DE102021104690A1

DE102021104690A1 - Positionssensor, positionserfassungssystem und lenksystem unter verwendung desselben

Info

Publication number: DE102021104690A1
Application number: DE102021104690.4A
Authority: DE
Inventors: Tatsuya Kato; Takahiro Moriya; Toshio Ishikawara; Toshihiko Oyama; Toshinao Kido
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2020-02-28
Filing date: 2021-02-26
Publication date: 2021-09-02
Also published as: JP7136146B2; CN113324564A; CN113324564B; US11267510B2; US20210269093A1; JP2021135241A

Abstract

Es wird ein Positionssensor bereitgestellt, der eine Position entlang eines langen Hubs detektieren kann und der eine Vergrößerung begrenzen kann. Ein Magnetsensor hat ein erstes Magnetfeld-Erfassungselement, das in einer ersten Spur angeordnet ist; einen ersten Prozessor 4A, der eine Spannung VM1 ausgibt, wenn die Intensität eines ersten Magnetfeldes, das an das erste Magnetfeld-Erfassungselement angelegt ist, gleich oder größer als ein Schwellenwert ist, und der eine vorbestimmte hohe Spannung VH ausgibt, wenn die Intensität des ersten Magnetfeldes kleiner als der Schwellenwert ist, wobei die Spannung VM1 eine Spannung zwischen einer vorbestimmten niedrigen Spannung VL und der hohen Spannung VH ist und Positionen der Magnete relativ zu dem ersten Magnetfeld-Erfassungselement anzeigt; ein zweites Magnetfeld-Erfassungselement, das in einer zweiten Spur angeordnet ist; und einen zweiten Prozessor 4B, der die niedrige Spannung VL ausgibt, wenn die Intensität eines zweiten Magnetfeldes, das an das zweite Magnetfeld-Erfassungselement angelegt wird, kleiner als der Schwellenwert ist, und der die Spannung VM2 ausgibt, wenn die Intensität des zweiten Magnetfeldes gleich oder größer als der Schwellenwert ist, wobei die Spannung VM2 eine Spannung zwischen der niedrigen Spannung VL und der hohen Spannung VH ist und Positionen der Magnete relativ zu dem zweiten Magnetfeld-Erfassungselement anzeigt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung:
Die vorliegende Anmeldung basiert auf der am 28. Februar 2020 eingereichten JP2020-33436 , deren Offenbarung hiermit durch Bezugnahme in vollem Umfang in die vorliegende Erfindung aufgenommen wird, und beansprucht deren Priorität.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Positionssensor, der einen Magnetsensor verwendet, sowie ein Positionserfassungssystem, das diesen verwendet, und ein Lenksystem, das dieses verwendet.
Beschreibung des Standes der Technik
Ein Positionssensor, der einen Magnetsensor verwendet, ist bekannt. Ein Positionssensor hat eine Vielzahl von Magneten, die in Reihe in einem beweglichen Element angeordnet sind, und einen Magnetsensor, der in einem unbeweglichen Element angeordnet ist. Wenn das bewegliche Element bewegt wird, werden die Magnete relativ zum Magnetsensor bewegt. Der Magnetsensor detektiert eine Änderung eines Magnetfeldes, die durch die Relativbewegung verursacht wird, und detektiert dadurch die Positionen der Magnete, d.h. die Position des beweglichen Elements. JP2011-137796 offenbart einen Positionssensor mit vier oder fünf Magneten, die in Reihe angeordnet sind.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
In dem in JP2011-137796 offenbarten Positionssensor ist eine Vielzahl von Magneten in Reihe angeordnet. Dementsprechend wird, wenn der Bereich oder der Hub der Erfassungspositionen lang ist, die Größe der Magnete vergrößert, um die erforderliche Intensität eines Magnetfeldes zu erhalten, und der Abstand zwischen den Magneten und dem Magnetsensor wird ebenfalls vergrößert. Infolgedessen wird die Größe des Positionssensors erhöht.
Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, einen Positionssensor bereitzustellen, der eine Position entlang eines langen Hubs erfassen kann und der eine Zunahme der Größe begrenzen kann.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Positionssensor: einen Magnetsensor; eine Mehrzahl von Magneten, die in einer ersten Richtung relativ zu dem Magnetsensor bewegt werden, wobei einer oder einige der Magnete in einer ersten Spur angeordnet sind und die übrigen Magnete in einer zweiten Spur angeordnet sind. Der Magnetsensor umfasst: ein erstes Magnetfeld-Erfassungselement, das in der ersten Spur angeordnet ist; einen ersten Prozessor, der eine Spannung VM1 ausgibt, wenn die Intensität eines ersten Magnetfelds, das an das erste Magnetfeld-Erfassungselement angelegt wird, gleich oder größer als ein Schwellenwert ist, und der eine vorbestimmte Hochspannung VH ausgibt, wenn die Intensität des ersten Magnetfelds kleiner als der Schwellenwert ist, wobei die Spannung VM1 eine Spannung zwischen einer vorbestimmten niedrigen Spannung VL und der Hochspannung VH ist und Positionen der Magnete relativ zu dem ersten Magnetfeld-Erfassungselement anzeigt; ein zweites Magnetfeld-Erfassungselement, das in der zweiten Spur angeordnet ist; und einen zweiten Prozessor, der die niedrige Spannung VL ausgibt, wenn die Intensität eines zweiten Magnetfeldes, das an das zweite Magnetfeld-Erfassungselement angelegt wird, kleiner als der Schwellenwert ist, und der die Spannung VM2 ausgibt, wenn die Intensität des zweiten Magnetfeldes gleich oder größer als der Schwellenwert ist, wobei die Spannung VM2 eine Spannung zwischen der niedrigen Spannung VL und der hohen Spannung VH ist und Positionen der Magnete relativ zu dem zweiten Magnetfeld-Erfassungselement anzeigt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Positionssensor: einen Magnetsensor; eine Vielzahl von Magneten, die in einer ersten Richtung relativ zum Magnetsensor bewegt werden, wobei einer oder einige der Magnete in einer ersten Spur angeordnet sind und die übrigen Magnete in einer zweiten Spur angeordnet sind. Der Magnetsensor umfasst: ein erstes Magnetfeld-Erfassungselement, das in der ersten Spur angeordnet ist; einen ersten Prozessor, der eine Spannung VM1 ausgibt, wenn ein Drehwinkel eines ersten Magnetfelds, das an das erste Magnetfeld-Erfassungselement angelegt ist, kleiner als ein erster Schwellenwert ist, und der eine vorbestimmte Hochspannung VH ausgibt, wenn der Drehwinkel des ersten Magnetfelds gleich oder größer als der erste Schwellenwert ist, wobei die Spannung VM1 eine Spannung zwischen einer vorbestimmten niedrigen Spannung VL und der Hochspannung VH ist und Positionen der Magnete relativ zu dem ersten Magnetfeld-Erfassungselement anzeigt; ein zweites Magnetfeld-Erfassungselement, das in der zweiten Spur angeordnet ist; und einen zweiten Prozessor, der die niedrige Spannung VL ausgibt, wenn ein Drehwinkel eines zweiten Magnetfeldes, das an das zweite Magnetfeld-Erfassungselement angelegt ist, kleiner als ein zweiter Schwellenwert ist, und der die Spannung VM2 ausgibt, wenn der Drehwinkel des zweiten Magnetfeldes gleich oder größer als der zweite Schwellenwert ist, wobei die Spannung VM2 eine Spannung zwischen der niedrigen Spannung VL und der hohen Spannung VH ist und Positionen der Magnete relativ zu dem zweiten Magnetfeld-Erfassungselement anzeigt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, einen Positionssensor bereitzustellen, der eine Position entlang eines langen Hubs detektieren kann und der eine Größenzunahme begrenzen kann.
Die obigen und andere Gegenstände, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen, die Beispiele der vorliegenden Erfindung illustrieren, ersichtlich.
Figurenliste

1 ist eine schematische Ansicht, die die Anordnung eines Lenksystems eines Fahrzeugs zeigt;
2A bis 2B sind Ansichten, die allgemein die Anordnung eines Positionssensors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen;
3A bis 3B sind konzeptionelle Ansichten, die das Funktionsprinzip des in 2A bis 2B gezeigten Positionssensors veranschaulichen;
4A bis 4B sind Ansichten, die allgemein die Anordnung eines Positionssensors gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen;
5A bis 5B sind konzeptionelle Ansichten, die das Funktionsprinzip des in 4A bis 4B gezeigten Positionssensors veranschaulichen;
6A bis 6B sind schematische Darstellungen einer ersten Modifikation der vorliegenden Erfindung;
7A bis 7B sind schematische Darstellungen einer zweiten Modifikation der vorliegenden Erfindung; und
8 ist ein Vergleich zwischen einem Referenzbeispiel, einem Vergleichsbeispiel und einem Ausführungsbeispiel des Positionssensors.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. In den folgenden Beschreibungen ist die erste Richtung eine Richtung, in der der Magnetsensor und der Magnet relativ zueinander bewegt werden, und wird auch als X-Richtung bezeichnet. Die zweite Richtung ist eine Richtung senkrecht zur ersten Richtung in einer Ebene, in der eine Vielzahl von Magneten vorgesehen ist (auf dem Substrat 5), und wird auch als die Y-Richtung bezeichnet. Eine Richtung, die sowohl zur ersten Richtung als auch zur zweiten Richtung senkrecht ist, wird als Z-Richtung bezeichnet. Unter einem Hub versteht man den Bewegungsweg des Magneten relativ zum Magnetsensor in der ersten Richtung. Die vorliegende Erfindung wird vorzugsweise insbesondere bei einem Langhub-Positionssensor angewendet.
1 zeigt schematisch die Anordnung eines Lenksystems 100 eines Fahrzeugs, auf das die vorliegende Erfindung vorzugsweise angewendet werden kann. Im Lenksystem 100 ist ein Ende der Lenkwelle 102 mit einem Lenkrad 101 verbunden, und am anderen Ende der Lenkwelle 102 ist ein Ritzel 103 vorgesehen. Das Ritzel 103 greift in eine Zahnstange 105 einer Stange 104 ein, um die Rotationsbewegung der Lenkwelle 102 in eine lineare Bewegung der Stange 104 in Querrichtung des Fahrzeugs umzuwandeln. Die Stange 104 ist mit einem Vorderrad verbunden (nicht dargestellt). Die Ausrichtung des Rades kann durch die lineare Bewegung der Stange 104 verändert werden. Der Positionssensor 1 der vorliegenden Ausführungsform detektiert die Position der Stange 104 in Querrichtung des Fahrzeugs.
2A zeigt allgemein die Anordnung des Positionssensors 1, und 2B zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie A-A in 2A. In der Zeichnung zeigen die weißen Pfeile konzeptionell die Richtung des magnetischen Flusses. Der Positionssensor 1 hat eine Vielzahl von Magneten 2, einen Magnetsensor 3 und einen Sensorausgangsprozessor 4C, der das Ausgangssignal des Magnetsensors 3 verarbeitet. Die Magnete 2 werden in einer ersten Richtung X relativ zum Magnetsensor 3 bewegt. Der Sensorausgangsprozessor 4C kann durch einen Mikrocomputer oder einen Bordcomputer realisiert werden. Die Magnete 2 sind an der Stange 104, also einem beweglichen Element, angeordnet, während der Magnetsensor 3 und der Sensorausgangsprozessor 4C an der Fahrzeugkarosserie 201, also einem unbeweglichen Element, angeordnet sind. Der Positionssensor 1, das bewegliche Element, an dem die Magnete 2 angeordnet sind, und das unbewegliche Element, an dem der Magnetsensor 3 angeordnet ist, bilden das Positionserfassungssystem 200. Es ist auch möglich, die Magnete 2 an der Fahrzeugkarosserie 201 und den Magnetsensor 3 an der Stange 104 anzuordnen, aber um zu verhindern, dass ein Kabel, das mit dem Magnetsensor 3 verbunden ist, schwingt, wird der Magnetsensor 3 vorzugsweise an einem unbeweglichen Element angeordnet. Der Begriff „Anordnen“ umfasst sowohl das direkte Befestigen oder Verbinden eines Objekts mittels einer Schraube oder eines Klebstoffs als auch das indirekte Befestigen oder Verbinden eines Objekts über ein anderes Element. In letzterem Fall können die Bewegung der Magnete 2 und die Bewegung des beweglichen Elements vollständig übereinstimmen oder auch nicht. Mit anderen Worten, es ist nicht notwendig, dass die Magnete 2 und das bewegliche Element den gleichen Weg zurücklegen oder sich auf dem gleichen Pfad bewegen. Es reicht aus, wenn sich die Magnete 2 und das bewegliche Element gemeinsam bewegen, so dass die Bewegung der Magnete 2 der Bewegung des beweglichen Elements entspricht und umgekehrt. Alternativ können die Magnete 2 an einer Seite des beweglichen Elements in Bezug auf die Bewegungsrichtung vorgesehen sein, so dass nur dann, wenn die Magnete 2 in eine Richtung bewegt werden, die Position durch ein bewegliches Element, das die Magnete 2 schiebt, erfasst wird. Der Einfachheit halber wird in den folgenden Beschreibungen angenommen, dass der Magnetsensor 3 relativ zu den Magneten 2 bewegt wird.
Die Magnete 2 sind auf einem einzigen Substrat 5 angeordnet. Die Magnete 2 können einzeln oder in einer Gruppe auf verschiedenen Substraten angeordnet sein, aber die Positionsabweichung zwischen den Magneten 2 kann durch die Anordnung der Magnete 2 auf einem einzigen Substrat 5 begrenzt werden. Das Substrat 5 ist in eine erste Spur 5A und eine zweite Spur 5B unterteilt, die in der zweiten Richtung Y nebeneinander liegen. Einer oder einige der Magnete 2 sind auf der ersten Spur 5A und die anderen auf der zweiten Spur 5B angeordnet. Die erste Spur 5A und die zweite Spur 5B sind im Wesentlichen rechteckige oder streifenförmige Bereiche, die in der zweiten Richtung Y die gleiche Breite haben. Ein Satz von Magneten, der aus den Magneten 2A, 2B besteht, ist auf der ersten Spur 5 vorgesehen, und ein Satz von Magneten, der aus dem dritten und vierten Magneten 2C, 2D besteht, ist auf der zweiten Spur 5B vorgesehen. Der erste und der zweite Magnet 2A, 2B sind auf einer Linie auf der ersten Spur 5A angeordnet, die parallel zur ersten Richtung X verläuft. Der dritte und der vierte Magnet 2C, 2D sind auf einer Linie auf der zweiten Spur 5B angeordnet, die parallel zur ersten Richtung X verläuft. Die Rückseiten der Oberflächen des ersten Magneten 2A und des zweiten Magneten 2B, die dem Magnetsensor 3 zugewandt sind, können durch ein Joch (nicht dargestellt) miteinander verbunden sein, das sich in der ersten Richtung X erstreckt. In ähnlicher Weise können die Rückseiten der Oberflächen des dritten Magneten 2C und des vierten Magneten 2D, die dem Magnetsensor 3 zugewandt sind, durch ein Joch (nicht dargestellt) miteinander verbunden sein, das sich in der ersten Richtung X erstreckt. Der Bereich der ersten Spur 5A, in dem der erste und zweite Magnet 2A, 2B vorgesehen sind, wird als erster Magnetbereich 6A bezeichnet. Der Bereich der zweiten Spur 5B, in dem der dritte und vierte Magnet 2C, 2D vorgesehen sind, wird als zweiter Magnetbereich 6B bezeichnet. Das heißt, einer oder einige der Magnete 2 sind sowohl im ersten Magnetbereich 6A als auch im zweiten Magnetbereich 6 angeordnet. Der erste Magnetbereich 6A entspricht der linken Hälfte der ersten Spur 5A, und der zweite Magnetbereich 6B entspricht der rechten Hälfte der zweiten Spur 5B. Der erste Magnetbereich 6A und der zweite Magnetbereich 6B haben die gleiche Länge in der ersten Richtung X. Die Magnetbereiche der Spuren (erster Magnetbereich 6A und zweiter Magnetbereich 6B) sind ausschließlich in Bezug auf die erste Richtung X vorgesehen, und der Magnetbereich jeder Spur (erster Magnetbereich 6A und zweiter Magnetbereich 6B) ist kontinuierlich mit dem Magnetbereich der anderen Spur (zweiter Magnetbereich 6B und erster Magnetbereich 6A) vorgesehen. Insbesondere überlappen sich der erste Magnetbereich 6A und der zweite Magnetbereich 6B nicht in der ersten Richtung X (oder, in der zweiten Richtung Y gesehen), und es ist kein Spalt zwischen dem ersten Magnetbereich 6A und dem zweiten Magnetbereich 6B vorhanden. In dem Bereich, in dem die Magnete 2 angeordnet sind, ist an jeder Position in der ersten Richtung X nur der erste Magnetbereich 6A oder nur der zweite Magnetbereich 6B vorhanden.
Die ersten bis vierten Magnete 2A bis 2D haben die gleiche Konfiguration und die gleichen magnetischen Eigenschaften. Die Oberflächen des ersten Magneten 2A und des zweiten Magneten 2B, die dem Magnetsensor 3 zugewandt sind, haben entgegengesetzte Polaritäten, und der N-Pol des ersten Magneten 2A und der S-Pol des zweiten Magneten 2B sind dem Magnetsensor 3 zugewandt. Die Oberflächen des dritten Magneten 2C und des vierten Magneten 2D, die dem Magnetsensor 3 zugewandt sind, haben ebenfalls entgegengesetzte Polaritäten, und der S-Pol des dritten Magneten 2C und der N-Pol des vierten Magneten 2D sind dem Magnetsensor 3 zugewandt. Das heißt, zwei benachbarte Magnete (zweiter Magnet 2B und dritter Magnet 2C) sind jeweils in benachbarten Magnetbereichen (erster Magnetbereich 6A und zweiter Magnetbereich 6B) angeordnet, und die Oberflächen der beiden benachbarten Magnete, die dem Magnetsensor 3 zugewandt sind, haben die gleiche Polarität. Wie in 2B gezeigt, kann die magnetische Interferenz zwischen dem zweiten Magneten 2B und dem dritten Magneten 2C begrenzt werden, da der magnetische Fluss, der vom ersten Magneten 2A freigesetzt wird, hauptsächlich vom zweiten Magneten 2B und der magnetische Fluss, der vom vierten Magneten 2D freigesetzt wird, hauptsächlich vom dritten Magneten 2C angesaugt wird. Alternativ können der S-Pol des ersten Magneten 2A und der N-Pol des zweiten Magneten 2B dem Magnetsensor 3 zugewandt sein, und der N-Pol des dritten Magneten 2C und der S-Pol des vierten Magneten 2D können dem Magnetsensor zugewandt sein.
Der Satz aus erstem und zweitem Magneten 2A, 2B und der Satz aus drittem und viertem Magneten 2C, 2D sind rotationssymmetrisch in Bezug auf den Kontaktpunkt 7 des ersten Magnetbereichs 6A und des zweiten Magnetbereichs 6B angeordnet. Da die Verteilung und die Intensität des Magnetfeldes im ersten Magnetbereich 6A und im zweiten Magnetbereich 6B etwa gleich sind, kann die Genauigkeit der Magnetfelderfassung verbessert werden. Der erste bis vierte Magnet 2A bis 2D sind von den Kanten 8 des ersten und zweiten Magnetbereichs 6A, 6B in der ersten Richtung X beabstandet. Wenn die Magnete an den Kanten 8 angeordnet sind, werden aufgrund der Vergrößerung des Abstands zwischen den Magneten größere Magnete benötigt, um die Intensität des Magnetfelds zu gewährleisten. In der vorliegenden Ausführungsform beträgt die Länge des ersten Magnetbereichs 6A und des zweiten Magnetbereichs 6B in X-Richtung etwa 100 mm (d. h. der Hub des Positionssensors 1 beträgt etwa 200 mm), und der Abstand D in X-Richtung zwischen den Mittelpunkten zweier Magnete im gleichen Magnetbereich beträgt etwa 56 mm.
In der vorliegenden Ausführungsform sind zwei Magnete in jeder Spur 5A, 5B vorgesehen, aber es kann auch nur ein Magnet in jeder Spur 5A, 5B vorgesehen sein. Dadurch kann die Größe des Positionssensors 1 reduziert werden. Alternativ können drei Magnete in jeder Spur 5A, 5B vorgesehen sein. Dadurch wird die Länge jedes Magnetbereichs in der ersten Richtung X vergrößert und der Hub des Positionssensors 1 kann vergrößert werden.
Der Magnetsensor 3 hat Magnetfeld-Erfassungselemente 9A und 9B für die Spuren 5A bzw. 5B. Der Magnetsensor 3 hat ein erstes Magnetfeld-Erfassungselement 9A, das sich auf die erste Spur 5A bezieht oder dieser zugewandt ist, und ein zweites Magnetfeld-Erfassungselement 9B, das sich auf die zweite Spur 5B bezieht oder dieser zugewandt ist. Das erste Magnetfeld-Erfassungselement 9A und das zweite Magnetfeld-Erfassungselement 9B sind auf einer Linie angeordnet, die parallel zur zweiten Richtung Y verläuft. Da das erste Magnetfeld-Erfassungselement 9A und das zweite Magnetfeld-Erfassungselement 9B in einem Gehäuse integriert sind, kann die gegenseitige Positionsabweichung begrenzt werden. Das erste Magnetfeld-Erfassungselement 9A und das zweite Magnetfeld-Erfassungselement 9B enthalten jeweils ein Magnetfeld-Erfassungselement für die X-Richtung (nicht dargestellt), das ein Magnetfeld in der X-Richtung abtastet, und ein Magnetfeld-Erfassungselement für die Z-Richtung (nicht dargestellt), das ein Magnetfeld in der Z-Richtung abtastet. Das Magnetfeld-Erfassungselement für die X-Richtung und das Magnetfeld-Erfassungselement für die Z-Richtung sind Hall-Elemente, können aber auch Magnetfeld-Erfassungselemente eines anderen Typs sein, z. B. ein TMR-Element.
Der Magnetsensor 3 umfasst ferner einen ersten Prozessor 4A, der eine vorbestimmte Spannung auf der Grundlage des Winkels des Magnetfeldes ausgibt, das durch das erste Magnetfeld-Erfassungselement 9A erfasst wird, und einen zweiten Prozessor 4B, der eine vorbestimmte Spannung auf der Grundlage des Winkels des Magnetfeldes ausgibt, das durch das zweite Magnetfeld-Erfassungselement 9B erfasst wird. Der Winkel θ des Magnetfeldes bezieht sich auf den Winkel des magnetischen Flusses in der X-Z-Ebene und kann als arctan (Bz/Bx) berechnet werden, wobei Bx die Intensität des Magnetfeldes in der X-Richtung und Bz die Intensität des Magnetfeldes in der Z-Richtung ist. Der erste Prozessor 4A und der zweite Prozessor 4B berechnen jeweils den Winkel θ des Magnetfeldes und geben eine Spannung aus, die proportional zum Winkel θ des Magnetfeldes ist. Die ausgegebene Spannung kann so bestimmt werden, dass sie proportional zur Intensität des Magnetfeldes Bz in der Z-Richtung ist.
Wenn der Magnetsensor 3 am linken Teil der Spuren 5A, 5B angeordnet ist, überlappt das erste Magnetfeld-Erfassungselement 9A mit dem ersten Magnetbereich 6A, in Z-Richtung gesehen. Da sich der Winkel θ des Magnetfelds ändert, wenn sich der Magnetsensor 3 bewegt, kann der Magnetsensor 3 seine Position relativ zu den Magneten 2 erfassen. Wenn der Magnetsensor 3 am rechten Teil der Spuren 5A, 5B angeordnet ist, überlappt das zweite Magnetfeld-Erfassungselement 9B mit dem zweiten Magnetbereich 6B, in Z-Richtung gesehen. Da sich der Winkel θ des Magnetfelds ändert, wenn sich der Magnetsensor 3 bewegt, kann der Magnetsensor 3 seine Position relativ zu den Magneten 2 erfassen. Andererseits, wenn sich das erste Magnetfeld-Erfassungselement 9A mit dem ersten Magnetbereich 6A überlappt, ist das zweite Magnetfeld-Erfassungselement 9B vom zweiten Magnetbereich 6B entfernt angeordnet, und die Intensität des erfassten Magnetfelds ist schwach und instabil. Wenn sich das zweite Magnetfeld-Erfassungselement 9B mit dem zweiten Magnetbereich 6 überlappt, wird das erste Magnetfeld-Erfassungselement 9A vom ersten Magnetbereich 6A entfernt angeordnet, und die Intensität des erfassten Magnetfelds ist schwach und instabil. Ein Magnetfeld, das von einem Magneten angelegt wird, der von einem Magnetfeld-Erfassungselement entfernt ist, kann ein Rauschen für das Magnetfeld-Erfassungselement sein. Dementsprechend ist es schwierig, die Messgenauigkeit des Positionssensors 1 zu erreichen, wenn das Ausgangssignal des ersten Magnetfeld-Erfassungselements 9A und das Ausgangssignal des zweiten Magnetfeld-Erfassungselements 9B einfach addiert werden. In der vorliegenden Ausführungsform werden das Ausgangssignal des ersten Magnetfeld-Erfassungselements 9A und das Ausgangssignal des zweiten Magnetfeld-Erfassungselements 9B auf folgende Weise verarbeitet.
Unabhängig von der Position des Magnetsensors 3 erfassen das erste Magnetfeld-Erfassungselement 9A und das zweite Magnetfeld-Erfassungselement 9B die Intensität des Magnetfelds Bx in der X-Richtung und die Intensität des Magnetfelds Bz in der Z-Richtung und senden sie an den ersten Prozessor 4A bzw. den zweiten Prozessor 4B. Der erste Prozessor 4A berechnet die erste Intensität B1 des Magnetfelds, die eine Vektorsumme der Intensität des Magnetfelds Bx und der Intensität des Magnetfelds Bz ist, die vom ersten Magnetfeld-Erfassungselement 9A erfasst werden. In ähnlicher Weise berechnet der zweite Prozessor 4B die zweite Intensität B2 des Magnetfeldes, die eine Vektorsumme der Intensität des Magnetfeldes Bx und der Intensität des Magnetfeldes Bz ist, die durch das zweite Magnetfeld-Erfassungselement 9B erfasst werden. 3A zeigt die Beziehung zwischen der ersten Intensität B1 des Magnetfeldes, der zweiten Intensität B2 des Magnetfeldes und dem Hub. Die erste Intensität B1 des Magnetfeldes ist im ersten Magnetbereich 6A stark und im zweiten Magnetbereich 6B schwach. Die zweite Intensität B2 des Magnetfeldes ist im ersten Magnetbereich 6A schwach und im zweiten Magnetbereich 6B sehr stark.
3B zeigt ein Verfahren zur Bestimmung der Ausgangssignale der ersten und zweiten Prozessoren 4A, 4B. Wenn die erste Intensität B1 des Magnetfeldes gleich oder größer als der vorbestimmte Schwellenwert S1 ist, gibt der erste Prozessor 4A die erste Spannung VM1, die ein Wert zwischen der vorbestimmten niedrigen Spannung VL und der vorbestimmten hohen Spannung VH ist, an den Sensorausgangsprozessor 4C aus, abhängig vom Winkel θ des Magnetfeldes (=arctan (Bz/Bx)). Da die Beziehung zwischen dem Winkel θ des Magnetfelds und der Position des ersten Magnetfeld-Erfassungselements 9A in der X-Richtung im Voraus bestimmt wird, gibt der erste Prozessor 4A die erste Spannung VM1, die der Position des ersten Magnetfeld-Erfassungselements 9A in der X-Richtung entspricht, an den Sensorausgangsprozessor 4C basierend auf dem Winkel θ des Magnetfelds aus. Wenn die erste Intensität B1 des Magnetfelds kleiner als der Schwellenwert S1 ist, gibt der erste Prozessor 4A die Hochspannung VH aus. Wenn die erste Intensität B1 des Magnetfelds kleiner als der Schwellenwert S1 ist, befindet sich der Magnetsensor 3 im zweiten Magnetbereich 6B, und die Intensität des Magnetfelds, die vom ersten Magnetfeld-Erfassungselement 9A erfasst wird, ist schwach und instabil. Daher ist das Ausgangssignal des ersten Prozessors 4A auf ein konstantes Ausgangssignal VH festgelegt.
Andererseits gibt der zweite Prozessor 4B eine niedrige Spannung VL aus, wenn die zweite Intensität B2 des Magnetfeldes unter dem Schwellenwert S1 liegt. Die niedrige Spannung VL ist eine Spannung, die etwas größer als Null ist, aber der Wert ist nicht begrenzt. Wenn die zweite Intensität B2 des Magnetfelds kleiner als der Schwellenwert S1 ist, ist der Magnetsensor 3 im ersten Magnetbereich 6A angeordnet, und die Intensität des Magnetfelds, die vom zweiten Magnetfeld-Erfassungselement 9B erfasst wird, ist schwach und instabil. Daher ist das Ausgangssignal des zweiten Prozessors 4B auf ein konstante Ausgangssignal VL festgelegt. Wenn die zweite Intensität B2 des Magnetfelds gleich oder größer als der Schwellenwert S1 ist, gibt der zweite Prozessor 4B die zweite Spannung VM2, die ein Wert zwischen der vorbestimmten niedrigen Spannung VL und der vorbestimmten hohen Spannung VH ist, an den Sensorausgangsprozessor 4C in Abhängigkeit vom Winkel θ des Magnetfelds aus. Wie oben beschrieben, wird die Beziehung zwischen dem Winkel θ des Magnetfelds und der Position des zweiten Magnetfeld-Erfassungselements 9B in der X-Richtung im Voraus bestimmt, der zweite Prozessor 4B gibt die Spannung VM2, die der Position des zweiten Magnetfeld-Erfassungselements 9B in der X-Richtung entspricht, an den Sensorausgangsprozessor 4C aus, basierend auf dem Winkel θ des Magnetfelds.
Der Sensorausgangsprozessor 4C addiert die Spannung, die vom ersten Prozessor 4A ausgegeben wird, und die Spannung, die vom zweiten Prozessor 4B ausgegeben wird, und berechnet die Spannung VT und gibt sie aus. Wenn der erste Prozessor 4A die erste Spannung VM1 und der zweite Prozessor 4B die niedrige Spannung VL ausgibt, ist VT=VM1 +VL. Wenn der erste Prozessor 4A die Spannung VH ausgibt und der zweite Prozessor 4B die zweite Spannung VM2 ausgibt, ist VT=VH+VM2. Die Beziehung zwischen der Position der Magnete 2 relativ zum Magnetsensor 3 in der ersten Richtung X und der Spannung VT wird im Voraus bestimmt. Daher kann die relative Position aus der Spannung VT, die vom Sensorausgangsprozessor 4C ausgegeben wird, ermittelt werden. Dieser Vorgang kann z. B. von einem anderen Computer durchgeführt werden, der an einem Fahrzeug montiert ist. Der Zeitpunkt, zu dem der erste Prozessor 4A die Spannung von/auf die erste Spannung VM1 auf/von der hohen Spannung VH umschaltet, und der Zeitpunkt, zu dem der zweite Prozessor 4B die Spannung von/auf die niedrige Spannung VL auf/von der zweiten Spannung VM2 umschaltet, stimmen vorzugsweise überein, aber es kann eine gewisse Zeitverzögerung geben.
4A, 4B zeigen ein weiteres Verfahren zur Verarbeitung des Ausgangssignals des ersten Magnetfeld-Erfassungselements 9A und des Ausgangssignals des zweiten Magnetfeld-Erfassungselements 9B. Der erste Vormagnetisierungsmagnet 10A ist in der Nähe des ersten Magnetfeld-Erfassungselements 9A und der zweite Vormagnetisierungsmagnet 10B ist in der Nähe des zweiten Magnetfeld-Erfassungselements 9B angeordnet. Der N-Pol des ersten Vormagnetisierungsmagneten 10A ist auf der Rückseite (auf der rechten Seite) des ersten Magnetbereichs 6A angeordnet und der S-Pol ist dem ersten Magnetbereich 6A zugewandt (auf der linken Seite). Der N-Pol des zweiten Vormagnetisierungsmagneten 10B ist auf der Rückseite (auf der linken Seite) des zweiten Magnetbereichs 6B angeordnet, und der S-Pol ist dem zweiten Magnetbereich 6B zugewandt (auf der rechten Seite angeordnet). Infolgedessen wird ein nach links gerichteter Magnetfluss in der Nähe des ersten Vormagnetisierungsmagneten 10A und ein nach rechts gerichteter Magnetfluss in der Nähe des zweiten Vormagnetisierungsmagneten 10B erzeugt. Das erste Magnetfeld-Erfassungselement 9A erfasst Bx und Bz, und der erste Prozessor 4A berechnet den ersten Winkel θ1 des Magnetfelds (=arctan (Bz/Bx)). In ähnlicher Weise erfasst das zweite Magnetfeld-Erfassungselement 9B Bx und Bz, und der zweite Prozessor 4B berechnet den zweiten Winkel θ2 des Magnetfeldes (=arctan (Bz/Bx)).
5A zeigt die Beziehung zwischen erstem und zweitem Winkel θ1, θ2 des Magnetfeldes und dem Hub. Das Vormagnetisierungsfeld des ersten Vormagnetisierungsmagneten 10A und des zweiten Vormagnetisierungsmagneten 10B ist schwächer als das Magnetfeld des ersten bis vierten Magneten 2A bis 2D. Im ersten Magnetbereich 6A ist der Magnetfluss an der linken Kante allgemein nach links gerichtet, in der Nähe des ersten Magneten 2A allgemein nach oben und dreht sich im Uhrzeigersinn zur rechten Seite. In dem Bereich zwischen der linken Kante des ersten Magnetbereichs 6A und der Nähe des zweiten Magneten 2B dominiert das Magnetfeld der ersten und zweiten Magneten 2A, 2B, während das Magnetfeld des ersten Vormagnetisierungsmagneten 10A im Vergleich zu diesem vernachlässigbar ist. Andererseits dominiert im Bereich zwischen dem zweiten Magneten 2B und dem dritten Magneten 2C das Magnetfeld des ersten Vormagnetisierungsmagneten 10A aufgrund des schwachen und instabilen Magnetfeldes. Infolgedessen macht der erste Winkel θ1 des Magnetfeldes etwa eine Umdrehung zwischen der linken Kante und der rechten Kante des ersten Magnetbereichs 6A. Rechts von diesem Bereich, d.h. in dem Bereich, der in Y-Richtung an den zweiten Magnetbereich 6B angrenzt, wird der erste Winkel θ1 des Magnetfeldes durch das Vormagnetisierungsfeld des ersten Vormagnetisierungsmagneten 10A im Wesentlichen auf einem konstanten Wert gehalten. Andererseits wird in dem Bereich, der in Y-Richtung an den ersten Magnetbereich 6A angrenzt, der zweite Winkel θ2 des Magnetfeldes durch das Vormagnetisierungsmagnetfeld des zweiten Vormagnetisierungsmagneten 10B im Wesentlichen auf einem konstanten Wert gehalten, und auf der rechten Seite dieses Bereichs, d.h. im zweiten Magnetbereich 6B, macht der zweite Winkel θ2 des Magnetfeldes etwa eine Umdrehung zwischen der linken Kante und der rechten Kante des zweiten Magnetbereichs 6B.
5B zeigt ein Verfahren zur Bestimmung der Ausgangssignale der ersten und zweiten Prozessoren 4A, 4B. Wenn der erste Winkel θ1 des Magnetfeldes kleiner als der vorbestimmte erste Schwellenwert S21 ist, gibt der erste Prozessor 4A eine erste Spannung VM1, d.h. einen Wert zwischen der vorbestimmten niedrigen Spannung VL und der vorbestimmten hohen Spannung VH, an den Sensorausgangsprozessor 4C in Abhängigkeit vom ersten Winkel θ1 des Magnetfeldes aus. Da die Beziehung zwischen dem ersten Winkel θ1 des Magnetfelds und der Position des ersten Magnetfeld-Erfassungselements 9A in der X-Richtung im Voraus bestimmt wird, gibt der erste Prozessor 4A die erste Spannung VM1, die der Position des ersten Magnetfeld-Erfassungselements 9A in der X-Richtung entspricht, basierend auf dem ersten Winkel θ1 des Magnetfelds an den Sensorausgangsprozessor 4C aus. Wenn der erste Winkel θ1 des Magnetfeldes gleich oder größer als der erste Schwellenwert S21 ist, gibt der erste Prozessor 4A die Hochspannung VH aus. Wenn der erste Winkel θ1 des Magnetfelds gleich oder größer als der erste Schwellenwert S21 ist, befindet sich der Magnetsensor 3 im zweiten Magnetbereich 6B, und die Intensität des Magnetfelds, das vom ersten Magnetfeld-Erfassungselement 9A erfasst wird, ist schwach und instabil. Daher ist das Ausgangssignal des ersten Prozessors 4A auf ein konstantes Ausgangssignal VH festgelegt.
Wenn der zweite Winkel θ2 des Magnetfeldes kleiner als der vorgegebene zweite Schwellenwert S22 ist, gibt der zweite Prozessor 4B eine niedrige Spannung VL aus. Wenn der zweite Winkel θ2 des Magnetfelds kleiner als der zweite Schwellenwert S22 ist, ist der Magnetsensor 3 im ersten Magnetbereich 6A angeordnet, und die Intensität des Magnetfelds, das vom zweiten Magnetfeld-Erfassungselement 9B erfasst wird, ist schwach und instabil. Daher ist das Ausgangssignal des zweiten Prozessors 4B auf ein konstantes Ausgangssignal VL festgelegt. Wenn der zweite Winkel θ2 des Magnetfeldes gleich oder größer als der zweite Schwellenwert S22 ist, gibt der zweite Prozessor 4B die zweite Spannung VM2, d.h. einen Wert zwischen der vorgegebenen niedrigen Spannung VL und der vorgegebenen hohen Spannung VH, an den Sensorausgangsprozessor 4C aus, abhängig vom zweiten Winkel θ2 des Magnetfeldes. Da, wie oben beschrieben, die Beziehung zwischen dem zweiten Winkel θ2 des Magnetfelds und der Position des zweiten Magnetfeld-Erfassungselements 9B in der X-Richtung im Voraus bestimmt wird, gibt der zweite Prozessor 4B die Spannung VM2, die der Position des zweiten Magnetfeld-Erfassungselements 9B in der X-Richtung entspricht, basierend auf dem zweiten Winkel θ2 des Magnetfelds an den Sensorausgangsprozessor 4C aus.
Der Sensorausgangsprozessor 4C addiert die Spannung, die vom ersten Prozessor 4A ausgegeben wird, und die Spannung, die vom zweiten Prozessor 4B ausgegeben wird, um die Spannung VT zu berechnen. Wenn der erste Prozessor 4A die erste Spannung VM1 und der zweite Prozessor 4B die niedrige Spannung VL ausgibt, ist VT=VM1 +VL. Wenn der erste Prozessor 4A die Spannung VH und der zweite Prozessor 4B die zweite Spannung VM2 ausgibt, ist VT=VH+VM2. Die Beziehung zwischen der Position der Magnete 2 relativ zum Magnetsensor 3 in der ersten Richtung X und der Spannung VT wird im Voraus bestimmt. Daher kann die relative Position aus der Spannung VT, die vom Sensorausgangsprozessor 4C ausgegeben wird, erkannt werden. Der Zeitpunkt, zu dem der erste Prozessor 4A die Spannung von/auf die erste Spannung VM1 auf/von der hohen Spannung VH schaltet, und der Zeitpunkt, zu dem der zweite Prozessor 4B die Spannung von/auf die niedrige Spannung VL auf/von der zweiten Spannung VM2 schaltet, fallen vorzugsweise zusammen, aber es kann eine gewisse Zeitverzögerung geben. Es ist in dieser Ausführungsform wünschenswert, dass jede Spur eine ausreichende Breite in Y-Richtung hat, um den Einfluss der Magnete in der benachbarten Spur zu mildern, aber die Abschirmung 11, die später in der dritten Modifikation beschrieben wird, kann alternativ vorgesehen werden.
Die vorliegende Erfindung wurde durch die Ausführungsformen beschrieben, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Einige Modifikationen der vorliegenden Erfindung werden nun beschrieben.
6A, 6B sind Ansichten ähnlich den 2A, 2B und zeigen die erste Modifikation der vorliegenden Erfindung. Diese Modifikation umfasst eine Abschirmung 11, die in einer ersten Richtung X zwischen ersten Spur 5A und zweiten Spur 5B, die einander benachbart sind erstreckt. Abschirmung 11 ist vorzugsweise aus einem weichmagnetischen Material, wie Eisen, Ferrosilizium und Mu-Metall hergestellt. Wie oben beschrieben, erfasst das erste Magnetfeld-Erfassungselement 9A ein Magnetfeld, das vom ersten Magneten 2A und zweiten Magneten 2B erzeugt wird, aber gleichzeitig auch ein Magnetfeld, das vom dritten Magneten 2C und vierten Magneten 2D erzeugt wird. Insbesondere wenn der Magnetsensor 3 in der Nähe des dritten Magneten 2C angeordnet ist, wird das erste Magnetfeld-Erfassungselement 9A durch das Magnetfeld, das vom dritten Magneten 2C und vierten Magneten 2D erzeugt wird, weiter beeinflusst. Aufgrund der Abschirmung 11, die das Magnetfeld blockiert, ist es möglich, die Breite (die Abmessung in der zweiten Richtung Y) der ersten Spur 5A und der zweiten Spur 5B zu reduzieren und dadurch die Größe des Positionssensors 1 zu verringern.
7A, 7B sind Ansichten ähnlich den 2A, 2B und zeigen die zweite Modifikation der vorliegenden Erfindung. Diese Modifikation umfasst eine Abschirmung 12, die zwischen dem ersten Magnetbereich 6A und dem zweiten Magnetbereich 6B, die einander benachbart sind, angeordnet ist. Abschirmung 12 erstreckt sich in der zweiten Richtung Y über die erste Spur 5A und zweite Spur 5B, die einander benachbart sind. Wie die Abschirmung 11 besteht auch die Abschirmung 12 vorzugsweise aus einem weichmagnetischen Material, wie Eisen, Ferrosilizium und Mu-Metall. Wenn der Magnetsensor 3, wie dargestellt, im ersten Magnetbereich 6A zwischen dem zweiten Magneten 2B und dem dritten Magneten 2C angeordnet ist, kann das erste Magnetfeld-Erfassungselement 9A ein Magnetfeld erfassen, das vom dritten Magneten 2C erzeugt wird. Obwohl das Magnetfeld zwischen dem zweiten Magneten 2B und dem dritten Magneten 2C schwach ist, wird auf der rechten Seite des zweiten Magneten 2B ein nach links gerichteter Magnetfluss erzeugt, und auf der linken Seite des dritten Magneten 2C wird ein nach rechts gerichteter Magnetfluss erzeugt. Dadurch wird der magnetische Fluss, der vom zweiten Magneten 2B angesaugt wird, geschwächt, und die Messgenauigkeit kann beeinträchtigt werden. Die Abschirmung 12 blockiert ein Magnetfeld, das vom dritten Magneten 2C erzeugt wird, und reduziert den Einfluss des dritten Magneten 2C auf das erste Magnetfeld-Erfassungselement 9A. In ähnlicher Weise blockiert die Abschirmung 12 ein Magnetfeld, das vom zweiten Magneten 2B erzeugt wird, und reduziert den Einfluss des zweiten Magneten 2B auf das zweite Magnetfeld-Erfassungselement 9B.
Gemäß der dritten Modifikation der vorliegenden Erfindung kann der Sensorausgangsprozessor 4C selektiv als Spannung VT entweder die Spannung VM1, die vom ersten Prozessor 4A ausgegeben wird, oder die Spannung VM2, die vom zweiten Prozessor 4B ausgegeben wird, ausgeben. Wenn der erste Prozessor 4A die erste Spannung VM1 und der zweite Prozessor 4B die niedrige Spannung VL ausgibt, ist VT=VM1. Wenn der erste Prozessor 4A die Spannung VH ausgibt und der zweite Prozessor 4B die zweite Spannung VM2 ausgibt, ist VT=VM2. Die vorliegende Modifikation liefert das gleiche Ergebnis wie der Fall, in dem sowohl VL als auch VH in der oben erwähnten Ausführungsform Null sind, aber es ist nicht notwendig, die Ausgangssignale zu addieren.
Bezug nehmend auf 3A, 3B, wenn die zweite Intensität B2 des Magnetfeldes kleiner als der Schwellenwert S1 ist, gibt der Sensorausgangsprozessor 4C als VT die erste Spannung VM1 aus, die vom ersten Prozessor 4A ausgegeben wird, anstatt der Summierung von VT=VM1 +VL. Wenn die erste Intensität B1 des Magnetfeldes kleiner als der Schwellenwert S1 ist, gibt der Sensorausgangsprozessor 4C als VT eine zweite Spannung VM2 aus, die vom zweiten Prozessor 4B ausgegeben wird, anstatt der Summierung von VT=VM2+VH. In diesem Fall kann die Position der Magnete 2 relativ zum Magnetsensor 3 nicht allein durch die Ausgangsspannung des Sensorausgangsprozessors 4C bestimmt werden. Dementsprechend gibt der Sensorausgangsprozessor 4C vorzugsweise weiterhin die Information aus, welches (als Ausgangssignal des Sensorausgangsprozessors 4C selbst) aus dem Ausgangssignal des ersten Prozessors 4A und dem Ausgangssignal des zweiten Prozessors 4B ausgewählt ist. Wenn beispielsweise das Ausgangssignal des ersten Prozessors 4A als Ausgangssignal des Sensorausgangsprozessors 4C ausgewählt wird, wird der Magnetsensor 3 im ersten Magnetbereich 6A in den 3A, 3B angeordnet. Daher kann die Position der Magnete 2 aus der Ausgangsspannung des Sensorausgangsprozessors 4C berechnet werden. Wenn der Magnetsensor 3 in der Nähe der Grenze zwischen dem ersten Magnetbereich 6A und dem zweiten Magnetbereich 6B angeordnet ist, ist es möglich, dass beide Bedingungen B1 <S1 und B2<S1 erfüllt sind. In diesem Fall kann die Bedingung (B1<S1 oder B2<S1), die vorrangig ist, im Voraus bestimmt werden, und das Ausgangssignal kann entsprechend der vorrangigen Bedingung bestimmt werden. Bei der vorliegenden Erfindung gibt der erste Prozessor 4A die Hochspannung VH aus, wenn beide Bedingungen B1 <S1 und B2<S1 erfüllt sind, und der zweite Prozessor 4B gibt VL aus. Wenn die Bedingung B1 <S1 vorrangig ist, kann der Sensorausgangsprozessor 4C das Ausgangssignal VH des ersten Prozessors 4A als das Ausgangssignal des Sensorausgangsprozessors 4C auswählen. Wenn die Bedingung B2<S1 vorrangig ist, kann der Sensorausgangsprozessor 4C das Ausgangssignal VL des zweiten Prozessors 4B als Ausgangssignal des Sensorausgangsprozessors 4C auswählen. Wenn entweder die Bedingung B1 <S1 oder B2<S1 erfüllt ist, wird der oben beschriebene Prozess durchgeführt. Das heißt, die Spannung, die vom Sensorausgangsprozessor 4C ausgegeben wird, ist nicht auf VM1 und VM2 beschränkt und kann das Ausgangssignal des ersten Prozessors 4A oder des zweiten Prozessors 4B sein.
Bezugnehmend auf 5A, 5B, wenn der zweite Winkel θ2 des Magnetfeldes kleiner als der zweite Schwellenwert S22 ist, gibt der Sensorausgangsprozessor 4C als VT die erste Spannung VM1 aus, die vom ersten Prozessor 4A ausgegeben wird, anstelle der Summierung von VT=VM1 +V. Wenn der erste Winkel θ1 des Magnetfeldes gleich oder größer als der erste Schwellenwert S21 ist, gibt der Sensorausgangsprozessor 4C als VT die zweite Spannung VM2 aus, die vom zweiten Prozessor 4B ausgegeben wird, anstelle der Summierung von VT=VM2+VH. In diesem Fall, wie unter Bezugnahme auf 3A, 3B beschrieben, gibt der Sensorausgangsprozessor 4C vorzugsweise weiterhin die Information aus, welche Spannung (als Ausgangssignal des Sensorausgangsprozessors 4C selbst) aus dem Ausgangssignal des ersten Prozessors 4A und dem Ausgangssignal des zweiten Prozessors 4B angenommen wird. Wenn der Magnetsensor 3 in der Nähe der Grenze zwischen dem ersten Magnetbereich 6A und dem zweiten Magnetbereich 6B angeordnet ist, ist es möglich, dass beide Bedingungen B1 <S1 und B2<S1 erfüllt sind. In diesem Fall kann, wie unter Bezugnahme auf 3A, 3B beschrieben, die Bedingung, die vorrangig wird, im Voraus bestimmt werden, und das Ausgangssignal kann entsprechend der vorrangigen Bedingung bestimmt werden.
Wie oben beschrieben, kann bestimmt werden, ob der Magnetsensor 3 im ersten Magnetbereich 6A oder im zweiten Magnetbereich 6B angeordnet ist, basierend auf der Information, welches Ausgangssignal aus dem ersten Prozessor 4A und dem zweiten Prozessor 4B vom Sensorausgangsprozessor 4C ausgewählt wird (als das Ausgangssignal des Sensorausgangsprozessors 4C selbst). Somit kann die Position der Magnete 2 in der ersten Richtung X relativ zum Magnetsensor 3 aus dem Ausgangssignal VT bestimmt werden. Da bei der vorliegenden Modifikation die Summierung der Ausgangssignale nicht erforderlich ist, kann der Sensorausgangsprozessor 4C vereinfacht werden.
Abschließend wird die vorliegende Ausführungsform mit einem Vergleichsbeispiel verglichen. 8 zeigt den Vergleich zwischen Positionssensoren eines Referenzbeispiels, eines Vergleichsbeispiels und eines Beispiels. Das Referenzbeispiel ist ein Beispiel für einen herkömmlichen Kurzhub-Positionssensor. Die Anzahl der Spuren ist eins, und der Hub beträgt 24 mm. Drei Magnete sind vorgesehen, an beiden Enden und im Mittelpunkt des Substrats. Das Vergleichsbeispiel und das Beispiel sind Beispiele für einen Positionssensor mit langem Hub. Der Hub beträgt 200 mm und ist damit etwa achtmal größer als der des Referenzbeispiels. Das Vergleichsbeispiel hat eine einspurige Konfiguration wie das Referenzbeispiel, und auch die Anzahl und Anordnung der Magnete ist die gleiche wie beim Referenzbeispiel. Groß dimensionierte Magnete sind erforderlich, um ein starkes Magnetfeld für einen großen Abstand D zwischen den Mittelpunkten der Magnete zu erzeugen. Das Gesamtvolumen der Magnete wird mit zunehmender Hubzahl deutlich vergrößert und ist etwa 60-mal größer als das des Referenzbeispiels. Die Höhe (die Abmessung in Z-Richtung) der Magnete ist etwa viermal größer als die des Referenzbeispiels. Um den Magnetsensor effizient mit einem Magnetfeld zu beaufschlagen, wird der Abstand zwischen den Magneten und dem Magnetsensor in Z-Richtung gegenüber dem Referenzbeispiel mit etwa der gleichen Steigerungsrate wie die Steigerungsrate des Hubs erhöht. Daher sind die Kosten des Vergleichsbeispiels höher als die des Referenzbeispiels, und der Einbauraum wird deutlich vergrößert. Darüber hinaus führt die Vergrößerung des Magneten zu einer Erhöhung der Magnetkraft des Magneten. Dadurch besteht die Möglichkeit, dass sich die Genauigkeit der Positionserfassung verschlechtert, da Metall, wie z. B. Eisenpulver, leicht am Magneten anhaftet, sowie die Möglichkeit, dass der Einbau des Positionssensors in ein Fahrzeug kompliziert ist. Außerdem neigen die umgebenden magnetischen Elemente dazu, von den Magneten des Positionssensors beeinflusst zu werden.
Das Beispiel entspricht der in , gezeigten Ausführungsform. Aufgrund der zweispurigen Konfiguration ist der Abstand D zwischen den Mittelpunkten der Magnete im Beispiel etwa halb so groß wie der Abstand D im Vergleichsbeispiel. Dementsprechend ist es nicht notwendig, so große Magnete wie im Vergleichsbeispiel zu verwenden. Die Anzahl der Magnete wird erhöht, aber das Gesamtvolumen der Magnete beträgt weniger als 20 % dasjenigen des Vergleichsbeispiels. Der Abstand zwischen den Magneten und dem Magnetsensor beträgt etwa die Hälfte des Abstands im Vergleichsbeispiel.
Obwohl eine bestimmte bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wurde gezeigt und im Detail beschrieben, sollte es verstanden werden, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne aus dem Geist oder Umfang der beigefügten Ansprüche abweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2020033436 [0001]
JP 2011137796 [0003, 0004]

Claims

Ein Positionssensor (1), umfassend: einen Magnetsensor (3); eine Mehrzahl von Magneten (2), die in einer ersten Richtung relativ zu dem Magnetsensor (3) bewegt werden, wobei einer oder einige der Magnete (2) in einer ersten Spur (5A) und die übrigen Magnete (2) in einer zweiten Spur (5B) angeordnet sind, wobei der Magnetsensor (3) umfasst ein erstes Magnetfeld-Erfassungselement (9A), das in der ersten Spur (5A) angeordnet ist, einen ersten Prozessor (4A), der eine Spannung VM1 ausgibt, wenn die Intensität eines ersten Magnetfelds, das an das erste Magnetfeld-Erfassungselement (9A) angelegt wird, gleich oder größer als ein Schwellenwert ist, und der eine vorbestimmte Hochspannung VH ausgibt, wenn die Intensität des ersten Magnetfelds kleiner als der Schwellenwert ist, wobei die Spannung VM1 eine Spannung zwischen einer vorbestimmten niedrigen Spannung VL und der Hochspannung VH ist und Positionen der Magnete (2) relativ zu dem ersten Magnetfeld-Erfassungselement (9A) anzeigt; ein zweites Magnetfeld-Erfassungselement (9B), das in der zweiten Spur (5B) angeordnet ist; und einen zweiten Prozessor (4B), der die niedrige Spannung VL ausgibt, wenn die Intensität eines zweiten Magnetfeldes, das an das zweite Magnetfeld-Erfassungselement (9B) angelegt ist, kleiner als der Schwellenwert ist, und der die Spannung VM2 ausgibt, wenn die Intensität des zweiten Magnetfeldes gleich oder größer als der Schwellenwert ist, wobei die Spannung VM2 eine Spannung zwischen der niedrigen Spannung VL und der hohen Spannung VH ist und Positionen der Magnete (2) relativ zu dem zweiten Magnetfeld-Erfassungselement (9B) anzeigt.
Der Positionssensor (1) nach Anspruch 1, ferner umfassend einen Sensorausgangsprozessor (4C), der das Ausgangssignal des Magnetsensors (3) verarbeitet, wobei der Sensorausgangsprozessor (4C) eine Summe des Ausgangssignals des ersten Prozessors (4A) und des Ausgangssignals des zweiten Prozessors (4B) berechnet.
Der Positionssensor (1) nach Anspruch 1, ferner umfassend einen Sensorausgangsprozessor (4C), der das Ausgangssignal des Magnetsensors (3) verarbeitet, wobei der Sensorausgangsprozessor (4C) das Ausgangssignal des ersten Prozessors (4A) als Ausgangssignal des Sensorausgangsprozessors (4C) ausgibt, wenn die Intensität des zweiten Magnetfeldes kleiner als der Schwellenwert ist, und das Ausgangssignal des zweiten Prozessors (4B) als Ausgangssignal des Sensorausgangsprozessors (4C) ausgibt, wenn die Intensität des ersten Magnetfeldes kleiner als der Schwellenwert ist.
Der Positionssensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der erste Prozessor (4A) die Intensität des ersten Magnetfeldes auf der Grundlage eines Magnetfeldes berechnet, das von dem ersten Magnetfeld-Erfassungselement (9A) erfasst wird, und der zweite Prozessor (4B) die Intensität des zweiten Magnetfeldes auf der Grundlage eines Magnetfeldes berechnet, das von dem zweiten Magnetfeld-Erfassungselement (9B) erfasst wird.
Der Positionssensor (1) nach Anspruch 1, wobei der erste Prozessor (4A) die Spannung VM1 basierend auf der Intensität des ersten Magnetfeldes berechnet, und der zweite Prozessor (4B) die Spannung VM2 basierend auf der Intensität des zweiten Magnetfeldes berechnet.
Der Positionssensor (1) nach Anspruch 1, wobei der eine oder einige der Magnete (2) in einem ersten Magnetbereich (6A) der ersten Spur (5A) angeordnet sind, und die restlichen Magnete (2) in einem zweiten Magnetbereich (6B) der zweiten Spur (5B) angeordnet sind.
Ein Positionssensor (1), umfassend: einen Magnetsensor (3); eine Vielzahl von Magneten (2), die in einer ersten Richtung relativ zu dem Magnetsensor (3) bewegt werden, wobei einer oder einige der Magnete (2) in einer ersten Spur (5A) und die übrigen Magnete (2) in einer zweiten Spur (5B) angeordnet sind, wobei der Magnetsensor (3) umfasst: ein erstes Magnetfeld-Erfassungselement (9A), das in der ersten Spur (5A) angeordnet ist, einen ersten Prozessor (4A), der eine Spannung VM1 ausgibt, wenn ein Drehwinkel eines ersten Magnetfelds, das an das erste Magnetfeld-Erfassungselement (9A) angelegt ist, kleiner als ein erster Schwellenwert ist, und der eine vorbestimmte Hochspannung VH ausgibt, wenn der Drehwinkel des ersten Magnetfelds gleich oder größer als der erste Schwellenwert ist, wobei die Spannung VM1 eine Spannung zwischen einer vorbestimmten niedrigen Spannung VL und der Hochspannung VH ist und Positionen der Magnete (2) relativ zu dem ersten Magnetfeld-Erfassungselement (9A) anzeigt; ein zweites Magnetfeld-Erfassungselement (9B), das in der zweiten Spur (5B) angeordnet ist; und einen zweiten Prozessor (4B), der die niedrige Spannung VL ausgibt, wenn ein Drehwinkel eines zweiten Magnetfeldes, das an das zweite Magnetfeld-Erfassungselement (9B) angelegt ist, kleiner als ein zweiter Schwellenwert ist, und der eine Spannung VM2 ausgibt, wenn der Drehwinkel des zweiten Magnetfeldes gleich oder größer als der zweite Schwellenwert ist, wobei die Spannung VM2 eine Spannung zwischen der niedrigen Spannung VL und der hohen Spannung VH ist und Positionen der Magnete (2) relativ zu dem zweiten Magnetfeld-Erfassungselement (9B) anzeigt.
Der Positionssensor (1) nach Anspruch 7, ferner umfassend einen Sensorausgangsprozessor (4C), der das Ausgangssignal des Magnetsensors (3) verarbeitet, wobei der Sensorausgangsprozessor (4C) eine Summe des Ausgangsignals des ersten Prozessors (4A) und des Ausgangsignals des zweiten Prozessors (4B) berechnet.
Der Positionssensor (1) nach Anspruch 7, ferner umfassend einen Sensorausgangsprozessor (4C), der das Ausgangssignal des Magnetsensors (3) verarbeitet, wobei der Sensorausgangsprozessor (4C) das Ausgangssignal des ersten Prozessors (4A) als Ausgangssignal des Sensorausgangsprozessors (4C) ausgibt, wenn der Drehwinkel des zweiten Magnetfeldes kleiner als der zweite Schwellenwert ist, und das Ausgangssignal des zweiten Prozessors (4B) als Ausgangssignal des Sensorausgangsprozessors (4C) ausgibt, wenn der Drehwinkel des ersten Magnetfeldes kleiner als der erste Schwellenwert ist.
Der Positionssensor (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei der erste Prozessor (4A) den Drehwinkel des ersten Magnetfelds auf der Grundlage eines Magnetfelds berechnet, das von dem ersten Magnetfeld-Erfassungselement (9A) erfasst wird, und der zweite Prozessor (4B) den Drehwinkel des zweiten Magnetfelds auf der Grundlage eines Magnetfelds berechnet, das von dem zweiten Magnetfeld-Erfassungselement (9B) erfasst wird.
Der Positionssensor (1) nach Anspruch 7, wobei der erste Prozessor (4A) die Spannung VM1 auf der Grundlage des Drehwinkels des ersten Magnetfeldes berechnet, und der zweite Prozessor (4B) die Spannung VM2 auf der Grundlage des Drehwinkels des zweiten Magnetfeldes berechnet.
Der Positionssensor (1) nach Anspruch 7, wobei der eine oder einige der Magnete (2) in einem ersten Magnetbereich (6A) der ersten Spur (5A) angeordnet sind, und die restlichen Magnete (2) in einem zweiten Magnetbereich (6B) der zweiten Spur (5B) angeordnet sind.
Der Positionssensor (1) nach Anspruch 12, wobei der Magnetsensor (3) umfasst: einen ersten Vormagnetisierungsmagneten (10A), der ein Magnetfeld an das erste Magnetfeld-Erfassungselement (9A) anlegt, wobei das Magnetfeld in eine Richtung entgegengesetzt zu einer Richtung eines Magnetfelds in einem Mittelpunkt des ersten Magnetbereichs (6A) gerichtet ist, und einen zweiten Vormagnetisierungsmagneten (10B), der ein Magnetfeld an das zweite Magnetfeld-Erfassungselement (9B) anlegt, wobei das Magnetfeld in eine Richtung entgegengesetzt zu einer Richtung eines Magnetfelds in einem Mittelpunkt des zweiten Magnetbereichs (6B) gerichtet ist.
Der Positionssensor (1) nach Anspruch 6 oder 12, wobei der erste Magnetbereich (6A) und der zweite Magnetbereich (6B) ausschließlich und kontinuierlich in der ersten Richtung vorgesehen sind.
Der Positionssensor (1) nach Anspruch 6 oder 12, wobei Oberflächen eines Paares benachbarter Magnete (2) die gleiche Polarität aufweisen, wobei die Oberflächen dem Magnetsensor (3) zugewandt sind und einer des Paares von Magneten (2) im ersten Magnetbereich (6A) und der andere im zweiten Magnetbereich (6B) angeordnet ist.
Der Positionssensor (1) nach Anspruch 6 oder 12, wobei jeder Magnet von den Kanten des ersten und zweiten Magnetbereichs (6A, 6B) in der ersten Richtung beabstandet ist.
Der Positionssensor (1) nach Anspruch 6 oder 12, ferner umfassend eine Abschirmung (12), die sich zwischen dem ersten Magnetbereich (6A) und dem zweiten Magnetbereich (6B) erstreckt, wobei die Abschirmung (12) sich über die erste und die zweite Spur (5A, 5B) in einer Richtung senkrecht zur ersten Richtung erstreckt.
Der Positionssensor (1) nach Anspruch 1 oder 7, der ferner eine Abschirmung (11) umfasst, die sich in der ersten Richtung zwischen der ersten Spur (5A) und der zweiten Spur (5B) erstreckt.
Der Positionssensor (1) nach Anspruch 6 oder 12, wobei jeweils ein Magnet (2) im ersten Magnetbereich (6A) und im zweiten Magnetbereich (6B) angeordnet ist.
Der Positionssensor (1) nach Anspruch 6 oder 12, wobei in dem ersten Magnetbereich (6A) und in dem zweiten Magnetbereich (6B) jeweils zwei Magnete (2) angeordnet sind.
Der Positionssensor (1) nach Anspruch 6 oder 12, wobei im ersten Magnetbereich (6A) und im zweiten Magnetbereich (6B) jeweils drei Magnete (2) angeordnet sind.
Der Positionssensor (1) nach Anspruch 6 oder 12, wobei ein Satz der im ersten Magnetbereich (6A) angeordneten Magnete (2) und ein Satz der im zweiten Magnetbereich (6B) angeordneten Magnete (2) in Bezug auf einen Berührungspunkt (7) des ersten Magnetbereichs (6A) und des zweiten Magnetbereichs (6B) rotationssymmetrisch vorgesehen sind.
Der Positionssensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 22, wobei die Magnete (2) auf einem Substrat (5) angeordnet sind.
Ein Positionserfassungssystem (200), umfassend: den Positionssensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 23; ein bewegliches Element (104), an dem die Magnete (2) befestigt sind; und ein unbewegliches Element (201), an dem der Magnetsensor (3) befestigt ist.
Ein Lenksystem (100) mit dem Positionserfassungssystem (200) nach Anspruch 24.