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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen magnetischen Winkeldetektor, der einen Drehwinkel eines zu erfassenden Objekts abhängig von der Veränderung der magnetischen Flussdichte erfassen kann.
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Beschreibung des Stands der Technik
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Magnetische Winkeldetektoren werden üblicherweise zum Messen des Winkels von Motorabtriebswellen verwendet. Beispielsweise ist in der
JP H08-122 011 A ein Detektor offenbart, der Erfassungselemente enthält, die auf der Randfläche eines magnetischen Ringkörpers angeordnet sind. Ferner sind aus den Dokumenten US 2005 / 0 127 907 A1 und
DE 32 01 811 A1 beispielhafte Winkeldetektoren bekannt.
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11A zeigt den magnetischen Winkeldetektor und seine Ausgabe zu einer gegebenen Zeit. Der magnetische Winkeldetektor 100, siehe 11A, umfasst ein gezahntes zu erfassendes Objekt 200, das drehbar um eine Drehachse O (nicht dargestellt) angeordnet ist. Auf der Randfläche des zu erfassenden Objekts 200 sind konkave und konvexe Abschnitte mit einer vorbestimmten Teilung ausgebildet. Ein Erfassungskörper 300 enthält im Inneren einen Magneten 390 und eine magnetische Erfassungseinheit 340, die so angeordnet ist, dass sie der Randfläche des zu erfassenden Objekts 200 gegenüberliegt.
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Die magnetische Erfassungseinheit 340, siehe 11A, enthält zwei magnetische Erfassungselemente 310 und 320. Die beiden magnetischen Erfassungselemente 310 und 320 sind zwischen dem Magneten 390 und dem zu erfassenden Objekt 200 angeordnet. An die zwei magnetischen Erfassungselemente 310 und 320 wird eine Spannung Vcc angelegt.
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11B, die 11A gleicht, zeigt einen Zustand nach dem Verstreichen einer vorbestimmten Zeit ab dem Zeitpunkt, der in 11A dargestellt ist. 11C, die 11A gleicht, zeigt einen Zustand nach dem Verstreichen einer vorbestimmten Zeit ab dem Zeitpunkt, der in 11B dargestellt ist. 11A bis 11C kann man entnehmen, dass sich die magnetische Flussdichte zwischen dem Magneten 390 und dem zu erfassenden Objekt 200 ändert, wenn sich das zu erfassende Objekt 200 um die Drehachse O (nicht dargestellt) dreht, da die konkaven und konvexen Abschnitte auf der Randfläche des zu erfassenden Objekts 200 ausgebildet sind. Die magnetischen Erfassungselemente 310 und 320 geben eine derartige Änderung der magnetischen Flussdichte als Ausgangssignal aus. Damit kann der magnetische Winkeldetektor 100 eine Drehwinkelposition des zu erfassenden Objekts 200 erkennen.
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Die magnetischen Erfassungselemente 310 und 320 der magnetischen Erfassungseinheit 340 sind so gestaltet, dass sie zu den konkaven und konvexen Abschnitten des zu erfassenden Objekts 200 mit einer bestimmten Teilung passen. Anders gesagt kann die magnetische Erfassungseinheit 340 nicht für andere zu erfassende Objekte verwendet werden, die konkave und konvexe Abschnitte mit einer anderen Teilungsgröße enthalten.
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Wird der Einsatz eines anderen zu erfassenden Objekts gefordert, so muss man einen anderen Erfassungskörper bereithalten, der magnetische Erfassungselemente enthält, die mit der Teilung des anderen zu erfassenden Objekts zusammenpassen. Anders formuliert muss abhängig von der Teilungsart der konkaven und konvexen Abschnitte des zu erfassenden Objekts ein Erfassungskörper mit übereinstimmender Teilung hergestellt und bereitgehalten werden. Dadurch nimmt die Anzahl der Herstellungsschritte zu, und die Komponentenverwaltung wird kompliziert.
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Die Erfindung erfolgte hinsichtlich der beschriebenen Probleme. Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen magnetischen Winkeldetektor bereitzustellen, der einen Erfassungskörper enthält, der auch dann einsetzbar ist, wenn sich die Teilungen der konkaven und konvexen Abschnitte eines zu erfassenden Objekts ändern.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird zum Erfüllen der Aufgabe ein magnetischer Winkeldetektor bereitgestellt, umfassend:
- mindestens ein zu erfassendes Objekt, das konkave und konvexe Abschnitte umfasst, die mit einer vorbestimmten Teilung auf einer Außenrandfläche ausgebildet sind; und einen Erfassungskörper der ein Polyeder ist, mit einer Stirnfläche, die so angeordnet ist, dass sie der Außenrandfläche des zu erfassenden Objekts gegenüberliegt, wobei:
- die Stirnfläche des Polyeders ein Drehzentrum (P) aufweist, sodass beim Drehen des Erfassungskörpers um das Drehzentrum (P) die gegenseitigen Lagen zwischen den zu erfassenden Objekten und der Fläche des Erfassungskörpers) erhalten bleiben; mindestens zwei magnetische Erfassungseinheiten (in der Fläche des Polyeders angeordnet sind, wobei die mindestens zwei magnetischen Erfassungseinheiten jeweils zwei magnetische Erfassungselemente aufweisen, die ausgebildet sind, um jeweils zu verschiedenen vorbestimmten Teilungen der konkaven und konvexen Abschnitten von zu erfassenden Objekten zu passen; und die mindestens zwei magnetischen Erfassungseinheiten rotationssymmetrisch um das Drehzentrum (P) des Erfassungskörpers angeordnet sind.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird im ersten Aspekt der Erfindung ein Loch oder ein Vorsprung auf der Stirnfläche des Erfassungskörpers ausgebildet, und ein Vorsprung oder ein Loch, das dem Loch oder dem Vorsprung zugeordnet ist, ist an einem Einbauort ausgebildet, an dem der Erfassungskörper eingebaut ist.
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Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird ein magnetischer Winkeldetektor bereitgestellt, umfassend ein zu erfassendes Objekt, das konkave und konvexe Abschnitte umfasst, die mit einer vorbestimmten Teilung auf einer Außenrandfläche ausgebildet sind; und einen Erfassungskörper, der ein Polyeder ist, mit einer Fläche, die so angeordnet ist, dass sie der Außenrandfläche des zu erfassenden Objekts gegenüberliegt, wobei:
- mindestens zwei magnetische Erfassungseinheiten, in der Stirnfläche des Polyeders angeordnet sind, wobei die mindestens zwei magnetische Erfassungseinheiten jeweils zwei magnetische Erfassungselemente aufweisen, die ausgebildet sind, um jeweils zu verschiedenen vorbestimmten Teilungen der konkaven und konvexen Abschnitten von zu erfassenden Objekten zu passen; und die mindestens zwei magnetischen Erfassungseinheiten jeweils in der Nähe von Kanten der Stirnfläche des Erfassungskörpers angeordnet sind, und wobei die Abstände zwischen den magnetischen Erfassungseinheiten und den Kanten, die den jeweiligen magnetischen Erfassungseinheiten zugerordnet sind, eine gleiche vorbestimmte Entfernug (a) haben.
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Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung wird im dritten Aspekt der Erfindung ein Loch oder ein Vorsprung auf der Stirnfläche des Erfassungskörpers ausgebildet, und ein Vorsprung oder ein Loch, das dem Loch oder dem Vorsprung zugeordnet ist, ist an einem Einbauort ausgebildet, an dem der Erfassungskörper eingebaut ist.
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Figurenliste
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Die genannten Aufgaben, Vorteile und Merkmale der Erfindung und weitere Aufgaben, Vorteile und Merkmale gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung deutlicher hervor, die in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt sind.
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Es zeigt:
- 1 eine perspektivische Ansicht eines magnetischen Winkeldetektors der Erfindung;
- 2 eine vergrößerte Ansicht eines Erfassungskörpers einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
- 3A eine vergrößerte Teilansicht eines ersten Anwendungsbeispiels des magnetischen Winkeldetektors der ersten Ausführungsform;
- 3B eine vergrößerte Teilansicht eines zweiten Anwendungsbeispiels des magnetischen Winkeldetektors der ersten Ausführungsform;
- 4A eine vergrößerte Teilansicht eines dritten Anwendungsbeispiels des magnetischen Winkeldetektors der ersten Ausführungsform;
- 4B eine vergrößerte Teilansicht eines vierten Anwendungsbeispiels des magnetischen Winkeldetektors der ersten Ausführungsform;
- 5A eine vergrößerte Ansicht eines weiteren Erfassungskörpers der ersten Ausführungsform;
- 5B eine vergrößerte Ansicht noch eines weiteren Erfassungskörpers der ersten Ausführungsform;
- 5C eine vergrößerte Ansicht noch eines weiteren Erfassungskörpers der ersten Ausführungsform;
- 6 eine vergrößerte Ansicht eines Erfassungskörpers einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
- 7A eine vergrößerte Teilansicht eines ersten Anwendungsbeispiels des magnetischen Winkeldetektors der zweiten Ausführungsform;
- 7B eine vergrößerte Teilansicht eines zweiten Anwendungsbeispiels des magnetischen Winkeldetektors der zweiten Ausführungsform;
- 8A eine vergrößerte Ansicht eines weiteren Erfassungskörpers der zweiten Ausführungsform;
- 8B eine vergrößerte Ansicht noch eines weiteren Erfassungskörpers der zweiten Ausführungsform;
- 8C eine vergrößerte Ansicht noch eines weiteren Erfassungskörpers der zweiten Ausführungsform;
- 9A eine perspektivische Ansicht eines bestimmten Erfassungskörpers und einer Einbaufläche der Erfindung;
- 9B eine weitere perspektivische Ansicht des bestimmten Erfassungskörpers und der Einbaufläche der Erfindung;
- 10A ein abgewandeltes Beispiel von 9A;
- 10B ein abgewandeltes Beispiel von 9B;
- 11A eine Skizze eines magnetischen Winkeldetektors und seiner Ausgabe zu einer gegebenen Zeit;
- 11B, die 11A gleicht, einen Zustand nach dem Verstreichen einer vorbestimmten Zeit ab dem Zeitpunkt, der in 11A dargestellt ist; und
- 11C, die 11A gleicht, einen Zustand nach dem Verstreichen einer vorbestimmten Zeit ab dem Zeitpunkt, der in 11B dargestellt ist.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Im Weiteren werden beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung anhand der begleitenden Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen sind gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Zum besseren Verständnis sind die Maßstäbe in den Zeichnungen geeignet angepasst.
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1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines magnetischen Winkeldetektors der Erfindung. Der magnetische Winkeldetektor 10, siehe 1, umfasst ein zahnradförmiges zu erfassendes Objekt 20, das drehbar um eine Drehachse O angebracht ist. Konkave und konvexe Abschnitte 21 sind mit einer vorbestimmten ersten Teilung auf einer Randfläche des zu erfassenden Objekts 20 ausgebildet. Ein Erfassungskörper 30a, der einen Magneten 39 und eine erste und eine zweite magnetische Erfassungseinheit 34a und 34b im Inneren enthält, ist so angeordnet, dass er der Randfläche des zu erfassenden Objekts 20 gegenüberliegt. Wie beschrieben enthält sowohl die erste magnetische Erfassungseinheit 34a als auch die zweite magnetische Erfassungseinheit 34b zwei magnetische Erfassungselemente. Die im Weiteren beschriebenen magnetischen Erfassungselemente 34c bis 34e sind gleichartig aufgebaut.
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Die erste magnetische Erfassungseinheit 34a und die zweite magnetische Erfassungseinheit 34b, siehe 1, sind parallel zueinander mit einem vorbestimmten Abstand in einer Richtung parallel zu der Drehachse O angeordnet. Der Magnet 39 ist benachbart zu der ersten magnetischen Erfassungseinheit 34a und der zweiten magnetischen Erfassungseinheit 34b angeordnet. Die Abmessung des Magneten 39 ist bevorzugt größergleich einer Fläche, die die magnetischen Erfassungseinheiten 34a und 34b und einen Spalt zwischen den magnetischen Erfassungseinheiten enthält.
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In 1 ist der Erfassungskörper 30a so angeordnet, dass sich nur eine magnetische Erfassungseinheit 34a zwischen dem Magneten 39 und dem zu erfassenden Objekt 20 befinden kann. Anders ausgedrückt ist die Randfläche des zu erfassenden Objekts 20 in einer Höhe angeordnet, die der magnetischen Erfassungseinheit 34a entspricht. Die Randfläche des zu erfassenden Objekts 20 ist nicht in einer Höhe angeordnet, die der anderen magnetischen Erfassungseinheit 34b entspricht.
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Die konkaven und konvexen Abschnitte 21 sind auf der Randfläche des zu erfassenden Objekts 20 ausgebildet. Dreht sich das zu erfassende Objekt 20 um die Drehachse O, so verändert sich die magnetische Flussdichte zwischen dem Magneten 39 und dem zu erfassenden Objekt 20. Ein magnetisches Erfassungselement (nicht dargestellt) in der magnetischen Erfassungseinheit 34a gibt die Veränderung der magnetischen Flussdichte als Ausgangssignal aus und ermöglicht damit dem magnetischen Winkeldetektor 10 das Erfassen einer Drehwinkelposition des zu erfassenden Objekts 20.
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2 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Erfassungskörpers einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Der in 1 und 2 dargestellte Erfassungskörper 30a ist ein quadratischer Stab, und seine Stirnfläche ist im Wesentlichen quadratisch oder rechteckig. Eine erste magnetische Erfassungseinheit 34a und eine zweite magnetische Erfassungseinheit 34b sind in einer Stirnfläche des Erfassungskörpers 30a angeordnet. Man kann also die ersten und zweiten magnetischen Erfassungseinheiten 34a und 34b an der Vorderseite der Stirnfläche oder in der Stirnfläche versenkt anordnen. Die ersten und zweiten magnetischen Erfassungseinheiten 34a und 34b sind rotationssymmetrisch um eine gegebene Achse des Erfassungskörpers 30a angeordnet, beispielsweise ein Drehzentrum P. In 2 sind die ersten und zweiten magnetischen Erfassungseinheiten 34a und 34b so angeordnet, dass sie einander gegenüberliegen. Die ersten und zweiten magnetischen Erfassungseinheiten 34a und 34b müssen einander jedoch nicht gegenüberliegen.
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3A zeigt eine vergrößerte Teilansicht eines ersten Anwendungsbeispiels des magnetischen Winkeldetektors der ersten Ausführungsform. Im ersten Anwendungsbeispiel, siehe 3A, wird ein Drehwinkel eines zu erfassenden Objekts 20a erkannt, das konkave und konvexe Abschnitte 21a umfasst, die mit einer ersten Teilung ausgebildet sind. Der Erfassungskörper 30a ist an einem Einbauort H, beispielsweise einem Gehäuse, so angeordnet, dass nur eine erste magnetische Erfassungseinheit 34a der Randfläche des zu erfassenden Objekts 20a gegenüberliegen kann.
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Es wird davon ausgegangen, dass zwei magnetische Erfassungselemente (nicht dargestellt) in der ersten magnetischen Erfassungseinheit 34a dafür ausgelegt sind, dass sie zu der ersten Teilung des zu erfassenden Objekts 20a passen. Damit kann die erste magnetische Erfassungseinheit 34a wie beschrieben einen Drehwinkel des zu erfassenden Objekts 20a erfassen, indem die Veränderung der magnetischen Flussdichte geeignet interpretiert wird, wenn sich das zu erfassende Objekt 20a um eine Drehachse O dreht. Man beachte, dass im ersten Anwendungsbeispiel eine zweite magnetische Erfassungseinheit 34b über dem zu erfassenden Objekt 20a angeordnet ist und somit nicht zum Erfassen des Drehwinkels des zu erfassenden Objekts 20a beiträgt.
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In einem zweiten Anwendungsbeispiel wird ein Drehwinkel eines zu erfassenden Objekts 20b erfasst, das sich von dem zu erfassenden Objekt 20a unterscheidet. In diesem Fall wird das zu erfassende Objekt 20a entfernt, damit das zu erfassende Objekt 20b auf der Drehachse angeordnet werden kann.
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3B zeigt eine vergrößerte Teilansicht des zweiten Anwendungsbeispiels des magnetischen Winkeldetektors der ersten Ausführungsform. Konkave und konvexe Abschnitte 21b des zu erfassenden Objekts 20b, siehe 3B, sind mit einer vorbestimmten zweiten Teilung angebracht, die kleiner ist als die erste Teilung des zu erfassenden Objekts 20a. Im zweiten Anwendungsbeispiel ist der Erfassungskörper 30a um 180° um das Drehzentrum P gedreht. Der Erfassungskörper 30a ist somit am Einbauort H in einer Weise angeordnet, die vertikal betrachtet entgegengesetzt zur Anordnung im ersten Anwendungsbeispiel ist. Dadurch liegt nur die zweite magnetische Erfassungseinheit 34b der Randfläche des zu erfassenden Objekts 20b gegenüber.
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Es wird vorausgesetzt, dass zwei magnetische Erfassungselemente (nicht dargestellt) in der zweiten magnetischen Erfassungseinheit 34b so gestaltet sind, dass sie zur zweiten Teilung des zu erfassenden Objekts 20b passen. Damit kann die zweite magnetische Erfassungseinheit 34b wie beschrieben den Drehwinkel des zu erfassenden Objekts 20b erkennen, indem die Veränderung der magnetischen Flussdichte geeignet interpretiert wird, wenn sich das zu erfassende Objekt 20b um die Drehachse O dreht. In dem zweiten Anwendungsbeispiel befindet sich die erste magnetische Erfassungseinheit 34a über dem zu erfassenden Objekt 20b und liefert somit keinen Beitrag zur Erfassung des Drehwinkels des zu erfassenden Objekts 20b.
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4A und 4B zeigen vergrößerte Teilansichten eines dritten Anwendungsbeispiels bzw. eines vierten Anwendungsbeispiels des magnetischen Winkeldetektors der ersten Ausführungsform. In einem in 4A dargestellten zu erfassenden Objekt 20c sind ein unterer Bereich 25, der zum Erfassen eines Drehwinkels verwendet wird, und ein oberer Bereich 26 zum Erfassen einer Umdrehung des zu erfassenden Objekts 20c integriert.
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Der untere Bereich 25, der wie beim zu erfassenden Objekt 20a in 3A konfiguriert ist, enthält konkave und konvexe Abschnitte 21a, die mit einer ersten Teilung auf einer Randfläche des Bereichs ausgebildet sind. In 4A ist zu sehen, dass der obere Bereich 26 einen einzigen Vorsprung 22c umfasst, der radial nach außen herausragt. Im dritten Anwendungsbeispiel ist ein Erfassungskörper 30a so an einem Einbauort H angeordnet, dass eine erste magnetische Erfassungseinheit 34a des Erfassungskörpers 30a der Randfläche des unteren Bereichs 25 gegenüberliegt, und eine zweite magnetische Erfassungseinheit 34b des Erfassungskörpers 30a der Randfläche des oberen Bereichs 26 gegenüberliegt.
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Zwei magnetische Erfassungselemente (nicht dargestellt) in der ersten magnetischen Erfassungseinheit 34a sind dafür ausgelegt, dass sie zu der ersten Teilung der konkaven und konvexen Abschnitte 21a passen. Dreht sich das zu erfassende Objekt 20c, so erkennt die erste magnetische Erfassungseinheit 34a wie beschrieben einen Drehwinkel des zu erfassenden Objekts 20c. Die zweite magnetische Erfassungseinheit 34b erkennt eine Umdrehung des zu erfassenden Objekts 20c anhand des Vorsprungs 22c. Die zweite magnetische Erfassungseinheit 34b, die dafür ausgelegt ist, dass sie zur zweiten Teilung passt, wird zum Erfassen des einzelnen Vorsprungs 22c verwendet.
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4B zeigt eine vergrößerte Teilansicht eines vierten Anwendungsbeispiels des magnetischen Winkeldetektors der ersten Ausführungsform. Soll ein Drehwinkel eines zu erfassenden Objekts 20d erfasst werden, so wird das zu erfassende Objekt 20c entfernt, damit man das zu erfassende Objekt 20d auf der Drehachse anordnen kann. Im zu erfassenden Objekt 20d, siehe 4B, sind ein unterer Bereich 25, der zum Erfassen eines Drehwinkels verwendet wird, und ein oberer Bereich 26 zum Erfassen einer Umdrehung des zu erfassenden Objekts 20d integriert.
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Der untere Bereich 25, der wie beim zu erfassenden Objekt 20b in 3B konfiguriert ist, enthält konkave und konvexe Abschnitte 21b, die mit der zweiten Teilung auf einer Randfläche des Bereichs ausgebildet sind. In 4B ist zu sehen, dass der obere Bereich 26 einen einzigen Vorsprung 22d umfasst, der radial nach außen herausragt. Im vierten Anwendungsbeispiel, siehe 4B, ist ein Erfassungskörper 30a so an einem Einbauort H angeordnet, dass eine zweite magnetische Erfassungseinheit 34b des Erfassungskörpers 30a der Randfläche des unteren Bereichs 25 gegenüberliegt, und eine erste magnetische Erfassungseinheit 34a des Erfassungskörpers 30a einer Randfläche des oberen Bereichs 26 gegenüberliegt. Anders gesagt kann nach dem Ersetzen des zu erfassenden Objekts 20c durch das zu erfassende Objekt 20d der Erfassungskörper 30a gegen den in 4A dargestellten Zustand um einen geeigneten Winkel um ein Drehzentrum P gedreht werden, beispielsweise 180°.
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Zwei magnetische Erfassungselemente (nicht dargestellt) in der zweiten magnetischen Erfassungseinheit 34b sind dafür ausgelegt, dass sie zu der zweiten Teilung der konkaven und konvexen Abschnitte 21b passen. Dreht sich das zu erfassende Objekt 20d, so erkennt die zweite magnetische Erfassungseinheit 34b wie beschrieben einen Drehwinkel des zu erfassenden Objekts 20d. Die erste magnetische Erfassungseinheit 34a erkennt eine Umdrehung des zu erfassenden Objekts 20d anhand des Vorsprungs 22d. Die erste magnetische Erfassungseinheit 34a, die dafür ausgelegt ist, dass sie zur ersten Teilung passt, kann den einzelnen Vorsprungs 22d erfassen.
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Damit können gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung die magnetischen Erfassungseinheiten 34a und 34b, die auf die Teilungen der konkaven und konvexen Abschnitte des zu erfassenden Objekts 20a abgestimmt sind, dazu verwendet werden, das Objekt durch Drehen des Erfassungskörpers 30a um das Drehzentrum P zu erfassen. Man kann also den gleichen Erfassungskörper 30a verwenden, wenn ein Drehwinkel des zu erfassenden Objekts 20b erfasst wird, das eine andere Teilung der konkaven und konvexen Abschnitte aufweist. Man braucht auch dann keinen anderen Erfassungskörper bereithalten, der eine andere magnetische Erfassungseinheit 34b enthält, wenn sich die Teilung der konkaven und konvexen Abschnitte des zu erfassenden Objekts 20b ändert. Dadurch kann die Anzahl der Herstellungsschritte verringert werden, und die Komponentenverwaltung wird einfacher. Auch beim Drehen des Erfassungskörpers 30a um das Drehzentrum P bleiben die gegenseitigen Lagen zwischen den zu erfassenden Objekten 20a und 20b und der Fläche des Erfassungskörpers 30a erhalten. Daher muss die Einsetzposition des Erfassungskörpers 30a in den Einbauort H nicht geändert werden.
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5A zeigt eine vergrößerte Ansicht eines weiteren Erfassungskörpers einer ersten Ausführungsform. Der Erfassungskörper 30b hat die Form eines dreieckigen Stabs und kann um ein Drehzentrum P gedreht werden. Die Stirnfläche des Erfassungskörpers 30b hat im Wesentlichen die Form eines gleichseitigen Dreiecks. 5A zeigt, dass erste bis dritte magnetische Erfassungseinheiten 34a bis 34c auf einer Stirnfläche des Erfassungskörpers 30b angeordnet sind. Die ersten bis dritten magnetischen Erfassungseinheiten 34a bis 34c sind rotationssymmetrisch um eine gegebene Achse des Erfassungskörpers 30b angeordnet, beispielsweise das Drehzentrum P.
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In ähnlicher Weise zeigt 5B noch einen weiteren Erfassungskörper 30c, der die Form eines quadratischen Stabs hat und um ein Drehzentrum P gedreht werden kann. Die Stirnfläche des Erfassungskörpers 30c hat im Wesentlichen eine quadratische oder rechteckige Form. In 5B ist zu sehen, dass erste bis vierte magnetische Erfassungseinheiten 34a bis 34d, die rotationssymmetrisch zum Drehzentrum P angeordnet sind, in einer Stirnfläche des Erfassungskörpers 30c angebracht sind.
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In ähnlicher Weise zeigt 5C noch einen weiteren Erfassungskörper 30d, der die Form eines fünfeckigen Stabs hat und um ein Drehzentrum P gedreht werden kann. Die Stirnfläche des Erfassungskörpers 30d hat im Wesentlichen die Form eines gleichseitigen Fünfecks. In 5C ist zu sehen, dass erste bis fünfte magnetische Erfassungseinheiten 34a bis 34e, die rotationssymmetrisch zum Drehzentrum P angeordnet sind, in einer Stirnfläche des Erfassungskörpers 30d angebracht sind.
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Die Erfassungskörper 30b bis 30d werden anstelle des Erfassungskörpers 30a an einem Einbauort H angebracht. Wird der Drehwinkel eines zu erfassenden Objekts erfasst, das eine andere Teilungsgröße hat, so werden die Erfassungskörper 30b bis 30d am Einbauort H in einer Richtung angeordnet, bei der eine magnetische Erfassungseinheit mit der Teilung des zu erfassenden Objekts verwendet wird. Dies ermöglicht eine geeignete Erfassung des Drehwinkels des zu erfassenden Objekts. Die Erfassungskörper 30b bis 30d können zusammen mit wesentlich mehr zu erfassenden Objekten verwendet werden, die konkave und konvexe Abschnitte mit anderen Teilungen enthalten als der Erfassungskörper 30a. Natürlich liegen weitere vieleckig-stabförmige oder vieleckige Erfassungskörper, die um ein Drehzentrum P drehbar sind, im Bereich der Erfindung.
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6 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Erfassungskörpers einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Der Erfassungskörper 30e in 6 ist ein quadratischer Stab, und seine Stirnfläche ist rechteckig. In einer Stirnfläche des Erfassungskörpers 30e sind erste bis vierte Erfassungseinheiten 34a bis 34d angeordnet. In 6 kann man sehen, dass die erste magnetische Erfassungseinheit 34a und die dritte magnetische Erfassungseinheit 34c auf den langen Seiten der Stirnfläche angeordnet sind. Die zweite magnetische Erfassungseinheit 34b und die vierte magnetische Erfassungseinheit 34d sind auf den kurzen Seiten der Stirnfläche angeordnet.
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Die magnetischen Erfassungseinheiten 34a bis 34d sind jeweils in der Nähe von Kanten der Stirnfläche des Erfassungskörpers 30e angeordnet. 6 kann man entnehmen, dass die Abstände zwischen den magnetischen Erfassungseinheiten 34a bis 34d und den Kanten, die den jeweiligen magnetischen Erfassungseinheiten zugeordnet sind, die vorbestimmte Entfernung a haben. Die magnetischen Erfassungseinheiten 34a bis 34d sind jeweils zugeordnet zu den Mitten der zugehörigen langen oder kurzen Seiten angeordnet.
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7A zeigt eine vergrößerte Teilansicht eines ersten Anwendungsbeispiels des magnetischen Winkeldetektors der zweiten Ausführungsform. Im ersten Anwendungsbeispiel, siehe 7A, wird der Drehwinkel eines zu erfassenden Objekts 20a erfasst, das konkave und konvexe Abschnitte 21a enthält, die mit einer ersten Teilung ausgebildet sind. Der Erfassungskörper 30e ist an einem Einbauort H so angeordnet, dass nur die erste magnetische Erfassungseinheit 34a der Randfläche des zu erfassendem Objekts 20a gegenüberliegt. Anders ausgedrückt ist der Erfassungskörper 30a am Einbauort H so angeordnet, dass die Kante der Stirnfläche des Erfassungskörpers 30e, die der ersten magnetischen Erfassungseinheit 34a zugeordnet ist, unten liegt.
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Damit kann die erste magnetische Erfassungseinheit 34a wie oben beschrieben den Drehwinkel des zu erfassenden Objekts 20a ermitteln, indem die Veränderung der magnetischen Flussdichte geeignet ausgewertet wird, wenn sich das zu erfassende Objekt 20a um eine Drehachse O dreht. Man beachte, dass sich in dem ersten Anwendungsbeispiel die dritte magnetische Erfassungseinheit 34c über dem zu erfassenden Objekt 20a befindet und damit keinen Beitrag zum Erfassen des Drehwinkels des zu erfassenden Objekts 20a liefert. Zudem befinden sich die zweite magnetische Erfassungseinheit 34b und die vierte magnetische Erfassungseinheit 34d geringfügig über dem zu erfassenden Objekt 20a, so dass sie keinen Beitrag zum Erfassen des Drehwinkels des zu erfassenden Objekts 20a liefern.
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In einem zweiten Anwendungsbeispiel wird der Drehwinkel eines zu erfassenden Objekts 20b erfasst, das sich vom zu erfassenden Objekt 20a unterscheidet. Hierfür wurde das zu erfassende Objekt 20a entfernt und das zu erfassende Objekt 20b auf der Drehachse angeordnet.
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7B zeigt eine vergrößerte Teilansicht eines zweiten Anwendungsbeispiels des magnetischen Winkeldetektors der zweiten Ausführungsform. Die konkaven und konvexen Abschnitte 21b des zu erfassenden Objekts 20b, siehe 7B, sind mit einer zweiten Teilung angebracht, die kleiner ist als die erste Teilung des zu erfassenden Objekts 20a. Im zweiten Anwendungsbeispiel wird der Erfassungskörper 30e aus dem in 6 dargestellten Zustand im Gegenuhrzeigersinn um 90° gedreht. Der Erfassungskörper 30e wird daher am Einbauort H so angebracht, dass die Anordnung gegenüber dem ersten Anwendungsbeispiel um einen rechten Winkel gedreht ist. Anders formuliert wird der Erfassungskörper 30e am Einbauort H so angebracht, dass die Kante der Stirnfläche des Erfassungskörpers 30e, die der zweiten magnetischen Erfassungseinheit 34b zugeordnet ist, unten liegt. Dadurch liegt nur die zweite magnetische Erfassungseinheit 34b der Randfläche des zu erfassenden Objekts 20b gegenüber.
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Damit kann die zweite magnetische Erfassungseinheit 34b wie oben beschrieben den Drehwinkel des zu erfassenden Objekts 20b ermitteln, indem die Veränderung der magnetischen Flussdichte geeignet ausgewertet wird, wenn sich das zu erfassende Objekt 20b um eine Drehachse O dreht. Man beachte, dass sich in dem zweiten Anwendungsbeispiel die vierte magnetische Erfassungseinheit 34d über dem zu erfassenden Objekt 20b befindet und damit keinen Beitrag zum Erfassen des Drehwinkels des zu erfassenden Objekts 20b liefert. Zudem befinden sich die erste magnetische Erfassungseinheit 34a und die dritte magnetische Erfassungseinheit 34c geringfügig über dem zu erfassenden Objekt 20b, so dass sie keinen Beitrag zum Erfassen des Drehwinkels des zu erfassenden Objekts 20b liefern.
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Damit können gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung die magnetischen Erfassungseinheiten 34a und 34b, die auf die Teilungen der konkaven und konvexen Abschnitte des zu erfassenden Objekts abgestimmt sind, die Erfassung vornehmen, indem eine bestimmte Kante des Erfassungskörpers 30e nach unten benachbart zum Einbauort H gelegt wird. Man kann daher den gleichen Erfassungskörper 30e auch dann verwenden, wenn der Drehwinkel eines zu erfassenden Objekts 20b erfasst wird, dessen Teilung der konkaven und konvexen Abschnitte abweicht. Man muss daher keinen Erfassungskörper bereithalten, der eine andere magnetische Erfassungseinheit enthält, wenn sich die Teilung der konkaven und konvexen Abschnitte des zu erfassenden Objekts ändert. Dadurch kann die Anzahl der Herstellungsschritte verringert werden, und die Komponentenverwaltung wird einfacher. Auch dann, wenn die bestimmte Kante des Erfassungskörpers 30e nach unten hin zum Einbauort H gerichtet ist, bleibt die gegenseitige Lage zwischen den zu erfassenden Objekten 20a und 20b und der Stirnfläche des Erfassungskörpers 30e untereinander gleich. Dadurch ist es nicht erforderlich, die Einsetzposition des Erfassungskörpers 30e zu verändern.
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8A zeigt eine vergrößerte Ansicht eines weiteren Erfassungskörpers der zweiten Ausführungsform. Der Erfassungskörper 30f hat die Form eines quadratischen Stabs. Die Stirnfläche des Erfassungskörpers 30f ist rechteckig oder im Wesentlichen quadratisch. In 8A kann man sehen, dass die erste magnetische Erfassungseinheit 34a und die zweite magnetische Erfassungseinheit 34b auf einer Stirnfläche des Erfassungskörpers 30f angeordnet sind. Wie im genannten Fall sind die Abstände zwischen den magnetischen Erfassungseinheiten 34a und 34b und den Kanten der Stirnfläche des Erfassungskörpers 30f, die den jeweiligen magnetischen Erfassungseinheiten zugeordnet sind, gleich der vorbestimmten Entfernung a.
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In vergleichbarer Weise zeigt 8B noch einen anderen Erfassungskörper 30g, der die Form eines dreieckigen Stabs hat. Die Stirnfläche des Erfassungskörpers 30g ist dreieckig oder hat im Wesentlichen die Form eines gleichseitigen Dreiecks. 8B zeigt, dass erste bis dritte magnetische Erfassungseinheiten 34a bis 34c auf einer Stirnfläche des Erfassungskörpers 30g angeordnet sind. Wie im genannten Fall sind die Abstände zwischen den magnetischen Erfassungseinheiten 34a bis 34c und den Kanten der Stirnfläche des Erfassungskörpers 30g, die den jeweiligen magnetischen Erfassungseinheiten zugeordnet sind, gleich der vorbestimmten Entfernung a.
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In ähnlicher Weise zeigt 8C noch einen weiteren Erfassungskörper 30h, der die Form eines fünfeckigen Stabs hat. Die Stirnfläche des Erfassungskörpers 30h ist fünfeckig oder hat im Wesentlichen die Form eines gleichseitigen Fünfecks. In 8C ist zu sehen, dass erste bis fünfte magnetische Erfassungseinheiten 34a bis 34e in einer Stirnfläche des Erfassungskörpers 30h angeordnet sind. Wie im genannten Fall sind die Abstände zwischen den magnetischen Erfassungseinheiten 34a bis 34e und den Kanten der Stirnfläche des Erfassungskörpers 30h, die den jeweiligen magnetischen Erfassungseinheiten zugeordnet sind, gleich der vorbestimmten Entfernung a.
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Die Erfassungskörper 30f bis 30h werden an einem Einbauort H anstelle des Erfassungskörpers 30e angebracht. Wird ein Drehwinkel eines zu erfassenden Objekts 20 erfasst, das eine andere Größe der Teilung aufweist, so werden die Erfassungskörper 30f bis 30h am Einbauort H in einer Richtung angeordnet, bei der eine magnetische Erfassungseinheit verwendet wird, die der Teilung des zu erfassenden Objekts entspricht. Dies ermöglicht eine geeignete Erfassung des Drehwinkels des zu erfassenden Objekts. Die Erfassungskörper 30g und 30h können mit wesentlich mehr zu erfassenden Objekten verwendet werden, die konkave und konvexe Abschnitte mit anderen Teilungen enthalten, als sie der Erfassungskörper 30e aufweist. Natürlich liegen weitere vieleckig-stabförmige oder vieleckige Erfassungskörper im Bereich der Erfindung.
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9A und 9B zeigen perspektivische Ansichten eines bestimmten Erfassungskörpers und einer Einbaufläche der Erfindung. 9A usw. zeigen einen Zustand, in dem beispielsweise ein Erfassungskörper 30a an einem Einbauort H angeordnet ist. Die gestrichelte Linie am Einbauort H in 9A usw. bezeichnet einen vorbestimmten Ort für das Anordnen des Erfassungskörpers 30a.
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Wie 9A zeigt, ist ein Loch 35 in einer Seitenfläche des Erfassungskörpers 30a nahe an der magnetischen Erfassungseinheit 34a ausgebildet. Das Loch 35 ist in einer Ecke der einen Seitenfläche des Erfassungskörpers 30a ausgebildet. Am Einbauort H ist ein Vorsprung 36 ausgebildet, der dem Loch 35 zugeordnet ist.
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Wird das Loch 35 des Erfassungskörpers 30a auf den Vorsprung 36 aufgesetzt, so zeigt die magnetische Erfassungseinheit 34a des Erfassungskörpers 30a zur Randfläche des zu erfassenden Objekts 20a (in 9A nicht dargestellt). Mit Hilfe des Lochs 35 und des Vorsprungs 36 wird der Erfassungskörper 30a exakt positioniert. Damit kann der Drehwinkel des zu erfassenden Objekts 20a präzise erfasst werden.
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Zum Erfassen des Drehwinkels eines anderen zu erfassenden Objekts 20b wird der Erfassungskörper 30a entfernt und an einen anderen Einbauort H' bewegt. Wie 9B zeigt ist ein Loch 35' in der anderen Seitenfläche des Erfassungskörpers 30a nahe an der magnetischen Erfassungseinheit 34b ausgebildet. Das Loch 35' ist in einer Ecke der anderen Seitenfläche des Erfassungskörpers 30a ausgebildet. Am Einbauort H' ist ein Vorsprung 36' ausgebildet, der dem Loch 35' zugeordnet ist.
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Wird das Loch 35' des Erfassungskörpers 30a auf den Vorsprung 36' aufgesetzt, so zeigt die magnetische Erfassungseinheit 34b des Erfassungskörpers 30a zur Randfläche des zu erfassenden Objekts 20b (in 9B nicht dargestellt). Mit Hilfe des Lochs 35' und des Vorsprungs 36' wird der Erfassungskörper 30a exakt positioniert. Damit kann der Drehwinkel des zu erfassenden Objekts 20b präzise erfasst werden. Offenkundig dienen die Löcher 35 und 35' und die Vorsprünge 36 und 36' dazu, den Erfassungskörper 30a an einem geeigneten Ort und in einer geeigneten Richtung anzuordnen.
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10A und 10B zeigen abgewandelte Beispiele von 9A bzw. 9B. In 10A und 10B sind Vorsprünge 36 und 36' im Erfassungskörper 30a ausgebildet, und Löcher 35 und 35' sind am Einbauort H' ausgebildet. Ein Fachmann kann sehen, dass man auch in diesem Fall ähnliche Auswirkungen wie oben beschrieben erzielen kann.
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AUSWIRKUNGEN DER ERFINDUNG
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Gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung kann man magnetische Erfassungseinheiten verwenden, die auf die Teilung konkaver und konvexer Abschnitte eines zu erfassenden Objekts abgestimmt sind, das erfasst wird, indem ein Erfassungskörper um eine Achse gedreht wird. Man kann den gleichen Erfassungskörper auch dann verwenden, wenn der Drehwinkel eines zu erfassenden Objekts mit einer anderen Teilung der konkaven und konvexen Abschnitte erfasst wird. Damit ist es auch dann nicht mehr erforderlich, einen Erfassungskörper bereitzuhalten, der eine andere magnetische Erfassungseinheit enthält, wenn sich die Teilung der konkaven und konvexen Abschnitte eines zu erfassenden Objekts verändert. Dadurch kann die Anzahl der Herstellungsschritte verringert werden, und die Komponentenverwaltung wird einfacher. Auch dann, wenn sich der Erfassungskörper um die Achse dreht, bleibt die gegenseitige Lage zwischen den zu erfassenden Objekten und der Fläche des Erfassungskörpers untereinander gleich. Damit braucht die Einbauposition des Erfassungskörpers nicht verändert werden.
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Wird gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung ein Erfassungskörper an einem Einbauort angebracht, beispielsweise einem Gehäuse, so kann der Erfassungskörper an einer geeigneten Stelle in einer geeigneten Richtung angeordnet werden.
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Gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung kann man magnetische Erfassungseinheiten verwenden, die an die Teilung von konkaven und konvexen Abschnitten eines zu erfassenden Objekts angepasst sind, indem eine bestimmte Kante eines Erfassungskörpers nach unten neben einen Einbauort gebracht wird. Man kann daher den gleichen Erfassungskörper auch dann verwenden, wenn der Drehwinkel eines zu erfassenden Objekts erkannt wird, dessen Teilung der konkaven und konvexen Abschnitte anders ist. Damit ist es nicht mehr erforderlich, einen Erfassungskörper bereitzuhalten, der eine andere magnetische Erfassungseinheit enthält, wenn sich die Teilung der konkaven und konvexen Abschnitte eines zu erfassenden Objekts verändert. Dadurch kann die Anzahl der Herstellungsschritte verringert werden, und die Komponentenverwaltung wird einfacher. Auch dann, wenn die bestimmte Kante des Erfassungskörpers nach unten in die Nähe des Einbauorts gebracht wird, bleibt die gegenseitige Lage zwischen den zu erfassenden Objekten und der Fläche des Erfassungskörpers untereinander gleich. Daher muss die Einbauposition des Erfassungskörpers nicht geändert werden.
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Wird gemäß dem vierten Aspekt der Erfindung ein Erfassungskörper am Einbauort angebracht, beispielsweise einem Gehäuse, so kann der Erfassungskörper an einer geeigneten Stelle in einer geeigneten Richtung angeordnet werden.
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Es wurden beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben. Fachleute wissen, dass man verschiedene Änderungen, Abwandlungen und Zusätze vornehmen kann, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
