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 that provides for a magnetic field sensor, such as an AMR sensor with barber poles, not only the magnetic field varying in the longitudinal direction (measuring field) but also perpendicular to the scale longitudinal magnetic support field. In particular, the present invention relates to a permanent magnetic scale which is integrally molded and has uniform magnetization. Furthermore, the present invention relates to a position sensor using a permanent magnetic scale according to the present invention and to a method of manufacturing this permanent magnetic 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 schematically shows a position sensor 100, in which a mounted on a circuit board 104 magnetic field sensor 103 slides over a permanent magnetic scale 101 in the longitudinal direction of the scale. The magnetic field sensor used is preferably an AMR sensor with barber poles, since this sensor can withstand higher operating temperatures, has high sensitivity and good linearity. The AMR sensor is mounted on the circuit board 104 so as to face the magnetic poles of the scale 101 with its barber pole arrangement. In 1 For example, the circuit board 104 is horizontal and parallel to the upper surface of the scale 101, and the AMR sensor with barber poles 103 is fixed to the lower side surface of the circuit board 104. The scale 101 is formed by rod magnets 102_1 arranged in series. In this case, the bar magnets 102_1 are arranged such 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 the scale 101 along the scale longitudinal direction 107, in a region that lies above and below the scale 101 and substantially centrally between the front and rear edge surface of the scale 101, is shown in FIG 2 shown. The scale longitudinal direction of the scale 101 is selected to be parallel with the y-axis direction of a Cartesian coordinate system. The 2 shows that the magnetic field lines originating at a north pole of a bar magnet 102_2 open into the south poles of the adjacent bar magnets 102_1 and 102_3. It can also be seen from the course of the magnetic field lines that the y-component of the magnetic field strength, Hy, is zero in the middle of a bar magnet and at the limit between two adjacent 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 schematically the structure and operation of an AMR sensor with a Barberpole arrangement. AMR stands for anisotropic magnetoresistance. This sensor has a thin strip 110 of permalloy (which is a nickel-iron alloy of high magnetic permeability) and linearizing the characteristic several metal strips 111_1 and 111_2 (so-called barber poles), which are applied to the Permalloy strip 110 and an angle with this form for example 45 °.
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 which is parallel to the permalloy strip 110 is referred to as the support field of the AMR sensor. The strength of the support field determines the sensor sensitivity and thus the measuring range of the sensor. In the 3a For example, the longitudinal direction of the permalloy strip 110 has been chosen such that the x component of the magnetic field acts as a support field at the location of the permalloy strip, Hx. If, besides the support field Hx, there is also a y-component of the magnetic field 113 (Hy) at the location of the permalloy strip 110, the resulting strip magnetization 114 forms an angle 116 with the current 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 support field Hx does not change during the position detection, the output 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 measurement field. By the barber pole arrangement, an angle 115 of, for example, 45 ° between electric current 115 and the resulting strip magnetization 114 is set at Hy = 0.
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 support field which has the same magnitude as the support field of the characteristic curve 121, but is directed opposite thereto. The characteristic curve 123 corresponds to a support field, which is rectified with the support field of the characteristic curve 121, but has a higher magnitude with respect to this. The 3 shows that: i) the characteristic curves 121, 122 and 123 have a linear course at Hy = 0; ii) the course is steepest here; iii) in support fields which are oppositely directed, the output signals of the sensor are inverted; and iv) the slope of the characteristic decreases with increasing support field strength while the largely linear measurement 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 shown position sensor 100 is set with the cuboid magnet 105. This is fixed on the upper side surface of the printed circuit board 105, facing the AMS sensor 103, and generates a magnetic field whose magnetic field lines 106 emerge from the front edge surface of the magnet 105, the upper and lower side surfaces of the magnet 105 revolve, and on the front Edge surface opposite rear edge surface in the magnet 105 re-enter. The magnet 105 generates in the AMR sensor 103 a support field Hx which is directed substantially perpendicular to the scale longitudinal direction 107 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 measurement field (Hy field) for the AMR sensor 103. Therefore, the sensor 103 is capable of detecting the variation of this component along the scale longitudinal direction 107 and a position signal corresponding to this variation 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 in 1 Position sensor 100 shown has a disadvantage because it requires a specially provided magnet 105 for adjusting 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 thereof. In addition, the magnet 105 may also damage the magnetization of the scale 101.
Die DE 33 24 176 A1 bezieht sich auf 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. Die US 2009 / 0 107 257 A1 bezieht sich auf ein magnetisches Drehmomentsensorelement mit einer Scheibe, durch die ein Drehmoment radial übertragbar wird 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 DE 33 24 176 A1 relates to a magnetic encoder, in particular a rotatable magnetic encoder comprising a rotary plate on which a series of individual magnetic division units is formed, and a magnetic scanning head, which is opposite to the rotary plate and successively the coding units for determining a Angular displacement of the same scans. The US 2009/0 107 257 A1 refers to a magnetic torque sensor element with a disc through which a torque is radially transferable or a torque transmitting element about a torque axis in the direction of the axis. The invention also relates to a transducer assembly having 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 apparatus for measuring rotational angles of a magnetic-scale rotation axis and 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 Barber-Pole-Strukturen Widerstände aufbauen, die Halbbrücken von Einzelsensoren darstellen, die entlang der Meßrichtung abwechselnd in um ein Viertel der Periodenlänge versetzte Bereichen des Längensensorchips angeordnet sind.The DE 197 01 137 A1 describes a length sensor chip, the plane of which faces a scale plane and build in the magnetoresistive layer strip with Barber pole structures resistors representing half bridges of individual sensors, which are arranged along the measuring direction alternately in a quarter of the period offset portions of the length sensor chip.
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 which not only generates the measuring field for the AMR sensor, but also saves the supporting field necessary for detecting the measuring field, and thus the magnet specially provided for the production of the supporting field.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 7 gelöst. Die davon abhängigen Patentansprüche zeigen vorteilhafte Weiterentwicklungen der vorliegenden Erfindung auf.This object is achieved according to the features of claims 1 and 7. The dependent claims show advantageous 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 molded, uniformly magnetized, permanent-magnetic scale having two opposite edges parallel to the longitudinal direction of the scale, such that a portion of the scale defining the first of the two edges substantially generates the magnetic support field for the AMR sensor along the scale longitudinal direction, and another part of the scale containing the second of the two edges substantially generates the measurement field varying in the scale longitudinal direction.
Vorzugsweise ist das so erzeugte Stützfeld in dem Bereich konstant, in dem der AMR-Sensor bei der Positionserfassung über den Maßstab gleitet.Preferably, the support field thus generated is constant in the range in which the AMR sensor slides over the scale in the 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. In the case of a permanent magnet scale with a vernier arrangement, the present invention is based on the idea of forming / shaping a one-piece molded permanent magnetic scale provided with a uniform magnetization, which has two opposite edges running parallel to the scale longitudinal direction in that a first part of the scale containing the first of the two edges substantially produces a first measuring field varying in the longitudinal direction of the scale, a second part of the scale containing the second of the two edges producing substantially a second measuring field varying in the longitudinal direction of the scale, and a third portion of the scale located between the first and second portions of the scale substantially creates 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 magnetic scale in accordance with the present invention is simple to manufacture, and obviates the need for a magnet required especially for providing the support 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 einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
For a better understanding of the present invention, this will be explained in more detail with reference to the embodiments illustrated in the following figures. The same parts are provided with the same reference numerals and the same component names. Furthermore, some features or combinations of features from the various embodiments shown and described may represent separate, inventive or inventive solutions. Show it: - 1 a schematic representation of a position sensor, in which the support field for the sensor is generated by a special magnet, which is arranged above the scale;
- 2 the structure of the magnetic field, which depends on the scale of in 1 shown position encoder is generated;
- 3a the structure of an AMR sensor with barber poles;
- 3b the dependence of the characteristics of an AMR sensor with barber poles on the supporting field;
- 4 a perspective view of a linear / linear permanent magnetic scale with vernier according to a first embodiment of the present invention;
- 5 a front view, a plan view, and a left side view of the in the 4 represented linear permanent magnetic scale;
- 6a the structure of the magnetic field, that of the in 5 shown scale along the free-standing ends of the laterally arranged rod-shaped magnet is generated;
- 6b the region of a substantially constant Hx field and a portion of this region in which the Hy field varies sinusoidally;
- 7a a cross-sectional view of a position sensor according to the present invention, in a plane which is perpendicular to the scale longitudinal direction, and the structure of the magnetic field in the cross-sectional plane without the field components generated by the periodic structures;
- 7b a plan view of the position sensor according to the present invention and the variation of the measuring field relative to the scale longitudinal direction;
- 8a a top perspective view of a circular permanent magnet scale with vernier according to a second embodiment of the present invention;
- 8b a perspective view from below of in 8a shown circular permanent magnetic scale;
- 9a a front view, a plan view, and a left side view of a linear permanent magnetic scale according to a third embodiment of the present invention;
- 9b a front view, a plan view, and a left side view of a linear permanent magnetic scale according to a fourth embodiment of the present invention;
- 10 a perspective view of a linear / linear permanent magnetic scale with vernier according to a fifth embodiment of 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 linear permanent magnetic scale with vernier 401 according to a first embodiment of the present invention. The 5 shows a front view, a plan view, and a left side view of the in the 4 shown linear permanent magnetic scale with vernier 401 , In addition, the 5 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 according to the first embodiment 401 has a support plate 405 and rod-shaped individual magnets 402_1 and 423 located on the upper surface 408 the carrier plate 405 are fixed so that their longitudinal axis perpendicular to the scale longitudinal direction 407 stands, she over the left edge surface 412 the carrier plate 405 or the right edge surface 411 the carrier plate 405 protrude, and adjacent individual magnets are spaced from each other. Furthermore, the support plate 405 at the two scale ends downwardly facing projections 409 and 410 on.
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 , the support plate 405 and the rod-shaped individual magnets, which over the two edge surfaces 411 and 412 the carrier plate 405 projecting, containing, is integrally molded / manufactured and has a substantially uniform magnetization 406 on, which is perpendicular to the scale longitudinal direction 407 and to the upper surface 408 the carrier plate 405 stands. In 4 is the uniform magnetization 406 for example, directed from bottom to top; however, in another embodiment, this may also 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, over the two edge surfaces of the support plate 405 protrude, made of plastic-bonded magnetic material produced by injection molding, and magnetized after injection molding in a homogeneous magnetic field.
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 over the right edge surface 411 protruding magnets 402_1 and the support plate 405 form a first linear permanent magnetic scale 401_1, and those across the left edge surface 412 protruding individual magnets 423 and the carrier plate 405 form a second linear permanent magnetic scale 401_2. The number of unique measuring ranges, over the left edge area 412 protruding magnets 423 of the second scale 401_2 is prime to the number over the right edge surface 411 protruding magnets 402_1 of the first scale 401_1. The "unique measurement range" is defined as the least common multiple of the periodic lengths of the first and second scales. 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 the second straight-line permanent magnetic scale belong to a variant of the first embodiment of the present invention. Because the first and second linear permanent magnetic scale, except for the number of over an edge surface of the support plate 105 protruding magnets have the same features, the following description of the first linear permanent magnetic scale 401_1 also applies to the second linear permanent magnetic scale 401_2. This will therefore not be 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 becomes the scale longitudinal direction 407 the permanent magnetic scales 401 , 401_1 and 401_2 are chosen so that they coincide with the y-axis of the in 5 shown Cartesian coordinate system is parallel. The transverse direction 418 to the scale longitudinal direction 407 is perpendicular to the scale longitudinal direction 407 , and was chosen here to be 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 over the edge surfaces 411 and 412 the carrier plate 405 protrude, generate around the permanent magnetic scales 401 , 401_1 and 401_2 an external magnetic field. This is a superposition of the external magnetic fields through the support plate 405 and the respective individual magnets are generated. The course of the magnetic field lines 412 of a parallelepiped-shaped carrier plate 405 generated magnetic field, in a plane perpendicular to the longitudinal direction of the support plate 405 is, is in 7a shown. Because the individual magnets compared to the carrier plate 405 are much smaller, is the influence of their generated external magnetic field on that of the support plate 405 generated magnetic field rather locally.
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, that of the scale 401 around the free-standing portions of the rod-shaped individual magnets 402_1 to 402_3 is generated, in a plane which is perpendicular to the upper surface of the individual magnets and parallel to the scale longitudinal direction 407 is. This figure shows that magnetic field lines emanating from the north pole of one of the individual magnets, the single magnet from which they have sprung, circulate, and then open into the south pole of the individual magnet from which they have sprung. By way of example, the magnetic field lines which originate from the north pole of the individual magnet provided with reference numeral 402_2 revolve around this individual magnet and open into its south pole. Furthermore one can from the 6 derive that component of the external magnetic field, which is parallel to the scale longitudinal direction 407 , the Hy component is zero in the center of a single magnet as well as in the middle between two adjacent individual magnets, and at the edges of a single magnet has different sign and maximum absolute amount. The Hy component of the magnetic field, by the scale 401 is thus generated along the scale longitudinal direction to the freestanding sections of the rod-shaped individual magnets 407 a periodic variation, 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 shown individual magnets 402_1 to 402_3 of the first scale 401_1. In addition, this figure shows an area 420 and a subarea 422 of the area 420 , both in the longitudinal direction 407 from one end to the other end of the scale 401_1, above this scale. Preferably, the partial area coincides 422 of the area 420 with the area 420 , The boundaries of the area 420 are dashed and the subarea 422 hatched shown. The boundary of the subarea 422 within the range 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 provide a section of the in the 4 and 5 represented 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 indicates the area 420 a predetermined width and covers / captures adjacent parts of each individual magnet, located above and below the edge surface 411 the carrier plate 405 extend. The above the edge surface 411 extending part of a single magnet is with the carrier plate 405 firmly connected and located below the edge surface 411 extending part is detached.
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 subarea 422 of the area 420 extends in the transverse direction 418 from the lower limit of the range 420 in the area 420 into it, and thus mainly covers the parts of the individual magnets, which are below the edge surface 411 the carrier plate 405 extend.
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 rod-shaped single magnets is the same and / or has an upper surface lying in a plane parallel to the upper surface 408 the carrier plate 404 is.
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, in the range 420 , a component in the transverse direction 418 , Hx component, which is substantially constant; ie sense of direction and absolute amount of Hx component are in every point of the range 420 equal. However, this feature does not have to be strictly met, but rather, it suffices if the Hx component is at any point in the range 420 does not change its sense of direction and has an absolute amount that 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 range 420 can be achieved by appropriate shaping / dimensioning of the carrier plate 405 and the individual magnet 402_1, as well as by appropriate arrangement of the individual magnets 402_1 on the support plate 405 to reach.
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 subregion 422 of the area 420 , a component in the direction of the scale 407 , Hy component, on, extending along the scale longitudinal direction 407 periodically, preferably sinusoidally, changes. The periodic change of the Hy component in the subrange 422 must be detectable with a magnetic field sensor, such as an AMR sensor with barber poles; ie the amplitude of this periodic change must exceed a predetermined threshold, 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 subarea 422 can be achieved by appropriate arrangement of the individual magnets 402_1 on the support plate 405 , in particular by dimensioning their freestanding part, influence.
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 at the ends of the scale 401_1 the magnetic field generated by the scale 401_1 has a different structure than in the interior of the scale 401_1, the Hx component at the ends of the area 420 deviate from the Hx component in the interior of the scale 401_1. This deviation can be corrected according to the invention by forming the individual magnets at the scale ends differently than in the inner region of the scale 401_1, or by the carrier plate 405 is provided at its ends with projections 409 and 410, preferably on the lower surface, ie the surface of the upper surface 408 is opposite, 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 of the y-position-dependent periodic Hy gradient occurring at the ends of the scale 401_1 from the course in the inner region of the scale can be reduced by changing the distances and / or dimensions of the individual magnets in the end region.
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 sensor according to the present invention comprises a permanent magnetic scale according to the present invention and at least one magnetic field sensor, preferably an AMR sensor with barber poles; wherein these are arranged movable to each other. The present invention also includes position sensors which use as a magnetic field sensor an AMR sensor without Barberpolen, but is provided with resistance strips which extend obliquely to the transverse direction and obliquely to the longitudinal direction of the magnetic scale. Also, the present invention relates to position sensors that use as a magnetic field sensor, a sensor that uses the GMR or TMR effect; GMR is the abbreviation for giant magnetoresistance, and TMR is 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 in 7a schematically illustrated position sensor 400 has a permanent magnetic scale 401 according to the first embodiment of the present invention as well as two AMR sensors with barber poles 403 on. This figure shows that each of the two AMR sensors 403 in a certain / predetermined height relative to the individual magnets of the scale 401 is arranged so that an inner location of the sensitive part of the sensor, for example, with respect to the respective edge surface ( 411 respectively. 412 ) of the carrier plate 405 lies.
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 increasingly non-linear sensor characteristic with increasing Hy field 121 As well as in the vicinity of the individual magnets increasingly occurring harmonic components in the position-dependent course of the Hy component can occur at distances of the sensor to the scale, which are much smaller than the predetermined height, strong distortions (deviations from a sinusoidal shape) in the waveform, while much larger Distances as the predetermined height, the output signal is indeed sinusoidal, but has a too small amplitude. Therefore, according to the invention, the predetermined height is selected such that the position of the AMR sensor corresponding sensor output signal (position signal) is sinusoidal and has an amplitude which exceeds the predetermined threshold.
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, one may use a sensor whose sensitive elements (for example, the barber-poled iron-nickel layer in an AMR sensor with barber poles, or resistor strips in an AMR sensor with resistive strips) are distributed such that on the one hand, the magnetic field over an integer multiple of a scale period (which extends, for example, a north-south pole pair) is integrated, which in particular homogeneous magnetic interference fields are compensated from the outside, on the other hand particularly disturbing harmonic components already during mixing of the signal components of the individual sensitive elements by destructive 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 so opposite to the permanent magnetic scale 401 arranged that its sensitive part (the permalloy strip with barberpole arrangement) in the range 420 and at least partially in the subarea 422 of the area 420 lies, so that in the area 420 existing, substantially constant, Hx component acts as a support field for the AMR sensor, and in the longitudinal direction 407 Periodically varying Hy component acts as a measuring 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 in 7a shown right AMR sensor 403 relative to the permanent magnetic scale 401_1 is shown in FIG 7b shown. This shows a section of a plan view of the position sensor 400 , Preferably, the partial area extends here 422 far beyond the edge area 411 the carrier plate 405 out, making it wide enough for the AMR sensor 403 to record completely. The 7b also shows the variation of the Hy component of the external magnetic field along the scale longitudinal direction 407 that from the AMR sensor 403 is detected when this along the scale longitudinal direction 407 emotional.
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 embodiment generates the supporting field of the AMR sensor itself at each point of the measuring range, a permanent magnet required specifically for the generation of the supporting field is no longer necessary. This saves not only the cost of this permanent magnet and its magnetization, but also saves space and also reduces the weight and thus the inertia of the part (for example, circuit board) to which the AMR sensor is mounted. The latter is particularly advantageous if the relative to the scale movably arranged AMR sensor has to be slowed down quickly or accelerated quickly.
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. Moreover, the permanent magnetic scale according to the first embodiment has the advantage that it is easy to manufacture. A method of manufacturing the permanent magnetic 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 of the scale to be made; and magnetizing the casting produced with the mold in a homogeneous magnetic field, wherein the field strength of the magnetizing homogeneous magnetic field is perpendicular to the longitudinal direction of the casting and perpendicular to its upper surface - that is the surface facing the AMR sensor. The shaping cavity of the mold has a surface with a surface edge that has rod-shaped depressions along a surface edge piece, which are transverse to the surface edge piece and partially project beyond the surface edge piece. According to the invention, the carrier plate 405 forming cavity as a runner for the injection molding of the scale forming individual magnets 423 to be used. By means of a magnetic field which already acts during the casting process in the later direction of magnetization, a magnetic anisotropy can advantageously be imparted to the magnetic material. During magnetization, the surface of the casting that contacted the cavities surface during injection molding is oriented perpendicular to the magnetic field strength of the homogeneous field. Preferably, the casting and mold in which the casting has been cast are not separated from each other after injection molding and magnetization, and the shape assumes the function of a permanent magnetic scale protective envelope.
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 previously described embodiments of the present invention relate to permanent magnetic scales or position encoders having a straight-line longitudinal direction. However, the present invention is not limited thereto, but rather also includes permanent magnetic scales having 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 or from below of a circular permanent magnetic scale with vernier 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 embodiment 801 has an annular support plate 805 and rod-shaped individual magnets 802 on that on the upper surface 808 the carrier plate 805 are fixed so that their longitudinal axis is perpendicular to the scale longitudinal direction, they over the outer edge surface 811 the carrier plate 805 or the inner edge surface 821 the carrier plate 805 protrude, and adjacent individual magnets are spaced from each other. The center of the annular support plate 805 coincides with the center of the scale 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 integrally molded / fabricated and has substantially uniform magnetization perpendicular to the longitudinal direction of the scale and to the upper surface 808 the carrier plate 805 stands. Preferably, the annular support plate 805 and the rod-shaped individual magnets made of 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 einens Noniussensormeßsystems mit einem absoluten Meßbereich von 360° teilerfremd.The over the outer edge surface 811 protruding individual magnets 802 and the carrier plate 805 form a first circular permanent magnetic scale 801_1, and those over the inner edge surface 821 protruding individual magnets and the carrier plate 805 form a second circular permanent magnetic scale 801_2. The number of over the outer edge surface 811 protruding magnets 802 the scale 801_1 and the number of over the inner edge surface 821 protruding magnets of the second scale 801_2 are prone to the structure of a Noniussensormeßsystems with an absolute measurement 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 annular support plate 805 and the individual magnets generated around the permanent magnetic scale 801 an external magnetic field having a structure similar to that of the permanent magnetic scale 401 generated magnetic field is analog. Therefore, the permanent magnetic scale according to the second embodiment has the same advantages as the permanent magnetic scale according to the first embodiment. Also, the permanent magnetic scale according to the second embodiment can be manufactured by a method analogous to the manufacturing method of the permanent magnetic 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 circular permanent magnetic scale 801 generated magnetic field can be by appropriate shaping / dimensioning of the annular support plate 805 as well as the over the edge surfaces 811 and 821 protruding individual magnets 802 realize.
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 to form a one-piece molded and uniformly magnetized scale such that one part of the scale essentially produces the support field for the AMR sensor and another part of the scale substantially the measurement field for the AMR sensor is shown in FIG first and second embodiments of the present invention designed so that identical rod-shaped individual magnets are arranged on a support plate so that its 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 the region 420 at, and the magnetization of the rod-shaped, spaced apart individual magnets 402 for generating the periodically varying Hy component in the subregion 422 of the area 420 at.
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 mandatory that the top surfaces of the individual magnets 402 over the upper surface 408 the carrier plate 405 protrude, as is the case in the first and second embodiments. Rather, the present invention also encompasses arrangements in which the top surface of the individual magnets is flush with the top surface of the carrier plate, and the individual magnets protrude beyond the edge of the carrier plate only.
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 embodiments of the basic idea of the present invention are described in FIGS 9a and 9b shown. The 9a shows a front view, a plan view and a side view from the left of a linear permanent magnetic 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 embodiment comprises a plurality of individual magnets 902 on. Each of these individual magnets 902 has a first end, a second end, a first portion containing the first end 931 a second portion containing the second end 932 , and a longitudinal axis directed from the first end to the second end 933 , The individual magnets 902 are in the longitudinal direction of the scale 907 arranged one behind the other so that their longitudinal axes 933 rectified and perpendicular to the scale longitudinal direction 907 are aligned, and at least the second cuts 932 are arranged spaced apart from adjacent magnets.
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 the permanent magnetic scale 900 was chosen to be parallel to the y-axis of the 9a shown Cartesian coordinate system is. The transverse direction to the scale longitudinal 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 opposite the first part 931 the same single magnet tapers. For example, the first and second portions, 931 and 932, have a substantially parallelepiped shape and the width of the second portion 932 is smaller than the width of the first part 931 , as in 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.Every single magnet 902 has a substantially perpendicular to the scale longitudinal direction 907 and pointing to the transverse direction, uniform magnetization M on. The magnetizations M of all individual magnets 902 all point in the same direction, for example, upwards, as in 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 shows 9a an area 920 that is above the scale 900 , in scale longitudinal direction 907 , from the first to the last single magnet of the successively arranged individual magnets 902 extends and adjacent portions of the first and second portions, 931 and 932, of each individual magnet 902 covered / detected. The area 920 in turn, has a partial area extending in the longitudinal direction of the scale 907 from the first to the last single magnet of the successively arranged individual magnets 902 extends, and at least a portion of the second portion of each magnet 902 covered / detected. This subarea 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 area 920 the magnetic field strength of the plurality of individual magnets 902 generated magnetic field on a component Hx in the transverse direction, the direction of which does not change and whose amount is substantially constant. In the subarea of the area 920 indicates the magnetic field strength of the plurality of magnets 902 generated magnetic field component Hy in the longitudinal direction 907 on, extending along the scale's longitudinal direction 907 periodically changes, preferably sinusoidally, and has an amplitude which exceeds a predetermined threshold.
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 variety of individual magnets 902 generated magnetic field can be by appropriate shaping / dimensioning of the individual magnets 902 to reach.
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 can be shaped differently at the scale ends than in the inner area of the scale 900 to be at the scale ends, in the area 920 to achieve a corresponding to the interior / same position-dependent course of the Hy component.
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 shows a front view, a plan view and a side view from the left of a linear permanent magnetic 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 embodiment has a plurality of individual magnets 952 on, each a first section 981 and a second section 932 to have. The fourth embodiment differs from the third embodiment in that the first sections 981 from adjacent individual magnets 952 touch, whereas the first cuts 931 from adjacent individual magnets 902 slightly spaced from each other; and that the height of the first section 981 the individual magnet 952 greater than the height of its second section 932 is, whereas the height of the first part 931 the individual magnet 902 equal to the height of its second section 932 is.
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 embodiments, the magnetization of the first sections, 931 and 981 respectively, substantially contributes to the generation of the nearly constant Hx component in the range 920 whereas the periodic variation of the Hy component is in the subrange of the range 920 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 fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.The 10 shows a perspective view of a linear permanent magnetic scale with vernier 1001 according to a fifth embodiment of the present invention.
Der permanentmagnetische Maßstab 1001 gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel 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 fifth embodiment comprises a body / plate 1005 , which is preferably cuboid, with an upper surface 1008 and two adjoining edge surfaces 1011 and 1021 on. Both edge surfaces run parallel to the scale longitudinal direction 1007 the permanent magnetic scale 1001 , On the upper surface 1008 are elongated, preferably rectangular recesses ( 1002 and 1003 ), or depressions, or indentations provided, each having a first end, a second end and a longitudinal axis directed from the first end to the second end. A first plurality of recesses / indentations / indentations are along the first edge surface 1011 of the cuboid body 1005 , in scale longitudinal direction 1007 arranged one behind the other so that their longitudinal axes are rectified and perpendicular to the scale longitudinal direction 1007 are aligned, with the first end of each recess 1002 to the first edge surface 1011 of the body / plate 1005 connects, and the recesses of the first plurality of recesses are complained of each other. A second plurality of recesses / indentations / indentations are along the second edge surface 1021 of the cuboid body 1005 , in scale longitudinal direction 1007 arranged one behind the other so that their longitudinal axes are rectified and perpendicular to the scale longitudinal direction 1007 are aligned, with the first end of each recess 1003 to the first edge surface 1021 of the body 1005 connects, and the recesses of the second plurality of recesses are complained to each other. Furthermore, the body / plate 1005 at the two scale ends downwardly facing projections 1009 and 1010 on.
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 In the embodiment shown, 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 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 whose width is in the longitudinal direction of the scale 1007 the distance between the peg-shaped part 1004 corresponding limiting 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 one with the recesses and the projections 1009 and 1010 provided cuboid body / plate 1005 is integrally molded / manufactured and has a substantially uniform magnetization 1006 on, which is perpendicular to the scale longitudinal direction 1007 and to the upper surface 1008 the plate 1005 stands. In 10 is the uniform magnetization 1006 for example, directed from bottom to top; however, this may 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 variety of recesses 1002 along the first edge surface 1011 are arranged one behind the other, form a first linear permanent magnetic scale; and the second variety of recesses 1003 running along the second edge surface 1021 are arranged one behind the other, form a second linear permanent magnetic scale. The number of recesses in the unique measuring range along the first edge surface 1011 are arranged, is divergent to the number of existing in the unique measuring range recesses, along the second edge surface 1021 are arranged; wherein the unique measurement range corresponds to the least common multiple of the period lengths of the first and second permanent magnetic scales.
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 generated around the permanent magnetic scale 1001 an external magnetic field having a structure similar to that of the permanent magnetic scale 401 generated magnetic field is analog. In particular, the external magnetic field has a first and a second region in which the magnetic field strength has a component in the transverse direction whose direction and magnitude is substantially constant, wherein the component is transverse in the first region of the component in the transverse direction in the second region opposite ; and each of these areas has a partial area in which the component of the magnetic field strength in the scale longitudinal direction along the scale longitudinal direction 1007 periodically, preferably sinusoidally varied and having an amplitude which exceeds the predetermined threshold value. The transverse direction is transverse (or perpendicular) to the scale longitudinal direction 1007 and to the upper surface 1008 , The area as well as the partial area of the area extend above the scale 1001 (ie above its upper surface 1008 ) from one end to the other end of the scale. Preferably, the portion of the region includes the first end of each recess of the respective plurality of recesses, and the region has a width in the transverse direction that exceeds the length of a barber pole AMR sensor. This structure of the external magnetic field can be determined by appropriate shaping / dimensioning of the recesses 1002 and 1003 realize.
Erfindungsgemäß 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 invention, the recesses at the scale ends (in the outer area of the scale) may be shaped differently or spaced differently than in the inner area of the scale, and / or the projections 1009 and 1010 be shaped so that overlap in the sub-area, in the longitudinal direction, especially in the outer area of the scale no additional, deviating from the periodicity of the recesses (sturgeon) components.
Der permanentmagnetische Maßstab gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel weist dieselben Vorteile auf, wie der permanentmagnetische Maßstab gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Auch lässt sich der permanentmagnetische Maßstab gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel aus kunststoffgebundenem Magnetwerkstoff durch Spritzgießen herstellen und in einem homogenen Magnetfeld magnetisieren.The permanent magnetic scale according to the fifth embodiment has the same advantages as the permanent magnetic scale according to the first embodiment. Also, the permanent magnetic scale according to the fifth embodiment can be made of plastic-bonded magnetic material by injection molding and magnetized in a homogeneous magnetic field.
Weil der permanentmagnetische Maßstab gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel 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 fünften Ausführungsbeispiel auch durch Pressen von Magnetpulvern in einer Negativform hergestellt werden, was seine Herstellung noch weiter vereinfacht.Because the permanent magnetic scale according to the fifth embodiment has no individual magnets projecting beyond edge surfaces, it is mechanically more robust and easier to manufacture than the permanent magnetic scale according to the first exemplary embodiment. In particular, the permanent magnetic scale according to the fifth embodiment can also be produced by pressing magnetic powders in a negative mold, which further simplifies its production.
Das fünfte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf einen permanentmagnetischen Maßstab mit einer geradlinigen Maßstabslängsrichtung 1007. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt, sondern umfasst vielmehr auch permanentmagnetische Maßstäbe, die einen Körper/Platte mit Aussparungen aufweisen, dessen Randflächen, entlang derer die Aussparungen hintereinander angeordnet, gebogen oder ringförmig sind.The fifth embodiment of the present invention relates to a permanent magnetic scale having a straight-line longitudinal direction 1007 , However, the present invention is not limited thereto, but rather also includes permanent magnetic scales having a body / plate with recesses whose edge surfaces, along which the recesses are arranged one behind the other, bent or annular.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
Bezugsziffer numeral
Beschreibungdescription
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 poles
104104
Leiterplattecircuit board
105105
Magnet zum Erzeugen des StützfeldesMagnet for creating the support field
106106
Magnetfeldlinien des StützfeldesMagnetic field lines of the support field
107107
Bewegungsrichtung des Sensors relativ zum MaßstabDirection of movement of the sensor relative to the scale
110110
Nickel-Eisen StreifenNickel-iron strip
111_1, 111_2111_1, 111_2
BarberpoleBarber Pole
112112
Stützfeld (Hx- Feld)Support field (Hx field)
113113
Meßfeld (Hy-Feld)Measuring field (Hy field)
114114
Resultierende StreifenmagnetisierungResulting strip magnetization
115115
Strom richtungCurrent direction
116116
Winkel zw. Streifenmagnetisierung und StromrichtungAngle between strip magnetization and current direction
121, 122,123121, 122, 123
Kennlinien des AMR-Sensors mit BarberpoleCharacteristics of the AMR sensor with barber poles
400400
Positionsgeber gemäß der ErfindungPosition transmitter according to the invention
401401
Permanentmagnetischer Maßstab mit Nonius gemäß der vorliegenden ErfindungPermanent magnetic scale with vernier 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 scale 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 magnetic scale
403403
AMR-Sensor mit BarberpoleAMR sensor with barber poles
405405
Trägerplattesupport plate
406406
Magnetisierung der Trägerplatte und EinzelmagneteMagnetization of the carrier plate and individual magnets
407407
MaßstabslängsrichtungScale longitudinal direction
408408
Obere Fläche der TrägerplatteUpper surface of the carrier plate
409, 410409, 410
Vorsprünge an den Enden der TrägerplatteProjections at the ends of the carrier plate
411, 421411, 421
Gegenüberliegende Randflächen der TrägerplatteOpposing edge surfaces of the support 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 scale longitudinal direction
420420
Bereich konstanten Hx-Feldes (Stützfeld)Range of constant Hx field (support field)
422422
Teilbereich des Bereiches in dem das Meßfeld sinusförmig variiert und die Variation detektierbar istPart of the area in which the measuring field varies sinusoidally and the variation is detectable
423423
Stabförmiger Magnet des zweiten MaßstabsRod-shaped magnet of the second scale
424424
Längsachse im Teilbereich, die parallel zur Maßstabslängsrichtung istLongitudinal axis in the partial area, which is parallel to the scale longitudinal direction
801801
Ringförmiger Maßstab mit Nonius gemäß der ErfindungRing-shaped scale with vernier according to the invention
801_1, 801_2801_1, 801_2
Äußerer bzw. innerer permanentmagnetischer Maßstab des ringförmigen Nonius gemäß der ErfindungOuter 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 annular vernier
805805
Tragringsupport ring
808808
Obere Fläche des TragringsUpper surface of the support ring
811, 821811, 821
Äußere und innere Randfläche des TragringsOuter and inner edge of the support ring
823823
Stabförmiger Magnet des inneren permanentmagnetischen Maßstabs des ringförmigen NoniusRod-shaped magnet of the internal permanent magnetic scale of the annular vernier
900, 950900, 950
Permanentmagnetische Maßstäbe gemäß der ErfindungPermanent magnetic scales according to the invention
902, 952902, 952
Einzelmagneteindividual magnets
907907
MaßstabslängsrichtungScale longitudinal direction
920920
Bereich konstanten Hx-Feldes (Stützfeld)Range 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 according to the present invention
1002, 10031002, 1003
Aussparungrecess
10041004
Zapfenspigot
10051005
Quaderförmige(r) Platte/KörperRectangular plate / body
10061006
Magnetisierung des Körpers mit den ZapfenMagnetization of the body with the pins
10071007
MaßstabslängsrichtungScale longitudinal direction
10081008
Obere Fläche des quaderförmigen KörpersUpper surface of the cuboid body
1009, 10101009, 1010
Vorsprünge an den Enden des KörpersProjections at the ends of the body
1011, 10211011, 1021
Gegenüberliegende Randflächen des KörpersOpposing edge surfaces of the body
