DE102019122360B4 - Positionserfassungssystem - Google Patents

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    • G01D5/2451—Incremental encoders

Abstract

Positionserfassungssystem (1, 1A, 1B und 1C), umfassend:einen ersten Magneten (6), der eine in einer ersten Richtung magnetisierte Magnetisierung aufweist und ein erstes Magnetfeld erzeugt, das eine erste Magnetfeldlinie (6L) umfasst;ein erstes weich-ferromagnetisches Element (10), das sich entlang einer zu der ersten Richtung orthogonalen zweiten Richtung erstreckt, entlang der zweiten Richtung gegenüber dem ersten Magneten (6) geradlinig bewegbar ist und eine erste Außenkante (11) mit einer unebenen Form umfasst, wobei die erste Außenkante (11) einen ersten Außenkantenabschnitt (11T) und einen zweiten Außenkantenabschnitt (11U) aufweist, wobei der erste Außenkantenabschnitt (11T) von dem ersten Magneten (6) um einen ersten Abstand in einer zur ersten Richtung und zur zweiten Richtung orthogonalen dritten Richtung entfernt ist, wobei der zweite Außenkantenabschnitt (11U) von dem ersten Magneten (6) um einen zweiten Abstand in der dritten Richtung entfernt ist, wobei der erste Außenkantenabschnitt (11T) und der zweite Außenkantenabschnitt (11U) in verschiedenen Positionen in der zweiten Richtung angeordnet sind; undeinen Magnetdetektor (3), der in einer vorgegebenen gleichbleibenden Position relativ zum ersten Magneten (6) gehalten wird, wobei die erste Magnetfeldlinie (6L) in der ersten Richtung durch den Magnetdetektor (3) verläuft, wenn sich das erste weich-ferromagnetische Element (10) in Ruhe befindet, ferner umfassend ein zweites weich-ferromagnetisches Element (20), das dem ersten weich-ferromagnetischen Element (10) in der ersten Richtung gegenüberliegt, sich entlang der zweiten Richtung erstreckt, synchron mit dem ersten weich-ferromagnetischen Element (10) entlang der zweiten Richtung gegenüber dem ersten Magneten (6A) geradlinig bewegbar ist und eine zweite Außenkante (12) mit einer unebenen Form umfasst, wobei die zweite Außenkante (12) einen dritten Außenkantenabschnitt (12T) und einen vierten Außenkantenabschnitt (12U) aufweist, wobei der dritte Außenkantenabschnitt (12T) von dem ersten Magneten (6A) um einen dritten Abstand in der dritten Richtung entfernt ist, wobei der vierte Außenkantenabschnitt (12U) von dem ersten Magneten (6A) um einen vierten Abstand in der dritten Richtung entfernt ist, wobei der dritte Außenkantenabschnitt (12T) und der vierte Außenkantenabschnitt (12U) in verschiedenen Positionen in der zweiten Richtung angeordnet sind.

Description

  • STAND DER TECHNIK
  • Die Offenbarung betrifft ein Positionserfassungssystem, das eine Position eines Objekts durch Erfassen einer Änderung eines Magnetfelds in Verbindung mit einer Bewegung des Objekts erfasst.
  • Die Anmelderin hat eine magnetische Positionserfassungsvorrichtung vorgeschlagen, die ein Magnetismus-Messelement und eine Reihe von magnetischen Elementen umfasst, die dem Magnetismus-Messelement gegenüberliegt. Die magnetische Positionserfassungsvorrichtung ermöglicht die eindeutige Bestimmung der Position des Magnetismus-Messelements relativ zu den magnetischen Elementen. Beispielsweise wird auf das japanische Patent JP 5 013 146 B2 Bezug genommen.
  • KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Ein Positionserfassungssystem gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung umfasst einen ersten Magneten, ein erstes weich-ferromagnetisches Element und einen Magnetdetektor. Der erste Magnet weist eine in einer ersten Richtung magnetisierte Magnetisierung auf und erzeugt ein erstes Magnetfeld, das eine erste Magnetfeldlinie umfasst. Das erste weich-ferromagnetische Element erstreckt sich entlang einer zur ersten Richtung orthogonalen zweiten Richtung, ist geradlinig entlang der zweiten Richtung gegenüber dem ersten Magneten bewegbar und umfasst eine erste Außenkante mit einer unebenen Form. Die erste Außenkante hat einen ersten Außenkantenabschnitt und einen zweiten Außenkantenabschnitt. Der erste Außenkantenabschnitt ist vom ersten Magneten um einen ersten Abstand in einer zur ersten Richtung und zur zweiten Richtung orthogonalen dritten Richtung entfernt. Der zweite Außenkantenabschnitt ist vom ersten Magneten um einen zweiten Abstand in der dritten Richtung entfernt. Der erste Außenkantenabschnitt und der zweite Außenkantenabschnitt sind in verschiedenen Positionen in der zweiten Richtung angeordnet. Der Magnetdetektor wird in einer vorgegebenen gleichbleibenden Position relativ zum ersten Magneten gehalten. Die erste Magnetfeldlinie durchläuft den Magnetdetektor in der ersten Richtung, wenn sich das erste weich-ferromagnetische Element in Ruhe befindet. Aus der DE 10 2007 023 815 A1 sind Anordnungen zum Scannen einer linearen oder Runde Länge eines ferromagnetischen Materials bekannt. Aus der JP S58- 15 113 A sind Messvorrichtungen bekannt, die ein magnetisches Bias-Feld verwenden. Aus der US 2010 / 0 026 282 A1 sind Vorrichtungen zum Erfassen von Winkeln bekannt.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Es werden Positionserfassungssysteme gemäß den unabhängigen Ansprüchen angegeben. Abhängige Ansprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen an. Die begleitenden Zeichnungen sind beigefügt, um ein weiteres Verständnis der Offenbarung zu vermitteln, und sie sind in diese Beschreibung aufgenommen und bilden einen Bestandteil von ihr. Die Zeichnungen veranschaulichen Ausführungsbeispiele und dienen, zusammen mit der Beschreibung, zur Erläuterung der Prinzipien der Technologie.
    • 1 ist ein Schaubild, das eine beispielhafte Gesamtgestaltung eines Positionserfassungssystems gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung schematisch veranschaulicht.
    • 2 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Abschnitts des in 1 dargestellten Positionserfassungssystems.
    • 3 ist eine schematische Vorderansicht eines Abschnitts des in 1 dargestellten Positionserfassungssystems.
    • 4 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Abschnitts des in 1 dargestellten Erfassungsmoduls.
    • 5 ist eine schematische Seitenansicht eines Abschnitts des in 1 dargestellten Positionserfassungssystems.
    • 6 ist ein Schaltbild eines in 4 dargestellten Magnetsensors.
    • 7 ist eine vergrößerte perspektivische Explosionsdarstellung eines Abschnitts des in 4 dargestellten Magnetsensors.
    • 8A ist eine erläuternde Darstellung, die ein Verhalten des in 1 dargestellten Positionserfassungssystems veranschaulicht.
    • 8B ist eine andere erläuternde Darstellung, die ein Verhalten des in 1 dargestellten Positionserfassungssystems veranschaulicht.
    • 9A ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Abschnitts eines Positionserfassungssystems mit einer beispielhaften Ausgestaltung gemäß einer Ausführungsform.
    • 9B ist eine schematische Vorderansicht eines Abschnitts des in 9A dargestellten Positionserfassungssystems.
    • 10 ist eine erste erläuternde Darstellung, die eine Änderung einer Magnetfeldlinie während des Betriebs des in 9A und 9B dargestellten Positionserfassungssystems schematisch veranschaulicht.
    • 11 ist eine zweite erläuternde Darstellung, die eine Änderung der Magnetfeldlinie während des Betriebs des in 9A und 9B dargestellten Positionserfassungssystems schematisch veranschaulicht.
    • 12 ist eine dritte erläuternde Darstellung, die eine Änderung der Magnetfeldlinie während des Betriebs des in 9A und 9B dargestellten Positionserfassungssystems schematisch veranschaulicht.
    • 13 ist ein Kennfeld, das eine beispielhafte Beziehung zwischen der Verschiebung eines Magnetjochs und einer Ausgabe vom Sensor des in 9A und 9B dargestellten Positionserfassungssystems veranschaulicht.
    • 14A ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Abschnitts eines Positionserfassungssystems mit einer beispielhaften Ausgestaltung gemäß einer Ausführungsform.
    • 14B ist eine schematische Vorderansicht eines Abschnitts des Positionserfassungssystems mit der in 14A dargestellten beispielhaften Ausgestaltung.
    • 14C ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Abschnitts des Positionserfassungssystems mit der in 14A dargestellten beispielhaften Ausgestaltung.
    • 15 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Abschnitts eines Positionserfassungssystems mit einer beispielhaften Ausgestaltung gemäß einem Abwandlungsbeispiel.
    • 16 ist eine schematische Vorderansicht eines Abschnitts eines Positionserfassungssystems mit einer beispielhaften Ausgestaltung gemäß einem Referenzbeispiel.
    • 17 ist ein Schaubild, das eine beispielhafte Gesamtgestaltung eines Rotationserfassungssystems gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung schematisch veranschaulicht.
    • 18 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Abschnitts des in 17 dargestellten Rotationserfassungssystems.
    • 19 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Abschnitts eines in 17 dargestellten Erfassungsmoduls.
    • 20 ist eine schematische Vorderansicht eines Abschnitts des in 17 dargestellten Rotationserfassungssystems.
    • 21 ist ein Schaltbild des in 19 dargestellten Magnetsensors.
    • 22A ist eine erläuternde Darstellung, die ein Verhalten des in 17 dargestellten Rotationserfassungssystems veranschaulicht.
    • 22B ist eine andere erläuternde Darstellung, die ein Verhalten des in 17 dargestellten Rotationserfassungssystems veranschaulicht.
    • 23A ist eine schematische Seitenansicht eines Abschnitts eines Rotationserfassungssystems gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung.
    • 23B ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Abschnitts des in 23A dargestellten Rotationserfassungssystems.
    • 24A ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Abschnitts eines Rotationserfassungssystems mit einer beispielhaften Ausgestaltung gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung.
    • 24B ist eine schematische Vorderansicht eines Abschnitts des in 24A dargestellten Rotationserfassungssystems.
    • 24C ist eine schematische Seitenansicht eines Abschnitts des in 24A dargestellten Rotationserfassungssystems.
    • 25 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Abschnitts eines Rotationserfassungssystems mit einer beispielhaften Ausgestaltung gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung.
    • 26A ist eine Vorderansicht eines Abschnitts eines Rotationserfassungssystems gemäß einem Abwandlungsbeispiel von mindestens einer Ausführungsform der Offenbarung.
    • 26B ist eine Vorderansicht eines Abschnitts eines Rotationserfassungssystems gemäß einem Abwandlungsbeispiel von mindestens einer Ausführungsform der Offenbarung.
    • 26C ist eine Vorderansicht eines Abschnitts eines Rotationserfassungssystems gemäß einem Abwandlungsbeispiel von mindestens einer Ausführungsform der Offenbarung.
    • 27A ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Rotationserfassungssystems gemäß einem Abwandlungsbeispiel von mindestens einer Ausführungsform der Offenbarung.
    • 27B ist eine schematische Vorderansicht eines Rotationserfassungssystems gemäß einem Abwandlungsbeispiel von mindestens einer Ausführungsform der Offenbarung.
    • 28 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Abschnitts eines Rotationserfassungssystems gemäß einem Abwandlungsbeispiel von mindestens einer Ausführungsform der Offenbarung.
    • 29 ist eine Vorderansicht eines Rotationserfassungssystems mit einer beispielhaften Ausgestaltung gemäß einem Referenzbeispiel.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Im Allgemeinen ist ein Erfassungswinkel eines Magnetismus-Messelements auf 0° bis 360° begrenzt. Demgemäß soll beispielsweise bei der im oben beschriebenen japanischen Patent Nr. 5013146 offenbarten Positionserfassungsvorrichtung eine Verschiebung eines zu erfassenden Objekts kleiner als ein Anordnungsabstand sein, in dem magnetische Elemente angeordnet sind. Mit größer werdender Verschiebung des zu erfassenden Objekts wird dementsprechend der Anordnungsabstand, in dem sich die magnetischen Elemente befinden, zwangsläufig vergrößert.
  • Es ist erwünscht, ein Positionserfassungssystem bereitzustellen, das kompakt gestaltet ist und die Erfassung einer Position eines bewegten Objekts mit einer höheren Genauigkeit ermöglicht.
  • Im Folgenden werden einige Ausführungsbeispiele der Offenbarung in der nachstehenden Reihenfolge mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen im Einzelnen beschrieben. Man beachte, dass die folgende Beschreibung für veranschaulichende Beispiele der Offenbarung gilt und nicht so verstanden werden darf, dass sie die Offenbarung einschränkt. Faktoren, die - ohne Einschränkung - Zahlenwerte, Formen, Materialien, Bestandteile, Positionen der Bestandteile und die Art der Verbindung der Bestandteile untereinander umfassen, dienen nur der Veranschaulichung und dürfen nicht so verstanden werden, dass sie die Offenbarung einschränken. Ferner sind Elemente in den folgenden Ausführungsbeispielen, die nicht in einem allgemeinsten unabhängigen Patentanspruch der Offenbarung angeführt werden, optional und können nach Bedarf vorgesehen werden. Die Zeichnungen sind schematisch und nicht als maßstabsgerecht gezeichnet zu verstehen. Man beachte, dass gleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen bezeichnet sind und auf eine redundante detaillierte Beschreibung davon verzichtet wird. Man beachte, dass die Beschreibung in der nachstehenden Reihenfolge erfolgt.
  • 1. Erste Ausführungsform
  • Beispielhaftes Positionserfassungssystem, das ein Magnetfeld mit einem einzigen Magneten erzeugt und eine Position in einer Achsenrichtung eines einzigen Magnetjochs erfasst.
  • 2. Zweite Ausführungsform
  • Beispielhaftes Positionserfassungssystem, das ein Magnetfeld mit einem einzigen Magneten erzeugt und Positionen in einer Achsenrichtung von zwei Magnetjochen erfasst, die sich miteinander synchron geradlinig bewegen.
  • 3. Dritte Ausführungsform
  • Beispielhaftes Positionserfassungssystem, das Magnetfelder mit zwei Magneten erzeugt und Positionen in einer Achsenrichtung von zwei Magnetjochen erfasst, die sich miteinander synchron geradlinig bewegen.
  • 4. Abwandlungsbeispiele der ersten bis dritten Ausführungsformen
  • 5. Vierte Ausführungsform
  • Beispielhaftes Positionserfassungssystem, das ein Magnetfeld mit einem einzigen Magneten erzeugt und einen Drehwinkel eines einzigen Drehjochs erfasst.
  • 6. Fünfte Ausführungsform
  • Beispielhaftes Positionserfassungssystem, das Magnetfelder mit zwei Magneten erzeugt und einen Drehwinkel eines einzigen Drehjochs erfasst.
  • 7. Sechste Ausführungsform
  • Beispielhaftes Positionserfassungssystem, das ein Magnetfeld mit einem einzigen Magneten erzeugt und Drehwinkel von zwei Drehjochen erfasst, die sich miteinander synchron drehen.
  • 8. Siebte Ausführungsform
  • Beispielhaftes Positionserfassungssystem, das Magnetfelder mit zwei Magneten erzeugt und Drehwinkel von zwei Drehjochen erfasst, die sich miteinander synchron drehen.
  • 9. Abwandlungsbeispiele der vierten bis siebten Ausführungsformen
  • [Erste Ausführungsform]
  • [Ausgestaltung eines Positionserfassungssystems]
  • Ein Ausgestaltungsbeispiel eines Positionserfassungssystem 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der Offenbarung wird nun mit Bezug auf 1 bis 3 beschrieben. 1 ist ein Blockschaltbild, das eine beispielhafte Gesamtgestaltung des Positionserfassungssystems 1 schematisch veranschaulicht. 2 ist eine perspektivische Ansicht von Hauptbestandteilen des Positionserfassungssystems 1. 3 ist eine Vorderansicht der Hauptbestandteile des Positionserfassungssystems 1. In 2 werden nur ein Magnetjoch 10 und ein Magnet 6 dargestellt, die unten beschrieben werden. In 3 werden nur das Magnetjoch 10, der Magnet 6 und ein Sensor 3 dargestellt, die unten beschrieben werden.
  • Mit Bezug auf 1 kann das Positionserfassungssystem 1 das Magnetjoch 10 und ein Erfassungsmodul 2 umfassen. Das Magnetjoch 10 kann an einem zu messenden bewegten Objekt befestigt sein. Das Erfassungsmodul 2 kann eine Position des Magnetjochs 10 in einer X-Achsenrichtung erfassen. Das Positionserfassungssystem 1 kann einem bestimmten, aber nicht einschränkenden Beispiel eines Positionserfassungssystems gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung entsprechen.
  • [Magnetjoch 10]
  • Das Magnetjoch 10 kann ein Plattenelement sein, das eine Längsseite, die sich entlang der X-Achsenrichtung erstreckt, und eine Dicke in einer zur X-Achsenrichtung orthogonalen Y-Achsenrichtung aufweist. Das Magnetjoch 10 ist in einer +X-Richtung und einer -X-Richtung entlang der X-Achse gegenüber dem Erfassungsmodul 2, das den Magneten 6 umfasst, geradlinig bewegbar. Das Magnetjoch 10 hat eine Außenkante 11, die dem Sensor 3 und dem Magneten 6 in dem Erfassungsmodul 2 in einer Z-Achsenrichtung gegenüberliegt. Die Z-Achsenrichtung ist orthogonal zu der X-Achsenrichtung und der Y-Achsenrichtung. Die Außenkante 11 ist von dem Magneten 6 um beispielsweise einen Abstand 11D in der Z-Achsenrichtung entfernt, wie in 2 dargestellt. Die Außenkante 11 hat eine nicht-flache oder unebene Form mit beispielsweise einem Vorsprung 11T und einer Vertiefung 11U. Beispielsweise kann die Außenkante 11 eine Form haben, die einen Abstand zum Magneten 6 in der Z-Achsenrichtung definiert, und der Abstand ändert sich beispielsweise periodisch in der X-Achsenrichtung, um eine Sinuskurve zu definieren. Die Außenkante 11 kann, mit anderen Worten, eine durchgehende gekrümmte Fläche haben. Der Vorsprung 11T ist von dem Magneten 6 um einen ersten Abstand D1 in der Z-Achsenrichtung entfernt. Der Vorsprung 11T kann einem bestimmten, aber nicht einschränkenden Beispiel eines ersten Außenkantenabschnitts gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung entsprechen. Die Vertiefung 11U ist von dem Magneten 6 um einen zweiten Abstand D2 in der Z-Achsenrichtung entfernt. Die Vertiefung 11U kann einem bestimmten, aber nicht einschränkenden Beispiel eines zweiten Außenkantenabschnitts gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung entsprechen. Der Vorsprung 11T und die Vertiefung 11U sind in verschiedenen Positionen in der X-Achsenrichtung angeordnet. Bei der ersten Ausführungsform kann der erste Abstand D1 ein Mindestwert des Abstands 11D sein, und der zweite Abstand D2 kann ein Höchstwert des Abstands 11D sein. Die Länge vom Vorsprung 11T zur Vertiefung 11U in der X-Achsenrichtung kann 0,5T entsprechen, was einer Halbperiodenlänge der von der Außenkante 11 definierten Sinuskurve entspricht. Das Magnetjoch 10 kann hauptsächlich, jedoch nicht zwingend auf hauptsächlich beschränkt, ein weich-ferromagnetisches Material wie etwa Mu-Metall umfassen.
  • Mit Bezug auf 3 kann beispielsweise eine Bewegungslänge L10, entlang der das Magnetjoch 10 in der X-Achsenrichtung bewegbar ist, gleich oder kürzer als 1T sein, was einer Vollperiodenlänge der Außenkante 11 in der X-Achsenrichtung entspricht. Dies erleichtert die Bestimmung einer absoluten Position in der X-Achsenrichtung des Magnetjochs 10, das als bewegtes Objekt dient. Der Anfangspunkt und der Endpunkt der Bewegungslänge L10 können gleich der Position des Vorsprung 11T beziehungsweise der Position der Vertiefung 11U in der X-Achsenrichtung sein. Alternativ können der Anfangspunkt und der Endpunkt der Bewegungslänge L10 verschieden von den Positionen des Vorsprung 11T und der Vertiefung 11U in der X-Achsenrichtung sein.
  • Die Bewegung des Magnetjochs 10 entlang der X-Achse kann eine zyklische Änderung einer Magnetfeldlinie 6L (unten beschrieben) eines Magnetfelds bewirken, das dem Sensor 3 vom Magneten 6 aufgeprägt wird. Das Magnetjoch 10 kann einem bestimmten, aber nicht einschränkenden Beispiel eines ersten weich-ferromagnetischen Elements gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung entsprechen.
  • [Erfassungsmodul 2]
  • Das Erfassungsmodul 2 kann den Sensor 3, eine Betriebsschaltung 4 und den Magneten 6 umfassen. Bei dieser nicht einschränkenden Ausführungsform können der Sensor 3 und die Betriebsschaltung 4 in dem Erfassungsmodul 2 auf einem einzigen Substrat 7 angeordnet sein, wie in 4 dargestellt. Alternativ können der Sensor 3 und die Betriebsschaltung 4 jeweils auf verschiedenen Substraten angeordnet sein. 4 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Abschnitts des in 1 dargestellten Erfassungsmoduls 2. Der Sensor 3 kann einem bestimmten, aber nicht einschränkenden Beispiel eines Magnetdetektors gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung entsprechen. Der Magnet 6 kann einem bestimmten, aber nicht einschränkenden Beispiel eines ersten Magneten gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung entsprechen.
  • [Sensor 3]
  • Wie in 1 dargestellt, kann der Sensor 3 Magnetsensoren 31 und 32 umfassen. Der Magnetsensor 31 kann eine Änderung der Magnetfeldlinie 6L (unten beschrieben) des Magnetfelds in Verbindung mit einer Bewegung des Magnetjochs 10 in der +X-Richtung oder -X-Richtung erfassen und ein erstes Signal S1 an die Betriebsschaltung 4 ausgeben. Ebenso kann der Magnetsensor 32 eine Änderung der Magnetfeldlinie 6L des Magnetfelds in Verbindung mit der Bewegung des Magnetjochs 10 erfassen und ein zweites Signal S2 an die Betriebsschaltung 4 ausgeben. Der Magnetsensor 31 kann einem bestimmten, aber nicht einschränkenden Beispiel einer ersten Magnetismus-Erfassungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung entsprechen. Der Magnetsensor 32 kann einem bestimmten, aber nicht einschränkenden Beispiel einer zweiten Magnetismus-Erfassungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung entsprechen.
  • Mit Bezug auf 4 kann der Magnetsensor 31 eine Erfassungsachse J31 aufweisen, die sich entlang der X-Achsenrichtung erstreckt, und der Magnetsensor 32 kann eine Erfassungsachse J32 aufweisen, die sich im Wesentlichen orthogonal zur Erfassungsachse J31 entlang der Z-Achsenrichtung erstreckt. Das erste Signal S1 und das zweite Signal S2 können somit voneinander verschiedene Phasen haben. In einem Beispielsfall, in dem das erste Signal S1 einen Widerstand auf der Basis von sinθ in Bezug auf die Verschiebung ΔX (siehe 2 und 3) des Magnetjochs 10 in der X-Achsenrichtung angibt, kann das zweite Signal S2 einen Widerstand auf der Basis von cosθ angeben.
  • 5 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Abschnitts des Erfassungsmoduls 2. Wie in 5 dargestellt, kann der Sensor 3 zwischen dem Magneten 6 und dem Magnetjoch 10 angeordnet sein, die einander in der Z-Achsenrichtung gegenüberliegen. Der Sensor 3 kann von dem Magneten 6 und dem Magnetjoch 10 getrennt sein. Außerdem können eine Mittenposition CP3 des Sensors 3 in der Y-Achsenrichtung und eine Mittenposition CP10 des Magnetjochs 10 in der Y-Achsenrichtung in der Y-Achsenrichtung voneinander verschieden sein. Bei der ersten Ausführungsform kann der Sensor 3 beispielsweise derart positioniert sein, dass er die Position des Magnetjochs 10 in der Z-Achsenrichtung nicht überdeckt.
  • 6 ist ein Schaltbild des Sensors 3. Wie in 6 dargestellt, kann der Magnetsensor 31 eine Wheatstone-Brückenschaltung (im Folgenden einfach als Brückenschaltung bezeichnet) 24 und einen Differenzdetektor 25 umfassen. Die Brückenschaltung 24 kann beispielsweise vier Magnetowiderstandseffekt- (MR) -Elemente 23 (23A bis 23D) umfassen. Ebenso kann der Magnetsensor 32 eine Brückenschaltung 27 und einen Differenzdetektor 28 umfassen. Die Brückenschaltung 27 kann beispielsweise vier MR-Elemente 26 (26A bis 26D) umfassen.
  • In der Brückenschaltung 24 können das MR-Element 23A und das MR-Element 23B an einem Knoten P1 an ihren einen Enden verbunden sein, und das MR-Element 23C und das MR-Element 23D können an einem Knoten P2 an ihren einen Enden verbunden sein. Das MR-Element 23A und das MR-Element 23D können an einem Knoten P3 an ihren anderen Enden verbunden sein, und das MR-Element 23B und das MR-Element 23C können an einem Knoten P4 an ihren anderen Enden verbunden sein. Der Knoten P3 kann mit einer elektrischen Energie Vcc verbunden sein, und der Knoten P4 kann an Masse gelegt sein. Jeder der Knoten P1 und P2 kann mit einem Eingangsanschluss des Differenzdetektors 25 verbunden sein. Der Differenzdetektor 25 kann eine Potentialdifferenz zwischen dem Knoten P1 und dem Knoten P2 (d.h. eine Differenz des Spannungsabfalls zwischen dem MR-Element 23A und dem MR-Element 23D) erfassen, wenn eine Spannung zwischen dem Knoten P3 und dem Knoten P4 angelegt ist. Daraufhin kann der Differenzdetektor 25 an die Betriebsschaltung 4 das erste Signal S1 ausgeben, das die Potentialdifferenz angibt. Ebenso können in der Brückenschaltung 27 das MR-Element 26A und das MR-Element 26B an einem Knoten P5 an ihren einen Enden verbunden sein, und das MR-Element 26C und das MR-Element 26D können an einem Knoten P6 an ihren einen Enden verbunden sein. Das MR-Element 26A und das MR-Element 26D können an einem Knoten P7 an ihren anderen Enden verbunden sein, und das MR-Element 26B und das MR-Element 26C können an einem Knoten P8 an ihren anderen Enden verbunden sein. Der Knoten P7 kann mit einer elektrischen Energie Vcc verbunden sein, und der Knoten P8 kann an Masse gelegt sein. Jeder der Knoten P5 und P6 kann mit einem Eingangsanschluss des Differenzdetektors 28 verbunden sein. Der Differenzdetektor 28 kann eine Potentialdifferenz zwischen dem Knoten P5 und dem Knoten P6 (d.h. eine Differenz des Spannungsabfalls zwischen dem MR-Element 26A und dem MR-Element 26D) erfassen, wenn eine Spannung zwischen dem Knoten P7 und dem Knoten P8 angelegt ist. Daraufhin kann der Differenzdetektor 28 an die Betriebsschaltung 4 das zweite Signal S2 ausgeben, das die Potentialdifferenz angibt.
  • Die Pfeile JS1 in 6 zeigen schematisch jeweilige Magnetisierungsrichtungen von in der Magnetisierung fixierten Schichten SS1 (unten beschrieben) in den MR-Elementen 23A bis 23D und 26A bis 26D. Wie von diesen Pfeilen gezeigt, kann sich der Widerstand der MR-Elemente 23A und 23C in derselben Richtung in Übereinstimmung mit einer Änderung eines äußeren Magnetfelds ändern (d.h. zu- oder abnehmen). Der Widerstand der MR-Elemente 23B und 23D kann sich in einer Richtung, die der Richtung bei den MR-Elementen 23A und 23C entgegengesetzt ist, in Übereinstimmung mit der Änderung des äußeren Magnetfelds ändern (d.h. ab- oder zunehmen). Des Weiteren kann sich der Widerstand der MR-Elemente 26A und 26C in Übereinstimmung mit der Änderung des äußeren Signalmagnetfelds ändern. Die Änderung des Widerstands der MR-Elemente 26A und 26C kann gegenüber der Änderung des Widerstands der MR-Elemente 23A bis 23D um 90 Grad phasenverschoben sein. Der Widerstand der MR-Elemente 26B und 26D kann sich in Übereinstimmung mit einer Änderung des Signalmagnetfelds in einer Richtung ändern, die der Richtung bei den MR-Elementen 26A und 26C entgegengesetzt ist. Die Bewegung des Magnetjochs 10 und das Verhalten des Widerstands der MR-Elemente können somit beispielsweise in einer folgenden Beziehung stehen: Wenn sich das Magnetjoch 10 durch einen bestimmten Winkel bewegt, kann der Widerstand der MR-Elemente 23A und 23C zunehmen, während der Widerstand der MR-Elemente 23B und 23D abnehmen kann. In diesem Fall kann die Änderung des Widerstands der MR-Elemente 26A und 26C gegenüber der Änderung des Widerstands der MR-Elemente 23A und 23C um 90 Grad verzögert (oder vorgezogen) sein. Des Weiteren kann die Änderung des Widerstands der MR-Elemente 26B und 26D gegenüber der Änderung des Widerstands der MR-Elemente 23B und 23D um 90 Grad verzögert (oder vorgezogen) sein.
  • 7 zeigt einen beispielhaften Sensorstapel SS, der als ein Teil der MR-Elemente 23 und 26 dient. Die Sensorstapel SS der MR-Elemente 23 und 26 können im Wesentlichen den gleichen Aufbau haben. Wie in 7 dargestellt, kann der Sensorstapel SS eine Spin-Ventil-Struktur haben, bei der mehrere Funktionsschichten, die eine magnetische Schicht umfassen, gestapelt sind. Beispielsweise kann der Sensorstapel SS eine in der Magnetisierung fixierte Schicht SS1, eine mittlere Schicht SS2 und eine frei magnetisierbare Schicht SS3 umfassen, die in dieser Reihenfolge gestapelt sind. Die in der Magnetisierung fixierte Schicht SS1 kann eine Magnetisierung JS1 haben, die in einer vorgegebenen Richtung fixiert ist. Die mittlere Schicht SS2 kann keine Magnetisierung erzeugen, die in einer bestimmten Richtung fixiert ist Die frei magnetisierbare Schicht SS3 kann eine Magnetisierung JS3 haben, die sich in Abhängigkeit von der magnetischen Flussdichte eines Signalmagnetfelds ändert. Man beachte, dass 6 einen unbelasteten Zustand darstellt, in dem kein äußeres Magnetfeld, wie etwa ein vom Magneten 6 erzeugtes Magnetfeld, aufgeprägt ist. Die in der Magnetisierung fixierte Schicht SS1, die mittlere Schicht SS2 und die frei magnetisierbare Schicht SS3 können jeweils eine einschichtige Struktur oder eine mehrschichtige Struktur, die mehrere Schichten umfasst, aufweisen.
  • Die in der Magnetisierung fixierte Schicht SS1 kann ein ferromagnetisches Material wie etwa Cobalt (Co), eine Cobalt-Eisen-Legierung (CoFe) oder eine Cobalt-Eisen-Bor-Legierung (CoFeB) umfassen. Wahlweise kann eine nicht dargestellte antiferromagnetische Schicht vorgesehen werden, die an eine von der mittleren Schicht SS2 entfernte Seite der in der Magnetisierung fixierten Schicht SS1 angrenzt. Die antiferromagnetische Schicht kann ein antiferromagnetisches Material wie etwa eine Platin-Mangan-Legierung (PtMn) oder eine Iridium-Mangan-Legierung (IrMn) umfassen. Die antiferromagnetische Schicht kann sich in einem Zustand befinden, in dem sich beispielsweise ein magnetisches Spinmoment in einer positiven Richtung und ein magnetisches Spinmoment in einer negativen Richtung vollständig gegenseitig aufheben. Die antiferromagnetische Schicht kann die Magnetisierung JS1 der angrenzenden Schicht oder der in der Magnetisierung fixierten Schicht SS1 in der positiven Richtung fixieren.
  • Bei einer Ausführungsform, bei der der Sensorstapel SS eine Spin-Ventil-Struktur mit magnetischem Tunnelkontakt (MTK) aufweist, kann die mittlere Schicht SS2 eine nichtmagnetische Tunnelbarriereschicht sein, die beispielsweise Magnesiumoxid (MgO) enthält und die dünn genug ist, um einen quantenmechanischen Tunnelstrom durchzulassen. Die MgO enthaltende Tunnelbarriereschicht kann durch ein Sputterverfahren unter Verwendung eines MgO-Targets, durch eine Oxidationsbehandlung auf einer Magnesium- (Mg) -Dünnschicht oder durch reaktives Sputtern von Magnesium in einer Sauerstoffatmosphäre ausgebildet werden. Alternativ kann die mittlere Schicht SS2 ein Oxid oder Nitrid von Aluminium (Al), Tantal (Ta) oder Hafnium (Hf) anstelle von MgO enthalten. Weiterhin alternativ kann die mittlere Schicht SS2 ein Platinmetall wie etwa Ruthenium (Ru) oder Gold (Au) oder ein nichtmagnetisches Metall wie etwa Kupfer (Cu) enthalten. In diesem Fall kann die Spin-Ventil-Struktur als Riesenmagnetowiderstandseffekt- (GMR) -Film dienen.
  • Die frei magnetisierbare Schicht SS3 kann eine weich-ferromagnetische Schicht sein, die beispielsweise eine Cobalt-Eisen-Legierung (CoFe), eine Nickel-Eisen-Legierung (NiFe) oder eine Cobalt-Eisen-Bor-Legierung (CoFeB) enthält.
  • In der Brückenschaltung 24 des Magnetsensors 31 kann ein Strom I10 von der elektrischen Energie Vcc an dem Knoten P3 in einen Strom I1 und einen Strom I2 aufgeteilt werden, und der Strom I1 oder der Strom I2 kann jedem der MR-Elemente 23A bis 23D zugeführt werden. Signale e1 und e2, die von den jeweiligen Knoten P1 und P2 der Brückenschaltung 24 abgenommen werden, können in den Differenzdetektor 25 fließen. Wenn beispielsweise die Magnetisierung JS1 und die Magnetisierung JS3 einen Winkel γ definieren, kann das Signal e1 eine Widerstandsänderung gemäß dem Ausdruck Acos (+γ) + B angeben, und das Signal e2 kann eine Widerstandsänderung gemäß dem Ausdruck Acos (-γ) + B angeben, wobei A und B Konstanten sind. Indessen kann in der Brückenschaltung 27 des Magnetsensors 32 ein Strom I10 von der elektrischen Energie Vcc an dem Knoten P7 in einen Strom I3 und einen Strom I4 aufgeteilt werden, und der Strom I3 oder der Strom I4 kann jedem der MR-Elemente 26A bis 26D zugeführt werden. Signale e3 und e4, die von den jeweiligen Knoten P5 und P6 der Brückenschaltung 27 abgenommen werden, können in den Differenzdetektor 28 fließen. Das Signal e3 kann eine Widerstandsänderung gemäß dem Ausdruck Asin (+γ) + B angeben, und das Signal e4 kann eine Widerstandsänderung gemäß dem Ausdruck Asin (-γ) + B angeben. Des Weiteren können das erste Signal S1 vom Differenzdetektor 25 und das zweite Signal S2 vom Differenzdetektor 28 in die Betriebsschaltung 4 fließen. Die Betriebsschaltung 4 kann anhand von tanγ einen Widerstand berechnen, wobei „γ“ der Verschiebung ΔX des Magnetjochs 10 gegenüber dem Sensor 3 entspricht. Die Verschiebung ΔX kann somit in der Betriebsschaltung 4 bestimmt werden.
  • [Betriebsschaltung 4]
  • Wie in 1 dargestellt, kann die Betriebsschaltung 4 beispielsweise Tiefpassfilter (TPF) 42A und 42B, A/D-Wandler 43A und 43B, Filter 44A und 44B, einen Wellenformer 45, einen Winkelberechner 46 und einen Positionsberechner 47 umfassen.
  • Das Tiefpassfilter 42A kann mit dem Magnetsensor 31 verbunden sein, um das erste Signal S1 vom Magnetsensor 31 zu empfangen. Das am Tiefpassfilter 42A empfangene erste Signal S1 kann über den A/D-Wandler 43A und das Filter 44A an den Wellenformer 45 übermittelt werden. Ebenso kann das Tiefpassfilter 42B mit dem Magnetsensor 32 verbunden sein, um das zweite Signal S2 vom Magnetsensor 32 zu empfangen. Das am Tiefpassfilter 42B empfangene zweite Signal S2 kann über den A/D-Wandler 43B und das Filter 44B an den Wellenformer 45 übermittelt werden.
  • Der Wellenformer 45 kann beispielsweise die Wellenform des vom Magnetsensor 31 empfangenen ersten Signals S1 und die Wellenform des vom Magnetsensor 32 empfangenen zweiten Signals S2 formen. Der Wellenformer 45 kann beispielsweise eine Detektionsschaltung und eine Ausgleichsschaltung umfassen. Die Detektionsschaltung kann eine Differenz der Versatzspannung, eine Differenz der Amplitude und eine Differenz der relativen Position zwischen dem Magnetsensor 31 und dem Magnetsensor 32 gegenüber dem Magnetjoch 10 erkennen. Die Ausgleichsschaltung kann diese Differenzen ausgleichen.
  • Der Winkelberechner 46 und der Positionsberechner 47 können jeweils eine integrierte Schaltung (IC) sein, welche die Verschiebung ΔX des Magnetjochs 10 entlang der X-Achsenrichtung anhand des ersten Signals S1 und des zweiten Signals S2 berechnet. Der Winkelberechner 46 kann eine Änderung des Winkels der Magnetfeldlinie 6L anhand des ersten Signals S1 und des zweiten Signals S2 berechnen. Der Positionsberechner 47 kann die Verschiebung ΔX des Magnetjochs 10 anhand der Daten über die vom Winkelberechner 46 berechnete Änderung des Winkels der Magnetfeldlinie L6 berechnen und ein drittes Signal S3 nach außen ausgeben, das die Daten über die Verschiebung ΔX beinhaltet.
  • [Magnet 6]
  • Der Magnet 6 kann dem Magnetjoch 10 jenseits des Sensors 3 gegenüberliegen. Der Magnet 6 kann dem Magnetjoch 10 und dem Sensor 3 das Magnetfeld aufprägen, das die Magnetfeldlinie 6L beinhaltet. Der Sensor 3 kann bewirken, dass die Magnetsensoren 31 und 32 eine Änderung der Richtung der Magnetfeldlinie 6L erfassen. Wie in 5 dargestellt, kann die Magnetfeldlinie 6L des Magnetfelds, das dem Sensor 3 vom Magneten 6 aufgeprägt wird, entlang der Y-Achse verlaufen, wenn sie den Sensor 3 durchquert. Die Richtung der Magnetfeldlinie 6L kann sich in Übereinstimmung mit einer geradlinigen Bewegung des Magnetjochs 10 in der X-Achsenrichtung zyklisch ändern. Wenn sich das Magnetjoch 10 gegenüber dem Magneten 6 und dem Sensor 3 in Ruhe befindet, kann die durch den Sensor 3 verlaufende Magnetfeldlinie 6L in die Richtung entlang der Y-Achse gerichtet sein, die im Wesentlichen orthogonal zu der Richtung ist, in der sich das Magnetjoch 10 bewegt. Die hier beschriebene Richtung entlang der Y-Achse soll nicht auf eine zur Y-Achse vollkommen parallele Richtung oder eine zur Y-Achse 0° definierende Richtung beschränkt sein und kann beispielsweise eine zur Y-Achse ± 30° oder weniger definierende Richtung sein. Anders gesagt ist es beispielsweise zwar wünschenswert, dass die Mitte der Amplitude der Änderung der Richtung der Magnetfeldlinie 6L 0° ist, wo die Magnetfeldlinie 6L vollkommen parallel zur Y-Achse ist, doch kann die Richtung der Magnetfeldlinie 6L beispielsweise in einem Winkel von ± 30° oder weniger um die Mitte von 0° geneigt sein. Obgleich es wünschenswert ist, dass die Amplitude der Änderung der Richtung der Magnetfeldlinie 6L so groß wie möglich ist, kann eine tatsächliche Amplitude der Änderung der Richtung der Magnetfeldlinie 6L beispielsweise ungefähr ± 5° betragen. Bei der ersten Ausführungsform kann die Richtung der durch den Sensor 3 verlaufenden Magnetfeldlinie 6L im Wesentlichen gleich der Y-Achsenrichtung sein, wenn sich die Vertiefung 11U des Magnetjochs 10 am nächsten an den Magneten 6 bewegt. Beispielsweise kann die Magnetisierungsrichtung J6 des Magneten 6 im Wesentlichen gleich der Y-Achsenrichtung sein.
  • [Arbeitsvorgänge und Arbeitsweisen des Positionserfassungssystems 1]
  • Das Positionserfassungssystem 1 gemäß der ersten Ausführungsform ermöglicht es, die Verschiebung ΔX des Magnetjochs 10 in der X-Achsenrichtung unter Verwendung des Erfassungsmoduls 2 zu erfassen, das den Sensor 3, die Betriebsschaltung 4 und den Magneten 6 umfasst.
  • Bei dem Positionserfassungssystem 1 kann sich der Vorsprung 11T des Magnetjochs 10 in Übereinstimmung mit der geradlinigen Bewegung des Magnetjochs 10 entlang der X-Achsenrichtung näher an den Magneten 6 heran und weiter von ihm weg bewegen. In Übereinstimmung mit einer solchen Wirkungsweise kann sich der Vektor der von dem Magneten 6 erzeugten Magnetfeldlinie 6L sequenziell ändern. In einem beispielsweise in 8A dargestellten beispielhaften Zustand, in dem sich der Vorsprung 11T des Magnetjochs 10 näher an dem Magneten 6 befindet, kann eine von dem Magneten 6 erzeugte Magnetfeldlinie 6L1 einen Vektor V1 haben, der geringfügig gegenüber der Y-Achsenrichtung geneigt ist. Demgegenüber kann eine von dem Magneten 6 erzeugte Magnetfeldlinie 6L0 in einem Zustand, in dem sich die Vertiefung 11U näher an dem Magneten 6 befindet, einen Vektor V0 haben, der im Wesentlichen gleich der Y-Achsenrichtung ist. Der Vektor V der Magnetfeldlinie 6L kann somit in Übereinstimmung mit der geradlinigen Bewegung des Magnetjochs 10 entlang der X-Achsenrichtung oder der sequenziellen Änderung einer relativen Position des Vorsprungs 1T in Bezug auf den Magneten 6 präzedieren, wie in 8B dargestellt. In 8B ist die sequenzielle Bewegung des Vorsprungs 11T mit einem Vorsprung 11T1, einem Vorsprung 11T2 und einem Vorsprung 11T3 dargestellt. In diesem Fall kann die Periode, in der sich der Vorsprung 11T näher an den Magneten 6 bewegt, gleich der Periode sein, in der sich der Vektor V der Magnetfeldlinie 6L ändert. Der Sensor 3 kann das erste Signal S1, das eine Komponente Br entlang der X-Achsenrichtung umfasst, und das zweite Signal S2 ausgeben, das eine Komponente Bz entlang der Z-Achsenrichtung umfasst. Die Betriebsschaltung 4 kann die Verschiebung ΔX des Magnetjochs 10 und die absolute Position des Magnetjochs 10 in der X-Achsenrichtung anhand des ersten Signals S1 und des zweiten Signals S2 bestimmen.
  • [Wirkungen des Positionserfassungssystems 1]
  • Gemäß dem Positionserfassungssystem 1 der ersten Ausführungsform der Offenbarung ist das Magnetjoch 10 entlang der X-Achsenrichtung gegenüber dem Sensor 3 und dem Magneten 6 geradlinig bewegbar. Das Magnetjoch 10 weist die Außenkante 11 mit dem Vorsprung 11T und der Vertiefung 11U auf. Der Vorsprung 11T ist von dem Magneten 6 um den ersten Abstand D1 entfernt und die Vertiefung 11U ist von dem Magneten um den zweiten Abstand D2 entfernt. Diese Ausgestaltung ermöglicht es, dass der Sensor 3 eine geringfügige Änderung des Vektors V der Magnetfeldlinie 6L des Magneten 6 in Verbindung mit der Bewegung des Magnetjochs 10 erkennt. Des Weiteren kann der Vektor V der durch den Sensor 3 verlaufenden Magnetfeldlinie 6L in der Y-Achsenrichtung im Wesentlichen orthogonal zur X-Achsenrichtung gerichtet sein, in der sich das Magnetjoch 10 bewegt. Dies verringert einen Einfluss der Genauigkeit der relativen Positionen zwischen dem Magnetjoch 10, dem Sensor 3 und dem Magneten 6 auf die Wellenform eines Ausgangssignals von dem Sensor 3. Demgemäß ermöglicht das Positionserfassungssystem 1 gemäß der ersten Ausführungsform der Offenbarung die genaue Erfassung der Verschiebung des Magnetjochs 10 und der absoluten Position des Magnetjochs 10, auch wenn es verkleinert ist
  • Doch bei einem Positionserfassungssystem gemäß einem ersten Referenzbeispiel, das beispielsweise in den Teilen (A) bis (C) von 16 dargestellt wird, erzeugt ein Magnet 1006 eine Magnetfeldlinie 1006L, die entlang der Z-Achsenrichtung verläuft, in der der Magnet 1006 und eine Außenkante 1011 eines Magnetjochs 1010 einander gegenüberliegen. Misslicherweise haben die relativen Positionen zwischen dem Magnetjoch 1010, einem Sensor 1003 und dem Magneten 1006 einen erheblichen Einfluss auf die Erfassungsgenauigkeit des Sensors 1003. Wenn beispielsweise die relativen Positionen zwischen dem Magnetjoch 1010, dem Sensor 1003 und dem Magneten 1006 angemessen sind, sind die Wellenform eines ersten Signals S1001 und die Wellenform eines zweiten Signals S1002 angemessen, wie in Teil (B) von 16 dargestellt. Wenn jedoch die relativen Positionen zwischen dem Magnetjoch 1010, dem Sensor 1003 und dem Magneten 1006 geringfügig in der Z-Achsenrichtung verschoben sind, kann sich die Wellenform des ersten Signals S1001 verformen, wie es beispielsweise in Teil (A) von 14 dargestellt ist, oder es kann sich die Wellenform des zweiten Signals S1002 verformen, wie es beispielsweise in Teil (C) von 14 dargestellt ist. Beim Positionserfassungssystem gemäß dem ersten Referenzbeispiel wird sich außerdem wahrscheinlich die Erfassungsgenauigkeit wegen der Verschiebung der relativen Position des Magnetjochs 1010 in der Z-Achsenrichtung verringern.
  • Demgegenüber kann bei dem Positionserfassungssystem 1 gemäß der ersten Ausführungsform der Offenbarung der zulässige Bereich der relativen Positionen zwischen dem Magnetjoch 10, dem Sensor 3 und dem Magneten 6 größer als bei dem Positionserfassungssystem gemäß dem ersten Referenzbeispiel sein. Bei dem Positionserfassungssystem 1 gemäß der ersten Ausführungsform der Offenbarung ist es daher unwahrscheinlich, dass die Erfassungsgenauigkeit wegen der Verschiebung der relativen Positionen zwischen dem Magnetjoch 10, dem Sensor 3 und dem Magneten 6 abnimmt, selbst wenn es verkleinert ist.
  • Überdies wird bei dem Positionserfassungssystem 1 gemäß der ersten Ausführungsform der Offenbarung das Magnetjoch 10 bewegt, das an dem zu messenden bewegten Objekt befestigt ist. Daher ist es anders als beim Referenzbeispiel, bei dem ein Magnet bewegt wird, unwahrscheinlich, dass magnetische Stäube wie etwa Eisenstäube an dem Magnetjoch 10 anhaften. An einem Magneten haftende magnetische Stäube können einen Einfluss auf die Richtung der Magnetfeldlinie des Magneten haben, was zu einer Verschlechterung der Erfassungsgenauigkeit des Sensors führen kann. Gemäß dem Positionserfassungssystem 1 der ersten Ausführungsform der Offenbarung ist es nicht erforderlich, den Magneten 6 zu bewegen. Dies gestattet die Anordnung des Magneten 6 innerhalb des Erfassungsmoduls 2, wodurch verhindert wird, dass magnetische Stäube an dem Magneten 6 anhaften. Somit sind Bedenken hinsichtlich der Verschlechterung der Erfassungsgenauigkeit des Sensors aufgrund der Anhaftung von magnetischen Stäuben an dem Magneten 6 ausgeräumt.
  • Des Weiteren wird der Sensor 3 bei dem Positionserfassungssystem 1 gemäß der ersten Ausführungsform der Offenbarung in einer vorgegebenen gleichbleibenden Position relativ zum Magneten 6 gehalten. Dies trägt dazu bei, dass eine Magnetfeldstärke stabil erzeugt wird, die für den Mindestbetrieb des Sensors 3 erforderlich ist, was eine bessere Betriebsstabilität des Sensors 3 zur Folge hat.
  • Des Weiteren wird der Magnet 6 bei der Positionserfassungssystem 1 gemäß der ersten Ausführungsform der Offenbarung nicht relativ zum Sensor 3 bewegt. Anders gesagt ist der Abstand zwischen dem Sensor 3 und dem Magneten 6 konstant. Dies hilft dabei, eine Verringerung der Erfassungsempfindlichkeit des Sensors 3 zu verhindern, die vom Bewegungsbereich des zu messenden bewegten Objekts abhängt. Wenn der Bewegungsbereich des zu messenden bewegten Objekts groß ist, kann die Bewegungslänge L10 (in 3 dargestellt) des Magnetjochs 10 in der X-Achsenrichtung vergrößert werden. Die Bewegungslänge L10 in der X-Achsenrichtung kann eingestellt werden, indem die Periode der unebenen Form des Magnetjochs 10 in der X-Achsenrichtung geändert wird.
  • [2. Zweite Ausführungsform]
  • Ein Ausgestaltungsbeispiel eines Positionserfassungssystem 1A gemäß einer zweiten Ausführungsform der Offenbarung wird nun mit Bezug auf 9A und 9B beschrieben. Das Positionserfassungssystem 1 gemäß der oben beschriebenen ersten Ausführungsform kann den einzigen Magneten 6 gegenüber dem einzigen Magnetjoch 10 und dem einzigen Sensor 3 umfassen. Demgegenüber kann das Positionserfassungssystem 1A gemäß der zweiten Ausführungsform zwei Magnetjoche 10 und 20 gegenüber dem einzigen Sensor 3 und dem einzigen Magneten 6 umfassen, wie in 9A und 9B dargestellt. Das Positionserfassungssystem 1A kann somit den Magneten 6 veranlassen, ein Magnetfeld zu erzeugen, und es kann Positionen in der X-Achsenrichtung der Magnetjoche 10 und 20 erfassen, die sich miteinander synchron geradlinig bewegen. Abgesehen von diesem Unterschied kann das Positionserfassungssystem 1A gemäß der zweiten Ausführungsform im Wesentlichen die gleiche Ausgestaltung wie das Positionserfassungssystem 1 gemäß der ersten Ausführungsform aufweisen. 9A ist eine perspektivische Ansicht der Magnetjoche 10 und 20 und des Magneten 6 beim Positionserfassungssystem 1A. 9B ist eine Vorderansicht der Magnetjoche 10 und 20, des Sensors 3 und des Magneten 6 beim Positionserfassungssystem 1A. Man beachte, dass das Positionserfassungssystem 1A einem bestimmten, aber nicht einschränkenden Beispiel des Positionserfassungssystems gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung entsprechen kann. Das Magnetjoch 20 kann einem bestimmten, aber nicht einschränkenden Beispiel eines zweiten weich-ferromagnetischen Elements gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung entsprechen.
  • Mit Bezug auf 9A und 9B können das Magnetjoch 10 und das Magnetjoch 20 bei dem Positionserfassungssystem 1A einander in der Y-Achsenrichtung gegenüberliegen. Das Magnetjoch 20 kann ein Plattenelement sein, das sich derart entlang der X-Achsenrichtung erstreckt, dass es parallel zum Magnetjoch 10 ist und eine Dicke in der Y-Achsenrichtung hat. Das Magnetjoch 20 ist synchron mit dem Magnetjoch 10 in der +X-Richtung und der -X-Richtung gegenüber dem Erfassungsmodul, das den Magneten 6 enthält, geradlinig bewegbar. Die Magnetjoche 10 und 20 können an einem gemeinsamen bewegten Objekt befestigt sein.
  • Das Magnetjoch 20 hat eine Außenkante 12, die dem Sensor 3 und dem Magneten 6 in dem Erfassungsmodul 2 in der Z-Achsenrichtung gegenüberliegt. Die Außenkante 12 ist von dem Magneten 6 um beispielsweise einen Abstand 12D in der Z-Achsenrichtung entfernt, wie in 9A dargestellt. Wie die Außenkante 11 des Magnetjochs 10 hat die Außenkante 12 eine nicht-flache oder unebene Form mit beispielsweise einem Vorsprung 12T und einer Vertiefung 12U. Beispielsweise kann die Außenkante 12 eine Form haben, die einen Abstand zum Magneten 6 in der Z-Achsenrichtung definiert, und der Abstand ändert sich beispielsweise periodisch in der X-Achsenrichtung, um eine Sinuskurve zu definieren. Die Außenkante 12 kann, mit anderen Worten, eine durchgehende gekrümmte Fläche haben. Der Vorsprung 12T ist von dem Magneten 6 um einen dritten Abstand D3 in der Z-Achsenrichtung entfernt. Der Vorsprung 12T kann einem bestimmten, aber nicht einschränkenden Beispiel eines dritten Außenkantenabschnitts gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung entsprechen. Die Vertiefung 12U ist von dem Magneten 6 um einen vierten Abstand D4 in der Z-Achsenrichtung entfernt. Die Vertiefung 12U kann einem bestimmten, aber nicht einschränkenden Beispiel eines vierten Außenkantenabschnitts gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung entsprechen. Der Vorsprung 12T und die Vertiefung 12U sind in verschiedenen Positionen in der X-Achsenrichtung angeordnet. Bei der zweiten Ausführungsform kann der dritte Abstand D3 ein Mindestwert des Abstands 12D sein, und der vierte Abstand D4 kann ein Höchstwert des Abstands 12D sein. Bei dem Positionserfassungssystem 1A gemäß der zweiten Ausführungsform der Offenbarung kann der erste Abstand D1 gleich dem dritten Abstand D3 sein, und der zweite Abstand D2 kann gleich dem vierten Abstand D4 sein. Außerdem kann die Länge vom Vorsprung 12T zur Vertiefung 12U in der X-Achsenrichtung 0,5T entsprechen, was einer Halbperiodenlänge der von der Außenkante 12 definierten Sinuskurve entspricht. Bei dem Positionserfassungssystem 1A gemäß der zweiten Ausführungsform können eine Periode (1T) der von der Außenkante 11 definierten Sinuskurve und eine Periode (1T) der von der Außenkante 12 definierten Sinuskurve einander gleich sein. Wie in 9B dargestellt, kann allerdings die Phase der von der Außenkante 11 definierten Kurve um eine Halbperiode (0,5T) von der Phase der von der Außenkante 12 definierten Kurve differieren.
  • Wie das Magnetjoch 10 kann das Magnetjoch 20 hauptsächlich, jedoch nicht zwingend auf hauptsächlich beschränkt, ein weich-ferromagnetisches Material wie etwa Mu-Metall umfassen.
  • Die Bewegung des Magnetjochs 10 zusammen mit dem Magnetjoch 20 entlang der X-Achse kann eine zyklische Änderung der Magnetfeldlinie 6L (unten beschrieben) des Magnetfelds bewirken, das dem Sensor 3 vom Magneten 6 aufgeprägt wird. Der Magnet 6 kann zwischen dem Magnetjoch 10 und dem Magnetjoch 20 in der Y-Achsenrichtung angeordnet sein, wie beispielsweise in den unten beschriebenen 10 bis 12 dargestellt.
  • Die Änderung der Magnetfeldlinie 6L während des Betriebs des beispielsweise in 9A dargestellten Positionserfassungssystems 1A wird nun mit Bezug auf 10 bis 13 beschrieben.
  • 10 veranschaulicht einen ersten Zustand des Positionserfassungssystems 1A, in dem der Vorsprung 11T des Magnetjochs 10 und die Vertiefung 12U des Magnetjochs 20 die Mittenposition CP3 des Sensors 3 in der X-Achsenrichtung erreichen. Die Positionen der Magnetjoche 10 und 20 in dem in 10 dargestellten ersten Zustand können einer Referenzposition 0T entsprechen.
  • 11 veranschaulicht einen zweiten Zustand des Positionserfassungssystems 1A, in dem ein Mittelpunkt zwischen dem Vorsprung 11T und der Vertiefung 11U oder ein Mittelpunkt zwischen dem Vorsprung 12T und der Vertiefung 12U in der X-Achsenrichtung die Mittenposition CP3 des Sensors 3 erreicht. Die Verschiebung ΔX der Magnetj oche 10 und 20 in dem in 11 dargestellten zweiten Zustand kann 0,25T (Viertelperiode) entsprechen.
  • 12 veranschaulicht einen dritten Zustand des Positionserfassungssystems 1A, in dem die Vertiefung 11U des Magnetjochs 10 und der Vorsprung 12T des Magnetjochs 20 die Mittenposition CP3 des Sensors 3 in der X-Achsenrichtung erreichen. Die Verschiebung ΔX der Magnetjoche 10 und 20 in dem in 12 dargestellten dritten Zustand kann 0,5T (Halbperiode) entsprechen.
  • Die Teile (A), (B) und (C) von 10 zeigen eine Vorderansicht, eine Draufsicht beziehungsweise eine perspektivische Ansicht der Magnetjoche 10 und 20, des Sensors 3 und des Magneten 6 bei dem Positionserfassungssystem 1A im ersten Zustand.
  • Die Teile (A), (B) und (C) von 11 zeigen eine Vorderansicht, eine Draufsicht beziehungsweise eine perspektivische Ansicht der Magnetjoche 10 und 20, des Sensors 3 und des Magneten 6 bei dem Positionserfassungssystem 1A im zweiten Zustand.
  • Die Teile (A), (B) und (C) von 12 zeigen eine Vorderansicht, eine Draufsicht beziehungsweise eine perspektivische Ansicht der Magnetjoche 10 und 20, des Sensors 3 und des Magneten 6 bei dem Positionserfassungssystem 1A im dritten Zustand.
  • Teil (A) von 13 veranschaulicht eine beispielhafte Beziehung zwischen der Komponente Bx der Magnetfeldlinie 6L, die vom Sensor 3 erfasst wird, und der Verschiebung ΔX der Magnetjoche 10 und 20 in der X-Achsenrichtung. Teil (B) von 13 veranschaulicht eine beispielhafte Beziehung zwischen der Komponente Bz der Magnetfeldlinie 6L, die vom Sensor 3 erfasst wird, und der Verschiebung ΔX der Magnetjoche 10 und 20 in der X-Achsenrichtung.
  • In dem in 10 dargestellten ersten Zustand umfasst der Vektor V0 der durch den Sensor 3 verlaufenden Magnetfeldlinie 6L nicht die Komponente Bx in der X-Achsenrichtung und kann nur die Komponente By in der Y-Achsenrichtung und die Komponente Bz in der Z-Achsenrichtung umfassen. Man beachte, dass die Komponente Bz des Vektors V0 im ersten Zustand in die +Z-Richtung gerichtet sein kann. Wie in 13 dargestellt, kann somit die Komponente Bx in der Referenzposition, in der die Verschiebung ΔX gleich 0T ist, den Wert 0 (Null) annehmen, während die Komponente Bz in der Referenzposition, in der die Verschiebung ΔX gleich 0T ist, einen Höchstwert HZ annehmen kann.
  • In dem in 11 dargestellten zweiten Zustand, in dem die Positionen der Magnetjoche 10 und 20 um 0,25T in der +X-Richtung gegenüber den Positionen im ersten Zustand verschoben sind, umfasst der Vektor V0.25 der durch den Sensor 3 verlaufenden Magnetfeldlinie 6L nicht die Komponente Bz in der Z-Achsenrichtung und kann nur die Komponente Bx in der X-Achsenrichtung und die Komponente By in der Y-Achsenrichtung umfassen. Man beachte, dass die Komponente Bx des Vektors V0.25 im zweiten Zustand in die +X-Richtung gerichtet sein kann. Wie in 13 dargestellt, kann somit die Komponente Bx in der Position, in der die Verschiebung ΔX gleich 0,25T ist, einen Höchstwert HX annehmen, während die Komponente Bz in der Position, in der die Verschiebung ΔX gleich 0,25T ist, den Wert 0 (Null) annehmen kann.
  • In dem in 12 dargestellten dritten Zustand, in dem die Positionen der Magnetjoche 10 und 20 um 0,5T in der +X-Richtung gegenüber den Positionen im ersten Zustand verschoben sind, umfasst der Vektor V0.5 der durch den Sensor 3 verlaufenden Magnetfeldlinie 6L nicht die Komponente Bx in der X-Achsenrichtung und kann nur die Komponente By in der Y-Achsenrichtung und die Komponente Bz in der Z-Achsenrichtung umfassen, wie es in dem in 10 dargestellten ersten Zustand der Fall ist. Man beachte, dass zwar in dem in 10 dargestellten Zustand die Komponente Bz des Vektors V0 in die +Z-Richtung gerichtet sein kann, dass jedoch die Komponente Bz des Vektors V0.5 in dem in 12 dargestellten dritten Zustand in die —Z-Richtung gerichtet sein kann. Wie in 13 dargestellt, kann somit die Komponente Bx in der Position, in der die Verschiebung ΔX gleich 0,5T ist, den Wert 0 (Null) annehmen, während die Komponente Bz in der Position, in der die Verschiebung ΔX gleich 0,5T ist, einen Mindestwert LZ annehmen kann.
  • Wie oben beschrieben, ermöglicht es das Positionserfassungssystem 1A gemäß der zweiten Ausführungsform so wie das Positionserfassungssystem 1 gemäß der ersten Ausführungsform, die Verschiebung ΔX der Magnetjoche 10 und 20 entlang der X-Achsenrichtung anhand des ersten Signals S1, das die Änderung der Komponente Bx angibt, und des zweiten Signals S2, das die Änderung der Komponente Bz angibt, zu bestimmen. Demgemäß wird erwartet, dass das Positionserfassungssystem 1A gemäß der zweiten Ausführungsform ähnliche Wirkungen wie diejenigen des oben beschriebenen Positionserfassungssystems 1 gemäß der ersten Ausführungsform bietet.
  • Des Weiteren kann das Positionserfassungssystem 1A gemäß der zweiten Ausführungsform die zwei Magnetjoche 10 und 20 umfassen, die in der zur X-Achsenrichtung, entlang der sich die Magnetjoche 10 und 20 bewegen, orthogonalen Y-Achsenrichtung aneinander angrenzen. Daher ist es bei dem Positionserfassungssystem 1A gemäß der zweiten Ausführungsform der Offenbarung im Vergleich zu dem Positionserfassungssystem 1 gemäß der ersten Ausführungsform weniger wahrscheinlich, dass die Erfassungsgenauigkeit aufgrund von Positionsverschiebungen des Sensors 3 und des Magneten 6 in der Y-Achsenrichtung abnimmt. Ein Grund hierfür besteht darin, dass durch die Ausgestaltung des Positionserfassungssystems 1A gemäß der zweiten Ausführungsform im Vergleich zur Ausgestaltung des Positionserfassungssystems 1, das das einzige Magnetjoch umfasst, die Amplitude der Komponente Bx entlang der X-Achsenrichtung, in der sich die Magnetjoche 10 und 20 bewegen, und die Amplitude der Komponente Bz entlang der Z-Achsenrichtung in dem vom Magneten 6 erzeugten Magnetfeld verdoppelt werden, was sich in einer Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses niederschlägt.
  • Darüber hinaus kann das Positionserfassungssystem 1A gemäß der zweiten Ausführungsform den Sensor 3 umfassen, der zwischen dem Magnetjoch 10 und dem Magnetjoch 20 angeordnet ist. Wenn der Sensor 3 beispielsweise vom Magnetjoch 10 weg entlang der Y-Achsenrichtung verschoben wird, kann sich der Sensor 3 zwangsläufig entlang der Y-Achsenrichtung näher zum Magnetjoch 20 hin bewegen. Auch wenn sich der Sensor 3 weiter vom Magnetjoch 10 weg bewegt und die magnetische Flussdichte des Magnetfelds, das die Position des Sensors 3 abdeckt, somit reduziert wird, kann sich demgemäß das Magnetjoch 20 näher zum Sensor 3 hin bewegen und die magnetische Flussdichte des Magnetfelds ergänzen, das die Position des Sensors 3 abdeckt. Daher kann bei dem Positionserfassungssystem 1A gemäß der zweiten Ausführungsform der Offenbarung eine Abnahme der Erfassungsempfindlichkeit aufgrund des Einflusses der Positionsverschiebungen des Sensors 3 und der Magnetjoche 10 und 20 in der Y-Achsenrichtung verhindert werden.
  • [3. Dritte Ausführungsform]
  • Ein Ausgestaltungsbeispiel eines Positionserfassungssystem 1B gemäß einer dritten Ausführungsform der Offenbarung wird nun mit Bezug auf 14A bis 14C beschrieben. Das Positionserfassungssystem 1A gemäß der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform kann den einzigen Magneten 6 gegenüber den zwei Magnetjochen 10 und 20 und dem einzigen Sensor 3 umfassen. Demgegenüber kann das Positionserfassungssystem 1B gemäß der dritten Ausführungsform die zwei Magnetjoche 10 und 20 und die zwei Magneten 6A und 6B gegenüber dem einzigen Sensor 3 umfassen, wie in 14A und 14B dargestellt. Das Positionserfassungssystem 1B kann somit die Magneten 6A und 6B veranlassen, Magnetfelder zu erzeugen, und es kann Positionen in der X-Achsenrichtung der Magnetjoche 10 und 20 erfassen, die sich miteinander synchron geradlinig bewegen. Abgesehen von diesem Unterschied kann das Positionserfassungssystem 1B gemäß der dritten Ausführungsform im Wesentlichen die gleiche Ausgestaltung wie das Positionserfassungssystem 1A gemäß der zweiten Ausführungsform aufweisen. 14A ist eine perspektivische Ansicht der Magnetjoche 10 und 20 sowie der Magneten 6A und 6B beim Positionserfassungssystem 1B. 14B ist eine Vorderansicht der Magnetjoche 10 und 20, des Sensors 3 und der Magneten 6A und 6B beim Positionserfassungssystem 1B. 14C ist eine perspektivische Ansicht des Sensors 3 und der Magneten 6A und 6B beim Positionserfassungssystem 1B. Man beachte, dass das Positionserfassungssystem 1B einem bestimmten, aber nicht einschränkenden Beispiel des Positionserfassungssystems gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung entsprechen kann. Der Magnet 6A kann einem bestimmten, aber nicht einschränkenden Beispiel des ersten Magneten gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung entsprechen. Der Magnet 6B kann einem bestimmten, aber nicht einschränkenden Beispiel eines zweiten Magneten gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung entsprechen.
  • Mit Bezug auf 14A und 14B können die Magneten 6A und 6B beim Positionserfassungssystem 1B nebeneinander mit einem dazwischen liegenden Abstand entlang der X-Achsenrichtung, in der sich die Magnetjoche 10 und 20 bewegen, angeordnet sein. Der Sensor 3 kann zwischen dem Magneten 6A und dem Magneten 6B in der X-Achsenrichtung sowie zwischen den Magneten 6A und 6B und den Magnetjochen 10 und 20 in der Z-Achsenrichtung, in der die Magneten 6A und 6B und die Magnetjoche 10 und 20 einander gegenüberliegen, angeordnet sein. Mit Bezug auf 14C können die Magneten 6A und 6B jeweils entlang der Y-Achsenrichtung magnetisiert sein. Der Magnet 6A kann ein Magnetfeld erzeugen, das eine Magnetfeldlinie 6AL umfasst, und der Magnet 6B kann ein Magnetfeld erzeugen, das die Magnetfeldlinie 6BL umfasst. Die durch den Sensor 3 verlaufenden Magnetfeldlinien 6AL und 6BL können jeweils einen Vektor aufweisen, der in die Richtung entlang der Y-Achse gerichtet ist. Die Vektoren der durch den Sensor 3 verlaufenden Magnetfeldlinien 6AL und 6BL können im Wesentlichen parallel zueinander sein.
  • Beispielsweise können die Magneten 6A und 6B zwischen dem Magnetjoch 10 und dem Magnetjoch 20 in der Y-Achsenrichtung angeordnet sein.
  • Demgemäß wird erwartet, dass das Positionserfassungssystem 1B gemäß der dritten Ausführungsform ähnliche Wirkungen wie diejenigen des oben beschriebenen Positionserfassungssystems 1 gemäß der ersten Ausführungsform und des oben beschriebenen Positionserfassungssystems 1A gemäß der zweiten Ausführungsform bietet. Des Weiteren können beim Positionserfassungssystem 1B gemäß der dritten Ausführungsform die Magnetfeldlinien 6AL und 6BL von den jeweiligen Magneten 6A und 6B erzeugt werden, die nebeneinander liegen, und die durch den Sensor 3 verlaufenden Magnetfeldlinien 6AL und 6BL können jeweils einen Vektor aufweisen, der in die Richtung entlang der Y-Achse gerichtet ist. Dies erzeugt ein instabiles Gebiet bei oder nahe dem Sensor 3, wo die Magnetfeldlinie 6AL und die Magnetfeldlinie 6BL einander abstoßen. Wenn sich beispielsweise der Vorsprung 11T des Magnetjochs 10 am Nahbereich des instabilen Gebiets vorbeibewegt, ändern die Vektoren der Magnetfeldlinien 6AL und 6BL die Richtung mit hoher Empfindlichkeit. Das Positionserfassungssystem 1B gemäß der dritten Ausführungsform ermöglicht es daher, dass der Sensor 3 eine größere Ausgangsänderung erfasst, als es das Positionserfassungssystem 1 gemäß der ersten Ausführungsform und das Positionserfassungssystem 1A gemäß der zweiten Ausführungsform zulassen.
  • [4. Abwandlungsbeispiele der ersten bis dritten Ausführungsformen]
  • Oben werden zwar die erste bis dritte Ausführungsform der Offenbarung beschrieben, doch soll die Offenbarung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt sein, und es können verschiedene Abwandlungen vorgenommen werden. Obgleich zum Beispiel bei den vorstehenden Ausführungsformen das erste und das zweite ferromagnetische Element jeweils eine derart ungleichmäßig gekrümmte Form haben können, dass ihre Außenkante eine Sinuskurve definiert, soll die Offenbarung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt sein. In einem Abwandlungsbeispiel der Offenbarung kann die Außenkante beispielsweise rechtwinklig sein.
  • Obwohl die zwei Magnetjoche und die zwei Magneten bei der oben beschriebenen dritten Ausführungsform gegenüber dem einzigen Sensor vorgesehen sind, können beispielsweise in einem Abwandlungsbeispiel der Offenbarung ein einziges Magnetjoch und zwei Magneten gegenüber einem einzigen Sensor vorgesehen sein.
  • Obwohl das Magnetjoch in den Zeichnungen, die sich auf die oben beschriebenen ersten bis dritten Ausführungsformen beziehen, die Außenkante mit dem einzigen Vorsprung und der einzigen Vertiefung aufweisen kann, soll die Offenbarung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt sein. Bei dem Positionserfassungssystem 1C gemäß einem Abwandlungsbeispiel der ersten bis dritten Ausführungsformen können die Magnetjoche 10C und 20C beispielsweise, wie in 15 dargestellt, jeweilige Außenkanten 11 und 12 mit mehreren Vorsprüngen und mehreren Vertiefungen aufweisen, die abwechselnd und mehrmals in der X-Achsenrichtung vorgesehen sind.
  • Außerdem kann die Bewegungslänge des Magnetjochs in der X-Achsenrichtung länger als eine Periodenlänge der Außenkante in der X-Achsenrichtung sein.
  • Obgleich der Magnetdetektor bei mindestens einer bzw. einem der oben beschriebenen Ausführungsformen und Abwandlungsbeispiele die zwei Magnetismus-Erfassungsvorrichtungen umfassen kann, soll die Anzahl der Magnetismus-Erfassungsvorrichtungen nicht auf zwei beschränkt sein. Bei einer anderen Ausführungsform der Offenbarung kann nur eine Magnetismus-Erfassungsvorrichtung vorgesehen sein, oder es können drei oder mehr Magnetismus-Erfassungsvorrichtungen vorgesehen sein. Man beachte, dass bei der Ausführungsform, bei der drei oder mehr Magnetismus-Erfassungsvorrichtungen vorgesehen sind, die Magnetsensoren der Magnetismus-Erfassungsvorrichtungen Signale mit unterschiedlichen Phasen ausgeben können.
  • Obgleich die Magnetsensoren 31 und 32, die jeweils ein Magnetowiderstandseffekt-Element aufweisen, bei der oben beschriebenen ersten Ausführungsform als ein Beispiel der Magnetismus-Erfassungsvorrichtungen beschrieben werden, soll die Offenbarung nicht auf die erste Ausführungsform beschränkt sein. Die Magnetismus-Erfassungsvorrichtung kann eine beliebige Vorrichtung sein, die eine Richtungs- oder Winkeländerung eines Magnetfelds erfasst. Beispielsweise kann die Magnetismus-Erfassungsvorrichtung in einem Abwandlungsbeispiel der Offenbarung eine Hall-Effekt-Vorrichtung sein.
  • In einem Abwandlungsbeispiel der Offenbarung kann der Magnetdetektor überdies eine oder mehrere zweiachsige Magnetismus-Erfassungsvorrichtungen umfassen, die jeweils eine erste Erfassungsachse und eine zweite Erfassungsachse umfassen, die orthogonal zueinander sind. Alternativ kann der Magnetdetektor in einem anderen Abwandlungsbeispiel der Offenbarung mehrere Paare aufweisen, die jeweils zwei benachbarte Magnetismus-Erfassungsvorrichtungen umfassen, d.h. eine erste Magnetismus-Erfassungsvorrichtung mit einer ersten Erfassungsachse und eine zweite Magnetismus-Erfassungsvorrichtung mit einer zweiten Erfassungsachse, die orthogonal zur ersten Erfassungsachse ist. In einem Fall, in dem die zweiachsigen Magnetismus-Erfassungsvorrichtungen in verschiedenen Positionen angeordnet sind oder in dem die Paare von Magnetismus-Erfassungsvorrichtungen in verschiedenen Positionen angeordnet sind, können die zweiachsigen Magnetismus-Erfassungsvorrichtungen oder die Paare der Magnetismus-Erfassungsvorrichtungen beispielsweise in einem Anordnungsabstand angeordnet sein, der gleich dem Anordnungsabstand der Vorsprünge des weich-ferromagnetischen Elements in der Bewegungsrichtung des weich-ferromagnetischen Elements ist.
  • [5. Fünfte Ausführungsform]
  • [Ausgestaltung eines Rotationserfassungssystems]
  • Ein Ausgestaltungsbeispiel eines Rotationserfassungssystems gemäß einer vierten Ausführungsform der Offenbarung wird nun mit Bezug auf 17 bis 19 beschrieben. 17 ist ein Blockschaltbild, das eine beispielhafte Gesamtgestaltung des Rotationserfassungssystems schematisch veranschaulicht. 18 ist eine perspektivische Ansicht von Hauptbestandteilen des Rotationserfassungssystems. In 18 werden nur ein Drehjoch 111 und ein Magnet 106 dargestellt, die unten beschrieben werden.
  • Unter Bezugnahme auf 17 kann das Rotationserfassungssystem ein Drehmodul 101 und ein Erfassungsmodul 102 umfassen. Das Drehmodul 101 kann als zu messendes Objekt dienen. Das Erfassungsmodul 102 kann einen Drehwinkel des Drehmoduls 101 erfassen. Man beachte, dass das Rotationserfassungssystem einem bestimmten, aber nicht einschränkenden Beispiel des „Positionserfassungssystems“ gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung entsprechen kann.
  • [Drehmodul 101]
  • Mit Bezug auf 17 und 18 kann das Drehmodul 101 beispielsweise eine Welle 110 und ein Drehjoch 111 umfassen, das eine Ringform aufweist und die Welle 110 umgibt. Das Drehjoch 111 kann beispielsweise ein weich-ferromagnetisches Material wie etwa Mu-Metall umfassen. Das Drehjoch 111 kann direkt oder indirekt an die Welle 110 montiert sein, die sich durch eine Öffnung 111K des Drehjochs 111 erstreckt. Das Drehjoch 111 kann zusammen mit der Welle 110 in einer Drehrichtung Bθ um eine Drehachse 1J gegenüber dem Erfassungsmodul 102 drehbar sein. Der Randbereich des Drehjochs 111 kann mit Vorsprüngen 1T und Vertiefungen 1U versehen sein, die abwechselnd und periodisch in vorbestimmten Abständen entlang der Drehrichtung Bθ vorgesehen sind. Während sich das Drehmodul 101 dreht, kann sich einer der Vorsprünge 1T am nächsten an einen Sensor 103 (unten beschrieben) des Erfassungsmoduls 102 bewegen, und dann kann sich eine der Vertiefungen 1U am nächsten an den Sensor 103 bewegen, was abwechselnd wiederholt werden kann. Während es sich dreht, kann das Drehmodul 101 somit eine zyklische Änderung einer Magnetfeldlinie 106L eines Magnetfelds (unten beschrieben) bewirken, das dem Sensor 103 von dem Magneten 106 aufgeprägt wird. Jeder der Vorsprünge 1T kann einen Außenkantenabschnitt OL1 aufweisen, der von der Drehachse 1J um einen Abstand r1 entfernt ist. Jede der Vertiefungen 1U kann einen Außenkantenabschnitt OL2 aufweisen, der von der Drehachse 1J um einen Abstand r2 entfernt ist. Die Anzahl der Vorsprünge 1T oder die Anzahl der Vertiefungen 1U des Drehjochs 111 kann der Anzahl von Zähnen des Drehjochs 111 entsprechen. Das Drehjoch 111 kann einem bestimmten, aber nicht einschränkenden Beispiel eines „ersten weich-ferromagnetischen Drehelements“ gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung entsprechen.
  • [Erfassungsmodul 102]
  • Das Erfassungsmodul 102 kann den Sensor 103, eine Betriebsschaltung 104 und den Magneten 106 umfassen. Bei dieser nicht einschränkenden Ausführungsform können der Sensor 103 und die Betriebsschaltung 104 in dem Erfassungsmodul 102 auf einem einzigen Substrat 107 angeordnet sein, wie in 19 dargestellt. Alternativ können der Sensor 103 und die Betriebsschaltung 104 jeweils auf verschiedenen Substraten angeordnet sein. 19 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Abschnitts des in 17 dargestellten Erfassungsmoduls 102.
  • [Sensor 103]
  • Wie in 17 dargestellt, kann der Sensor 103 Magnetsensoren 131 und 132 umfassen. Der Magnetsensor 131 kann eine Änderung der Magnetfeldlinie 106L des Magnetfelds in Verbindung mit einer Drehung des Drehjochs 111 erfassen und ein erstes Signal S101 an die Betriebsschaltung 104 ausgeben. Ebenso kann der Magnetsensor 132 eine Änderung der Magnetfeldlinie 106L des Magnetfelds in Verbindung mit der Drehung des Drehjochs 111 erfassen und ein zweites Signal S102 an die Betriebsschaltung 104 ausgeben. Unter Bezugnahme auf 19 kann der Magnetsensor 131 eine Erfassungsachse J131 aufweisen, und der Magnetsensor 132 kann eine Erfassungsachse J132 aufweisen, die im Wesentlichen orthogonal zu der Erfassungsachse J131 ist. Das erste Signal S101 und das zweite Signal S102 können somit voneinander verschiedene Phasen haben. Wenn sich beispielsweise das Drehjoch 111 um einen Winkel θ dreht und wenn das erste Signal S101 eine Widerstandsänderung angibt, die vom Wert von sinθ abhängt, kann das zweite Signal S102 eine Widerstandsänderung angeben, die vom Wert von cosθ abhängt.
  • 20 ist eine schematische Vorderansicht eines Abschnitts des Erfassungsmoduls 102. Wie in 20 dargestellt, kann der Sensor 103 zwischen einer Außenkante 111G des Drehjochs 111 und dem Magneten 106 in einer zu einer Drehachsenrichtung Bz orthogonalen radialen Richtung Br angeordnet sein. Der Sensor 103 kann somit derart positioniert sein, dass er das Drehjoch 111 nicht in der Drehachsenrichtung Bz überdeckt. Die Drehachsenrichtung Bz kann eine Richtung sein, in der sich die Drehachse 1J erstreckt.
  • 21 ist ein Schaltbild des Sensors 103. Wie in 21 dargestellt, kann der Magnetsensor 131 eine Wheatstone-Brückenschaltung (im Folgenden einfach als Brückenschaltung bezeichnet) 24 und einen Differenzdetektor 25 umfassen. Die Brückenschaltung 24 kann beispielsweise vier Magnetowiderstandseffekt- (MR) -Elemente 23 (23A bis 23D) umfassen. Ebenso kann der Magnetsensor 132 eine Brückenschaltung 27 und einen Differenzdetektor 28 umfassen. Die Brückenschaltung 27 kann beispielsweise vier MR-Elemente 26 (26A bis 26D) umfassen. Man beachte, dass der Sensor 103 eine Ausgestaltung aufweisen kann, die im Wesentlichen gleich der des Sensors 3 gemäß der in 6 dargestellten ersten Ausführungsform ist. Daher wird die Ausgestaltung des Sensors 103, die gleich der Ausgestaltung des Sensors 3 ist, in der nachstehenden Beschreibung nicht im Einzelnen beschrieben.
  • In der Brückenschaltung 24 des Magnetsensors 131 kann ein Strom I10 von der elektrischen Energie Vcc an einem Knoten P3 in einen Strom I1 und einen Strom I2 aufgeteilt werden, und der Strom I1 oder der Strom I2 kann jedem der MR-Elemente 23A bis 23D zugeführt werden. Signale e1 und e2, die von den jeweiligen Knoten P1 und P2 der Brückenschaltung 24 abgenommen werden, können in den Differenzdetektor 25 fließen. Wenn beispielsweise die Magnetisierung JS1 und die Magnetisierung JS3 einen Winkel γ definieren, kann das Signal e1 eine Widerstandsänderung gemäß dem Ausdruck Acos (+γ) + B angeben, und das Signal e2 kann eine Widerstandsänderung gemäß dem Ausdruck Acos (-γ) + B angeben, wobei A und B Konstanten sind. Indessen kann in der Brückenschaltung 27 des Magnetsensors 132 ein Strom I10 von der elektrischen Energie Vcc an einem Knoten P7 in einen Strom I3 und einen Strom I4 aufgeteilt werden, und der Strom I3 oder der Strom I4 kann jedem der MR-Elemente 26A bis 26D zugeführt werden. Signale e3 und e4, die von den jeweiligen Knoten P5 und P6 der Brückenschaltung 27 abgenommen werden, können in den Differenzdetektor 28 fließen. Das Signal e3 kann eine Widerstandsänderung gemäß dem Ausdruck Asin (+γ) + B angeben, und das Signal e4 kann eine Widerstandsänderung gemäß dem Ausdruck Asin (-γ) + B angeben. Des Weiteren können das erste Signal S101 vom Differenzdetektor 25 und das zweite Signal S102 vom Differenzdetektor 28 in die Betriebsschaltung 104 fließen. Die Betriebsschaltung 104 kann anhand von tanγ einen Widerstand berechnen, wobei „γ“ dem Drehwinkel θ des Drehmoduls 101 gegenüber dem Sensor 103 entspricht. Der Drehwinkel θ kann somit in der Betriebsschaltung 104 bestimmt werden.
  • [Betriebsschaltung 104]
  • Wie in 17 dargestellt, kann die Betriebsschaltung 104 beispielsweise Tiefpassfilter 42A und 42B, A/D-Wandler 43A und 43B, Filter 44A und 44B, einen Wellenformer 45 und einen Winkelberechner 46 umfassen. Die Betriebsschaltung 104 kann sich von der in 1 dargestellten Betriebsschaltung 4 gemäß der ersten Ausführungsform darin unterscheiden, dass die Betriebsschaltung 104 nicht den Positionsberechner 47 umfasst. Von diesem Unterschied abgesehen, kann die Betriebsschaltung 104 eine Ausgestaltung aufweisen, die im Wesentlichen gleich der Ausgestaltung der Betriebsschaltung 4 gemäß der ersten Ausführungsform ist. Daher wird die Ausgestaltung der Betriebsschaltung 104, die gleich der Ausgestaltung der Betriebsschaltung 4 ist, in der nachstehenden Beschreibung nicht im Einzelnen beschrieben.
  • Das Tiefpassfilter 42A kann mit dem Magnetsensor 131 verbunden sein, um das erste Signal S101 vom Magnetsensor 131 zu empfangen. Das am Tiefpassfilter 42A empfangene erste Signal S101 kann über den A/D-Wandler 43A und das Filter 44A an den Wellenformer 45 übermittelt werden. Ebenso kann das Tiefpassfilter 42B mit dem Magnetsensor 132 verbunden sein, um das zweite Signal S102 vom Magnetsensor 32 zu empfangen. Das am Tiefpassfilter 42B empfangene zweite Signal S102 kann über den A/D-Wandler 43B und das Filter 44B an den Wellenformer 45 übermittelt werden.
  • Der Wellenformer 45 kann beispielsweise die Wellenform des vom Magnetsensor 131 empfangenen ersten Signals S101 und die Wellenform des vom Magnetsensor 132 empfangenen zweiten Signals S102 formen. Der Wellenformer 45 kann beispielsweise eine Detektionsschaltung und eine Ausgleichsschaltung umfassen. Die Detektionsschaltung kann eine Differenz der Versatzspannung, eine Differenz der Amplitude und eine Differenz des relativen Winkels zwischen dem Magnetsensor 31 und dem Magnetsensor 32 gegenüber dem Drehjoch 111 erkennen. Die Ausgleichsschaltung kann diese Differenzen ausgleichen.
  • Der Winkelberechner 46 kann eine integrierte Schaltung (IC) sein, die einen Drehwinkel θ des Drehjochs 111 in der Drehrichtung Bθ anhand des ersten Signals S101 und des zweiten Signals S102 berechnet. Der Winkelberechner 46 kann ein drittes Signal S103 nach außen ausgeben, das Daten über den berechneten Betrag der Verschiebung (d.h. Drehwinkel θ) beinhaltet.
  • [Magnet 106]
  • Der Magnet 106 kann dem Drehjoch 111 jenseits des Sensors 103 gegenüberliegen. Der Magnet 106 kann dem Drehjoch 111 und dem Sensor 103 das Magnetfeld aufprägen, das die Magnetfeldlinie 106L beinhaltet. Der Sensor 103 kann bewirken, dass die Magnetsensoren 131 und 132 eine Änderung der Richtung der Magnetfeldlinie 106L erfassen. Wie in 20 dargestellt, kann die Magnetfeldlinie 106L des Magnetfelds, das dem Sensor 103 vom Magneten 106 aufgeprägt wird, entlang der Drehachse 1J verlaufen, wenn sie den Sensor 3 durchquert. Die Richtung der Magnetfeldlinie 106L kann sich in Übereinstimmung mit einer Drehung des Drehjochs 111 zyklisch ändern. Wenn sich das Drehjoch 111 gegenüber dem Magneten 106 und dem Sensor 103 in Ruhe befindet, kann die durch den Sensor 103 verlaufende Magnetfeldlinie 106L in die Richtung entlang der Drehachse 1J gerichtet sein. Die Richtung entlang der Drehachse 1J soll nicht auf eine zur Drehachse 1J vollkommen parallele Richtung oder eine zur Drehachse 1J 0° definierende Richtung beschränkt sein und kann beispielsweise eine zur Drehachse 1J ± 30° oder weniger definierende Richtung sein. Anders gesagt ist es beispielsweise zwar wünschenswert, dass die Mitte der Amplitude der Richtungsänderung der Magnetfeldlinie 106L 0° ist, wo die Magnetfeldlinie 106L vollkommen parallel zur Drehachse 1J ist, doch kann die Richtung der Magnetfeldlinie 106L beispielsweise in einem Winkel von ± 30° oder weniger um die Mitte von 0° geneigt sein. Darüber hinaus kann die Amplitude der Richtungsänderung der Magnetfeldlinie 106L beispielsweise ungefähr ± 5° betragen. Bei der vierten Ausführungsform kann die Richtung der durch den Sensor 103 verlaufenden Magnetfeldlinie 106L im Wesentlichen gleich der Drehachsenrichtung Bz sein, wenn sich eine der Vertiefungen 1U des Drehjochs 111 am nächsten an den Magneten 106 bewegt. Beispielsweise kann die Magnetisierungsrichtung J106 des Magneten 106 im Wesentlichen gleich der Drehachsenrichtung Bz sein.
  • [Arbeitsvorgänge und Arbeitsweisen des Rotationserfassungssystems]
  • Das Rotationserfassungssystem gemäß der vierten Ausführungsform ermöglicht es, den Drehwinkel des Drehjochs 111 unter Verwendung des Erfassungsmoduls 102 zu erfassen, das den Sensor 103, die Betriebsschaltung 104 und den Magneten 106 umfasst.
  • Bei dem Rotationserfassungssystem kann sich einer der Vorsprünge 1T des Drehj ochs 111 in Übereinstimmung mit der Drehung des Drehj ochs 111 in der Drehrichtung Bθ näher an den Magneten 106 heran oder weiter von ihm weg bewegen. In Übereinstimmung mit einer solchen Wirkungsweise kann sich der Vektor der von dem Magneten 106 erzeugten Magnetfeldlinie 106L sequenziell ändern. In einem beispielsweise in 22A dargestellten beispielhaften Zustand, in dem einer der Vorsprünge 1T des Drehjochs 111 vom Magneten 106 entfernt ist oder in dem sich eine der Vertiefungen 1U des Drehjochs 111 näher an dem Magneten 106 befindet, kann eine von dem Magneten 106 erzeugte Magnetfeldlinie 106L0 einen Vektor V100 aufweisen, der im Wesentlichen gleich der Drehachsenrichtung Bz ist. Demgegenüber kann eine von dem Magneten 106 erzeugte Magnetfeldlinie 106L1 in einem beispielhaften Zustand, in dem sich einer der Vorsprünge 1T näher an dem Magneten 106 befindet, einen Vektor V101 aufweisen, der geringfügig gegenüber der Drehachsenrichtung Bz geneigt ist. Wie in 22B dargestellt, kann der Vektor VV der Magnetfeldlinie 106L daher in Übereinstimmung mit der Drehung des Drehjochs 111 um die Drehachse 1J in der Drehrichtung Bθ oder einer sequenziellen Änderung der relativen Position des Vorsprungs 1T in Bezug auf den Magneten 6 präzedieren. Man beachte, dass sich einer der Vorsprünge 1T in einer Periode näher an den Magneten 106 bewegt, die gleich der Periode ist, in der sich der Vektor VV der Magnetfeldlinie 106L ändert. Der Sensor 103 kann das erste Signal S101, das eine Komponente Br entlang der radialen Richtung Br umfasst, und das zweite Signal S102, das eine Komponente Bθ entlang der Drehrichtung Bθ umfasst, ausgeben. Die Komponenten Br und Bθ können Projektionen auf eine zur Drehebene des Drehjochs 111 parallele Ebene (d.h. eine zur Drehachse 1J orthogonale Ebene) entsprechen. Die Betriebsschaltung 104 kann anhand des ersten Signals S101 und des zweiten Signals S102 einen Drehwinkel und eine Winkelgeschwindigkeit des Drehjochs 111 bestimmen.
  • [Wirkungen des Rotationserfassungssystems]
  • Gemäß dem Rotationserfassungssystem der vierten Ausführungsform kann das Drehjoch 111 um die Drehachse 1J gegenüber dem Sensor 103 drehbar sein. Das Drehjoch 111 kann die Außenkantenabschnitte OL1, die von der Drehachse 1J um den Abstand r1 entfernt sind, und die Außenkantenabschnitte OL2 aufweisen, die von der Drehachse 1J um den Abstand r2 entfernt sind. Diese Ausgestaltung ermöglicht es, dass der Sensor 103 eine geringfügige Änderung des Vektors VV der Magnetfeldlinie 106L des Magneten 106 in Verbindung mit der Drehung des Drehjochs 111 erkennt. Des Weiteren kann der Vektor VV der durch den Sensor 103 verlaufenden Magnetfeldlinie 106L in die Richtung entlang der Drehachse 1J gerichtet sein. Dies verringert einen Einfluss der Genauigkeit der relativen Positionen zwischen dem Drehjoch 111, dem Sensor 103 und dem Magneten 106 auf die Wellenform eines Ausgangssignals von dem Sensor 103. Demzufolge ermöglicht das Rotationserfassungssystem gemäß der vierten Ausführungsform der Offenbarung, auch wenn es verkleinert ist, die genaue Erfassung der Drehung des Drehjochs 111.
  • Doch bei einem Rotationserfassungssystem gemäß einem zweiten Referenzbeispiel, das beispielsweise in den Teilen (A) bis (C) von 29 dargestellt ist, erzeugt ein Magnet 1106 eine Magnetfeldlinie 1106L, die entlang der radialen Richtung Br des Drehelements 1101 verläuft. Misslicherweise haben die relativen Positionen zwischen dem Drehelement 1101, dem Sensor 1103 und dem Magneten 1106 einen erheblichen Einfluss auf die Erfassungsgenauigkeit des Sensors 1103. Wenn beispielsweise die relativen Positionen zwischen dem Drehelement 1101, dem Sensor 1103 und dem Magneten 1106 angemessen sind, sind die Wellenform eines ersten Signals S1001 und die Wellenform eines zweiten Signals S1002 angemessen, wie in Teil (B) von 29 dargestellt. Wenn jedoch die relativen Positionen zwischen dem Drehelement 1101, dem Sensor 1103 und dem Magneten 1106 geringfügig in der radialen Richtung Br verschoben sind, kann sich die Wellenform des ersten Signals S1001 verformen, wie es beispielsweise in Teil (A) von 29 dargestellt ist, oder es kann sich die Wellenform des zweiten Signals S1002 verformen, wie es beispielsweise in Teil (C) von 29 dargestellt ist. Beim Rotationserfassungssystem gemäß dem zweiten Referenzbeispiel wird sich außerdem wahrscheinlich die Erfassungsgenauigkeit wegen der Verschiebung der Position des Drehelements 1101 in der Drehachsenrichtung Bz verringern. Man beachte, dass ein Positionserfassungssensor, der in dem oben erwähnten japanischen Patent Nr. 5013146 beschrieben wird, als dem Rotationserfassungssystem gemäß dem zweiten Referenzbeispiel, das in den Teilen (A) bis (C) von 29 dargestellt ist, entsprechend angesehen wird.
  • Demgegenüber kann bei dem Rotationserfassungssystem gemäß der vierten Ausführungsform der Offenbarung der zulässige Bereich der relativen Positionen zwischen dem Drehjoch 111, dem Sensor 103 und dem Magneten 106 größer als bei dem Rotationserfassungssystem gemäß dem zweiten Referenzbeispiel sein. Bei dem Rotationserfassungssystem gemäß der vierten Ausführungsform der Offenbarung ist es daher unwahrscheinlich, dass die Erfassungsgenauigkeit wegen der Verschiebung der relativen Positionen zwischen dem Drehjoch 111, dem Sensor 103 und dem Magneten 106 abnimmt. Demgemäß weist das Rotationserfassungssystem gemäß der vierten Ausführungsform der Offenbarung eine bessere Herstellbarkeit auf, auch wenn es verkleinert ist.
  • [6. Fünfte Ausführungsform]
  • Ein Ausgestaltungsbeispiel eines Rotationserfassungssystem gemäß einer fünften Ausführungsform der Offenbarung wird nun mit Bezug auf 23A und 23B beschrieben. Das Rotationserfassungssystem gemäß der oben beschriebenen vierten Ausführungsform kann den einzigen Magneten 106 gegenüber dem einzigen Drehjoch 111 und dem einzigen Sensor 103 umfassen. Demgegenüber kann das Rotationserfassungssystem gemäß der fünften Ausführungsform zwei Magneten 106A und 106B gegenüber dem einzigen Drehjoch 111 und dem einzigen Sensor 103 umfassen, wie es in 23A und 23B dargestellt ist. Abgesehen von diesem Unterschied kann das Rotationserfassungssystem gemäß der fünften Ausführungsform eine Ausgestaltung aufweisen, die im Wesentlichen gleich der Ausgestaltung des Rotationserfassungssystem gemäß der vierten Ausführungsform ist. 23A ist eine Seitenansicht des Rotationserfassungssystems gemäß der fünften Ausführungsform in der Drehachsenrichtung Bz betrachtet. 23B ist eine perspektivische Ansicht von Hauptbestandteilen des Rotationserfassungssystems gemäß der fünften Ausführungsform.
  • Mit Bezug auf 23A und 23B können der Magnet 106A und der Magnet 106B nebeneinander mit einem dazwischen liegenden Abstand entlang der Drehrichtung Bθ angeordnet sein. Der Sensor 103 kann zwischen dem Magneten 106A und dem Magneten 106B in der Drehrichtung Bθ und zwischen dem Drehjoch 111 und den Magneten 106A und 106B in der radialen Richtung Br angeordnet sein. Die Magneten 106A und 106B können jeweils entlang der Drehachsenrichtung Bz magnetisiert sein. Der Magnet 106A kann ein Magnetfeld mit einer Magnetfeldlinie 106AL erzeugen und der Magnet 106B kann eine Magnetfeldlinie 106BL erzeugen. Wie in 23B dargestellt, können die durch den Sensor 103 verlaufenden Magnetfeldlinien 106AL und 106BL jeweils einen Vektor aufweisen, der in die Richtung entlang der Drehachse 1J gerichtet ist. Die Vektoren der durch den Sensor 103 verlaufenden Magnetfeldlinien 106AL und 106BL können im Wesentlichen parallel zueinander sein.
  • Demgemäß wird erwartet, dass das Rotationserfassungssystem gemäß der fünften Ausführungsform der Offenbarung ähnliche Wirkungen wie diejenigen des oben beschriebenen Rotationserfassungssystems gemäß der vierten Ausführungsform bietet. Des Weiteren können beim Rotationserfassungssystem gemäß der fünften Ausführungsform die Magnetfeldlinien 106AL und 106BL von den jeweiligen Magneten 106A und 106B erzeugt werden, die nebeneinander liegen, und die durch den Sensor 103 verlaufenden Magnetfeldlinien 106AL und 106BL können jeweils einen Vektor aufweisen, der in die Richtung entlang der Drehachse 1J gerichtet ist. Dies erzeugt ein instabiles Gebiet bei oder nahe dem Sensor 103, wo die Magnetfeldlinie 106AL und die Magnetfeldlinie 106BL einander abstoßen. Wenn sich beispielsweise einer der Vorsprünge 1T des Drehjochs 111 am Nahbereich des instabilen Gebiets vorbeibewegt, ändern die Vektoren der Magnetfeldlinien 106AL und 106BL die Richtung mit hoher Empfindlichkeit. Das Rotationserfassungssystem gemäß der fünften Ausführungsform ermöglicht es daher, dass der Sensor 103 eine größere Ausgangsänderung erfasst, als es das Rotationserfassungssystem gemäß der vierten Ausführungsform zulässt.
  • [7. Sechste Ausführungsform]
  • Ein Ausgestaltungsbeispiel eines Rotationserfassungssystem gemäß einer sechsten Ausführungsform der Offenbarung wird nun mit Bezug auf 24A bis 24C beschrieben. 24A ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Abschnitts des Rotationserfassungssystems gemäß der sechsten Ausführungsform. 24B ist eine schematische Vorderansicht des Abschnitts des in 24A dargestellten Rotationserfassungssystems. 24C ist eine schematische Seitenansicht des Abschnitts des in 24A dargestellten Rotationserfassungssystems. Das Drehmodul 101 des Rotationserfassungssystems gemäß der vierten Ausführungsform kann das einzige Drehjoch 111 gegenüber dem einzigen Sensor 103 und dem einzigen Magneten 106 umfassen. Demgegenüber kann ein Drehmodul 101A des Rotationserfassungssystems gemäß der sechsten Ausführungsform zwei Drehjoche 111A und 111B gegenüber dem einzigen Sensor 103 und dem einzigen Magneten 106 umfassen, wie in 24A und 24B dargestellt. Abgesehen von diesem Unterschied kann das Rotationserfassungssystem gemäß der sechsten Ausführungsform eine Ausgestaltung aufweisen, die im Wesentlichen gleich der Ausgestaltung des Rotationserfassungssystem gemäß der vierten Ausführungsform ist. Das Drehjoch 111A kann einem bestimmten, aber nicht einschränkenden Beispiel eines ersten weich-ferromagnetischen Elements gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung entsprechen. Das Drehjoch 111B kann einem bestimmten, aber nicht einschränkenden Beispiel eines zweiten weich-ferromagnetischen Elements gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung entsprechen.
  • Das Drehjoch 111A und das Drehjoch 111B können an der Welle 110 derart befestigt sein, dass sie mit einem Abstand zwischen ihnen in der Drehachsenrichtung Bz nebeneinanderliegen. Demgemäß können die Drehjoche 111A und 111B miteinander synchron um eine Drehachse 101J drehbar sein. Beispielsweise kann der Sensor 103 zwischen dem Drehjoch 111A und dem Drehjoch 111B in der Drehachsenrichtung Bz angeordnet sein, wie es in 24B dargestellt ist.
  • Die Drehjoche 111A und 111B können jeweils eine Ausgestaltung aufweisen, die im Wesentlichen gleich der Ausgestaltung des Drehjochs 111 gemäß der oben beschriebenen vierten Ausführungsform ist. Das heißt, dass das Drehjoch 111A Außenkantenabschnitte OL1, die von der Drehachse 1J um einen Abstand r1 entfernt sind, und Außenkantenabschnitte OL2 aufweisen kann, die von der Drehachse 1J um einen Abstand r2 entfernt sind. Das Drehjoch 111A kann mehrere Vorsprünge 1AT, die jeweils den Außenkantenabschnitt OL1 aufweisen, und mehrere Vertiefungen 1AU, die jeweils den Außenkantenabschnitt OL2 aufweisen, haben, die abwechselnd entlang der Drehrichtung Bθ vorgesehen sind. Ebenso kann das Drehjoch 111B Außenkantenabschnitte OL3, die von der Drehachse 1J um einen Abstand r3 entfernt sind, und Außenkantenabschnitte OL4 aufweisen, die von der Drehachse 1J um einen Abstand r4 entfernt sind. Das Drehjoch 111B kann mehrere Vorsprünge 1BT, die jeweils den Außenkantenabschnitt OL3 aufweisen, und mehrere Vertiefungen 1BU, die jeweils den Außenkantenabschnitt OL4 aufweisen, haben, die abwechselnd entlang der Drehrichtung Bθ vorgesehen sind. Mit Bezug auf 24C können die Vorsprünge 1AT und die Vertiefungen 1AU des Drehjochs 111A in einem Anordnungsabstand vorgesehen sein, der im Wesentlichen gleich dem Anordnungsabstand der Vorsprünge 1BT und der Vertiefungen 1BU des Drehjochs 111B in der Drehrichtung Bθ ist. Außerdem kann die Vertiefung 1BU in der Drehachsenrichtung Bz kollinear mit dem Vorsprung 1AT angeordnet sein, und der Vorsprung 1BT kann in der Drehachsenrichtung Bz kollinear mit der Vertiefung 1AU angeordnet sein.
  • Demgemäß wird erwartet, dass das Rotationserfassungssystem gemäß der sechsten Ausführungsform der Offenbarung ähnliche Wirkungen wie diejenigen des oben beschriebenen Rotationserfassungssystems gemäß der vierten Ausführungsform bietet. Des Weiteren kann das Drehmodul 101A gemäß der sechsten Ausführungsform die zwei in der Drehachsenrichtung Bz nebeneinanderliegenden Drehjoche 111A und 111B aufweisen. Dies verringert im Vergleich zur vierten Ausführungsform einen Einfluss einer Positionsverschiebung des Sensors 103 und des Magneten 106 in der Drehachsenrichtung Bz auf die Rotationserfassungsgenauigkeit. Ein Grund hierfür besteht darin, dass sich die Komponente Bθ entlang der Drehrichtung Bθ in dem von dem Magneten 106 erzeugten Magnetfeld und die Komponente Br entlang der radialen Richtung Br in dem von dem Magneten 106 erzeugten Magnetfeld sinusförmig mit einer Phasendifferenz von 90° synchron mit der Drehung der Drehjoche 111A und 111B ändern können. Die Drehjoche 111A und Drehjoch 111B können an der Welle 110 mit einem vorbestimmten Abstand zwischen dem Drehjoch 111A und dem Drehjoch 111B in der Drehachsenrichtung Bz befestigt sein. Demgemäß können die Positionsverschiebungen des Sensors 103 und der Drehjoche 111A und 111B in der Drehachsenrichtung Bz gesteuert werden, indem die Positionen des Sensors 103 und der Welle 110 reguliert werden. Des Weiteren kann das Rotationserfassungssystem gemäß der sechsten Ausführungsform den Sensor 103 umfassen, der zwischen dem Drehjoch 111A und dem Drehjoch 111B angeordnet ist. Wenn der Sensor 103 beispielsweise vom Drehjoch 111A weg entlang der Drehachsenrichtung Bz verschoben wird, kann sich der Sensor 103 zwangsläufig entlang der Drehachsenrichtung Bz näher zum Drehjoch 111B hin bewegen. Auch wenn sich der Sensor 103 weiter vom Drehjoch 111A weg bewegt und die magnetische Flussdichte des Magnetfelds, das die Position des Sensors 103 abdeckt, somit reduziert wird, kann sich demgemäß das Drehjoch 111B näher zum Sensor 103 hin bewegen und die magnetische Flussdichte des Magnetfelds ergänzen, das die Position des Sensors 103 abdeckt. Daher kann bei dem Rotationserfassungsmodul gemäß der sechsten Ausführungsform der Offenbarung eine Abnahme der Erfassungsempfindlichkeit aufgrund des Einflusses der Positionsverschiebungen des Sensors 103 und des Drehmoduls 101A in der Drehachsenrichtung Bz verhindert werden.
  • [8. Siebte Ausführungsform]
  • Ein Ausgestaltungsbeispiel eines Rotationserfassungssystem gemäß einer siebten Ausführungsform der Offenbarung wird nun mit Bezug auf 25 beschrieben. 25 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Abschnitts des Rotationserfassungssystems gemäß der siebten Ausführungsform der Offenbarung. Wie in 25 dargestellt, kann das Rotationserfassungssystem gemäß der siebten Ausführungsform zwei Magneten 106A und 106B und die zwei Drehjoche 111A und 111B gegenüber dem einzigen Sensor 103 umfassen. Mit anderen Worten kann das Rotationserfassungssystem gemäß der siebten Ausführungsform die Ausgestaltung des oben beschriebenen Rotationserfassungssystems gemäß der fünften Ausführungsform kombiniert mit der Ausgestaltung des oben beschriebenen Rotationserfassungssystems gemäß der sechsten Ausführungsform aufweisen.
  • Es wird erwartet, dass das Rotationserfassungssystem gemäß der siebten Ausführungsform ähnliche Wirkungen wie diejenigen des oben beschriebenen Positionserfassungssystems gemäß der vierten Ausführungsform bietet. Des Weiteren ermöglicht es das Rotationserfassungssystem gemäß der siebten Ausführungsform, dass der Sensor 103 eine sehr viel größere Ausgangsänderung erfasst, als es das Rotationserfassungssystem gemäß der vierten Ausführungsform zulässt. Außerdem ist bei dem Rotationserfassungssystem gemäß der siebten Ausführungsform im Vergleich zum oben beschriebenen Rotationserfassungssystem gemäß der vierten Ausführungsform ein Einfluss der Positionsverschiebungen des Sensors 103 und des Magneten 106 in der Drehachsenrichtung Bz auf die Rotationserfassungsgenauigkeit weiter verringert.
  • [9. Abwandlungsbeispiele der vierten bis siebten Ausführungsformen]
  • Obgleich einige Ausführungsformen der Offenbarung oben beschrieben werden, soll die Offenbarung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt sein und kann in vielfältiger Weise abgewandelt werden. Obgleich die Magneten 106A und 106B beispielsweise bei der oben beschriebenen fünften Ausführungsform entlang der Drehrichtung Bθ des Drehjochs 111 angeordnet sein können, soll die Anordnung der Magneten 106A und 106B nicht auf die bei der fünften Ausführungsform beschränkt sein.
  • [Erstes Abwandlungsbeispiel]
  • Bei einem Rotationserfassungssystem gemäß einem ersten Abwandlungsbeispiel der Offenbarung der vierten bis siebten Ausführungsformen können die Magneten 106A und 106B beispielsweise, wie in 26A dargestellt, nebeneinander mit einem dazwischen liegenden Abstand in der Drehachsenrichtung Bz angeordnet sein. Bei dem in 26A dargestellten ersten Abwandlungsbeispiel können beispielsweise überdies die vom Magneten 106A erzeugte Magnetfeldlinie 106AL und die vom Magneten 106B erzeugte Magnetfeldlinie 106BL, die durch den Sensor 103 verlaufen, in die Richtung entlang der Drehachse 1J gerichtet sein. Beispielsweise kann der Sensor 103 zwischen dem Magneten 106A und dem Magneten 106B in der Drehachsenrichtung Bz angeordnet sein. Bei dieser Ausführungsform, bei der die Magneten 106A und 106B in der Drehachsenrichtung Bz angeordnet sind, können Abschnitte der Magnetfeldlinien 106AL und 106BL, die in der Drehachsenrichtung Bz verlaufen, länger sein als die bei der Ausführungsform, bei der nur der einzige Magnet 106 vorgesehen ist. Dies verringert einen Einfluss von Verschiebungen der relativen Positionen des Sensors 103 und des Drehjochs 111 in der Drehachsenrichtung Bz auf die Rotationserfassungsgenauigkeit. Man beachte, dass 26A eine vergrößerte Vorderansicht eines Abschnitts des Rotationserfassungssystems gemäß dem ersten Abwandlungsbeispiel der vierten bis siebten Ausführungsformen der Offenbarung ist.
  • [Zweites Abwandlungsbeispiel]
  • Bei einem Rotationserfassungssystem gemäß einem zweiten Abwandlungsbeispiel der vierten bis siebten Ausführungsformen der Offenbarung können die Magneten 106A und 106B beispielsweise, wie in 26B dargestellt, einander über das Drehjoch 111 hinweg in der Drehachsenrichtung Bz gegenüberliegen. Bei dem zweiten Abwandlungsbeispiel können außerdem die Magnetfeldlinien 106AL und 106BL, die von den jeweiligen Magneten 106A und 106B erzeugt werden und durch den Sensor 103 verlaufen, in die Richtung entlang der Drehachse 1J gerichtet sein. Darüber hinaus kann der Sensor 103 zwischen dem Magneten 106A und dem Magneten 106B in der Drehachsenrichtung Bz angeordnet sein. Dieses zweite Abwandlungsbeispiel ist in einem Fall, in dem in der radialen Richtung Br kein ausreichender Platz sichergestellt ist, vorteilhafter als das erste Abwandlungsbeispiel. Man beachte, dass 26B eine vergrößerte Vorderansicht eines Abschnitts des Rotationserfassungssystems gemäß dem zweiten Abwandlungsbeispiel der vierten bis siebten Ausführungsformen der Offenbarung ist.
  • [Drittes Abwandlungsbeispiel]
  • Obgleich die Magnetisierungsrichtung des Magneten bei einigen der vorhergehenden Ausführungsformen der Offenbarung entlang der Drehachsenrichtung Bz festgelegt sein kann, soll die Offenbarung nicht auf die Ausführungsformen beschränkt sein. Bei einem Rotationserfassungssystem gemäß einem dritten Abwandlungsbeispiel der vierten bis siebten Ausführungsform der Offenbarung können die Magnetisierungsrichtung J6A des Magneten 6A und die Magnetisierungsrichtung J6B des Magneten 6B, wie in 26C dargestellt, in der zur Drehachsenrichtung Bz orthogonalen radialen Richtung Br festgelegt sein. Bei dem dritten Abwandlungsbeispiel können außerdem die Magnetfeldlinien 6AL und 6BL, die von den jeweiligen Magneten 6A und 6B erzeugt werden und durch den Sensor 3 verlaufen, in die Richtung entlang der Drehachse 1J gerichtet sein. Darüber hinaus kann der Sensor 3 zwischen dem Magneten 6A und dem Magneten 6B in der Drehachsenrichtung Bz angeordnet sein. Man beachte, dass 26C eine vergrößerte Vorderansicht des Rotationserfassungssystems gemäß dem dritten Abwandlungsbeispiel der vierten bis siebten Ausführungsformen der Offenbarung ist.
  • [Viertes Abwandlungsbeispiel]
  • Bei einem Rotationserfassungssystem gemäß einem vierten Abwandlungsbeispiel der vierten bis siebten Ausführungsformen der Offenbarung kann der Magnet 106 beispielsweise mit Jochen 108A und 108B versehen sein, wie in 27A und 27B dargestellt. Bei dem vierten Abwandlungsbeispiel kann der Magnet 106 zwischen den paarweise zugeordneten Jochen 108A und 108B entlang der Magnetisierungsrichtung J106 des Magneten 106 angeordnet sein. Die Joche 108A und 108B ermöglichen die Steuerung der Richtung der Magnetfeldlinie 106L und erhöhen die magnetische Flussdichte entlang der durch den Sensor 103 verlaufenden Magnetfeldlinie 106L um ein Weiteres. Die Joche 108A und 108B können jeweilige Krümmungen 108AT und 108BT umfassen, die vom Magneten 106 zum Sensor 103 hin gebogen sind. Dies erhöht noch weiter die magnetische Flussdichte entlang der durch den Sensor 103 verlaufenden Magnetfeldlinie 106L. Demgemäß wird erwartet, dass das Rotationserfassungssystem gemäß dem vierten Abwandlungsbeispiel eine höhere Erfassungsempfindlichkeit erreicht. Man beachte, dass 27A eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines Abschnitts des Rotationserfassungssystems des vierten Abwandlungsbeispiels der vierten bis siebten Ausführungsformen der Offenbarung ist und dass 27B eine vergrößerte Vorderansicht des Abschnitts des Rotationserfassungssystems des vierten Abwandlungsbeispiels der vierten bis siebten Ausführungsformen der Offenbarung ist. In 27A wurde eine Darstellung des Sensors 103 weggelassen.
  • [Fünftes Abwandlungsbeispiel]
  • Bei mindestens einer bzw. einem der oben beschriebenen Ausführungsformen und Abwandlungsbeispiele kann das Drehjoch 111 die Vorsprünge 1T und die Vertiefungen 1U aufweisen, die abwechselnd vorgesehen sind. Mit anderen Worten kann das Drehjoch 111 eine Blütenblattform in der Drehebene (Ebene Br-Bθ) aufweisen. Doch sollte erkennbar sein, dass die Offenbarung nicht auf die Ausführungsformen beschränkt sein soll. Beispielsweise kann bei einem in 28 dargestellten fünften Abwandlungsbeispiel ein Drehmodul 101B vorgesehen sein, das ein nockenförmiges Drehjoch 151A mit einem einzigen Vorsprung 1AT und ein nockenförmiges Drehjoch 151B mit einem einzigen Vorsprung 1BT aufweist. Der Vorsprung 1AT kann Außenkantenabschnitte OL3A und OL4A aufweisen. Der Außenkantenabschnitt OL3A kann in der radialen Richtung Br weiter vorstehen als der Außenkantenabschnitt OL4A. Ebenso kann der Vorsprung 1BT Außenkantenabschnitte OL3B und OL4B aufweisen. Der Außenkantenabschnitt OL3B kann in der radialen Richtung Br weiter vorstehen als der Außenkantenabschnitt OL4B. Überdies können die Vorsprünge 1AT und 1BT in verschiedenen Positionen in der Drehrichtung Bθ vorgesehen sein. Das Rotationserfassungssystem mit den nockenförmigen Drehjochen 151A und 151B kann Winkelinformationen im Bereich von 0° bis 360° pro Umdrehung der Drehjoche 151A und 151B bereitstellen, wodurch der Absolutwert des Drehwinkels der Welle 110 bestimmt werden kann. Demgegenüber kann das blütenblattförmige Drehjoch 111, das beispielsweise die Vorsprünge 1T und die Vertiefungen 1U aufweist, wie in 18 dargestellt, mehrmals pro Umdrehung des Drehj ochs 111 Winkelinformationen im Bereich von 0° bis 360° bereitstellen, wodurch es schwierig wird, den Absolutwert des Drehwinkels der Welle 110 zu bestimmen.
  • Indessen kann das blütenblattförmige Drehjoch 111, das die Vorsprünge 1T und die Vertiefungen 1U aufweist, wie in 18 dargestellt, in den folgenden Hinsichten vorteilhaft sein. Beispielsweise eignet sich das blütenblattförmige Drehjoch 111 gemäß mindestens einer Ausführungsform der Offenbarung im Hinblick auf Aspekte der Steuerung zum Erfassen eines Drehwinkels eines Motors unter Verwendung beispielsweise eines typischen Drehmelders, wobei die Anzahl von Vorsprüngen und Vertiefungen eines Jochs ein geradzahliges Vielfaches der Polzahl des Motors sein kann. Beim blütenblattförmigen Drehjoch 111 kann die Anzahl von Vorsprüngen oder Vertiefungen in geeigneter Weise entsprechend der Polzahl des Motors angepasst werden. Darüber hinaus kann das Drehjoch 111 mit solch einer unebenen und durchgehenden Konturlinie keine Einschränkung im Hinblick auf die Mindestauflösung aufweisen und einen Winkelausgang bereitstellen, der sich bezogen auf einen Drehwinkel linear ändert. Demgegenüber wird im Falle eines Encoders die Mindestauflösung eines zu erfassenden Winkels in Abhängigkeit von der Breite eines Referenztaktsignals bestimmt, was einen Winkelausgang zur Folge hat, der sich bezogen auf den Drehwinkel stufenweise ändert.
  • Obgleich der Magnetdetektor bei mindestens einer bzw. einem der oben beschriebenen Ausführungsformen und Abwandlungsbeispiele zwei Magnetismus-Erfassungsvorrichtungen umfassen kann, soll die Anzahl der Magnetismus-Erfassungsvorrichtungen nicht auf zwei beschränkt sein. Bei einer anderen Ausführungsform der Offenbarung kann nur eine Magnetismus-Erfassungsvorrichtung vorgesehen sein oder es können drei oder mehr Magnetismus-Erfassungsvorrichtungen vorgesehen sein. Man beachte, dass die Magnetismus-Erfassungsvorrichtungen bei der Ausführungsform, bei der drei oder mehr Magnetismus-Erfassungsvorrichtungen angeordnet sind, Signale mit unterschiedlichen Phasen ausgeben können.
  • Obgleich die Magnetsensoren 131 und 132, die jeweils ein Magnetowiderstandseffekt-Element aufweisen, bei der oben beschriebenen vierten Ausführungsform als ein Beispiel der Magnetismus-Erfassungsvorrichtungen beschrieben werden, soll die Offenbarung nicht auf die vierte Ausführungsform beschränkt sein. Die Magnetismus-Erfassungsvorrichtung kann eine beliebige Vorrichtung sein, die eine Richtungs- oder Winkeländerung eines Magnetfelds erfasst. Beispielsweise kann die Magnetismus-Erfassungsvorrichtung in einem Abwandlungsbeispiel der Offenbarung eine Hall-Effekt-Vorrichtung sein.
  • In einem Abwandlungsbeispiel der Offenbarung kann der Magnetdetektor überdies eine oder mehrere zweiachsige Magnetismus-Erfassungsvorrichtungen umfassen, die jeweils eine erste Erfassungsachse und eine zweite Erfassungsachse umfassen, die orthogonal zueinander sind. Alternativ kann der Magnetdetektor in einem anderen Abwandlungsbeispiel der Offenbarung mehrere Paare aufweisen, die jeweils zwei benachbarte Magnetismus-Erfassungsvorrichtungen umfassen, d.h. eine erste Magnetismus-Erfassungsvorrichtung mit einer ersten Erfassungsachse und eine zweite Magnetismus-Erfassungsvorrichtung mit einer zweiten Erfassungsachse, die orthogonal zur ersten Erfassungsachse ist. In einem Fall, in dem die zweiachsigen Magnetismus-Erfassungsvorrichtungen in verschiedenen Positionen angeordnet sind oder in dem die Paare von Magnetismus-Erfassungsvorrichtungen in verschiedenen Positionen angeordnet sind, können die zweiachsigen Magnetismus-Erfassungsvorrichtungen oder die Paare der Magnetismus-Erfassungsvorrichtungen beispielsweise in einem Anordnungsabstand angeordnet sein, der gleich dem Anordnungsabstand der Vorsprünge des weich-ferromagnetischen Elements in der Bewegungsrichtung des weich-ferromagnetischen Drehelements ist. Außerdem können die zweiachsigen Magnetismus-Erfassungsvorrichtungen oder die Paare der Magnetismus-Erfassungsvorrichtungen in einem im Wesentlichen gleichen Abstand von einer Mittelebene des Magneten in der axialen Richtung des weich-ferromagnetischen Drehelementmagneten angeordnet sein.
  • Es ist möglich, zumindest die folgenden Ausgestaltungen anhand der vorstehenden Ausführungsformen und Abwandlungsbeispiele der Offenbarung zu verwirklichen.
    • (1) Positionserfassungssystem, umfassend:
      • einen ersten Magneten, der eine in einer ersten Richtung magnetisierte Magnetisierung aufweist und ein erstes Magnetfeld erzeugt, das eine erste Magnetfeldlinie umfasst;
      • ein erstes weich-ferromagnetisches Element, das sich entlang einer zu der ersten Richtung orthogonalen zweiten Richtung erstreckt, entlang der zweiten Richtung gegenüber dem ersten Magneten geradlinig bewegbar ist und eine erste Außenkante mit einer unebenen Form umfasst, wobei die erste Außenkante einen ersten Außenkantenabschnitt und einen zweiten Außenkantenabschnitt aufweist, wobei der erste Außenkantenabschnitt von dem ersten Magneten um einen ersten Abstand in einer zur ersten Richtung und zur zweiten Richtung orthogonalen dritten Richtung entfernt ist, wobei der zweite Außenkantenabschnitt von dem ersten Magneten um einen zweiten Abstand in der dritten Richtung entfernt ist, wobei der erste Außenkantenabschnitt und der zweite Außenkantenabschnitt in verschiedenen Positionen in der zweiten Richtung angeordnet sind; und
      • einen Magnetdetektor, der in einer vorgegebenen gleichbleibenden Position relativ zum ersten Magneten gehalten wird, wobei die erste Magnetfeldlinie in der ersten Richtung durch den Magnetdetektor verläuft, wenn sich das erste weich-ferromagnetische Element in Ruhe befindet.
    • (2) Positionserfassungssystem gemäß (1), wobei die erste Außenkante des ersten weich-ferromagnetischen Elements eine Form hat, die einen Abstand zum ersten Magneten in der dritten Richtung definiert, wobei sich der Abstand in einer Periode in der zweiten Richtung ändert.
    • (3) Positionserfassungssystem gemäß (2), wobei eine Bewegungslänge des ersten weich-ferromagnetischen Elements in der zweiten Richtung gleich oder kürzer als eine Länge der Periode der ersten Außenkante in der zweiten Richtung ist.
    • (4) Positionserfassungssystem gemäß (2) oder (3), wobei die erste Außenkante eine erste durchgehende gekrümmte Linie umfasst.
    • (5) Positionserfassungssystem gemäß einem von (1) bis (4), wobei der Magnetdetektor zwischen dem ersten Magneten und dem ersten weich-ferromagnetischen Element in der dritten Richtung angeordnet ist.
    • (6) Positionserfassungssystem gemäß einem von (1) bis (5), wobei der Magnetdetektor eine erste Mittenposition in der ersten Richtung aufwei st, das erste weich-ferromagnetische Element eine zweite Mittenposition in der ersten Richtung aufweist, und die erste Mittenposition von der zweiten Mittenposition in der ersten Richtung verschieden ist.
    • (7) Positionserfassungssystem gemäß (1), ferner umfassend ein zweites weich-ferromagnetisches Element, das dem ersten weich-ferromagnetischen Element in der ersten Richtung gegenüberliegt, sich entlang der zweiten Richtung erstreckt, synchron mit dem ersten weich-ferromagnetischen Element entlang der zweiten Richtung gegenüber dem ersten Magneten geradlinig bewegbar ist und eine zweite Außenkante mit einer unebenen Form umfasst, wobei die zweite Außenkante einen dritten Außenkantenabschnitt und einen vierten Außenkantenabschnitt aufweist, wobei der dritte Außenkantenabschnitt von dem ersten Magneten um einen dritten Abstand in der dritten Richtung entfernt ist, wobei der vierte Außenkantenabschnitt von dem ersten Magneten um einen vierten Abstand in der dritten Richtung entfernt ist, wobei der dritte Außenkantenabschnitt und der vierte Außenkantenabschnitt in verschiedenen Positionen in der zweiten Richtung angeordnet sind.
    • (8) Positionserfassungssystem gemäß (7), wobei die erste Außenkante des ersten weich-ferromagnetischen Elements eine Form hat, die einen Abstand zu dem ersten Magneten in der dritten Richtung definiert, wobei sich der Abstand in einer Periode in der zweiten Richtung ändert, wobei die Periode einer ersten Länge entspricht, die zweite Außenkante des zweiten weich-ferromagnetischen Elements eine Form hat, die einen anderen Abstand zu dem ersten Magneten in der dritten Richtung definiert, wobei sich der andere Abstand in einer Periode in der zweiten Richtung ändert, wobei die Periode der ersten Länge entspricht, und die erste Außenkante und die zweite Außenkante Phasen haben, die sich um eine Hälfte der Periode voneinander unterscheiden.
    • (9) Positionserfassungssystem gemäß (7) oder (8), wobei die erste Außenkante eine erste durchgehende gekrümmte Fläche umfasst, und die zweite Außenkante eine zweite durchgehende gekrümmte Fläche umfasst.
    • (10) Positionserfassungssystem gemäß einem von (1) bis (9), wobei sich eine Richtung der ersten Magnetfeldlinie in einer Periode in Verbindung mit einer Bewegung des ersten weich-ferromagnetischen Elements in der zweiten Richtung ändert, und der Magnetdetektor die Richtung der ersten Magnetfeldlinie erfasst, die sich in der Periode ändert.
    • (11) Positionserfassungssystem gemäß einem von (1) bis (10), ferner umfassend einen zweiten Magneten, der ein zweites Magnetfeld erzeugt, wobei das zweite Magnetfeld eine zweite Magnetfeldlinie umfasst, die in der ersten Richtung durch den Magnetdetektor verläuft.
    • (12) Positionserfassungssystem gemäß (11), wobei der Magnetdetektor zwischen dem ersten weich-ferromagnetischen Element und dem ersten Magneten oder zwischen dem ersten weich-ferromagnetischen Element und dem zweiten Magneten angeordnet ist.
    • (13) Positionserfassungssystem gemäß (11) oder (12), wobei der erste Magnet und der zweite Magnet in der zweiten Richtung nebeneinanderliegen.
    • (14) Positionserfassungssystem gemäß (13), wobei der Magnetdetektor zwischen dem ersten Magneten und dem zweiten Magneten in der zweiten Richtung angeordnet ist.
    • (15) Positionserfassungssystem gemäß einem von (1) bis (14), wobei der Magnetdetektor eine erste Magnetismus-Erfassungsvorrichtung und eine zweite Magnetismus-Erfassungsvorrichtung umfasst, wobei die erste Magnetismus-Erfassungsvorrichtung eine erste Erfassungsachse aufweist, wobei die zweite Magnetismus-Erfassungsvorrichtung eine zweite Erfassungsachse aufweist, die die erste Erfassungsachse schneidet.
    • (16) Positionserfassungssystem gemäß (15), wobei die erste Erfassungsachse im Wesentlichen gleich der zweiten Richtung ist, und die zweite Erfassungsachse im Wesentlichen gleich der dritten Richtung ist.
  • Gemäß dem Positionserfassungssystem gemäß mindestens einer Ausführungsform der Offenbarung kann die Richtung der ersten Magnetfeldlinie des ersten Magnetfelds, das dem Magnetdetektor von dem ersten Magneten aufgeprägt wird, im Wesentlichen orthogonal zur zweiten Richtung sein, entlang der sich das erste weich-ferromagnetische Element geradlinig bewegt. Daher ist es unwahrscheinlich, dass die Genauigkeit des Magnetdetektors beim Erfassen einer Position des ersten weich-ferromagnetischen Elements von den relativen Positionen zwischen dem Magnetdetektor und dem ersten weich-ferromagnetischen Element beeinflusst wird. Zudem kann die Position des ersten weich-ferromagnetischen Elements in Bezug auf den Magnetdetektor erfasst werden, ohne den ersten Magneten gegenüber dem Magnetdetektor zu bewegen.
  • Gemäß dem Positionserfassungssystem von mindestens einer Ausführungsform der Offenbarung ist es, selbst wenn es verkleinert ist, unwahrscheinlich, dass die Genauigkeit des Magnetdetektors beim Erfassen der Position des ersten weich-ferromagnetischen Elements durch Verschiebungen der relativen Positionen zwischen dem Magnetdetektor, dem ersten weich-ferromagnetischen Element und dem ersten Magneten beeinflusst wird. Demzufolge kann mit dem Positionserfassungssystem, selbst wenn es verkleinert ist, eine Position des ersten weich-ferromagnetischen Elements mit hoher Genauigkeit erfasst werden. Überdies bewegt sich der erste Magnet nicht gegenüber dem Magnetdetektor. Dies vergrößert die Verschiebung des ersten weich-ferromagnetischen Elements in der zweiten Richtung, ohne dass die Größe des ersten Magneten vergrößert werden muss. Demzufolge hat das Positionserfassungssystem gemäß mindestens einer Ausführungsform der Offenbarung eine kompakte Ausgestaltung und ermöglicht die Erfassung einer Position eines bewegten Objekts mit hoher Genauigkeit. Beim Positionserfassungssystem gemäß mindestens einer Ausführungsform der Offenbarung bewegt sich überdies der erste Magnet nicht gegenüber dem Magnetdetektor, und der Magnetdetektor erfasst eine Änderung der Richtung des von dem ersten Magneten erzeugten Magnetfelds in Übereinstimmung mit der Verschiebung des ersten weich-ferromagnetischen Elements. Dies trägt dazu bei, dass eine Magnetfeldstärke stabil erzeugt wird, die stark genug ist, damit sie vom Magnetdetektor erfasst wird, indem die Verschiebung des ersten weich-ferromagnetischen Elements in der zweiten Richtung vergrößert wird, ohne dass die Größe des ersten Magneten vergrößert werden muss. Demzufolge hat das Positionserfassungssystem gemäß mindestens einer Ausführungsform der Offenbarung eine kompakte Ausgestaltung und ermöglicht die Erfassung einer Position eines bewegten Objekts mit einer höheren Genauigkeit.

Claims (19)

  1. Positionserfassungssystem (1, 1A, 1B und 1C), umfassend: einen ersten Magneten (6), der eine in einer ersten Richtung magnetisierte Magnetisierung aufweist und ein erstes Magnetfeld erzeugt, das eine erste Magnetfeldlinie (6L) umfasst; ein erstes weich-ferromagnetisches Element (10), das sich entlang einer zu der ersten Richtung orthogonalen zweiten Richtung erstreckt, entlang der zweiten Richtung gegenüber dem ersten Magneten (6) geradlinig bewegbar ist und eine erste Außenkante (11) mit einer unebenen Form umfasst, wobei die erste Außenkante (11) einen ersten Außenkantenabschnitt (11T) und einen zweiten Außenkantenabschnitt (11U) aufweist, wobei der erste Außenkantenabschnitt (11T) von dem ersten Magneten (6) um einen ersten Abstand in einer zur ersten Richtung und zur zweiten Richtung orthogonalen dritten Richtung entfernt ist, wobei der zweite Außenkantenabschnitt (11U) von dem ersten Magneten (6) um einen zweiten Abstand in der dritten Richtung entfernt ist, wobei der erste Außenkantenabschnitt (11T) und der zweite Außenkantenabschnitt (11U) in verschiedenen Positionen in der zweiten Richtung angeordnet sind; und einen Magnetdetektor (3), der in einer vorgegebenen gleichbleibenden Position relativ zum ersten Magneten (6) gehalten wird, wobei die erste Magnetfeldlinie (6L) in der ersten Richtung durch den Magnetdetektor (3) verläuft, wenn sich das erste weich-ferromagnetische Element (10) in Ruhe befindet, ferner umfassend ein zweites weich-ferromagnetisches Element (20), das dem ersten weich-ferromagnetischen Element (10) in der ersten Richtung gegenüberliegt, sich entlang der zweiten Richtung erstreckt, synchron mit dem ersten weich-ferromagnetischen Element (10) entlang der zweiten Richtung gegenüber dem ersten Magneten (6A) geradlinig bewegbar ist und eine zweite Außenkante (12) mit einer unebenen Form umfasst, wobei die zweite Außenkante (12) einen dritten Außenkantenabschnitt (12T) und einen vierten Außenkantenabschnitt (12U) aufweist, wobei der dritte Außenkantenabschnitt (12T) von dem ersten Magneten (6A) um einen dritten Abstand in der dritten Richtung entfernt ist, wobei der vierte Außenkantenabschnitt (12U) von dem ersten Magneten (6A) um einen vierten Abstand in der dritten Richtung entfernt ist, wobei der dritte Außenkantenabschnitt (12T) und der vierte Außenkantenabschnitt (12U) in verschiedenen Positionen in der zweiten Richtung angeordnet sind.
  2. Positionserfassungssystem (1A, 1B und 1C) nach Anspruch 1, wobei die erste Außenkante (11) des ersten weich-ferromagnetischen Elements (10) eine Form hat, die einen Abstand zu dem ersten Magneten (6A) in der dritten Richtung definiert, wobei sich der Abstand in einer Periode in der zweiten Richtung ändert, wobei die Periode einer ersten Länge entspricht, die zweite Außenkante (12) des zweiten weich-ferromagnetischen Elements (20) eine Form hat, die einen anderen Abstand zu dem ersten Magneten (6A) in der dritten Richtung definiert, wobei sich der andere Abstand in einer Periode in der zweiten Richtung ändert, wobei die Periode der ersten Länge entspricht, und die erste Außenkante (11) und die zweite Außenkante (12) Phasen haben, die sich um eine Hälfte der Periode voneinander unterscheiden.
  3. Positionserfassungssystem (1A, 1B und 1C) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die erste Außenkante (11) eine erste durchgehende gekrümmte Fläche umfasst, und die zweite Außenkante (12) eine zweite durchgehende gekrümmte Fläche umfasst.
  4. Positionserfassungssystem (1A, 1B und 1C) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei sich eine Richtung der ersten Magnetfeldlinie (6L) in einer Periode in Verbindung mit einer Bewegung des ersten weich-ferromagnetischen Elements (10) in der zweiten Richtung ändert, und der Magnetdetektor (3) die Richtung der ersten Magnetfeldlinie (6L) erfasst, die sich in der Periode ändert.
  5. Positionserfassungssystem (1B und 1C) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner umfassend einen zweiten Magneten (6B), der ein zweites Magnetfeld erzeugt, wobei das zweite Magnetfeld eine zweite Magnetfeldlinie (6BL) umfasst, die in der ersten Richtung durch den Magnetdetektor (3) verläuft.
  6. Positionserfassungssystem (1B und 1C) nach Anspruch 5, wobei der Magnetdetektor (3) zwischen dem ersten weich-ferromagnetischen Element (10) und dem ersten Magneten (6A) oder zwischen dem ersten weich-ferromagnetischen Element (10) und dem zweiten Magneten (6B) angeordnet ist.
  7. Positionserfassungssystem (1, 1A, 1B und 1C), umfassend: einen ersten Magneten (6), der eine in einer ersten Richtung magnetisierte Magnetisierung aufweist und ein erstes Magnetfeld erzeugt, das eine erste Magnetfeldlinie (6L) umfasst; ein erstes weich-ferromagnetisches Element (10), das sich entlang einer zu der ersten Richtung orthogonalen zweiten Richtung erstreckt, entlang der zweiten Richtung gegenüber dem ersten Magneten (6) geradlinig bewegbar ist und eine erste Außenkante (11) mit einer unebenen Form umfasst, wobei die erste Außenkante (11) einen ersten Außenkantenabschnitt (11T) und einen zweiten Außenkantenabschnitt (11U) aufweist, wobei der erste Außenkantenabschnitt (11T) von dem ersten Magneten (6) um einen ersten Abstand in einer zur ersten Richtung und zur zweiten Richtung orthogonalen dritten Richtung entfernt ist, wobei der zweite Außenkantenabschnitt (11U) von dem ersten Magneten (6) um einen zweiten Abstand in der dritten Richtung entfernt ist, wobei der erste Außenkantenabschnitt (11T) und der zweite Außenkantenabschnitt (11U) in verschiedenen Positionen in der zweiten Richtung angeordnet sind; und einen Magnetdetektor (3), der in einer vorgegebenen gleichbleibenden Position relativ zum ersten Magneten (6) gehalten wird, wobei die erste Magnetfeldlinie (6L) in der ersten Richtung durch den Magnetdetektor (3) verläuft, wenn sich das erste weich-ferromagnetische Element (10) in Ruhe befindet; und ferner umfassend einen zweiten Magneten (6B), der ein zweites Magnetfeld erzeugt, wobei das zweite Magnetfeld eine zweite Magnetfeldlinie (6BL) umfasst, die in der ersten Richtung durch den Magnetdetektor (3) verläuft; wobei der erste Magnet (6A) und der zweite Magnet (6B) in der zweiten Richtung nebeneinanderliegen.
  8. Positionserfassungssystem (1B und 1C) nach Anspruch 7, wobei der Magnetdetektor (3) zwischen dem ersten Magneten (6A) und dem zweiten Magneten (6B) in der zweiten Richtung angeordnet ist.
  9. Positionserfassungssystem (1B und 1C) nach Anspruch 7 oder 8, wobei der Magnetdetektor (3) zwischen dem ersten weich-ferromagnetischen Element (10) und dem ersten Magneten (6A) oder zwischen dem ersten weich-ferromagnetischen Element (10) und dem zweiten Magneten (6B) angeordnet ist.
  10. Positionserfassungssystem (1, 1A, 1B und 1C) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die erste Außenkante (11) des ersten weich-ferromagnetischen Elements (10) eine Form aufweist, die einen Abstand zum ersten Magneten (6) in der dritten Richtung definiert, wobei sich der Abstand in einer Periode in der zweiten Richtung ändert.
  11. Positionserfassungssystem (1, 1A, 1B und 1C) nach Anspruch 10, wobei eine Bewegungslänge des ersten weich-ferromagnetischen Elements (10) in der zweiten Richtung gleich oder kürzer als eine Länge der Periode der ersten Außenkante (11) in der zweiten Richtung ist.
  12. Positionserfassungssystem (1, 1A, 1B und 1C) nach Anspruch 10 oder 11, wobei die erste Außenkante (11) eine erste durchgehende gekrümmte Linie umfasst.
  13. Positionserfassungssystem (1, 1A, 1B und 1C) nach einem der Ansprüche 7 bis 12, wobei der Magnetdetektor (3) zwischen dem ersten Magneten (6) und dem ersten weich-ferromagnetischen Element (10) in der dritten Richtung angeordnet ist.
  14. Positionserfassungssystem (1, 1A, 1B und 1C) nach einem der Ansprüche 7 bis 13, wobei der Magnetdetektor (3) eine erste Mittenposition (CP3) in der ersten Richtung aufweist, das erste weich-ferromagnetische Element (10) eine zweite Mittenposition (CP10) in der ersten Richtung aufweist, und die erste Mittenposition (CP3) von der zweiten Mittenposition (CP10) in der ersten Richtung verschieden ist.
  15. Positionserfassungssystem (1A, 1B und 1C) nach einem der Ansprüche 7 bis 14, ferner umfassend ein zweites weich-ferromagnetisches Element (20), das dem ersten weich-ferromagnetischen Element (10) in der ersten Richtung gegenüberliegt, sich entlang der zweiten Richtung erstreckt, synchron mit dem ersten weich-ferromagnetischen Element (10) entlang der zweiten Richtung gegenüber dem ersten Magneten (6A) geradlinig bewegbar ist und eine zweite Außenkante (12) mit einer unebenen Form umfasst, wobei die zweite Außenkante (12) einen dritten Außenkantenabschnitt (12T) und einen vierten Außenkantenabschnitt (12U) aufweist, wobei der dritte Außenkantenabschnitt (12T) von dem ersten Magneten (6A) um einen dritten Abstand in der dritten Richtung entfernt ist, wobei der vierte Außenkantenabschnitt (12U) von dem ersten Magneten (6A) um einen vierten Abstand in der dritten Richtung entfernt ist, wobei der dritte Außenkantenabschnitt (12T) und der vierte Außenkantenabschnitt (12U) in verschiedenen Positionen in der zweiten Richtung angeordnet sind.
  16. Positionserfassungssystem (1A, 1B und 1C) nach Anspruch 15, wobei die erste Außenkante (11) des ersten weich-ferromagnetischen Elements (10) eine Form hat, die einen Abstand zu dem ersten Magneten (6A) in der dritten Richtung definiert, wobei sich der Abstand in einer Periode in der zweiten Richtung ändert, wobei die Periode einer ersten Länge entspricht, die zweite Außenkante (12) des zweiten weich-ferromagnetischen Elements (20) eine Form hat, die einen anderen Abstand zu dem ersten Magneten (6A) in der dritten Richtung definiert, wobei sich der andere Abstand in einer Periode in der zweiten Richtung ändert, wobei die Periode der ersten Länge entspricht, und die erste Außenkante (11) und die zweite Außenkante (12) Phasen haben, die sich um eine Hälfte der Periode voneinander unterscheiden.
  17. Positionserfassungssystem (1A, 1B und 1C) nach Anspruch 15 oder 16, wobei die erste Außenkante (11) eine erste durchgehende gekrümmte Fläche umfasst, und die zweite Außenkante (12) eine zweite durchgehende gekrümmte Fläche umfasst.
  18. Positionserfassungssystem (1B und 1C) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei der Magnetdetektor (3) eine erste Magnetismus-Erfassungsvorrichtung (31) und eine zweite Magnetismus-Erfassungsvorrichtung (32) umfasst, wobei die erste Magnetismus-Erfassungsvorrichtung (31) eine erste Erfassungsachse aufweist, wobei die zweite Magnetismus-Erfassungsvorrichtung (32) eine zweite Erfassungsachse aufweist, die die erste Erfassungsachse schneidet.
  19. Positionserfassungssystem (1B und 1C) nach Anspruch 18, wobei die erste Erfassungsachse im Wesentlichen gleich der zweiten Richtung ist, und die zweite Erfassungsachse im Wesentlichen gleich der dritten Richtung ist.
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