DE102013202078A1

DE102013202078A1 - Positionssensor

Info

Publication number: DE102013202078A1
Application number: DE102013202078A
Authority: DE
Inventors: Yuichi Manabe; Tetsuji Inoue
Original assignee: Aisan Industry Co Ltd
Current assignee: Aisan Industry Co Ltd
Priority date: 2012-02-08
Filing date: 2013-02-08
Publication date: 2013-08-08
Anticipated expiration: 2033-02-09
Also published as: DE102013202078B4; US20130200884A1; CN103259370A; CN103259370B

Abstract

Ein Positionssensor (8) weist Folgendes auf: einen Stator (9), der eine Erregerspule (17; 130) und eine Erfassungsspule (16; 120) aufweist, die jeweils mit einer ebenen Form ausgebildet sind; und ein Bewegungselement (10), das so platziert ist, dass es dem Stator (9) zugewandt ist und das mit vielen Bereichen (11, 12) versehen ist, die unterschiedliche magnetische Permeabilitäten haben und in einer Bewegungsrichtung (A) des Bewegungselements (10) periodisch angeordnet sind. Die Erregerspule (17; 130) hat ein erstes Erregerspulenmuster (17a; 130A) und ein zweites Erregerspulenmuster (17b; 130B), das angrenzend an dem ersten Erregerspulenmuster (17a; 130A) ausgebildet ist. Die Erfassungsspule (16; 120) hat ein Erfassungsspulenmuster (16a; 120A), das zwischen dem ersten Erregerspulenmuster (17a; 130A) und dem zweiten Erregerspulenmuster (17b; 130B) in der Bewegungsrichtung des Bewegungselements (10) platziert ist. Das zweite Erregerspulenmuster (17b; 130B) ist so gewickelt, dass ein Strom eines Erregerstroms in einer entgegengesetzten Richtung zu dem ersten Erregerspulenmuster (17a; 130A) strömt.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Positionssensor, der zum Erfassen einer Betriebsposition eines Bewegungselements zu verwenden ist, wobei der Positionssensor ein Statorbefestigungssubstrat, an dem eine Statorspule ausgebildet ist, und das Bewegungselement aufweist, das bewegbar vorgesehen ist, während es dem Statorbefestigungssubstrat mit einem dazwischenliegenden Spalt zugewandt ist.
Als eine Technik der vorstehend beschriebenen Art gibt es bis jetzt zum Beispiel Drehwinkelsensoren, die in verschiedenen Gebieten weit verbreitet sind. Kraftmaschinen, die an Fahrzeugen angebracht sind, verwenden einen Kurbelwinkelsensor, der einer der Drehwinkelsensoren ist, um eine Drehzahl und eine Drehphase der Kraftmaschine zu erfassen.
Die Patentdruckschrift 1 offenbart eine Technik bezüglich eines Positionserfassungssensors für einen Linearpulsmotor. Dieser Sensor ist so konfiguriert, dass eine Erregerspule und eine Erfassungsspule an einem Bewegungselement überlappend platziert werden, um einen Positionsversatz hinsichtlich eines Stators zu erfassen, der aus einem kammartigen, magnetischen Material geschaffen ist. Auf der Grundlage einer Abgabeschwankung oder Änderung von der Erfassungsspule wird die Position des Bewegungselements erfasst.
Die Patentdruckschrift 2 offenbart eine Technik bezüglich eines Resolvers. Dieser ist ein Phasendifferenzresolver einschließlich einer Erregerspule, auf die ein Erregersignal aufgebracht wird, und einer Erfassungsspule zum Erfassen eines Erfassungssignals, um einen Versatzbetrag auf der Grundlage des Erfassungssignals zu erfassen, das sich mit dem Versatzbetrag eines passiven Elementes ändert, an dem die Erregerspule oder die Erfassungsspule vorgesehen ist. Dieser Resolver verwendet ein Verfahren zum Erhalten eines Erfassungssignals durch Erfassen (Demodulieren) eines modulierten Signals, das durch Modulation eines Hochfrequenzsignals durch ein Erregersignal gebildet wird, das in die Erregerspule eingegeben wird.
Die Patentdruckschrift 3 offenbart eine Technik bezüglich eines Drehwinkelerfassungssensors. Dieser Sensor hat eine Enkoderstruktur, die mit einem Rotor und einem Leitungsmuster versehen ist, das zusammen mit dem Rotor drehbar daran angebracht und dazu konfiguriert ist, die Breite des Leitungsmusters zyklisch zu ändern, und einen Sensorhauptkörper, der mit vielen Induktionselementen versehen ist und gegenüber der Enkoderstruktur mit einem dazwischenliegenden Spalt platziert ist. Bei der Enkoderstruktur, die mit dem vereinfachten Leitungsmuster versehen ist, können reduzierte Herstellungskosten der Enkoderstruktur verglichen mit der Technik der Patentdruckschrift 1 erwartet werden.
Patentdruckschriften

Patentdruckschrift 1: JP 61(1986)-226613 A
Patentdruckschrift 2: JP 2000-292205 A
Patentdruckschrift 3: JP 2009-128312 A

Wenn jedoch die Techniken der Patentdruckschriften 1 bis 3 bei den Positionssensoren verwendet werden, können die folgenden Probleme auftreten.
Ein Positionssensor, und insbesondere ein Positionssensor wie zum Beispiel ein Kurbelwinkelsensor, der an einem Fahrzeug angebracht ist, muss eine reduzierte Größe und eine hohe Genauigkeit haben. Für die Positionssensoren, die die Techniken der Patentdruckschriften 1 bis 3 verwenden, ist es denkbar, dass eine Folienspule aus einem gedruckten Substrat geschaffen wird, aber diese Konfiguration hat eine Beschränkung hinsichtlich der Verkleinerung. Um dieses Problem zu lösen, haben die Anmelder der vorliegenden Patentanmeldung ein Verfahren zum Ausbilden von Spulen an einem Isoliersubstrat durch Tintenstrahldrucken vorgeschlagen. Jedoch hat dieses Verfahren ein allgemeines Problem, dass die Erfassungsabgabe bis zu einem gewissen Maß groß ist, auch wenn sich ein magnetischer Körper und die Spulen nicht gegenüber liegen, und somit verringert sich ein Amplitudenverhältnis. Dieses Verfahren erfüllt nicht die Forderung des Positionssensors an eine hohe Genauigkeit.
Die vorliegende Erfindung wurde zum Lösen der vorstehend geschilderten Probleme geschaffen, und es ist die Aufgabe, einen Positionssensor vorzusehen, der zum Erreichen eines hohen Amplitudenverhältnisses konfiguriert ist.

(1) Um die vorstehend genannte Aufgabe zu lösen, sieht ein Aspekt der Erfindung einen Positionssensor vor, der Folgendes aufweist: einen Stator einschließlich einer Erregerspule und einer Erfassungsspule, die jeweils in einer ebenen Form ausgebildet sind; und ein Bewegungselement, das gegenüber dem Stator platziert und mit vielen Bereichen versehen ist, die unterschiedliche magnetische Permeabilitäten zueinander haben und in einer Bewegungsrichtung des Bewegungselements periodisch angeordnet sind, gekennzeichnet dadurch, dass die Erregerspule ein erstes Erregerspulenmuster und ein zweites Erregerspulenmuster aufweist, das angrenzend an dem ersten Erregerspulenmuster ausgebildet ist, wobei die Erfassungsspule ein Erfassungsspulenmuster aufweist, das zwischen dem ersten Erregerspulenmuster und dem zweiten Erregerspulenmuster in der Bewegungsrichtung des Bewegungselements platziert ist, und wobei das zweite Erregerspulenmuster so gewickelt ist, dass ein Erregerstrom in einer entgegengesetzten Richtung zu dem ersten Erregerspulenmuster strömt.

Gemäß der vorstehend beschriebenen Konfiguration (1) kann die Erfassungsgenauigkeit des Positionssensors verbessert werden. Insbesondere ist das Erfassungsspulenmuster zwischen dem ersten Erregerspulenmuster und dem zweiten Erregerspulenmuster in der Bewegungsrichtung des Bewegungselements platziert, wobei das erste Erregerspulenmuster und das zweite Erregerspulenmuster entgegengesetzte Spulenwicklungsrichtungen haben, wodurch es möglich ist, dass ein Erregerstrom in entgegengesetzten Richtungen strömt. Somit kann eine Änderung der Dichte des magnetischen Flusses, der einen stark magnetischen Bereich passiert, gemäß der Bewegung des Bewegungselements erhöht werden.
In einem Zustand, bei dem sich nur das erste Erregerspulenmuster mit einem magnetischen Bereich überlappt oder diesem zugewandt ist, tritt konkret gesagt zum Beispiel ein elektrischer Strom in dem Erfassungsspulenmuster in derselben Richtung wie die Wicklungsrichtung des ersten Erregerspulenmusters anhand der Rechte-Hand-Regel auf. In einem Zustand, bei dem nur das zweite Erregerspulenmuster einem hochmagnetischen Bereich zugewandt ist, strömen Erregerströme in dem ersten Erregerspulenmuster und dem zweiten Erregerspulenmuster in entgegengesetzten Richtungen. Somit tritt bei dem Erfassungsspulenmuster ein elektrischer Strom in der entgegengesetzten Richtung zu jenem Strom auf, wenn das erste Erregerspulenmuster dem hochmagnetischen Bereich zugewandt ist. Dementsprechend kann das Amplitudenverhältnis des in der Erfassungsspule erzeugten elektrischen Stroms erhöht werden. Dies kann eine verbesserte Erfassungsgenauigkeit des Positionssensors erzielen.

(2) Bei dem in (1) beschriebenen Positionssensor haben das erste Erregerspulenmuster und das zweite Erregerspulenmuster vorzugsweise Drahtabschnitte, die einander zugewandt sind, wobei sich die Drahtabschnitte an Positionen befinden, die einen Teil von Drahtabschnitten des Erfassungsspulenmusters überlappen, indem eine Isolierlage zwischengeschaltet wird.

Gemäß der vorstehend beschriebenen Konfiguration (2) kann der Abstand zwischen der Erfassungsspule und der Erregerspule am kürzesten geschaffen werden. Dies erhöht die gegenwärtige Abgabe, die durch die Erfassungsspule zu erfassen ist. Dies führt zu einem erhöhten S/N-Verhältnis des Positionssensors, was zu einer Verbesserung der Genauigkeit des Positionssensors beiträgt.

(3) Der in (1) oder (2) beschriebene Positionssensor hat vorzugsweise des weiteren ein Kopplungssteil, das eine Erregersignalkomponente, die auf die Erregerspule aufzubringen ist, zu einem Erfassungssignal hinzufügt, das durch die Erfassungsspule zu erfassen ist; und eine Hüllerfassungsschaltung, die mit der Erfassungsspule verbunden ist, wobei der Positionssensor dazu konfiguriert ist, einen Winkel des Bewegungselements auf der Grundlage eines Hüllsignals zu erfassen, das durch das Erfassungssignal von der Erfassungsspule erhalten wird, indem es die Hüllerfassungsschaltung passiert.

Gemäß der vorstehend beschriebenen Konfiguration (3) kann der durch die Erfassungsspule zu erfassende elektrische Strom mit einem Offset versehen werden. Das erste Erregerspulenmuster und das zweite Erregerspulenmuster sind durch eine Verbindungsleitung elektrisch verbunden, so dass der elektrische Strom auch durch die Verbindungsleitung strömen kann, was ein magnetisches Feld erzeugt. Die magnetische Flussdichte von diesem magnetischen Feld wird in dem hochmagnetischen Bereich verstärkt, und somit tritt eine elektromotorische Kraft in der Erfassungsspule auf. Durch das Auftreten dieser elektromotorischen Kraft kann der Offseteffekt mit einer gegenwärtigen Wellenform erzeugt werden, die in der Erfassungsspule erzeugt wird. Auch wenn der Effekt eines magnetischen Flusses, der entweder von dem ersten Erregungsspulenmuster oder dem zweiten Erregungsspulenmuster erzeugt wird, entweder durch das erste Erregerspulenmuster oder das zweite Erregerspulenmuster stark beeinflusst wird, wird die in der Erfassungsspule erzeugte gegenwärtige Wellenform nicht invertiert. Dies erleichtert die Signalverarbeitung.
Infolgedessen können eine einfache Schaltungskonfiguration und reduzierte Kosten erreicht werden.

(4) Der in (3) beschriebene Positionssensor hat vorzugsweise des Weiteren eine Einstellschaltung, die nach der Hüllerfassungsschaltung platziert ist, um einen Offsetwert eines resultierenden Signals der Hinzufügung der Erregersignalkomponente einzustellen.

Falls der Positionssensor viele Erfassungsspulen aufweist, besteht eine Grenze bei der Herstellungsgenauigkeit der Erfassungsspulenmuster. Somit kann eine Feineinstellung der Offsetwerte schwierig sein. Die vorstehend beschriebene Konfiguration (4), die zusätzlich die Einstellschaltung aufweist, kann auch einen derartigen schwierigen Fall behandeln und trägt zu einer Verbesserung der Erfassungsgenauigkeit des Positionssensors bei.

(5) Bei dem in einem der Punkte (1) bis (4) beschriebenen Positionssensor sind die Erregerspule und die Erfassungsspule vorzugsweise an einem flexiblen, gedruckten Substrat ausgebildet, und eine magnetische Materiallage ist an einer entgegengesetzten Seite des flexiblen, gedruckten Substrats von einer Seite ausgebildet, an der die Erregerspule und die Erfassungsspule ausgebildet sind, und die magnetische Materiallage ist durch einen Kunststofffilm abgedeckt.

Gemäß der vorstehende beschriebenen Konfiguration (5) dient die magnetische Materiallage als ein Hinterjoch, wodurch die Dichte des magnetischen Flusses verstärkt wird, der in der Erregerspule zu erzeugen ist. Dies führt zu einer Verbesserung der Erfassungsgenauigkeit des Positionssensors.

(6) Ein anderer Aspekt der Erfindung sieht einen Positionssensor vor, der Folgendes aufweist: einen Stator, an dem eine Erregerspule und eine Erfassungsspule jeweils mit einer ebenen Form ausgebildet und aneinander platziert sind; und ein Bewegungselement, das gegenüber dem Stator platziert ist, wobei das Bewegungselement mit einer Fläche ausgebildet ist, die dem Stator zugewandt ist, so dass die Fläche für eine sich ändernde magnetische Permeabilität in einer Bewegungsrichtung sorgt, wobei die Erregerspule ein erstes Erregerspulenmuster und ein zweites Erregerspulenmuster aufweist, die so gewickelt sind, dass Erregerströme so fließen, dass sie in entgegengesetzten Richtungen zueinander strömen, wobei die Erfassungsspule ein erstes Erfassungsspulenmuster aufweist, das zwischen dem ersten Erregerspulenmuster und dem zweiten Erregerspulenmuster in der Bewegungsrichtung des Bewegungselements platziert ist, wobei das erste Erfassungsspulenmuster ein Signal abgibt, das sich gemäß einer Kopplungsänderung zwischen dem ersten Erfassungsspulenmuster sowie dem ersten und dem zweiten Erregungsspulenmuster gemäß einer Bewegung des Bewegungselements ändert, wobei der Positionssensor des weiteren einen ersten Kopplungsteil aufweist, an dem ein erster Verbindungsdraht, der das erste Erfassungsspulenmuster mit einem ersten Abgabeanschluss verbindet, parallel zu dem ersten Erregerspulenmuster verläuft.

Die in (6) vorstehen beschriebene Konfiguration beruht auf der Konfiguration, die in (1) beschrieben ist. Insbesondere sind bei dem in (1) beschriebenen Positionssensor die ebene Erregerspule und die ebene Erfassungsspule durch Laminieren vorgesehen, und der Positionssensor hat die Funktion zum Ändern der Abgabe des ersten Erfassungsspulenmusters durch eine Kopplungsänderung des ersten Erfassungsspulenmusters hinsichtlich des ersten und des zweiten Erregerspulenmusters gemäß der Bewegung des Bewegungselements. Dieser Positionssensor hat außerdem den ersten Kopplungssteil, in dem der erste Verbindungsdraht, der das erste Erfassungsspulenmuster mit dem ersten Abgabeanschluss verbindet, parallel zu dem ersten Erregerspulenmuster verläuft.
Gemäß der in (6) beschriebenen Konfiguration kann eine Abgabeamplitude mit einem Offset versehen werden, die durch die Erfassungsspule zu erfassen ist. Konkret gesagt werden die folgenden Betriebe und Wirkungen erreicht. Das erste Erfassungsspulenmuster ist so platziert, dass es sich mit dem ersten Erregerspulenmuster und dem zweiten Erregerspulenmuster überlappt. Das erste Erfassungsspulenmuster bildet drei Kopplungsteile in Zusammenwirkung mit dem ersten und dem zweiten Erregerspulenmuster. Einer ist ein linker Kopplungsteil, der durch das erste Erfassungsspulenmuster und das erste Erregerspulenmuster gebildet ist. Ein anderer ist ein rechter Kopplungsteil, der durch das erste Erfassungsspulenmuster und das zweite Erregerspulenmuster gebildet ist. Der verbleibende ist ein erster Kopplungsteil, der durch den Verbindungsdraht und das erste Erregerspulenmuster gebildet ist.
Das erste und das zweite Erregerspulenmuster sind so gewickelt, dass Erregerströme in zueinander entgegengesetzten Richtungen strömen. Somit können der linke Kopplungsteil und der rechte Kopplungsteil entgegengesetzte elektromotorische Kräfte erzeugen. Da andererseits der erste Kopplungsteil eine elektromotorische Kraft in derselben Richtung wie der linke Kopplungsteil erzeugt, kann die in dem ersten Kopplungsteil erzeugte elektromotorische Kraft eine Wirkung zum Anheben des Niveaus der elektromotorischen Kraft vorsehen, die von dem linken Kopplungsteil zu erhalten ist, nämlich ein Offseteffekt, und zwar für die gegenwärtige Wellenform, die in der Erfassungsspule erzeugt wird. Insbesondere verwendet der Positionssensor zur Positionserfassung Drahtabschnitte des ersten und des zweiten Erregerspulenmusters, die in einer Richtung senkrecht zu der Bewegungsrichtung des Bewegungselements platziert sind. Die in dem ersten Kopplungsteil erzeugte elektromotorische Kraft kann für einen Offset der gegenwärtigen Wellenform verwendet werden.
Wie dies vorstehend beschrieben ist, kann die Offsetwirkung durch ein relativ einfaches Verfahren erreicht werden, bei dem der erste Verbindungsdraht so platziert wird, dass er sich parallel zu dem ersten Erregerspulenmuster erstreckt. Der Offsetwert kann durch Ändern der Länge des ersten Verbindungsdrahtes eingestellt werden. Dementsprechend wird die abgegebene Wellenform mit einem Offset versehen und durch eine einfache Schaltungskonfiguration erfasst, so dass eine sinuswellenförmige Abgabe erhalten wird. Folglich kann eine Kostenreduzierung des Positionssensors erreicht werden.

(7) Bei dem in (6) beschriebenen Positionssensor hat die Erregerspule vorzugsweise eine dritte Erregerspule, die so gewickelt ist, dass ein Erregerstrom in einer entgegengesetzten Richtung zu dem zweiten Erregerspulenmuster strömt, wobei die Erfassungsspule ein zweites Erfassungsspulenmuster aufweist, das zwischen dem zweiten Erregerspulenmuster und dem dritten Erregerspulenmuster in der Bewegungsrichtung des Bewegungselements platziert ist, wobei das zweite Erfassungsspulenmuster ein Signal abgibt, das sich gemäß einer Kopplungsänderung zwischen dem zweiten Erfassungsspulenmuster und dem zweiten sowie dem dritten Erregerspulenmuster gemäß einer Bewegung des Bewegungselements ändert, und der Positionssensor hat des weiteren einen zweiten Kopplungsteil, an dem ein zweiter Verbindungsdraht, der das zweite Erfassungsspulenmuster mit einem zweiten Abgabeanschluss verbindet, parallel zu dem zweiten Erregerspulenmuster verläuft.

Gemäß der vorstehend beschriebenen Konfiguration (7) kann die andere Seite des zweiten Erregerspulenmusters für die zweite Erfassungsspule verwendet werden. Das erste und das zweite Erregerspulenmuster sowie das zweite und das dritte Erregerspulenmuster sind so konfiguriert, dass elektrische Ströme in zueinander entgegengesetzten Richtungen strömen. Unter dem Einfluss der magnetischen Felder, die durch das zweite Erregerspulenmuster und das dritte Erregerspulenmuster erzeugt werden, kann das zweite Erfassungsspulenmuster eine elektromotorische Kraft erhalten. Dabei kann darüber hinaus der Offseteffekt durch die elektromotorische Kraft erreicht werden, die von dem zweiten Kopplungsteil erhalten wird. Wie dies vorstehend beschrieben ist, können die rechte Seite und die linke Seite des zweiten Erregerspulenmusters elektromotorische Kräfte in dem ersten und dem zweiten Erfassungsspulenmuster erzeugen. Dies kann eine Raumeinsparung verwirklichen, was zu einem kompakten Positionssensor führt.

(8) Bei dem in (7) beschriebenen Positionssensor sind darüber hinaus vorzugsweise eine Kopplungsgröße zwischen dem ersten Verbindungsdraht und der ersten Erregerspule in dem ersten Kopplungsteil und eine Kopplungsgröße zwischen dem zweiten Verbindungsdraht und dem zweiten Erregerspulenmuster in dem zweiten Kopplungsteil voneinander unterschiedlich.

Das erste, das zweite und das dritte Erregerspulenmuster sowie das erste und das zweite Erfassungsspulenmuster sind aus Spulen ausgebildet, die jeweils eine kleine Wicklungszahl haben. Dementsprechend beeinflusst eine kleine Differenz der Drahtlänge zwischen den Spulenmustern das Erfassungssignal, was die Erfassungsgenauigkeit beeinträchtigen kann. Jedoch sind der erste Verbindungsdraht und der zweite Verbindungsdraht auf jeweils beliebige Längen eingestellt, und eine Kopplungsgröße des ersten Verbindungsdrahtes und des ersten Erregerspulenmusters und eine Kopplungsgröße des zweiten Verbindungsdrahtes und des zweiten Erregerspulenmusters sind so eingestellt, dass sie sich voneinander unterscheiden, wodurch ermöglicht wird, dass die Spulenseite eine Änderung der Abgabeamplitude einstellt. Daher können die Herstellungskosten des Positionssensor reduziert werden.

(9) Bei dem in (6) beschriebenen Positionssensor hat die Erregerspule vorzugsweise eine Z-Phasenerregerspule, die mit einem ersten Z-Phasenerregerspulenmuster und einem zweiten Z-Phasenerregerspulenmuster versehen ist, wobei die Erfassungsspule eine Z-Phasenerfassungsspule aufweist, die mit einem Z-Phasenerfassungsspulenmuster versehen ist, wobei das Bewegungselement an einem Bewegungselementsubstrat, das aus einem nicht-magnetischen Metall und an einer Fläche gegenüber der Z-Phasenerfassungsspule geschaffen ist, einen Z-Phasenerfassungsbereich aufweist, der eine andere magnetische Permeabilität als die magnetische Permeabilität des Bewegungselementsubstrates hat, und vorläufige Z-Phasenerfassungsbereiche, die andere magnetische Permeabilitäten als die magnetische Permeabilität des Bewegungselementsubstrates hat, und wobei die vorläufigen Z-Phasenerfassungsbereiche an beiden Seiten des Z-Phasenerfassungsbereichs in der Bewegungsrichtung des Bewegungselements platziert sind.

Gemäß der vorstehend beschriebenen Konfiguration (9) können Fehler des Z-Phasensignals reduziert werden. Dies wird durch die vorläufigen Z-Phasenerfassungsbereiche erreicht, die an beiden Seiten des Z-Phasenerfassungsbereichs platziert sind, der dazu eingerichtet ist, ein Triggersignal zu erfassen. Falls der Z-Phasenerfassungsbereich alleine vorgesehen ist, steigt das Triggersignal behutsam an, das durch die Z-Phasenerfassungsspule erfasst wird. Dies kann eine zeitliche Verzögerung beim Erfassen des Triggersignals verursachen. Jedoch hat die vorstehend beschriebene Konfiguration die vorläufigen Z-Phasenerfassungsbereiche an beiden Seiten des Z-Phasenerfassungsbereichs, so dass ein Dummy-Triggersignal erfasst wird, wenn die Z-Phasenerfassungsspule den vorläufigen Z-Phasenerfassungsbereich erfasst. Danach erfasst die Z-Phasenerfassungsspule das Triggersignal in dem Z-Phasenerfassungsbereich.
Dabei wird eine fallende Flanke des Dummy-Triggersignals durch den unmittelbar vorangehenden vorläufigen Z-Phasenerfassungsbereich erfasst, so dass das Triggersignal stark ansteigt. Folglich hat das Erfassungssignal des Triggersignals mit geringerer Wahrscheinlichkeit eine Verzögerung. Dies verbessert die Erfassungsgenauigkeit des Triggersignals, was zu einer Verbesserung der Genauigkeit des Positionssensors beiträgt.
1 zeigt eine schematische, perspektivische Ansicht eines Drehenkoders bei einem ersten Ausführungsbeispiel;
2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Stators bei dem ersten Ausführungsbeispiel;
3 zeigt eine schematische Ansicht einer entsprechenden Beziehung zwischen einer Erfassungsspule, einer Erregerspule und einem Rotormuster bei dem ersten Ausführungsbeispiel;
4 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines flexiblen, gedruckten Substrates und eines Hinterjochs bei dem ersten Ausführungsbeispiel;
5 zeigt eine schematische, perspektivische Ansicht des Hinterjochs bei dem ersten Ausführungsbeispiel;
6 zeigt ein Erfassungsblockdiagramm des Drehenkoders bei dem ersten Ausführungsbeispiel;
7 zeigt eine graphische Darstellung der abgegebenen Wellenformen bei dem ersten Ausführungsbeispiel;
8a zeigt eine schematische Ansicht einer Positionsbeziehung zwischen einem Rotor und einem Stator bei dem ersten Ausführungsbeispiel;
8b zeigt eine graphische Darstellung von abgegebenen Wellenformen in der 8a;
9a zeigt eine schematische Ansicht einer Positionsbeziehung zwischen dem Rotor und dem Stator bei dem ersten Ausführungsbeispiel;
9b zeigt eine graphische Darstellung von abgegebenen Wellenformen in der 9a;
10a zeigt eine schematische Ansicht einer Positionsbeziehung zwischen dem Rotor und dem Stator bei dem ersten Ausführungsbeispiel;
10b zeigt eine graphische Darstellung von abgegebenen Wellenformen in der 10a;
11a zeigt eine schematische Ansicht einer Positionsbeziehung zwischen dem Rotor und dem Stator bei dem ersten Ausführungsbeispiel;
11b zeigt eine graphische Darstellung von abgegebenen Wellenformen in der 11a;
12 zeigt einen Ersatzschaltplan für die Erregerspule und die Erfassungsspule bei dem ersten Ausführungsbeispiel;
13 zeigt ein Erfassungsblockdiagramm eines Drehenkoders bei einem zweiten Ausführungsbeispiel;
14 zeigt ein Konzept einer Einstellschaltung bei dem zweiten Ausführungsbeispiel;
15 zeigt ein Erfassungsblockdiagramm eines Drehenkoders bei einem dritten Ausführungsbeispiel;
16 zeigt eine Draufsicht einer Erfassungsspule bei einem vierten Ausführungsbeispiel;
17 zeigt eine Draufsicht einer Erregerspule bei dem vierten Ausführungsbeispiel;
18 zeigt eine Draufsicht eines Zustands, bei dem die Erfassungsspule und die Erregerspule überlappend bei dem vierten Ausführungsbeispiel platziert sind;
19 zeigt eine Draufsicht einer Beziehung zwischen der Erfassungsspule, der Erregerspule und dem Rotormuster bei dem vierten Ausführungsbeispiel;
20 zeigt ein Erfassungsblockdiagramm eines Drehenkoders bei dem vierten Ausführungsbeispiel;
21 zeigt einen Ersatzschaltplan für die Erregerspule und die Erfassungsspule bei dem vierten Ausführungsbeispiel;
22 zeigt eine schematische Darstellung einer Z-Phasenmusterkonfiguration bei einem fünften Ausführungsbeispiel, wobei (a) eine Draufsicht einer Z-Phasenerfassungsspule, (b) eine Draufsicht einer Z-Phasenerregerspule und (c) eine Draufsicht eines Rotormusters zeigen;
23 zeigt eine graphische Darstellung von abgegebenen Wellenformen von der Z-Phasenerfassungsspule bei dem fünften Ausführungsbeispiel; und
24 zeigt eine graphische Darstellung von abgegebenen Wellenformen von einer Z-Phasenerfassungsspule zum Vergleich.
Eine detaillierte Beschreibung eines ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, die auf einen Drehenkoder angewendet wird, der für eine Kurbelwelle eines Fahrzeugs vorgesehen ist, um den Drehwinkel einer Kurbel zu erfassen, wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen vorgesehen.
Die 1 zeigt eine schematische, perspektivische Ansicht eines Drehenkoders 8 bei dem ersten Ausführungsbeispiel. Dieser Drehenkoder 8 ist jene Art eines Positionssensors, der einen Rotor 10, welcher als ein Bewegungselement dient, das an einer nicht gezeigten Drehwelle angebracht ist, und einen Stator 9 aufweist, der als ein Stator dient, der so befestigt ist, dass er einem Teil des Außenumfangs des Rotors 10 zugewandt ist. Der Rotor 10 besteht vorzugsweise aus einem nicht-magnetischen, leitenden Metall. Der Rotor 10 bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel ist daher als ein zylindrisches Element ausgebildet, das aus einem nicht-magnetischen Edelstahl mit einem Außendurchmesser von 80 mm und einer Breite (d. h. einer Dicke) von 10 mm bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel geschaffen ist. Das Material ist aus beliebigen, nicht-magnetischen und leitenden Metallen auswählbar. Zum Beispiel können auch Aluminium und andere ausgewählt werden.
Die 2 zeigt eine perspektivische Ansicht des Stators 9. Die 3 zeigt ein schematisches Diagramm einer korrespondierenden Beziehung zwischen einer Erfassungsspule 16, einer Erregerspule 17 und einem Rotormuster 13. Die 5 zeigt eine schematische, perspektivische Ansicht eines flexiblen, gedruckten Substrates 23 und einem Hinterjoch 15. Das Rotormuster 13 ist an der Außenumfangsfläche des Rotors 10 ausgebildet. Die Erfassungsspule 16 und die Erregerspule 17 sind mit einer ebenen Form in der 3 dargestellt, um das Verständnis der korrespondierenden Beziehung zu erleichtern. Das Rotormuster 13, das an der Fläche des Rotors 10 ausgebildet ist, hat nicht-magnetische Bereiche 12, die aus einem nicht-magnetischen Metall geschaffen sind, wodurch nicht-magnetische, leitende Bereiche ausgebildet sind, und magnetische Bereiche 11, die aus einem magnetischen Material, wie zum Beispiel Ferrit geschaffen sind. Diese nicht-magnetischen Bereiche 12 und die magnetischen Bereiche 11 sind abwechselnd angeordnet.
Die magnetischen Bereiche 11 sind derart ausgebildet, dass das magnetische Material, das durch Mischen eines magnetischen Pulvers wie zum Beispiel Ferrit und eines Kunststoffbinders vorbereitet wird, an der Außenumfangsfläche des Rotors 10 durch Siebdruck (screen printing) aufgebracht wird. Andererseits entsprechen die nicht-magnetischen Bereiche 12, die die nicht-magnetischen, leitenden Bereiche sind, den blanken Metallabschnitten des Rotors 10, an dem kein magnetisches Material aufgebracht wird. Anders gesagt sind die magnetischen Bereiche 11 mit einer vorbestimmten Breite und in vorbestimmten Intervallen in einer Umfangsrichtung des Rotors 10 ausgebildet, um das Streifenrotormuster 13 an der Außenumfangsfläche des Rotors 10 zu bilden. Somit sehen die magnetischen Bereiche 11 und die nicht-magnetischen Bereiche 12 Bereiche mit unterschiedlichen magnetischen Charakteristika vor (Bereiche mit unterschiedlichen magnetischen Permeabilitäten), die an der Außenumfangsfläche des Rotors 10 sind.
Wie dies in der 2 gezeigt ist, ist der Stator 9 so konfiguriert, dass ein flanschförmiges Montageelement 24 an einem Statorhauptkörper 26 befestigt ist. Darüber hinaus ist ein Schaltungselement 25 an der oberen Fläche des Statorhauptkörpers 26 angebracht. Bei dem Stator 9 als Fertigprodukt ist das Schaltungselement 25 mit einem Gussmaterial abgedeckt und somit unsichtbar. Zur Vereinfachung der Beschreibung wurde jedoch das Gussmaterial in der 2 weggelassen. Ein flexibles, gedrucktes Substrat 23 ist an einer vorderen Endseite des Statorhauptkörpers 26 vorgesehen. An den Flächen von diesem flexiblen, gedruckten Substrat 23 sind die Erfassungsspule 16 und die Erregerspule 17 vorgesehen. Das in der 5 gezeigte Hinterjoch 15 ist mit einem Gemisch aus einem magnetischen Pulver und einem Kunststoffbinder beschichtet, und zwar wie die magnetischen Bereiche 11, und es ist unter der Erfassungsspule 16 platziert, wobei ein PI-Film (Polyimidfilm) 30 zwischengeschaltet ist. Das Hinterjoch 15 ist mit einer Breite ausgelegt, die zum Abdecken der Erregerspule 17 ausreichend ist. In der 2 erscheint das Spulenmuster der Erregerspule 17.
Die Erfassungsspule 16 und die Erregerspule 17 sind an einer jeweiligen Fläche des flexiblen, gedruckten Substrats 23 des Stators 9 ausgebildet. Die 4 zeigt eine schematische Querschnittsansicht des flexiblen, gedruckten Substrats 23 und des Hinterjochs 15. An dem flexiblen, gedruckten Substrat 23 sind die Erfassungsspule 16 und die Erregerspule 17 separat laminiert. In der 4 ist die Erregerspule 17 an einer oberen Fläche des flexiblen, gedruckten Substrats 23 ausgebildet und mit einem PI-Film 30 abgedeckt, der daran laminiert ist. Die Erfassungsspule 16 ist an einer unteren Fläche desselben Substrats 23 ausgebildet und mit einem anderen PI-Film 30 abgedeckt, der daran laminiert ist. Das Hinterjoch 15 ist ebenfalls mit einem anderen PI-Film 30 abgedeckt. Dementsprechend sind das Hinterjoch 15, die Erfassungsspule 16 und der Statorhauptkörper 26 durch die PI-Filme 30 voneinander isoliert. Es ist zu beachten, dass in der 4 zwischen dem PI-Film 30 und dem Statorhauptkörper 26 zur Vereinfachung der Beschreibung ein Spalt erscheint, aber der PI-Film 30 und der Statorhauptkörper 26 sind tatsächlich in einem engen Kontakt miteinander.
Die Erfassungsspule 16 hat ein erstes Erfassungsspulenmuster 16a, ein zweites Erfassungsspulenmuster 16b und ein drittes Erfassungsspulenmuster 16c, wie dies in der 3 gezeigt ist. Diese Muster 16a, 16b und 16c sind in gleichen Intervallen angeordnet und jeweils als eine gedruckte Spule ausgebildet, die in derselben Richtung gewickelt ist, nämlich im Uhrzeigersinn in der 3. Die Intervalle der Muster 16a–16c der Erfassungsspule 16 sind so bestimmt, dass ein Abstand zwischen den Mitten der angrenzenden Muster ungefähr so groß wie das 2,5-fache der Breite des jeweiligen magnetischen Bereiches 11 des Rotormuster 13 ist.
Die Erregerspule 17 hat ein erstes Erregerspulenmuster 17a, ein zweites Erregerspulenmuster 17b, ein drittes Erregerspulenmuster 17c und ein viertes Erregerspulenmuster 17d. Das erste und das dritte Muster 17a und 17c sind Spulenmuster, die jeweils im Gegenuhrzeigersinn gewickelt sind. Das zweite und das vierte Muster 17b und 17d sind Spulenmuster, die jeweils im Uhrzeigersinn gewickelt sind. Dementsprechend ist die Erregerspule 17 aus Spulenmustern mit abwechselnd unterschiedlichen Wicklungsrichtungen gebildet.
Ein Wicklungsanfang des ersten Erregerspulenmusters 17a und ein Wicklungsende des zweiten Erregerspulenmusters 17b sind in einem Verbindungsabschnitt 17ab miteinander verbunden. Ein Wicklungsanfang des zweiten Erregerspulenmusters 17b und ein Wicklungsende des dritten Erregerspulenmusters 17c sind in einem Verbindungsabschnitt 17bc miteinander verbunden. Ein Wicklungsanfang des dritten Erregerspulenmusters 17c und ein Wicklungsende des vierten Erregerspulenmusters 17d sind in einem Verbindungsabschnitt 17cd verbunden. Das erste bis vierte Erregerspulenmuster 17a bis 17d sind in gleichen Intervallen angeordnet. Dieses Intervall stimmt mit jenem der Erfassungsspule 16 überein.
Eine Positionsbeziehung zwischen der Erfassungsspule 16 und der Erregerspule 17 wird nachfolgend beschrieben. Das erste Erfassungsspulenmuster 16a befindet sich zwischen dem ersten Erregerspulenmuster 17a und dem zweiten Erregerspulenmuster 17b, so dass Drahtabschnitte des Musters 16a eine Seite des ersten Musters 17a und eine Seite des zweiten Musters 17b entsprechend überlappen.
Das zweite Erfassungsspulenmuster 16b befindet sich zwischen dem zweiten Erregerspulenmuster 17b und dem dritten Erregerspulenmuster 17c, so dass Drahtabschnitte des Musters 16b die andere Seite des zweiten Muster 17b und eine Seite des dritten Musters 17c entsprechend überlappen.
Das dritte Erfassungsspulenmuster 16c befindet sich zwischen dem dritten Erregerspulenmuster 17c und dem vierten Erregerspulenmuster 17d, so dass Drahtabschnitte des Musters 16c die andere Seite des dritten Musters 17c und eine Seite des vierten Musters 17d entsprechend überlappen.
Insbesondere ist die Erfassungsspule 16 mit ihren Drahtabschnitten konfiguriert, die die Spulenmuster der Erregerspule 17 überlappen. Wie dies in der 3 gezeigt ist, sind das erste Erregerspulenmuster 17a und das dritte Erregerspulenmuster 17c so ausgelegt, dass eine Strömung eines elektrischen Stroms in derselben Richtung durch jeweilige Drahtabschnitte ermöglicht wird, die die Erfassungsspule 16 überlappen. Darüber hinaus sind das zweite Erregerspulenmuster 17b und das vierte Erregerspulenmuster 17d so ausgelegt, dass eine Strömung eines elektrischen Stroms in entgegengesetzten Richtungen durch jeweilige Drahtabschnitte ermöglicht wird, die die Erfassungsspule 16 überlappen.
Die 6 zeigt ein Erfassungsblockdiagramm des Drehenkoders 8 des gegenwärtigen Ausführungsbeispiels. Eine hochfrequente Sinuswelle von 2 MHz wird in die Erregerspule 17 eingegeben. Diese Konfiguration kann die Wicklungszahl der Erregerspule 17 reduzieren. Ein Anschluss des ersten Erfassungsspulenmusters 16a ist mit einem Differenzialverstärker 31 verbunden, um ein Signal S1 in den Differenzialverstärker 31 einzugeben. Der Differenzialverstärker 31 führt eine Differentialverstärkung des Signals S1 durch, um ein Signal S5 zu erzeugen. Ein Anschluss des zweiten Erfassungsspulenmusters 16b ist mit einem Differenzialverstärker 32 verbunden, um ein Signal S2 in den Differenzialverstärker 32 einzugeben. Ein Anschluss des dritten Erfassungsspulenmusters 16c ist mit einem Differenzialverstärker 33 verbunden, um ein Signal S3 in den Differenzialverstärker 33 einzugeben. Bei diesen Signalen S2 und S3 wird ebenfalls eine Differentialverstärkung durch die jeweiligen Differenzialverstärker 32 und 33 durchgeführt. Somit erzeugt der Differenzialverstärker 32 ein Signal S6, und der Differenzialverstärker 33 erzeugt ein Signal S7.
Eine äußere Hüllkurve des Hochfrequenzsignals S5, das von dem Differenzialverstärker 31 erhalten wird, wird durch einen Hülldetektor 41 erfasst, der ein Signal S8 erzeugt. In ähnlicher Weise werden das Hochfrequenzsignal S6, das von dem Differenzialverstärker 32 erhalten wird, und das Hochfrequenzsignal S7, das von dem Differenzialverstärker 33 erhalten wird, jeweils in einen Hülldetektor 42 bzw. einen Hülldetektor 43 eingegeben, die ein Signal S9 und ein Signal S10 erzeugen. Das Hochfrequenzsignal S9 des Hülldetektors 42 wird um 90° von dem Hochfrequenzsignal S8 von dem Hülldetektor 41 phasenverschoben oder phasenversetzt. Das Hochfrequenzsignal S10 des Hülldetektors 43 wird um 180° von dem Hochfrequenzsignal S8 von dem Hülldetektor 41 phasenverschoben. Dies ist dadurch begründet, dass das zweite Erfassungsspulenmuster 16b mit einem Versatz eines halben Zyklus hinsichtlich des ersten Erfassungsspulenmusters 16a angeordnet ist, und das dritte Erfassungsspulenmuster 16c ist mit einem Versatz von einem anderen, halben Zyklus angeordnet, wie dies in der 3 gezeigt ist.
Die abgegebene Wellenform S8 von dem Hülldetektor 41 und die abgegebene Wellenform S9 von dem Hülldetektor 42 werden in einen Differenzialverstärker 34 eingegeben, der von diesen abgegebenen Wellenformen S8 und S9 eine Differentialverstärkung durchführt und ein Signal S11 erzeugt. Dieses Signal S11 wird in einen Vergleicher 51 eingegeben, der ein Pulssignal S13 erzeugt. Die abgegebene Wellenform S9 von dem Hülldetektor 42 und die abgegebene Wellenform S10 von dem Hülldetektor 43 werden in einen Differenzialverstärker 35 eingegeben, der von diesen abgegebenen Wellenformen S9 und S10 eine Differentialverstärkung durchführt und ein Signal S12 erzeugt. Dieses Signal S12 wird in einen Vergleicher 52 eingegeben, der ein Pulssignal S14 erzeugt. Auf der Grundlage von diesen Pulssignalen S13 und S14 kann ein Drehwinkel des Rotors 10 hinsichtlich des Stators 9 berechnet werden.
Die 7 zeigt eine graphische Darstellung von allen der vorstehend genannten Wellenformen. Das Signal S8 hat eine Wellenform Sinθ, das Signal S9 hat eine Wellenform Sin(θ + 90), und das Signal S10 hat eine Wellenform Sin(θ + 180). Das bei dem Differenzialverstärker 34 erhaltene Signal S11, das eine Differenz zwischen dem Signal S9 und dem Signal S8 einnimmt, ist Sin(θ + 90) – Sinθ. Eine Wellenform mit einer Phasenverschiebung von 225° kann erhalten werden. Andererseits nimmt das Signal S12, das in dem Differenzialverstärker 35 erhalten wird, eine Differenz zwischen dem Signal S10 und dem Signal S9 an und beträgt Sin(θ + 180) – Sin(θ + 90), wobei eine Wellenform mit einer Phasenverschiebung von 135° erhalten werden kann.
Die 8a zeigt eine Positionsbeziehung zwischen dem Rotor 10 und dem Stator 9. Die 8b zeigt eine abgegebene Wellenform S, die in der 8a erhalten wird. Die 9a zeigt eine andere Positionsbeziehung zwischen dem Rotor 10 und dem Stator 9. Die 9b zeigt die abgegebene Wellenform S, die in der 9a erhalten wird. Die 10a zeigt eine Positionsbeziehung zwischen dem Rotor 10 und dem Stator 9. Die 10b zeigt die abgegebene Wellenform S, die in der 10a erhalten wird. Die 11a zeigt eine andere Positionsbeziehung zwischen dem Rotor 10 und dem Stator 9. Die 11b zeigt die abgegebene Wellenform S, die in der 11a erhalten wird. Die 12 zeigt einen Ersatzschaltplan bezüglich der Erregerspule und der Erfassungsspule. Von der 8a bis zur 11b wird der Rotor 10 vorgerückt oder gedreht, und das Rotormuster 13 wird zusammen damit bewegt. Dementsprechend ändert sich der Zustand der abgegebenen Wellenform S, die in der Erfassungsspule 16 erhalten wird. Zur Vereinfachung der Beschreibung werden den magnetischen Bereichen 11 und den nicht-magnetischen Bereichen 12 des Rotormuster 13 Suffixe ”a” bis ”h” hinzugefügt, die jeweils eine Position angeben. Die entsprechende Beziehung zwischen der Erfassungsspule 16 und der Erregerspule 17 wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die 12 beschrieben.
Eine Ersatzschaltung 100 ist eine Schaltung, die so konfiguriert ist, dass sie einen elektrischen Strom zeigt, der dann erzeugt wird, wenn das erste Erfassungsspulenmuster 16a so platziert wird, dass es das erste Erregerspulenmuster 17a und das zweite Erregerspulenmuster 17b überlappt, wie dies in der 12 gezeigt ist. Ein erster Kopplungsteil C1 besteht aus einer rechten Seite 17ar der ersten Erregerspule und einer linken Seite 16al der ersten Erfassungsspule, die einander zugewandt sind. Ein zweiter Kopplungsteil C2 besteht aus einer linken Seite 17bl der zweiten Erregerspule und einer rechten Seite 16ar der ersten Erfassungsspule, die einander zugewandt sind. Ein dritter Kopplungsteil C3 besteht aus einer kurzen Schaltungsseite 16ax und dem Verbindungsteil 17ab, die einander zugewandt sind. Wenn dementsprechend ein AC-Signal in die Erregerspule 17 eingegeben wird, sind der erste Kopplungsteil C1 und der zweite Kopplungsteil C2 in dem ersten Erfassungsspulenmuster 16a verbunden, um eine elektromotorische Kraft in entgegengesetzten Richtungen zu erzeugen, während der erste Kopplungsteil C1 und der dritte Kopplungsteil C3 verbunden sind, um eine elektromotorische Kraft in derselben Richtung zu erzeugen. Unter der Annahme, dass die elektromotorische Kraft in dem ersten Kopplungsteil C1 gleich V1 ist, die elektromotorische Kraft in dem zweiten Kopplungsteil C2 gleich V2 ist und die elektromotorische Kraft in dem dritten Kopplungsteil C3 gleich V3 ist, wird insbesondere eine Abgabe V4 von dem ersten Erfassungsspulenmuster 16a als: V1 – V2 + V3 ausgedrückt.
Konkret wird in dem Zustand der 8a zuerst die rechte Seite 17ar der ersten Erregerspule so positioniert, dass sie dem magnetischen Bereich 11c zugewandt ist. Wenn in diesem Zustand ein hochfrequentes Sinuswellensignal in die Erregerspule 17 eingegeben wird, wird ein magnetischer Fluss erzeugt. Dieser magnetische Fluss, der in der ersten rechten Seite 17ar erzeugt wird, tritt durch den magnetischen Bereich 11c hindurch. In Abhängigkeit von der Änderung bei dem Hindurchtreten des magnetischen Flusses wird eine große elektromotorische Kraft in der linken Seite 16al der ersten Erfassungsspule erzeugt. Die linke Seite 17bl der zweiten Erregerspule ist so positioniert, dass sie dem nicht-magnetischen Bereich 12c zugewandt ist. Somit tritt ein magnetischer Fluss, der in der zweiten linken Seite 17bl erzeugt wird, durch den nicht-magnetischen Bereich 12c hindurch. In diesem nicht-magnetischen Bereich 12c treten Wirbelströme in einer Richtung zum Auslöschen dieser Änderung des magnetischen Flusses auf. Somit tritt eine kleine elektromotorische Kraft in der rechten Seite 16ar der ersten Erfassungsspule der Erfassungsspule 16 auf. Unter Bezugnahme auf die Ersatzschaltung 100, die in der 12 gezeigt ist, wird die elektromotorische Kraft V1, die in dem ersten Kopplungsteil C1 erzeugt wird, der aus der rechten Seite 17ar der ersten Erregerspule und der linken Seite 16al der ersten Erfassungsspule besteht, erhöht, indem sie durch den magnetischen Bereich 11c hindurch tritt, während die elektromotorische Kraft V2, die in dem zweiten Kopplungsteil C2 erzeugt wird, der aus der linken Seite 17bl der zweiten Erregerspule und der rechten Seite 16ar der ersten Erfassungsspule besteht, verringert wird, indem sie durch den nicht-magnetischen Bereich 12c hindurch tritt. Daher tritt die elektromotorische Kraft, die durch eine Differenz zwischen V1 und V2 ausgedrückt wird, in der Ersatzschaltung 100 auf. Die Amplitude Am1 dieser elektromotorischen Kraft ist maximal. Wenn die elektromotorische Kraft V3 in dem dritten Kopplungsteil C3 zu der vorstehend genannten elektromotorischen Kraft hinzugefügt wird, wird eine Wellenform Sa erhalten, die um eine Offsetbreite Of von einer elektrischen Referenzspannung mit einem Offset versehen ist, wie dies in der 8b gezeigt ist. Die kurze Schaltungsseite 16ax und der Verbindungsabschnitt 17ab sind so angeordnet, dass sie sich nicht direkt miteinander überlappen.
In der 9a ist ein Zustand gezeigt, bei dem das Rotormuster 13 gedreht und bewegt wird, und die rechte Seite 17ar der ersten Erregerspule ist so positioniert, dass sie einen Grenzbereich zwischen dem magnetischen Bereich 11c und dem nicht-magnetischen Bereich 12b zugewandt ist. Die linke Seite 17bl der zweiten Erregerspule ist so positioniert, dass sie einem Grenzbereich zwischen dem magnetischen Bereich 11c und dem nicht-magnetischen Bereich 12c zugewandt ist. Unter Bezugnahme auf die Ersatzschaltung 100 in der 12 werden die elektromotorische Kraft V1, die in dem ersten Kopplungsteil C1 erzeugt wird, und die elektromotorische Kraft, die in dem zweiten Kopplungsteil C2 erzeugt wird, in Bezug auf die sich überlappenden Abschnitte mit dem nicht-magnetischen Bereich 12b, dem magnetischen Bereich 11c und dem nicht-magnetischen Bereich 12c einander gleich. Dementsprechend beträgt die elektromotorische Kraft in der Ersatzschaltung 100, die durch eine Differenz zwischen V1 und V2 ausgedrückt wird, gleich Null. Durch Hinzufügung der elektromotorischen Kraft V3 wird jedoch eine Wellenform Sb erhalten, die eine Amplitude Am2 hat und um eine Offsetbreite Of von einer elektrischen Referenzspannung mit einem Offset versehen ist, wie dies in der 9b gezeigt ist. Die Amplitude Am2 ist kleiner als die Amplitude Am1.
Die 10a zeigt einen Zustand, bei dem das Rotormuster 13 weiter gedreht und bewegt wird, wobei sich die rechte Seite 17ar der ersten Erregerspule dem nicht-magnetischen Bereich 12b zuwendet. Andererseits wendet sich die linke Seite 17bl der zweiten Erregerspule dem magnetischen Bereich 11c zu. Unter Bezugnahme auf die Ersatzschaltung 100 in der 12 verringert sich die elektromotorische Kraft V1, die in dem ersten Kopplungsteil C1 erzeugt wird, aufgrund der Zuwendung zu dem nicht-magnetischen Bereich 12b, während sich die elektromotorische Kraft V2, die in dem zweiten Kopplungsteil C2 erzeugt wird, aufgrund der Zuwendung zu dem magnetischen Bereich 11c erhöht. Somit ist die elektromotorische Kraft in der Ersatzschaltung 100 negativ, die durch eine Differenz zwischen V1 und V2 ausgedrückt wird. Durch Hinzufügung der elektromotorischen Kraft V3 wird jedoch eine Wellenform Sc erhalten, die eine Amplitude Am3 hat und um eine Offsetbreite Of von einer elektrischen Referenzspannung mit einem Offset versehen ist, wie dies in der 10b gezeigt ist. Die Amplitude Am3 ist negativ. Dabei wird die Kopplungsgröße des dritten Kopplungsteils C3 eingestellt, um zu verhindern, dass die Abgabe V4 negativ wird. Konkret gesagt wird die Kopplungsgröße durch Einstellung des Abstands zwischen der kurzen Schaltungsseite 16ax und dem Verbindungsabschnitt 17ab und der jeweiligen Längen gesteuert.
Die 11a zeigt einen nachfolgenden Zustand, bei dem das Rotormuster 13 weiter gedreht und bewegt wird, wobei die rechte Seite 17ar der ersten Erregerspule so positioniert ist, dass sie einem Grenzbereich zwischen dem magnetischen Bereich 11b und dem nicht-magnetischen Bereich 12b zugewandt ist, während die linke Seite 17bl der zweiten Erregerspule so positioniert ist, dass sie einem Grenzbereich zwischen dem magnetischen Bereich 11c und dem nicht-magnetischen Bereich 12b zugewandt ist. Unter Bezugnahme auf die Ersatzschaltung 100 in der 12 werden die elektromotorische Kraft V1, die in dem ersten Kopplungsteil C1 erzeugt wird, und die elektromotorische Kraft V2, die in dem zweiten Kopplungsteil C2 erzeugt wird, in Bezug auf die Überlappung mit dem nicht-magnetischen Bereich 12b, dem magnetischen Bereich 11c und dem nicht-magnetischen Bereich 12c einander gleich. Dementsprechend beträgt die elektromotorische Kraft in der Ersatzschaltung 100, die durch eine Differenz zwischen V1 und V2 ausgedrückt wird, gleich Null. Jedoch wird durch Hinzufügung der elektromotorischen Kraft V3 eine Wellenform Sb erhalten, die eine Amplitude Am2 hat, und um eine Offsetbreite Of von einer elektrischen Referenzspannung mit einem Offset versehen ist, wie dies in der 11b gezeigt ist.
Auch wenn die vorstehende Beschreibung das erste Erfassungsspulenmuster 16a berücksichtigt, trifft selbiges auch für das zweite Erfassungsspulenmuster 16b und das dritte Erfassungsspulenmuster 16c zu. Insbesondere können diese Muster 16b und 16c abgegebene Wellenformen jeweils von der Beziehung des zweiten Erregerspulenmusters 17b, des dritten Erregerspulenmusters 17c und des vierten Erregerspulenmusters 17d mit den magnetischen Bereichen 11 und den nicht-magnetischen Bereichen 12 erzeugen. Andererseits ist eine Beziehung der Muster 16b und 16c hinsichtlich des Musters 16a so, wie dies durch die abgegebenen Wellenformen S9 und S10 in Bezug auf die abgegebene Wellenform S8 in der 7 gezeigt ist. Dies resultiert daraus, dass die Muster 16a–16c mit einer Teilung voneinander beabstandet sind, die so groß wie das 2,5-fache verglichen mit jener Teilung zwischen den magnetischen Bereichen 11 ist. Durch die Wirkung zwischen der kurzen Schaltungsseite 16bx des zweiten Erfassungsspulenmusters 16b und dem Verbindungsabschnitt 17bc sowie zwischen der kurzen Schaltungsseite 16cx des dritten Erfassungsspulenmusters 16c und dem Verbindungsabschnitt 17cd können das zweite Erfassungsspulenmuster 16b und das dritte Erfassungsspulenmuster 16c dieselbe Offsetwirkung wie das erste Erfassungsspulenmuster 16a erreichen.
Wie dies vorstehend gemäß der Bewegung des Rotormusters 13 beschrieben wurde, wird die abgegebene Wellenform der elektromotorischen Kraft, die durch die Erfassungsspule 16 erfasst wird, als die abgegebenen Wellenformen S8, S9 und S10 erhalten, und das Pulssignal S13 wird als ein Signal A erhalten, und das Pulssignal S14 wird als ein Signal B erhalten, wie dies in dem Blockdiagramm der 6 beschrieben ist. Jene Signale sind ein Signal mit einer Phasenverschiebung von 225° und ein Signal mit einer Phasenverschiebung von 135°, wie dies vorstehend beschrieben ist. Auf der Grundlage von diesen Signalen kann der Stator 9 die Drehposition (d. h. den Winkel) des Rotors 10 erfassen.
Der Positionssensor bei dem ersten Ausführungsbeispiel, der gemäß der vorstehenden Beschreibung konfiguriert ist, kann die folgenden Betriebe und Wirkungen vorsehen.
Zunächst kann der Drehenkoder 8 als der Positionssensor vorgesehen werden, der ein großes Amplitudenverhältnis erzeugen kann. Der Drehenkoder 8 bei dem Ausführungsbeispiel hat den Stator 9, der mit der Erregerspule 17 und der Erfassungsspule 16 versehen ist, die jeweils mit einer ebenen Form ausgebildet sind, und den Rotor 10, der so platziert ist, dass er dem Stator 9 zugewandt ist und mit den magnetischen Bereichen 11 und den nicht-magnetischen Bereichen 12 versehen ist, die abwechselnd und zyklisch in der Bewegungsrichtung des Rotors 10 angeordnet sind. Das erste Erfassungsspulenmuster 16a der Erfassungsspule 16 sind an einer Position zwischen dem ersten Erregerspulenmuster 17a und dem angrenzenden zweiten Erregerspulenmuster 17b der Erregerspule 17 in der Bewegungsrichtung des Rotors 10 platziert. Das zweite Erregerspulenmuster 17b ist so gewickelt, dass eine Strömung eines Erregerstroms in einer entgegengesetzten Richtung zu einem gegenwärtigen Strom in dem ersten Erregerspulenmuster 17a ermöglicht wird.
Diese Konfiguration kann die Erfassungsgenauigkeit des Drehenkoders 8 verbessern. Dies resultiert aus den folgenden Gründen. Das erste Erfassungsspulenmuster 16a ist an einer Position zwischen dem ersten Erregerspulenmuster 17a und dem zweiten Erregerspulenmuster 17b in der Drehrichtung des Rotors 10 vorgesehen. In ähnlicher Weise ist das zweite Erfassungsspulenmuster 16b an einer Position zwischen dem zweiten Erregerspulenmuster 17b und dem dritten Erregerspulenmuster 17c vorgesehen. Das dritte Erfassungsspulenmuster 16c ist an einer Position zwischen dem dritten Erregerspulenmuster 17c und dem vierten Erregerspulenmuster 17d vorgesehen.
Angrenzende Spulenmuster, nämlich das erste Erregerspulenmuster 17a und das zweite Erregerspulenmuster 17b, das zweite Erregerspulenmuster 17b und das dritte Erregerspulenmuster 17c, und das dritte Erregerspulenmuster 17c und das vierte Erregerspulenmuster 17d sind in entgegengesetzten Richtungen zueinander gewickelt, wie dies in der 3 gezeigt ist. Wenn die Erregerspule 17c erregt wird, ändert sich somit die durch die magnetischen Bereiche 11 hindurch tretende magnetische Flussdichte kontinuierlich gemäß der Bewegung des Rotors 10. In dem ersten Erfassungsspulenmuster 16a haben zum Beispiel der magnetische Fluss, der durch das erste Erregerspulenmuster 17a erzeugt wird, und der magnetische Fluss, der durch das zweite Erregerspulenmuster 17b erzeugt wird, entgegengesetzte Richtungen.
Dementsprechend wird eine Differenz der in einer Schaltung des ersten Erfassungsspulenmusters 16a erzeugten elektromotorischen Kraft zwischen dem Fall, bei dem der durch den magnetischen Bereichen 11 hindurch tretende magnetische Fluss dem Einfluss des ersten Erregerspulenmusters 17a stark ausgesetzt ist, und dem Fall, bei dem der durch den magnetischen Bereich 11 hindurch tretende magnetische Fluss dem Einfluss des zweiten Erregerspulenmusters 17b stark ausgesetzt wird, groß. Somit kann ein großes Amplitudenverhältnis angenommen werden, wie dies durch die Wellenform Sa in der 8b angegeben ist.
Darüber hinaus kann das S/N-Verhältnis des Drehenkoders 8 verbessert werden. Insbesondere sind die Drahtabschnitte des ersten Erregerspulenmusters 17a und des zweiten Erregerspulenmusters 17b an den jeweiligen, einander zugewandten Seiten an Positionen platziert, wobei ein Teil der Drahtabschnitte des ersten Erfassungsspulenmusters 16a überlappt wird, indem eine Isolierlage zwischengeschaltet wird (entsprechend dem PI-Film 30 oder dem Substrat 23). Diese kann einen minimalen Abstand zwischen der Erfassungsspule 16 und der Erregerspule 17 erzielen. Da die Intensität eines elektrischen Feldes umgekehrt proportional zu dem Abstand von der Mitte der Verdrahtung schwächer wird, wird der Zustand weiter verschlechtert, wenn der Abstand zwischen der Erregerspule 17 und der Erfassungsspule 16 größer wird. Wenn der Abstand zwischen der Erfassungsspule 16 und der Erregerspule 17 so festgelegt wird, dass er kürzer wird, wird die Abgabe des elektrischen Stroms größer, der durch die Erfassungsspule 16 erfasst wird, was zu einer Verbesserung des S/N-Verhältnisses des Positionssensors führt.
Ein anderer Effekt ist eine vereinfachte Schaltungskonfiguration, die aus dem Offseteffekt resultiert. Der Positionssensor bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel hat den ersten bis dritten Kopplungsteil C1 bis C3, die als Verknüpfungsabschnitte dienen, um auf die Erregerspule 17 aufgebrachte Erregersignalkomponenten zu Erfassungssignalen hinzuzufügen, die durch die Erfassungsspule 16 erfasst werden, und die Hülldetektoren 41 bis 43, die mit der Erfassungsspule 16 verbunden sind, so dass ein Hüllsignal, das durch das Erfassungssignal von der Erfassungsspule 16 durch die Hüllerfassungsschaltung erhalten wird, zum Erfassen des Winkels des Rotors 10 verwendet wird. Das erste Erregerspulenmuster 17a und das zweite Erregerspulenmuster 17b sind in dem Verbindungsabschnitt 17ab verbunden. Das zweite Erregerspulenmuster 17b und das dritte Erregerspulenmuster 17c sind in dem Verbindungsabschnitt 17bc verbunden. Das dritte Erregerspulenmuster 17c und das vierte Erregerspulenmuster 17d sind in dem Verbindungsabschnitt 17cd verbunden. Die entsprechenden ersten bis dritten Erfassungsspulenmuster 16a bis 16c sind so platziert, dass sich die jeweiligen kurzen Seiten mit den entsprechenden Verbindungsabschnitten 17ab bis 17cd überlappen.
Wenn eine elektrische Leistung zu der Erregerspule 17 zugeführt wird, erzeugt daher die Leistung, die durch die Verbindungsabschnitte 17ab bis 17cd hindurch tritt, ebenfalls einen magnetischen Fluss, wodurch die magnetische Flussdichte in dem magnetischen Bereich 11 verstärkt wird, um die elektromotorische Kraft in der Erfassungsspule 16 zu erzeugen. Dies führt zu einem Offset der Wellenform S. Die elektromotorische Kraft V3, die in der Ersatzschaltung 100 in der 12 beschrieben wird, wird zu der elektrischen Leistung entsprechend einer Differenz zwischen der elektromotorischen Kraft V1 und der elektromotorischen Kraft V2 hinzugefügt, wodurch die abgegebene Wellenform S mit einem Offset versehen wird, um die Abgabe V4 zu erzeugen. Infolgedessen werden Wellenformen, wie zum Beispiel die Wellenformen Sa bis Sc erhalten, die in den 8b dis 11b gezeigt sind. Die Wellenform Sc entspricht einem Zustand, bei dem die Amplitude der abgegebenen Wellenform S am geringsten ist, die durch die Erfassungsspule 16 erfasst wird. Diese Wellenform Sc gibt dieselbe periodische Wellenform wie die Wellenform Sa an. Jedoch wird diese Wellenform wahrscheinlich beim Fehlen des Offseteffekts invertiert.
Da bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel die Wellenform Sa und die Wellenform Sc als dieselbe periodische Wellenform durch den Offseteffekt erhalten werden, können das Pulssignal S13 und das Pulssignal S14 durch Vergleichen der Wellenformen erhalten werden, ohne dass eine Korrekturschaltung erforderlich ist.
Dementsprechend kann eine Kostenreduzierung des Drehenkoders 8 erreicht werden.
Ein anderer Effekt ist, dass die Erfassungsgenauigkeit des Positionssensors durch das Vorhandensein des Hinterjochs 15 verbessert werden kann. Die Erregerspule 17, die Erfassungsspule 16 und das Hinterjoch 15 sind durch die PI-Filme 30 voneinander isoliert und laminiert, wie dies in der 4 gezeigt ist. Die PI-Filme 30 dienen außerdem zum Halten des Hinterjochs 15, das aus einem magnetischen Material geschaffen ist, an dem flexiblen, gedruckten Substrat 23. Der in der Erregerspule 17 erzeugte magnetische Fluss tritt unter anderem durch das magnetische Material des magnetischen Bereichs 11 hindurch. Somit kann die magnetische Flussdichte verstärkt werden. Dies kann die Erfassungsgenauigkeit des Drehenkoders 8 verbessern.
Das Abfallen des Hinterjochs 15, das durch den PI-Film 30 gehalten wird, kann verhindert werden. Dies kann die Menge eines Binders reduzieren, der in das magnetische Material zu mischen ist, wenn das Hinterjoch 15 ausgebildet wird. Der Binder dient zum Halten des magnetischen Materials an dem flexiblen, gedruckten Substrat 23, wobei ein Abfallen oder Abschälen nicht ermöglicht wird, was aber in umgekehrter Weise eine Verschlechterung der Dichte des magnetischen Materials verursachen kann. Bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel, das den PI-Film 30 zum Halten des Hinterjochs 15 verwendet, kann die Menge eines Binders reduziert werden, wenn das Hinterjoch 15 ausgebildet wird. Wie dies in den 4 und 5 gezeigt ist, ist das Hinterjoch 15 zwischen zwei PI-Filmen 30 eingefasst. Diese Konfiguration ermöglicht es, dass die PI-Filme 30 das Hinterjoch 15 halten, und dass außerdem das Hinterjoch 15 so ausgelegt wird, dass es dicker als erforderlich ist. Infolgedessen kann das Hinterjoch 15 den Effekt zum Verstärken der magnetischen Flussdichte weiter verbessern, die in der Erregerspule 17 erzeugt wird. Dies führt zu einer Verbesserung der Erfassungsgenauigkeit des Drehenkoders 8.
Ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend beschrieben. Das zweite Ausführungsbeispiel ist im Wesentlichen identisch zu der Konfiguration des ersten Ausführungsbeispiels außer einer Schaltungskonfiguration des Positionssensors. Somit konzentriert sich die folgende Beschreibung auf die Unterschiede von dem ersten Ausführungsbeispiel.
Die 13 zeigt ein Erfassungsblockdiagramm eines Drehenkoders 8 des zweiten Ausführungsbeispiels. Die Fig. 14 zeigt ein Konzept von Einstellschaltungen. Eine Einstellschaltung 61 ist zum Einspeisen einer DC-Komponente in eine abgegebene Wellenform S8 vorgesehen. Wenn die DC-Komponente in die abgegebene Wellenform S8 eingespeist wird, wird die Position der abgegebenen Wellenform S8 mit einem Offset versehen. Die Einstellschaltung 61 ist nach dem Hülldetektor 41 platziert, wie dies in der 13 gezeigt ist, und sie verbindet eine DC-Komponente mit 12 V mit einer Schaltung, wie dies in der 14 gezeigt ist. Dementsprechend wird eine Offsetwellenform S21 von der abgegebenen Wellenform S8 erhalten. In ähnlicher Weise ist eine Einstellschaltung 62 nach dem Hülldetektor 42 platziert, um eine abgegebene Wellenform S9 mit einem Offset zu versehen, wodurch eine Offsetwellenform S22 erzeugt wird. Des Weiteren ist eine Einstellschaltung 63 nach dem Hülldetektor 43 platziert, um eine abgegebene Wellenform S10 mit einem Offset zu versehen, wodurch eine Offsetwellenform S23 erzeugt wird.
Der Positionssensor des zweiten Ausführungsbeispiels, der gemäß der vorstehenden Beschreibung konfiguriert ist, kann die folgenden Betriebe und Wirkungen bereitstellen.
Nach den Hülldetektoren 41 bis 43, die in der Schaltung des Drehenkoders 8 vorgesehen sind, sind die Einstellschaltungen S61 bis S63 jeweils angeordnet, um den Offsetwert des jeweiligen Signals einzustellen, das durch Hinzufügen der Erregersignalkomponente gebildet wird. Da die Erfassungsspulenmuster eine Beschränkung hinsichtlich der Herstellungsgenauigkeit haben, wird der Offsetwert nicht in einfacher Weise fein eingestellt, falls der Drehenkoder 8 viele Erfassungsspulen 16 aufweist. In einem derartigen Fall ermöglicht das Hinzufügen der Einstellschaltungen 61 bis 63 die Feineinstellung, und dies trägt zu einer Verbesserung der Erfassungsgenauigkeit des Positionssensors bei.
Die Offsetwellenformen S21 und S22 werden in dem Differenzialverstärker 34 hinzugefügt, wodurch schließlich ein Pulssignal S13 durch den Vergleicher 51 gebildet wird. Die Offsetwellenform S22 und die Offsetwellenform S23 werden in dem Differenzialverstärker 35 hinzugefügt, wodurch schließlich ein Pulssignal S14 durch den Vergleicher 52 gebildet wird. Die so erhaltenen Pulssignale S13 und S14 haben jeweilige Offsetniveaus der abgegebenen Wellenformen S8 bis S10, die in den Einstellschaltungen 61 bis 63 eingestellt werden.
Da die Offsetniveaus der abgegebenen Wellenformen S8 bis S10 individuell eingestellt werden, kann eine unterschiedliche Einstellung von der Einstellung bei dem dritten Kopplungsteil C3 durchgeführt werden. Dies kann zu einer Verbesserung der Erfassungsgenauigkeit des Drehenkoders 8 beitragen. Um die Offsetpositionen der abgegebenen Wellenformen S8 bis S10 einzustellen, ist es erforderlich, eine Zielgenauigkeit der Erfassungsspule 16 und der Erregerspule 17 zu verbessern. In einigen Fällen ist außerdem eine hochgenaue Positionseinstellung jenseits einer herstellbaren Genauigkeitsbeschränkung erforderlich. Unter Verwendung der Einstellschaltungen 61 bis 63 wird diese Zielgenauigkeit unterstützt und ermöglicht die Feineinstellung. Diese Feineinstellung trägt zu einer weiteren Verbesserung der Erfassungsgenauigkeit des Drehenkoders 8 bei. Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel ist die Einstellschaltung 61 nach dem Hülldetektor 41 platziert, die Einstellschaltung 62 ist nach dem Hülldetektor 42 platziert, und die Einstellschaltung 63 ist nach dem Hülldetektor 43 platziert. Eine Alternative kann dergestalt konfiguriert werden, dass einer der Hülldetektoren 41 bis 43 als eine Referenz verwendet wird, und dass eine andere der Einstellschaltungen 61 bis 63 eliminiert wird. Diese Konfiguration kann auch dieselben Effekte vorsehen, wie sie vorstehend beschrieben sind.
Ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend beschrieben. Das dritte Ausführungsbeispiel ist im Wesentlichen identisch zu der Konfiguration des ersten Ausführungsbeispiels außer einer Schaltungskonfiguration des Positionssensors. Die folgende Beschreibung konzentriert sich auf die Unterschiede von dem ersten Ausführungsbeispiel.
Die 15 zeigt ein Erfassungsblockdiagramm eines Drehenkoders 8 des dritten Ausführungsbeispiels. Bei dem dritten Ausführungsbeispiel werden anstelle der Einstellschaltungen 61 bis 63, die bei dem zweiten Ausführungsbeispiel verwendet werden, Einstellschaltungen 71 und 72 verwendet, um die Wellenformen mit einem Offset zu versehen. Als die Einstellschaltung 71 wird eine Referenzspannung V_ref in den Vergleicher 51 eingegeben. Als die Einstellschaltung 72 wird eine Referenzspannung V_ref in den Vergleicher 52 eingegeben.
Der Positionssensor des dritten Ausführungsbeispiels, das gemäß der vorstehenden Beschreibung konfiguriert ist, kann die folgenden Betriebe und Wirkungen bereitstellen.
Ein Signal S11 wird von den abgegebenen Wellenformen S8 und S9 erzeugt, die jeweils von einer Referenzposition versetzt sind und in den Differenzialverstärker 34 eingegeben werden. Somit wird die abgegebene Wellenform S8 durch ”Sinθ + Va (Offsetwert)” ausgedrückt, und die abgegebene Wellenform S9 wird durch ”Sin(θ + 90) + Vb (Offsetwert)” ausgedrückt. Diese Offsetwerte Va und Vb resultieren aus Genauigkeitsfehlern, die bei der Herstellung der Erfassungsspule 16 und der Erregerspule 17 auftreten. Wenn die abgegebenen Wellenformen S8 und S9 in den Differenzialverstärker 34 eingegeben werden, wird das resultierende Signal S11 abgegeben, das durch ”Sin(θ + 90) – Sinθ + Vb – Va” ausgedrückt wird. Tatsächlich ist ein Signal erwünscht, das durch ”Sin(θ + 90) – Sinθ” ausgedrückt wird. Wenn eine elektrische Spannung, die äquivalent zu ”Vb – Va” ist, folglich als die Referenzspannung V_REF in den Vergleicher 51 eingegeben wird, kann theoretisch eine Offsetabweichung korrigiert werden. Wenn dieselbe Verarbeitung ebenfalls in dem Vergleicher 52 durchgeführt wird, werden die Pulssignale S13 und S14 schließlich mit kleineren Fehlern erhalten. Dies kann die Erfassungsgenauigkeit des Drehenkoders 8 verbessern.
Ein viertes Ausführungsbeispiel des gegenwärtigen Ausführungsbeispiels wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen nachfolgend beschrieben. Das vierte Ausführungsbeispiel hat eine ähnliche Konfiguration wie das erste Ausführungsbeispiel außer einer Schaltungskonfiguration des Positionssensors. Die folgende Beschreibung konzentriert sich auf die Unterschiede von dem ersten Ausführungsbeispiel.
Wie dies bei den Problemen, die durch die Erfindung gelöst werden, beschrieben ist, ist es denkbar, ein Verfahren unter Verwendung eines Hochfrequenzsignals zu nutzen, falls eine Größenreduzierung und eine Kostenreduzierung verfolgt werden, wie dies in Patentdruckschrift 2 offenbart ist. Dies kann die Wicklungszahl von jedem Spulenmuster reduzieren. Da jedoch die Wicklungszahl von jedem Spulenmuster reduziert wird, kann unter anderem eine Differenz der Länge der Spulendrähte ein Erfassungssignal stark beeinflussen und die Erfassungsgenauigkeit beeinträchtigen. Die Patentdruckschriften 1 bis 3 erwähnen diese Probleme nicht. Es ist auch denkbar, zum Beispiel eine Korrekturschaltung zum Korrigieren eines Erfassungssignals einzubauen. Jedoch behindert ein derartiges Hinzufügen einer zusätzlichen Schaltung die Kostenreduzierung. Darüber hinaus kann eine Installation von Korrekturschaltungen jeweils für jedes Spulenmuster eine starke Begrenzung des Installationsraums verursachen. Dieses Verfahren ist daher nicht vorzuziehen. Bei dem vierten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung wird zum Lösen des vorstehend geschilderten Problems durch ein einfaches Verfahren ein preiswerter Positionssensor vorgesehen, der dazu eingerichtet ist, eine Offsetwirkung bei abgegebenen Wellenformen zu liefern, die durch eine Erfassungsspule erhalten werden.
Die 16 zeigt eine Draufsicht einer Erfassungsspule 120. Die 17 zeigt eine Draufsicht einer Erregerspule 130. Die Erfassungsspule 120 und die Erregerspule 130 bestehen jeweils aus Spulenmustern, die aus einem hochleitenden Material geschaffen sind. Jedes Spulenmuster ist durch einen leitenden Drahtabschnitt gebildet, der in Spiralenform mit etwas weniger als drei Wicklungen gewickelt ist. Die Spulenmuster bei dem vierten Ausführungsbeispiel werden durch Zeichnen, wie zum Beispiel durch Siebdruck (screen printing) und Tintenstrahldrucken gebildet. Beliebige andere Techniken zum Ausbilden der Spulenmuster können auch verwendet werden.
Die Erfassungsspule 120 besteht aus vielen Spulenmustern, die Seite an Seite angeordnet sind, die als ein erstes Erfassungsspulenmuster 120A, ein zweites Erfassungsspulenmuster 120B, ein drittes Erfassungsspulenmuster 120C und ein viertes Erfassungsspulenmuster 120D bezeichnet werden. Das erste Muster 120A ist mit einem ersten Abgabeanschluss 122A über einen ersten Verbindungsdraht 121A verbunden. Das zweite Muster 120B ist angrenzend an dem ersten Muster 120A in einem vorbestimmten Intervall davon platziert und mit einem zweiten Abgabeanschluss 122B über einen zweiten Verbindungsdraht 121B verbunden. Das dritte Muster 120C ist angrenzend an dem zweiten Muster 120B in dem vorbestimmten Intervall davon platziert und mit einem dritten Abgabeanschluss 122C über einen dritten Verbindungsdraht 121C verbunden. Das vierte Muster 120D ist angrenzend an dem dritten Muster 120C in dem vorbestimmten Intervall davon platziert und mit einem vierten Abgabeanschluss 122D über einen vierten Verbindungsdraht 121D verbunden. Das vorbestimmte Intervall ist als ein Erfassungsspulenintervall X1 definiert.
Die Erregerspule 130 hat ein erstes Erregerspulenmuster 103A, ein zweites Erregerspulenmuster 103B, ein drittes Erregerspulenmuster 103C, ein viertes Erregerspulenmuster 103D und ein fünftes Erregerspulenmuster 103E, die in Reihe angeordnet sind. Jedes Paar der angrenzend angeordneten Erregerspulenmuster; des ersten und des zweiten Musters 130A und 130B, des zweiten und des dritten Musters 130B und 130C, des dritten und des vierten Musters 130C und 130D sowie des vierten und des fünften Musters 130D und 130E ist so ausgebildet, dass ermöglicht wird, dass elektrische Ströme in unterschiedlichen Richtungen strömen, und die angrenzendem Muster sind in einem vorbestimmten Intervall voneinander räumlich beabstandet, das als ein Erregerspulenintervall X2 definiert ist.
Die 18 zeigt eine Draufsicht eines Zustands, bei dem die Erfassungsspule 120 und die Erregerspule 130 überlappend platziert sind, indem dazwischen ein flexibles, gedrucktes Substrat 23 zwischengeschaltet ist. Die 19 zeigt eine Draufsicht einer Beziehung zwischen der Erfassungsspule 120 und dem Rotormuster 13. Die Erfassungsspule 120 und die Erregerspule 130, die jeweils gemäß der vorstehenden Beschreibung konfiguriert sind, sind an dem flexiblen, gedruckten Substrat 23 ausgebildet, wie dies in der 18 gezeigt ist. Wenn die Erfassungsspule 120 und die Erregerspule 130 aneinander positioniert sind, stimmen mittlere Drahtabschnitte an einer Seite des jeweiligen Spulenmusters miteinander überein, wobei die eine Seite senkrecht zu einer Drehrichtung A ist. Dies ist dadurch begründet, dass das Erfassungsspulenintervall X1 und das Erregerspulenintervall X2 so festgelegt sind, dass sie gleich sind.
Da die Erfassungsspule 120 und die Erregerspule 130 aneinander platziert sind, ist ein erster Kopplungsteil 140A vorgesehen, an dem sich der erste Verbindungsdraht 121A zu dem ersten Erfassungsspulenmuster 120A fortsetzt, und eine kurze Seite des ersten Erregerspulenmusters 130A verläuft parallel. Ein zweiter Kopplungsteil 140B ist vorgesehen, an dem sich der zweite Verbindungsdraht 121B zu dem zweiten Erfassungsspulenmuster 120B fortsetzt, und eine kurze Seite des zweiten Erregerspulenmusters 130B verläuft parallel. Ein dritter Kopplungsteil 140C ist vorgesehen, an dem sich der dritte Verbindungsdraht 121C zu dem dritten Erfassungsspulenmuster 120C fortsetzt, und eine kurze Seite des dritten Erregerspulenmusters 130C verläuft parallel. Darüber hinaus ist ein vierter Kopplungsteil 140B vorgesehen, an dem sich der vierte Verbindungsdraht 121D zu dem vierten Erfassungsspulenmuster 120D fortsetzt, und eine kurze Seite des vierten Erregerspulenmusters 130D verläuft parallel.
Die Erfassungsspule 120 nutzt ein Vier-Signal-Erfassungsverfahren. Wie dies in der 19 gezeigt ist, wird dementsprechend das erste Erfassungsspulenmuster 120A als eine Spule A+ mit einer Phasenverschiebung von 0° festgelegt. Das zweite Erfassungsspulenmuster 120B wird als eine Spule B+ mit einer Phasenverschiebung von 90° festgelegt. Das dritte Erfassungsspulenmuster 120C wird als eine Spule A– mit einer Phasenverschiebung von 180° festgelegt. Das vierte Erfassungsspulenmuster 120D wird als eine Spule B– mit einer Phasenverschiebung von 270° festgelegt. Die Gesamtbreite von einem magnetischen Bereich 11 und von einem nicht-magnetischen Bereich 12 ist ein elektrischer Winkel X3, der als 360° definiert ist. Somit hat das zweite Erfassungsspulenmuster 120B eine Phasenverschiebung von 90° von dem elektrischen Winkel X3, das dritte Erfassungsspulenmuster 120C hat eine Phasenverschiebung von 180° von dem elektrischen Winkel X3 und das vierte Erfassungsspulenmuster 120D hat eine Phasenverschiebung von 270° von dem elektrischen Winkel X3.
Die 20 zeigt ein Erfassungsblockdiagramm des Drehenkoders 8 des gegenwärtigen Ausführungsbeispiels. Eine hochfrequente Sinuswelle mit ungefähr 2 MHz wird in die Erregerspule 130 eingegeben. Dies ermöglicht es, die Wicklungszahl der Erregerspule 130 zu reduzieren. Ein Anschluss des ersten Erfassungsspulenmusters 120A ist mit dem Differenzialverstärker 151 verbunden, um ein Signal S51 in einen Differenzialverstärker 151 einzugeben. Dieser Differenzialverstärker 151 führt eine Differentialverstärkung des Signals S51 durch, um ein Signal S55 zu erzeugen. Das dritte Erfassungsspulenmuster 120C ist mit einem Differenzialverstärker 152 verbunden, um ein Signal S52 in den Differenzialverstärker 152 einzugeben. Das zweite Erfassungsspulenmuster 120B ist mit einem Differenzialverstärker 153 verbunden, um ein Signal S53 in den Differenzialverstärker 153 einzugeben. Das vierte Erfassungsspulenmuster 120D ist mit einem Differenzialverstärker 154 verbunden, um ein Signal S54 in den Differenzialverstärker 154 einzugeben.
Eine äußere Hülle des Hochfrequenzsignals S55, das durch den Differenzialverstärker 151 erhalten wird, wird hinsichtlich der Hülle an einem Hülldetektor 161 erfasst, um ein Signal S59 zu erzeugen. In ähnlicher Weise werden ein Hochfrequenzsignal S56, das durch den Differenzialverstärker 152 erhalten wird, ein Hochfrequenzsignal S57, das durch den Differenzialverstärker 153 erhalten wird, und ein Hochfrequenzsignal S87, das durch den Differenzialverstärker 154 erhalten wird, in die entsprechenden Hülldetektoren 162, 163 und 164 eingegeben, um Signale S60, S61 und S62 zu erzeugen. Diese Signale S60, S61 und S62 haben eine entsprechende Phasenverschiebung von 180°, 90° und 270° relativ zu dem Signal S59. Diese Phasenverschiebungen resultieren aus der Anordnung des ersten bis vierten Erfassungsspulenmusters 120A bis 120D, wie dies in der 19 gezeigt ist.
Die abgegebene Wellenform S59 des Hülldetektors 161 und die abgegebene Wellenform S60 des Hülldetektors 162 werden in dem Differenzialverstärker 155 eingegeben und einer Differentialverstärkung ausgesetzt, um ein Signal S63 zu erzeugen. Das Signal S63 wird in einen Vergleicher 165 eingegeben, um ein Signal S65 bereitzustellen. Die abgegebene Wellenform S61 des Hülldetektors 163 und die abgegebene Wellenform S62 des Hülldetektors 164 werden in den Differenzialverstärker 156 eingegeben und einer Differentialverstärkung ausgesetzt, um ein Signal S64 zu erzeugen. Dieses Signal S64 wird in einen Vergleicher 166 eingegeben, um ein Pulssignal S66 bereitzustellen. Unter Verwendung der Pulssignale S65 und S66 kann der Drehwinkel des Rotors 10 relativ zu dem Stator 9 berechnet werden.
Der Drehenkoder 8, der der Positionssensor bei dem vierten Ausführungsbeispiel ist, ist gemäß der vorstehenden Beschreibung konfiguriert und kann somit die folgenden Betriebe und Wirkungen bereitstellen.
Zunächst kann ein Offseteffekt bei gegenwärtigen Wellenformen durch eine einfache Schaltungskonfiguration bewirkt werden. Dieser Vorteil wird durch die folgende Konfiguration erhalten. Insbesondere hat der Drehenkoder 8 den Stator 9, an dem die ebene Erregerspule 130 und die ebene Erfassungsspule 120 laminiert sind, und der Rotor 10 ist so platziert, dass er dem Stator 9 zugewandt ist und eine magnetische, charakteristische Variable in einer Bewegungsrichtung an einer Fläche hat, die dem Stator 9 zugewandt ist. Die Erregerspule 130 hat das erste und das zweite Erregerspulenmuster 130A und 130B, die jeweils mit einer Wicklungsform ausgebildet sind, die es erlaubt, dass Erregerströme in entgegengesetzten Richtungen zueinander strömen. Die Erfassungsspule 120 hat das erste Erfassungsspulenmuster 120A, das zwischen dem ersten und dem zweiten Muster 130A und 130B in der Bewegungsrichtung des Rotors 10 platziert ist. Wenn sich der Rotor 10 bewegt, ändert sich die Abgabe von dem ersten Erfassungsspulenmuster 120A, wenn sich eine Kopplung des ersten Erfassungsspulenmusters 120A zu dem ersten Erregerspulenmuster 130A und dem zweiten Erregerspulenmuster 130B ändert. Bei diesem Drehenkoder 8 ist der erste Kopplungsteil 140A vorgesehen, bei dem der erste Verbindungsdraht 121A, der das erste Erfassungsspulenmuster 120A mit dem ersten Abgabeanschluss 122A verbindet, parallel zu dem ersten Erregerspulenmuster 130A verläuft.
Die 21 zeigt einen Ersatzschaltungsplan bezüglich der Erregerspule 130 und der Erfassungsspule 120. Die 21 zeigt eine Ersatzschaltung 200, die dazu konfiguriert ist, die Erzeugung eines elektrischen Stroms in dem ersten Erfassungsspulenmuster 120A unter dem Einfluss des magnetischen Bereichs 11 und des nicht-magnetischen Bereichs 12 zu zeigen, während das erste Erfassungsspulenmuster 120A so platziert ist, dass es sich mit dem ersten und dem zweiten Erregerspulenmuster 130A und 130B überlappt. Ein linker Kopplungsteil C11 ist vorgesehen, an dem eine rechte Seite 130Ar der ersten Erregerspule und eine linke Seite 120Al der ersten Erfassungsspule einander zugewandt sind. Ein rechter Kopplungsteil C12 ist vorgesehen, an dem eine linke Seite 130Bl der zweiten Erregerspule und eine rechte Seite 120Ar der ersten Erfassungsspule einander zugewandt sind. Ein erster Kopplungsteil 140A ist vorgesehen, an dem ein erster Verbindungsdraht 121A und eine kurze Seite 130as der ersten Erregerspule einander zugewandt sind.
Wenn bei dem ersten Erfassungsspulenmuster 120A ein AC-Signal in die Erregerspule 130 eingegeben wird, werden dementsprechend der linke Kopplungsteil C11 und der rechte Kopplungsteil C12 verbunden, um elektromotorische Kräfte in entgegengesetzten Richtungen zu erzeugen, und der linke Kopplungsteil C11 und der erste Kopplungsteil 140A werden verbunden, um elektromotorische Kräfte in derselben Richtung zu erzeugen. Unter der Annahme, dass die elektromotorische Kraft in dem linken Kopplungsteil C11 gleich V1 ist, dass die elektromotorische Kraft in dem rechten Kopplungsteil C12 gleich V2 ist, und dass die elektromotorische Kraft in dem ersten Kopplungsteil 140A gleich V3 ist, ist insbesondere die Abgabe V4 von dem ersten Erfassungsspulenmuster 120A gleich einem Ergebnis, das durch einen Ausdruck erhalten wird: V1 – V2 + V3. Anders gesagt wird die Abgabe V4 mit einem Offset durch die elektromotorische Kraft V3 des ersten Kopplungsteils 140A erhalten.
Diese elektromotorische Kraft V3 wird reguliert, indem die Länge des ersten Verbindungsdrahtes 121A geändert wird. Diese Länge des ersten Verbindungsdrahtes 121A wird relativ einfach geändert, wie dies in der 16 gezeigt ist. Somit kann der Drehenkoder 8 des vierten Ausführungsbeispiels den Offsetwert an dem ersten Erfassungsspulenmuster 120A in einfacher Weise einstellen. Dasselbe trifft für das zweite bis vierte Erfassungsspulenmuster 120B bis 120D zu. Daher kann der Offseteffekt unter geringen Kosten vorgesehen werden und trägt zu einer Kostenreduzierung des Drehenkoders 8 bei.
Der erste bis vierte Verbindungsdraht 121A bis 121D können so ausgelegt werden, dass sie jeweilige beliebige Längen haben, und somit können sie jeweils gemäß den Spulenmustern des ersten bis vierten Erfassungsspulenmusters 120A bis 120D festgelegt werden. Dies ermöglicht es, Änderungen der abgegebenen Amplitude einzustellen, die von dem ersten bis vierten Kopplungsteil 140A bis 140D erhalten wird. Diese Einstellung kann dadurch erreicht werden, dass die Längen des ersten bis vierten Verbindungsdrahtes 121A bis 121D geändert werden, was daher zu einer weiteren Kostenreduzierung des Drehenkoders 8 beiträgt, wenn dies mit einer Konfiguration verglichen wird, die zusätzlich eine Korrekturschaltung enthält.
Das erste Erfassungsspulenmuster 120A und das zweite Erfassungsspulenmuster 120B sind in dem Erfassungsspulenintervall X1 räumlich voneinander beabstandet. Das erste Erregerspulenmuster 130A, das zweite Erregerspulenmuster 130B und das dritte Erregerspulenmuster 130C sind ebenfalls von jeweils angrenzenden Mustern in dem Erregerspulenintervall X2 voneinander beabstandet. Das Erfassungsspulenintervall X1 und das Erregerspulenintervall X2 sind so festgelegt, dass sie die gleiche Länge haben. Infolgedessen sind die Erfassungsspule 120 und die Erregerspule 130 so angeordnet, dass jeweilige Spulenmuster abwechselnd und überlappend platziert sind, wie dies in der 18 gezeigt ist.
Bei den angrenzenden ersten und zweiten Erregungsspulenmustern 130A und 130B wird dabei ermöglicht, dass elektrische Ströme in entgegengesetzten Richtungen strömen. In ähnlicher Weise wird bei den angrenzenden zweiten und dritten Erregerspulenmustern 130B und 130C ermöglicht, dass elektrische Ströme in entgegengesetzte Richtungen strömen. Eine rechte lange Seite des ersten Erregerspulenmusters 130A und eine linke lange Seite des ersten Erfassungsspulenmusters 120A sind miteinander verknüpft. Eine linke lange Seite des zweiten Erregerspulenmusters 130B und eine rechte lange Seite des ersten Erfassungsspulenmusters 120A sind miteinander verknüpft. Eine rechte lange Seite des zweiten Erregerspulenmusters 130B und eine linke lange Seite des zweiten Erfassungsspulenmusters 120B sind miteinander verknüpft. Eine linke lange Seite des dritten Erregerspulenmusters 130C und eine rechte lange Seite des zweiten Erfassungsspulenmusters 120B sind miteinander verknüpft. Die linke lange Seite und die rechte lange Seite des zweiten Erregerspulenmusters 130B erzeugen jeweils elektromotorische Kräfte für das erste Erfassungsspulenmuster 120A und das zweite Erfassungsspulenmuster 120B. Dementsprechend wird die seitliche Breite der Erfassungsspule 120 und der Erregerspule 130 jeweils so festgelegt, dass sie schmal ist. Diese Konfiguration kann zu einer Größenreduzierung des Drehenkoders 8 beitragen.
Ein fünftes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend beschrieben. Das fünfte Ausführungsbeispiel ist im wesentlichen identisch zu der Konfiguration des Drehenkoders 8 des vierten Ausführungsbeispiels außer einer Z– Phasenerregerspule, einer Z-Phasenerfassungsspule und einem Z-Phasenerfassungsbereich, der zusätzlich zu der Erfassungsspule 120 und der Erregerspule 130 vorgesehen ist. Diese Konfiguration des ersten Ausführungsbeispiels kann dieselben Probleme wie bei dem vierten Ausführungsbeispiel lösen.
Die 22 zeigt eine schematische Ansicht einer Z-Phasenerfassungskonfiguration bei dem fünften Ausführungsbeispiel, wobei (a) eine Draufsicht der Z-Phasenerfassungsspule zeigt, (b) eine Draufsicht der Z-Phasenerregerspule zeigt und (c) eine Draufsicht eines Rotormusters zeigt. Eine Z-Phasenerfassungsspule Z120 ist wie die Erfassungsspule 120 so konfiguriert, dass ein Draht mit etwas weniger als drei Wicklungen gewickelt wird. Eine Z-Phasenerregerspule Z130 hat ein erstes Z-Phasenerregerspulenmuster Z130A und ein zweites Z-Phasenerregerspulenmuster Z130B, so dass diese Muster Z130A und Z130B ermöglichen, dass elektrische Ströme in entgegengesetzte Richtungen strömen.
Wie bei dem vierten Ausführungsbeispiel ist das Rotormuster 13 mit den magnetischen Bereichen 11 und den nicht-magnetischen Bereichen 12 ausgebildet. Zusätzlich sind ein Z-Phasenerfassungsbereich 115 und vorläufige Z-Phasenerfassungsbereiche 116 angrenzend an der Reihe der magnetischen Bereiche 11 und der nicht-magnetischen Bereiche 12 vorgesehen, die abwechselnd angeordnet sind. Der Z-Phasenerfassungsbereich 115 befindet sich zwischen den vorläufigen Z-Phasenerfassungsbereichen 116. Wie dies in der 22(c) gezeigt ist, ist die Breite von jedem vorläufigen Z-Phasenerfassungsbereich 116 schmaler festgelegt als die Breite des Erfassungsbereichs 115 in einer Richtung senkrecht zu einer Rotordrehrichtung A. Die Z-Phasenerfassungsspule Z120 und die Z-Phasenerregerspule Z130 sind an dem flexiblen, gedruckten Substrat 23 so platziert, dass sie dem Z-Phasenerfassungsbereich 115 und den vorläufigen Z-Phasenerfassungsbereichen 116 zugewandt sind. Dementsprechend haben der Z-Phasenerfassungsbereich 115 und die vorläufigen Z-Phasenerfassungsbereiche 116 unterschiedliche magnetische Permeabilitäten gegenüber den nicht-magnetischen Bereichen 12.
Der Drehenkoder 8 des fünften Ausführungsbeispiels, der gemäß der vorstehenden Beschreibung konfiguriert ist, kann die folgenden Betriebe und Wirkungen bereitstellen.
Die 23 zeigt eine graphische Darstellung einer abgegebenen Wellenform von der Z-Phasenerfassungsspule Z120 bei dem fünften Ausführungsbeispiel. Die 24 zeigt eine graphische Darstellung einer abgegebenen Wellenform von einer Z-Phasenerfassungsspule, die für Vergleichszwecke vorbereitet wurde. Bei dem Drehenkoder 8 des fünften Ausführungsbeispiels passiert die Z-Phasenerregerspule Z130 zunächst einen der vorläufigen Z-Phasenerfassungsbereiche 116. Somit wird der um die Spulenmuster der Z-Phasenerregerspule Z130 erzeugte magnetische Fluss durch den vorläufigen Z-Phasenerfassungsbereich 116 verstärkt, wodurch eine elektromotorische Kraft in der Z-Phasenerfassungsspule Z120 erzeugt wird. Jedoch ist der Bereich des vorläufigen Z-Phasenerfassungsbereiches 116 schmal, und somit steigt eine erste Spitze T11, die eine ansteigende Flanke einer Dummy-Musterabgabe D1 darstellt, nicht so stark an, wie dies in der 23 gezeigt ist.
Danach erfasst der nicht-magnetischen Bereiche 12, der zwischen dem vorläufigen Z-Phasenerfassungsbereich 116 und dem Z-Phasenerfassungsbereich 115 ausgebildet ist, eine zweite Spitze T12, die eine fallende Flanke der Dummy-Musterabgabe D1 darstellt. Unter dem Einfluss der vorläufigen Z-Phasenerfassungsbereiche 116 werden dann eine erste Spitze T11 und eine zweite Spitze T12 des Triggersignals T1 durch die Z-Phasenerfassungsspule Z120 erfasst. Der andere der vorläufigen Z-Phasenerfassungsbereiche 116 wird dann erfasst. Somit werden eine dritte Spitze T21 und eine vierte Spitze T22 einer Dummy-Musterabgabe D2 durch die Z-Phasenerfassungsspule Z120 erfasst.
In dem Fall, der in der 24 gezeigt und für Vergleichszwecke vorbereitet wurde, der nur den Z-Phasenerfassungsbereich 115 aufweist, aber keinen vorläufigen Z-Phasenerfassungsbereich 116, steigen andererseits eine erste Spitze T21 und eine zweite Spitze T22 eines Triggersignals T2 behutsam an, wie dies in der 24 gezeigt ist. Wie dies in der 24 ersichtlich ist, steigt das Signal in einem Flankenabschnitt B in einer frühen Stufe langsam an. Bei dem Vergleichsfall, der in der 24 gezeigt ist, kann sich daher die Zeitgebung der Triggererfassung verzögern. Im Gegensatz dazu steigt bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel, das die vorläufigen Z-Phasenerfassungsbereiche 116 an beiden Seiten des Z-Phasenerfassungsbereiches 115 aufweist, das Triggersignal T1 stark an, so dass die Zeitgebung der Z-Phasenerfassung weniger wahrscheinlich verzögert wird.
Gemäß dem Drehenkoder 8 des fünften Ausführungsbeispiels, der die vorläufigen Z-Phasenerfassungsbereiche 116 aufweist, die an beiden Seiten des Z-Phasenerfassungsbereiches 115 platziert sind, kann die Erfassungsgenauigkeit des Triggersignals T1 erhöht werden, das durch die Z-Phasenerfassungsspule Z120 erhalten wird. Da das Triggersignal T1 für eine zeitliche Korrektur der abgegebenen Wellenform verwendet wird, die von der Erfassungsspule 120 zu erfassen ist, kann die Genauigkeit des Drehenkoders 8 schließlich verbessert werden.
Die vorliegende Erfindung wurde mit den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen beschrieben, sie ist aber nicht darauf beschränkt. Die Erfindung kann in anderen spezifischen Formen ausgeführt werden, ohne dass deren wesentliche Charakteristika verlassen werden. Zum Beispiel können die vorstehend beschriebenen Materialien durch andere Materialien mit erforderlichen Funktionen ersetzt werden, um den Zweck der Erfindung zu erreichen.
Zum Beispiel hat der Stator 9 bei dem ersten bis dritten Ausführungsbeispiel drei Erfassungsspulen 16 und vier Erregerspulen 17, und der Stator 9 bei dem vierten und dem fünften Ausführungsbeispiel hat vier Erfassungsspulen 16 und vier Erregerspulen 17. Jedoch ist die Anzahl der Spulen nicht darauf beschränkt. Ein Verfahren zum Herstellen der Erfassungsspule 16 und der Erregerspule 17 ist nicht auf jenes Verfahren beschränkt, das ein gedrucktes Substrat verwendet, und es kann aus anderen Herstellungsverfahren, wie zum Beispiel Tintenstrahlzeichnen, ausgewählt werden.
Darüber hinaus kann das Hinterjoch 15 in einem eingebetteten Zustand in dem Statorhauptkörper 26 ausgebildet sein. Die Erfassungsspule 16 und die Erregerspule 17 können hinsichtlich der Position an dem flexiblen, gedruckten Substrat 23 ausgetauscht werden, das heißt, die Erfassungsspule 16 wird an einer oberen Fläche des Substrats 23 platziert, und die Erregerspule 17 wird an einer unteren Fläche des Substrats 23 in der 4 platziert. Als eine andere Alternative können die Erfassungsspule 16 und die Erregerspule 17 an einer der Flächen des Substrates 23 platziert werden, um zwei Lagen auszubilden. In diesem Fall wird das Hinterjoch 15 an einer entgegengesetzten Seite des Substrats 23 von jener Seite ausgebildet, an der die Erfassungsspule 16 und die Erregerspule 17 platziert werden. Die Spulenmuster der Erfassungsspule 120 und der Erregerspule 130 können ebenfalls durch ein Verfahren ausgebildet werden, das als eine Technik zum Erzeugen eines gedruckten Substrates bekannt ist.
Bezugszeichenliste

8: Drehenkoder
9: Stator
10: Rotor
11: magnetischer Bereich
12: nicht-magnetischen Bereich
13: Rotormuster
15: Hinterjoch
16: Erfassungsspule
17: Erregerspule
23: flexibles, gedrucktes Substrat
24: Montageelement
25: Schaltungselement
26: Statorhauptkörper
30: PI-Film
31, 32, 33, 34, 35: Differenzialverstärker
41, 42, 43: Hülldetektor
51, 52: Vergleicher
61, 62, 63, 71, 72: Einstellschaltung
100, 200: Ersatzschaltung
115: Z-Phasenerfassungsbereich
116: vorläufiger Z-Phasenerfassungsbereich
120: Erfassungsspule
130: Erregerspule
151, 152, 153, 154, 155, 156: Differenzialverstärker
161, 162, 163, 164: Hülldetektor
165, 166: Vergleicher
Am1, Am2, Am3: Amplitude
C1, C2, C3: erster, zweiter, dritter Kopplungsteil
D1, D2: Dummy-Musterabgabe
Of: Offsetbreite
T1, T2: Triggersignal
V1, V2, V3: elektromotorische Kraft
V4: Abgabe
V_REF: elektrische Referenzspannung
Va, Vb: Offsetbetrag
X1: Erfassungsspulenintervall
X2: Erregerspulenintervall
X3: elektrischer Winkel
Z120: Z-Phasenerfassungsspule
Z130: Z-Phasenerregerspule

Claims

Positionssensor (8) mit: einem Stator (9), der eine Erregerspule (17; 130) und eine Erfassungsspule (16; 120) aufweist, die jeweils mit einer ebenen Form ausgebildet sind; und einem Bewegungselement (10), das so platziert ist, dass es dem Stator (9) zugewandt ist und mit vielen Bereichen (11, 12) versehen ist, die zueinander unterschiedliche magnetische Permeabilitäten haben und in einer Bewegungsrichtung (A) des Bewegungselements (10) periodisch angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Erregerspule (17; 130) ein erstes Erregerspulenmuster (17a; 130a) und ein zweites Erregerspulenmuster (17b; 130b) aufweist, das angrenzend an dem ersten Erregerspulenmuster (17a; 130A) ausgebildet ist, die Erfassungsspule (16; 120) ein Erfassungsspulenmuster (16a; 120A) aufweist, das zwischen dem ersten Erregerspulenmuster (17a; 130A) und dem zweiten Erregerspulenmuster (17b; 130B) in der Bewegungsrichtung des Bewegungselements (10) platziert ist, und das zweite Erregerspulenmuster (17b; 130B) so gewickelt ist, dass ein Erregerstrom in einer entgegengesetzten Richtung zu dem ersten Erregerspulenmuster (17a; 130A) strömt.
Positionssensor (8) gemäß Anspruch 1, wobei das erste Erregerspulenmuster (17a) und das zweite Erregerspulenmuster (17b) Drahtabschnitte (17ar, 17bl) aufweisen, die einander zugewandt sind, wobei sich die Drahtabschnitte an Positionen befinden, die einen Teil von Drahtabschnitten (16al, 16ar) des Erfassungsspulenmusters (16a) überlappen, indem eine Isolierlage (23, 30) zwischengeschaltet ist.
Positionssensor (8) gemäß Anspruch 1 oder 2, des weiteren mit einem Kopplungsteil (C1–C3; 140A–140D; C11–C12) zum Hinzufügen einer auf die Erregerspule (17; 130) aufgebrachten Erregersignalkomponente zu einem Erfassungssignal, das durch die Erfassungsspule (16; 120) zu erfassen ist; und einer Hülldetektorschaltung (41–43; 161–164), die mit der Erfassungsspule (16; 120) verbunden ist, wobei der Positionssensor dazu konfiguriert ist, einen Winkel des Bewegungselements auf der Grundlage eines Hüllsignals zu erfassen, das durch das Erfassungssignal von der Erfassungsspule (16; 120) erhalten wird, indem es durch die Hülldetektorschaltung (41–43; 161–164) hindurch tritt.
Positionssensor (8) gemäß Anspruch 3, des Weiteren mit einer Einstellschaltung (61–63; 71, 72), die nach der Hülldetektorschaltung (41–43; 161–164) platziert ist, um einen Offsetwert eines resultierenden Signals von der Hinzufügung der Erregersignalkomponente einzustellen.
Positionssensor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Erregerspule und die Erfassungsspule an einem flexiblen, gedruckten Substrat (23) ausgebildet sind, eine magnetische Materiallage (15) an einer entgegengesetzten Seite des flexiblen, gedruckten Substrates (23) von einer Seite ausgebildet ist, an der die Erregerspule und die Erfassungsspule ausgebildet sind, und die magnetische Materiallage durch einen Kunststofffilm (30) abgedeckt ist.
Positionssensor (8) mit: einem Stator (9), an dem eine Erregerspule (130) und eine Erfassungsspule (120) jeweils mit einer ebenen Form ausgebildet und aneinander platziert sind; und einem Bewegungselement (10), das so platziert ist, dass es dem Stator (9) zugewandt ist, wobei das Bewegungselement mit einer Fläche ausgebildet ist, die dem Stator zugewandt ist, so dass die Fläche für eine sich ändernde magnetische Permeabilität in einer Bewegungsrichtung sorgt, wobei die Erregerspule (130) ein erstes Erregerspulenmuster (130A) und ein zweites Erregerspulenmuster (130B) aufweist, die so gewickelt sind, dass Erregerströme so strömen, dass sie in entgegengesetzten Richtungen zueinander strömen, wobei die Erfassungsspule (120) ein erstes Erfassungsspulenmuster (120A) aufweist, das zwischen dem ersten Erregerspulenmuster (130A) und dem zweiten Erregerspulenmuster (130B) in der Bewegungsrichtung (A) des Bewegungselements (10) platziert ist, wobei das erste Erfassungsspulenmuster (120A) ein Signal abgibt, das sich gemäß einer Kopplungsänderung zwischen dem ersten Erfassungsspulenmuster (120A) sowie dem ersten und dem zweiten Erregerspulenmuster (130A, 130B) gemäß einer Bewegung des Bewegungselements ändert, dadurch gekennzeichnet, dass der Positionssensor des weiteren einen ersten Kopplungsteil (140A) aufweist, an dem ein erster Verbindungsdraht (121A), der das erste Erfassungsspulenmuster (120A) mit einem ersten Abgabeanschluss (122A) verbindet, parallel zu dem ersten Erregerspulenmuster (130A) verläuft.
Positionssensor (8) gemäß Anspruch 6, wobei die Erregerspule (130) eine dritte Erregerspule (130C) aufweist, die so gewickelt ist, dass ein Erregerstrom in einer entgegengesetzten Richtung zu dem zweiten Erregerspulenmuster (130B) strömt, wobei die Erfassungsspule (120) ein zweites Erfassungsspulenmuster (120B) aufweist, das zwischen dem zweiten Erregerspulenmuster (130B) und dem dritten Erregerspulenmuster (130C) in der Bewegungsrichtung (A) des Bewegungselements (10) platziert ist, wobei das zweite Erfassungsspulenmuster (120B) ein Signal abgibt, das sich gemäß einer Kopplungsänderung zwischen dem zweiten Erfassungsspulenmuster (120B) sowie dem zweiten und dritten Erregerspulenmuster (130B, 130C) gemäß einer Bewegung des Bewegungselements (10) ändert, und der Positionssensor des weiteren einen zweiten Kopplungsteil (140B) aufweist, an dem ein zweiter Verbindungsdraht (121B), der das zweite Erfassungsspulenmuster (120B) mit einem zweiten Abgabeanschluss (122B) verbindet, parallel zu dem zweiten Erregerspulenmuster (130B) verläuft.
Positionssensor (8) gemäß Anspruch 7, wobei eine Kopplungsgröße zwischen dem ersten Verbindungsdraht (121A) und der ersten Erregerspule (130A) in dem ersten Kopplungsteil (140A) und eine Kopplungsgröße zwischen dem zweiten Verbindungsdraht (121B) und dem zweiten Erregerspulenmuster (130B) in dem zweiten Kopplungsteil (140B) voneinander unterschiedlich sind.
Positionssensor (8) gemäß Anspruch 6, wobei die Erregerspule eine Z-Phasenerregerspule (Z130) aufweist, die mit einem ersten Z-Phasenerregerspulenmuster (Z130A) und einem zweiten Z-Phasenerregerspulenmuster (Z130B) versehen ist, wobei die Erfassungsspule eine Z-Phasenerfassungsspule (Z120) aufweist, die mit einem Z-Phasenerfassungsspulenmuster versehen ist, wobei das Bewegungselement (10) an einem Bewegungselementsubstrat (12), das aus einem nicht-magnetischen Metall geschaffen ist, und an einer Fläche, die der Z-Phasenerfassungsspule zugewandt ist, einen Z-Phasenerfassungsbereich (115), der eine andere magnetische Permeabilität als eine magnetische Permeabilität des Bewegungselementsubstrats (12) hat, und vorläufige Z-Phasenerfassungsbereiche (116) aufweist, die eine andere magnetische Permeabilität als die magnetische Permeabilität des Bewegungselementsubstrats (12) haben, und wobei die vorläufigen Z-Phasenerfassungsbereiche (116) an beiden Seiten des Z-Phasenerfassungsbereichs (115) in der Bewegungsrichtung (A) des Bewegungselements (10) platziert sind.