DE102016015850B3

DE102016015850B3 - Permanent magnetic scale

Info

Publication number: DE102016015850B3
Application number: DE102016015850.6A
Authority: DE
Inventors: Armin Meisenberg
Original assignee: TE Connectivity Sensors Germany GmbH
Current assignee: TE Connectivity Sensors Germany GmbH
Priority date: 2016-03-22
Filing date: 2016-03-22
Publication date: 2022-12-01
Anticipated expiration: 2036-03-23

Abstract

Permanentmagnetischer Maßstab (401_1), der eine Maßstabslängsrichtung (407, 907) und eine quer zu dieser stehende Querrichtung (418) aufweist,wobei der Maßstab (401_1) eine einheitliche Richtung der Magnetisierung (406) aufweist, wobei die Richtung der Magnetisierung (406) im Wesentlichen senkrecht zur Maßstabslängsrichtung (407, 907) und zur Querrichtung (418) ist und um den permanentmagnetischen Maßstab (401_1) herum ein äußerliches Magnetfeld erzeugt,dessen magnetische Feldstärke in einem Bereich (420, 920), der sich in Maßstabslängsrichtung (407, 907) von einem Ende zum anderen Ende des Maßstabs (401_1), oberhalb des Maßstabes (401_1) erstreckt, eine Komponente in Querrichtung (Hx) aufweist, deren Richtungssinn sich nicht ändert und deren Betrag sich zwischen einem Minimalwert und einem Maximalwert bewegt,wobei die magnetische Feldstärke des äußerlichen Magnetfeldes zumindest in einem Teilbereich (422) des Bereiches (420), der sich in Maßstabslängsrichtung (407, 907) von dem einen Ende zu dem anderen Ende des Maßstabs (401_1) erstreckt, eine Komponente in Maßstabslängsrichtung (Hy) aufweist, die sich entlang der Maßstabslängsrichtung (407, 907) periodisch ändert,die periodische Änderung der in Maßstabslängsrichtung (407, 907) stehenden Komponente des äußerlichen Magnetfeldes (Hy) im Teilbereich (422) des Bereiches (420) eine Amplitude aufweist, die einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet,wobei der Maßstab (401_1; 900) eine Vielzahl von Magneten (902), die jeweils ein erstes Ende, ein zweites Ende, ein das erste Ende enthaltendes erstes Teilstück (931), ein das zweite Ende enthaltendes zweites Teilstück (932), und eine vom ersten Ende zum zweiten Ende hin gerichtete Längsachse (933) aufweisen, und in Maßstabslängsrichtung (407, 907) so hintereinander angeordnet sind, dass ihre Längsachsen (933) gleichgerichtet und senkrecht zur Maßstabslängsrichtung (407, 907) ausgerichtet sind und zumindest die zweiten Teilstücke (932) von benachbarten Magneten (902) der Vielzahl von Magneten zueinander beabstandet angeordnet sind,wobei jeder Magnet (402_1, 902) aus der Vielzahl von Magneten eine im Wesentlichen senkrecht zur Maßstabslängsrichtung (407, 907) und zur Querrichtung (418) weisende, einheitliche Magnetisierung (406) aufweist,der Bereich (420, 920) sich oberhalb der Vielzahl von Magneten, in Maßstabslängsrichtung (407, 907) vom ersten zum letzten Magnet der hintereinander angeordneten Magnete der Vielzahl von Magneten erstreckt und angrenzende Teile des ersten und zweiten Teilstückes (931, 932) eines jeden Magneten (902) aus der Vielzahl von Magneten bedeckt/erfasst, undder Teilbereich (422) des Bereiches (420, 920) sich in Maßstabslängsrichtung (407, 907) vom ersten zum letzten Magnet der hintereinander angeordneten Magnete der Vielzahl von Magneten erstreckt und zumindest einen Teil des zweiten Teilstückes (932) eines jeden Magneten (902) aus der Vielzahl von Magneten bedeckt/erfasst,wobei jeder Magnet (402_1) der Vielzahl von Magneten eine stabförmige Form aufweist, der permanentmagnetische Maßstab (401_1) ferner eine einheitlich magnetisierte Trägerplatte (405) aufweist, deren Magnetisierung (406) im Wesentlichen parallel und gleichgerichtet zu der Magnetisierung (406) der Vielzahl von Magneten ist,die Trägerplatte (405) eine obere Fläche (408) und eine an diese angrenzende Randfläche (411) aufweist und die Randfläche parallel zur Maßstabslängsrichtung (407, 907) verläuft,dadurch gekennzeichnet, dassdie stabförmigen Magnete (402_1) der Vielzahl von Magneten auf der Trägerplatte (405) so angeordnet sind, dass das erste Teilstück eines jeden stabförmigen Magneten (402_1) auf der oberen Fläche (408) der Trägerplatte (405) fest mit dieser verbunden ist, das zweite Teilstück eines jeden stabförmigen Magneten (402_1) über die Randfläche (411) der Trägerplatte (405) hinausragt, und benachbarte stabförmige Magnete (402_1, 402_2) voneinander beabstandet sind.Permanent magnetic scale (401_1), which has a scale longitudinal direction (407, 907) and a transverse direction (418) standing transversely thereto, the scale (401_1) having a uniform direction of magnetization (406), the direction of magnetization (406) is essentially perpendicular to the longitudinal direction of the scale (407, 907) and to the transverse direction (418) and generates an external magnetic field around the permanent magnetic scale (401_1), the magnetic field strength of which is in a region (420, 920) that extends in the longitudinal direction of the scale (407, 907) extends from one end to the other end of the ruler (401_1), above the ruler (401_1), has a component in the transverse direction (Hx), the sense of which does not change and the magnitude of which moves between a minimum value and a maximum value, the magnetic field strength of the external magnetic field at least in a partial area (422) of the area (420) that differs from the one in the longitudinal direction (407, 907) of the scale end to the other end of the scale (401_1), has a length-wise component (Hy) which varies periodically along the length-wise direction (407, 907), the periodic change of the length-wise component (407, 907) of the external magnetic field (Hy) in the partial area (422) of the area (420) has an amplitude that exceeds a predetermined threshold value, the scale (401_1; 900) a plurality of magnets (902) each having a first end, a second end, a first end containing first section (931), a second end containing second section (932), and a first end to second end have a longitudinal axis (933) directed towards them and are arranged one behind the other in the longitudinal direction of the scale (407, 907) in such a way that their longitudinal axes (933) are aligned in the same direction and perpendicular to the longitudinal direction of the scale (407, 907) and at least the second sections (932) of adjacent magnets (902) of the plurality of magnets are arranged spaced apart from one another, each magnet (402_1, 902) from the plurality of magnets having a uniform magnetization (406) pointing substantially perpendicular to the longitudinal direction (407, 907) and to the transverse direction (418) of the scale , the area (420, 920) above the plurality of magnets, in the longitudinal scale direction (407, 907) from the first to the last magnet of the magnets arranged one behind the other in the Vie lnumber of magnets and covers/covers adjacent parts of the first and second sections (931, 932) of each magnet (902) from the plurality of magnets, and the partial area (422) of the area (420, 920) extends in the longitudinal scale direction (407, 907) extends from the first to the last magnet of the magnets arranged one behind the other in the plurality of magnets and covers/covers at least part of the second section (932) of each magnet (902) from the plurality of magnets, wherein each magnet (402_1) of the plurality of magnet has a rod-like shape, the permanent-magnetic scale (401_1) further has a uniformly magnetized carrier plate (405) whose magnetization (406) is essentially parallel and rectified to the magnetization (406) of the plurality of magnets, the carrier plate (405) has a has an upper surface (408) and an edge surface (411) adjoining this and the edge surface runs parallel to the longitudinal direction (407, 907) of the scale, dadu rch characterized in that the bar-shaped magnets (402_1) of the plurality of magnets are arranged on the carrier plate (405) such that the first part of each bar-shaped magnet (402_1) on the upper surface (408) of the carrier plate (405) is firmly connected to it is, the second section of each rod-shaped magnet (402_1) protrudes beyond the edge surface (411) of the carrier plate (405), and adjacent rod-shaped magnets (402_1, 402_2) are spaced apart from one another.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen permanentmagnetischen Maßstab, der für einen Magnetfeldsensor, beispielsweise einen AMR-Sensor mit Barberpole, nicht nur das in Maßstabslängsrichtung variierende Magnetfeld (Meßfeld) sondern auch das senkrecht zur Maßstabslängsrichtung stehende magnetische Stützfeld bereitstellt. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen permanentmagnetischen Maßstab, der einteilig geformt ist und eine einheitliche Magnetisierung aufweist. Des Weiteren bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen Positionsgeber, der einen permanentmagnetischen Maßstab gemäß der vorliegenden Erfindung benutzt, und auf ein Verfahren zur Herstellung dieses permanentmagnetischen Maßstabes.The present invention relates to a permanent-magnetic scale which, for a magnetic field sensor, for example an AMR sensor with barber pole, not only provides the magnetic field (measuring field) that varies in the longitudinal direction of the scale, but also the magnetic supporting field perpendicular to the longitudinal direction of the scale. More particularly, the present invention relates to a permanent magnet scale which is integrally molded and has a uniform magnetization. Furthermore, the present invention relates to a position sensor using a permanent magnet scale according to the present invention and to a method for manufacturing this permanent magnet scale.

Die 1 zeigt in schematischer Weise einen Positionsgeber 100, bei dem ein auf einer Leiterplatte 104 angebrachter Magnetfeldsensor 103 über einen permanentmagnetischen Maßstab 101 in Maßstabslängsrichtung gleitet. Als Magnetfeldsensor wird bevorzugt ein AMR-Sensor mit Barberpole eingesetzt, da dieser Sensor höhere Betriebstemperaturen verträgt, eine hohe Empfindlichkeit und eine gute Linearität aufweist. Der AMR-Sensor ist auf der Leiterplatte 104 so angebracht, dass er mit seiner Barberpole-Anordnung den magnetischen Polen des Maßstabs 101 gegenübersteht. In 1 liegt die Leiterplatte 104 horizontal und parallel zu der oberen Fläche des Maßstabs 101, und der AMR-Sensor mit Barberpole 103 ist an der unteren Seitenfläche der Leiterplatte 104 fixiert. Der Maßstab 101 wird von in Reihe angeordneten Stabmagneten 102_1 gebildet. Dabei sind die Stabmagnete 102_1 so angeordnet, dass ihre Magnetisierung eine im Wesentlichen vertikale Richtung, d.h. eine senkrecht zu der Barberpole-Anordnung stehende Richtung aufweist und die Magnetisierung zweier benachbarter Stabmagnete 102_1 und 102_2 entgegengesetzt gerichtet ist. Der Verlauf des von den Stabmagneten des Maßstabes 101 erzeugten Magnetfeldes entlang der Maßstabslängsrichtung 107, in einem Bereich, der oberhalb und unterhalb des Maßstabes 101 und im Wesentlichen mittig zwischen der vorderen und hinteren Randfläche des Maßstabs 101 liegt, ist in 2 dargestellt. Die Maßstabslängsrichtung des Maßstabes 101 ist so gewählt, dass sie mit der Richtung der y-Achse eines kartesischen Koordinatensystems parallel ist. Die 2 zeigt, dass die Magnetfeldlinien, die einem Nordpol eines Stabmagneten 102_2 entspringen in die Südpole der benachbarten Stabmagnete 102_1 und 102_3 münden. Aus dem Verlauf der Magnetfeldlinien ist auch zu erkennen, dass die y-Komponente der magnetischen Feldstärke, Hy, in der Mitte eines Stabmagneten Null und an der Grenze zwischen zwei benachbarten Stabmagneten im Betrag maximal ist.the 1 shows a position transmitter 100 in a schematic manner, in which a magnetic field sensor 103 mounted on a printed circuit board 104 slides over a permanent-magnetic scale 101 in the longitudinal direction of the scale. An AMR sensor with barber pole is preferably used as the magnetic field sensor, since this sensor can withstand higher operating temperatures, has high sensitivity and good linearity. The AMR sensor is mounted on the printed circuit board 104 in such a way that it faces the magnetic poles of the scale 101 with its barber pole arrangement. In 1 the circuit board 104 is horizontal and parallel to the upper surface of the scale 101, and the AMR sensor with barber pole 103 is fixed to the lower side surface of the circuit board 104. The scale 101 is formed by bar magnets 102_1 arranged in a row. The bar magnets 102_1 are arranged in such a way that their magnetization has a substantially vertical direction, ie a direction perpendicular to the barber pole arrangement, and the magnetization of two adjacent bar magnets 102_1 and 102_2 is directed in opposite directions. The course of the magnetic field generated by the bar magnets of scale 101 along the longitudinal direction 107 of the scale, in an area that lies above and below scale 101 and essentially in the middle between the front and rear edge surfaces of scale 101, is in 2 shown. The longitudinal scale direction of the scale 101 is chosen to be parallel with the direction of the y-axis of a Cartesian coordinate system. the 2 shows that the magnetic field lines, which originate from a north pole of a bar magnet 102_2, flow into the south poles of the neighboring bar magnets 102_1 and 102_3. From the course of the magnetic field lines it can also be seen that the y-component of the magnetic field strength, Hy, is zero in the middle of a bar magnet and has a maximum value at the border between two neighboring bar magnets.

3a zeigt in schematischer Weise den Aufbau und die Funktionsweise eines AMR-Sensors mit einer Barberpole-Anordnung. AMR steht für anisotroper Magnetowiderstand. Dieser Sensor weist einen dünnen Streifen 110 aus Permalloy (das ist eine Nickel-EisenLegierung hoher magnetischer Permeabilität) und zur Linearisierung der Kennlinie mehrere Metallstreifen 111_1 und 111_2 (sogenannte Barberpole) auf, die auf dem Permalloy-Streifen 110 aufgebracht sind und mit diesem einen Winkel von beispielsweise 45° bilden. 3a shows in a schematic way the structure and the mode of operation of an AMR sensor with a barber pole arrangement. AMR stands for Anisotropic Magnetoresistance. This sensor has a thin strip 110 made of permalloy (this is a nickel-iron alloy with high magnetic permeability) and, to linearize the characteristic curve, several metal strips 111_1 and 111_2 (so-called barber poles), which are applied to the permalloy strip 110 and form an angle with it of 45°, for example.

Die Komponente des Magnetfeldes 112 am Ort des Permalloy-Streifens 110, die parallel zum Permalloy-Streifen 110 ist, wird als Stützfeld des AMR-Sensors bezeichnet. Die Stärke des Stützfeldes bestimmt die Sensorempfindlichkeit und damit den Meßbereich des Sensors. In der 3a wurde die Längsrichtung des Permalloy-Streifens 110 so gewählt, dass die x-Komponente des Magnetfeldes am Ort des Permalloy-Streifens, Hx, als Stützfeld wirkt. Existiert am Ort des Permalloy-Streifens 110 außer dem Stützfeld Hx auch noch eine y-Komponente des Magnetfeldes 113 (Hy), dann bildet die resultierende Streifenmagnetisierung 114 einen Winkel 116 mit der Stromrichtung 115 des elektrischen Stromes zwischen den zwei Barberpolen 111_1 und 111_2. Dieser Winkel ist maßgebend für den AMR-Effekt und somit für das Ausgangssignal des AMR-Sensors. Ändert sich das Stützfeld Hx während der Positionserfassung nicht, ändert sich das Ausgangssignal des AMR-Sensors entsprechend der Variation der Hy-Komponente 113. Deswegen wird die Hy-Komponente 113 des Magnetfeldes am Ort des Permalloy-Streifens 110 auch als Meßfeld bezeichnet. Durch die Barberpole-Anordnung wird bei Hy=0 ein Winkel 115 von beispielsweise 45° zwischen elektrischen Strom 115 und der resultierenden Streifenmagnetisierung 114 eingestellt.The component of the magnetic field 112 at the location of the permalloy strip 110 that is parallel to the permalloy strip 110 is referred to as the support field of the AMR sensor. The strength of the supporting field determines the sensor sensitivity and thus the measuring range of the sensor. In the 3a the longitudinal direction of the permalloy strip 110 was chosen such that the x-component of the magnetic field at the location of the permalloy strip, Hx, acts as a supporting field. If there is also a y-component of the magnetic field 113 (Hy) at the location of the permalloy strip 110 in addition to the support field Hx, then the resulting strip magnetization 114 forms an angle 116 with the flow direction 115 of the electric current between the two barber poles 111_1 and 111_2. This angle is decisive for the AMR effect and thus for the output signal of the AMR sensor. If the supporting field Hx does not change during position detection, the output signal of the AMR sensor changes according to the variation of the Hy component 113. Therefore the Hy component 113 of the magnetic field at the location of the permalloy strip 110 is also referred to as the measuring field. At Hy=0, the barber pole arrangement sets an angle 115 of, for example, 45° between the electric current 115 and the resulting strip magnetization 114 .

Die 3b zeigt Kennlinien eines AMR-Sensors, d.h. das Ausgangssignal des Sensors in Abhängigkeit vom Meßfeld Hy, bei unterschiedlichen Stützfeldern Hx. Die Kennlinie 122 entspricht einem Stützfeld, das den gleichen Betrag aufweist, wie das Stützfeld der Kennlinie 121, aber gegenüber diesem entgegengesetzt gerichtet ist. Die Kennlinie 123 entspricht einem Stützfeld, das mit dem Stützfeld der Kennlinie 121 gleichgerichtet ist, aber gegenüber diesem einen höheren Betrag aufweist. Die 3 zeigt, dass: i) die Kennlinien 121, 122 und 123 bei Hy=0 einen linearen Verlauf aufweisen; ii) der Verlauf hier am steilsten ist; iii) bei Stützfeldern, die entgegengesetzt gerichtet sind, die Ausgangssignale des Sensors invertiert sind; und iv) die Steigung der Kennlinie mit zunehmender Stützfeldstärke abnimmt während der weitgehend lineare Meßbereich zunimmt.the 3b shows characteristic curves of an AMR sensor, ie the output signal of the sensor as a function of the measuring field Hy, with different supporting fields Hx. The characteristic curve 122 corresponds to a supporting field which has the same absolute value as the supporting field of the characteristic curve 121, but is directed in the opposite direction in relation to it. The characteristic curve 123 corresponds to a support field that is in the same direction as the support field of the characteristic curve 121, but has a higher absolute value than this. the 3 shows that: i) the characteristic curves 121, 122 and 123 have a linear progression at Hy=0; ii) the slope is steepest here; iii) for support fields that are oppositely directed, the output signals of the sensor are inverted; and iv) the gradient of the characteristic curve decreases with increasing supporting field strength, while the largely linear measuring range increases.

Die Empfindlichkeit des AMR-Sensors 103 des in der 1 gezeigten Positionsgebers 100 wird mit dem quaderförmigen Magneten 105 eingestellt. Dieser ist auf der oberen Seitenfläche der Leiterplatte 105 fixiert, dem AMS-Sensor 103 gegenüberliegend, und erzeugt ein Magnetfeld, dessen Magnetfeldlinien 106 aus der vorderen Randfläche des Magneten 105 austreten, die obere und untere Seitenfläche des Magneten 105 umlaufen, und auf der der vorderen Randfläche gegenüberliegenden hinteren Randfläche in den Magneten 105 wieder eintreten. Der Magnet 105 erzeugt im AMR-Sensor 103 ein Stützfeld Hx, das im Wesentlichen senkrecht zur Maßstabslängsrichtung 107 und parallel zu den Permalloy-Streifen des AMR-Sensors 103 gerichtet ist.The sensitivity of the AMR sensor 103 in the 1 The position sensor 100 shown is set with the cuboid magnet 105. This is fixed on the upper side surface of the circuit board 105, opposite the AMS sensor 103, and generates a magnetic field whose magnetic field lines 106 emerge from the front edge surface of the magnet 105, encircle the upper and lower side surface of the magnet 105, and on the front Edge surface opposite rear edge surface in the magnet 105 occur again. The magnet 105 generates a supporting field Hx in the AMR sensor 103 which is directed essentially perpendicularly to the longitudinal direction 107 of the scale and parallel to the permalloy strips of the AMR sensor 103 .

Die y-Komponente des von dem Maßstab 101 erzeugten Magnetfeldes wirkt als Meßfeld (Hy-Feld) für den AMR-Sensor 103. Deswegen ist der Sensor 103 in der Lage die Variation dieser Komponente entlang der Maßstabslängsrichtung 107 zu erfassen und ein dieser Variation entsprechendes Positionsignal bereitzustellen, wenn sich die Leiterplatte 104 und der Maßstab 101 relativ zueinander bewegen.The y component of the magnetic field generated by the scale 101 acts as a measuring field (Hy field) for the AMR sensor 103. Therefore, the sensor 103 is able to detect the variation of this component along the scale longitudinal direction 107 and a position signal corresponding to this variation to provide when the circuit board 104 and the scale 101 move relative to each other.

Der in 1 gezeigte Positionsgeber 100 hat einen Nachteil, weil er für das Einstellen der Empfindlichkeit des AMR-Sensors 103 einen eigens dafür vorgesehenen Magneten 105 benötigt. Dieser Magnet verursacht nicht nur zusätzliche Kosten und verkompliziert die Herstellung des Positionsgebers, sondern verhindert auch eine weitere Miniaturisierung desselben. Darüber hinaus kann der Magnet 105 auch die Magnetisierung des Maßstabes 101 schädigen.the inside 1 The position transmitter 100 shown has a disadvantage because it requires a magnet 105 provided specifically for this purpose in order to adjust the sensitivity of the AMR sensor 103 . This magnet not only causes additional costs and complicates the manufacture of the position sensor, but also prevents further miniaturization of the same. In addition, the magnet 105 can also damage the magnetization of the scale 101.

Die DE 33 24 176 A1 bezieht sich auf eine magnetische Codiervorrichtung, insbesondere eine drehbare magnetische Codiervorrichtung, die eine Drehplatte, auf der eine Folge einzelner magnetischer Codier- bzw. Teilungseinheiten ausgebildet ist, sowie einen magnetischen Abtastkopf umfasst, der der Drehplatte gegenüber liegt und nacheinander die Codiereinheiten zur Bestimmung einer Winkelverschiebung derselben abtastet.the DE 33 24 176 A1 relates to a magnetic encoder, in particular a rotary magnetic encoder comprising a rotary disk on which a succession of individual magnetic encoder/divider units are formed, and a magnetic pickup head opposed to the rotary disk and sequentially the encoder units for determining an angular displacement the same.

Die US 2009 / 0 107 257 A1 bezieht sich auf ein magnetisches Drehmomentsensorelement, das eine Scheibe, durch die ein Drehmoment radial übertragbar ist, oder ein Element zum Übertragen von Drehmoment um eine Drehmomentachse in Richtung der Achse aufweist. Die Erfindung betrifft auch eine Wandleranordnung mit einem solchen Drehmomentsensorelement.the U.S. 2009/0 107 257 A1 relates to a magnetic torque sensor element having a disc through which torque is radially transmittable, or a member for transmitting torque about a torque axis in the direction of the axis. The invention also relates to a converter arrangement with such a torque sensor element.

Die DE 198 18 799 C2 betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen von Drehwinkeln einer Drehachse mit magnetischem Maßstab und dem Maßstab zugeordneter Sensoreinheit.the DE 198 18 799 C2 relates to a method and a device for measuring angles of rotation of a rotary axis with a magnetic scale and a sensor unit associated with the scale.

Die DE 10 2007 049 741 A1 betrifft einen magnetischen Maßstabträger, eine Vorrichtung zur Messung von Strecken und/oder Drehwinkeln sowie ein Verfahren zur Herstellung magnetischer Maßstabträger.the DE 10 2007 049 741 A1 relates to a magnetic scale carrier, a device for measuring distances and/or angles of rotation and a method for producing magnetic scale carriers.

Die DE 10 2007 011 675 A1 betrifft eine Sensoranordnung zur Ermittlung eines absoluten Lenkwinkels in einer Hilfskraftlenkung eines Kraftfahrzeugs.the DE 10 2007 011 675 A1 relates to a sensor arrangement for determining an absolute steering angle in a power steering system of a motor vehicle.

Die DE 197 01 137 A1 beschreibt einen Längensensorchip, dessen Ebene einer Maßstabsebene gegenübersteht und bei dem magnetoresistive Schichtstreifen mit BarberPole-Strukturen Widerstände aufbauen, die Halbbrücken von Einzelsensoren darstellen, die entlang der Meßrichtung abwechselnd in um ein Viertel der Periodenlänge versetzten Bereichen des Längensensorchips angeordnet sind.the DE 197 01 137 A1 describes a length sensor chip whose plane is opposite a scale plane and in which magnetoresistive layer strips with barber pole structures build up resistors that represent half bridges of individual sensors that are arranged along the measuring direction alternately in areas of the length sensor chip that are offset by a quarter of the period length.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen permanentmagnetischen Maßstab bereitzustellen, der nicht nur das Meßfeld für den AMR-Sensor generiert, sondern auch das für das Erfassen des Meßfeldes nötige Stützfeld, und somit den speziell für die Erzeugung des Stützfeldes vorgesehenen Magneten einspart.It is an object of the present invention to provide a permanent-magnetic scale that not only generates the measuring field for the AMR sensor, but also the supporting field required for detecting the measuring field, and thus saves the magnet provided specifically for generating the supporting field.

Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Die abhängigen Patentansprüche zeigen vorteilhafte Weiterentwicklungen der vorliegenden Erfindung auf.This object is solved according to the features of independent patent claim 1 . The dependent patent claims show advantageous further developments of the present invention.

Die vorliegende Erfindung basiert auf der Idee, einen einteilig geformten, mit einer einheitlichen Magnetisierung versehenen permanentmagnetischen Maßstab, der zwei gegenüberliegende, zu der Maßstabslängsrichtung parallel verlaufende Ränder aufweist, so zu formen/gestalten, dass ein Teil des Maßstabs, der den ersten der zwei Ränder enthält, im Wesentlichen das magnetische Stützfeld für den AMR-Sensor entlang der Maßstabslängsrichtung erzeugt, und ein anderer Teil des Maßstabs, der den zweiten der zwei Ränder enthält, im Wesentlichen das in Maßstabslängsrichtung variierende Meßfeld erzeugt.The present invention is based on the idea of forming a one-piece permanent magnetic scale, provided with a uniform magnetization and having two opposite edges running parallel to the longitudinal direction of the scale, in such a way that a part of the scale, which is the first of the two edges essentially generates the supporting magnetic field for the AMR sensor along the lengthwise direction of the scale, and another part of the scale, which contains the second of the two edges, essentially generates the measuring field varying in the lengthwise direction of the scale.

Vorzugsweise ist das so erzeugte Stützfeld in dem Bereich konstant, in dem der AMR-Sensor bei der Positionserfassung über den Maßstab gleitet.The supporting field generated in this way is preferably constant in the area in which the AMR sensor slides over the scale during position detection.

Handelt es sich um einen permanentmagnetischen Maßstab mit Nonius-Anordnung, dann basiert die vorliegende Erfindung auf der Idee, einen einteilig geformten, mit einer einheitlichen Magnetisierung versehenen permanentmagnetischen Maßstab, der zwei gegenüberliegende, zu der Maßstabslängsrichtung parallel verlaufende Ränder aufweist, so zu formen/gestalten, dass ein erster Teil des Maßstabs, der den ersten der zwei Ränder enthält, im Wesentlichen ein in Maßstabslängsrichtung variierendes erstes Meßfeld erzeugt, ein zweiter Teil des Maßstabs, der den zweiten der zwei Ränder enthält, im Wesentlichen ein in Maßstabslängsrichtung variierendes zweites Meßfeld erzeugt, und ein zwischen dem ersten und zweiten Teil des Maßstabs befindlicher dritter Teil des Maßstabes im Wesentlichen die Stützfelder für den ersten und zweiten AMR-Sensor erzeugt.If it is a permanent magnetic scale with a vernier arrangement, then the present invention is based on the idea of a one-piece permanent magnet provided with a uniform magnetization to form/design a ruler, which has two opposite edges running parallel to the longitudinal direction of the ruler, in such a way that a first part of the ruler, which contains the first of the two edges, essentially produces a first measuring field that varies in the longitudinal direction of the ruler, a second part of the Scale containing the second of the two edges substantially generates a second measurement field varying in the longitudinal direction of the scale, and a third part of the scale located between the first and second parts of the scale substantially generates the support fields for the first and second AMR sensors.

Der permanentmagnetische Maßstab gemäß der vorliegenden Erfindung ist einfach in der Herstellung, und macht einen eigens für das Bereitstellen des Stützfeldes notwendigen Magneten überflüssig.The permanent magnet scale according to the present invention is simple to manufacture and eliminates the need for a magnet that is specifically required to provide the supporting field.

Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird diese anhand der in den nachfolgenden Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei werden gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen und gleichen Bauteilbezeichnungen versehen. Weiterhin können auch einige Merkmale oder Merkmalskombinationen aus den gezeigten und beschriebenen unterschiedlichen Ausführungsformen für sich eigenständige, erfinderische oder erfindungsgemäße Lösungen darstellen. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Positionsgebers, bei dem das Stützfeld für den Sensor von einem speziellen Magneten erzeugt wird, der über dem Maßstab angeordnet ist;
2 die Struktur des Magnetfeldes, das von dem Maßstab des in 1 gezeigten Positionsgebers erzeugt wird;
3a die Struktur eines AMR-Sensors mit Barberpole;
3b die Abhängigkeit der Kennlinien eines AMR-Sensors mit Barberpole von dem Stützfeld;
4 eine perspektivische Darstellung eines linearen/geradlinigen permanentmagnetischen Maßstabes mit Nonius gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
5 eine Vorderansicht, eine Draufsicht, und eine Seitenansicht von links des in der 4 dargestellten linearen permanentmagnetischen Maßstabes;
6a die Struktur des Magnetfeldes, das von dem in 5 gezeigten Maßstab entlang den freistehenden Enden der seitlich angeordneten stabförmigen Magneten erzeugt wird;
6b den Bereich eines im Wesentlichen konstanten Hx-Feldes und einen Teilbereich dieses Bereiches, in dem das Hy-Feld sinusförmig variiert;
7a eine Querschnittsdarstellung eines Positionsgebers gemäß der vorliegenden Erfindung, in einer Ebene die senkrecht zur Maßstabslängsrichtung steht, sowie die Struktur des Magnetfeldes in der Querschnittsebene ohne die von den periodischen Strukturen erzeugten Feldanteile;
7b eine Draufsicht des Positionsgebers gemäß der vorliegenden Erfindung sowie die Variation des Meßfeldes relativ zur Maßstabslängsrichtung;
8a eine perspektivische Darstellung von oben eines kreisförmigen permanentmagnetischen Maßstabes mit Nonius gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
8b eine perspektivische Darstellung von unten des in 8a gezeigten kreisförmigen permanentmagnetischen Maßstabes;
9a eine Vorderansicht, eine Draufsicht, und eine Seitenansicht von links eines linearen permanentmagnetischen Maßstabes gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
9b eine Vorderansicht, eine Draufsicht, und eine Seitenansicht von links eines linearen permanentmagnetischen Maßstabes gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
10 eine perspektivische Darstellung eines linearen/geradlinigen permanentmagnetischen Maßstabes mit Nonius gemäß eines für das Verständnis der vorliegenden Erfindung hilfreichen Beispiels.

For a better understanding of the present invention, it is explained in more detail with reference to the exemplary embodiments illustrated in the following figures. The same parts are provided with the same reference numbers and the same component designations. Furthermore, some features or combinations of features from the different embodiments shown and described can also represent independent, inventive solutions or solutions according to the invention. Show it:

1 a schematic representation of a position transmitter, in which the supporting field for the sensor is generated by a special magnet, which is arranged above the scale;
2 the structure of the magnetic field, which differs from the scale of the in 1 shown position sensor is generated;
3a the structure of an AMR sensor with barber pole;
3b the dependence of the characteristics of an AMR sensor with barber pole on the support field;
4 12 is a perspective view of a linear/rectilinear permanent magnet scale with vernier scale according to a first embodiment of the present invention;
5 12 are a front view, a plan view, and a left side view of FIG 4 shown linear permanent magnetic scale;
6a the structure of the magnetic field generated by the in 5 scale shown is generated along the free-standing ends of the laterally arranged bar-shaped magnets;
6b the range of a substantially constant Hx field and a portion of this range in which the Hy field varies sinusoidally;
7a a cross-sectional representation of a position sensor according to the present invention, in a plane which is perpendicular to the longitudinal direction of the scale, and the structure of the magnetic field in the cross-sectional plane without the field components generated by the periodic structures;
7b a top view of the position sensor according to the present invention and the variation of the measuring field relative to the longitudinal direction of the scale;
8a a perspective view from above of a circular permanent magnet scale with vernier scale according to a second embodiment of the present invention;
8b a perspective view from below of the in 8a shown circular permanent magnetic scale;
9a 12 are a front view, a plan view, and a left side view of a permanent magnet linear scale according to a third embodiment of the present invention;
9b 12 are a front view, a plan view, and a left side view of a permanent magnet linear scale according to a fourth embodiment of the present invention;
10 Figure 14 is a perspective view of a vernier linear/rectilinear permanent magnet scale according to an example useful for understanding the present invention.

Die 4 zeigt eine perspektivische Darstellung eines geradlinigen permanentmagnetischen Maßstabes mit Nonius 401 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die 5 zeigt eine Vorderansicht, eine Draufsicht, und eine Seitenansicht von links des in der 4 dargestellten linearen permanentmagnetischen Maßstabes mit Nonius 401. Zudem gibt die 5 das kartesische Koordinatensystem an, das für die Beschreibung des ersten Ausführungsbeispiels verwendet wird.the 4 shows a perspective view of a rectilinear permanent magnetic scale with vernier scale 401 according to a first embodiment of the present invention. the 5 FIG. 12 shows a front view, a plan view, and a left side view of the device shown in FIG 4 shown linear permanent magnetic scale with vernier 401. In addition, the 5 indicates the Cartesian coordinate system used for the description of the first embodiment.

Der permanentmagnetische Maßstab mit Nonius gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel 401 weist eine Trägerplatte 405 sowie stabförmige Einzelmagnete 402_1 und 423 auf, die auf der oberen Fläche 408 der Trägerplatte 405 so fixiert sind, dass ihre Längsachse senkrecht zu der Maßstabslängsrichtung 407 steht, sie über die linke Randfläche 412 der Trägerplatte 405 oder die rechte Randfläche 411 der Trägerplatte 405 hinausragen, und benachbarte Einzelmagnete zueinander beabstandet sind. Desweiteren weist die Trägerplatte 405 an den beiden Maßstabsenden nach unten weisende Vorsprünge 409 und 410 auf.The permanent magnetic scale with vernier scale according to the first embodiment 401 has a support plate 405 and rod-shaped individual magnets 402_1 and 423 which are fixed on the upper surface 408 of the support plate 405 in such a way that their longitudinal axis is perpendicular to the scale length direction 407 is, they protrude beyond the left edge surface 412 of the support plate 405 or the right edge surface 411 of the support plate 405, and adjacent individual magnets are spaced from each other. Furthermore, the carrier plate 405 has downward-pointing projections 409 and 410 at the two scale ends.

Der permanentmagnetische Maßstab 401, die Trägerplatte 405 und die stabförmigen Einzelmagnete, die über die beiden Randflächen 411 und 412 der Trägerplatte 405 hinausragen, enthaltend, ist einteilig geformt/gefertigt und weist eine im Wesentlichen einheitliche Magnetisierung 406 auf, die senkrecht zur Maßstabslängsrichtung 407 und zu der oberen Fläche 408 der Trägerplatte 405 steht. In 4 ist die einheitliche Magnetisierung 406 beispielsweise von unten nach oben gerichtet; jedoch kann diese in einem anderen Ausführungsbeispiel auch von oben nach unten gerichtet sein.The permanent magnetic scale 401, containing the carrier plate 405 and the rod-shaped individual magnets, which protrude beyond the two edge surfaces 411 and 412 of the carrier plate 405, is molded/manufactured in one piece and has a substantially uniform magnetization 406, which is perpendicular to the longitudinal direction of the scale 407 and to the upper surface 408 of the support plate 405. In 4 for example, the uniform magnetization 406 is bottom-up; however, in another embodiment, it may be directed from top to bottom.

Vorzugsweise sind die Trägerplatte 405 und die stabförmigen Einzelmagnete, die über die beiden Randflächen der Trägerplatte 405 hinausragen, aus kunststoffgebundenem Magnetwerkstoff durch Spritzgießen hergestellt, und nach dem Spritzgießen in einem homogenen Magnetfeld magnetisiert worden.Preferably, the carrier plate 405 and the rod-shaped individual magnets, which protrude beyond the two edge surfaces of the carrier plate 405, are made of plastic-bonded magnet material by injection molding and have been magnetized in a homogeneous magnetic field after the injection molding.

Die über die rechte Randfläche 411 hinausragenden Magnete 402_1 und die Trägerplatte 405 bilden einen ersten geradlinigen permanentmagnetischen Maßstab 401_1, und die über die linke Randfläche 412 hinausragenden Einzelmagnete 423 und die Trägerplatte 405 bilden einen zweiten geradlinigen permanentmagnetischen Maßstab 401_2. Die Anzahl der im eindeutigen Meßbereich vorhandenen, über die linke Randfläche 412 hinausragenden Magnete 423 des zweiten Maßstabes 401_2 ist teilerfremd zur Anzahl der über die rechte Randfläche 411 hinausragenden Magnete 402_1 des ersten Maßstabes 401_1. Der „eindeutige Meßbereich“ ist definiert als das kleinste gemeinsame Vielfache der Periodenlängen des ersten und des zweiten Maßstabs. Dementsprechend unterscheidet sich der Abstand zwischen zwei benachbarten Magneten des ersten Maßstabes 401_1 von dem Abstand zwischen zwei benachbarten Magneten des zweiten Maßstabes 401_2.The magnets 402_1 protruding beyond the right-hand edge surface 411 and the carrier plate 405 form a first rectilinear permanent-magnetic scale 401_1, and the individual magnets 423 protruding beyond the left-hand edge surface 412 and the carrier plate 405 form a second rectilinear permanent-magnetic scale 401_2. The number of magnets 423 of the second scale 401_2 protruding beyond the left edge surface 412 in the unambiguous measuring range is coprime to the number of magnets 402_1 of the first scale 401_1 protruding beyond the right edge surface 411. The "clear measuring range" is defined as the smallest common multiple of the period lengths of the first and second scale. Accordingly, the distance between two adjacent magnets of the first scale 401_1 differs from the distance between two adjacent magnets of the second scale 401_2.

Sowohl der erste als auch der zweite geradlinige permanentmagnetische Maßstab gehören einer Variante des ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung an. Weil der erste und zweite geradlinige permanentmagnetische Maßstab, bis auf die Anzahl der über eine Randfläche der Trägerplatte 105 hinausragenden Magnete, dieselben Merkmale aufweisen, gilt die nachfolgende Beschreibung des ersten geradlinigen permanentmagnetischen Maßstabes 401_1 auch für den zweiten geradlinigen permanentmagnetischen Maßstab 401_2. Dieser wird daher im Folgenden nicht gesondert beschrieben.Both the first and second rectilinear permanent magnet scales belong to a variant of the first embodiment of the present invention. Because the first and second rectilinear permanent-magnetic scale have the same features, apart from the number of magnets protruding beyond an edge surface of the carrier plate 105, the following description of the first rectilinear permanent-magnetic scale 401_1 also applies to the second rectilinear permanent-magnetic scale 401_2. This is therefore not described separately below.

In den 5, 6 und 7 wird die Maßstabslängsrichtung 407 der permanentmagnetischen Maßstäbe 401, 401_1 und 401_2 so gewählt, dass sie mit der y-Achse des in 5 gezeigten kartesischen Koordinatensystems parallel ist. Die Querrichtung 418 zur Maßstabslängsrichtung 407 ist senkrecht zur Maßstabslängsrichtung 407, und wurde hier so gewählt ist, dass sie zur x-Achse des kartesischen Koordinatensystems parallel ist.In the 5 , 6 and 7 the scale longitudinal direction 407 of the permanent-magnetic scales 401, 401_1 and 401_2 is selected in such a way that it coincides with the y-axis of the in 5 Cartesian coordinate system shown is parallel. The direction 418 transverse to the longitudinal direction 407 of the scale is perpendicular to the longitudinal direction 407 of the scale and was selected here in such a way that it is parallel to the x-axis of the Cartesian coordinate system.

Die einheitliche Magnetisierung der Trägerplatte 405 und der Einzelmagnete, die über die Randflächen 411 und 412 der Trägerplatte 405 hinausragen, erzeugen um die permanentmagnetischen Maßstäbe 401, 401_1 und 401_2 ein äußerliches Magnetfeld. Dieses ist eine Überlagerung der äußerlichen Magnetfelder die durch die Trägerplatte 405 und die jeweiligen Einzelmagnete erzeugt werden. Der Verlauf der Magnetfeldlinien 412 des von einer parallelepipedförmigen Trägerplatte 405 erzeugten Magnetfeldes, in einer Ebene die senkrecht zur Längsrichtung der Trägerplatte 405 steht, ist in 7a dargestellt. Weil die Einzelmagnete im Vergleich zur Trägerplatte 405 viel kleiner sind, ist der Einfluss des von ihnen erzeugten äußeren Magnetfeldes auf das von der Trägerplatte 405 erzeugte Magnetfeld eher lokal.The uniform magnetization of the carrier plate 405 and the individual magnets, which protrude beyond the edge surfaces 411 and 412 of the carrier plate 405, generate an external magnetic field around the permanent-magnetic scales 401, 401_1 and 401_2. This is a superimposition of the external magnetic fields that are generated by the carrier plate 405 and the respective individual magnets. The course of the magnetic field lines 412 of the magnetic field generated by a parallelepiped-shaped carrier plate 405 in a plane that is perpendicular to the longitudinal direction of the carrier plate 405 is in 7a shown. Because the individual magnets are much smaller compared to the carrier plate 405, the influence of the external magnetic field they generate on the magnetic field generated by the carrier plate 405 is rather local.

Die 6a zeigt Magnetfeldlinien des Magnetfeldes, das von dem Maßstab 401 um die freistehenden Teilstücke der stabförmigen Einzelmagnete 402_1 bis 402_3 erzeugt wird, in einer Ebene die senkrecht zu der oberen Fläche der Einzelmagnete steht und parallel zu der Maßstabslängsrichtung 407 ist. Diese Figur zeigt, dass Magnetfeldlinien, die aus dem Nordpol eines der Einzelmagnete entspringen, den Einzelmagnet, aus dem sie entsprungen sind, umlaufen, und dann in den Südpol des Einzelmagneten münden, aus dem sie entsprungen sind. Beispielsweise umlaufen die Magnetfeldlinien, die aus dem Nordpol des mit dem Bezugszeichen 402_2 versehenen Einzelmagneten entspringen, diesen Einzelmagneten und münden in seinen Südpol. Weiterhin kann man aus der 6 ableiten, dass die Komponente des äußeren Magnetfeldes, die parallel zur Maßstabslängsrichtung 407 ist, die Hy-Komponente, in der Mitte eines Einzelmagneten sowie in der Mitte zwischen zwei benachbarten Einzelmagneten Null ist, und an den Rändern eines Einzelmagneten unterschiedliches Vorzeichen und maximalen absoluten Betrag aufweist. Die Hy-Komponente des Magnetfeldes, das von dem Maßstab 401 um die freistehenden Teilstücke der stabförmigen Einzelmagnete erzeugt wird, weist somit entlang der Maßstabslängsrichtung 407 eine periodische Variation auf, die vorzugsweise sinusförmig ist.the 6a shows magnetic field lines of the magnetic field generated by the scale 401 around the free-standing sections of the rod-shaped individual magnets 402_1 to 402_3, in a plane that is perpendicular to the upper surface of the individual magnets and parallel to the scale longitudinal direction 407. This figure shows that magnetic field lines emanating from the north pole of one of the individual magnets, circumambulate the individual magnet from which they originated, and then enter the south pole of the individual magnet from which they originated. For example, the magnetic field lines that originate from the north pole of the individual magnet provided with the reference number 402_2 run around this individual magnet and end in its south pole. Furthermore, one can from the 6 derive that the component of the external magnetic field, which is parallel to the longitudinal scale direction 407, the Hy component, is zero in the center of an individual magnet and in the center between two adjacent individual magnets, and has a different sign and maximum absolute value at the edges of an individual magnet . The Hy component of the magnetic field, which is generated by the scale 401 around the free-standing sections of the rod-shaped individual magnets, thus has a periodic variation along the longitudinal direction 407 of the scale, which is preferably sinusoidal.

Die 6b zeigt eine Draufsicht auf die in der 6a dargestellten Einzelmagnete 402_1 bis 402_3 des ersten Maßstabs 401_1. Außerdem zeigt diese Figur einen Bereich 420 und einen Teilbereich 422 des Bereiches 420, die sich beide in Maßstabslängsrichtung 407 von einem Ende zum anderen Ende des Maßstabs 401_1, oberhalb dieses Maßstabes erstrecken. Vorzugsweise deckt sich der Teilbereich 422 des Bereiches 420 mit dem Bereich 420. Die Grenzen des Bereiches 420 sind gestrichelt und der Teilbereich 422 schraffiert dargestellt. Die Grenze des Teilbereiches 422 innerhalb des Bereiches 420 ist mit einer Strich-Punkt-Linie markiert.the 6b shows a plan view of the in the 6a illustrated individual magnets 402_1 to 402_3 of the first scale 401_1. This figure also shows a region 420 and a partial region 422 of the region 420, both of which extend in the longitudinal direction 407 of the scale from one end to the other end of the scale 401_1, above this scale. The partial area 422 of the area 420 preferably coincides with the area 420. The boundaries of the area 420 are shown in dashed lines and the partial area 422 is hatched. The boundary of sub-area 422 within area 420 is marked with a dash-dot line.

Die 6a und 6b stellen jeweils einen Ausschnitt aus dem in den 4 und 5 dargestellten linearen permanentmagnetischen Maßstab 401_1 dar.the 6a and 6b each represent an excerpt from the in the 4 and 5 illustrated linear permanent magnetic scale 401_1.

In Querrichtung 418 weist der Bereich 420 eine vorgegebene Breite auf und überdeckt/erfasst angrenzende Teile eines jeden Einzelmagneten, die sich oberhalb und unterhalb der Randfläche 411 der Trägerplatte 405 erstrecken. Der sich oberhalb der Randfläche 411 erstreckende Teil eines Einzelmagneten ist mit der Trägerplatte 405 fest verbunden und der sich unterhalb der Randfläche 411 erstreckende Teil ist freistehend.In the transverse direction 418 the area 420 has a predetermined width and covers/encloses adjoining parts of each individual magnet which extend above and below the edge surface 411 of the carrier plate 405 . The part of an individual magnet that extends above the edge surface 411 is firmly connected to the carrier plate 405 and the part that extends below the edge surface 411 is free-standing.

Der Teilbereich 422 des Bereiches 420 erstreckt sich in Querrichtung 418 von der unteren Grenze des Bereiches 420 in den Bereich 420 hinein, und überdeckt damit hauptsächlich die Teile der Einzelmagnete, die sich unterhalb der Randfläche 411 der Trägerplatte 405 erstrecken.The partial area 422 of the area 420 extends in the transverse direction 418 from the lower limit of the area 420 into the area 420 and thus mainly covers the parts of the individual magnets that extend below the edge surface 411 of the carrier plate 405 .

Der Bereich 420 befindet sich in einem vorgegebenen Abstand/Höhe relativ zu der oberen Fläche der stabförmigen Einzelmagnete des Maßstabes 401_1. Vorzugsweise ist die Form aller stabförmigen Enzelmagnete gleich und/oder weisen eine obere Fläche auf, die in einer Ebene liegt, die parallel zu der oberen Fläche 408 der Trägerplatte 404 ist.The area 420 is at a predetermined distance/height relative to the upper surface of the rod-shaped individual magnets of the scale 401_1. Preferably, the shape of all of the individual rod-shaped magnets is the same and/or has a top surface that lies in a plane that is parallel to the top surface 408 of the carrier plate 404 .

Erfindungsgemäß weist die magnetische Feldstärke des um den permanentmagnetischen Maßstab 401_1 erzeugten Magnetfeldes, in dem Bereich 420, eine Komponente in Querrichtung 418, Hx-Komponente, auf, die im Wesentlichen konstant ist; d.h. Richtungssinn und absoluter Betrag der Hx-Komponente sind in jedem Punkt des Bereiches 420 gleich. Jedoch muss dieses Merkmal nicht streng erfüllt sein, es reicht vielmehr aus, wenn die Hx-Komponente in jedem Punkt des Bereiches 420 ihren Richtungssinn nicht ändert und einen absoluten Betrag aufweist, der sich zwischen einem vorgegebenen Minimalwert und einem vorgegebenen Maximalwert bewegt.According to the invention, the magnetic field strength of the magnetic field generated around the permanent-magnetic scale 401_1 has, in the region 420, a component in the transverse direction 418, Hx component, which is essentially constant; i.e. the sense of direction and the absolute value of the Hx component are the same at every point in the area 420. However, this feature does not have to be strictly fulfilled; it is rather sufficient if the Hx component does not change its sense of direction at any point of the region 420 and has an absolute value which moves between a predetermined minimum value and a predetermined maximum value.

Die im Wesentlichen konstante Hx-Komponente im Bereich 420 lässt sich durch entsprechende Formung/Dimensionierung der Trägerplatte 405 und der Einzelmagneten 402_1, sowie durch entsprechende Anordnung der Einzelmagnete 402_1 auf der Trägerplatte 405 erreichen.The essentially constant Hx component in the area 420 can be achieved by appropriate shaping/dimensioning of the carrier plate 405 and the individual magnets 402_1, and by appropriate arrangement of the individual magnets 402_1 on the carrier plate 405.

Ebenfalls gemäß der vorliegenden Erfindung weist die magnetische Feldstärke des um den permanentmagnetischen Maßstab 401_1 erzeugten Magnetfeldes, in dem Teilbereich 422 des Bereiches 420, eine Komponente in Maßstabslängsrichtung 407, Hy-Komponente, auf, die sich entlang der Maßstabslängsrichtung 407 periodisch, vorzugsweise sinusförmig, ändert. Die periodische Änderung der Hy-Komponente im Teilbereich 422 muss mit einem Magnetfeldsensor, beispielsweise einem AMR-Sensor mit Barberpole, detektierbar sein; d.h. die Amplitude dieser periodischen Änderung muss einen vorgegebenen Schwellwert, der von der Empfindlichkeit des Sensors abhängt, überschreiten.Also according to the present invention, the magnetic field strength of the magnetic field generated around the permanent magnetic scale 401_1, in the partial region 422 of the region 420, has a component in the longitudinal direction of the scale 407, the Hy component, which changes periodically, preferably sinusoidally, along the longitudinal direction of the scale 407 . The periodic change in the Hy component in sub-area 422 must be detectable with a magnetic field sensor, for example an AMR sensor with a barber pole; i.e. the amplitude of this periodic change must exceed a predetermined threshold value, which depends on the sensitivity of the sensor.

Die Breite des Teilbereiches 422 lässt sich durch entsprechende Anordnung der Einzelmagnete 402_1 auf der Trägerplatte 405, insbesondere durch Dimensionierung ihres freistehenden Teiles, beeinflussen.The width of the partial area 422 can be influenced by appropriate arrangement of the individual magnets 402_1 on the carrier plate 405, in particular by dimensioning its free-standing part.

Weil an den Enden des Maßstabs 401_1 das von dem Maßstab 401_1 erzeugte Magnetfeld eine andere Struktur als im Innenbereich des Maßstabs 401_1 aufweist, kann die Hx-Komponente an den Enden des Bereiches 420 von der Hx-Komponente im Innenbereich des Maßstabs 401_1 abweichen. Diese Abweichung lässt sich erfindungsgemäß korrigieren, indem man die Einzelmagnete an den Maßstabsenden anders formt als im Innenbereich des Maßstabs 401_1, oder indem die Trägerplatte 405 an ihren Enden mit Vorsprüngen 409 und 410 versehen wird, die vorzugsweise auf der unteren Fläche, d.h. der Fläche die der oberen Fläche 408 gegenüberliegt, vorgesehen sind.Because the magnetic field generated by the scale 401_1 has a different structure at the ends of the scale 401_1 than in the inner area of the scale 401_1, the Hx component at the ends of the area 420 can deviate from the Hx component in the inner area of the scale 401_1. This deviation can be corrected according to the invention by shaping the individual magnets at the ends of the scale differently than in the inner area of the scale 401_1, or by providing the ends of the support plate 405 with projections 409 and 410, which are preferably on the lower surface, i.e. the surface of the opposite the top surface 408 are provided.

An den Enden des Maßstabs 401_1 auftretende Abweichungen des von der y-Position abhängigen periodischen Hy-Verlaufs von dem Verlauf im Innenbereich des Maßstabs können durch eine Veränderung von Abständen und/oder Dimensionen der Einzelmagnete im Endbereich vermindert werden.Deviations occurring at the ends of the scale 401_1 of the periodic Hy curve, which is dependent on the y position, from the curve in the inner area of the scale can be reduced by changing the distances and/or dimensions of the individual magnets in the end area.

Ein Positionsgeber gemäß der vorliegenden Erfindung weist einen permanentmagnetischen Maßstab gemäß der vorliegenden Erfindung und mindestens einen Magnetfeldsensor, vorzugsweise einen AMR-Sensor mit Barberpolen, auf; wobei diese beweglich zueinander angeordnet sind. Die vorliegende Erfindung schließt auch Positionsgeber mit ein, die als Magnetfeldsensor einen AMR-Sensor ohne Barberpolen verwenden, jedoch mit Widerstandsstreifen versehen ist, die schräg zur Querrichtung und schräg zur Längsrichtung der magnetischen Skala verlaufen. Auch bezieht sich die vorliegende Erfindung auf Positionsgeber, die als Magnetfeldsensor einen Sensor verwenden, der den GMR- oder TMR-Effekt nutzt; dabei ist GMR die englische Abkürzung für „giant magnetoresistance“, und TMR für „tunnel magnetoresistance“.A position transmitter according to the present invention has a permanent-magnetic scale according to the present invention and at least one magnetic field sensor, preferably an AMR sensor with barber poles; these being movably arranged in relation to one another. The present invention also includes position sensors that use an AMR sensor without barber poles as the magnetic field sensor, but is provided with resistance strips that are inclined to the transverse direction direction and oblique to the longitudinal direction of the magnetic scale. Also, the present invention relates to position sensors that use a sensor that uses the GMR or TMR effect as a magnetic field sensor; GMR is the English abbreviation for "giant magnetoresistance" and TMR for "tunnel magnetoresistance".

Der in 7a schematisch dargestellte Positionsgeber 400 weist einen permanentmagnetischen Maßstab 401 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sowie zwei AMR-Sensoren mit Barberpole 403 auf. Diese Figur zeigt, dass jeder der beiden AMR-Sensoren 403 in einer bestimmten/vorgegebenen Höhe relativ zu den Einzelmagneten des Maßstabs 401 so angeordnet ist, dass eine innere Stelle des empfindlichen Teiles des Sensors, beispielsweise, gegenüber der jeweiligen Randfläche (411 bzw. 412) der Trägerplatte 405 liegt.the inside 7a Position sensor 400 shown schematically has a permanent-magnetic scale 401 according to the first exemplary embodiment of the present invention and two AMR sensors with barber poles 403 . This figure shows that each of the two AMR sensors 403 is arranged at a specific/specified height relative to the individual magnets of the scale 401 in such a way that an inner point of the sensitive part of the sensor, for example, is opposite the respective edge surface (411 or 412 ) of the carrier plate 405.

Durch die mit wachsendem Hy-Feld zunehmend nichtlineare Sensorkennlinie 121 sowie im Nahbereich der Einzelmagnete verstärkt auftretende Oberwellenanteile im positionsabhängigen Verlauf der Hy-Komponente können bei Abständen des Sensors zum Maßstab, die viel kleiner als die vorgegebene Höhe sind, starke Verzerrungen (Abweichungen von einer Sinus-Form) im Signalverlauf auftreten, während bei viel größeren Abständen als die vorgegebene Höhe, das Ausgangssignal zwar sinusförmig ist, aber eine zu kleine Amplitude aufweist. Daher wird erfindungsgemäß die vorgegebene Höhe so gewählt, dass das der Position des AMR-Sensors entsprechende Sensorausgangssignal (Positionssignal) sinusförmig ist und eine Amplitude aufweist, die den vorgegebenen Schwellwert überschreitet.Due to the sensor characteristic curve 121, which is increasingly non-linear as the Hy field grows, as well as harmonics occurring in the vicinity of the individual magnets in the position-dependent course of the Hy component, severe distortions (deviations from a sine -shape) occur in the signal curve, while at much greater distances than the specified height, the output signal is sinusoidal but has too small an amplitude. Therefore, according to the invention, the predetermined level is selected such that the sensor output signal (position signal) corresponding to the position of the AMR sensor is sinusoidal and has an amplitude that exceeds the predetermined threshold value.

Vorteilhafterweise kann man bei allen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung einen Sensor verwenden, dessen sensitive Elemente (beispielsweise die mit Barberpolen versehene Eisen-Nickel-Schicht bei einem AMR-Sensor mit Barberpolen, oder Widerstandsstreifen bei einem AMR-Sensor mit Widerstandsstreifen) so verteilt sind, dass einerseits das Magnetfeld über ein ganzzahliges Vielfaches einer Maßstabsperiode (welche sich beispielsweise über ein Nord-Süd-Polpaar erstreckt) integriert wird, wodurch insbesondere homogene magnetische Störfelder von Außen kompensiert werden, andererseits besonders störende Oberwellenanteile bereits beim Mischen der Signalanteile der einzelnen sensitiven Elemente durch destruktive Interferenz aus dem Gesamtsignal entfernt werden.Advantageously, in all embodiments of the present invention, a sensor can be used whose sensitive elements (e.g. the iron-nickel layer provided with barber poles in an AMR sensor with barber poles, or resistance strips in an AMR sensor with resistance strips) are distributed in such a way that On the one hand, the magnetic field is integrated over an integer multiple of a scale period (which extends, for example, over a north-south pole pair), which compensates for homogeneous magnetic interference fields from the outside in particular, and on the other hand, particularly disruptive harmonic components already when mixing the signal components of the individual sensitive elements through destructive ones Interference can be removed from the overall signal.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein AMR-Sensor 403 so gegenüber dem permanentmagnetischen Maßstab 401 angeordnet, dass sein empfindlicher Teil (der Permalloy-Streifen mit Barberpole-Anordnung) im Bereich 420 und mindestens teilweise im Teilbereich 422 des Bereiches 420 liegt, sodass die in dem Bereich 420 vorhandene, im Wesentlichen konstante, Hx-Komponente als Stützfeld für den AMR-Sensor wirkt, und die in Maßstabslängsrichtung 407 periodisch variierende Hy-Komponente als Meßfeld (Position) für den AMR Sensors wirkt.According to the present invention, an AMR sensor 403 is arranged in relation to the permanent magnetic scale 401 in such a way that its sensitive part (the permalloy strip with barber pole arrangement) lies in the area 420 and at least partially in the sub-area 422 of the area 420, so that the The essentially constant Hx component present in area 420 acts as a support field for the AMR sensor, and the Hy component that varies periodically in the longitudinal direction 407 of the scale acts as a measurement field (position) for the AMR sensor.

Die Anordnung des in 7a gezeigten rechten AMR-Sensors 403 relativ zu dem permanentmagnetischen Maßstab 401_1 ist in der 7b gezeigt. Diese zeigt einen Ausschnitt aus einer Draufsicht auf den Positionsgeber 400. Vorzugsweise erstreckt sich hier der Teilbereich 422 weit über die Randfläche 411 der Trägerplatte 405 hinaus, und ist damit breit genug um den AMR Sensor 403 gänzlich aufzunehmen. Die 7b zeigt auch die Variation der Hy-Komponente des äußerlichen Magnetfeldes entlang der Maßstabslängsrichtung 407, die von dem AMR-Sensor 403 erfasst wird, wenn sich dieser entlang der Maßstabslängsrichtung 407 bewegt.The arrangement of the in 7a The right AMR sensor 403 shown relative to the permanent magnetic scale 401_1 is shown in FIG 7b shown. This shows a detail from a top view of the position transmitter 400. The partial area 422 here preferably extends far beyond the edge surface 411 of the carrier plate 405, and is therefore wide enough to accommodate the AMR sensor 403 entirely. the 7b Fig. 12 also shows the variation of the Hy component of the external magnetic field along the length-of-scale direction 407, which is detected by the AMR sensor 403 as it moves along the length-of-scale direction 407.

Weil der permanentmagnetischen Maßstab gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel das Stützfeld des AMR-Sensors in jedem Punkt des Meßbereichs selber erzeugt, ist ein eigens für die Generierung des Stützfeldes erforderlicher Permanentmagnet nicht mehr nötig. Damit spart man nicht nur die Kosten für diesen Permanentmagneten und dessen Magnetisierung, sondern spart zusätzlich Bauraum und reduziert auch das Gewicht und damit die Trägheit des Teiles (beispielsweise Leiterplatte), an dem der AMR-Sensor angebracht ist. Das letztere ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der relativ zum Maßstab bewegbar angeordnete AMR-Sensor schnell abgebremst oder schnell beschleunigt werden muss.Because the permanent-magnetic scale according to the first exemplary embodiment generates the supporting field of the AMR sensor itself at every point of the measuring range, a permanent magnet required specifically for generating the supporting field is no longer necessary. This not only saves the costs for this permanent magnet and its magnetization, but also saves installation space and also reduces the weight and thus the inertia of the part (e.g. printed circuit board) to which the AMR sensor is attached. The latter is particularly advantageous when the AMR sensor, which is arranged to be movable relative to the scale, has to be rapidly decelerated or rapidly accelerated.

Darüber hinaus hat der permanentmagnetische Maßstab gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel den Vorteil, dass er einfach herzustellen ist. Ein Verfahren zur Herstellung des permanentmagnetischen Maßstabs gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel umfasst die folgenden Schritte: Spritzgießen eines kunststoffgebundenen magnetisierbaren Materials in einen formgebenden Hohlraum einer Form, der das Profil/den Umriss des herzustellenden Maßstabs hat; und Magnetisierung des mit der Form erzeugten Gussteils in einem homogenen Magnetfeld, wobei die Feldstärke des magnetisierenden homogenen Magnetfeldes senkrecht zur Längsrichtung des Gussteils und senkrecht zu seiner oberen Fläche - das ist die dem AMR-Sensor zugewandten Fläche - ist. Der formgebende Hohlraum der Form weist eine Fläche mit einem Flächenrand auf, die entlang eines Flächenrandstückes stabförmige Vertiefungen aufweist, die quer zu dem Flächenrandstück stehen und teilweise über das Flächenrandstück hinausragen. Erfindungsgemäß kann der die Trägerplatte 405 bildende Hohlraum als Angusskanal für das Spritzgießen der den Maßstab bildenden Einzelmagnete 423 benutzt werden. Durch ein bereits beim Gußvorgang in der späteren Magnetisierungsrichtung einwirkendes Magnetfeld kann dem Magnetmaterial vorteilhaft eine magnetische Anisotropie verliehen werden. Während des Magnetisierens ist die Fläche des Gussteils, die während dem Spritzgießen die Fläche des Hohlraums mit den Vertiefungen berührte, senkrecht zu der magnetischen Feldstärke des homogenen Feldes ausgerichtet. Vorzugsweise werden das Gussteil und die Form, in der das Gussteil gegossen wurde, nach dem Spritzgießen und der Magnetisierung nicht voneinander getrennt, und die Form die Funktion einer Schutzhülle für den permanentmagnetischen Maßstab übernimmt.In addition, the permanent magnet scale according to the first embodiment has the advantage that it is easy to manufacture. A method of manufacturing the permanent magnet scale according to the first embodiment comprises the steps of: injection molding a plastic-bonded magnetizable material into a forming cavity of a mold having the profile/contour of the scale to be manufactured; and magnetizing the casting produced with the mold in a homogeneous magnetic field, the field strength of the magnetizing homogeneous magnetic field being perpendicular to the longitudinal direction of the casting and perpendicular to its upper surface - that is the surface facing the AMR sensor. The forming cavity of the mold has a surface with a surface edge having rod-shaped indentations along a surface edge portion that extend transversely of the surface edge portion and partially over the surface edge protrude a bit. According to the invention, the hollow space forming the carrier plate 405 can be used as a sprue channel for the injection molding of the individual magnets 423 forming the scale. A magnetic anisotropy can advantageously be imparted to the magnetic material by a magnetic field already acting during the casting process in the subsequent direction of magnetization. During magnetization, the surface of the casting that touched the surface of the cavity with dimples during injection molding is oriented perpendicular to the magnetic field strength of the homogeneous field. Preferably, the casting and the mold in which the casting was cast are not separated from each other after injection molding and magnetization, and the mold performs the function of a protective cover for the permanent magnet scale.

Die bisher beschriebenen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf permanentmagnetische Maßstäbe bzw. Positionsgeber, die eine geradlinige Maßstabslängsrichtung aufweisen. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt, sondern umfasst vielmehr auch permanentmagnetische Maßstäbe, die eine gebogene oder kreisförmige Maßstabslängsrichtung aufweisen.The exemplary embodiments of the present invention described so far relate to permanent-magnetic scales or position sensors, which have a linear scale longitudinal direction. However, the present invention is not limited to this, but rather also includes permanent magnetic scales that have a curved or circular scale longitudinal direction.

Die 8a und 8b zeigen eine perspektivische Darstellung von oben bzw. von unten eines kreisförmigen permanentmagnetischen Maßstabes mit Nonius 801 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Dieser Maßstab weist eine kreisförmige Maßstabslängsrichtung auf.the 8a and 8b show a perspective view from above and from below of a circular permanent magnetic scale with vernier scale 801 according to a second embodiment of the present invention. This scale has a circular scale longitudinal direction.

Der permanentmagnetische Maßstab mit Nonius gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel 801 weist eine ringförmige Trägerplatte 805 sowie stabförmige Einzelmagnete 802 auf, die auf der oberen Fläche 808 der Trägerplatte 805 so fixiert sind, dass ihre Längsachse senkrecht zu der Maßstabslängsrichtung steht, sie über die äußere Randfläche 811 der Trägerplatte 805 oder die innere Randfläche 821 der Trägerplatte 805 hinausragen, und benachbarte Einzelmagnete zueinander beabstandet sind. Der Mittelpunkt der ringförmigen Trägerplatte 805 deckt sich mit dem Mittelpunkt der Maßstabslängsrichtung des kreisförmigen Maßstabs 801.The permanent-magnetic scale with vernier according to the second exemplary embodiment 801 has an annular carrier plate 805 and rod-shaped individual magnets 802, which are fixed on the upper surface 808 of the carrier plate 805 in such a way that their longitudinal axis is perpendicular to the longitudinal direction of the scale, they extend beyond the outer edge surface 811 of the Protrude support plate 805 or the inner edge surface 821 of the support plate 805, and adjacent individual magnets are spaced from each other. The center point of the ring-shaped support plate 805 coincides with the center point of the longitudinal direction of the circular scale 801.

Der permanentmagnetische Maßstab 801 ist einteilig geformt/gefertigt und weist eine im Wesentlichen einheitliche Magnetisierung auf, die senkrecht zur Maßstabslängsrichtung und zu der oberen Fläche 808 der Trägerplatte 805 steht. Vorzugsweise sind die ringförmige Trägerplatte 805 und die stabförmigen Einzelmagnete aus kunststoffgebundenem Magnetwerkstoff durch Spritzgießen hergestellt und danach in einem homogenen Magnetfeld magnetisiert worden.The permanent magnetic scale 801 is molded/manufactured in one piece and has a substantially uniform magnetization that is perpendicular to the scale longitudinal direction and to the top surface 808 of the support plate 805 . The ring-shaped carrier plate 805 and the rod-shaped individual magnets are preferably produced from plastic-bonded magnetic material by injection molding and then magnetized in a homogeneous magnetic field.

Die über die äußere Randfläche 811 hinausragenden Einzelmagnete 802 und die Trägerplatte 805 bilden einen ersten kreisförmigen permanentmagnetischen Maßstab 801_1, und die über die innere Randfläche 821 hinausragenden Einzelmagnete und die Trägerplatte 805 bilden einen zweiten kreisförmigen permanentmagnetischen Maßstab 801_2. Die Anzahl der über die äußere Randfläche 811 hinausragenden Magnete 802 des Maßstabes 801_1 und die Anzahl der über die innere Randfläche 821 hinausragenden Magnete des zweiten Maßstabes 801_2 sind für den Aufbau eines Noniussensormeßsystems mit einem absoluten Meßbereich von 360° teilerfremd.The individual magnets 802 protruding beyond the outer edge surface 811 and the carrier plate 805 form a first circular permanent-magnetic scale 801_1, and the individual magnets protruding beyond the inner edge surface 821 and the carrier plate 805 form a second circular permanent-magnetic scale 801_2. The number of magnets 802 of scale 801_1 projecting beyond the outer edge surface 811 and the number of magnets of the second scale 801_2 projecting beyond the inner edge surface 821 are relatively prime for the construction of a vernier sensor measuring system with an absolute measuring range of 360°.

Die einheitliche Magnetisierung der ringförmigen Trägerplatte 805 und der Einzelmagnete erzeugt um den permanentmagnetischen Maßstab 801 ein äußerliches Magnetfeld, das eine Struktur aufweist, die der des von dem permanentmagnetischen Maßstab 401 erzeugten Magnetfeldes analog ist. Daher weist der permanentmagnetische Maßstab gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel dieselben Vorteile auf, wie der permanentmagnetische Maßstab gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Auch lässt sich der permanentmagnetische Maßstab gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel nach einem Verfahren herstellen, das dem Herstellungsverfahren des permanentmagnetischen Maßstabes gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel analog ist.The uniform magnetization of the ring-shaped support plate 805 and the individual magnets generates an external magnetic field around the permanent-magnetic scale 801, which has a structure which is analogous to that of the magnetic field generated by the permanent-magnetic scale 401. Therefore, the permanent magnet scale according to the second embodiment has the same advantages as the permanent magnet scale according to the first embodiment. Also, the permanent magnet scale according to the second embodiment can be manufactured by a method that is analogous to the manufacturing method of the permanent magnet scale according to the first embodiment.

Die Struktur des von dem kreisförmigen permanentmagnetischen Maßstab 801 erzeugten Magnetfeldes lässt sich durch passende Formung/Dimensionierung der ringförmigen Trägerplatte 805 sowie der über die Randflächen 811 und 821 hinausstehenden Einzelmagnete 802 realisieren.The structure of the magnetic field generated by the circular permanent-magnetic scale 801 can be realized by suitable shaping/dimensioning of the ring-shaped carrier plate 805 and the individual magnets 802 protruding beyond the edge surfaces 811 and 821 .

Die Grundidee der vorliegenden Erfindung, einen einteilig geformten und einheitlich magnetisierten Maßstab so zu formen, dass ein Teil des Maßstabes im Wesentlichen das Stützfeld für den AMR-Sensor und ein anderer Teil des Maßstabs im Wesentlichen das Meßfeld für den AMR-Sensor erzeugt, ist im ersten und zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung so ausgeführt, dass identische stabförmige Einzelmagnete an einer Trägerplatte so angeordnet sind, dass ihre Längsachse senkrecht zur Maßstabslängsrichtung steht und sie über den Rand der Trägerplatte hinausstehen. Dabei trägt die Magnetisierung der Trägerplatte hauptsächlich zur Erzeugung der konstanten Hx-Komponente im Bereich 420 bei, und die Magnetisierung der stabförmigen, beabstandet angeordneten Einzelmagnete 402 zur Erzeugung der periodisch variierenden Hy-Komponente im Teilbereich 422 des Bereiches 420 bei.The basic idea of the present invention is to shape a one-piece and uniformly magnetized scale in such a way that part of the scale essentially generates the supporting field for the AMR sensor and another part of the scale essentially generates the measuring field for the AMR sensor First and second embodiment of the present invention designed so that identical rod-shaped individual magnets are arranged on a support plate so that their longitudinal axis is perpendicular to the longitudinal direction of the scale and they protrude beyond the edge of the support plate. The magnetization of the carrier plate mainly contributes to the generation of the constant Hx component in area 420, and the magnetization of the rod-shaped, spaced-apart individual magnets 402 contributes to the generation of the periodically varying Hy component in subarea 422 of area 420.

Es ist jedoch nicht zwingend notwendig, dass die oberen Flächen der Einzelmagnete 402 über die obere Fläche 408 der Trägerplatte 405 hinausragen, wie das in dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel der Fall ist. Die vorliegende Erfindung erfasst vielmehr auch Anordnungen, bei denen die obere Fläche der Einzelmagneten bündig zur oberen Fläche der Trägerplatte ist, und die einzelnen Magnete lediglich über den Rand der Trägerplatte hinausstehen.However, it is not absolutely necessary that the upper surfaces of the individual magnets 402 on the upper surface 408 of the support plate 405 protrude, as is the case in the first and second embodiments. Rather, the present invention also covers arrangements in which the upper surface of the individual magnets is flush with the upper surface of the carrier plate and the individual magnets only protrude beyond the edge of the carrier plate.

Andere Realisierungsformen der Grundidee der vorliegenden Erfindung sind in den 9a und 9b dargestellt. Die 9a zeigt eine Vorderansicht, eine Draufsicht und eine Seitenansicht von links eines linearen permanentmagnetischen Maßstabes 900 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.Other forms of realization of the basic idea of the present invention are in the 9a and 9b shown. the 9a 12 shows a front view, a plan view, and a left side view of a permanent magnet linear scale 900 according to a third embodiment of the present invention.

Der permanentmagnetische Maßstab 900 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel weist eine Vielzahl von Einzelmagnete 902 auf. Jeder dieser Einzelmagnete 902 hat ein erstes Ende, ein zweites Ende, ein das erste Ende enthaltende erstes Teilstück 931, ein das zweite Ende enthaltende zweite Teilstück 932, und eine vom ersten Ende zum zweiten Ende hin gerichtete Längsachse 933. Die Einzelmagnete 902 sind in Maßstabslängsrichtung 907 so hintereinander angeordnet, dass ihre Längsachsen 933 gleichgerichtet und senkrecht zur Maßstabslängsrichtung 907 ausgerichtet sind, und zumindest die zweiten Teilstücke 932 von benachbarten Magneten zueinander beabstandet angeordnet sind.The permanent-magnetic scale 900 according to the third exemplary embodiment has a multiplicity of individual magnets 902 . Each of these individual magnets 902 has a first end, a second end, a first section 931 containing the first end, a second section 932 containing the second end, and a longitudinal axis 933 directed from the first end to the second end. The individual magnets 902 are in the longitudinal scale direction 907 are arranged one behind the other in such a way that their longitudinal axes 933 are aligned in the same direction and perpendicular to the longitudinal direction of the scale 907, and at least the second sections 932 of adjacent magnets are arranged at a distance from one another.

Die Maßstabslängsrichtung 907 des permanentmagnetischen Maßstabes 900 wurde so gewählt, dass sie parallel zur y-Achse des in der 9a dargestellten kartesischen Koordinatensystems ist. Die Querrichtung zur Maßstabslängsrichtung 907 ist parallel zur x-Achse desselben Koordinatensystems.The scale longitudinal direction 907 of the permanent magnetic scale 900 was chosen so that it is parallel to the y-axis of the 9a Cartesian coordinate system shown. The transverse direction to the longitudinal scale direction 907 is parallel to the x-axis of the same coordinate system.

Erfindungsgemäß ist das zweite Teilstück 932 eines jeden Einzelmagneten 902 gegenüber dem ersten Teilstück 931 desselben Einzelmagneten verjüngt. Beispielsweise haben das erste und zweite Teilstück, 931 und 932, eine im Wesentlichen quaderförmige Form, und die Breite des zweiten Teilstückes 932 ist kleiner als die Breite des ersten Teilstückes 931, wie in 9a gezeigt.According to the invention, the second section 932 of each individual magnet 902 is tapered compared to the first section 931 of the same individual magnet. For example, the first and second sections, 931 and 932, have a substantially cuboid shape, and the width of the second section 932 is smaller than the width of the first section 931, as in FIG 9a shown.

Jeder Einzelmagnet 902 weist eine im Wesentlichen senkrecht zur Maßstabslängsrichtung 907 und zur Querrichtung weisende, einheitliche Magnetisierung M auf. Die Magnetisierungen M aller Einzelmagnete 902 weisen alle in dieselbe Richtung, beispielsweise nach oben, wie in 9a gezeigt.Each individual magnet 902 has a uniform magnetization M pointing essentially perpendicularly to the longitudinal direction 907 of the scale and to the transverse direction. The magnetizations M of all individual magnets 902 all point in the same direction, for example upwards, as in FIG 9a shown.

Ferner zeigt die 9a einem Bereich 920, der sich oberhalb des Maßstabes 900, in Maßstabslängsrichtung 907, vom ersten bis zum letzten Einzelmagnet der hintereinander angeordneten Einzelmagnete 902 erstreckt und angrenzende Teile des ersten und zweitens Teilstückes, 931 und 932, eines jeden Einzelmagneten 902 bedeckt/erfasst. Der Bereich 920 seinerseits weist einen Teilbereich auf, der sich in Maßstabslängsrichtung 907 vom ersten zum letzten Einzelmagneten der hintereinander angeordneten Einzelmagnete 902 erstreckt, und zumindest einen Teil des zweiten Teilstückes eines jeden Magneten 902 bedeckt/erfasst. Dieser Teilbereich ist in 9 nicht dargestellt.Furthermore, the 9a an area 920, which extends above the scale 900, in the longitudinal direction 907 of the scale, from the first to the last individual magnet of the individual magnets 902 arranged one behind the other and covers/covers adjoining parts of the first and second sections, 931 and 932, of each individual magnet 902. The area 920 in turn has a sub-area that extends in the longitudinal direction 907 of the scale from the first to the last individual magnet of the individual magnets 902 arranged one behind the other, and covers/encloses at least part of the second section of each magnet 902. This section is in 9 not shown.

Erfindungsgemäß weist in dem Bereich 920 die magnetische Feldstärke des von der Vielzahl von Einzelmagneten 902 erzeugten Magnetfeldes eine Komponente Hx in Querrichtung auf, deren Richtungssinn sich nicht ändert und deren Betrag im Wesentlichen konstant ist. In dem Teilbereich des Bereiches 920 weist die magnetische Feldstärke des von der Vielzahl von Magneten 902 erzeugten Magnetfeldes eine Komponente Hy in Maßstabslängsrichtung 907 auf, die sich entlang der Maßstabslängsrichtung 907 periodisch ändert, vorzugsweise sinusförmig, und eine Amplitude aufweist, die einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet.According to the invention, in the region 920 the magnetic field strength of the magnetic field generated by the plurality of individual magnets 902 has a component Hx in the transverse direction, the direction of which does not change and the magnitude of which is essentially constant. In the partial area of the area 920, the magnetic field strength of the magnetic field generated by the plurality of magnets 902 has a component Hy in the longitudinal scale direction 907, which changes periodically along the longitudinal scale direction 907, preferably sinusoidally, and has an amplitude that exceeds a predetermined threshold value.

Die Struktur des von der Vielzahl von Einzelmagneten 902 erzeugten Magnetfeldfeldes lässt sich durch passende Formung/Dimensionierung der Einzelmagnete 902 erreichen.The structure of the magnetic field generated by the multiplicity of individual magnets 902 can be achieved by suitable shaping/dimensioning of the individual magnets 902 .

Erfindungsgemäß können die Einzelmagnete an den Maßstabsenden anders geformt sein als im Innenbereich des Maßstabes 900, um an den Maßstabsenden, im Bereich 920, eine dem Innenbereich entsprechenden/gleichen positionsabhängigen Verlauf der Hy-Komponente zu erzielen.According to the invention, the individual magnets at the ends of the scale can be shaped differently than in the inner area of the scale 900 in order to achieve a position-dependent course of the Hy component at the ends of the scale, in area 920, which corresponds to/is the same as the inner area.

Die 9b zeigt eine Vorderansicht, eine Draufsicht und eine Seitenansicht von links eines linearen permanentmagnetischen Maßstabes 950 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.the 9b 12 shows a front view, a plan view, and a left side view of a permanent magnet linear scale 950 according to a fourth embodiment of the present invention.

Der permanentmagnetische Maßstab 950 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel weist eine Vielzahl von Einzelmagnete 952 auf, die jeweils ein erstes Teilstück 981 und ein zweites Teilstück 932 haben. Das vierte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem dritten Ausführungsbeispiel darin, dass sich die ersten Teilstücke 981 von benachbarten Einzelmagneten 952 berühren, wohingegen die ersten Teilstücke 931 von benachbarten Einzelmagneten 902 leicht beabstandet zueinander sind; und dass die Höhe des ersten Teilstückes 981 der Einzelmagneten 952 größer als die Höhe ihres zweiten Teilstückes 932 ist, wohingegen die Höhe des ersten Teilstückes 931 der Einzelmagneten 902 gleich der Höhe ihres zweiten Teilstückes 932 ist.The permanent magnetic scale 950 according to the fourth exemplary embodiment has a multiplicity of individual magnets 952 which each have a first section 981 and a second section 932 . The fourth exemplary embodiment differs from the third exemplary embodiment in that the first sections 981 of adjacent individual magnets 952 touch, whereas the first sections 931 of adjacent individual magnets 902 are slightly spaced from one another; and that the height of the first section 981 of the individual magnets 952 is greater than the height of their second section 932, whereas the height of the first section 931 of the individual magnets 902 is equal to the height of their second section 932.

In dem dritten und vierten Ausführungsbeispiel trägt die Magnetisierung der ersten Teilstücke, 931 bzw. 981, wesentlich zur Erzeugung der nahezu konstanten Hx-Komponente im Bereich 920 bei, wohingegen die periodische Variation der Hy-Komponente im Teilbereich des Bereiches 920 durch die Magnetisierung der beabstandeten/verjüngten zweiten Teilstücke 932 erzielt wird.In the third and fourth exemplary embodiment, the magnetization of the first sections, 931 and 981, contributes significantly to the generation of the almost constant Hx component in the area 920, whereas the periodic variation of the Hy component in the partial area of the area 920 is caused by the magnetization of the spaced / tapered second sections 932 is achieved.

Das dritte und vierte Ausführungsbeispiel weisen dieselben Vorteile auf, wie das erste Ausführungsbeispiel.The third and fourth embodiments have the same advantages as the first embodiment.

Die 10 zeigt eine perspektivische Darstellung eines geradlinigen permanentmagnetischen Maßstabes mit Nonius 1001 gemäß einem für das Verständnis der vorliegenden Erfindung hilfreichen Beispiel.the 10 Fig. 12 is a perspective view of a 1001 vernier rectilinear permanent magnet ruler according to an example useful for understanding the present invention.

Der permanentmagnetische Maßstab 1001 gemäß dem für das Verständnis der vorliegenden Erfindung hilfreichen Beispiel weist einen Körper/Platte 1005, die vorzugsweise quaderförmig ist, mit einer oberen Fläche 1008 und zwei an diese angrenzende Randflächen 1011 und 1021 auf. Beide Randflächen laufen parallel zur Maßstabslängsrichtung 1007 des permanentmagnetischen Maßstabes 1001. Auf der oberen Fläche 1008 sind längliche, vorzugsweise rechteckige Aussparungen (1002 und 1003), oder Vertiefungen, oder Einkerbungen vorgesehen, die jeweils ein erstes Ende, ein zweites Ende und eine vom ersten Ende zum zweiten Ende hin gerichtete Längsachse aufweisen. Eine erste Vielzahl von Aussparungen/Vertiefungen/Einkerbungen sind entlang der ersten Randfläche 1011 des quaderförmigen Körpers 1005, in Maßstabslängsrichtung 1007 so hintereinander angeordnet, dass ihre Längsachsen gleichgerichtet und senkrecht zur Maßstabslängsrichtung 1007 ausgerichtet sind, wobei das erste Ende jeder Aussparung 1002 an die erste Randfläche 1011 des Körpers/Platte 1005 anschließt, und die Aussparungen der ersten Vielzahl von Aussparungen zueinander beanstandet sind. Eine zweite Vielzahl von Aussparungen/Vertiefungen/Einkerbungen sind entlang der zweiten Randfläche 1021 des quaderförmigen Körpers 1005, in Maßstabslängsrichtung 1007 so hintereinander angeordnet, dass ihre Längsachsen gleichgerichtet und senkrecht zur Maßstabslängsrichtung 1007 ausgerichtet sind, wobei das erste Ende jeder Aussparung 1003 an die erste Randfläche 1021 des Körpers 1005 anschließt, und die Aussparungen der zweiten Vielzahl von Aussparungen zueinander beanstandet sind. Desweiteren weist der Körper/Platte 1005 an den beiden Maßstabsenden nach unten weisende Vorsprünge 1009 und 1010 auf.The permanent magnetic scale 1001 according to the example useful for understanding the present invention has a body/plate 1005, which is preferably cuboid in shape, with a top surface 1008 and two edge surfaces 1011 and 1021 adjoining this. Both edge surfaces run parallel to the longitudinal direction 1007 of the permanent magnetic scale 1001. On the upper surface 1008 there are elongated, preferably rectangular recesses (1002 and 1003), or indentations, or indentations, each of which has a first end, a second end and one from the first end have towards the second end directed longitudinal axis. A first plurality of recesses/depressions/indentations are arranged one behind the other along the first edge surface 1011 of the cuboid body 1005 in the longitudinal direction 1007 of the scale in such a way that their longitudinal axes are aligned and perpendicular to the longitudinal direction of the scale 1007, with the first end of each recess 1002 adjoining the first edge surface 1011 of body/plate 1005, and the recesses of the first plurality of recesses are spaced from one another. A second plurality of recesses/depressions/indentations are arranged one behind the other along the second edge surface 1021 of the cuboid body 1005 in the longitudinal direction 1007 of the scale in such a way that their longitudinal axes are aligned and perpendicular to the longitudinal direction of the scale 1007, with the first end of each recess 1003 adjoining the first edge surface 1021 of the body 1005, and the recesses of the second plurality of recesses are spaced from one another. Furthermore, the body/plate 1005 has projections 1009 and 1010 pointing downwards at the two scale ends.

In dem in der 5 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Aussparungen der ersten bzw. zweiten Vielzahl von Aussparungen identisch, und die Abstände zwischen zwei benachbarten Aussparungen der ersten bzw. zweiten Vielzahl von Aussparungen gleich. Zwei benachbarte Aussparungen einer jeden der ersten und zweiten Vielzahl von Aussparungen bilden ein zapfenförmiges Teil 1004 des Körpers/Platte 1005, dessen Breite in Maßstabslängsrichtung 1007 dem Abstand zwischen den das zapfenförmige Teil 1004 begrenzende Aussparungen entspricht.In the in the 5 shown embodiment, the recesses of the first and second plurality of recesses are identical, and the distances between two adjacent recesses of the first and second plurality of recesses are equal. Two adjacent recesses of each of the first and second plurality of recesses form a peg-shaped part 1004 of the body/plate 1005, the width of which in the longitudinal scale direction 1007 corresponds to the distance between the peg-shaped part 1004 delimiting recesses.

Der der mit den Aussparungen und den Vorsprüngen 1009 und 1010 versehene quaderförmige Körper/Platte 1005 ist einteilig geformt/gefertigt und weist eine im Wesentlichen einheitliche Magnetisierung 1006 auf, die senkrecht zur Maßstabslängsrichtung 1007 und zu der oberen Fläche 1008 der Platte 1005 steht. In 10 ist die einheitliche Magnetisierung 1006 beispielsweise von unten nach oben gerichtet; jedoch kann diese auch von oben nach unten gerichtet sein.The cuboid body/plate 1005 provided with the recesses and the projections 1009 and 1010 is molded/manufactured in one piece and has a substantially uniform magnetization 1006 which is perpendicular to the longitudinal scale direction 1007 and to the upper surface 1008 of the plate 1005. In 10 for example, the uniform magnetization 1006 is oriented from bottom to top; however, this can also be directed from top to bottom.

Die erste Vielzahl von Aussparungen 1002, die entlang der ersten Randfläche 1011 hintereinander angeordnet sind, bilden einen ersten geradlinigen permanentmagnetischen Maßstab; und die zweite Vielzahl von Aussparungen 1003, die entlang der zweiten Randfläche 1021 hintereinander angeordnet sind, bilden einen zweiten geradlinigen permanentmagnetischen Maßstab. Die Anzahl der im eindeutigen Messbereich vorhandenen Aussparungen, die entlang der ersten Randfläche 1011 angeordnet sind, ist teilerfremd zur Anzahl der im eindeutigen Messbereich vorhandenen Aussparungen, die entlang der zweiten Randfläche 1021 angeordnet sind; wobei der eindeutige Messbereich dem kleinsten gemeinsamen Vielfachen der Periodenlängen des ersten und des zweiten permanentmagnetischen Maßstabes entspricht.The first plurality of recesses 1002, which are arranged in series along the first edge surface 1011, form a first rectilinear permanent magnetic scale; and the second plurality of recesses 1003 lined up along the second edge surface 1021 form a second rectilinear permanent magnet scale. The number of gaps in the unambiguous measurement area, which are arranged along the first edge surface 1011, is relatively prime to the number of gaps in the unambiguous measurement area, which are arranged along the second edge surface 1021; wherein the unambiguous measuring range corresponds to the smallest common multiple of the period lengths of the first and the second permanent-magnetic scale.

Die einheitliche Magnetisierung 1006 des Körpers/Platte 1005 erzeugt um den permanentmagnetischen Maßstab 1001 ein äußerliches Magnetfeld, das eine Struktur aufweist, die der des von dem permanentmagnetischen Maßstab 401 erzeugten Magnetfeldes analog ist. Insbesondere weist das äußerliche Magnetfeld einen ersten und einen zweiten Bereich auf, in denen die magnetische Feldstärke eine Komponente in Querrichtung aufweist, deren Richtungsinn und Betrag im Wesentlichen konstant ist, wobei die Komponente in Querrichtung im ersten Bereich der Komponente in Querrichtung im zweiten Bereich entgegengesetzt ist; und jeder dieser Bereiche weist einen Teilbereich auf, in dem die Komponente der magnetischen Feldstärke in Maßstabslängsrichtung entlang der Maßstabslängsrichtung 1007 periodisch, vorzugsweise sinusförmig variiert und eine Amplitude aufweist, die den vorgegebenen Schwellwert überschreitet. Die Querrichtung steht quer (oder senkrecht) zur Maßstabslängsrichtung 1007 und zur oberen Fläche 1008. Der Bereich sowie der Teilbereich des Bereiches erstrecken sich oberhalb des Maßstabes 1001 (d.h. oberhalb seiner oberen Fläche 1008) von einem Ende zum anderen Ende des Maßstabs hin. Vorzugsweise umfasst der Teilbereich des Bereiches das erste Ende jeder Aussparung der jeweiligen Vielzahl von Aussparungen, und der Bereich hat in Querrichtung eine Breite, die die Länge eines AMR-Sensors mit Barberpole überschreitet. Diese Struktur des äußeren Magnetfeldes lässt sich durch passende Formung/Dimensionierung der Aussparungen 1002 und 1003 realisieren.The uniform magnetization 1006 of the body/plate 1005 generates an external magnetic field around the permanent magnet scale 1001 which has a structure analogous to that of the magnetic field generated by the permanent magnet scale 401. In particular, the external magnetic field has a first and a second region in which the magnetic field strength has a transverse component whose direction and magnitude is essentially constant, the transverse component in the first region being opposite to the transverse component in the second region ; and each of these areas has a partial area in which the component of the magnetic field strength in the lengthwise direction of the scale varies periodically, preferably sinusoidally, along the lengthwise direction of the scale 1007 and has an amplitude that exceeds the predetermined threshold value. The transverse direction is transverse (or perpendicular) to the scale length direction 1007 and the top surface 1008. The range and the portion of the range extending above the ruler 1001 (ie, above its upper surface 1008) from end to end of the ruler. Preferably, the portion of the region comprises the first end of each notch of the respective plurality of notches, and the region has a transverse width that exceeds the length of a barber pole AMR sensor. This structure of the external magnetic field can be realized by suitable shaping/dimensioning of the recesses 1002 and 1003.

Entsprechend dem für das Verständnis der vorliegenden Erfindung hilfreichen Beispiel können die Aussparungen an den Maßstabsenden (im Außenbereich des Maßstabes) anders geformt oder anders beabstandet sein als im Innenbereich des Maßstabes, und/oder die Vorsprünge 1009 und 1010 so geformt sein, dass sich im Teilbereich, in Längsrichtung, insbesondere im Außenbereich des Maßstabes keine zusätzlichen, von der Periodizität der Aussparungen abweichende (Stör)Komponenten überlagern.According to the example useful for understanding the present invention, the recesses at the ends of the scale (outside the scale) can be shaped differently or spaced differently than in the inner region of the scale, and/or the projections 1009 and 1010 can be shaped so that in the partial region , In the longitudinal direction, especially in the outer region of the scale, no additional (interfering) components deviating from the periodicity of the recesses are superimposed.

Der permanentmagnetische Maßstab gemäß dem für das Verständnis der vorliegenden Erfindung hilfreichen Beispiel weist dieselben Vorteile auf, wie der permanentmagnetische Maßstab gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Auch lässt sich der permanentmagnetische Maßstab gemäß dem für das Verständnis der vorliegenden Erfindung hilfreichen Beispiel aus kunststoffgebundenem Magnetwerkstoff durch Spritzgießen herstellen und in einem homogenen Magnetfeld magnetisieren.The permanent magnet scale according to the example useful for understanding the present invention has the same advantages as the permanent magnet scale according to the first embodiment. The permanent magnetic scale according to the example useful for understanding the present invention can also be produced from plastic-bonded magnetic material by injection molding and magnetized in a homogeneous magnetic field.

Weil der permanentmagnetische Maßstab gemäß dem für das Verständnis der vorliegenden Erfindung hilfreichen Beispiel keine über Randflächen hinausragende Einzelmagnete aufweist, ist er mechanisch robuster und einfacher herzustellen als der permanentmagnetische Maßstab gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Insbesondere kann der permanentmagnetische Maßstab gemäß dem für das Verständnis der vorliegenden Erfindung hilfreichen Beispiel auch durch Pressen von Magnetpulvern in einer Negativform hergestellt werden, was seine Herstellung noch weiter vereinfacht.Because the permanent-magnetic scale according to the example useful for understanding the present invention does not have any individual magnets protruding beyond the edge surfaces, it is mechanically more robust and easier to produce than the permanent-magnetic scale according to the first exemplary embodiment. In particular, the permanent magnetic scale according to the example useful for understanding the present invention can also be manufactured by pressing magnetic powders in a negative mold, which further simplifies its manufacture.

Das für das Verständnis der vorliegenden Erfindung hilfreiche Beispiel bezieht sich auf einen permanentmagnetischen Maßstab mit einer geradlinigen Maßstabslängsrichtung 1007. Jedoch ist das für das Verständnis der vorliegenden Erfindung hilfreiche Beispiel nicht darauf beschränkt, sondern umfasst vielmehr auch permanentmagnetische Maßstäbe, die einen Körper/Platte mit Aussparungen aufweisen, dessen Randflächen, entlang derer die Aussparungen hintereinander angeordnet sind, gebogen oder ringförmig sind.The example useful for understanding the present invention relates to a permanent magnetic scale with a linear scale longitudinal direction 1007. However, the example useful for understanding the present invention is not limited to this, but rather also includes permanent magnetic scales having a body/plate with recesses have whose edge surfaces, along which the recesses are arranged one behind the other, are curved or ring-shaped.

BezugszeichenlisteReference List

100100: Positionsgeberlocator
101101: Permanentmagnetischer MaßstabPermanent magnetic scale
102_1, 102_2, 102_3102_1, 102_2, 102_3: Magnete zum Erzeugen des MeßfeldesMagnets for generating the measuring field
103103: AMR-Sensor mit BarberpoleAMR sensor with barber pole
104104: Leiterplattecircuit board
105105: Magnet zum Erzeugen des StützfeldesMagnet for generating the support field
106106: Magnetfeldlinien des Stützfeldesmagnetic field lines of the supporting field
107107: Bewegungsrichtung des Sensors relativ zum MaßstabDirection of movement of the sensor relative to the scale
110110: Nickel-Eisen StreifenNickel-iron strips
111_1, 111_2111_1, 111_2: Barberpolebarberpole
112112: Stützfeld (Hx- Feld)support field (Hx field)
113113: Meßfeld (Hy-Feld)Measuring field (Hy field)
114114: Resultierende StreifenmagnetisierungResulting stripe magnetization
115115: Stromrichtungcurrent direction
116116: Winkel zw. Streifenmagnetisierung und StromrichtungAngle between strip magnetization and current direction
121, 122,123121, 122,123: Kennlinien des AMR-Sensors mit BarberpoleCharacteristic curves of the AMR sensor with barber pole
400400: Positionsgeber gemäß der ErfindungLocator according to the invention
401401: Permanentmagnetischer Maßstab mit Nonius gemäß der vorliegenden ErfindungPermanent magnetic scale with vernier scale according to the present invention
401_1, 401_2401_1, 401_2: Erster bzw. zweiter permanentmagnetischer Maßstab des Nonius gemäß der vorliegenden ErfindungFirst and second permanent magnetic scales of the vernier according to the present invention
402_1, 402_2, 402_3402_1, 402_2, 402_3: Stabförmige Magnete des ersten permanentmagnetischen MaßstabsRod-shaped magnets of the first permanent magnet scale
403403: AMR-Sensor mit BarberpoleAMR sensor with barber pole
405405: Trägerplattebacking plate
406406: Magnetisierung der Trägerplatte und EinzelmagneteMagnetization of the carrier plate and individual magnets
407407: Maßstabslängsrichtunglongitudinal scale direction
408408: Obere Fläche der TrägerplatteTop surface of the backing plate
409, 410409, 410: Vorsprünge an den Enden der TrägerplatteProtrusions on the ends of the support plate
411, 421411, 421: Gegenüberliegende Randflächen der TrägerplatteOpposite edge surfaces of the carrier plate
412412: Stützfeld (Hx- Feld)support field (Hx field)
413413: Verlauf des Meßfeldes (Hy-Feld) im TeilbereichCourse of the measuring field (Hy field) in the partial area
418418: Querrichtung zur MaßstabslängsrichtungTransverse direction to the longitudinal direction of the scale
420420: Bereich konstanten Hx-Feldes (Stützfeld)Area of constant Hx field (support field)
422422: Teilbereich des Bereiches in dem das Meßfeld sinusförmig variiert und die Variation detektierbar istSub-area of the area in which the measuring field varies sinusoidally and the variation can be detected
423423: Stabförmiger Magnet des zweiten MaßstabsSecond scale bar magnet
424424: Längsachse im Teilbereich, die parallel zur Maßstabslängsrichtung istLongitudinal axis in the sub-area that is parallel to the longitudinal direction of the scale
801801: Ringförmiger Maßstab mit Nonius gemäß der ErfindungRing scale with vernier scale according to the invention
801_1, 801_2801_1, 801_2: Äußerer bzw. innerer permanentmagnetischer Maßstab des ringförmigen Nonius gemäß der ErfindungOuter and inner permanent magnetic scale of the annular vernier according to the invention
802802: Stabförmiger Magnet des äußeren permanentmagnetischen Maßstabs des ringförmigen NoniusRod-shaped magnet of the outer permanent magnetic scale of the ring-shaped vernier
805805: Tragringcarrying ring
808808: Obere Fläche des TragringsTop surface of the support ring
811, 821811, 821: Äußere und innere Randfläche des TragringsOuter and inner edge surface of the support ring
823823: Stabförmiger Magnet des inneren permanentmagnetischen Maßstabs des ringförmigen NoniusRod-shaped magnet of the inner permanent magnetic scale of the ring-shaped vernier
900, 950900, 950: Permanentmagnetische Maßstäbe gemäß der ErfindungPermanent magnetic scales according to the invention
902, 952902, 952: Einzelmagnetesingle magnets
907907: Maßstabslängsrichtunglongitudinal scale direction
920920: Bereich konstanten Hx-Feldes (Stützfeld)Area of constant Hx field (support field)
931, 981931, 981: Erste Teilstücke der EinzelmagnetenFirst sections of the individual magnets
932932: Zweites Teilstück der EinzelmagnetenSecond section of the individual magnets
933933: Längsachse eines (Einzel)MagnetenLongitudinal axis of a (single) magnet
10011001: Permanentmagnetischer Maßstab mit Nonius gemäß der vorliegenden ErfindungPermanent magnetic scale with vernier scale according to the present invention
1002, 10031002, 1003: Aussparungrecess
10041004: Zapfencones
10051005: Quaderförmige(r) Platte/KörperCuboid plate/body
10061006: Magnetisierung des Körpers mit den ZapfenMagnetization of the body with the cones
10071007: Maßstabslängsrichtunglongitudinal scale direction
10081008: Obere Fläche des quaderförmigen KörpersUpper surface of the cuboid body
1009, 10101009, 1010: Vorsprünge an den Enden des Körpersprotrusions at the ends of the body
1011, 10211011, 1021: Gegenüberliegende Randflächen des KörpersOpposite edges of the body

Claims

Permanent magnetic scale (401_1), which has a scale longitudinal direction (407, 907) and a transverse direction (418) standing transversely to this, the scale (401_1) having a uniform richness direction of the magnetization (406), wherein the direction of the magnetization (406) is essentially perpendicular to the longitudinal direction (407, 907) of the scale and to the transverse direction (418) and generates an external magnetic field around the permanent-magnetic scale (401_1), the magnetic field strength of which in a region (420, 920), which extends in the longitudinal direction (407, 907) of the scale from one end to the other end of the scale (401_1), above the scale (401_1), has a component in the transverse direction (Hx), the sense of which is does not change and the magnitude of which moves between a minimum value and a maximum value, the magnetic field strength of the external magnetic field changing at least in a partial area (422) of the area (420) extending from one end to the other in the longitudinal direction (407, 907) of the scale End of the scale (401_1) extends, has a component in the longitudinal direction of the scale (Hy) which changes periodically along the longitudinal direction of the scale (407, 907), ie e periodic change in the component of the external magnetic field (Hy) in the longitudinal direction (407, 907) of the scale in the partial region (422) of the region (420) has an amplitude that exceeds a predetermined threshold value, the scale (401_1; 900) a plurality of magnets (902) each having a first end, a second end, a first end containing first section (931), a second end containing second section (932), and a first end to second end have a longitudinal axis (933) directed towards them and are arranged one behind the other in the longitudinal direction of the scale (407, 907) in such a way that their longitudinal axes (933) are aligned in the same direction and perpendicular to the longitudinal direction of the scale (407, 907) and at least the second sections (932) of adjacent magnets (902) of the plurality of magnets are arranged spaced apart from one another, each magnet (402_1, 902) from the plurality of magnets having a uniform magnetization (406) pointing substantially perpendicular to the longitudinal direction (407, 907) and to the transverse direction (418) of the scale , the area (420, 920) above the plurality of magnets, in the longitudinal scale direction (407, 907) from the first to the last magnet of the magnets arranged one behind the other in the V plurality of magnets and covers/covers adjacent parts of the first and second sections (931, 932) of each magnet (902) from the plurality of magnets, and the portion (422) of the region (420, 920) extends in the longitudinal scale direction (407 , 907) extends from the first to the last magnet of the magnets arranged one behind the other in the plurality of magnets and covers/covers at least part of the second section (932) of each magnet (902) from the plurality of magnets, each magnet (402_1) of the plurality of magnets has a rod-like shape, the permanent-magnetic scale (401_1) also has a uniformly magnetized carrier plate (405) whose magnetization (406) is essentially parallel and rectified to the magnetization (406) of the plurality of magnets, the carrier plate (405) has an upper surface (408) and an edge surface (411) adjoining this and the edge surface runs parallel to the longitudinal direction (407, 907) of the scale , characterized in that the bar-shaped magnets (402_1) of the plurality of magnets are arranged on the carrier plate (405) such that the first section of each bar-shaped magnet (402_1) on the upper surface (408) of the carrier plate (405) fixed to this is connected, the second section of each rod-shaped magnet (402_1) projects beyond the edge surface (411) of the carrier plate (405), and adjacent rod-shaped magnets (402_1, 402_2) are spaced apart from one another.

Permanent magnetic scale (401_1) according to claim 1 , characterized in that the scale (401_1) has two ends, the carrier plate (405) has a projection (409, 410) in the area of the ends of the scale, and/or the rod-shaped magnets (402_1) are shaped differently or differently in the area of the ends of the scale are spaced apart than inside the scale (401_1).

Permanent magnetic scale (401_1) according to claim 1 , characterized in that the second section (932) of a magnet (902) of the plurality of magnets is tapered relative to the first section (931) of the same magnet (902), and the magnetization of the plurality of magnets the external magnetic field around the permanent magnetic scale (401_1) generated around.

Permanent magnetic scale (401_1) according to claim 3 , characterized in that the scale (401_1) has two ends, and the magnets (402_1) are shaped differently in the area of the ends of the scale than in the inner area of the scale (401_1).

Permanent magnetic scale (401_1) according to one of Claims 1 until 4 , characterized by a scale direction (407, 907) which is rectilinear, curved, or circular, and the area (420, 920) and the partial area (422) of the area (420, 920) accordingly the shape of a straight strip, a curved Have strips or rings.

Permanent magnetic scale (401) with vernier, characterized by a first scale (401_1) according to one of Claims 1 , 2 and 5 , and a second scale (401_2) according to one of Claims 1 , 2 and 5 , wherein the longitudinal direction (407) of the first scale (401_1) and the longitudinal direction (407) of the second scale (401_2) are parallel to one another, the component of the magnetic field strength in the transverse direction (Hx) in the region (420) of the first scale (401_1) has a sense of direction opposite to that of the component of the magnetic field strength in the transverse direction (Hx) in the area (420) of the second scale (401_2), the number of bar-shaped magnets (402_1) of the plurality of magnets of the first scale (401_1) and the number of rod-shaped magnets (423) of the plurality of magnets of the second scale (401_2) within the smallest common multiple of a magnet spacing of the first scale (401_1) in the interior and a magnet spacing of the second scale (401_2) in the interior, the magnetization of the plurality of magnets of the first scale (401_1) substantially parallel and co-directional with the magnetization of the plurality of magnet of the second scale (401_2), the support plate of the first scale (401_1) and the support plate of the second scale (401_2) coincide with a common support plate (405) which has an upper surface (408) and two edge surfaces (411 , 421) which are opposite and parallel to the respective longitudinal directions (407) of the scale, the edge surface of the support plate of the first scale (401_1) coincides with one of the two edge surfaces (411) of the common support plate (405), and the edge surface of the support plate of the second scale (401_2) coincides with the other of the two edge surfaces (421) of the common carrier plate (405).

Position sensor (400), a permanent magnetic scale (401_1; 401) according to one of Claims 1 until 6 and a magnetic field sensor (403) for which a magnetic support field is required to determine the sensor sensitivity, the permanent magnetic scale (401_1; 401) and the magnetic field sensor 403 being movable relative to one another in the longitudinal direction (407) of the scale, the sensitive part of the sensor (403) is arranged in relation to the permanent magnetic scale (401_1; 401) in such a way that the component of the magnetic field strength in the transverse direction (Hx) present in the area (420) as a supporting field and the component of the magnetic field strength present in the partial area (422) of the area (420) in Scale longitudinal direction (Hy) acts as a position signal.

Position sensor (400) after claim 7 , characterized in that the magnetic field sensor (403) is an AMR sensor without barber poles, but this is provided with resistance strips which run obliquely to the transverse direction and obliquely to the longitudinal direction of the magnetic scale, or the magnetic field sensor (403) is a sensor which GMR or TMR effect uses.

Permanent magnetic scale (401_1) according to claim 1 , characterized in that the carrier plate (405) and the plurality of rod-shaped magnets (402_1, 402_2) are made in one piece and/or that the plurality of magnets are the same.

Permanent magnetic scale (401_1) according to claim 2 , characterized in that the projections (409, 410) on the carrier plate (405) and/or the rod-shaped magnets (402_1) in the area of the scale ends are shaped in such a way that the component of the magnetic field strength in the transverse direction (Hx) is at the ends of the area (420) is substantially equal to the component of the magnetic field strength in the transverse direction (Hx) inside the area (420) and the projections (409, 410) on the support plate (405) are shaped in such a way that that in the area (420) periodically fluctuating field in the longitudinal direction (Hy), particularly in the area of the ends of the scale, are not overlaid with any additional components in the longitudinal direction (Hy) of the scale that deviate from the periodicity of the rod-shaped magnets (402_1, 402_2).

Permanent magnetic scale (401_1) according to claim 3 , characterized in that the second sections (932) of all magnets (902) are tapered relative to the respective first section (931).

Permanent magnetic scale (401_1) according to claim 4 , characterized in that the magnets (402_1) are shaped in the area of the scale ends in such a way that the component of the magnetic field strength in the transverse direction (Hx) at the ends of the area (420) is essentially the same as the component of the magnetic field strength in the transverse direction (Hx) inside the area (420) and that if possible no non-periodic components of the magnetic field strength occur in the longitudinal direction.

Permanent magnetic scale (401) after claim 6 , characterized in that the common support plate (405), the plurality of bar-shaped magnets (402_1) of the first scale (401_1) and the plurality of bar-shaped magnets (423) of the second scale (401_2) are integrally formed.

Position sensor (400) after claim 7 , characterized in that the distance between the area (420) and the permanent magnetic scale (401_1) is selected such that the output signal of the magnetic field sensor (403) corresponding to the position signal is sinusoidal.