DE102023119060A1

DE102023119060A1 - Positionserfassungsvorrichtung, positionserfassungsmodul und kupplungssystem

Info

Publication number: DE102023119060A1
Application number: DE102023119060.1A
Authority: DE
Inventors: Toshio Ishikawara; Toshihiko Oyama; Takahiro Moriya
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2022-09-06
Filing date: 2023-07-19
Publication date: 2024-03-07
Also published as: JP2024036824A; CN117665666A; JP7532461B2

Abstract

Eine Positionserfassungsvorrichtung zur Erfassung der Position eines zu erfassenden Objekts umfasst einen ersten Magneten und einen zweiten Magneten und ein Magnetfelderfassungsteil, welches ein von diesen erzeugtes Magnetfeld erfasst. Das Magnetfelderfassungsteil ist zwischen dem ersten Magneten und dem zweiten Magneten angeordnet. Der erste Magnet und der zweite Magnet weisen jeweils eine erste Fläche und eine auf der der ersten Fläche gegenüberliegend angeordnete zweite Fläche auf. Die ersten Flächen sind näher an dem Magnetfelderfassungsteil und die zweiten Flächen sind weiter weg von dem Magnetfelderfassungsteil angeordnet. Der erste und der zweite Magnet sind mit der gleichen Polarität einander gegenüberliegend angeordnet. Die ersten Flächen sind in einem bestimmten Neigungswinkel relativ zur ersten Richtung geneigt. Die ersten Flächen weisen jeweils eine erste Kante, die näher am Magnetfelderfassungsteil angeordnet ist, und eine zweite Kante auf, die weiter weg vom Magnetfelderfassungsteil angeordnet ist. Eine erste virtuelle Ebene, die ersten Kanten umfasst ist oberhalb einer zweiten virtuelle Ebene angeordnet, die die zweiten Kanten umfasst.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Positionserfassungsvorrichtung, ein Positionserfassungsmodul und ein Kupplungssystem.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Als Positionserfassungsvorrichtungen zur Erfassung der Position von zu erfassenden magnetischen Objekten sind in letzter Zeit Vorrichtungen bekannt, die einen ersten Magneten und einen zweiten Magneten sowie ein Erfassungselement zur Erfassung der Richtung des von dem ersten Magneten und dem zweiten Magneten erzeugten Magnetfelds bekannt (siehe Patentdokument 1). In einer solchen Positionserfassungsvorrichtung sind der erste Magnet und der zweite Magnet mit der gleichen Polarität einander gegenüberliegend angeordnet. Das zu erfassende Objekt befindet sich dabei, aus einer Richtung senkrecht zur Richtung in der der erste Magnet und der zweite Magnet einander gegenüberliegen betrachtet, in einem Bereich zwischen dem ersten Magneten und dem zweiten Magneten. Die Richtung des vom Erfassungselement erfassten Magnetfelds wird dabei durch die Bewegung des zu erfassenden Objekts in der Richtung in der der erste Magnet und der zweite Magnet einander gegenüberliegen geändert.
VORBEKANNTE DOKUMENTE
PATENTDOKUMENTE
Patentdokument 1: JP 2016-205935A
ABRISS DER ERFINDUNG
VON DER ERFINDUNG ZU LÖSENDES PROBLEM
In den letzten Jahren ist Bedarf an Positionserfassungsvorrichtungen entstanden, die das Ausmaß der Bewegung von zu erfassenden Objekten linear mit noch höherer Genauigkeit erfassen. Ferner wird gefordert, dass sich die Genauigkeit, mit der das Ausmaß der Bewegung des zu erfassenden Objekts erfasst wird, sich auch dann nicht verschlechtert, wenn sich die Umgebung, in der die Positionserfassungsvorrichtung verwendet wird (z. B. die Umgebungstemperatur und dergleichen), ändert.
Angesichts der oben genannten Herausforderungen zielt eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darauf ab, eine Positionserfassungsvorrichtung, ein Positionserfassungsmodul und ein Kupplungssystem bereitzustellen, die in der Lage sind, das Ausmaß der Bewegung eines zu erfassenden Objekts mit noch höherer Genauigkeit linear zu erfassen.
MITTEL ZUM LÖSEN DES PROBLEMS
Um das oben genannte Problem zu lösen, umfasst eine Positionserfassungsvorrichtung zur Erfassung der Position eines zu erfassenden Objekts gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen ersten Magneten und einen zweiten Magneten; sowie ein Magnetfelderfassungsteil, welches ein von dem ersten Magneten und dem zweiten Magneten erzeugtes Magnetfeld erfasst; wobei das Magnetfelderfassungsteil und das zu erfassende Objekt entlang einer ersten Richtung relativ zueinander beweglich sind; der erste Magnet und der zweite Magnet mit der gleichen Polarität in der ersten Richtung einander gegenüberliegend angeordnet sind; der erste Magnet und der zweite Magnet jeweils eine erste Fläche und eine auf der der ersten Fläche gegenüberliegenden Seite angeordnete zweite Fläche aufweisen; die ersten Flächen des ersten Magneten und des zweiten Magneten relativ näher an dem Magnetfelderfassungsteil und die zweiten Flächen des ersten Magneten und des zweiten Magneten relativ weiter weg vom Magnetfelderfassungsteil angeordnet sind; die ersten Flächen des ersten Magneten und des zweiten Magneten jeweils eine erste Kante aufweisen, die in Draufsicht näher am Magnetfelderfassungsteil angeordnet ist, und eine zweite Kante aufweisen, die in Draufsicht weiter weg vom Magnetfelderfassungsteil angeordnet ist; eine erste virtuelle Ebene, die die jeweilige erste Kante des ersten Magneten und des zweiten Magneten umfasst, wenn das zu erfassende Objekt darunter positioniert und das Magnetfelderfassungsteil über dem zu erfassenden Objekt positioniert ist, oberhalb einer zweiten virtuelle Ebene positioniert ist, die die jeweilige zweite Kante des ersten Magneten und des zweiten Magneten umfasst; die jeweiligen ersten Flächen des ersten Magneten und des zweiten Magneten in einem bestimmten Neigungswinkel einander gegenüberliegend relativ zur zweiten virtuellen Ebene geneigt sind; und das Magnetfelderfassungsteil zwischen dem ersten Magneten und dem zweiten Magneten angeordnet ist.
Ein Positionserfassungsmodul gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die obige Positionserfassungsvorrichtung, eine Signalverarbeitungseinheit, die durch Verarbeitung eines vom Magnetfelderfassungsteil der Positionserfassungsvorrichtung ausgegebenen Signals einen Winkel eines Magnetfeldes berechnet, der von dem ersten Magneten und dem zweiten Magneten erzeugt wird und an dem Magnetfelderfassungsteil anliegt, und ein Gehäuse, in das die Positionserfassungsvorrichtung und die Signalverarbeitungseinheit aufgenommen sind.
Ein Kupplungssystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das obige Positionserfassungsmodul, und eine Kupplung, die als zu erfassendes Objekt dient.
EFFEKTE DER ERFINDUNG
Mit einer Positionserfassungsvorrichtung, einem Positionserfassungsmodul und einem Kupplungssystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann das Ausmaß der Bewegung eines zu erfassenden Objekts mit noch größerer Genauigkeit linear gemessen werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN

1 ist eine Querschnittsansicht, die die schematische Anordnung einer Positionserfassungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist eine Draufsicht, die die schematische Anordnung einer Positionserfassungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.
3 ist eine perspektivische Ansicht, die die schematische Anordnung einer Positionserfassungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.
4A ist eine Querschnittsansicht, die die schematische Anordnung einer anderen Variante einer Positionserfassungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
4B ist eine Draufsicht, die die schematische Anordnung einer anderen Variante einer Positionserfassungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.
4C ist eine perspektivische Ansicht, die die schematische Anordnung einer anderen Variante einer Positionserfassungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.
5A ist eine Querschnittsansicht, die die schematische Anordnung einer anderen Variante einer Positionserfassungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
5B ist eine Draufsicht, die die schematische Anordnung einer anderen Variante einer Positionserfassungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.
6A ist eine Querschnittsansicht, die die schematische Anordnung einer anderen Variante einer Positionserfassungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
6B ist eine Draufsicht, die die schematische Anordnung einer anderen Variante einer Positionserfassungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.
7 ist eine Querschnittsansicht, die die schematische Anordnung einer anderen Variante einer Positionserfassungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
8 ist ein Blockdiagramm, das die schematische Anordnung einer Positionserfassungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
9 ist ein Diagramm, das die schematische Anordnung eines Positionserfassungsmoduls gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

10 ist ein Blockdiagramm, das die schematische Anordnung eines Kupplungssystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
11 ist eine Querschnittsansicht, die den schematischen Aufbau einer im Testbeispiel 1 verwendeten Positionserfassungseinrichtung zeigt.
12Aist ein Graph, der das Testergebnis einer Simulation des Testbeispiels 1 zeigt.
12B ist ein Graph, der das Testergebnis einer Simulation des Testbeispiels 1 zeigt.
12C ist ein Graph, der das Testergebnis einer Simulation des Testbeispiels 1 zeigt.
13 ist eine Querschnittsansicht, die den schematischen Aufbau einer im Testbeispiel 2 verwendeten Positionserfassungseinrichtung zeigt.
14Aist ein Graph, der das Testergebnis einer Simulation des Testbeispiels 2 zeigt.
14B ist ein Graph, der das Testergebnis einer Simulation des Testbeispiels 2 zeigt.
14C ist ein Graph, der das Testergebnis einer Simulation des Testbeispiels 2 zeigt.
15Aist ein Graph, der das Testergebnis einer Simulation des Testbeispiels 3 zeigt.
15B ist ein Graph, der das Testergebnis einer Simulation des Testbeispiels 3 zeigt.
15C ist ein Graph, der das Testergebnis einer Simulation des Testbeispiels 3 zeigt.
16Aist ein Graph, der das Testergebnis einer Simulation des Testbeispiels 4 zeigt.
16B ist ein Graph, der das Testergebnis einer Simulation des Testbeispiels 4 zeigt.
16C ist ein Graph, der das Testergebnis einer Simulation des Testbeispiels 4 zeigt.
17Aist ein Graph, der das Testergebnis einer Simulation des Testbeispiels 5 zeigt.
17B ist ein Graph, der das Testergebnis einer Simulation des Testbeispiels 5 zeigt.
17C ist ein Graph, der das Testergebnis einer Simulation des Testbeispiels 5 zeigt.
18Aist ein Graph, der das Testergebnis einer Simulation des Testbeispiels 6 zeigt.
18B ist ein Graph, der das Testergebnis einer Simulation des Testbeispiels 6 zeigt.
18C ist ein Graph, der das Testergebnis einer Simulation des Testbeispiels 6 zeigt.
19Aist ein Graph, der das Testergebnis einer Simulation des Testbeispiels 7 zeigt.
19B ist ein Graph, der das Testergebnis einer Simulation des Testbeispiels 7 zeigt.
19C ist ein Graph, der das Testergebnis einer Simulation des Testbeispiels 7 zeigt.
20Aist ein Graph, der das Testergebnis einer Simulation des Testbeispiels 8 zeigt.
20B ist ein Graph, der das Testergebnis einer Simulation des Testbeispiels 8 zeigt.
20C ist ein Graph, der das Testergebnis einer Simulation des Testbeispiels 8 zeigt.
21 ist ein Graph, der das Testergebnis einer Simulation des Testbeispiels 9 zeigt.
22 ist ein Graph, der das Testergebnis einer Simulation des Testbeispiels 10 zeigt.

AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
Eine Positionserfassungsvorrichtung zur Erfassung der Position eines zu erfassenden Objekts gemäß einer Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung einen ersten Magneten und einen zweiten Magneten; sowie ein Magnetfelderfassungsteil, welches ein von dem ersten Magneten und dem zweiten Magneten erzeugtes Magnetfeld erfasst; wobei das Magnetfelderfassungsteil und das zu erfassende Objekt entlang einer ersten Richtung relativ zueinander beweglich sind; der erste Magnet und der zweite Magnet mit der gleichen Polarität in der ersten Richtung einander gegenüberliegend angeordnet sind; der erste Magnet und der zweite Magnet jeweils eine erste Fläche und eine auf der der ersten Fläche gegenüberliegenden Seite angeordnete zweite Fläche aufweisen; die ersten Flächen des ersten Magneten und des zweiten Magneten relativ näher an dem Magnetfelderfassungsteil und die zweiten Flächen des ersten Magneten und des zweiten Magneten relativ weiter weg vom Magnetfelderfassungsteil angeordnet sind; die ersten Flächen des ersten Magneten und des zweiten Magneten jeweils eine erste Kante aufweisen, die in Draufsicht näher am Magnetfelderfassungsteil angeordnet ist, und eine zweite Kante aufweisen, die in Draufsicht weiter weg vom Magnetfelderfassungsteil angeordnet ist; eine erste virtuelle Ebene, die die jeweilige erste Kante des ersten Magneten und des zweiten Magneten umfasst, wenn das zu erfassende Objekt darunter positioniert und das Magnetfelderfassungsteil über dem zu erfassenden Objekt positioniert ist, oberhalb einer zweiten virtuelle Ebene positioniert ist, die die jeweilige zweite Kante des ersten Magneten und des zweiten Magneten umfasst; die jeweiligen ersten Flächen des ersten Magneten und des zweiten Magneten in einem bestimmten Neigungswinkel einander gegenüberliegend relativ zur zweiten virtuellen Ebene geneigt sind; und das Magnetfelderfassungsteil zwischen dem ersten Magneten und dem zweiten Magneten angeordnet ist.
Eine Positionserfassungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform 2 der Erfindung ist eine Positionserfassungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 1, wobei die jeweiligen ersten Flächen des ersten Magneten und des zweiten Magneten in einem Winkelbereich von 28,5° bis 31,5° relativ zur zweiten virtuellen Ebene geneigt sind.
Eine Positionserfassungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform 3 der Erfindung ist eine Positionserfassungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 1, wobei die jeweiligen ersten Flächen des ersten Magneten und des zweiten Magneten in einem Winkelbereich von 29,5° bis 30,75° relativ zur zweiten virtuellen Ebene geneigt sind.
Eine Positionserfassungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform 4 der Erfindung ist eine Positionserfassungsvorrichtung gemäß einer der Ausführungsformen 1 bis 3, wobei der Neigungswinkel der ersten Fläche des ersten Magneten derselbe Winkel ist wie der Neigungswinkel der ersten Fläche des zweiten Magneten.
Eine Positionserfassungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform 5 der Erfindung ist eine Positionserfassungsvorrichtung gemäß einer der Ausführungsformen 1 bis 4, wobei das Magnetfelderfassungsteil in einem Anordnungsbereich für das Magnetfelderfassungsteil angeordnet ist, der von der ersten virtuellen Ebene, der zweiten virtuellen Ebene, sowie den ersten Flächen des ersten Magneten und des zweiten Magneten begrenzt wird.
Eine Positionserfassungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform 6 der Erfindung ist eine Positionserfassungsvorrichtung gemäß einer der Ausführungsformen 1 bis 5, wobei das Magnetfelderfassungsteil ein erstes Magnetfelderfassungsteil und ein zweites Magnetfelderfassungsteil aufweist.
Eine Positionserfassungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform 7 der Erfindung ist eine Positionserfassungsvorrichtung gemäß einer der Ausführungsformen 1 bis 6, wobei eine für Magnetismus sensitive Richtung des Magnetfelderfassungsteils eine erste für Magnetismus sensitive Richtung parallel zur ersten Richtung sowie eine zweite für Magnetismus sensitive Richtung orthogonal zur ersten für Magnetismus sensitive Richtung aufweist; und die zweite für Magnetismus sensitive Richtung die erste virtuelle Ebene und die zweite virtuelle Ebene schneidet.
Eine Positionserfassungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform 8 der Erfindung ist eine Positionserfassungsvorrichtung gemäß einer der Ausführungsformen 1 bis 7, wobei neben dem Magnetfelderfassungsteil in der ersten Richtung Jochteile vorgesehen sind; und das Magnetfelderfassungsteil zwischen den Jochteilen angeordnet ist.
Eine Positionserfassungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform 9 der Erfindung ist eine Positionserfassungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 8, wobei die Jochteile ein erstes Jochteil und ein zweites Jochteil aufweisen.
Eine Positionserfassungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform 10 der Erfindung ist eine Positionserfassungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 9, wobei das Magnetfelderfassungsteil in einem Bereich angeordnet ist, in dem sich aus der ersten Richtung betrachtet das erste Jochteil und das zweite Jochteil überlappen.
Eine Positionserfassungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform 11 der Erfindung ist eine Positionserfassungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 8, wobei die Jochteile ein erstes Jochteil und ein zweites Jochteil aufweisen; das Magnetfelderfassungsteil in der ersten Richtung zwischen dem ersten Jochteil und dem zweiten Jochteil angeordnet ist; und das erste Jochteil und das zweite Jochteil in der Draufsicht im Wesentlichen U-förmig ausgebildet sind, wobei sie mit ihren Öffnungen einander gegenüberliegend angeordnet sind.
Eine Positionserfassungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform 12 der Erfindung ist eine Positionserfassungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 8, wobei das Jochteil in der Draufsicht rahmenförmig ist; und das Magnetfelderfassungsteil innerhalb des rahmenförmigen Jochteils angeordnet ist.
Eine Positionserfassungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform 13 der Erfindung ist eine Positionserfassungsvorrichtung gemäß einer der Ausführungsformen 8 bis 12, wobei der Abstand entlang der ersten Richtung vom Magnetfelderfassungsteil zum ersten Magneten derselbe ist wie der Abstand entlang der ersten Richtung vom Magnetfelderfassungsteil zum zweiten Magneten; und der Abstand entlang der ersten Richtung vom Magnetfelderfassungsteil zum Jochteil, das auf der Seite des ersten Magneten angeordnet ist, derselbe ist wie der Abstand entlang der ersten Richtung vom Magnetfelderfassungsteil zum Jochteil, das auf der Seite des zweiten Magneten angeordnet ist.
Eine Positionserfassungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform 14 der Erfindung ist eine Positionserfassungsvorrichtung gemäß einer der Ausführungsformen 1 bis 13, wobei der erste Magnet und der zweite Magnet aus demselben Material sind.
Eine Positionserfassungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform 15 der Erfindung ist eine Positionserfassungsvorrichtung gemäß einer der Ausführungsformen 8 bis 13, wobei das erste Jochteil und das zweite Jochteil aus demselben Material sind.
Ein Positionserfassungsmodul gemäß einer Ausführungsform 16 der Erfindung umfasst die Positionserfassungsvorrichtung gemäß einem der Ausführungsformen 1 bis 15; eine Signalverarbeitungseinheit, die durch Verarbeitung eines vom Magnetfelderfassungsteil der Positionserfassungsvorrichtung ausgegebenen Signals einen Winkel eines Magnetfeldes berechnet, der von dem ersten Magneten und dem zweiten Magneten erzeugt wird und an dem Magnetfelderfassungsteil anliegt; und
ein Gehäuse, in das die Positionserfassungsvorrichtung und die Signalverarbeitungseinheit aufgenommen sind.
Ein Kupplungssystem gemäß einer Ausführungsform 17 der Erfindung umfasst das Positionserfassungsmodul gemäß Ausführungsform 16; und eine Kupplung, die als zu erfassendes Objekt dient.
Im Folgenden wird eine Ausführungsform der Erfindung anhand der beiliegenden Figuren beschrieben.
In dieser Ausführungsform werden nach Bedarf in einigen Zeichnungen „X-Richtung“, „Y-Richtung“ und „Z-Richtung“ definiert. Dabei sind die X-Richtung und die Y-Richtung parallel zu derjenigen Oberfläche des Magnetfelderfassungsteils 3, die dem zu erfassenden Objekt 7 zugewandt ist. Die X-Richtung ist dabei parallel zur Bewegungsrichtung des zu erfassenden Objekts 7. Die Y-Richtung ist orthogonal zur X-Richtung. Die Z-Richtung ist orthogonal zur X-Richtung und zur Y-Richtung. Bei der X-Richtung ist die Richtung parallel zur Richtung vom zweiten Magneten 42 zum ersten Magneten 41 als +X-Richtung definiert, und die Richtung parallel zur Richtung vom ersten Magneten 41 zum zweiten Magneten 42 ist als -X-Richtung definiert. In der Z-Richtung ist die Richtung parallel zur Richtung vom zu erfassenden Objekt 7 zum Magnetfelderfassungsteil 3 als +Z-Richtung definiert, und die Richtung parallel zur Richtung von dem Magnetfelderfassungsteil 3 zum zu erfassenden Objekt 7 ist als -Z-Richtung definiert. Eine Richtung parallel zur X-Richtung entspricht in der vorliegenden Technologie einer „ersten Richtung“. Eine Richtung parallel zur Z-Richtung entspricht in der vorliegenden Technologie einer „zweiten Richtung“. Eine Richtung parallel zur Y-Richtung entspricht in der vorliegenden Technologie einer „dritten Richtung“.
Wie in den 1 bis 3 gezeigt, ist eine Positionserfassungsvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform in einer Richtung magnetisiert, und umfasst einen ersten Magneten 41 und einen zweiten Magneten 42, wobei ein Ende derselben einen ersten Magnetpol (z. B. Nordpol) und das andere Ende einen zweiten Magnetpol (z.B. Südpol) aufweist, sowie ein Magnetfelderfassungsteil 3. Die Positionserfassungsvorrichtung 1 gemäß dieser Ausführungsform kann als Hubsensor verwendet werden, der den Betrag erfasst, um den sich das zu erfassende Objekt 7 in ±X-Richtung bewegt.
Das zu erfassende Objekt 7 ist aus der Z-Richtung, also in der Draufsicht betrachtet, in der -Z-Richtung der Positionserfassungsvorrichtung 1 (Magnetfelderfassungsteil 3) positioniert, und ist entlang der ±X-Richtungen beweglich. Das zu erfassende Objekt 7 ist aus einem weichmagnetischen Material (magnetischem Material) wie beispielsweise Eisen, einer Eisenlegierung oder dergleichen. Das zu erfassende Objekt 7 hat beispielsweise eine Scheibenform (Plattenform) (die aus der X-Richtung betrachtet kreisförmig ist), aber die Form des zu erfassenden Objekts 7 ist nicht auf diese Ausgestaltung beschränkt. Das zu erfassende Objekt 7 ist so angeordnet, dass seine Dickenrichtung in X-Richtung verläuft. Aufgrund der Bewegung des zu erfassenden Objekts 7 ändern sich die Intensität (magnetische Flussdichte) und die Richtungen (Winkel) des Magnetfelds, das vom ersten Magneten 41 und vom zweiten Magneten 42, die später beschrieben werden, an das Magnetfelderfassungsteil 3 angelegt werden.
Der erste Magnet 41 und der zweite Magnet 42 weisen jeweils erste Flächen 41A, 42A sowie zweite Flächen 41B, 42B auf, die jeweils auf der von den ersten Flächen 41A, 42A abgewandten Seite angeordnet sind. Die ersten Flächen 41A und 42A befinden sich in der Nähe des Magnetfelderfassungsteils 3 und die zweiten Flächen 41B und 42B befinden sich weiter entfernt vom Magnetfelderfassungsteil 3. Die erste Fläche 41A und die zweite Fläche 41B des ersten Magneten 41 sind in Ebenen angeordnet, die im Wesentlichen parallel zueinander sind, und die erste Fläche 42A und die zweite Fläche 42B des zweiten Magneten 42 sind ebenfalls in Ebenen angeordnet, die im Wesentlichen parallel zueinander sind. Hierbei umfasst „im Wesentlichen parallel“ auch den Fall, dass eine Ebene in der die erste Fläche 41A bzw. 42Aliegt eine Ebene in der die zweite Fläche 41B bzw. 42B liegt in einem Winkel von bis zu 5 Grad schneidet.
Der erste Magnet 41 und der zweite Magnet 42 sind so angeordnet, dass ihre ersten Magnetpole (Nordpole) einander zugewandt sind. Dass die ersten Magnetpole (Nordpole) einander zugewandt sind, bedeutet, dass die Magnetisierungsrichtung des ersten Magneten 41 und die Magnetisierungsrichtung des zweiten Magneten 42 in der Projektion auf die XY-Ebene antiparallel zueinander sind. Hierbei bedeutet „Magnetisierungsrichtung“ die Richtung, in der die magnetischen Feldlinien innerhalb der Magnete (also des ersten Magnets 41 und des zweiten Magnets 42) vom zweiten Magnetpol (Südpol) zum ersten Magnetpol (Nordpol) verlaufen. In der vorliegenden Ausführungsform sind der erste Magnet 41 und der zweite Magnet 42 so angeordnet, dass ihre ersten Magnetpole (Nordpole) einander zugewandt sind, aber die Ausführungsform ist nicht hierauf beschränkt. Der erste Magnet 41 und der zweite Magnet 42 können auch so angeordnet sein, dass ihre zweiten Magnetpole (Südpole) einander zugewandt sind. Mit anderen Worten sind der erste Magnet 41 und der zweite Magnet 42 so angeordnet, dass ihre Magnetpole gleicher Polarität (Nordpole oder Südpole) einander zugewandt sind.
Die erste Fläche 41A des ersten Magneten 41 weist eine erste Kante 411 und eine zweite Kante 412 auf, die aus der Z-Richtung gesehen parallel zur Y-Richtung (Y-Achse) verlaufen. Die erste Kante 411 befindet sich bei Betrachtung aus der Z-Richtung näher am Magnetfelderfassungsteil 3 und die zweite Kante 412 befindet sich bei Betrachtung aus der Z-Richtung weiter entfernt vom Magnetfelderfassungsteil 3. Das heißt, die erste Kante 411 befindet sich weiter auf der -X-Seite als die zweite Kante 412. Die erste Fläche 42A des zweiten Magneten 42 weist eine erste Kante 421 und eine zweite Kante 422 auf, die aus der Z-Richtung gesehen parallel zur Y-Richtung (Y-Achse) verlaufen. Die erste Kante 421 befindet sich bei Betrachtung aus der Z-Richtung näher am Magnetfelderfassungsteil 3 und die zweite Kante 422 befindet sich bei Betrachtung aus der Z-Richtung weiter entfernt vom Magnetfelderfassungsteil 3. Das heißt, die erste Kante 421 befindet sich weiter auf der +X-Seite als die zweite Kante 422.
Die Ebene, die die erste Kante 411 der ersten Fläche 41A des ersten Magneten 41 und die erste Kante 421 der ersten Fläche 42A des zweiten Magneten 42 enthält, ist als erste virtuelle Ebene VP1 definiert. Die Ebene, die die zweite Kante 412 der ersten Fläche 41A des ersten Magneten 41 und die zweite Kante 422 der ersten Fläche 42A des zweiten Magneten 42 enthält, ist als zweite virtuelle Ebene VP2 definiert. Wenn das zu erfassende Objekt 7 darunter (darunter in Z-Richtung, also auf der -Z-Seite) und das Magnetfelderfassungsteil 3 über dem zu erfassenden Objekt 7 (darüber in Z-Richtung, also auf der +Z-Seite) positioniert ist, befindet sich die erste virtuelle Ebene VP1 über der zweiten virtuellen Ebene VP2 (oben in Z-Richtung, also auf der +Z-Seite). Das heißt, der erste Magnet 41 und der zweite Magnet 42 sind so angeordnet, dass die erste Fläche 41A des ersten Magneten 41 und die erste Fläche 42A des zweiten Magneten 42 in Seitenansicht eine
-Form (umgekehrte VForm) bilden. Mit anderen Worten gehen die Ebene, in der die erste Fläche 41A des ersten Magneten 41 liegt, und die Ebene, in der die erste Fläche 42A des zweiten Magneten 42 liegt, zur -Z-Seite hin auseinander und sie kreuzen einander auf der +Z-Seite.
Die erste Fläche 41A des ersten Magneten 41 ist in einem ersten Neigungswinkel Θ41 in Bezug auf die zweite virtuelle Ebene VP2 geneigt, und die erste Fläche 42A des zweiten Magneten 42 ist in einem zweiten Neigungswinkel θ42 in Bezug auf die zweite virtuelle Ebene VP2 geneigt. Der erste Neigungswinkel θ41 und der zweite Neigungswinkel Θ42 können jeweils im Bereich von 28,5 bis 31,5° liegen, und vorzugsweise im Bereich von 29,5 bis 30,75°. Der erste Neigungswinkel Θ41 und der zweite Neigungswinkel Θ42 können unterschiedliche Winkel sein, solange sie innerhalb der oben genannten Zahlenbereiche liegen, sind jedoch besonders vorzugsweise gleich. Da die erste Fläche 41A des ersten Magneten 41 und die erste Fläche 42A des zweiten Magneten 42 jeweils wie oben beschrieben geneigt sind, kann die Stärke (magnetische Flussdichte) des an das Magnetfelderfassungsteil 3 angelegten Magnetfeldes erhöht werden, der Bereich der Richtungen (Winkel) des an das Magnetfelderfassungsteil 3 angelegten Magnetfelds kann vergrößert werden, und die Genauigkeit, mit der die Positionserfassungsvorrichtung 1 die Position des zu erfassenden Objekts 7 erfasst, kann verbessert werden.
Ein Raum, der von der ersten virtuellen Ebene VP1, der zweiten virtuellen Ebene VP2, der ersten Fläche 41A des ersten Magneten 41 und der ersten Fläche 42A des zweiten Magneten 42 eingefasst wird, kann als „Anordnungsbereich S des Magnetfelderfassungsteils“ definiert werden, und das Magnetfelderfassungsteil 3 ist in diesem Anordnungsbereich S des Magnetfelderfassungsteils vorgesehen. Das heißt, aus der Y-Richtung betrachtet ist das Magnetfelderfassungsteil 3 zwischen dem ersten Magneten 41 und dem zweiten Magneten 42 angeordnet. Dadurch, dass das Magnetfelderfassungsteil 3 im Anordnungsbereich S des Magnetfelderfassungsteils vorgesehen ist, der von der ersten Fläche 41A des ersten Magneten 41 und der ersten Fläche 42A des zweiten Magneten 42, die in einem ersten Neigungswinkel θ41 und einem zweiten Neigungswinkel θ42 in Bezug auf die zweite virtuelle Ebene VP2 geneigt sind, sowie von der ersten virtuellen Ebene VP1 und der zweiten virtuellen Ebene VP2 eingefasst ist, kann die Stärke (magnetische Flussdichte) des an das Magnetfelderfassungsteil 3 angelegten Magnetfelds erhöht werden, der Bereich der Richtungen (Winkel) des an das Magnetfelderfassungsteil 3 angelegten Magnetfelds kann vergrößert werden, und die Genauigkeit, mit der die Positionserfassungsvorrichtung 1 die Position des zu erfassenden Objekts 7 erfasst, kann verbessert werden. In dieser Ausführungsform ist das Magnetfelderfassungsteil 3 auf der zweiten virtuellen Ebene VP2 positioniert, es besteht jedoch keine Einschränkung auf diese Ausführungsform und das Magnetfelderfassungsteil 3 muss nicht auf dieser Ebene platziert werden, solange sie innerhalb des Anordnungsbereichs S des Magnetfelderfassungsteils angeordnet ist.
Der Abstand D4 zwischen dem ersten Magneten 41 und dem zweiten Magneten 42 kann in Hinblick auf das Ausmaß der Bewegung des zu erfassenden Objekts 7, das sich entlang der X-Richtung bewegt, eingestellt werden und sollte auf mindestens das maximale Ausmaß der Bewegung des zu erfassenden Objekts 7 eingestellt werden. Der Abstand D4 zwischen dem ersten Magneten 41 und dem zweiten Magneten 42 ist der Abstand in X-Richtung zwischen der ersten Kante 411 und der ersten Kante 421.
Das Magnetfelderfassungsteil 3 erfasst die Richtung des vom ersten Magneten 41 und vom zweiten Magneten 42 erzeugten Magnetfeldes. Genauer gesagt erfasst das Magnetfelderfassungsteil 3 die Richtung (den Vektor) des Magnetfelds, das durch den ersten Magneten 41 und den zweiten Magneten 42 erzeugt und an das Magnetfelderfassungsteil 3 angelegt wird, also die Richtung der magnetischen Feldlinien in dem Magnetfelderfassungsteil 3. Das Magnetfelderfassungsteil 3 kann ein erstes Magnetfelderfassungsteil 31 und ein zweites Magnetfelderfassungsteil 32 umfassen. Das Magnetfelderfassungsteil 3 (bzw. das erste Magnetfelderfassungsteil 31 und das zweite Magnetfelderfassungsteil 32) kann beispielsweise Hall-Elemente, Hall-ICs (Integrated Circuits), GMR-Elemente, TMR-Elemente und dergleichen als Magnetfelderfassungselemente aufweisen. Das Magnetfelderfassungsteil 3 weist eine für Magnetismus sensitive Richtung entlang der X-Richtung und eine für Magnetismus sensitive Richtung entlang der Z-Richtung auf. Die Z-Richtung ist orthogonal zur X-Richtung und orthogonal zur ersten virtuellen Ebene VP1 und zur zweiten virtuellen Ebene VP2.
In der vorliegenden Ausführungsform kann das Magnetfelderfassungsteil 3 ein einzelner Chip sein, der durch integriertes (monolithisches) Ausbilden des ersten Magnetfelderfassungsteils 31 und des zweiten Magnetfelderfassungsteils 32 erhalten wird, oder kann auch in einem einzelnen Gehäuse vorgesehen sein, wobei das erste Magnetfelderfassungsteil 31 und das zweite Magnetfelderfassungsteil 32 in einem Gehäuse harzversiegelt sind, oder das erste Magnetfelderfassungsteil 31 und das zweite Magnetfelderfassungsteil 32 können auch unabhängig voneinander harzversiegelt sein. Wie später beschrieben wird, wird unter Verwendung der Differenz zwischen den Ausgängen B_X1 und B_Z1 des ersten Magnetfelderfassungsteils 31 und den Ausgängen B_X2 und B_Z2 des zweiten Magnetfelderfassungsteils 32, die im Magnetfelderfassungsteil 3 enthalten sind, der Arkustangens (ATAN) durch die untenstehende Formel berechnet, und die Richtung (der Vektor) des an das Magnetfelderfassungsteil 3 angelegten Magnetfelds wird als Winkelwert (Erfassungswert) θ_B bestimmt. Auf diese Weise kann die Genauigkeit, mit der die Positionserfassungsvorrichtung 1 die Position des zu erfassenden Objekts 7 erfasst, verbessert werden, indem die Differenz zwischen den jeweiligen Ausgängen des ersten Magnetfelderfassungsteils 31 und des zweiten Magnetfelderfassungsteils 32 zur Berechnung des Winkelwerts verwendet wird.
$θ_{B} = ATAN (\frac{B_{Z2} - B_{Z1}}{B_{X2} - B_{X1}})$
In der Positionserfassungsvorrichtung 1 gemäß dieser Ausführungsform sind der erste Magnet 41 und der zweite Magnet 42 vorzugsweise so angeordnet, dass sie in X-Richtung den gleichen Abstand von der Mitte des Magnetfelderfassungsteils 3 haben. Das heißt, der Abstand (entlang der X-Richtung) von dem ersten Magnetfelderfassungsteil 31 zum ersten Magneten 41 und der Abstand (entlang der X-Richtung) von dem zweiten Magnetfelderfassungsteil 32 zum zweiten Magneten 42 sind vorzugsweise identisch. Wenn diese Abstände identisch sind, kann die Genauigkeit, mit der die Positionserfassungsvorrichtung 1 die Position des zu erfassenden Objekts 7 erfasst, verbessert werden.
Die Positionserfassungsvorrichtung 1 gemäß dieser Ausführungsform kann auch Jochteile 5 aufweisen, die auf der ±X-Seite neben dem Magnetfelderfassungsteil 3 angeordnet sind. Die Jochteile 5 können ein erstes Jochteil 51, das auf der +X-Seite des Magnetfelderfassungsteils 3 angeordnet ist, und ein zweites Jochteil 52, das auf der -X-Seite des Magnetfelderfassungsteils 3 angeordnet ist, umfassen. Das erste Jochteil 51 und das zweite Jochteil 52 können so vorgesehen sein, dass das Magnetfelderfassungsteil 3 in der Y-Richtung gesehen zwischen dem ersten Jochteil 51 und dem zweiten Jochteil 52 angeordnet ist. Wenn der Abstand des ersten Magnetfelderfassungsteils 31 zum ersten Magneten 41 sich von dem Abstand des zweiten Magnetfelderfassungsteils 32 zum zweiten Magneten 42 aufgrund einer Positionsabweichung des Magnetfelderfassungsteils 3 oder dergleichen unterscheidet, verschlechtert sich die Genauigkeit des Ausgangssignals des Magnetfelderfassungsteils 3 dadurch, dass die Stärken des jeweils an das erste Magnetfelderfassungsteil 31 und das zweite Magnetfelderfassungsteil 32 angelegten Magnetfeldes uneinheitlich werden. Allerdings kann selbst in einem solchen Fall die Genauigkeit, mit der die Positionserfassungsvorrichtung 1 die Position des zu erfassenden Objekts 7 erfasst, verbessert werden, wenn die Positionserfassungsvorrichtung 1 die Jochteile 5 umfasst.
In Z-Richtung betrachtet können das erste Jochteil 51 und das zweite Jochteil 52 eine rechteckige Form aufweisen, deren Längsrichtung die Y-Richtung ist (siehe 4Aund 4B), können aber auch in Form des japanischen Schriftzeichens ⊐ (U-Form oder C-Form) haben, dessen Öffnungen einander gegenüberliegend angeordnet sein (siehe 5A und 5B). Außerdem können das erste Jochteil 51 und das zweite Jochteil 52 auch einstückig aneinander anschließend ausgebildet sein, und eine Rahmenform (Form des japanischen Schriftzeichens □) aufweisen, die das Magnetfelderfassungsteil 3 in Z-Richtung betrachtet umgibt (siehe 6A und 6B). Dabei können die Endflächen 51Aund 52A des ersten Jochteils 51 und des zweiten Jochteils 52 auf der +Z-Seite ebenso wie die erste Fläche 41A des ersten Magneten 41 und die erste Fläche 42A des zweiten Magneten 42 in einem bestimmten Winkel (zum Beispiel im gleichen Winkel wie der erste Neigungswinkel Θ41 und der zweite Neigungswinkel Θ42) gegenüber der zweiten virtuellen Ebene VP2 geneigt sein (siehe 7). Dadurch, dass die Endflächen 51A und 52A geneigt sind, können die räumlichen Ausdehnungen des ersten Jochteils 51 und des zweiten Jochteils 52 relativ vergrößert werden, und die Genauigkeit, mit der die Positionserfassungsvorrichtung 1 die Position des zu erfassenden Objekts 7 erfasst, kann noch mehr verbessert werden. Wenn die Positionserfassungsvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Jochteile 5 (also das erste Jochteil 51 und das zweite Jochteil 52) umfasst, können der erste Neigungswinkel Θ41 und der zweite Neigungswinkel Θ42 jeweils im Bereich 28,5 bis 32,5° liegen, wobei ein Bereich von 29,5 bis 31,25° bevorzugt ist.
Das erste Jochteil 51 und das zweite Jochteil 52 können aus einem magnetischen Material, wie z.B. NiFe oder dergleichen sein. Dabei sind das erste Jochteil 51 und das zweite Jochteil 52 vorzugsweise aus demselben magnetischen Material.
Der Abstand L1 zwischen dem Magnetfelderfassungsteil 3 und dem ersten Jochteil 51 ist vorzugsweise identisch zum Abstand L2 zwischen dem Magnetfelderfassungsteil 3 und dem zweiten Jochteil 52. Wenn die Abstände L1 und L2 identisch sind, kann dies die Genauigkeit, mit die Positionserfassungsvorrichtung 1 das zu erfassende Objekts 7 erfasst, verbessern. Mit den Abständen L1 und L2 ist hierbei der Abstand zwischen der Mitte des Magnetfelderfassungsteils 3 und der Fläche des ersten Jochteils 51 bzw. des zweiten Jochteils 52 auf Seiten des Magnetfelderfassungsteils 3 bei Betrachtung in Z-Richtung gemeint.
Wie in 8 gezeigt, ist die Positionserfassungsvorrichtung 1 mit einer Signalverarbeitungseinheit 6 versehen. Die Signalverarbeitungseinheit 6 umfasst eine A/D-Wandlereinheit 61 (Analog-Digital-Wandlereinheit 61), die analoge Signale, die von dem Magnetfelderfassungsteil 3 ausgegeben werden, in digitale Signale umwandelt, und eine Recheneinheit 62, die eine rechnerische Verarbeitung der digitalen Signale durchführt, die von der A/D-Wandlereinheit 61 in digital umgewandelt wurden. Falls die Ergebnisse der mit der Recheneinheit 62 durchgeführten rechnerischen Verarbeitung als analoge Signale ausgegeben werden, sollte die Signalverarbeitungseinheit 6 ferner eine D/A (Digital-Analog)-Wandlereinheit (nicht dargestellt) stromabwärts der Recheneinheit 62 umfassen.
Die Signalverarbeitungseinheit 6 erzeugt einen Erfassungswert θ_B, der den Winkel des vom ersten Magneten 41 und vom zweiten Magneten 42 erzeugten Magnetfelds, das an das Magnetfelderfassungsteil 3 angelegt wird, in Bezug auf die X-Richtung ausgibt. Der Erfassungswert θ_B steht in Beziehung zur relativen Position des zu erfassenden Objekts 7 zu dem Magnetfelderfassungsteil 3.
Der A/D-Wandler 61 wandelt das vom Magnetfelderfassungsteil 3 ausgegebene Sensorsignal (analoges Stromsignal) in ein digitales Signal um und gibt dieses digitale Signal in die Recheneinheit 62 ein. Die Recheneinheit 62 führt eine rechnerische Verarbeitung des digitalen Signals durch, das von dem A/D-Wandler 61 aus dem analogen Signal erzeugt wurde. Die Recheneinheit 62 ist zum Beispiel aus einem Mikrocomputer, ASIC (Application Specific Integrated Circuit) oder dergleichen gebildet.
In dieser Ausführungsform wird, wenn sich die Richtung des von dem ersten Magneten 41 und dem zweiten Magneten 42 erzeugten und an das Magnetfelderfassungsteil 3 angelegten Magnetfelds mit der Bewegung des zu erfassenden Objekts 7 in der ±X-Richtung ändert, vom Magnetfelderfassungsteil 3 ein Sensorsignal ausgegeben, das der relativen Position des zu erfassenden Objekts 7 zu dem Magnetfelderfassungsteil 3 in der ±X-Richtung entspricht. Dieses Sensorsignal wird von der Signalverarbeitungseinheit 6 zur Erzeugung des Erfassungswertes θ_B verwendet. Dabei ändert sich der Erfassungswert θ_B selbst dann nicht, wenn z.B. die Stromversorgung des Sensors aus- und wieder eingeschaltet wird, und die absolute Position kann weiterhin erfasst werden.
Gemäß der Positionserfassungsvorrichtung 1 dieser Ausführungsform sind die erste Fläche 41A des ersten Magneten 41 und die erste Fläche 42A des zweiten Magneten 42 relativ zur zweiten virtuellen Ebene VP2 geneigt, wodurch die Intensität (magnetische Flussdichte) des an das Magnetfelderfassungsteil 3 angelegten Magnetfeldes erhöht werden kann, den Bereich der Richtungen (Winkel) des an das Magnetfelderfassungsteil 3 angelegten Magnetfeldes vergrößert werden kann, und die Genauigkeit, mit der die Positionserfassungsvorrichtung 1 das zu erfassende Objekt 7 erfasst, verbessert werden kann.
Die Positionserfassungsvorrichtung 1 ist in dieser Ausführungsform Teil eines Positionserfassungsmoduls 10, das in einem bestimmten Gehäuse 11 aufgenommen ist (siehe 9). Das Positionserfassungsmodul 10 umfasst in dieser Ausführungsform die Positionserfassungsvorrichtung 1, die Signalverarbeitungseinheit 6 und das Gehäuse 11, das die Positionserfassungsvorrichtung 1 und die Signalverarbeitungseinheit 6 aufnimmt. Die Positionserfassungsvorrichtung 1 und die Signalverarbeitungseinheit 6 sind in dem Gehäuse 11 aufgenommen, wobei sie von einem Träger 12 aus Kunststoff getragen werden. Das Gehäuse 11 verfügt über einen Verbinder 13 zur Ausgabe des Erfassungswerts θ_B, der von der Signalverarbeitungseinheit 6 unter Verwendung des vom Magnetfelderfassungsteil 3 der Positionserfassungsvorrichtung 1 ausgegebenen Sensorsignals erzeugt wurde.
Die Positionserfassungsvorrichtung 1 und das Positionserfassungsmodul 10 mit derselben gemäß der obigen Ausführungsform können zur Detektion von Änderungen der Position eines zu erfassenden Objekts 7 verwendet werden, das sich im Wesentlichen linear bewegt. Das Positionserfassungsmodul 10 mit der Positionserfassungseinrichtung 1 gemäß dieser Ausführungsform kann beispielsweise als Positionserfassungseinrichtung für eine Kupplung in einem Kupplungssystem verwendet werden. Wie in 10 gezeigt, kann das Positionserfassungsmodul 10 mit der Positionserfassungsvorrichtung 1 gemäß dieser Ausführungsform beispielsweise in einem Kupplungssystem 100 verwendet werden, das mit einem Pedal, wie z.B. einem Fahrzeugkupplungspedal, einer ECU (Electronic Control Unit, elektronische Steuerungseinheit) 101 und einer Kupplung 102 versehen ist, wobei das Positionserfassungsmodul 10 so angeordnet ist, dass die Position der Kupplung 102, wenn sie durch Betätigung eines Kupplungspedals bewegt wird, erfasst werden kann.
Die oben beschriebenen Ausführungsformen sollen das Verständnis der Erfindung erleichtern, jedoch ist die Erfindung nicht auf sie beschränkt. So sollen Merkmale, die in den obigen Ausführungsformen offenbart sind, auch alle strukturellen Änderungen und Äquivalente umfassen, die in den technischen Anwendungsbereich der Erfindung fallen.
In den obigen Ausführungsformen wurde beispielhaft eine Ausführungsform mit einem ersten Magnetfelderfassungsteil 31 und einem zweiten Magnetfelderfassungsteil 32 als Magnetfelderfassungsteil 3 beschrieben, aber das Magnetfelderfassungsteil 3 ist nicht auf diese Ausführungsform beschränkt und kann beispielsweise auch nur ein Magnetfelderfassungsteil 3 (z.B. das erste Magnetfelderfassungsteil 31) umfassen (siehe 4C).
Ausführungsbeispiele
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben, wobei die Erfindung jedoch nicht auf die folgenden Ausführungsbeispiele beschränkt ist.
Testbeispiel 1
Wie in 11 gezeigt, wurde eine Positionserfassungsvorrichtung (Sample 1) verwendet, die nur das erste Magnetfelderfassungsteil 31 als Magnetfelderfassungsteil 3 aufweist, wobei der erste Neigungswinkel Θ41 der ersten Fläche 41A des ersten Magneten 41 und der zweite Neigungswinkel θ42 der ersten Fläche 42A des zweiten Magneten 42 jeweils 0° betragen, und die magnetische Feldstärke (magnetische Flussdichte) des an das Magnetfelderfassungsteil 3 angelegten Magnetfeldes, der Winkelbereich des an das Magnetfelderfassungsteil 3 angelegten Magnetfeldes und der Fehler des von der Signalverarbeitungseinheit 6 ausgegebenen Erfassungswertes durch eine Simulation ermittelt wurden. Die Ergebnisse sind in den 12A bis 12C dargestellt.
Testbeispiel 2
Wie in 13 gezeigt, wurde eine Positionserfassungsvorrichtung 1 (Sample 2) wie im Testbeispiel 1 verwendet, wobei nur das erste Magnetfelderfassungsteil 31 als Magnetfelderfassungsteil 3 vorgesehen war und der erste Neigungswinkel θ41 der ersten Fläche 41A des ersten Magneten 41 und der zweite Neigungswinkel θ42 der ersten Fläche 42A des zweiten Magneten 42 jeweils 30° betrugen. Die an das Magnetfelderfassungsteil 3 angelegte Magnetfeldstärke (magnetische Flussdichte), der Winkelbereich des an das Magnetfelderfassungsteil 3 angelegten Magnetfeldes und der Fehler des von der Signalverarbeitungseinheit 6 ausgegebenen Erfassungswertes wurden durch Simulation ermittelt. Die Ergebnisse sind in den 14Abis 14C dargestellt.
Testbeispiel 3
Die Magnetfeldstärke (magnetische Flussdichte), die an das Magnetfelderfassungsteil 3 (erstes Magnetfelderfassungsteil 31 und zweites Magnetfelderfassungsteil 32) angelegt wurde, der Winkelbereich des an das Magnetfelderfassungsteil 3 angelegten Magnetfeldes und der Fehler im Erfassungswert, der von der Signalverarbeitungseinheit 6 ausgegeben wurde, wurden durch Simulation auf die gleiche Weise wie im Testbeispiel 1 bestimmt, außer dass eine Positionserfassungsvorrichtung 1 (Sample 3) mit der in 1 gezeigten Konfiguration verwendet wurde. In der Positionserfassungsvorrichtung 1 wurden der erste Neigungswinkel θ41 der ersten Fläche 41A des ersten Magneten 41 und der zweite Neigungswinkel θ42 der ersten Fläche 42A des zweiten Magneten 42 jeweils auf 30° gesetzt. Die Ergebnisse sind in den 15Abis 15C dargestellt.
In den 12Abis 12C, 14Abis 14C und 15Abis 15C stellt die horizontale Achse den Hubbetrag des zu erfassenden Objekts 7 (mit normierten Werten) dar. In 15A zeigt die durchgezogene Linie die magnetische Flussdichte (mT) des an das erste Magnetfelderfassungsteil 31 angelegten Magnetfeldes und die gestrichelte Linie die magnetische Flussdichte (mT) des an das zweite Magnetfelderfassungsteil 32 angelegten Magnetfeldes an, falls das zweite Magnetfelderfassungsteil 32 vorhanden ist. Die vertikalen Achsen in den 12B, 14B und 15B zeigen den Winkel (deg) des an das Magnetfelderfassungsteil 3 angelegten Magnetfeldes an, wohingegen die vertikalen Achsen in den 12C, 14C und 15C den Fehler (mm) des von der Signalverarbeitungseinheit 6 ausgegebenen Erfassungswertes anzeigen.
Wie aus den 12Abis 12C und 14Abis 14C ersichtlich ist, wurde bestätigt, dass die magnetische Flussdichte des an das Magnetfelderfassungsteil 3 angelegten Magnetfeldes durch Neigung der ersten Fläche 41A des ersten Magneten 41 und die erste Fläche 42A des zweiten Magneten 42 relativ zur zweiten virtuellen Ebene VP2 erhöht werden kann. Im Testbeispiel 3 beträgt dadurch, dass das Magnetfelderfassungsteils 3 das erste Magnetfelderfassungsteil 31 und das zweite Magnetfelderfassungsteil 32 umfasst, der maximale Fehler (mm) des Erfassungswertes 0,27 mm, und die Genauigkeit, mit der das zu erfassende Objekt 7 erfasst wird, ist im Vergleich zu den Testbeispielen 1 und 2 verbessert.
Testbeispiel 4
Mit einer Positionserfassungsvorrichtung 1 (Sample 4), welches dieselbe Anordnung wie das Testbeispiel 3 (Sample 3) hat, abgesehen davon, dass das erste Magnetfelderfassungsteil 31 und das zweite Magnetfelderfassungsteil 32 um 0,1 mm in der +X-Richtung (zum ersten Magneten 41 hin) versetzt sind, wurden die an die Magnetfelderfassungsteil 3 angelegte Magnetfeldstärke (magnetische Flussdichte), der Winkelbereich des an die Magnetfelderfassungsteil 3 angelegten Magnetfeldes und der Fehler des von der Signalverarbeitungseinheit 6 ausgegebenen Erfassungswertes wie im Testbeispiel 1 durch Simulation ermittelt. Die Ergebnisse sind in den 16A bis 16C dargestellt.
Testbeispiel 5
Die Magnetfeldstärke (magnetische Flussdichte), die auf das Magnetfelderfassungsteil 3 einwirkt, der Winkelbereich des auf das Magnetfelderfassungsteil 3 einwirkenden Magnetfeldes und der Fehler im Erfassungswert, der vom Signalverarbeitungsteil 6 ausgegeben wird, wurden auf die gleiche Weise wie in Testbeispiel 1 durch Simulation ermittelt, außer dass eine Positionserfassungsvorrichtung 1 (Sample 5) mit Jochteilen 5 (erstes Jochteil 51 und zweites Jochteil 52), wie in den 4A und 4B gezeigt, verwendet wurde. Die Ergebnisse sind in den 17Abis 17C dargestellt.
Testbeispiel 6
Es wurde eine Positionserfassungsvorrichtung 1 (Probe 6) mit der gleichen Anordnung wie die Positionserfassungsvorrichtung 1 in Testbeispiel 5 (Sample 5) verwendet, außer dass in Testbeispiel 5 (Sample 5) das erste Magnetfelderfassungsteil 31 und das zweite Magnetfelderfassungsteil 32 um 0,1 mm in der +X-Richtung (zum ersten Magneten 41 hin) verschoben wurden, und die auf das Magnetfelderfassungsteil 3 einwirkende Magnetfeldstärke (magnetische Flussdichte), der Winkelbereich des auf das Magnetfelderfassungsteil 3 einwirkenden Magnetfeldes und der Fehler des von der Signalverarbeitungseinheit 6 ausgegebenen Erfassungswertes wurden auf die gleiche Weise wie in Testbeispiel 1 durch Simulation ermittelt. Die Ergebnisse sind in den 18Abis 18C dargestellt.
Testbeispiel 7
Die an das Magnetfelderfassungsteil 3 angelegte Magnetfeldstärke (magnetische Flussdichte), der Winkelbereich des auf das Magnetfelderfassungsteil 3 einwirkenden Magnetfeldes und der Fehler des von der Signalverarbeitungseinheit 6 ausgegebenen Erfassungswertes wurden auf die gleiche Weise wie im Testbeispiel 1 durch Simulation ermittelt, außer dass eine Positionserfassungsvorrichtung 1 (Sample 7) verwendet wurde, bei der das Magnetfelderfassungsteil 3 wie in 4C gezeigt nur das erste Magnetfelderfassungsteil 31 sowie Jochteile 5 (erstes Jochteil 51 und zweites Jochteil 52) umfasste. Die Ergebnisse sind in den 19A bis 19C dargestellt.
Testbeispiel 8
Eine Positionserfassungsvorrichtung 1 (Sample 8) mit der gleichen Anordnung wie in Testbeispiel 7 (Sample 7) wurde verwendet, außer dass bei der Positionserfassungsvorrichtung 1 in Testbeispiel 7 das erste Magnetfelderfassungsteil 31 um 0,1 mm in der +X-Richtung (zum ersten Magneten 41 hin) verschoben wurde, und die Magnetfeldstärke (magnetische Flussdichte), die an das Magnetfelderfassungsteil 3 angelegt wurde, der Winkelbereich des an den Magnetfelderfassungsteil 3 angelegten Magnetfeldes und der Fehler des von der Signalverarbeitungseinheit 6 ausgegebenen Erfassungswertes wurden auf die gleiche Weise wie in Testbeispiel 1 durch Simulation ermittelt. Die Ergebnisse sind in den 20A bis 20C dargestellt.
In den 16Abis 20C stellt die horizontale Achse den Betrag des Hubs des erfassten Objekts 7 dar (mit normierten Werten). In den 16A, 17A, 18A, 19A und 20a stellt die durchgezogene Linie die magnetische Flussdichte (mT) des an das ersten Magnetfelderfassungsteil 31 angelegten Magnetfeldes und die gestrichelte Linie die magnetische Flussdichte (mT) des an das zweiten Magnetfelderfassungsteil 32 angelegten Magnetfeldes dar. Die vertikalen Achsen in den 16B, 17B, 18B, 19B und 20B stellen den Winkel (deg) des an das Magnetfelderfassungsteil 3 angelegten Magnetfeldes dar, und die vertikalen Achsen in den 16C, 17C, 18C, 19C und 20C stellen den Fehler (mm) des von der Signalverarbeitungseinheit 6 ausgegebenen Erfassungswertes dar.
Wie in den 16Abis 20C gezeigt, wurde bestätigt, dass dadurch, dass die Jochteile 5 (erstes Jochteil 51 und zweites Jochteil 52) auf der ±X-Seite des Magnetfelderfassungsteils 3 vorgesehen sind, auch im Falle einer positionellen Verschiebung (positionelle Verschiebung in X-Richtung) des Magnetfelderfassungsteils 3 (erstes Magnetfelderfassungsteil 31 und zweites Magnetfelderfassungsteil 32) die Ausgewogenheit bzw. Balance des an das erste Magnetfelderfassungsteil 31 und das zweite Magnetfelderfassungsteil 32 angelegten Magnetfeldes verbessert werden kann, der Winkelbereich des an das Magnetfelderfassungsteil 3 angelegten Magnetfeldes erweitert werden kann, die Auflösung der Positionserfassungsvorrichtung 1 verbessert werden kann und ferner die Positionserfassungsgenauigkeit der Positionserfassungsvorrichtung 1 verbessert werden kann. Wie in 20A gezeigt, ist das auch dann der Fall, wenn das Magnetfelderfassungsteil 3 nur mit dem ersten Magnetfelderfassungsteil 31 versehen ist.
Im Testbeispiel 5 betrug dadurch, dass das Magnetfelderfassungsteil 3 das erste Magnetfelderfassungsteil 31 und das zweite Magnetfelderfassungsteil 32 umfasst und die Jochteile 5 (erstes Jochteil 51 und zweites Jochteil 52) vorgesehen sind, der maximale Fehler (mm) des Erfassungswertes 0,18 mm, so das verglichen mit den Testbeispielen 1 bis 3 und dem Testbeispiel 7 die Genauigkeit, mit der das zu erfassende Objekt 7 erfasst wird, verbessert wird.
Testbeispiel 9
Unter Verwendung einer Positionserfassungsvorrichtung 1 mit der gleichen Anordnung wie in Testbeispiel 3 (Sample 3) wurde der Fehler im Erfassungswert, der von der Signalverarbeitungseinheit 6 ausgegeben wird, wenn der erste Neigungswinkel θ41 der ersten Fläche 41A des ersten Magneten 41 und der zweite Neigungswinkel θ42 der ersten Fläche 42A des zweiten Magneten 42 jeweils zwischen 25° und 35° geändert werden, durch Simulation bestimmt. Die Ergebnisse sind in 21 dargestellt.
Testbeispiel 10
Unter Verwendung einer Positionserfassungsvorrichtung 1 mit der gleichen Anordnung wie in Testbeispiel 5 (Sample 5) wurde der Fehler im Erfassungswert, der vom Signalprozessor 6 ausgegeben wird, wenn der erste Neigungswinkel θ41 der ersten Fläche 41A des ersten Magneten 41 und der zweite Neigungswinkel θ42 der ersten Fläche 42A des zweiten Magneten 42 zwischen 25° bzw. 35° variiert werden, durch Simulation bestimmt. Die Ergebnisse sind in 22 dargestellt.
Wie in 21 gezeigt, kann durch Einstellen des ersten Neigungswinkels θ41 der ersten Fläche 41A des ersten Magneten 41 und des zweiten Neigungswinkels θ42 der ersten Fläche 42A des zweiten Magneten 42 innerhalb des Bereichs von 28,5 bis 31,5° der Fehler des vom Signalprozessor 6 ausgegebenen Erfassungswerts auf 1 mm begrenzt werden, und durch Einstellen des ersten Neigungswinkels θ41 und des zweiten Neigungswinkels θ42 innerhalb des Bereichs von 29,5° bis 30,75° kann der Fehler des von der Signalverarbeitungseinheit 6 ausgegebenen Erfassungswerts auf 0,5 mm begrenzt werden, und es wurde bestätigt, dass die Positionserfassungsgenauigkeit der Positionserfassungsvorrichtung 1 erhöht werden kann. Wie in 22 gezeigt, kann, wenn die Positionserfassungsvorrichtung 1 mit Jochteilen 5 ausgestattet ist, der Fehler des von der Signalverarbeitungseinheit 6 ausgegebenen Erfassungswerts auf 1 mm begrenzt werden, wenn der erste Neigungswinkel Θ41 und der zweite Neigungswinkel θ42 im Bereich von 28,5 bis 32,5° liegen und es wurde bestätigt, dass wenn der erste Neigungswinkel Θ41 und der zweite Neigungswinkel Θ42 im Bereich von 29,5 bis 31,25° liegen, der Fehler des von der Signalverarbeitungseinheit 6 ausgegebenen Erfassungswertes auf 0,5 mm begrenzt werden kann und die Positionserfassungsgenauigkeit der Positionserfassungsvorrichtung 1 verbessert werden kann.
BEZUGSZEICHENLISTE

1...: Positionserfassungsvorrichtung
3 ...: Magnetfelderfassungsteil
31 ...: Erstes Magnetfelderfassungsteil
32 ...: Zweites Magnetfelderfassungsteil
41 ...: Erster Magnet
42 ...: Zweiter Magnet
5 ...: Jochteil
51 ...: Erstes Jochteil
52 ...: Zweites Jochteil
6 ...: Signalverarbeitungseinheit
10 ...: Positionserkennungsmodul
11 ...: Gehäuse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2016205935 A [0003]

Claims

Positionserfassungsvorrichtung (1) zur Erfassung der Position eines zu erfassenden Objekts (7), aufweisend: einen ersten Magneten (41) und einen zweiten Magneten (42); und ein Magnetfelderfassungsteil (3), welches ein von dem ersten Magneten (41) und dem zweiten Magneten (42) erzeugtes Magnetfeld erfasst; wobei das Magnetfelderfassungsteil (3) und das zu erfassende Objekt (7) entlang einer ersten Richtung relativ zueinander beweglich sind; der erste Magnet (41) und der zweite Magnet (42) mit der gleichen Polarität in der ersten Richtung einander gegenüberliegend angeordnet sind; der erste Magnet (41) und der zweite Magnet (42) jeweils eine erste Fläche (41A, 42A) und eine auf der der ersten Fläche (41A, 42A) gegenüberliegenden Seite angeordnete zweite Fläche (41B, 42B) aufweisen; die ersten Flächen (41A, 42A) des ersten Magneten (41) und des zweiten Magneten (42) relativ näher an dem Magnetfelderfassungsteil (3) und die zweiten Flächen (41B, 42B) des ersten Magneten (41) und des zweiten Magneten (42) relativ weiter weg vom Magnetfelderfassungsteil (3) angeordnet sind; die ersten Flächen (41A, 42A) des ersten Magneten (41) und des zweiten Magneten (42) jeweils eine erste Kante (411, 421) aufweisen, die in Draufsicht näher am Magnetfelderfassungsteil (3) angeordnet ist, und eine zweite Kante (412, 422) aufweisen, die in Draufsicht weiter weg vom Magnetfelderfassungsteil (3) angeordnet ist; eine erste virtuelle Ebene (VP1), die die jeweilige erste Kante (411, 421) des ersten Magneten (41) und des zweiten Magneten (42) umfasst, wenn das zu erfassende Objekt (7) darunter positioniert und das Magnetfelderfassungsteil (3) über dem zu erfassenden Objekt (7) positioniert ist, oberhalb einer zweiten virtuelle Ebene (VP2) positioniert ist, die die jeweilige zweite Kante (412, 422) des ersten Magneten (41) und des zweiten Magneten (42) umfasst; die jeweiligen ersten Flächen (41A, 42A) des ersten Magneten (41) und des zweiten Magneten (42) in einem bestimmten Neigungswinkel (θ41, θ42) einander gegenüberliegend relativ zur zweiten virtuellen Ebene (VP2) geneigt sind; und das Magnetfelderfassungsteil (3) zwischen dem ersten Magneten (41) und dem zweiten Magneten (42) angeordnet ist.
Positionserfassungsvorrichtung (1) gemäß Anspruch 1, wobei die jeweiligen ersten Flächen (41A, 42A) des ersten Magneten (41) und des zweiten Magneten (42) in einem Winkelbereich von 28,5° bis 31,5° relativ zur zweiten virtuellen Ebene (VP2) geneigt sind.
Positionserfassungsvorrichtung (1) gemäß Anspruch 1, wobei die jeweiligen ersten Flächen (41A, 42A) des ersten Magneten (41) und des zweiten Magneten (42) in einem Winkelbereich von 29,5° bis 30,75° relativ zur zweiten virtuellen Ebene (VP2) geneigt sind.
Positionserfassungsvorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Neigungswinkel (θ41) der ersten Fläche (41A) des ersten Magneten (41) derselbe Winkel ist wie der Neigungswinkel (θ42) der ersten Fläche (42A) des zweiten Magneten (42).
Positionserfassungsvorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Magnetfelderfassungsteil (3) in einem Anordnungsbereich (S) für das Magnetfelderfassungsteil angeordnet ist, der von der ersten virtuellen Ebene (VP1), der zweiten virtuellen Ebene (VP2), sowie den ersten Flächen (41A, 42A) des ersten Magneten (41) und des zweiten Magneten (42) begrenzt wird.
Positionserfassungsvorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Magnetfelderfassungsteil (3) ein erstes Magnetfelderfassungsteil (31) und ein zweites Magnetfelderfassungsteil (32) aufweist.
Positionserfassungsvorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei eine für Magnetismus sensitive Richtung des Magnetfelderfassungsteils (3) eine erste für Magnetismus sensitive Richtung parallel zur ersten Richtung sowie eine zweite für Magnetismus sensitive Richtung orthogonal zur ersten für Magnetismus sensitive Richtung aufweist; und die zweite für Magnetismus sensitive Richtung die erste virtuelle Ebene (VP1) und die zweite virtuelle Ebene (VP2) schneidet.
Positionserfassungsvorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei neben dem Magnetfelderfassungsteil (3) in der ersten Richtung Jochteile (5) vorgesehen sind; und das Magnetfelderfassungsteil (3) zwischen den Jochteilen (5) angeordnet ist.
Positionserfassungsvorrichtung (1) gemäß Anspruch 8, wobei die Jochteile (5) ein erstes Jochteil (51) und ein zweites Jochteil (52) aufweisen.
Positionserfassungsvorrichtung (1) gemäß Anspruch 9, wobei das Magnetfelderfassungsteil (3) in einem Bereich angeordnet ist, in dem sich aus der ersten Richtung betrachtet das erste Jochteil (51) und das zweite Jochteil (52) überlappen.
Positionserfassungsvorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Jochteile (5) ein erstes Jochteil (51) und ein zweites Jochteil (52) aufweisen; das Magnetfelderfassungsteil (3) in der ersten Richtung zwischen dem ersten Jochteil (51) und dem zweiten Jochteil (52) angeordnet ist; und das erste Jochteil (51) und das zweite Jochteil (52) in der Draufsicht im Wesentlichen U-förmig ausgebildet sind, wobei sie mit ihren Öffnungen einander gegenüberliegend angeordnet sind.
Positionserfassungsvorrichtung (1) gemäß Anspruch 8, wobei das Jochteil (5) in der Draufsicht rahmenförmig ist; und das Magnetfelderfassungsteil (3) innerhalb des rahmenförmigen Jochteils (5) angeordnet ist.
Positionserfassungsvorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei der Abstand entlang der ersten Richtung vom Magnetfelderfassungsteil (3) zum ersten Magneten (41) derselbe ist wie der Abstand entlang der ersten Richtung vom Magnetfelderfassungsteil (3) zum zweiten Magneten (42); und der Abstand (L1) entlang der ersten Richtung vom Magnetfelderfassungsteil (3) zum Jochteil (5), das auf der Seite des ersten Magneten (41) angeordnet ist, derselbe ist wie der Abstand (L2) entlang der ersten Richtung vom Magnetfelderfassungsteil (3) zum Jochteil (5), das auf der Seite des zweiten Magneten (42) angeordnet ist.
Positionserfassungsvorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei der erste Magnet (41) und der zweite Magnet (42) aus demselben Material sind.
Positionserfassungsvorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei das erste Jochteil (51) und das zweite Jochteil (52) aus demselben Material sind.
Positionserfassungsmodul (10), aufweisend: die Positionserfassungsvorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, eine Signalverarbeitungseinheit (6), die durch Verarbeitung eines vom Magnetfelderfassungsteil (3) der Positionserfassungsvorrichtung (1) ausgegebenen Signals einen Winkel eines Magnetfeldes berechnet, der von dem ersten Magneten (41) und dem zweiten Magneten (42) erzeugt wird und an dem Magnetfelderfassungsteil (3) anliegt; und ein Gehäuse (11), in das die Positionserfassungsvorrichtung (1) und die Signalverarbeitungseinheit (6) aufgenommen sind.
Kupplungssystem (100) aufweisend: das Positionserfassungsmodul (10) gemäß Anspruch 16, und eine Kupplung (102), die als zu erfassendes Objekt (7) dient.