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Die Erfindung bezieht sich allgemein auf einen Positionsdetektor zum Erfassen einer Position eines Erfassungsobjekts.
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Im Allgemeinen erfasst ein magnetischer Positionsdetektor eine Änderung der Position eines Erfassungsobjekts bezüglich eines Bezugsteils. Zum Beispiel ist der in dem Patentdokument 1 (d. h.
JP 08-292004 A ) offenbarte Positionsdetektor so gestaltet, dass er mit zwei Magneten und zwei Jochen einen geschlossenen Magnetkreis bildet. Der Positionsdetektor hat außerdem einen Magnetflussdichtendetektor, der innerhalb eines Spalts zwischen den zwei Jochen im Inneren des geschlossenen Magnetkreises angeordnet ist. Die zwei Joche haben jeweils eine flache Plattenform, und die Breite des Spalts zwischen den zwei Jochen ist entlang der Längsrichtung des Jochs und an allen Positionen über die gesamte Längslänge der zwei Joche konstant. Die zwei flachen plattenförmigen Joche binden allgemein die zwei Magnete oder zwängen sie ein. Einer der zwei Magnete ist also zwischen einem ersten Ende jedes Jochs positioniert und der andere der zwei Magnete ist zwischen einem zweiten Ende jedes Jochs positioniert.
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Magnetische Flüsse, die aus einem N-Pol eines Magneten ausfließen, werden in drei Arten kategorisiert, einen magnetischen Rückfluss, der durch eines der zwei Joche fließt und von einem Magneten zum anderen Magneten fließt, einen magnetischen Überlauffluss, der von einem Joch in den Spalt zwischen den zwei Jochen fließt und zum anderen Joch fließt, und einen magnetischen Direktfluss, der direkt, ohne durch eines der Joche zu gehen, in den Spalt zwischen den zwei Jochen geht und zu einem S-Pol fließt. Der magnetische Flussdichtendetektor erfasst die folgenden zwei Arten an in ihm fließenden Flüssen, und zwar den magnetischen Überlauffluss und/oder den magnetischen Direktfluss. Die Dichte des durch den magnetischen Flussdichtendetektor gehenden magnetischen Flusses ändert sich entsprechend einer Position des magnetischen Flussdichtendetektors bezüglich des Jochs. Der Positionsdetektor erfasst beruhend auf der Dichte des magnetischen Flusses, die von dem magnetischen Flussdichtendetektor erfasst wird, eine Position des Erfassungsobjekts.
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In dem im Patentdokument 1 offenbarten Positionsdetektor ändert sich die Dichte des magnetischen Flusses, die durch einen Magnetflussdichtendetektor geht, aufgrund des Einflusses des magnetischen Direktflusses, der zwischen den zwei Jochen in einem Endabschnitt des Spalts fließt, steil. Daher wird der Zusammenhang zwischen der Position des Erfassungsobjekts und dem Ausgabesignal vom Magnetflussdichtendetektor (d. h. eine Position-Ausgabe-Korrelation) als ein linearer Zusammenhang wahrgenommen, wenn sich der Magnetflussdichtendetektor bezüglich der zwei Joche an oder um einen Mittelteil des Spalts herum bewegt, doch weicht die Position-Ausgabe-Korrelation von diesem linearen Zusammenhang ab, wenn sich der Magnetflussdichtendetektor bezüglich der zwei Joche an oder um die Endabschnitte des Spalts herum bewegt. Mit anderen Worten ist das Ausgabesignal vom Magnetflussdichtendetektor nicht ausreichend linear.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Positionsdetektor mit einem Magnetflussdichtendetektor zur Verfügung zu stellen, der ein Signal mit verbesserter Linearität ausgibt.
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Bei einer Ausgestaltung der Erfindung erfasst ein Positionsdetektor eine Position eines Erfassungsobjekts bezüglich eines Bezugsteils. Der Positionsdetektor umfasst ein erstes Magnetflussübertragungsteil, das auf einem des Bezugsteils oder des Erfassungsobjekts angeordnet ist. Das erste Magnetflussübertragungsteil hat ein erstes Ende und ein zweites Ende, und ein zweites Magnetflussübertragungsteil ist so angeordnet, dass es zwischen dem ersten Magnetflussübertragungsteil und dem zweiten Magnetflussübertragungsteil einen Spalt definiert. Das zweite Magnetflussübertragungsteil hat ein erstes Ende und ein zweites Ende. Ein erster Magnetflusserzeuger ist zwischen dem ersten Ende des ersten Magnetflussübertragungsteils und dem ersten Ende des zweiten Magnetflussübertragungsteils positioniert. Ein zweiter Magnetflusserzeuger ist zwischen dem zweiten Ende des ersten Magnetflussübertragungsteils und dem zweiten Ende des zweiten Magnetflussübertragungsteils positioniert. Ein Magnetflussdichtendetektor ist innerhalb des Spalts positioniert, auf dem anderen des Bezugsteils oder des Erfassungsobjekts angeordnet und gibt entsprechend einer Dichte eines durch den Magnetflussdichtendetektor gehenden magnetischen Flusses ein Signal aus.
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Und zwar ist bei der Erfindung, wenn angenommen wird, dass eine Spaltbreite des Spalts durch eine Breitenmessung des Spalts in einer senkrechten Richtung zwischen dem ersten Magnetflussübertragungsteil und dem zweiten Magnetflussübertragungsteil definiert ist, eine Relativbewegungsrichtung als eine Bewegungsrichtung des Magnetflussdichtendetektors bezüglich des ersten Magnetflussübertragungsteils definiert ist und ein Bewegungsbereich als ein Bewegungsbereich des Magnetflussdichtendetektors innerhalb des Spalts definiert ist, eine Spaltbreite an jeder Endposition des Bewegungsbereichs des Magnetflussdichtendetektors entlang der Relativbewegungsrichtung größer als eine Spaltbreite an einer Mitte des Bewegungsbereichs des Magnetflussdichtendetektors entlang der Relativbewegungsrichtung.
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Daher werden der magnetische Überlauffluss und der magnetische Direktfluss, die an jeder Endposition des Spalts fließen, bezüglich eines Positionsdetektors, der eine konstante Spaltbreite entlang der gesamten Relativbewegungsrichtung hat, verringert. Die Dichte des magnetischen Flusses, der durch den Magnetflussdichtendetektor geht, wenn der Magnetflussdichtendetektor an jedem Längsende des Spalts positioniert ist, nimmt also ab. Wenn sich der Magnetflussdichtendetektor bezüglich des Magnetflussübertragungsteils an oder um die Enden des Spalts herum bewegt, wird eine Änderungsrate der magnetischen Flussdichte, die von dem Magnetflussdichtendetektor erfasst wird, verhältnismäßig klein. Daher verbessert sich die Linearität des Ausgabesignals vom Magnetflussdichtendetektor.
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Wenn des Weiteren angenommen wird, dass ein Erfassungsbereich als ein Winkelbereich definiert ist, innerhalb dessen eine Position des Erfassungsobjekts erfasst wird, eine tatsächliche Ausgabelinie einen Zusammenhang zwischen einer Position des Erfassungsobjekts und einem Ausgabesignal des Magnetflussdichtendetektors darstellt, ein Punkt 0 als ein Punkt auf der tatsächlichen Ausgabelinie definiert ist, an dem die Dichte des durch den magnetischen Flussdichtendetektor gehenden magnetischen Flusses gleich null ist, eine ideale gerade Linie als eine Liniendarstellung definiert ist, die durch den Punkt 0 geht und eine ideale Steigung hat, ein Maximalpunkt als ein Punkt auf der idealen geraden Linie innerhalb des Erfassungsbereichs definiert ist, an dem das Ausgabesignal maximal ist, und ein Minimalpunkt als ein Punkt auf der idealen geraden Linie innerhalb des Erfassungsbereichs definiert ist, an dem das Ausgabesignal minimal ist, kann der Spalt so gestaltet sein, dass die tatsächliche Ausgabelinie durch zumindest den Minimalpunkt, den Punkt 0 und den Maximalpunkt geht.
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Ferner kann der Spalt durch eine erste Innenfläche des ersten Magnetflussübertragungsteils und eine zweite Innenfläche des zweiten Magnetflussübertragungsteils definiert sein, und jede der ersten Innenfläche und der zweiten Innenfläche kann eine gekrümmte Fläche sein, die einen konstanten Krümmungsradius hat.
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Außerdem kann der Spalt durch eine erste Innenfläche des ersten Magnetflussübertragungsteils und eine zweite Innenfläche des zweiten Magnetflussübertragungsteils definiert sein, und jede der ersten Innenfläche und der zweiten Innenfläche kann eine Freiformfläche sein, die der tatsächlichen Ausgabelinie ermöglicht, sich entlang der idealen geraden Linie zu erstrecken.
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Darüber hinaus kann sich das Erfassungsobjekt bezüglich des Bezugsteils drehen, und das erste Magnetflussübertragungsteil und das zweite Magnetflussübertragungsteil können eine Bogenform haben, die sich bezogen auf das Bezugsteil entlang einer Relativbewegungsrichtung des Erfassungsobjekts erstreckt.
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Des Weiteren kann sich das Erfassungsobjekt bezüglich des Bezugsteils linear bewegen, und das erste Magnetflussübertragungsteil und das zweite Magnetflussübertragungsteil können eine Linearform haben, die sich bezogen auf das Bezugsteil entlang einer Relativbewegungsrichtung des Erfassungsobjekts linear erstreckt.
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Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden anhand der folgenden ausführlichen Beschreibung deutlicher, die unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erfolgt. Es zeigen:
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1 ein Umrissgestaltungsdiagramm einer Drehantriebsvorrichtung, bei der in einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Positionsdetektor angewandt wird;
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2 eine Schnittansicht entlang der Linie II-II von 1;
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3 eine auseinandergezogene Schnittansicht eines Abschnitts, der in 1 mit dem Pfeil III angegeben ist;
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4 eine Schnittansicht des Positionsdetektors von 2;
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5 ein Diagramm einer Ausgabekennlinie eines Hall-Elements von 2;
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6 eine Schnittansicht des Positionsdetektors in einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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7 ein Diagramm einer Ausgabekennlinie eines Hall-Elements von 6;
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8 eine Schnittansicht des Positionsdetektors in einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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9 ein Diagramm einer Ausgabekennlinie eines Hall-Elements von 8;
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10 eine Schnittansicht des Positionsdetektors in einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
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11 ein Diagramm einer Ausgabekennlinie eines Hall-Elements von 10.
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Beruhend auf den Zeichnungen werden mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Gleiche Teile haben in den Zeichnungen gleiche Bezugszahlen, und ihre Beschreibung wird der Kürze halber nicht wiederholt.
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Erstes Ausführungsbeispiel
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Der Positionsdetektor in dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird bei der in 1 gezeigten Drehantriebsvorrichtung angewandt. Die Drehantriebsvorrichtung 80 wird verwendet, um einen Öffnungs- und Schließantrieb eines (nicht dargestellten) Wastegate-Ventils vorzunehmen. In einer turbogeladenen Kraftmaschine leitet das Wastegate-Ventil einen Abgasstrom um das Turbinengehäuse eines Turboladers herum.
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Zunächst wird beruhend auf 1 die Gestaltung der Drehantriebsvorrichtung 80 erläutert. Die Drehantriebsvorrichtung 80 ist mit einer Einhausung 81, einem Gehäuse 82, einem Motor 85, einem Drehkörper 87, einer Abtriebswelle 92 und einem Positionsdetektor 10 versehen.
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Die Einhausung 81 hat einen Hohlraum für einen Motor. Die Einhausung 81 kann auf einem Fahrzeugaufbau oder auf einem Bauteil, das an dem Fahrzeugaufbau angebracht ist, befestigt werden.
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Das Gehäuse 82 bildet ein Abdeckungsteil 83, das an einer Öffnung der Einhausung 81 befestigt ist. Das Gehäuse 82 hat außerdem ein Anschlusssteckerteil 84, das von dem Abdeckungsteil 83 aus zu einer Außenseite des Gehäuses 82 hin vorsteht.
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Der Motor 85 ist in der Einhausung 81 positioniert und ist über einen Stromanschluss 93 mit einer elektronischen Steuerungseinheit (ECU) 95 elektrisch verbunden. Der Motor 85 dreht eine Motorwelle 86, wenn von der ECU 95 elektrischer Strom zugeführt wird.
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Der Drehkörper 87 ist ein Scheibenbauteil, das mittig auf der Motorwelle 86 angeordnet ist. Der Drehkörper 87 hat ein bogenförmiges Durchgangsloch 88, das sich in Umfangsrichtung an einer Position fern von einer axialen Mitte 96 der Scheibenform erstreckt. Der Drehkörper 87 ist mit der Motorwelle 86 verbunden, was eine Übertragung der Drehung des Körpers 87 auf die Motorwelle 86 ermöglicht.
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Die Abtriebswelle 92 ist mittig auf der Motorwelle 86 angeordnet und wird drehbar von dem Gehäuse 82 getragen. Die Abtriebswelle 92 ist ebenfalls mit dem Drehkörper 87 verbunden, was eine Übertragung der Drehung des Körpers 87 auf die Welle 92 ermöglicht. Die Abtriebswelle 92 ist über einen nicht dargestellten Verbindungsmechanismus mit dem Wastegate-Ventil verbunden.
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Der Positionsdetektor 10 ist an einer Position entlang der Motorwelle 86 angeordnet, die die gleiche Axialposition wie der Drehkörper 87 hat. Der Positionsdetektor 10 ist außerdem an einer Radialposition (d. h. einer Position entlang eines Radius der Vorrichtung 80) angeordnet, die von der axialen Mitte 96 weg exzentrisch verschoben ist, um einen relativen Drehwinkel des Drehkörpers 87 bezüglich des Gehäuses 82 zu erfassen. Das Gehäuse 82 kann in den Ansprüchen einem Bezugsteil entsprechen, und der Drehkörper 87 kann in den Ansprüchen einem Erfassungsobjekt entsprechen. Der Positionsdetektor 10 ist über einen Signalanschluss 94 mit der ECU 95 elektrisch verbunden.
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Wenn von der ECU 95 elektrischer Strom zugeführt wird, dreht die Drehantriebsvorrichtung 80 durch den Motor 85 die Abtriebswelle 92 und gibt vom Positionsdetektor 10 entsprechend einem Drehwinkel des Drehkörpers 87 eine Spannung an die ECU 95 aus. Die ECU 95 treibt den Motor 85 beruhend auf der Ausgangsspannung des Positionsdetektors 10 an und führt eine Regelung durch, so dass der Drehwinkel des Drehkörpers 87 mit einem Sollwert übereinstimmt.
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Die Gestaltung des Positionsdetektors 10 wird im Folgenden beruhend auf den 1 bis 3 erläutert.
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Der Positionsdetektor 10 ist mit einem ersten Joch 20, einem zweiten Joch 25, einem ersten Magneten 40, einem zweiten Magneten 45 und einem kurzschließenden Magnetwegteil 50 versehen.
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Das erste Joch 20 besteht aus einem weichmagnetischen Material und bildet einen äußeren Bogenabschnitt 21, der sich entlang einer nach innen gewandten Wand 89 des Durchgangslochs 88 des Drehkörpers 87 erstreckt. Des Weiteren erstreckt sich das erste Joch 20 von einem ersten Ende 22 des ersten Jochs 20 bis zu einem zweiten Ende 23 des ersten Jochs 20. Das erste Joch 20 ist auf dem Drehkörper 87 befestigt und kann in den Ansprüchen einem ersten Magnetflussübertragungsteil entsprechen.
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Das zweite Joch 25 besteht aus einem weichmagnetischen Material und bildet einen inneren Bogenabschnitt 26, der sich entlang der nach außen gewandten Wand 91 des Durchgangslochs 88 des Drehkörpers 87 erstreckt. Des Weiteren erstreckt sich das zweite Joch 25 von einem ersten Ende 27 des zweiten Jochs 25 zu einem zweiten Ende 28 des zweiten Jochs 25. Der äußere Bogenabschnitt 21 des ersten Jochs 20 und der innere Bogenabschnitt 26 des zweiten Jochs 25 definieren einen Spalt 30. Der Spalt 30 hat eine Bogenform, die sich in der Umfangsrichtung des Gehäuses 82 erstreckt. Das zweite Joch 25 ist auf dem Drehkörper 27 befestigt und kann in den Ansprüchen einem zweiten Magnetflussübertragungsteil entsprechen.
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Der erste Magnet 40 ist an einer Position zwischen dem ersten Ende 22 des ersten Jochs 20 und dem ersten Ende 27 des zweiten Jochs 25 angeordnet und kann in den Ansprüchen einem ersten Magnetflusserzeuger entsprechen. In diesem Ausführungsbeispiel stimmt die Magnetisierungsrichtung des ersten Magneten 40 mit einer Radialrichtung des Drehkörpers 87 überein. Als solches ist ein N-Pol 41 zu einer radialen Außenseite des Magneten 40 hin positioniert, und ein S-Pol 42 ist zu einer radialen Innenseite des Magneten 40 hin positioniert.
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Der zweite Magnet 45 ist an einer Position zwischen dem zweiten Ende 23 des ersten Jochs 20 und dem zweiten Ende 28 des zweiten Jochs 25 angeordnet und kann in den Ansprüchen einem zweiten Magnetflusserzeuger entsprechen. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Magnetkraft des zweiten Magneten 45 die gleiche wie die Magnetkraft des ersten Magneten 40. Die Magnetisierungsrichtung des zweiten Magneten 45 stimmt mit der Radialrichtung des Drehkörpers 87 überein. Als solches ist ein N-Pol 46 zu einer radialen Innenseite des Magneten 45 hin positioniert, und ein S-Pol 47 ist zu einer radialen Außenseite des Magneten 45 hin positioniert. Die Polarität des zweiten Magneten 45 ist also entgegengesetzt zur Polarität des ersten Magneten 40.
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Das erste Joch 20 und das zweite Joch 25 sind Magnetkreiskomponenten, die den ersten Magneten 40 und den zweiten Magneten 45 verbinden und zusammen mit dem ersten Magneten 40 und dem zweiten Magneten 45 einen geschlossenen Magnetkreis bilden. Magnetische Flüsse, die aus dem N-Pol 41 des ersten Magneten 40 ausfließen, umfassen einen magnetischen Rückfluss, der durch das erste Joch 20 fließt, um zum zweiten Magneten 45 zu fließen, einen magnetischen Überlauffluss, der vom ersten Joch 20 durch den Spalt 30 fließt, um zum zweiten Joch 25 zu fließen, und einen magnetischen Direktfluss, der durch den Spalt 30 zum S-Pol 42 fließt, ohne durch das erste Joch 20 und das zweite Joch 25 zu gehen. Des Weiteren umfassen magnetische Flüsse, die aus dem N-Pol 46 des zweiten Magneten 45 ausfließen, einen magnetischen Rückfluss, der durch das zweite Joch 25 fließt, um zum ersten Magneten 40 zu fließen, einen magnetischen Überlauffluss, der vom zweiten Joch 25 durch den Spalt 30 fließt, um zum ersten Joch 20 zu fließen, und einen magnetischen Direktfluss, der durch den Spalt 30 zum S-Pol 47 fließt, ohne durch das erste Joch 20 und das zweite Joch 25 zu gehen.
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Das kurzschließende Magnetwegteil 50 hat einen Hall-IC 53 und Magnetflusssammeljoche 51, 52 zum Sammeln und Konzentrieren eines magnetischen Streuflusses, um ihn zum Hall-IC 53 fließen zu lassen. Die Magnetflusssammeljoche 51, 52 und der Hall-IC 53 sind auf einem Formbauteil 55 positioniert, das aus Harz besteht. Das Formbauteil 55 ist auf dem Gehäuse 82 befestigt. Die Magnetflusssammeljoche 51, 52 sind so angeordnet, dass die Magnetflusssammeljoche 51, 52 innerhalb des Spalts 30 radial ausgerichtet sind. Der Hall-IC 53 ist an einer Position zwischen den Magnetflusssammeljochen 51, 52 angeordnet und hat ein Hall-Element 54. Das Hall-Element 54 ist ein magnetoelektrischer Wandler, der den Hall-Effekt nutzt, und kann in den Ansprüchen einem Magnetflussdichtendetektor entsprechen. Das Hall-Element 54 gibt entsprechend der Dichte des magnetischen Flusses, der durch seine magnetosensitive Oberfläche geht, eine Spannung aus. Die Dichte des durch das Hall-Element 54 gehenden magnetischen Flusses ändert sich durch Zunahme oder Abnahme, wenn sich die Position des Hall-Elements 54 bezüglich eines geschlossenen Magnetkreises entsprechend der Relativdrehung des Drehkörpers 87 ändert. In diesem Ausführungsbeispiel ist nur ein Hall-Element 54 vorgesehen.
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Als Nächstes werden beruhend auf den 4 und 5 die Merkmale jeder Komponente des Positionsdetektors 10 beschrieben. Die folgende Beschreibung geht davon aus, dass (i) die Abmessung oder die Spaltbreite des Spalts 30 zwischen dem ersten Joch 20 und dem zweiten Joch 25 entlang der Radialrichtung, d. h. entlang des Radius der Zylinderform der Vorrichtung 80, genommen wird und (ii) sich das erste und zweite Joch 20, 25 bezogen auf das kurzschließende Magnetwegteil 50 in einer Relativbewegungsrichtung bewegen. Des Weiteren wird ein Winkelbereich, der unter Verwendung des Positionsdetektors 10 erfassbar ist, als ein Erfassungsbereich θfs bezeichnet, und ein Bewegungsbereich des Hall-Elements 54, innerhalb dessen in dem Spalt 30 eine Relativbewegung des Hall-Elements 54 bezogen auf das erste Joch 20 erlaubt wird, wird als ein Bewegungsbereich θm bezeichnet.
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Wie in 4 gezeigt ist, ist eine erste Innenfläche 24, die ein Teil des äußeren Bogenabschnitts 21 des ersten Jochs 20 ist, der den Spalt 30 definiert, eine gekrümmte Fläche, die einen konstanten Krümmungsradius hat, der durch drei Punkte geht (d. h. definiert ist). Die gekrümmte Fläche wird also durch eine erste Position P1, eine zweite Position P2 und eine dritte Position P3 definiert, die jeweils (i) ein Ende des Erfassungsbereichs θfs entlang der Relativbewegungsrichtung, (ii) eine Mitte des Erfassungsbereichs θfs entlang der Relativbewegungsrichtung und (iii) das andere Ende des Erfassungsbereichs θfs entlang der Relativbewegungsrichtung sind. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel befindet sich eine Krümmungsmittenachse 31 der ersten Innenfläche 24 auf der Seite der axialen Mitte 96, die näher an dem äußeren Bogenabschnitt 21 liegt.
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Des Weiteren ist eine zweite Innenfläche 29, die ein Teil des inneren Bogenabschnitts 26 des zweiten Jochs 25 ist, der den Spalt 30 definiert, eine gekrümmte Fläche, die einen konstanten Krümmungsradius hat, der durch drei andere Punkte geht. Die gekrümmte Fläche wird also durch eine vierte Position P4, eine fünfte Position P5 und eine sechste Position P6 definiert, die jeweils (i) ein Ende des Erfassungsbereichs θfs entlang der Relativbewegungsrichtung, (ii) eine Mitte des Erfassungsbereichs θfs entlang der Relativbewegungsrichtung und (iii) das andere Ende des Erfassungsbereichs θfs entlang der Relativbewegungsrichtung sind. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel befindet sich eine Krümmungsmittenachse 32 der zweiten Innenfläche 29 auf der entgegengesetzten Seite des äußeren Bogenabschnitts 21 bezüglich der axialen Mitte 96.
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Gemäß der oben beschriebenen Gestaltung nimmt die Spaltbreite des Spalts 30 innerhalb des Erfassungsbereichs θfs kontinuierlich von der Mitte zu den beiden Enden der Relativbewegungsrichtung zu, sodass die Spaltbreite gmax an beiden Endpositionen größer als die Spaltbreite g0 an der Mitte des Erfassungsbereichs θfs ist. Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf das Diagramm in 5 bezogen auf die erste Position P1 bis zur sechsten Position P6 das Charakteristische der Ausgabe des Positionsdetektors 10 beschrieben.
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5 beschreibt einen Zusammenhang zwischen einem relativen Drehwinkel θ des Drehkörpers 87 bezüglich des Gehäuses 82 und einer Ausgangsspannung V des Hall-Elements 54, die eine tatsächliche Ausgabelinie L1 ist, die in dem Diagramm als eine durchgezogene Linie dargestellt ist. Der Drehwinkel θ kann in den Ansprüchen einer Position eines Erfassungsobjekts entsprechen, und die Ausgangsspannung V kann in den Ansprüchen einem Ausgabesignal entsprechen. Des Weiteren ist in 5 eine weitere, durch eine zweifach punktierte Strichellinie dargestellte Linie, die eine ideale gerade Linie L2 ist, so eingezeichnet, dass sie (i) einen Punkt p0 hat, der ein Punkt auf der Ausgabelinie L1 ist und an dem die Dichte des erfassten magnetischen Flusses, der durch das Hall-Element 54 geht, gleich null ist, und (ii) eine ideale Steigung von "a" hat. Darüber hinaus stellt in 5 eine Strich-Punkt-Linie, die eine Ausgabelinie L3 ist, einen Zusammenhang zwischen einem Drehwinkel θ und einer Ausgangsspannung V dar, in dem die Spaltbreite entlang der Relativbewegungsrichtung konstant ist.
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Wenn in 5 ein Punkt auf der idealen geraden Linie L2 innerhalb des Erfassungsbereichs θfs, an dem die Ausgangsspannung V minimal wird, als ein Minimalpunkt pmin bezeichnet wird, wird eine Spaltbreite gmax in 4, die ein Abstand zwischen der ersten Position P1 und der vierten Position P4 ist, so eingestellt, dass sie dem Minimalpunkt pmin in 5 entspricht. Des Weitern wird die Spaltbreite g0 in 4, die ein Abstand zwischen der zweiten Position P2 und der fünften Position P5 ist, so eingestellt, dass sie dem Punkt p0 in 5 entspricht.
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Wenn des Weiteren in 5 ein Punkt auf der idealen geraden Linie L2 innerhalb des Erfassungsbereichs θfs, an dem die Ausgangsspannung V maximal ist, als ein Maximalpunkt pmax bezeichnet wird, wird eine Spaltbreite gmax in 4, die ein Abstand zwischen der dritten Position P3 und der sechsten Position P6 ist, so eingestellt, dass sie dem Maximalpunkt pmax in 5 entspricht.
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Wie oben beschrieben wurde, ist der Spalt 30 in dem Positionsdetektor 10 im ersten Ausführungsbeispiel so gestaltet, dass er innerhalb des Erfassungsbereichs θfs an beiden Endpositionen in der Relativbewegungsrichtung eine größere Spaltbreite gmax hat, die größer als die Spaltbreite g0 an der Mitte des Erfassungsbereichs θfs ist. Daher werden der magnetische Überlauffluss und der magnetische Direktfluss verringert, die an jeder Endposition des Spalts fließen, der für den gesamten Spalt entlang der Relativbewegungsrichtung eine konstante Spaltbreite hat. Die Dichte des magnetischen Flusses, der durch das Hall-Element 54 geht, wenn das Hall-Element 54 an jedem Längsende des Spalts 30 positioniert ist, nimmt also ab. Wenn sich das Hall-Element 54 an oder um die Enden des Spalts 30 herum bewegt, wird daher eine Änderungsrate der magnetischen Flussdichte, die von dem Hall-Element 54 erfasst wird, verhältnismäßig klein. Daher verbessert sich die Linearität des Ausgabesignals vom Hall-Element 54.
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Des Weiteren ist der Spalt 30 im ersten Ausführungsbeispiel so definiert, dass die tatsächliche Ausgabelinie L1 durch den Minimalpunkt pmin, den Punkt p0 und den Maximalpunkt pmax geht. Daher verbessert sich die Erfassungsgenauigkeit an beiden Enden des Erfassungsbereichs θfs.
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Des Weiteren sind die erste Innenfläche 24 und die zweite Innenfläche 29 im ersten Ausführungsbeispiel gekrümmte Flächen und haben einen konstanten Krümmungsradius. Daher können das erste Joch 20 und das zweite Joch 25 eine einfache Form haben, die für eine effiziente Auslegung und Fertigung sorgt.
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Zweites Ausführungsbeispiel
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Der Positionsdetektor in dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird beruhend auf den 6 und 7 erläutert.
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Wie in 6 gezeigt ist, ist der Positionsdetektor 60 mit einem ersten Joch 61 und einem zweiten Joch 64 versehen. Ein Spalt zwischen einem äußeren Bogenabschnitt 62 des ersten Jochs 61 und einem inneren Bogenabschnitt 65 des zweiten Jochs 64 ist so gestaltet, dass er innerhalb des Erfassungsbereichs θfs an beiden Endpositionen in der Relativbewegungsrichtung eine größere Spaltbreite gmax hat, die größer als die Breite g0 an der Mitte des Erfassungsbereichs θfs ist. Daher verbessert sich gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel die Linearität der Ausgangsspannung V des Hall-Elements 54 auf die gleiche Weise wie im ersten Ausführungsbeispiel.
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Des Weiteren sind eine erste Innenfläche 63 des äußeren Bogenabschnitts 62 des ersten Jochs 61 und eine zweite Innenfläche 66 des inneren Bogenabschnitts 65 des zweiten Jochs 64 eine Freiformfläche, die so gestaltet ist, dass die tatsächliche Ausgabelinie L1 derart positioniert wird, dass sich die tatsächliche Ausgabelinie L1, wie in 7 gezeigt ist, entlang der idealen geraden Linie L2 erstreckt. Daher verbessert sich die Linearität der Ausgangsspannung V des Hall-Elements 54 weiter.
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Drittes Ausführungsbeispiel
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Der Positionsdetektor in dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird beruhend auf den 8 und 9 erläutert.
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Wie in 8 gezeigt ist, wird der Positionsdetektor 70 bei einem Schaltstellglied 68 angewandt. Das Schaltstellglied 68 ist ein Stellglied, das zum Beispiel in einem Getriebegehäuse eines automatisierten Schaltgetriebes oder eines Doppelkupplungsgetriebes angeordnet ist und einen Schaltvorgang und einen Positionsbereichwahlvorgang durchführt. Ein Abgabebauteil 69 des Schaltstellglieds 68 bewegt sich bezüglich einer (nicht dargestellten) Einhausung, was eine relative Linearbewegung ist. Der Positionsdetektor 70 kann eine Bewegung bezüglich der Einhausung erfassen. Mit anderen Worten kann der Positionsdetektor 70 einen Hub S des Abgabebauteils bezüglich einer Einhausung erfassen. Das Abgabebauteil 69 kann in den Ansprüchen einem Erfassungsobjekt entsprechen, und die oben genannte Einhausung kann in den Ansprüchen einem Bezugsteil entsprechen.
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Der Positionsdetektor 70 hat einen geschlossenen Magnetkreis, der ein erstes Joch 71, ein zweites Joch 74, einen ersten Magneten 40 und einen zweiten Magneten 45 umfasst. Das erste Joch 71 ist im Wesentlichen in einer sich entlang der Relativbewegungsrichtung erstreckenden geraden Form ausgebildet, die einen ersten geraden Teil 72, der sich von einer Mitte des ersten Jochs 71 zu einem Ende des Bewegungsbereichs erstreckt, und einen zweiten geraden Teil 73 umfasst, der sich von der Mitte des ersten Jochs 71 zum anderen Ende des Bewegungsbereichs erstreckt. Des Weiteren ist das zweite Joch 74 im Wesentlichen in einer sich entlang der Relativbewegungsrichtung erstreckenden geraden Form ausgebildet, die einen dritten geraden Teil 75, der sich von einer Mitte des zweiten Jochs 74 zum einen Ende des Bewegungsbereichs erstreckt, und einen vierten geraden Teil 76 umfasst, der sich von der Mitte des zweiten Jochs 74 zum anderen Ende des Bewegungsbereichs erstreckt.
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Das erste Joch 71 definiert an einer Position zwischen ihm selbst und dem zweiten Joch 74 einen Spalt 77. Die Breite des Spalts 77 nimmt entlang der Relativbewegungsrichtung kontinuierlich von der Mitte zu beiden Enden des ersten Jochs 71 hin zu, was dazu führt, dass die Spaltbreite gmax an beiden Enden des Bewegungsbereichs in einem Erfassungsbereich Sfs größer als die Spaltbreite g0 an der Mitte des Bewegungsbereichs im Bereich Sfs ist. Daher verbessert sich gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel die Linearität der Ausgangsspannung V des Hall-Elements 54 bezogen auf den Hub S des Abgabebauteils 69 des Schaltstellglieds 68 auf die gleiche Weise wie im ersten Ausführungsbeispiel.
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Des Weiteren ist der Spalt 77 so gestaltet, dass die tatsächliche Ausgabelinie L1, wie in 9 gezeigt ist, durch jeweils den Minimalpunkt pmin, den Punkt p0 und den Maximalpunkt pmax auf der idealen geraden Linie L2 geht. Daher verbessert sich die Erfassungsgenauigkeit an dem und um das Ende des Erfassungsbereichs Sfs herum.
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Des Weiteren werden eine erste Innenfläche 78 des ersten Jochs 71 und eine zweite Innenfläche 79 des zweiten Jochs 74 jeweils durch zwei Ebenen gebildet. Daher wird dem ersten Joch 71 und dem zweiten Joch 74 jeweils ermöglicht, eine einfache Form zu haben, was eine einfache Auslegung und Fertigung von ihnen erlaubt.
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Viertes Ausführungsbeispiel
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Der Positionsdetektor in dem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird beruhend auf den 10 und 11 erläutert.
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Wie in 10 gezeigt ist, ist der Positionsdetektor 100 mit einem ersten Joch 101 und einem zweiten Joch 103 versehen. Ein Spalt 105 zwischen einem Bogenteil 102 des ersten Jochs 101 und einem Bogenteil 104 des zweiten Jochs 103 ist so gestaltet, dass er in dem Erfassungsbereich Sfs entlang der Relativbewegungsrichtung an beiden Enden des Spalts 105 eine größere Spaltbreite gmax hat, die größer als die Spaltbreite g0 an der Mitte des Erfassungsbereichs Sfs ist. Daher verbessert sich gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel die Linearität der Ausgangsspannung V des Hall-Elements 54 auf die gleiche Weise wie im ersten Ausführungsbeispiel.
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Eine erste Innenfläche 106 des Bogenteils 102 des ersten Jochs 101 und eine zweite Innenfläche 107 des Bogenteils 104 des zweiten Jochs 103 sind eine freie Formfläche, die so gestaltet ist, dass die tatsächliche Ausgabelinie L1 so gesetzt wird, dass sie sich, wie in 11 gezeigt ist, entlang der idealen geraden Linie L2 erstreckt. Daher verbessert sich die Linearität der Ausgangsspannung V des Hall-Elements 54 weiter.
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Weitere Ausführungsbeispiele
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Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen der Erfindung kann ein einen geschlossenen Kreis bildendes Bauteil in einem Gehäuse angeordnet sein, und ein Hall-IC kann auf dem Drehkörper vorgesehen sein.
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Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen der Erfindung können der erste Magnet und der zweite Magnet durch zum Beispiel einen Magnetflusserzeuger einer anderen Bauart ersetzt werden, etwa einen Elektromagneten oder dergleichen.
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Gemäß anderen Ausführungsbeispielen der Erfindung kann ein Positionsdetektor auf anderen Drehteilen oder Komponenten angeordnet werden, etwa auf einem letzten Drehzahlabsenkungsbauteil eines Drehzahlminderers, der als eine Komponente zwischen einem Motor und einer Abtriebswelle angeordnet ist.
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Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen der Erfindung kann eine Drehantriebsvorrichtung nicht nur bei einer Wastegate-Ventileinrichtung angewandt werden, sondern auch bei anderen Einrichtungen, etwa einer variablen Schaufelsteuerung mit variabler Turboleistung, einer Ventilbetätigungseinrichtung für eine Abgasdrossel oder ein Abgasumschaltventil, einer Ventilbetätigungseinrichtung für einen variablen Luftansaugmechanismus und dergleichen.
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Die Erfindung ist zwar unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen umfassend in Verbindung mit ihren obigen Ausführungsbeispielen beschrieben worden, doch ist zu beachten, dass dem Fachmann verschiedene Änderungen und Abwandlungen auffallen werden und dass solche Änderungen und Abwandlungen unter den Schutzumfang der Erfindung fallen sollen, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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