102c, 102d) aufweist, und mit einer Magnetisierungsspule (121) zum Erzeugen eines wechselnden magnetischen Feldes; wobei der Positionsdetektor eine Spannung detektiert, die in dem Detektionsspulenmuster (102a, 102b, 102c, 102d) durch ein fluktuierendes magnetisches Feld induziert ist, welches erzeugt wird, wenn das wechselnde magnetische Feld, das von der Magnetisierungsspule (121) erzeugt ist, fluktuiert, entsprechend Änderungen des magnetischen Widerstandes zwischen den sich wiederholenden Formen des ersten Bauteiles (110) und der Detektionsspulenmuster (102a, 102b, 102c, 102d) des zweiten Bauteiles (101, 120, 121), um dadurch die Größe der Relativbewegung zwischen dem ersten (110) und dem zweiten Bauteil (101, 120, 121) festzustellen; wobei der Positionsdetektor dadurch gekennzeichnet ist, dass die Magnetisierungsspule (121) um einen Eisenkern (120) gewunden ist, der auf der Rückseite des plattenartigen Bauteils (101) befestigt ist.
Positionsdetektor nach Anspruch 1, wobei die Breite des Eisenkerns (120) in einer Richtung der Relativbewegung zwischen dem ersten (110) und dem zweiten Bauteil (101, 120, 121) ungefähr gleich einem ganzzahligen Vielfachen der Teilung, der sich wiederholenden Form des ersten Bauteils (110) ist.
Positionsdetektor nach Anspruch 1 oder 2, wobei das magnetische Bauteil die Form einer Zahnstange aufweist.
Positionsdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Detektionsspulenmuster (102a, 102b, 102c, 102d) in Form eines Filmes erzeugt ist.