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HINTERGRUND
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Technisches Gebiet
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Diese Offenbarung bezieht sich auf Messinstrumente und genauer auf induktive Positionscodierer, die bei Präzisionsmessinstrumenten verwendet werden können.
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Beschreibung des Stands der Technik
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Verschiedene Codiererkonfigurationen können verschiedene Arten von optischen, kapazitiven, magnetischen, induktiven, Bewegungs- und/oder Positionswandlern aufweisen. Diese Wandler verwenden verschiedene geometrische Konfigurationen eines Senders und eines Empfängers bei einem Lesekopf, um die Bewegung zwischen dem Lesekopf und einer Skalierung zu messen.
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Das
US-Patent Nr. 6.011.389 (das '389-Patent) beschreibt einen Induktionsstrompositionswandler, der bei Hochpräzisionsanwendungen verwendbar ist; die
US-Patente Nr. 5.973.494 (das '494-Patent) und 6.002.250 (das '250-Patent) beschreiben induktive Inkrementalpositionsmessschieber und lineare Skalierungen, die Signalerzeugungs- und -verarbeitungsschaltungen aufweisen; und die
US-Patente Nr. 5.886.519 (das '519-Patent), 5.841.274 (das '274-Patent) und 5.894.678 (das '678-Patent) beschreiben induktive Absolutpositionsmessschieber und elektronische Bandmessungen unter Verwendung eines Induktionsstromwandlers. Die
US-Patentanmeldungen Nr. 15/245.560 ;
15/850.457 ; und
15/910.478 offenbaren Windungskonfigurationsverbesserungen, die zum Verbessern der Präzision, Robustheit und einfachen Anordnung von induktiven Positionscodierern nützlich sind. Das gesamte Vorherige ist hierin gesamthaft durch Bezugnahme aufgenommen. Wie in diesen Patenten und Anmeldungen beschrieben ist, kann ein Induktionsstromwandler unter Verwendung einer Leiterplattentechnologie hergestellt werden und ist größtenteils immun gegenüber Verschmutzung. Solche Systeme können jedoch hinsichtlich ihrer Fähigkeit, bestimmte Kombinationen von Merkmalen bereitzustellen, die von Nutzern gewünscht werden, wie etwa Kombinationen einer kompakten Größe, hohen Auflösung, Präzision, geringen Kosten, Robustheit gegenüber Verschmutzung usw. eingeschränkt sein. Konfigurationen von Codierern, die verbesserte Kombinationen solcher Merkmale bereitstellen, wären wünschenswert.
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KURZDARSTELLUNG
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Diese Kurzdarstellung wird bereitgestellt, um eine Auswahl von Konzepten auf eine vereinfachte Form bereitzustellen, die nachstehend in der ausführlichen Beschreibung weiter beschrieben werden. Diese Kurzdarstellung soll weder Schlüsselmerkmale des beanspruchten Gegenstands kennzeichnen noch als Hilfe beim Bestimmen des Umfangs des beanspruchten Gegenstands verwendet werden.
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Es wird ein elektronischer Positionscodierer bereitgestellt, der verwendet werden kann, um eine relative Position zwischen zwei Elementen entlang einer Messachsenrichtung zu messen. Bei verschiedenen Implementierungen weist der elektronische Positionscodierer eine Skalierung, einen Detektorteil und eine Signalverarbeitungskonfiguration auf.
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Die Skalierung erstreckt sich entlang der Messachsenrichtung und weist ein periodisches Skalierungsmuster auf, das mindestens eine erste Art von Signalmodulationselementen umfasst. Das periodische Skalierungsmuster weist eine räumliche Wellenlänge W1 auf. Die Signalmodulationselemente der ersten Art umfassen ähnliche leitfähige Platten oder ähnliche leitfähige Schleifen, die entlang der Messachsenrichtung entsprechend der räumlichen Wellenlänge W1 liegen. Der Detektorteil ist derart konfiguriert, dass er in der Nähe zu dem periodischen Skalierungsmuster montiert ist und sich entlang der Messachsenrichtung bezüglich des periodischen Skalierungsmusters bewegt. Bei verschiedenen Implementierungen weist der Detektorteil eine Felderzeugungsspule und eine Gruppe von Erfassungselementen auf. Die Felderzeugungsspule ist auf einem Substrat fixiert und umgibt einen Innenbereich, der mit dem periodischen Skalierungsmuster von Signalmodulationselementen während dem Betrieb fluchtet. So wie er hierin verwendet wird, kann der Begriff „umgibt“ „umgibt vollständig“ oder „umgibt teilweise“ bei verschiedenen Implementierungen bedeuten. Die einzige Beschränkung ist, dass die Felderzeugungsspule konfiguriert ist, um einen sich ändernden Magnetfluss in dem Innenbereich als Reaktion auf ein Spulenantriebssignal auf eine Art zu erzeugen, die den Betrieb gemäss den hierin offenbarten und beanspruchten Prinzipien unterstützt. Die Gruppe von Erfassungselementen ist entlang der Messachsenrichtung angeordnet und auf dem Substart fixiert. Die Elemente der Gruppe von Erfassungselementen umfassen leitfähige Schleifen oder leitfähige Schleifenteile, die eine nominale Erfassungselementbreitenabmessung DSEN entlang der Messachsenrichtung aufweisen, zumindest für jenen Teil des Erfassungselements, der mit dem Innenbereich fluchtet oder diesen überlappt, der von der Felderzeugungsspule umgeben ist. Die Gruppe von Erfassungselementen ist konfiguriert, um Detektorsignale bereitzustellen, welche auf eine lokale Auswirkung auf den sich ändernden Magnetflusses reagieren, der von benachbarten Signalmodulationselememten des Skalierungsmusters bereitgestellt wird. Die Signalverarbeitungskonfiguration ist mit dem Detektorteil wirkverbunden, um das Spulenantriebssignal bereitzustellen und um die relative Position zwischen dem Detektorteil und dem Skalierungsmuster auf Grundlage von Detektorsignalen, die von dem Detektorteil eingegeben werden, zu bestimmen.
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Die Signalmodulationselemente der ersten Art weisen eine effektive Region auf, die im Betrieb mit dem Innenbereich fluchtet oder diesen überlappt. Bei verschiedenen Implementierungen ist die effektive Region derart konfiguriert, dass sie eine durchschnittliche Abmessung DSME entlang der Messachsenrichtung aufweist, wobei DSME größer als die nominale Erfassungselementbreitenabmessung DSEN entlang der Messachsenrichtung ist und DSME mindestens 0,55*W1 und höchstens 0,8*W1 beträgt. Solch eine Konfiguration stellt vorteilhafte Detektorsignalmerkmale (z. B. durch Bereitstellen eines besseren Signal-Rausch(S/N)-Verhältnisses und/oder reduzierter Fehlerkomponenten bei den Detektorsignalen) gemäß hierin offenbarten Prinzipien bereit.
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Bei einigen Implementierungen beträgt die durchschnittliche Abmessung DSME höchstens 1,6*DSEN. Bei einigen Implementierungen ist 0,45*W1 < DSEN < 0,55*W1. Bei einigen Implementierungen beträgt DSEN ungefähr 0,5*W1. Bei einigen Implementierungen beträgt die durchschnittliche Abmessung DSME mindestens 0,6*W1 oder 0,66*W1 oder 0,7*W1 (z. B. kann die Verwendung von größeren Werten von DSME vorteilhaft sein, wenn größere Betriebslücken zwischen dem Detektor und der Skalierung verwendet werden und/oder wenn die Signalmodulationselemente der ersten Art die ähnlichen leitfähigen Platten umfassen.)
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Bei verschiedenen Implementierungen können die Signalmodulationselemente der ersten Art ähnliche leitfähige Platten umfassen. Bei verschiedenen Implementierungen können die Signalmodulationselemente der ersten Art ähnliche leitfähige Schleifen umfassen.
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Bei verschiedenen Implementierungen liegen die Signalmodulationselemente einer zweiten Art zwischen den Signalmodulationselementen der ersten Art entlang der Messachsenrichtung. Die Signalmodulationselemente einer zweiten Art sind derart konfiguriert, dass sie eine relativ geringe Auswirkung auf den sich ändernden Magnetfluss im Vergleich zu den Signalmodulationselementen der ersten Art aufweisen. Bei einigen Implementierungen umfassen die Signalmodulationselemente der zweiten Art Regionen eines nichtleitfähigen Materials. Bei einigen solchen Implementierungen umfassen die Signalmodulationselemente der zweiten Art Regionen eines nichtleitfähigen Skalierungssubstrats, wobei die erste Art von Signalmodulationselementen auf dem nichtleitfähigen Skalierungssubstrat fixiert sind.
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Bei verschiedenen Implementierungen können der Detektorteil und die Skalierung ungefähr planare Substrate aufweisen und kann der Detektorteil derart konfiguriert sein, dass er ungefähr parallel zu dem periodischen Skalierungsmuster mit einer nominalen Betriebslücke zwischen seinen jeweiligen Leitern, welche ungefähr 0,075*W1 beträgt, montiert ist. Bei einigen solcher Implementierungen kann die nominale Betriebslücke mindestens 0,15*W1 betragen.
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Bei einigen Implementierungen umfassen die leitfähigen Schleifen oder leitfähigen Schleifenteile der Erfassungselemente ungefähr parallele Leitersegmente, die senkrecht zu der Messachsenrichtung ausgerichtet sind und die derart konfiguriert sind, dass sie mit dem Innenbereich fluchten oder diesen überlappen, und sind die parallelen Leitersegmente bei der nominalen Erfassungselementbreitenabmessung DSEN entlang der Messachsenrichtung beabstandet. Bei einigen Implementierungen können die ähnlichen leitfähigen Platten oder ähnlichen leitfähigen Schleifen der Signalmodulationselemente der ersten Art jeweils ungefähr parallele Plattenränder oder ungefähr parallele leitfähige Schleifensegmente umfassen, die senkrecht zu der Messachsenrichtung ausgerichtet sind. Jene parallelen Plattenränder oder parallelen leitfähigen Schleifensegmente begrenzen die effektive Region ihres zugehörigen Signalmodulationselements. Bei solchen Implementierungen sind jene parallelen Plattenränder oder parallelen leitfähigen Schleifensegmente bei der durchschnittlichen Abmessung DSME entlang der Messachsenrichtung beabstandet.
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Figurenliste
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- 1 ist ein isometrisches Ansichtsdiagramm in Explosionsdarstellung eines handwerkzeugartigen Messschiebers, der einen induktiven elektronischen Positionscodierer verwendet, einen Detektorteil und eine Skalierung aufweist.
- 2 ist ein Draufsichtsdiagramm, das schematisch bestimmte Merkmale eines repräsentativen induktiven elektronischen Positionscodierers des Stands der Technik veranschaulicht, der als Hintergrundinformation bereitgestellt ist, die für verschiedene hierin offenbarte Prinzipien relevant ist.
- 3 ist ein Draufsichtsdiagramm einer ersten beispielhaften Implementierung eines Detektorteils und Skalierungsmusters, die bei einem elektronischen Positionscodierer verwendbar sind, wie etwa dem in 1 gezeigten, zusammen mit verschiedenen Abmessungen, die ihre Merkmale gemäß hierin offenbarten Prinzipien kennzeichnen können.
- 4 ist eine vergrößerte isometrische Ansicht eines Teils des Detektorteils und Skalierungsmusters, die in 3 gezeigt sind, einschließlich einer qualitativen Darstellung eines Magnetflusses und von Flusskopplungsmerkmalen, die mit dem Betrieb eines Signalmodulationselements bei solch einem Positionscodierer verknüpft sein können.
- Die 5A und 5B sind Draufsichtsdiagramme, die schematisch jeweilige induktive elektronische Positionscodiererimplementierungen veranschaulichen, die bestimmte beispielhafte Abmessungen gemäß hierin offenbarten Prinzipien aufweisen.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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1 ist ein isometrisches Ansichtsdiagramm in einer Explosionsdarstellung eines handwerkzeugartigen Messschiebers 100, der ein Skalierungselement 172 und eine Schieberanordnung 120 aufweist. Das Skalierungselement 172 kann einen Holm mit ungefähr rechteckigem Querschnitt umfassen, der eine Skalierung 170 aufweist, die in einer Nut darin positioniert ist. Die Schieberanordnung 120 kann einen Boden 140, eine elektronische Anordnung 160 und eine Abdeckung 150 aufweisen, die nachstehend ausführlicher beschrieben werden. Die elektronische Anordnung 160 kann einen Detektorteil 167 und eine Signalverarbeitungskonfiguration 166, die auf einem Substrat 162 angeordnet sind, aufweisen. Eine Federdichtung (nicht gezeigt) kann zwischen der Abdeckung 150 und dem Substrat 162 zusammengedrückt werden, um Verschmutzung von der Schaltungsanordnung und Verbindungen auszuschließen. Die Skalierung 170, der Detektorteil 167 und die Signalverarbeitungskonfiguration 166 arbeiten zusammen, um einen induktiven elektronischen Positionscodierer bereitzustellen, der verwendet werden kann, um eine relative Position zwischen zwei Elementen (z. B. zwischen dem Skalierungselement 172 und der Schieberanordnung 120) entlang einer Messachsenrichtung MA zu messen.
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Bei verschiedenen Implementierungen erstreckt sich die Skalierung 170 entlang der Messachsenrichtung MA (z. B. entsprechend einer x-Achsenrichtung) und weist ein Signalmodulationsskalierungsmuster 180 auf, das Signalmodulationselemente SME umfasst, die auf einem Skalierungssubstrat (z. B. unter Verwendung bekannter Leiterplattenherstellungsverfahren) hergestellt werden. Bei verschiedenen hierin veranschaulichten Implementierungen kann das Signalmodulationsskalierungsmuster 180 alternativ als periodisches Skalierungsmuster 180 bezeichnet werden, welches derart gezeigt ist, dass es eine räumliche Wellenlänge W1 in 1 aufweist. Bei der veranschaulichten Implementierung deckt eine bekannte Art von Abdeckschicht 174 (z. B. 100 µm dick) die Skalierung 170 ab (wie durch einen weggeschnittenen Teil in 1 gezeigt).
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Bei verschiedenen Implementierungen können die mechanische Struktur und der Betrieb des Messschiebers
100 ähnlich wie jene von bestimmten bisherigen elektronischen Messschiebern sein, wie etwa jene der gemeinsam erteilten
US-Patente Nummer 5.901.458 ; und/oder 6.400.138 und/oder RE37490, von welchen jedes hierin gesamthaft aufgenommen ist. Die Backen
176 und
178 in der Nähe eines ersten Endes des Skalierungselements
172 und die beweglichen Backen
146 und
148 auf der Schieberanordnung
120 werden verwendet, um die Abmessungen von Gegenständen auf eine bekannte Art zu messen. Die gemessene Abmessung kann auf einer digitalen Anzeige
158 angezeigt werden, welche innerhalb der Abdeckung
150 der elektronischen Anordnung
160 montiert ist. Die Abdeckung
150 kann auch einen Ein-/Aus-Schalter
154 und sonstige optionale Steuertasten aufweisen, falls gewünscht, welche Schaltungen oder Elemente betätigen, die in der elektronischen Anordnung
160 enthalten sind. Der Boden
140 der Schieberanordnung
120 kann verschiedene bekannte Elemente aufweisen, die konfiguriert sind, um sie entlang eines übereinstimmenden Rands des Skalierungselements
172 zu führen, um eine geeignete Anordnung zur Messung sicherzustellen, während die Schieberanordnung
120 bezüglich der Skalierung
170 bewegt wird.
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Wie in 1 gezeigt ist, kann der Detektorteil 167 eine Felderzeugungsspule FGC und eine Gruppe von Erfassungselementen SETSEN, die entlang der Messachsenrichtung MA angeordnet sind, aufweisen. Bei einem spezifischen veranschaulichenden Beispiel kann der Detektorteil 167 parallel zu der Skalierung 170 und zu dieser hin ausgerichtet angeordnet sein und kann eine vordere Seite des Detektorteils 167, die zu der Skalierung 170 hin ausgerichtet ist, von der Skalierung 170 (und/oder von dem Skalierungsmuster 180) um eine Lücke in der Größenordnung von 0,5 mm entlang der Z-Achsenrichtung beabstandet sein. Die vordere Seite des Detektors 167 (z. B. seine konstituierenden Leiter) können durch eine isolierende Beschichtung abgedeckt sein. Die Struktur und der Betrieb der Felderzeugungsspule FGC und die Gruppe von Erfassungselementen SETSEN werden nachstehend ausführlicher beschrieben.
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Es wird zu erkennen sein, dass der Messschieber 100, der in 1 gezeigt ist, eine von verschiedenen Anwendungen ist, die typischerweise einen elektronischen Positionscodierer implementieren, der sich während mehreren Jahren weiterentwickelt hat, um eine relativ optimierte Kombination von kompakter Größe, Betrieb mit geringem Strom (z. B. für eine lange Batterielebensdauer), einer hohen Auflösung und Hochpräzisionsmessung, geringen Kosten, Robustheit gegenüber Verschmutzung usw. bereitzustellen. Selbst kleine Verbesserungen bei einem beliebigen dieser Faktoren sind sehr wünschenswert, jedoch schwer zu erzielen, insbesondere im Lichte der Gestaltungsbeschränkungen, die auferlegt werden, um einen kommerziellen Erfolg bei den verschiedenen Anwendungen zu erzielen. Die hierin offenbarten und beanspruchten Prinzipien stellen Verbesserungen bei einer Anzahl dieser Faktoren bereit.
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2 ist ein Draufsichtsdiagramm, das schematisch bestimmte Merkmale eines repräsentativen induktiven elektronischen Positionscodierers des Stands der Technik veranschaulicht, der in dem zuvor aufgenommenen '389-Patent gezeigt ist, das als Hintergrundinformation bereitgestellt ist, die für verschiedene Prinzipien relevant ist, die hierin an einer anderen Stelle offenbart sind. 2 weist ferner Bezugszeichenkommentare auf, um die vergleichbaren Bezugszeichen oder Symbole zu zeigen, die verwendet werden, um vergleichbare Elemente in anderen Figuren zu bezeichnen, die hier enthalten sind. Bei der folgenden abgekürzten Beschreibung, welche auf der Offenbarung des '389-Patents basiert, sind die vergleichbaren Bezugszeichen in anderen Figuren der vorliegenden Offenbarung in Klammern auf die ursprünglichen Bezugszeichen von dem '389-Patent folgend gezeigt. Eine vollständige Beschreibung bezüglich 2 des Stands der Technik ist in dem '382-Patent zu finden. Daher ist hier nur eine abgekürzte Beschreibung einschließlich der Lehren von dem '382-Patent, die bezüglich der vorliegenden Offenbarung relevant sind, hier enthalten. Soweit der Erfinder in der Lage gewesen ist, festzustellen, stellen die Lehren, die nachstehend unter Bezugnahme auf 2 genannt sind, die herkömmliche Argumentation und herkömmliche Gestaltungspraxis, die im Stand der Technik bekannt sind und/oder bei kommerziellen induktiven elektronischen Positionscodierern verwendet werden, dar.
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Wie in dem '389-Patent offenbart ist, weist ein Wandler, wie etwa der in 2 gezeigte, mindestens zwei im Wesentlichen koplanare Wege von Draht oder Wicklungen auf. Eine Senderwicklung 102 (FGC) bildet eine große planare Schleife. Eine Empfängerwicklung 104 (SETSEN) im Wesentlichen in derselben Ebene wie die Senderwicklung 102 ist in einer Richtung, wie durch die Pfeile angegeben ist, in einem Zick-Zack- oder sinusförmigen Muster, und dann in einer Rückwärtsrichtung, wie durch die Pfeile angegeben ist, ausgelegt, so dass sich die Wicklung über sich selbst kreuzt, um abwechselnde Schleifen 106 (SEN+) und 108 (SEN-) zu bilden, die zwischen sich eingefügt sind, wie gezeigt ist. Folglich weist jede der abwechselnden Schleifen 106 (SEN+) und 108 (SEN-) der Empfängerwicklung 104 (SETSEN) eine andere Wicklungsrichtung im Vergleich zu benachbarten Schleifen auf. Durch Anlegen eines Wechsel(sich ändernden)-stroms bei der Senderwicklung 102 (FGC) produziert die Senderwicklung ein zeitlich variierendes Magnetfeld, das sich durch die Schleifen 106 (SEN+) und 108 (SEN-) der Empfängerwicklung 104 (SETSEN) erstreckt.
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Wenn eine Skalierung oder ein Skalierungsmuster 112 (180) (wovon ein Segment durch Ränder hervorgehoben ist, die sich abwechselnde langgestrichelte Linien und kurzgestrichelte Linien in 2 angeben), einschließlich eines leitfähigen Gegenstands (z. B. eine leitfähige Platte 114 (SME), von welchen mehrere unter Verwendung von kurzen gestrichelten Linien auf dem Skalkierungsmuster 112 in 2 hervorgehoben sind) in die Nähe des Wandlers bewegt wird, wird das variierende Magnetfeld, das von der Senderwicklung 102 (FGC) erzeugt wird, Wirbelströme in dem leitfähigen Gegenstand induzieren, welche wiederum ein Magnetfeld anhand des Gegenstands festlegt, das dem variierenden Sendermagnetfeld entgegengewirkt. Folglich wird der Magnetfluss, den die Empfängerwicklung 104 (SETSEN) erhält, geändert oder unterbrochen, wodurch bewirkt wird, dass die Empfängerwicklung ein Nicht-Null-EMF-Signal (eine Spannung) an den Ausgangsanschlüssen V+ und V- der Empfängerwicklung 104 ausgibt, welches die Polarität ändern wird, wenn sich der leitfähige Gegenstand zwischen der „+“- und„-“-Schleife 106 (SEN+) und 108 (SEN-) bewegt.
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Die Entfernung zwischen dem Standort von zwei Schleifen mit derselben Polarität (z. B. von dem Standort einer Schleife 106 (SEN+) zu dem Standort der nächsten Schleife 106 (SEN+)) ist als ein Abstand oder Wellenlänge 110 (W1) des Wandlers definiert. Wenn sich der zuvor beschriebene leitfähige Gegenstand (z. B. eine leitfähige Platte 114 (SME)) in der Nähe der Empfängerwicklung 104 (SETSEN) befindet und kontinuierlich bezüglich der Position entlang einer Messachse 300 (MA) geändert wird, wird sich die AC-Amplitude der Signalausgabe von der Empfängerwicklung (SETSEN) kontinuierlich und regelmäßig mit der Wellenlänge 110 (W1) aufgrund der regelmäßigen Änderung der Schleifen 106 (SEN) und 108 (SEN) und der lokalen Unterbrechung des gesendeten Magnetfelds, das von dem leitfähigen Gegenstand (z. B. eine leitfähige Platte 114 (SME)) hervorgerufen wird, ändern.
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Das '389-Patent betont, dass, wenn der leitfähige Gegenstand (z. B. eine leitfähige Platte 114 (SME)) viel kleiner oder größer als die Schleifen 106 und/oder 108 (SEN+, SEN-) ist, dann die Amplitude der Signalausgabe schwach sein wird und eine hohe Präzision schwer zu erreichen sein wird. Die Signalausgabe wird eine große Amplitude aufweisen und somit höchst empfindlich gegenüber der Position des leitfähigen Gegenstands (z. B. eine leitfähige Platte 114 (SME)) sein, wenn sie eine Länge aufweist, die ungefähr der Hälfte der Wellenlänge 110 (W1) entspricht (d. h., wenn es möglich ist, dass der Gegenstand übereinstimmend mit den Schleifen 106 oder 108 (SEN+ oder SEN-) genau positioniert wird). Folglich setzt die vorliegende Erfindung vorzugsweise leitfähige Gegenstände (z. B. leitfähige Platten 114 (SME)) ein, die eine Länge aufweisen, die einer Hälfte der Wellenlänge 110 (W1) entspricht.
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Es wird zu erkennen sein, dass die Senderwicklung 102 (FGC) und die Empfängerwicklung 104 (SETSEN), die in 2 gezeigt sind und zuvor beschrieben wurden, ein Beispiel einer Implementierung des Stands der Technik von Elementen sind, die hierin als Detektorteil bezeichnet sind (z. B. der Detektorteil 167, der in 1 gezeigt ist). Die Skalierung oder das Skalierungsmuster 112 (180) ist ein Beispiel einer Implementierung des Stands der Technik, die hierin als Skalierungsmuster bezeichnet wird (z. B. das Skalierungsmuster 180, das in 1 gezeigt ist).
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3 ist ein Draufsichtsdiagramm einer ersten beispielhaften Implementierung eines Detektorteils 367 und eines Skalierungsmusters 380, die bei einem elektronischen Positionscodierer, wie etwa dem in 1 gezeigten, oder dergleichen verwendet werden können, zusammen mit verschiedenen Abmessungen, die ihre Merkmale gemäß hierin offenbarten Prinzipien kennzeichnen können. Verschiedene Merkmale des Detektorteils 367 und des Skalierungsmusters 380 sind konfiguriert, um verschiedene hierin offenbarte und beanspruchte Gestaltungsprinzipien zu erfüllen. Es wird zu erkennen sein, dass bestimmte nummerierte Komponenten 3XX von 3 ähnlichen Operationen oder Funktionen wie die ähnlich nummerierten Komponenten 1XX von 1 und/oder 2 entsprechen und/oder diese bereitstellen können (z. B. stellt der Detektorteil 367 ähnliche Operationen oder Funktionen dem Detektorteil 167 bereit) und ähnlich verstanden werden können, soweit nicht das Gegenteil angegeben ist.
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3 kann als teilweise repräsentativ, teilweise schematisch betrachtet werden. Ein vergrößerter Abschnitt des Detektorteils 367 und des Skalierungsmusters 380 ist in dem unteren Teil von 3 veranschaulicht. In 3 sind die verschiedenen Elemente, die nachstehend beschrieben sind, durch ihre Form oder ihren Umriss dargestellt und einander überlagernd gezeigt, um bestimmte geometrische Verhältnisse zu betonen. Es versteht sich, dass sich verschiedene Elemente auf verschiedenen Herstellungsschichten befinden können, die auf verschiedenen Ebenen entlang der z-Achsenrichtung liegen, wie notwendig ist, um verschiedene Betriebslücken und/oder Isolierschichten bereitzustellen, wie für einen Fachmann auf Grundlage der folgenden Beschreibung ersichtlich sein wird. In den gesamten Figuren dieser Offenbarung wird zu erkennen sein, dass die veranschaulichten x-Achsen-, y-Achsen- und/oder z-Achsenabmessungen von einem oder mehreren Elementen der Klarheit wegen größer dargestellt sein können, wenngleich sich versteht, dass sie nicht den verschiedenen Abmessungsgestaltungsprinzipien und -beziehungen, die hierin offenbart und beansprucht sind, widersprechen sollen.
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Der veranschaulichte Teil des Skalierungsmusters 380 weist eine erste Art von Signalmodulationselementen SME auf, die in einem gestrichelten Umriss gezeigt sind. Das periodische Skalierungsmuster 380 weist eine räumliche Wellenlänge W1 auf. Bei dieser Implementierung umfassen die Signalmodulationselemente SME der ersten Art ähnliche leitfähige Platten (wie sie z. B. durch Regionen gebildet sind, die auf einer Leiterplatte hergestellt sind, oder wie sie durch erhöhte Regionen gebildet sind, die sich von einem leitfähigen Substrat erstrecken). Bei anderen Implementierungen können sie jedoch ähnliche leitfähige Schleifen umfassen (wie sie z. B. durch Leiterbahnen auf einer Leiterplatte gebildet sind), wie nachstehend ausführlicher beschrieben ist. In jedem Fall liegen sie entlang der Messachsenrichtung MA entsprechend der räumlichen Wellenlänge W1. Das Skalierungsmuster 380 ist allgemein auf einer Skalierung (z. B. der Skalierung 170, die in 1 gezeigt ist) implementiert. Die y-Richtungsenden des Großteils der Signalmodulationselemente SME sind unter dem ersten und zweiten verlängerten Teil EP1 und EP2 der Felderzeugungsspule FGC bei der Implementierung, die in 3 veranschaulicht ist, versteckt. Es wird zu verstehen sein, dass sich das Skalierungsmuster 380 bezüglich des Detektorteils 367 während dem Betrieb bewegt, wie in 1 zu sehen ist.
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In dem Beispiel von 3 weist das Skalierungsmuster 380 eine nominale Skalierungsmusterbreitenabmessung NSPWD entlang der y-Achsenrichtung auf und umfasst allgemein rechteckige Signalmodulationselemente SME, die regelmäßig entlang der Messachsenrichtung MA (z. B. entsprechend der x-Achsenrichtung) angeordnet sind. Z. B. kann allgemeiner das Skalierungsmuster 380 verschiedene alternative räumlich modulierte Muster einschließlich alternativen Signalmodulationselementkonfigurationen umfassen, vorausgesetzt, das Muster weist ein räumliches Merkmal auf, welches sich als Funktion der Position entlang der x-Achsenrichtung ändert, um positionsabhängige Detektorsignale bereitzustellen (auch als Detektorsignalkomponenten bei einigen Implementierungen bezeichnet), die bei den Erfassungselementen SEN (z. B. SEN14) der Gruppe von Erfassungselementen SETSEN bei dem Detektorteil 367 auftreten.
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Bei verschiedenen Implementierungen ist der Detektorteil 367 konfiguriert, um in der Nähe des Skalierungsmusters 380 montiert zu werden und sich entlang der Messachsenrichtung MA bezüglich des Skalierungsmusters 380 zu bewegen. Der Detektorteil weist eine Felderzeugungsspule FGC und eine Gruppe von Erfassungselementen SETSEN, welche eine Vielzahl an alternativen Konfigurationen annehmen können, die in Kombination mit einer Vielzahl an entsprechenden Signalverarbeitungsschemas bei verschiedenen Implementierungen zu verwenden sind, auf, wie ein Fachmann verstehen wird. 3 zeigt eine einzige repräsentative Gruppe von Erfassungselementen SEN1-SEN24, welche bei dieser Implementierung Erfassungsschleifenelemente umfassen (die alternativ als Erfassungsspulenelemente oder Erfassungswicklungselemente bezeichnet werden), welche in Reihe geschaltet sind. Bei dieser Implementierung werden benachbarte Schleifenelemente durch eine Konfiguration von Leitern auf verschiedenen Schichten der PCB (z. B. durch Durchführungen verbunden) gemäß bekannten Verfahren verbunden (wie z. B. in 4 veranschaulicht), so dass sie entgegengesetzte Wicklungspolaritäten aufweisen. D. h., wenn eine erste Schleife auf ein sich änderndes Magnetfeld mit einem positiven Polaritätsdetektorsignalbeitrag reagiert, dann reagieren die benachbarten Schleifen mit einem negativen Polaritätsdetektorsignalbeitrag. Die Schleifen, die einen positiven Polaritätsdetektorsignalbeitrag aufweisen, können hierin als SEN+-Erfassungselemente bezeichnet werden, und Schleifen, die einen negativen Polaritätsdetektorsignalbeitrag aufweisen, können hierin als SEN-Erfassungselemente in verschiedenen Kontexten bezeichnet werden. Bei dieser Implementierung sind die Erfassungselemente in Reihe geschaltet, so dass deren Detektorsignale oder Signalbeiträge summiert werden und ein „summiertes“ Detektorsignal an den Detektorsignalausgangsverbindungen SDS1 und SDS2 an eine Signalverarbeitungskonfiguration (nicht gezeigt) ausgegeben wird.
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Wenngleich
3 eine einzige Gruppe von Erfassungselementen zeigt, um eine visuelle Verwechslung zu vermeiden, wird zu erkennen sein, dass es bei verschiedenen Implementierungen vorteilhaft ist, den Detektor zum Bereitstellen von einer oder mehreren zusätzlichen Gruppen von Erfassungselementen in einer anderen Raumphasenposition (z. B. zum Bereitstellen von Quadratursignalen) zu konfigurieren, wie ein Fachmann verstehen wird. Es sollte jedoch zu erkennen sein, dass die Konfigurationen der hierin beschriebenen Erfassungselemente nur beispielhaft und nicht einschränkend sind. Als ein Beispiel können einzelne Erfassungselementschleifen einzelne Signale an eine entsprechende Signalverarbeitungskonfiguration bei einigen Implementierungen ausgeben, wie zum Beispiel in der gemeinsam erteilten parallel anhängigen
US-Patentanmeldung Nr. 15/199.723 offenbart ist, die am 30. Juli 2016 eingereicht wurde, welche hierbei in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme aufgenommen ist. Allgemeiner können verschiedene bekannte Erfassungselementkonfigurationen in Kombination mit den hierin offenbarten und beanspruchten Prinzipien zur Verwendung in Kombination mit verschiedenen bekannten Skalierungsmuster- und Signalverarbeitungsschemas bei verschiedenen Implementierungen verwendet werden.
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Die verschiedenen Elemente der Gruppe von Erfassungselementen SETSEN und die Felderzeugungsspule FGC können auf einem Substrat (z. B. dem Substrat 162 von 1) fixiert werden. Die Felderzeugungsspule FGC kann derart beschrieben werden, dass sie einen Innenbereich INTA umgibt, der eine nominale Spulenbereichslängenabmessung NCALD entlang der x-Achsenrichtung und eine nominale Spulenbereichsbreitenabmessung von ungefähr YSEP entlang der y-Achsenrichtung aufweist. Der Innenbereich INTA fluchtet mit dem periodischen Skalierungsmuster 380 der Signalmodulationselemente SME während dem Betrieb, ungefähr wie veranschaulicht. Bei der veranschaulichten Implementierung umfasst die Felderzeugungsspule FGC eine einzige Windung, die den Innenbereich INTA umgibt. Es versteht sich jedoch, dass bei verschiedenen anderen Implementierungen die Felderzeugungsspule FGC mehrere Wicklungen und/oder Mänder umfassen kann, um im Betrieb den Innenbereich INTA zu umgeben (z. B. im Betrieb teilweise zu umgeben), der mit dem Skalierungsmuster 380 fluchtet, sowie im Betrieb andere Innenbereiche zu umgeben (z. B. im Betrieb teilweise zu umgeben), die mit Skalierungsleiterbahnen fluchten, die andere Skalierungsmuster aufweisen, wie in den aufgenommenen Literaturen offenbart ist. In jedem Fall erzeugt im Betrieb die Felderzeugungsspule FGC einen sich ändernden Magnetfluss in dem Innenbereich INTA als Reaktion auf ein Spulenantriebssignal. Bei der veranschaulichten Implementierung können der erste und zweite Verbindungsteil CP1 und CP2 verwendet werden, um ein Spulenantriebssignal von einer Signalverarbeitungskonfiguration (z. B. die Signalverarbeitungskonfiguration 166 von 1) mit der Felderzeugungsspule FGC zu verbinden.
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Die Gruppe von Erfassungselementen SETSEN (z. B. die Erfassungselemente SEN1-SEN24) sind entlang der x-Achsenrichtung (z. B. entsprechend der Messachsenrichtung MA) angeordnet und sind auf dem Substrat (z. B. dem Substrat 162 von 1) fixiert. Wie in 3 gezeigt ist, umfassen die Elemente der Gruppe von Erfassungselementen leitfähige Schleifen oder leitfähige Schleifenteile (z. B. SEN1- SEN24), die eine nominale Erfassungselementbreitenabmessung DSEN entlang der x-Achsenrichtung (der Messachsenrichtung MA) aufweisen, zumindest für jenen Teil des Erfassungselements, der mit dem Innenbereich INTA fluchtet oder diesen überlappt. In dem Beispiel von 3 weist jedes der Erfassungselemente SEN eine nominale Erfassungselementbreitenabmessung NSEWD entlang der y-Achsenrichtung auf, wobei mindestens eine Mehrheit der nominalen Erfassungselementbreitenabmessung NSEWD innerhalb der nominalen Spulenbereichsbreitenabmessung YSEP entlang der y-Achsenrichtung enthalten ist. Die Elemente der Gruppe von Erfassungselementen SETSEN sind konfiguriert, um Detektorsignale bereitzustellen, welche auf eine lokale Auswirkung auf den sich ändernden Magnetflusses reagieren, der von benachbarten Signalmodulationselementen SME des Skalierungsmusters 380 (z. B. einem oder mehreren Signalmodulationselementen SME) bereitgestellt wird. Eine Signalverarbeitungskonfiguration (z. B. die Signalverarbeitungskonfiguration 166 von 1 usw.) kann konfiguriert sein, um eine Position der Gruppe von Erfassungselementen SETSEN bezüglich des Skalierungsmusters 380 auf Grundlage der Detektorsignale, die von dem Detektorteil 367 eingegeben werden, zu bestimmen. Allgemein können die Felderzeugungsspule FGC und die Gruppe von Erfassungselementen SETSEN oder dergleichen gemäß bekannten Prinzipien (z. B. für induktive Codierer) arbeiten, wie etwa die in den aufgenommenen Literaturen beschriebenen.
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Bei verschiedenen Implementierungen sind die Felderzeugungsspule FGC und die Erfassungselemente SEN voneinander isoliert (wie z. B. in verschiedenen Schichten einer Leiterplatte usw. liegend). Bei einer solchen Implementierung ist die nominale Erfassungselementbreitenabmessung NSEWD der Erfassungselemente SEN vorteilhafterweise größer als die nominale Spulenbereichsbreitenabmessung YSEP und erstreckt sich über die Innenränder der verlängerten Teile EP1 oder EP2 um ein Maß, das als eine Überlappungsabmessung definiert ist, hinaus. Zusätzlich kann die Felderzeugungsspule FGC vorteilhafterweise derart konfiguriert sein, dass die Leiterbahnbreite der verlängerten Teile EP1 und EP2 entlang der y-Achsenrichtung größer als die entsprechende Überlappungsabmessung ist. Bei verschiedenen Implementierungen können die verlängerten Teile EP1 und EP2 auf einer ersten Schicht einer Leiterplatte hergestellt sein und können die Erfassungselemente SEN leitfähige Schleifen umfassen, die in einer oder mehreren Schichten der Leiterplatte hergestellt sind, die eine Schicht umfassen, die sich von der ersten Schicht unterscheidet, zumindest in der Nähe der Überlappungsabmessung.
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Wie zuvor angegeben wurde, kann bei einigen Implementierungen die Felderzeugungsspule FGC eine leitfähige Leiterbahn oder leitfähige Leiterbahnen umfassen, die auf der Leiterplatte hergestellt sind, und können die Elemente SEN der Gruppe von Erfassungselementen SETSEN Magnetflusserfassungsschleifen oder -schleifenteile umfassen, die durch leitfähige Leiterbahnen gebildet sind, die auf der Leiterplatte hergestellt sind. Wie zuvor bezüglich 1 beschrieben wurde, kann bei verschiedenen Implementierungen der Detektorteil 367 in verschiedenen Arten von Messinstrumenten (z. B. Messschieber, Mikrometer, Messgeräte, Linearskalierungen usw.) enthalten sein. Zum Beispiel kann der Detektorteil 367 an einem Schiebeelement fixiert sein und kann das Skalierungsmuster 380 an einem Stangen- oder Holmelement fixiert sein, das eine Messachse aufweist, die mit einer x-Achsenrichtung übereinstimmt. Bei solch einer Konfiguration kann das Schiebeelement beweglich auf dem Stangen- oder Holmelement montiert sein und entlang der Messachsenrichtung MA in einer Ebene beweglich sein, die sich entlang der x-Achsenrichtung und einer y-Achsenrichtung erstreckt, wobei eine z-Achsenrichtung senkrecht zu der Ebene ist.
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Bezüglich des vergrößerten Abschnitts des Detektorteils 367 und des Skalierungsmusters 380, die in dem unteren Teil von 3 veranschaulicht sind, sind drei beispielhafte Elemente SEN14, SEN15 und SEN16 der Gruppe von Erfassungselementen SETSEN und zwei beispielhafte Signalmodulationselemente SME gezeigt, die von Teilen der Felderzeugungsspule FGC begrenzt werden. Bei dieser Implementierung können die Erfassungselemente durch Leiterbahnen gebildet sein, die auf einer ersten und zweiten Schicht einer Leiterplatte mit einer Schicht eines Isoliermaterials dazwischen hergestellt sind. Die Leiterbahnen der „ersten Schicht“ sind als durchgezogene Linien gezeigt, und die Leiterbahnen der „zweiten Schicht“ sind als gestrichelte Linien gezeigt. Die kleinen Pfeile zeigen eine Richtung des Stromflusses, der in den Leiterbahnen durch ein sich änderndes Magnetfeld induziert wird, das anhand der Felderzeugungsspule FGC entsteht. Es ist zu sehen, dass das Erfassungselement SEN14 als eine „SEN+“-Polaritätsschleife aufgrund seiner zugehörigen Stromrichtung gekennzeichnet sein kann und das benachbarte Erfassungselement SEN15 als „SEN-“-Polaritätsschleife aufgrund seiner zugehörigen „entgegengesetzten Polaritäts-“stromrichtung gekennzeichnet sein kann. Das nächste benachbarte Erfassungselement SEN16 kann erneut als eine „SEN+“-Polaritätsschleife gekennzeichnet sein und so weiter. Verschiedene Elemente, die in dem vergrößerten Abschnitt in 3 gezeigt sind, können durch Verhältnisse zwischen den Abmessungen DSEN und DSME und die räumliche Wellenlänge W1 gekennzeichnet sein.
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DSEN ist die nominale Erfassungselementbreitenabmessung entlang der Messachsenrichtung MA für jenen Teil eines Erfassungselements SEN, der mit dem Innenbereich INTA fluchtet oder diesen überlappt. Es ist zu sehen, dass dies der Teil des Erfassungselements SEN ist, der mit der Spanne der Abmessung YSEP entlang der y-Achsenrichtung übereinstimmt. Bei verschiedenen Implementierungen kann die nominale Erfassungselementbreitenabmessung DSEN als die Abmessung bei der maximalen Breite eines Erfassungselements SEN für jenen Teil betrachtet werden, der mit dem Innenbereich INTA fluchtet oder diesen überlappt. Zusätzliche Beispiele der Abmessung DSEN für andere Konfigurationen von Erfassungselementen SEN sind in den 5A und 5B gezeigt.
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DSME ist die durchschnittliche Abmessung entlang der Messachsenrichtung MA der „effektiven Region“ von Signalmodulationselementen SME (der ersten Art). Die effektive Region EffR eines Signalmodulationselements SME ist hier als jener Teil definiert, welcher mit der y-Achsenabmessung des Innenbereichs INTA fluchtet oder diese überlappt und mit der y-Achsenabmessung der Erfassungselemente SEN fluchtet oder diese überlappt. Die effektive Region EffR produziert den Primärsignalmodulationseffekt bei den Erfassungselementen SEN. Es ist zu sehen, dass dies der Teil des Signalmodulationselements SME ist, der mit der Spanne der Abmessung YSEP entlang der y-Achsenrichtung für die Implementierung, die in 3 gezeigt ist, übereinstimmt, da die Abmessung YSEP des Innenbereichs INTA der Feldeerzeugungsspule FGC kleiner als die y-Achsenabmessung der Erfassungselemente SEN ist und in dieser enthalten ist. Bei verschiedenen Implementierungen kann die durchschnittliche Abmessung DSME eines Signalmodulationselements SME als der Bereich der effektiven Region EffR eines Signalmodulationselements SME geteilt durch die y-Achsenrichtungabmessung der effektiven Region EffR betrachtet werden. Zusätzliche Beispiele der Abmessung DSME für andere Konfigurationen von Signalmodulationselementen SME sind in den 5A und 5B gezeigt.
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Wie zuvor bezüglich 2 erläutert wurde, ist es für Erfassungselemente, wie etwa die Erfassungselemente SEN, herkömmlich gewesen, über eine nominale Erfassungselementbreitenabmessung DSEN zu verfügen, die 0,5*W1 beträgt. Solch eine Abmessung kann bei verschiedenen Implementierungen vorteilhaft sein. Wie zuvor bezüglich 2 erläutert wurde, ist es ferner auch herkömmlich gewesen, dass Signalmodulationselemente, wie etwa die Signalmodulationselemente SME, über eine durchschnittliche Breitenabmessung DSME verfügen, die 0,5*W1 beträgt, und/oder dass die durchschnittliche Breitenabmessung DSME dieselbe wie die nominale Erfassungselementbreitenabmessung DSEN ist.
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Im Unterschied zu der zuvor erläuterten Gestaltungspraxis des Stands der Technik sollte zu erkennen sein, dass es in einigen Ausführungsformen gemäß hierin offenbarten Prinzipien nicht streng notwendig ist, dass die nominale Erfassungselementabmessung DSEN 0,5*W1 beträgt. Die nominalen Erfassungselementabmessungen DSEN, die kleiner oder größer als 0,5*W1 sind, können aus verschiedenen Gründen bei bestimmten Anwendungen gewählt werden und können geeignete Signale und eine geeignete Präzision bereitstellen. Zum Beispiel kann bei einigen Implementierungen DSEN eine beliebige Größe innerhalb eines Bereichs aufweisen, der größer als 0,45*W1 und kleiner als 0,55*W1 ist. Natürlich kann bei einigen Implementierungen DSEN ungefähr 0,5*W1 betragen.
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Unabhängig von der Größe der nominalen Erfassungselementabmessung DSEN, im Unterschied zu Gestaltungspraktiken des Stands der Technik, gemäß hierin offenbarten und beanspruchten Prinzipien ist es vorteilhaft, wenn die durchschnittliche Breitenabmessung DSME der Signalmodulationselemente SME größer als die nominale Erfassungselementabmessung DSEN ist und auch bestimmte Konditionen bezüglich der räumlichen Wellenlänge W1 erfüllt. Insbesondere hat der Erfinder bestimmt, dass es vorteilhaft ist, wenn die effektive Region der Signalmodulationselemente SME derart konfiguriert ist, dass sie eine durchschnittliche Abmessung DSME entlang der Messachsenrichtung aufweist, wobei DSME größer als die nominale Erfassungselementbreitenabmessung DSEN entlang der Messachsenrichtung ist und DSME mindestens 0,55*W1 und höchstens 0,8*W1 beträgt. Solch eine Konfiguration stellt vorteilhafte Detektorsignalmerkmale (z. B. unter Bereitstellung eines besseren Signal-Rausch(S/N)-Verhältnisses und/oder reduzierter Fehlerkomponenten bei den Detektorsignalen) im Vergleich zu Konfigurationen gemäß Gestaltungsprinzipien des Stands der Technik bereit. Bei einigen solcher Implementierungen kann es vorteilhaft sein, wenn die durchschnittliche Abmessung DSME höchstens 1,6*DSEN beträgt. Bei einigen Implementierungen kann es vorteilhaft sein, wenn die durchschnittliche Abmessung DSME mindestens 0,6*W1 oder höchstens 0,66*W1 bei anderen Implementierungen oder mindestens 0,7*W1 bei anderen Implementierungen beträgt. Zum Beispiel kann die Verwendung von größeren Werten der durchschnittlichen Abmessung DSME vorteilhaft sein, wenn größere Betriebslücken zwischen dem Detektorteil 367 und dem Skalierungsmuster 380 verwendet werden und/oder wenn die Signalmodulationselemente SME der ersten Art leitfähige Platten umfassen, wie nachstehend unter Bezugnahme auf 4 ausführlicher beschrieben wird.
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4 ist eine vergrößerte isometrische Ansicht eines Teils des Detektorteils 367 und des Skalierungsmusters 380, die in 3 gezeigt sind, einschließlich einer qualitativen Darstellung eines Magnetflusses und von Flusskopplungsmerkmalen, die mit dem Betrieb eines Signalmodulationselements SME bei solch einem Positionscodierer verknüpft sein können.
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4 zeigt die Reaktion eines Signalmodulationselements SME auf ein erzeugtes sich änderndes Magnetfeld GCMF, das von der Felderzeugungsspule FGC bereitgestellt wird, wie zuvor erläutert wurde. Wie in 4 gezeigt ist, erzeugt ein angelegter Spulenantriebssignalstrom Igen in der Felderzeugungsspule FGC das sich ändernde Magnetfeld GCMF, welches sich induktiv mit dem Signalmodulationselement SME koppelt. Das Signalmodulationselement SME ist schematisch als eine leitfähige Schleife in 4 veranschaulicht. Als Reaktion auf das gekoppelte sich ändernde Magnetfeld GCMF wird ein induzierter Strom lind in dem Signalmodulationselement SME produziert, welcher ein induziertes Magnetfeld erzeugt, das durch Flusslinien (die Flusslinien einschließlich der Pfeilköpfe in 4) dargestellt ist. Die veranschaulichten Flusslinien stellen einen zentralen Magnetfluss CF, der durch die zentralen Magnetflusslinien CFL dargestellt ist, und einen am Rande liegenden Magnetfluss MF, der durch die geschlossenen am Rande liegenden Magnetflusslinien MFL1-MFL3 dargestellt ist, welcher die leitfähige Schleife des Signalmodulationselements SME einkreisend gezeigt ist, dar.
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Allgemein versteht sich, dass die Elemente der Gruppe von Erfassungselementen SETSEN Signale (oder Signalbeiträge) produzieren, die auf den induzierten sich ändernden Magnetfluss reagieren, der wie zuvor erläutert dargestellt ist. Insbesondere reagieren die produzierten Signale auf die Menge an Magnetfluss, der effektiv durch deren Innenschleifenbereich gekoppelt ist, um einen Signalbeitrag oder eine Signalkomponente zu produzieren, welcher bzw. welche als ein Strom Isense in dem Erfassungselement SEN14 in 4 dargestellt ist. Wie in 4 gezeigt ist, können bei verschiedenen Implementierungen der Detektorteil 367 und das Skalierungsmuster 380 ungefähr planar sein (z. B. können sie ungefähr planare Substrate aufweisen oder auf diesen gebildet sein) und kann der Detektorteil 367 derart konfiguriert sein, dass er ungefähr parallel zu dem periodischen Skalierungsmuster 380 mit einer nominalen Betriebslücke GapZ zwischen ihren jeweiligen Leitern montiert ist. Zum Beispiel kann bei verschiedenen Implementierungen die nominale Betriebslücke GapZ mindestens 0,075*W1 betragen, um einen praktischen Zusammenbau und Fluchtungstoleranzen zu ermöglichen. Bei einigen solcher Implementierungen kann die nominale Betriebslücke mindestens 0,15*W1 betragen. Wie in 4 gezeigt ist, wird der zentrale Magnetfluss CF allgemein effektiv durch das Erfassungselement SEN14 über einen praktischen Bereich von Betriebslücken gekoppelt werden. Aufgrund der Betriebslücke kann jedoch mindestens ein Teil des am Rande liegenden Magnetflusses MF möglicherweise nicht effektiv durch das Erfassungselement SEN14 gekoppelt werden. Zum Beispiel werden bei einer relativ größeren Abmessung für die Betriebslücke GapZ, wie in 4 vergrößert dargestellt ist, keine der am Rande liegenden Magnetflusslinien MFL1-MFL3 durch das Erfassungselement SEN14 gekoppelt und tragen nicht zu dem Strom Isense bei. Folglich entspricht für die Konfiguration, die qualitativ in 4 veranschaulicht ist, die effektive Breite Weff (durch eine gestrichelte Linie in 4 dargestellt) des Signalmodulationselements SME, die von dem Erfassungselement SEN14 erfasst wird, nur den gekoppelten zentralen Magnetflusslinien CFL. Es ist in 4 zu sehen, dass, selbst wenn die Betriebslücke GapZ reduziert wird, zum Beispiel, um die am Rande liegende Magnetflusslinie MFL3 durch das Erfassungselement SEN14 zu koppeln, die effektive Breite Weff immer noch geringer als die durchschnittliche Abmessung DSME des Signalmodulationselements SME wäre. Somit weist im Unterschied zu den Lehren des Stands der Technik, die zuvor unter Bezugnahme auf 2 erläutert wurden, ein Signalmodulationselement SME vorteilhafterweise eine durchschnittliche Abmessung DSME auf, die größer als die nominale Erfassungselementbreitenabmessung DSEN ist, um über eine effektive Breite Weff zu verfügen, die der nominalen Erfassungselementbreitenabmessung DSEN eines Erfassungselements SEN entspricht, um die maximale Signalvariation zu produzieren, wenn es hinter jenes Erfassungselement entlang der Messachsenrichtung bewegt wird. Zum Beispiel kann es bei einigen Implementierungen wünschenswert sein, dass die Abmessung DSEN und die Abmessung Weff ungefähr 0,5*W1 betragen, was gemäß der vorherigen Analyse bedeutet, dass, wenn eine praktische Betriebslücke GapZ verwendet wird, die durchschnittliche Abmessung DSME eines Signalmodulationselements SME wünschenswerterweise 0,6*W1 bei einigen solcher Implementierungen betragen kann.
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Als weitere Erwägung sollte zu erkennen sein, dass das räumliche Filtern verschiedener räumlicher Oberschwingungen bei den Detektorsignalen (wie sie z. B. bei dem Erfassungsstrom Isense auftreten können) auch von der effektiven Breite Weff anstelle der durchschnittlichen Abmessung DSME des Signalmodulationselements SME abhängen kann. Wenn zum Beispiel die Abmessung DSEN der Erfassungselemente SEN in dem Detektorteil 367 ungefähr 0,5*W1 beträgt, werden die geraden nummerierten räumlichen Oberschwingungen größtenteils von den Detektorsignalen entfernt. Jedoch können die ungeraden räumlichen Oberschwingungen, die 0,33*W1 entsprechen, und so weiter verbleiben. Wenn erwünscht ist, die dritte räumliche Oberschwingung räumlich zu filtern, kann es wünschenswert sein, dass die Abmessung Weff ungefähr 0,66*W1 beträgt, was gemäß der vorherigen Analyse bedeutet, dass die durchschnittliche Abmessung DSME eines Signalmodulationselements SME wünschenswerterweise mindestens 0,66*W1 oder mindestens 0,7*W1 oder mehr betragen kann, um die gewünschte Abmessung Weff zu produzieren, die das gewünschte räumliche Filtern bereitstellt.
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Es sollte zu erkennen sein, dass, wenn die Signalmodulationselemente SME leitfähige Platten anstelle von leitfähigen Schleifen sind, wie in 4 gezeigt ist, eine Verteilung von „konzentrischen“ Wirbelströmen bei solchen leitfähigen Platten als Reaktion auf das erzeugte sich ändernde Magnetfeld GCMF produziert werden kann. Diese Wirbelströme sind im Betrieb mit dem induzierten Strom lind vergleichbar, der in 4 gezeigt ist. Wenn jedoch die leitfähige Platte eine durchschnittliche Abmessung DSME aufweist, die dieselbe wie die leitfähige Schleife SME ist, die in 14 gezeigt ist, dann wird aufgrund ihres verteilten „konzentrischen“ Musters ihrer Wirbelströme ihr „äquivalenter Stromstandort“ irgendwo innerhalb der Ränder der leitfähigen Platte liegen, was zu einer noch kleineren effektiven Breite Weff führt als jene, die mit einer leitfähigen Schleife ähnlicher Größe verknüpft ist. Folglich kann es besonders wünschenswert sein, dass ein Signalmodulationselement SME der leitfähigen Plattenart eine durchschnittliche Abmessung DSME aufweist, die zum größeren Ende der zuvor erläuterten wünschenswerten Bereiche hin liegt.
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Die 5A und 5B sind Draufsichtdiagramme, die schematisch jeweilige induktive elektronische Positionscodiererimplementierungen veranschaulichen, wobei sie weitere Beispiele der Abmessungen DSEN und DSME veranschaulichen, die zuvor unter Bezugnahme auf 3 erläutert wurden. Es wird zu erkennen sein, dass bestimmte nummerierte Komponenten 5XX der 5A und 5B ähnlichen Operationen oder Funktionen wie der ähnlich nummerierten Komponenten 3XX von 3 entsprechen und/oder diese bereitstellen können und ähnlich verstanden werden können, soweit nicht das Gegenteil angegeben ist.
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Bei der in 3 gezeigten Implementierung umfassen die leitfähigen Schleifen oder leitfähigen Schleifenteile der Erfassungselemente SEN ungefähr parallele Leitersegmente, die entlang der y-Achsenrichtung (senkrecht zu der Messachsenrichtung) ausgerichtet sind und die konfiguriert sind, um mit dem Innenbereich INTA zu fluchten oder diesen zu überlappen, und sind die parallelen Leitersegmente bei der nominalen Erfassungselementbreitenabmessung DSEN entlang der Messachsenrichtung beabstandet. Zusätzlich umfassen die ähnlichen leitfähigen Platten (oder ähnliche leitfähige Schleifen) der Signalmodulationselemente SME der ersten Art ungefähr parallele Plattenränder (oder ungefähr parallele leitfähige Schleifensegmente), die entlang der y-Achsenrichtung (senkrecht zu der Messachsenrichtung) ausgerichtet sind. Jene parallelen Plattenränder (oder parallelen leitfähigen Schleifensegmente) begrenzen die effektive Region ihres zugehörigen Signalmodulationselements SME. Bei solchen Implementierungen sind jene parallelen Plattenränder (oder parallelen leitfähigen Schleifensegmente) bei der durchschnittlichen Abmessung DSME entlang der Messachsenrichtung beabstandet. Bei verschiedenen Implementierungen müssen die Grenzen, die sich entlang der y-Achsenrichtung der Erfassungselemente SEN und/oder der Signalmodulationselemente SME erstrecken, nicht gerade oder parallel sein.
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Die 5A und 5B zeigen die räumliche Wellenlänge W1 und die zuvor erläuterten Abmessungen DSEN und DSME, wie sie bei einem ungeraden Grenzprofil für die Signalmodulationselemente SME in 5A und für ein ungerades Grenzprofil für ein Erfassungselement in 5B angewendet werden. Die zuvor genannte effektive Region EffR der Signalmodulationselemente SME ist auch angegeben. Wie zuvor erläutert wurde, ist DSEN die nominale Erfassungselementbreitenabmessung entlang der Messachsenrichtung MA für jenen Teil eines Erfassungselements SEN, der mit dem Innenbereich INTA fluchtet oder diesen überlappt. Es ist zu sehen, dass dies der Teil des Erfassungselements SEN ist, der mit der Spanne der Abmessung YSEP entlang der y-Achsenrichtung übereinstimmt. Bei verschiedenen Implementierungen kann die nominale Erfassungselementbreitenabmessung DSEN als die Abmessung bei der maximalen Breite eines Erfassungselements SEN für jenen Teil betrachtet werden, der mit dem Innenbereich INTA fluchtet oder diesen überlappt. DSME ist die durchschnittliche Abmessung entlang der Messachsenrichtung MA der effektiven Region EffR eines Signalmodulationselements SME (der ersten Art).
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Die effektive Region EffR eines Signalmodulationselements SME ist hier als jener Teil definiert, welcher mit der y-Achsenabmessung des Innenbereichs INTA fluchtet oder diese überlappt und mit der y-Achsenabmessung der Erfassungselemente SEN fluchtet oder diese überlappt. Die effektive Region EffR produziert den Primärsignalmodulationseffekt bei den Erfassungselementen SEN. Es ist zu sehen, dass dies der Teil des Signalmodulationselements SME ist, der mit der Spanne der Abmessung YSEP entlang der y-Achsenrichtung für die in den 5A und 5B gezeigte Implementierung übereinstimmt, da die Abmessung YSEP des Innenbereichs INTA der Felderzeugungsspule FGC kleiner als die y-Achsenabmessung der Erfassungselemente SEN ist und innerhalb von dieser enthalten ist. Dies muss jedoch nicht bei allen Implementierungen der Fall sein und die vorherige Definition der effektiven Region EffR ist allgemeiner. Bei verschiedenen Implementierungen kann die durchschnittliche Abmessung DSME eines Signalmodulationselements SME als der Bereich der effektiven Region EffR eines Signalmodulationselements SME geteilt durch die y-Achsenrichtungsabmessung der effektiven Region EffR betrachtet werden.
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Die 5A und 5B veranschaulichen auch eine Abmessung DSPC, welche W1 minus DSME entspricht. Bei einer ersten beschriebenen Art kann die Abmessung DSPC als einem „Nicht-Signalmodulationsraum“ zwischen den Signalmodulationselementen SME der ersten Art entsprechend beschrieben werden. Bei einer allgemeiner beschriebenen zweiten Art jedoch, die bei verschiedenen anderen Implementierungen eines periodischen Skalierungsmusters gilt, kann die Abmessung DSPC als Signalmodulationselementen einer zweiten Art entsprechend beschrieben werden, die zwischen den Signalmodulationselementen SME der ersten Art entlang der Messachsenrichtung liegen. Die Signalmodulationselemente der zweiten Art sind derart konfiguriert, dass sie eine relativ geringe Auswirkung auf den sich ändernden Magnetfluss im Vergleich zu den Signalmodulationselementen SME der ersten Art aufweisen. Zum Beispiel umfassen bei einigen Implementierungen die Signalmodulationselemente der zweiten Art Regionen eines nichtleitfähigen Materials. Bei einigen solcher Implementierungen umfassen die Signalmodulationselemente der zweiten Art Regionen eines nichtleitfähigen Skalierungssubstrats, wobei die erste Art von Signalmodulationselementen SME Leiter umfassen, die auf dem nichtleitfähigen Skalierungssubstrat hergestellt und/oder fixiert sind. Als weiteres Beispiel können bei einigen Implementierungen die Signalmodulationselemente der zweiten Art „tiefer ausgesparte“ Regionen eines leitfähigen Materials umfassen, die verwendet werden, um das Skalierungsmuster zu bilden, und können die Signalmodulationselemente SME der ersten Art „unausgesparte“ Regionen des leitfähigen Materials umfassen.
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Wenngleich bevorzugte Implementierungen der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht und beschrieben worden sind, werden zahlreiche Änderungen bei den veranschaulichten und beschriebenen Anordnungen von Merkmalen und Sequenzen von Operationen für einen Fachmann auf Grundlage dieser Offenbarung offensichtlich sein. Es können verschiedene alternative Formen verwendet werden, um die hierin offenbarten Prinzipien zu implementieren.
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Die verschiedenen Implementierungen, die zuvor beschrieben wurden, können kombiniert werden, um weitere Implementierungen bereitzustellen. Sämtliche der US-Patente und US-Patentanmeldungen, auf die in dieser Beschreibung Bezug genommen wird, sind hierin in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme aufgenommen. Aspekte der Implementierungen können, falls notwendig, abgeändert werden, um Konzepte der verschiedenen Patente und Anmeldungen einzusetzen, um noch weitere Implementierungen bereitzustellen. Diese und andere Änderungen können bezüglich der Implementierungen im Lichte der zuvor genannten Beschreibung vorgenommen werden. Allgemein sollten in den folgenden Ansprüchen die verwendeten Begriffe nicht derart betrachtet werden, dass sie die Ansprüche auf die spezifischen Implementierungen einschränken, die in der Beschreibung und den Ansprüchen offenbart sind, sondern derart betrachtet werden, dass sie alle möglichen Implementierungen zusammen mit dem gesamten Umfang von Äquivalenten umfassen, zu welchen die Ansprüche berechtigt sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- US 6011389 [0003]
- US 5973494 [0003]
- US 5886519 [0003]
- US 15245560 [0003]
- US 15850457 [0003]
- US 15910478 [0003]
- US 5901458 [0015]
- US 15199723 [0029]
