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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hubbetragerfassungsvorrichtung zum Erfassen eines Betrags eines Hubs eines Hubobjektes.
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In einer herkömmlichen Hubbetragerfassungsvorrichtung bewegt sich ein Magnetsensorelement relativ zu einem Magneten als einem Magnetfelderzeugungselement entsprechend einer linearen Bewegung eines Hubobjektes. Der Betrag des Hubs des Objektes wird auf der Grundlage eines Ausgangssignals, das von dem Magnetsensorelement erzeugt wird, erfasst. Die
JP 2000-180114 A , die der
US 6211668 entspricht, und die
JP 2008-45919 A beschreiben beispielsweise Erfindungen zum Verbessern der Linearität von Ausgangssignalen relativ zu bzw. in Bezug auf den Hubbetrag.
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In einem Magnetpositionssensor, der in der
JP 2000-180114 A beschrieben ist, liegen kegelförmige Magnete in einer Richtung parallel zu einer Linie, entlang der sich ein Magnetsensorelement bewegt, einander gegenüber. Außerdem sind die gegenüberliegenden kegelförmigen Magnete an beiden Seiten eines Hubbereiches des Magnetsensorelementes, d. h. auf einer ersten Seite und einer zweiten Seite des Hubbereiches vorgesehen. Somit vergrößert sich der Abstand zwischen den kegelförmigen Magneten, d. h. die Breite einer Luftlücke zwischen Kegelflächen in Richtung einer Mittelposition des Hubbereiches und verringert sich als eine Funktion des Abstands zu der Mittelposition. Die kegelförmigen Magnete auf der ersten Seite des Hubbereiches sind in derselben Richtung magnetisiert. Außerdem sind die kegelförmigen Magnete auf der zweiten Seite des Hubbereiches in derselben Richtung, aber in einer entgegengesetzten Richtung wie die geneigten Magnete der ersten Seite magnetisiert. Bei einem derartigen Aufbau ändert sich eine Magnetflussdichte, die von einem Magnetsensorelement erfasst wird, kontinuierlich von stark über schwach zu stark, wenn sich das Magnetsensorelement relativ zu bzw. in Bezug auf die kegelförmigen Magnete bewegt. Außerdem sind die Richtungen der Magnetflüsse der ersten Seite und der zweiten Seite entgegengesetzt zueinander.
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In einer Positionserfassungsvorrichtung, die in der
JP 2008-45919 A beschrieben ist, sind Magnete an beiden Seiten eines Hubbereiches, d. h. beispielsweise auf einer ersten Seite und einer zweiten Seite des Hubbereiches angeordnet. Außerdem liegen die Magnete auf der ersten Seite des Hubbereiches in einer Richtung senkrecht zu einer Hubrichtung einander gegenüber. Auf ähnliche Weise liegen die Magnete auf der zweiten Seite des Hubbereiches in der Richtung senkrecht zu der Hubrichtung einander gegenüber. Die gegenüberliegenden Magnete sind in derselben Richtung magnetisiert, aber die Magnete auf der ersten Seite und die Magnete auf der zweiten Seite sind in unterschiedliche Richtungen magnetisiert. Somit sind die Richtungen der Magnetflüsse der ersten Seite und der zweiten Seite des Hubbereiches entgegengesetzt zueinander.
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In dem Magnetpositionssensor, der in der
JP 2000-180114 A beschrieben ist, können Erfassungsfehler auftreten, wenn die Magnete derart angeordnet sind, dass die Kegelflächen aufgrund eines Herstellungsfehlers oder eines Zusammenbaufehlers einen ungleichen Winkel in Bezug auf eine Linie aufweisen, entlang der sich das Magnetsensorelement bewegt.
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Außerdem ändert sich die erfasste Magnetflussdichte in dem Fall, in dem Magnete, die in der Richtung senkrecht zu der Hubrichtung gegenüberliegen, in derselben Richtung magnetisiert sind, wie es in dem Magnetpositionssensor, der in der
JP 2000-180114 A beschrieben ist, und in der Positionserfassungsvorrichtung, die in der
JP 2008-45919 A beschrieben ist, der Fall ist, wenn die Position des Magnetsensorelementes gegenüber der Hubrichtung, beispielsweise in der Richtung senkrecht zu der Hubrichtung verschoben wird, was zu Erfassungsfehlern führt. Daher ist die Robustheit unzureichend. Das heißt, eine Eigenschaft, bei der eine Systemeigenschaft ihren derzeitigen Zustand gegenüber Störungen und Fehlern des Entwurfes aufrechterhält, ist unzureichend.
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Die vorliegende Erfindung entstand im Hinblick auf die obigen Umstände, und es ist ihre Aufgabe, eine Hubbetragerfassungsvorrichtung mit ausreichender Robustheit zu schaffen.
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Die Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche sind auf bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gerichtet.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält eine Hubbetragerfassungsvorrichtung ein erstes Magnetfelderzeugungselement, ein zweites Magnetfelderzeugungselement und eine Magnetsensoreinheit. Das zweite Magnetfelderzeugungselement liegt dem ersten Magnetfelderzeugungselement in Bezug auf eine Richtung senkrecht zu einer geraden Hubachse, entlang der ein Objekt eine Hubbewegung ausführt, gegenüber. Das zweite Magnetfelderzeugungselement und das erste Magnetfelderzeugungselement sind in entgegengesetzte Richtungen in Bezug auf eine Richtung senkrecht zu der Hubachse magnetisiert. Die Magnetsensoreinheit ist in einem Bereich zwischen dem ersten Magnetfelderzeugungselement und dem zweiten Magnetfelderzeugungselement entlang einer geraden Bewegungsachse, die parallel zu der geraden Hubachse ist, relativ zu dem ersten Magnetfelderzeugungselement und dem zweiten Magnetfelderzeugungselement entsprechend einer Hubbewegung des Objektes bewegbar. Die Magnetsensoreinheit weist eine magnetosensitive Oberfläche auf, die in eine Richtung parallel zu der Bewegungsachse zeigt, um einen Betrag eines Hubs des Objektes zu erfassen.
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Bei einer derartigen Konfiguration sind das erste Magnetfelderzeugungselement und das zweite Magnetfelderzeugungselement in entgegengesetzte Richtungen magnetisiert. Das heißt, das erste Magnetfelderzeugungselement und das zweite Magnetfelderzeugungselement sind derart magnetisiert, dass deren gegenüberliegenden Seiten denselben Magnetpol aufweisen. Als solches stoßen sich die Magnetflüsse zwischen dem ersten Magnetfelderzeugungselement und dem zweiten Magnetfelderzeugungselement ab, und somit sind die Vektoren der Magnetflüsse entlang der Bewegungsachse, d. h. in einer Hubrichtung einheitlich. Außerdem zeigt die magnetosensitive Oberfläche der Magnetsensoreinheit in die Richtung entlang der Bewegungsachse, und es werden einheitliche Magnetflüsse erfasst. Sogar wenn die Magnetsensoreinheit in einer Richtung senkrecht zu der Bewegungsachse verschoben wird, wird daher eine von der Magnetsensoreinheit erfasste Magnetflussdichte nicht beeinflusst. Dementsprechend wird die Robustheit der Hubbetragerfassungsvorrichtung verbessert.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält eine Hubbetragerfassungsvorrichtung ein erstes Magnetfelderzeugungselement, ein zweites Magnetfelderzeugungselement, ein drittes Magnetfelderzeugungselement, ein viertes Magnetfelderzeugungselement und eine Magnetsensoreinheit. Das zweite Magnetfelderzeugungselement liegt dem ersten Magnetfelderzeugungselement in Bezug auf eine Richtung senkrecht zu einer geraden Hubachse, entlang der ein Objekt eine Hubbewegung ausführt, gegenüber. Das erste Magnetfelderzeugungselement und das zweite Magnetfelderzeugungselement sind in entgegengesetzte Richtungen in Bezug auf eine Richtung senkrecht zu der Hubachse magnetisiert. Das dritte Magnetfelderzeugungselement ist zu dem ersten Magnetfelderzeugungselement mit einem vorbestimmten Abstand in Bezug auf eine Richtung parallel zu der Hubachse beabstandet. Das dritte Magnetfelderzeugungselement ist in einer identischen Richtung zu derjenigen des ersten Magnetfelderzeugungselementes in Bezug auf die Richtung senkrecht zu der Hubachse magnetisiert. Das vierte Magnetfelderzeugungselement ist zu dem zweiten Magnetfelderzeugungselement mit einem vorbestimmten Abstand in Bezug auf die Richtung parallel zu der Hubachse beabstandet und liegt dem dritten Magnetfelderzeugungselement in Bezug auf die Richtung senkrecht zu der Hubachse gegenüber. Das vierte Magnetfelderzeugungselement ist in einer identischen Richtung zu derjenigen des zweiten Magnetfelderzeugungselementes in Bezug auf die Richtung senkrecht zu der Hubachse magnetisiert. Die Magnetsensoreinheit ist in einem Bereich zwischen dem ersten Magnetfelderzeugungselement, dem zweiten Magnetfelderzeugungselement, dem dritten Magnetfelderzeugungselement und dem vierten Magnetfelderzeugungselement entlang einer geraden Bewegungsachse, die parallel zu der Hubachse ist, relativ zu dem ersten Magnetfelderzeugungselement, dem zweiten Magnetfelderzeugungselement, dem dritten Magnetfelderzeugungselement und dem vierten Magnetfelderzeugungselement entsprechend einer Hubbewegung des Objektes bewegbar. Die Magnetsensoreinheit enthält eine magnetosensitive Oberfläche, die in eine Richtung parallel zu der Bewegungsachse zeigt, um einen Betrag eines Hubs des Objektes zu erfassen.
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Bei einer derartigen Konfiguration sind das erste Magnetfelderzeugungselement und das zweite Magnetfelderzeugungselement in entgegengesetzte Richtungen in Bezug auf die Richtung senkrecht zu der Bewegungsachse magnetisiert. Auf ähnliche Weise sind das dritte Magnetfelderzeugungselement und das vierte Magnetfelderzeugungselement in entgegengesetzte Richtungen in Bezug auf die Richtung senkrecht zu der Bewegungsachse magnetisiert. Als solches stoßen sich die Magnetflüsse zwischen dem ersten Magnetfelderzeugungselement und dem zweiten Magnetfelderzeugungselement ab, und somit sind die Vektoren der Magnetflüsse entlang der Bewegungsachse einheitlich. Außerdem stoßen sich die Magnetflüsse zwischen dem dritten Magnetfelderzeugungselement und dem vierten Magnetfelderzeugungselement ab, und somit sind die Vektoren der Magnetflüsse entlang der Bewegungsachse einheitlich. Außerdem zeigt die magnetosensitive Oberfläche der Magnetsensoreinheit in die Richtung entlang der Bewegungsachse. Sogar wenn die Magnetsensoreinheit in einer Richtung senkrecht zu der Bewegungsachse verschoben wird, wird daher eine Magnetflussdichte, die von der Magnetsensoreinheit erfasst wird, nicht beeinflusst. Dementsprechend wird die Robustheit der Hubbetragerfassungsvorrichtung verbessert.
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Es kann beispielsweise die Linearität der Magnetflussdichte, die von der Magnetsensoreinheit zu erfassen ist, relativ zu bzw. in Bezug auf einen Hubbetrag durch Einstellen von Anordnungspositionen der ersten bis vierten Magnetfelderzeugungselemente verbessert werden. Das heißt, die Linearität kann durch eine Magnetschaltung gewährleistet werden.
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Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen deutlich, wobei gleiche Teile mit denselben Bezugszeichen bezeichnet werden.
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Es zeigen:
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1A eine schematische Ansicht einer Hubbetragerfassungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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1B eine Querschnittsansicht entlang einer Linie IB-IB der 1A;
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1C eine Querschnittsansicht entlang einer Linie IC-IC der 1A;
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2 ein schematisches Diagramm eines Systems, das die Hubbetragerfassungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform verwendet;
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3 ein schematisches Blockdiagramm einer Schaltung eines Hall-IC-Chips der Hubbetragerfassungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform;
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4A eine Grafik, die eine Magnetflussdichte zeigt, die von einem Hall-Element der Hubbetragerfassungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform erfasst wird;
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4B eine Grafik, die einen Ausgang zeigt, der durch Korrigieren der Linearität einer erfassten Magnetflussdichte der 4A gemäß der ersten Ausführungsform erzeugt wird;
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5 eine schematische Ansicht einer Hubbetragerfassungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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6 eine Grafik, die eine Magnetflussdichte zeigt, die von einem Hall-Element der Hubbetragerfassungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform erfasst wird;
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7 eine schematische Ansicht einer Hubbetragerfassungsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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8A eine Grafik, die eine Magnetflussdichte zeigt, die von einem Hall-Element der Hubbetragerfassungsvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform erfasst wird;
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8B eine Grafik, die einen Ausgang zeigt, der durch Korrigieren der Linearität einer erfassten Magnetflussdichte, die in 8A gezeigt ist, gemäß der dritten Ausführungsform erzeugt wird;
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9 eine schematische Ansicht einer Hubbetragerfassungsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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10A eine Grafik, die eine Magnetflussdichte zeigt, die von einem Hall-Element der Hubbetragerfassungsvorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform erfasst wird;
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10B eine Grafik, die einen Ausgang zeigt, der durch Korrigieren der Linearität einer erfassten Magnetflussdichte, die in 10A gezeigt ist, gemäß der vierten Ausführungsform erzeugt wird;
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11 eine schematische Ansicht einer Hubbetragerfassungsvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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12 ein schematisches Blockdiagramm einer Schaltung eines Hall-IC-Chips der Hubbetragerfassungsvorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform;
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13A eine Grafik, die Magnetflussdichten zeigt, die von Hall-Elementen der Hubbetragerfassungsvorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform erfasst werden;
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13B eine Grafik, die einen Rechenhubbetrag zeigt, der aus den Magnetflussdichten, die in 13A gezeigt sind, durch eine trigonometrische Funktion gemäß der fünften Ausführungsform berechnet wird;
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13C eine Grafik, die einen Ausgang zeigt, der durch Korrigieren der Linearität des berechneten Hubbetrags, der in 13B gezeigt ist, gemäß der fünften Ausführungsform erzeugt wird;
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14 eine schematische Ansicht einer Hubbetragerfassungsvorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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15A eine Grafik, die Magnetflussdichten zeigt, die von Hall-Elementen der Hubbetragerfassungsvorrichtung gemäß der sechsten Ausführungsform erfasst werden;
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15B eine Grafik, die einen Rechenhubbetrag zeigt, der aus den Magnetflussdichten, die in 15A gezeigt sind, durch eine trigonometrische Funktion gemäß der sechsten Ausführungsform berechnet wird;
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15C eine Grafik, die einen Ausgang zeigt, der durch Korrigieren der Linearität des Rechenhubbetrags, der in 15B gezeigt ist, gemäß der fünften Ausführungsform erzeugt wird;
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16A eine schematische Ansicht einer Hubbetragerfassungsvorrichtung gemäß einer ersten Modifikation der vorliegenden Erfindung;
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16B eine schematische Ansicht einer Hubbetragerfassungsvorrichtung gemäß einer zweiten Modifikation der vorliegenden Erfindung;
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17A eine schematische Ansicht einer Hubbetragerfassungsvorrichtung gemäß einer dritten Modifikation der vorliegenden Erfindung;
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17B eine schematische Ansicht einer Hubbetragerfassungsvorrichtung gemäß einer vierten Modifikation der vorliegenden Erfindung;
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18A eine schematische Ansicht einer Hubbetragerfassungsvorrichtung gemäß einer fünften Modifikation der vorliegenden Erfindung;
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18B eine schematische Ansicht einer Hubbetragerfassungsvorrichtung als ein Vergleichsbeispiel zu der fünften Modifikation; und
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19 eine schematische Ansicht einer Hubbetragerfassungsvorrichtung als ein Vergleichsbeispiel zu der vierten Ausführungsform.
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Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen beschrieben. Gleiche Teile werden in den bevorzugten Ausführungsformen mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und deren Beschreibung wird nicht wiederholt.
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(Erste Ausführungsform)
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Eine Hubbetragerfassungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform wird verwendet, um den Betrag eines Hubs eines Hubobjektes zu erfassen. Die Hubbetragerfassungsvorrichtung wird beispielsweise verwendet, um den Hubbetrag eines Hubelementes wie beispielsweise eines Getriebes, eines Gaspedals oder eines Bremspedals eines Fahrzeugs zu erfassen.
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Gemäß 2 enthält eine Hubbetragerfassungsvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform im Allgemeinen erste und zweite Magnete 21, 22 als Beispiele für erste und zweite Magnetfelderzeugungselemente, und ein Hall-Element 5 als ein Beispiel eines ersten Sensorelementes. Das Hall-Element 5 bewegt sich relativ zu den ersten und zweiten Magneten 21, 22 entsprechend einer linearen Bewegung eines Hubelementes 3a eines linearen Aktuators 3, um den Hubbetrag zu erfassen. Der erfasste Hubbetrag wird an eine Motor-Steuereinheit (ECU) 10 gesendet. Die ECU 10 verwendet den erfassten Hubbetrag, um eine Rückkopplungssteuerung des linearen Aktuators 3 durchzuführen.
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Im Folgenden wird eine Struktur der Hubbetragerfassungsvorrichtung 1 mit Bezug auf die 1A bis 1C beschrieben.
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Die Hubbetragerfassungsvorrichtung 1 enthält den ersten Magnet 21 und den zweiten Magnet 22, das Hall-Element 5 und ein Joch 30 als ein Beispiel eines Magnetflussübertragungselementes. Der erste Magnet 21 und der zweite Magnet 22 weisen dieselbe Gestalt und dieselbe Magneteigenschaft auf. Sowohl der erste Magnet 21 als auch der zweite Magnet 22 weisen beispielsweise eine rechteckige Quader- bzw. Parallelepipedgestalt auf.
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Das Joch 30 besteht aus einem Magnetmaterial wie beispielsweise Stahl. Das Joch 30 weist eine rechteckige Rahmengestalt mit einer ersten Hauptwand (erste Wand) 31, einer zweiten Hauptwand (zweite Wand) 32 und zwei Seitenwänden 33, die die erste Hauptwand 31 und die zweite Hauptwand 32 verbinden, auf. Das Joch 30 weist beispielsweise einen rechteckigen Querschnitt auf.
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Der erste Magnet 21 ist entlang einer Innenfläche 31a der ersten Hauptwand 31 und an einer Mittelposition der ersten Hauptwand 31 in Bezug auf eine Längsrichtung der ersten Hauptwand 31 angeordnet. Der zweite Magnet 22 ist entlang einer Innenfläche 32a der zweiten Hauptwand 32 und an einer Mittelposition der zweiten Hauptwand 32 in Bezug auf eine Längsrichtung der zweiten Hauptwand 32 angeordnet.
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Der erste Magnet 21 ist derart angeordnet, dass sein Nordpol benachbart zu der Innenfläche 31a ist. Der zweite Magnet 22 ist derart angeordnet, dass sein Nordpol benachbart zu der Innenfläche 32a ist. Somit liegt der Südpol des ersten Magneten 21 dem Südpol des zweiten Magneten 22 gegenüber. Das heißt, der erste Magnet 21 und der zweite Magnet 22 sind in zueinander entgegengesetzte Richtungen magnetisiert.
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Das Hall-Element 5 ist in einem Bereich zwischen dem ersten Magneten 21 und dem zweiten Magneten 22 angeordnet. Das Hall-Element 5 bewegt sich in einer Rechts-links-Richtung der 1A relativ zu den ersten und zweiten Magneten 21, 22 entsprechend der linearen Bewegung des Hubelementes 3a.
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Im Folgenden wird eine Richtung, in der sich das Hubelement 3a linear bewegt, als eine Hubrichtung bezeichnet. Außerdem wird eine gerade Linie, entlang der sich das Hubelement 3a bewegt, als eine gerade Hubachse bezeichnet. Die Hubrichtung entspricht einer Richtung entlang einer X-Achse der 1A. Die Hubrichtung, d. h. die Richtung entlang der X-Achse wird als die X-Richtung bezeichnet. Außerdem wird eine Richtung senkrecht zu der Hubrichtung, d. h. eine Auf-ab-Richtung in 1A als die Y-Richtung bezeichnet. Weiterhin wird eine gerade Linie, entlang der sich das Hall-Element 5 relativ zu den ersten und zweiten Magneten 21, 22 bewegt, durch die X-Achse bezeichnet. Die X-Achse entspricht einer geraden Bewegungsachse oder einer Translationsachse des Hall-Elementes 5.
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Eine gerade Linie, die durch die Mittelposition der ersten Hauptwand 31 und die Mittelposition der zweiten Hauptwand 32 verläuft und die X-Achse senkrecht schneidet, wird als Y-Achse bezeichnet. Ein Schnittpunkt der X-Achse und der Y-Achse entspricht einem Nullpunkt des Hubbetrags, d. h. einem Punkt, bei dem der Hubbetrag gleich Null ist. Der Hubbetrag, mit dem das Hall-Element 5 auf eine erste Seite, beispielsweise eine rechte Seite in Bezug auf die Y-Achse der 1A, bewegt wird, wird durch einen positiven Wert angegeben. Der Hubbetrag, mit dem sich das Hall-Element 5 auf eine zweite Seite, beispielsweise eine linke Seite in Bezug auf die Y-Achse der 1A, bewegt, wird durch einen negativen Wert angegeben.
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Da der erste Magnet 21 und der zweite Magnet 22 derart angeordnet sind, dass deren Südpole einander gegenüberliegen, werden die Magnetflüsse in der Y-Richtung abgestoßen. Somit sind die Vektoren der Magnetflüsse entlang der X-Richtung einheitlich.
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Das Hall-Element 5 ist derart angeordnet, dass eine magnetosensitive Fläche 5a in die X-Richtung zeigt. Somit erfasst die magnetosensitive Fläche 5a eine einheitliche Magnetflussdichte.
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Das Hall-Element 5 ist in einem Hall-IC-Chip 7 als einem Beispiel einer Magnetsensoreinheit montiert. Wie es in 3 gezeigt ist, enthält der Hall-IC-Chip 7 das Hall-Element 5, eine Verstärkerschaltung 11 zum Verstärken eines Ausgangssignals des Hall-Elementes 5, eine A/D-Wandlerschaltung 13 zum Umwandeln eines verstärkten analogen Signals in ein digitales Signal, einen Signalverarbeitungsteil 14 zum Verarbeiten des digitalen Signals, eine D/A-Wandlerschaltung 19 zum Umwandeln eines digitalen Werts, der von dem Signalverarbeitungsteil 14 ausgegeben wird, in einen analogen Wert, und Ähnliches. Der Hall-IC-Chip 7 entspricht einem Halbleiterchip.
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Der Signalverarbeitungsteil 14 ist beispielsweise aus einem digitalen Signalprozessor (DSP) aufgebaut und enthält eine Versatzkorrekturschaltung bzw. Offset-Korrekturschaltung 15, eine Amplitudenkorrekturschaltung 16, eine Linearitätskorrekturschaltung 18 und Ähnliches. Die Linearitätskorrekturschaltung 18 korrigiert das Ausgangssignal des Hall-Elementes 5, sodass es proportional zu dem Hubbetrag ist. Das heißt, die Linearitätskorrekturschaltung 18 korrigiert die Linearität des Ausgangssignals des Hall-Elementes 5, sodass sich das Ausgangssignal linear relativ zu dem Betrag des Hubs ändert. Die Linearitätskorrekturschaltung 18 dient als ein Linearitätskorrekturabschnitt.
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Im Folgenden wird ein Betrieb der Hubbetragerfassungsvorrichtung 1 beschrieben.
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Wenn sich das Hall-Element 5 relativ zu den ersten und zweiten Magneten 21, 22 entsprechend der linearen Bewegung des Hubelementes 3a bewegt, ändert sich die Magnetflussdichte, die von der magnetosensitiven Fläche 5a erfasst wird, wie es durch die Kurve in 4A gezeigt ist.
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Wie es in der Kurve der 4A gezeigt ist, wird die Linearität der erfassten Magnetflussdichte bei einem ”p+”-Abschnitt und einem ”p–”-Abschnitt, die gegenüberliegenden Enden des Hubbereiches entsprechen, verschlechtert bzw. herabgesetzt. Die Linearitätskorrekturschaltung 18 korrigiert die Linearität der erfassten Magnetflussdichte, wie es in 4B gezeigt ist. 4B zeigt einen Ausgang nach der Linearitätskorrektur durch die Linearitätskorrekturschaltung 18.
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Die erste Ausführungsform erzielt die folgenden vorteilhaften Wirkungen (1) bis (8):
- (1) Die Magnetflüsse werden zwischen dem ersten Magneten 21 und dem zweiten Magneten 22 abgestoßen, da die Südpole des ersten Magneten 21 und des zweiten Magneten 22 einander gegenüber liegen. Somit sind die Vektoren der Magnetflüsse entlang der Hubrichtung einheitlich. Da die magnetosensitive Fläche 5a des Hall-Elementes 5 in eine Richtung entlang der Hubrichtung zeigt, kann das Hall-Element 5 die einheitliche Magnetflussdichte erfassen. Sogar wenn eine Position des Hall-Elementes 5 in Bezug auf die Y-Richtung verschoben wird, ändert sich daher die zu erfassende Magnetflussdichte kaum. Als solches wird die Robustheit der Hubbetragerfassungsvorrichtung 1 verbessert.
- (2) Das Hall-Element 5 bewegt sich auf einer geraden Linie, die äquidistant zu dem ersten Magneten 21 und dem zweiten Magneten 22 ist (bzw. zu diesen den gleichen Abstand aufweist) und auf der die Vektoren der Magnetflüsse nahezu einheitlich sind, relativ zu dem ersten Magneten 21 und dem zweiten Magneten 22. Daher wird die Robustheit der Hubbetragerfassungsvorrichtung 1 gegenüber einer Positionsverschiebung weiter verbessert.
- (3) Da das Joch 30 verwendet wird, erhöht sich die Permeanz der Magnetschaltung. Daher wird die Entmagnetisierung der ersten und zweiten Magneten 21, 22 eingeschränkt. Da sich die Magnetflussdichte, die von dem Hallelement 5 erfasst wird, erhöht, verbessert sich das Signal-Rausch-Verhältnis (SR-Verhältnis). Da der Abschirmungseffekt verbessert wird, verbessert sich die Stärke der Hubbetragerfassungsvorrichtung 1 gegenüber einer Störung aufgrund anderer Magnetfelder und der Annäherung von Magnetelementen. Außerdem weist das Joch 30 die Seitenwände 33 auf. Daher verbessert sich im Vergleich zu einem Joch, das die Seitenwände 33 nicht aufweist, der Abschirmungseffekt weiter, und somit verbessert sich die Stärke gegenüber Störungen. Da die Vektoren der Magnetflüsse einheitlich sind, wird die Robustheit der Hubbetragerfassungsvorrichtung 1 weiter verbessert.
- (4) Der erste Magnet 21 und der zweite Magnet 22 sind jeweils in Bezug auf die X-Richtung an der Mittelposition der ersten Hauptwand 31 und der zweiten Hauptwand 32 angeordnet. Außerdem ist die Magnetflussdichte an einer Mittelposition zwischen dem ersten Magneten 21 und dem zweiten Magneten 22, d. h. an dem Schnittpunkt der X-Achse und der Y-Achse gleich Null. Die Magnetflussdichte ändert sich mit einer Punktsymmetrie in Bezug auf den Nullpunkt, sodass die Magnetflussdichte einen positiven Wert auf der ersten Seite und einen negativen Wert auf der zweiten Seite annimmt.
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Man beachte, dass die erfasste Magnetflussdichte durch die Temperatur in einem Bereich, in dem die Magnetflussdichte nicht Null ist, beeinflusst wird, und durch eine Temperatur an einem Punkt, bei dem die Magnetflussdichte gleich Null ist, nicht beeinflusst wird. Daher ist der Punkt, bei dem die Magnetflussdichte gleich Null ist, vorzugsweise ein Bezugspunkt des Hubbetrags. Da der erste Magnet 21 und der zweite Magnet 22 auf die oben beschriebene Weise angeordnet sind, wird der Bezugspunkt des Hubbereichs auf den Punkt eingestellt, bei dem die Magnetflussdichte gleich Null ist. Dementsprechend kann der Hubbereich effektiv und breit festgelegt werden.
- (5) Da der erste Magnet 21 und der zweite Magnet 22 dieselbe Gestalt und dieselbe Magneteigenschaft aufweisen, sind die Vektoren der Magnetflüsse noch einheitlicher. Somit verbessert sich die Robustheit der Hubbetragerfassungsvorrichtung 1 gegenüber einer Positionsverschiebung. Außerdem verbessert sich die Herstellungseffizienz im Hinblick auf die Steuerung von Teilen und den Zusammenbauprozess.
- (6) Sowohl der erste Magnet 21 als auch der zweite Magnet 22 weisen eine rechteckige Quadergestalt auf. Da der erste Magnet 21 und der zweite Magnet 22 eine einfache Gestalt aufweisen, verringert sich eine Ungleichmäßigkeit, die bei einem Herstellungsprozess und/oder einem Zusammenbauprozess verursacht wird. Damit werden die Vektoren der Magnetflüsse noch einheitlicher, und somit verbessert sich die Robustheit gegenüber einer Positionsverschiebung. Da der erste Magnet 21 und der zweite Magnet 22 eine einfache Gestalt aufweisen, verringern sich die Herstellungskosten.
- (7) Die Linearitätskorrekturschaltung 18 korrigiert die Linearität der Magnetflussdichte, die von dem Hall-Element 5 erfasst wird. Mit anderen Worten ist keine hohe Linearität der Magnetflussdichte, die von dem Hall-Element 5 erfasst wird, erforderlich. Daher können die Gestalt und die Anordnung des ersten Magneten 21 und des zweiten Magneten 22 vereinfacht werden.
- (8) Das Hall-Element 5 und die Linearitätskorrekturschaltung 18 sind in einem einzigen Hall-IC-Chip 7 enthalten. Daher verringert sich die Gesamtgröße der Magnetsensoreinheit, und somit verbessert sich das Montagevermögen der Magnetsensoreinheit.
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(Zweite Ausführungsform)
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Im Folgenden wird eine zweite Ausführungsform mit Bezug auf die 5 und 6 beschrieben.
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Gemäß 5 weist die Hubbetragerfassungsvorrichtung 1 gemäß der zweiten Ausführungsform einen ersten Magneten 25 und einen zweiten Magneten 26 anstelle des ersten Magneten 21 und des zweiten Magneten 22 der ersten Ausführungsform auf. Sowohl der erste Magnet 25 als auch der zweite Magnet 26 weisen eine vertiefte Gestalt mit einem dünnen Abschnitt 25a, 26a und dicken Abschnitten 25b, 26b an gegenüberliegenden Seiten des dünnen Abschnitts 25a, 26a auf.
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Der dünne Abschnitt 25a ist an einer Mittelposition des Hubbereiches, d. h. in einem Bereich, der die Y-Achse enthält, vorgesehen. Die dicken Abschnitte 25b sind an in Bezug auf die Hubrichtung gegenüberliegenden Seiten des dünnen Abschnitts 25a vorgesehen. Jeder dicke Abschnitt 25b weist in Bezug auf die Y-Richtung eine Dicke auf, die größer als die Dicke des dünnen Abschnitts 25a ist. Somit ist ein Abstand zwischen einer Fläche des dicken Abschnitts 25b und der X-Achse kleiner als ein Abstand zwischen einer Fläche des dünnen Abschnitts 25a und der X-Achse.
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Auf ähnliche Weise ist der dünne Abschnitt 26a an einer Mittelposition des Hubbereiches, d. h. in einem Bereich, der die Y-Achse enthält, vorgesehen. Die dicken Abschnitte 26b sind an in Bezug auf die Hubrichtung gegenüberliegenden Seiten des dünnen Abschnitts 26a vorgesehen. Jeder dicke Abschnitt 26b weist in Bezug auf die Y-Richtung eine Dicke auf, die größer als die Dicke des dünnen Abschnitts 26a ist. Somit ist ein Abstand zwischen einer Fläche des dicken Abschnitts 26b und der X-Achse kleiner als ein Abstand zwischen einer Fläche des dünnen Abschnitts 26a und der X-Achse.
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Eine Magnetflussdichte, die von dem Hall-Element 5 der zweiten Ausführungsform erfasst wird, ist durch eine durchgezogene Linie in 6 gezeigt. In der ersten Ausführungsform verschlechtert sich die Linearität der erfassten Magnetflussdichte an den Endabschnitten des Hubbereiches wie dem ”p+”-Abschnitt und dem ”p–”-Abschnitt, wie es durch die gestrichelte Linie in 6 gezeigt ist.
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In der zweiten Ausführungsform kann andererseits eine Kurve der Magnetflussdichte, die den dünnen Abschnitten 25a, 26a entspricht (gekrümmte Abschnitte zwischen dem ”p–”-Abschnitt und dem ”p+”-Abschnitt) im Vergleich zu der Magnetflussdichte, die den dicken Abschnitten 25b, 26b entsprechen (einem Bereich von gleich oder kleiner als dem ”p–”-Abschnitt und einem Bereich von gleich oder größer als dem ”p+”-Abschnitt) verringert werden. Das heißt, durch Einstellen des Bereichs des dünnen Abschnitts 25a, 25a und/oder der Differenz der Dicken zwischen dem dünnen Abschnitt 25a, 25a und den dicken Abschnitten 25b, 26b kann die Änderung der Magnetflussdichte in Bezug auf den Hubbetrag linear eingestellt werden, wie es durch die durchgezogene Linie in 6 gezeigt ist. Mit anderen Worten kann die Linearität durch die Magnetschaltung gewährleistet werden.
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In der zweiten Ausführungsform können ähnliche vorteilhafte Wirkungen wie in der ersten Ausführungsform erzielt werden.
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(Dritte Ausführungsform)
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Im Folgenden wird eine dritte Ausführungsform mit Bezug auf die 7, 8A und 8B beschrieben. In der Hubbetragerfassungsvorrichtung 1 gemäß der dritten Ausführungsform sind, wie es in 7 gezeigt ist, der erste Magnet 21 und der zweite Magnet 22 gegenüber der Y-Achse zu einer negativen Seite der Hubrichtung, d. h. zu einer linken Seite der 7 hin versetzt angeordnet.
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In einem Fall beispielsweise, in dem der Hubbereich des Hubobjektes gegenüber dem Bezugspunkt in Richtung der negativen Seite vorgespannt ist, sind der erste Magnet 21 und der zweite Magnet 22 auf der negativen Seite benachbart zu der Mitte des Hubbereiches angeordnet. Somit kann ein genauer Bereich wahlweise dort zentriert werden, bei der die Magnetflussdichte gleich Null ist.
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In 7 stellt der Pfeil Le einen erfassbaren Bereich (verfügbarer Erfassungsbereich) dar, in dem die Magnetflussdichte durch das Hall-Element 5 erfasst werden kann, und der Pfeil Lu stellt einen nicht erfassbaren Bereich dar, in dem die Magnetflussdichte von dem Hall-Element 5 nicht erfasst werden kann. Wie es in 8A gezeigt ist, ändert sich die erfasste Magnetflussdichte in dem nicht erfassbaren Bereich Lu nicht wesentlich. Wie es in 8B gezeigt ist, wird die Linearität der Magnetflussdichte, die in dem erfassbaren Bereich Le erfasst wird, korrigiert.
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In der dritten Ausführungsform können ähnliche vorteilhafte Wirkungen wie in der ersten Ausführungsform erzielt werden.
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(Vierte Ausführungsform)
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Im Folgenden wird eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die 9, 10A und 10B beschrieben.
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Gemäß 9 enthält die Hubbetragerfassungsvorrichtung 1 der vierten Ausführungsform vier Magnetfelderzeugungselemente wie einen ersten Magneten 21, einen zweiten Magneten 22, einen dritten Magneten 23 und einen vierten Magneten 24. Die vier Magnete 21 bis 24 weisen dieselbe Gestalt und dieselbe Magneteigenschaft auf. Jeder der Magnete 21 bis 24 weist beispielsweise eine rechteckige Quadergestalt auf.
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Der erste Magnet 21 und der zweite Magnet 22 sind auf der negativen Seite der X-Richtung, d. h. auf der linken Seite der Y-Achse der 9 angeordnet. Der erste Magnet 21 und der zweite Magnet 22 sind symmetrisch in Bezug auf die X-Achse angeordnet, sodass der Südpol des ersten Magneten 21 dem Südpol des zweiten Magneten 22 gegenüberliegt.
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Der dritte Magnet 23 und der vierte Magnet 24 sind auf der positiven Seite der X-Richtung, d. h. auf der rechten Seite der Y-Achse der 9 angeordnet. Der dritte Magnet 23 und der vierte Magnet 24 sind symmetrisch in Bezug auf die X-Achse angeordnet, sodass der Südpol des dritten Magneten 23 dem Südpol des vierten Magneten 24 gegenüberliegt.
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Der dritte Magnet 23 ist zu dem ersten Magneten 21 mit einem vorbestimmten Abstand in der X-Richtung beabstandet. Der vierte Magnet 24 ist zu dem zweiten Magneten 22 mit dem vorbestimmten Abstand in der X-Richtung beabstandet. Die ersten bis vierten Magneten 21 bis 24 sind zu der X-Achse in Bezug auf die Richtung parallel zu der Y-Achse äquidistant.
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Das Joch 30, das aus dem Magnetmaterial wie beispielsweise Stahl besteht, weist die erste Wand 31 und die zweite Wand 32 auf. Die erste Wand 31 und die zweite Wand 32 sind parallel zu der X-Achse. Der erste Magnet 21 und der dritte Magnet 23 sind benachbart zu gegenüberliegenden Enden der ersten Wand 31 entlang der Innenfläche 31a der ersten Wand 31 angeordnet. Der erste Magnet 21 und der dritte Magnet 23 sind symmetrisch in Bezug auf die Y-Achse angeordnet. Der zweite Magnet 22 und der vierte Magnet 24 sind benachbart zu gegenüberliegenden Enden der zweiten Wand 32 entlang der Innenfläche 32a der zweiten Wand 32 angeordnet. Der zweite Magnet 22 und der vierte Magnet 24 sind symmetrisch in Bezug auf die Y-Achse angeordnet. Die Y-Achse entspricht einer geraden Linie, die durch die Mittelposition der ersten Wand 31 in Bezug auf die Hubrichtung und die Mittelposition der zweiten Wand 32 in Bezug auf die Hubrichtung verläuft.
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Das Hall-Element 5 bewegt sich entlang der X-Achse relativ zu den ersten bis vierten Magneten 21 bis 24 entsprechend der linearen Bewegung des Hubelementes 3a. Das Hall-Element 5 ist mit der magnetosensitiven Fläche 5a auf einer Seite, die in eine Richtung entlang der Hubrichtung zeigt, versehen, um den Hubbetrag des Hubelementes zu erfassen.
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Die folgenden vorteilhaften Wirkungen (1) bis (6) werden durch die vierte Ausführungsform erzielt.
- (1) Der erste Magnet 21 und der zweite Magnet 22 sind derart angeordnet, dass deren Südpole einander gegenüberliegen. Auf ähnliche Weise sind der dritte Magnet 23 und der vierte Magnet 24 derart angeordnet, dass deren Südpole einander gegenüberliegen. Daher stoßen sich die Magnetflüsse zwischen dem ersten Magneten 21 und dem zweiten Magneten 22 sowie zwischen dem dritten Magneten 23 und dem vierten Magneten 24 ab, und somit sind die Vektoren der Magnetflüsse in der Hubrichtung einheitlich. Außerdem ist die magnetosensitive Fläche 5a des Hall-Elementes 5 derart angeordnet, dass sie in die Richtung entlang der Hubrichtung zeigt. Als solches kann eine einheitliche Magnetflussdichte erfasst werden. Sogar wenn die Position des Hall-Elementes 5 in der Y-Richtung verschoben wird, ändert sich daher die erfasste Magnetflussdichte kaum. Entsprechend verbessert sich die Robustheit der Hubbetragerfassungsvorrichtung 1.
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Außerdem wird, wie es in 10A gezeigt ist, durch Einstellen der Anordnungspositionen der vier Magnete 21 bis 24 die Linearität der erfassten Magnetflussdichte relativ zu dem Hubbetrag im Vergleich zu der Struktur der ersten Ausführungsform wirksam verbessert. Das heißt, die Linearität wird durch die Magnetschaltung gewährleistet.
- (2) Das Hall-Element 5 bewegt sich auf der geraden Linie, die äquidistant zu den ersten und zweiten Magneten 21, 22 sowie den dritten und vierten Magneten 23, 24 ist, relativ zu den ersten bis vierten Magneten 21 bis 24. Daher wird die Robustheit der Hubbetragerfassungsvorrichtung 1 in Bezug auf eine Positionsverschiebung weiter verbessert.
- (3) Da das Joch 30 verwendet wird, erhöht sich die Permeanz der Magnetschaltung. Damit wird eine Entmagnetisierung der ersten bis vierten Magneten 21 bis 24 eingeschränkt. Außerdem wird die Magnetflussdichte, die von dem Hall-Element 5 erfasst wird, erhöht. Somit verbessert sich das SR-Verhältnis. Da sich der Abschirmungseffekt verbessert, verbessert sich ebenfalls die Stärke der Hubbetragerfassungsvorrichtung 1 gegenüber einer Störung anderer Magnetfelder und der Annäherung von Magnetelementen.
- (4) Die ersten bis vierten Magnete 21 bis 24 sind symmetrisch in Bezug auf die Y-Achse und benachbart zu den Enden der ersten und zweiten Wände 31, 32 des Jochs 30 angeordnet. in Bezug auf die Y-Richtung werden die Magnetflüsse zwischen dem ersten Magneten 21 und dem zweiten Magneten 22 sowie zwischen dem dritten Magneten 23 und dem vierten Magneten 24 abgestoßen. In Bezug auf die X-Richtung werden die Magnetflüsse zwischen dem ersten Magneten 21 und dem dritten Magneten 23 sowie zwischen dem zweiten Magneten 22 und dem vierten Magneten 24 abgestoßen. Als solches ist die Magnetflussdichte in der Mitte der ersten bis vierten Magneten 21 bis 24, d. h. an dem Schnittpunkt zwischen der X-Achse und der Y-Achse gleich Null. Die Magnetflussdichte ändert sich auf symmetrische Weise, sodass die Magnetflussdichte einen positiven Wert auf einer Seite des Hubbereiches und einen negativen Wert auf der anderen Seite des Hubbereiches annimmt.
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In dem Bereich, in dem die Magnetflussdichte nicht gleich Null ist, wird die erfasste Magnetflussdichte durch die Temperatur beeinflusst. Andererseits wird an dem Punkt, an dem die Magnetflussdichte Null ist, die Magnetflussdichte nicht durch die Temperatur beeinflusst. Daher ist es vorteilhaft, den Punkt, bei dem die Magnetflussdichte gleich Null ist, als den Bezugspunkt des Hubbetrags festzulegen. Durch Anordnen der ersten bis vierten Magnete 21 bis 24 auf die oben beschriebene Weise wird der Bezugspunkt des Hubbereiches auf den Punkt eingestellt, bei dem die Magnetflussdichte gleich Null ist. Dementsprechend kann der Hubbereich effektiv und breit eingestellt werden.
- (5) Die ersten bis vierten Magneten 21 bis 24 weisen dieselbe Gestalt und dieselbe Magneteigenschaft auf. Daher sind die Vektoren der Magnetflüsse noch einheitlicher, und die Robustheit der Hubbetragerfassungsvorrichtung 1 in Bezug auf eine Positionsverschiebung verbessert sich. Dementsprechend verbessert sich die Herstellungseffizienz im Hinblick auf die Steuerung von Teilen und den Zusammenbauprozess.
- (6) Jeder der ersten bis vierten Magnete 21 bis 24 weist eine rechteckige Quadergestalt auf. Da die Magnete 21 bis 24 eine einfache Gestalt aufweisen, wird eine Ungleichmäßigkeit, die in dem Herstellungsprozess und dem Zusammenbauprozess verursacht wird, verringert. Dementsprechend sind die Vektoren der Magnetflüsse noch einheitlicher, und die Robustheit der Hubbetragerfassungsvorrichtung 1 in Bezug auf eine Positionsverschiebung verbessert sich. Da die Magnete 21 bis 24 eine einfache Gestalt aufweisen, verringern sich die Herstellungskosten.
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(Vergleichsbeispiel)
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Im Folgenden wird ein Vergleichsbeispiel mit Bezug auf 19 beschrieben.
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In dem Vergleichsbeispiel, das in 19 gezeigt ist, sind ein erster Magnet 291, ein zweiter Magnet 292, ein dritter Magnet 293 und ein vierter Magnet 294 benachbart zu Enden von zwei parallelen Wänden 391, 392, die aus einem Magnetmaterial bestehen, ähnlich wie bei der vierten Ausführungsform angeordnet. Die ersten bis vierten Magnete 291 bis 294 sind jedoch anders als die ersten bis vierten Magnete 21 bis 24 der vierten Ausführungsform magnetisiert, und die magnetosensitive Fläche 5a des Hall-Elementes 5 ist anders als in der vierten Ausführungsform angeordnet.
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Insbesondere sind der erste Magnet 291 und der zweite Magnet 292, die an linken Enden der Wände 391, 392 angeordnet sind, in derselben Richtung magnetisiert. Der dritte Magnet 293 und der vierte Magnet 294, die an rechten Enden der Wände 391, 392 angeordnet sind, sind in derselben Richtung, aber in einer zu den ersten und zweiten Magneten 291, 292 entgegengesetzten Richtung magnetisiert. Das heißt, die ersten und zweiten Magnete 291, 292 sind derart magnetisiert, dass deren obere Abschnitte dem Nordpol entsprechen, und die dritten und vierten Magnete 293, 294 sind derart magnetisiert, dass deren obere Abschnitte dem Südpol entsprechen. Das Hall-Element 5 ist derart angeordnet, dass die magnetosensitive Fläche 5a in eine Richtung entlang der Y-Richtung zeigt.
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In dem Vergleichsbeispiel, das in 19 gezeigt ist, werden keine sich abstoßenden Magnetflüsse erzeugt. Der Magnetfluss auf der linken Seite der Y-Achse und der Magnetfluss auf der rechten Seite der Y-Achse werden in entgegengesetzten Richtungen erzeugt. Außerdem werden der Magnetfluss oberhalb der X-Achse und der Magnetfluss unterhalb der X-Achse in entgegengesetzten Richtungen erzeugt.
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Bei einer derartigen Konfiguration werden, wenn das Hall-Element 5 in der Y-Richtung verschoben wird, und die Intensität und der Vektor der Magnetflussdichte geändert. Daher ändert sich der Vektor der Magnetflussdichte kontinuierlich und ist nicht einheitlich. Wenn dementsprechend die Position des Hall-Elementes 5 relativ zu den ersten bis vierten Magneten 291 bis 294 in der Y-Richtung verschoben wird, ändert sich die Magnetflussdichte, die von dem Hall-Element 5 erfasst wird, und somit ist es schwierig, eine Richtungscharakteristik aufrechtzuerhalten. Das heißt, die Robustheit ist unzureichend.
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In der vierten Ausführungsform wird andererseits die Abstoßeigenschaft der Magnetflüsse durch Anordnen der Magnete mit einander gegenüberliegenden gleichen Polaritäten genutzt. Das heißt, die Magnetflüsse werden liniensymmetrisch im Bezug auf die X-Achse und die Y-Achse erzeugt. Daher sind die Vektoren der Magnetflüsse entlang der Hubrichtung einheitlich. Da die magnetosensitive Fläche 5a des Hall-Elementes in die Richtung entlang der Hubrichtung zeigt, verbessert sich außerdem die Robustheit der Hubbetragerfassungsvorrichtung in Bezug auf eine Positionsverschiebung. Dementsprechend schafft die vierte Ausführungsform vorteilhafte Wirkungen, die durch das Vergleichsbeispiel nicht erzielt werden können.
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(Fünfte Ausführungsform)
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Im Folgenden wird eine fünfte Ausführungsform mit Bezug auf die 11 bis 13C beschrieben.
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Gemäß 11 weist die Magnetsensoreinheit in der Hubbetragerfassungsvorrichtung 1 gemäß der fünften Ausführungsform zwei Hall-Elemente auf. Die anderen Strukturen ähneln denjenigen der ersten Ausführungsform.
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Ein einzelner Hall-IC-Chip 8 enthält beispielsweise ein erstes Hall-Element 5 als ein Beispiel eines ersten Sensorelementes und eine zweites Hall-Element 6 als ein Beispiel eines zweiten Sensorelementes. Das erste Hall-Element 5 und das zweite Hall-Element 6 sind mit einem vorbestimmten Abstand in der X-Richtung zueinander beabstandet. Die magnetosensitive Fläche 5a des ersten Hall-Elementes 5 und die magnetosensitive Fläche 6a des zweiten Hall-Elementes 6 zeigen beide in eine Richtung entlang der X-Richtung. Der Hall-IC-Chip 8 entspricht einem Halbleiterchip.
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Gemäß 12 enthält der Hall-IC-Chip 8 das erste Hall-Element 5, das zweite Hall-Element 6, eine erste Verstärkerschaltung 11 zum Verstärken eines Ausgangssignals des ersten Hall-Elementes 5, eine zweite Verstärkerschaltung 12 zum Verstärken eines Ausgangssignals des zweiten Hall-Elementes 6, eine A/D-Wandlerschaltung 13 zum Umwandeln von zwei verstärkten analogen Signalen in digitale Signale, einen Signalverarbeitungsteil 14 zum Verarbeiten der beiden digitalen Signale, die von der A/D-Wandlerschaltung 13 umgewandelt wurden, eine D/A-Wandlerschaltung 19 zum Umwandeln von digitalen Werten, die von dem Signalverarbeitungsteil 14 ausgegeben werden, in analoge Werte, und Ähnliches.
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Der Signalverarbeitungsteil (Signalverarbeitungseinheit) 14 ist beispielsweise aus einem digitalen Signalprozessor (DSP) aufgebaut und enthält eine Versatzkorrekturschaltung bzw. Offset-Korrekturschaltung 15, eine Amplitudenkorrekturschaltung 16, eine Rechenschaltung 17 zum Erzeugen eines Rechenhubbetrags bzw. berechneten Hubbetrags aus den Ausgangssignalen des ersten Hall-Elementes 5 und des zweiten Hall-Elementes 6 durch eine trigonometrische Funktion, eine Linearitätskorrekturschaltung 18 zum Korrigieren der Linearität des Rechenhubbetrags, der von der Rechenschaltung 17 erzeugt wird, in Bezug auf den Hubbetrag, und Ähnliches. Die Rechenschaltung 17 dient als ein Rechenabschnitt.
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Im Folgenden wird die trigonometrische Funktion, die von der Rechenschaltung 17 implementiert bzw. verwendet wird, beschrieben.
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Zunächst werden folgende Zeichen definiert, bei denen ”(t)” eine Temperaturcharakteristik in Bezug auf eine Umgebungstemperatur t meint:
- V1:
- Ausgangsspannung (mV) des ersten Hall-Elementes 5
- V2:
- Ausgangsspannung (mV) des zweiten Hall-Elementes 6
- K(t):
- Hall-Koeffizient (–)
- I(t):
- Hall-Strom (mA)
- B(t):
- maximaler Wert der erfassbaren Magnetflussdichte (1/2 der Amplitude der Sinuswelle) (mT)
- B1(t):
- Magnetflussdichte (mT), die von dem ersten Hall-Element 5 erfasst wird
- B2(t):
- Magnetflussdichte (mT), die von dem zweiten Hall-Element 6 erfasst wird
- L:
- Hubbetrag (mm)
- e:
- Phasendifferenz (mm) zwischen dem ersten Hall-Element 5 und dem zweiten Hall-Element 6 (ein Abstand zwischen dem ersten Hall-Element 5 und dem zweiten Hall-Element 6)
- d:
- Bezugshubbetrag (mm)
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Der Bezugshubbetrag d (mm) ist der Hubbetrag, der der Hälfte eines Zyklus der Sinuswelle, d. h. π (rad) entspricht. Wenn der Hubbereich in einem Bereich zwischen –d und +d (mm) eingestellt wird, liegt der Hubbereich je Winkeleinheit in einem Bereich zwischen –π und +π (rad). Auf der Grundlage dieser Beziehung wird der Hubbetrag L (mm) in πL/d (rad) umgewandelt.
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Die Ausgangsspannung V1 des ersten Hall-Elementes 5 und die Ausgangsspannung V2 des zweiten Hall-Elementes 6 werden durch die folgenden Gleichungen (1) und (2) ausgedrückt: V1 = K(t)·I(t)·B1(t) = K(t)·I(t)·B(t)·sin(πL/d) (1) V2 = K(t)·I(t)·B2(t) = K(t)·I(t)·B(t)·sin{π(L – e)/d} (2)
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Auf diese Weise hängen die Ausgangsspannungen V1, V2 der ersten und zweiten Hall-Elemente 5, 6 von der Umgebungstemperatur t ab. Daher wird, um die Ausgangsspannung V1, V2 auf der Grundlage der Temperaturcharakteristika des Hall-Koeffizienten K(t), des Hall-Stromes I(t), der Magnetflussdichte B(t) durch Messen der Umgebungstemperatur t zu korrigieren, eine komplizierte Korrekturschaltung benötigt.
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Somit werden die Ausdrücke, die von der Umgebungstemperatur t abhängen, eliminiert, um die Temperaturcharakteristika durch die folgenden Gleichungen (3), (4) zu eliminieren, die von den Gleichungen (1), (2) eingeführt werden: L = (d/π)·arctan{cot(πe/2d)·Cv} (3) Cv = (V1 – V2)/(V1 + V2) (4)
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Insbesondere wird in einem Fall, in dem e = d/2 gilt, die folgende Gleichung (5) eingeführt: L = (d/π)·arctan(V1/V2) (5)
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Der Rechenhubbetrag wird durch Addieren eines Versatzbetrags entsprechend dem Elementabstand e zu dem Rechenergebnis der obigen Gleichung erhalten.
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13A zeigt Magnetflussdichten B1, B2, die jeweils durch die ersten und zweiten Hall-Elemente 5, 6 erfasst werden. In dem Beispiel, das in 13A gezeigt ist, wird der Elementabstand e auf näherungsweise 4 mm eingestellt. Die Magnetflussdichte B2, die von dem zweiten Hall-Element 6 erfasst wird, ist näherungsweise eine Sinuswelle, die in Bezug auf die Magnetflussdichte B1, die von dem ersten Hall-Element 5 erfasst wird, um einen Winkel πe/d (rad) entsprechend dem Elementabstand e (mm) verzögert ist.
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Die Rechenschaltung 17 berechnet einen Rechenhubbetrag, wie es in 13B gezeigt ist, auf der Grundlage der erfassten Magnetflussdichten B1, B2. Die Linearitätskorrekturschaltung 18 korrigiert die Linearität des Rechenhubbetrags, um einen linearitätskorrigierten Ausgang zu erzeugen, wie es in 13C gezeigt ist.
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In der fünften Ausführungsform werden die folgenden vorteilhaften Wirkungen (7) und (8) zusätzlich zu den vorteilhaften Wirkungen (1) bis (6) der ersten Ausführungsform erzielt.
- (7) Die Magnetsensoreinheit weist zwei Hall-Elemente 5, 6 auf, und die Rechenschaltung 17 führt eine Operation einer trigonometrischen Funktion durch. Da die Temperaturcharakteristika der Ausgangsspannungen V1, V2 ausgelöscht werden können, kann die Erfassungsgenauigkeit mittels einer einfachen Struktur verbessert werden. Außerdem korrigiert die Linearitätskorrekturschaltung 18 die Linearität des Rechenhubbetrags. Da keine große Linearität für die Magnetflussdichten, die von den Hall-Elementen 5, 6 erfasst werden, benötigt wird, können die Gestalt und die Anordnung der ersten und zweiten Magnete 21, 22 vereinfacht werden.
- (8) Das erste Hall-Element 5 und das zweite Hall-Element 6, die Rechenschaltung 17 und die Linearitätskorrekturschaltung 18 sind in einem einzigen Hall-IC-Chip enthalten. Da das erste Hall-Element 5 und das zweite Hall-Element 6 benachbart zueinander angeordnet sind, können damit die Magnetcharakteristika aufgrund von Einflüssen wie beispielsweise der Umgebungstemperatur t und anderen Magnetfeldern zwischen dem ersten Hall-Element 5 und dem zweiten Hall-Element 6 ausgeglichen werden. Daher verbessert sich die Erfassungsgenauigkeit weiter. Weiterhin verringert sich die Gesamtgröße der Magnetsensoreinheit, und es verbessert sich das Montagevermögen.
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(Sechste Ausführungsform)
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Im Folgenden wird eine sechste Ausführungsform mit Bezug auf 14 beschrieben.
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In der Hubbetragerfassungsvorrichtung 1 gemäß der sechsten Ausführungsform sind die ersten bis vierten Magnete 21 bis 24 ähnlich wie in der vierten Ausführungsform angeordnet, und die Magnetsensoreinheit enthält die beiden Hall-Elemente 5, 6 ähnlich wie in der fünften Ausführungsform. Somit ähnelt die Struktur des Hall-IC-Chips 8 derjenigen der fünften Ausführungsform.
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Die 15A zeigt Magnetflussdichten B1, B2, die jeweils von den ersten und zweiten Hall-Elementen 5, 6 erfasst werden. In dem Beispiel, das in 15A gezeigt ist, ist der Elementabstand e auf näherungsweise 4 mm eingestellt. Die Magnetflussdichte B2, die von dem zweiten Hall-Element 6 erfasst wird, ist näherungsweise eine Sinuswelle, die gegenüber der Magnetflussdichte B1, die von dem ersten Hall-Element 5 erfasst wird, um einen Winkel πe/d (rad) entsprechend dem Elementabstand e (mm) verzögert ist.
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Die Rechenschaltung 17 berechnet einen Rechenhubbetrag, wie es in 15B gezeigt ist, auf der Grundlage der erfassten Magnetflussdichten B1, B2. Die Linearitätskorrekturschaltung 18 korrigiert die Linearität des Rechenhubbetrags, um einen linearitätskorrigierten Ausgang zu erzeugen, wie es in 15C gezeigt ist.
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Somit werden in der sechsten Ausführungsform ähnliche vorteilhafte Wirkungen wie in der fünften Ausführungsform erzielt.
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(Weitere Ausführungsformen)
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- (i) In der ersten, zweiten, dritten und fünften Ausführungsform sind der erste Magnet 21 und der zweite Magnet 22 derart angeordnet, dass deren Südpole einander gegenüberliegen. Alternativ können, wie es in 16A gezeigt ist, der erste Magnet 21 und der zweite Magnet 22 derart angeordnet sein, dass deren Nordpole einander gegenüberliegen. In einem derartigen Fall werden, obwohl sich die Richtung der Magnetflüsse von derjenigen der ersten, zweiten, dritten und fünften Ausführungsform unterscheidet, die Magnetflüsse abgestoßen, und somit sind die Vektoren der Magnetflüsse in der Hubrichtung einheitlich. Somit können ähnliche vorteilhafte Wirkungen erzielt werden.
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Außerdem können in der Struktur, die vier Magnete aufweist, d. h. in den Strukturen der vierten und sechsten Ausführungsform die Magnete in der entgegengesetzten Richtung angeordnet sein. In der vierten Ausführungsform können beispielsweise der erste Magnet 21 und der zweite Magnet 22 derart angeordnet sein, dass deren Nordpole einander gegenüberliegen, und der dritte Magnet 23 und der vierte Magnet 24 können derart angeordnet sein, dass deren Nordpole einander gegenüberliegen. Mit einer derartigen Struktur können ebenfalls ähnliche Vorteile und Wirkungen erzielt werden.
- (ii) In den obigen Ausführungsformen ist jedes Magnetfelderzeugungselement aus einem einzelnen Magneten aufgebaut. Alternativ kann, wie es in 16B gezeigt ist, jedes Magnetfelderzeugungselement aus einer Magnetgruppe, die mehrere Magnete 27, 28 enthält, aufgebaut sein. Die Magnete 27, 28 jeder Magnetgruppe sind in derselben Richtung magnetisiert. Das heißt, in jeder Magnetgruppe sind die Magnete derart angeordnet, dass sie dieselbe magnetische Polarität benachbart zueinander aufweisen. Auf diese Weise kann die Größe des Magnetfelderzeugungselementes geeignet durch Verwendung von kleinen Magneten, die eine Standardgröße aufweisen, festgelegt werden, und somit ist es einfach, Anpassungen an Änderungen des Hubbereiches vorzunehmen. Dementsprechend verbessert sich die Entwurfsflexibilität.
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Außerdem kann in dem Fall, in dem die vier Magnetfelderzeugungselemente verwendet werden, d. h. wie in der ersten und sechsten Ausführungsform, jedes der vier Magnetfelderzeugungselemente aus der Magnetgruppe, die mehrere Magnete 27, 28 enthält, aufgebaut sein. Auch in einem derartigen Fall können ähnliche vorteilhafte Wirkungen erzielt werden.
- (iii) In den Ausführungsformen, die zwei Magnete als Magnetfelderzeugungselemente verwenden, ist die Querschnittsgestalt des Jochs 30 nicht auf die rechteckige Gestalt beschränkt. Wie es in 17A gezeigt ist, kann das Joch 30 beispielsweise nur die erste Wand 31 und die zweite Wand 32 aufweisen. Gemäß einem anderen Beispiel, das in 17B gezeigt ist, kann das Joch 30 aus zwei U-förmigen Teilen, die jeweils die Hauptwand 31, 32 und Seitenwände 34, die sich von den Enden der Hauptwand 31, 32 erstrecken, aufweisen, aufgebaut sein. Jede der Seitenwände 34 weist eine kleinere Länge als die Hälfte eines Abstands zwischen der ersten Hauptwand 31 und der zweiten Hauptwand 32 auf. Die beiden U-förmigen Teile sind derart angeordnet, dass deren Seitenwände zueinander ausgerichtet sind. In einem derartigen Fall kollidiert das Hall-Element 5 sogar dann nicht mit den Seitenwänden 34 des Jochs 30, wenn das Hall-Element in unterwünschter Weise einen übermäßigen Hub in der X-Richtung ausführt, da die Seitenwände auf der X-Achse nicht vorhanden sind. Daher verringert sich eine Beschädigung des Hall-Elementes 5.
- (iv) In den Ausführungsformen, die vier Magnete verwenden, ist das Joch 30 nicht auf die Gestalt, die nur aus den beiden Wänden 31, 32 aufgebaut ist, beschränkt. Wie es beispielsweise in 18A gezeigt ist, kann das Joch 30 eine rechteckige Rahmengestalt aufweisen. In einem derartigen Fall sollten die ersten bis vierten Magnete 21 bis 24 mit einem vorbestimmten Abstand zu den Seitenwänden 33 beabstandet sein. Wenn die ersten bis vierten Magnete 21 bis 24 benachbart zu den Seitenwänden 33 sind, wie es in 18B gezeigt ist, werden die Magnetflüsse durch die Seitenwände 33 kurzgeschlossen. Daher ist es in einem derartigen Fall schwierig, einen ausreichenden Magnetfluss zu erzeugen, der von dem Hall-Element zu erfassen ist.
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Weitere Vorteile und Modifikationen sind für den Fachmann offensichtlich. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen und Beispiele beschränkt, sondern wird nur durch die zugehörigen Ansprüche beschränkt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2000-180114 A [0002, 0003, 0005, 0006]
- US 6211668 [0002]
- JP 2008-45919 A [0002, 0004, 0006]
