DE112014006465T5

DE112014006465T5 - Magnetische Vorrichtung zur Positionserfassung und Verfahren zur magnetischen Positionserfassung

Info

Publication number: DE112014006465T5
Application number: DE112014006465.3T
Authority: DE
Inventors: Takafumi Hara; Fusako TOMIZUMI
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2014-03-14
Filing date: 2014-03-14
Publication date: 2016-12-01
Anticipated expiration: 2034-03-15
Also published as: WO2015136690A1; JP6345235B2; CN106104211A; JPWO2015136690A1; US20160334243A1; CN106104211B; US10066966B2; DE112014006465B4

Abstract

Magnetische Positionserfassungsvorrichtung, die dazu ausgelegt ist, eine relative Bewegungsposition eines magnetischen Kodierers zu erfassen, der N-Magnetpole und S-Magnetpole beinhaltet, die in einer Bewegungsrichtung abwechselnd angeordnet sind, und zwar über einen magnetosensitiven Abschnitt als Änderung der Richtung eines Magnetfeldes von dem Kodierer. Als magnetosensitiver Abschnitt sind magnetoresistive Elemente zur Richtungserfassung angeordnet, die jeweils einen Widerstandswert haben, der sich je nach Richtung eines angelegten Magnetfelds ändert. Der Kodierer umfasst ferner nicht-magnetisierte Abschnitte, die an Grenzflächen zwischen den N-Magnetpolen und den S-Magnetpolen angeordnet sind, so dass durch die Bewegung des Kodierers bewirkte Änderungen einer Magnetfeldkomponente Bs in der Bewegungsrichtung des Kodierers und einer Magnetfeldkomponente Br in einer Richtung, in welcher der magnetosensitive Abschnitt und der Kodierer einander entgegengesetzt sind, die in einer Position des magnetosensitiven Abschnitts ausgebildet sind, annähernd sinusförmig sind.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine magnetische Vorrichtung zur Positionserfassung, die magnetosensitive Elemente und einen magnetischen Kodierer und dergleichen aufweist, insbesondere um die Genauigkeit der Positionserfassung zu verbessern.
Hintergrund der Erfindung
Bei einer magnetischen Positionserfassungsvorrichtung wird ein Hall-Element, ein magnetoresistives Element oder dergleichen als magnetosensitives Element verwendet. Oftmals ist das magnetosensitive Element so angeordnet, dass es einem magnetischen Kodierer mit N-Magnetpolen und S-Magnetpolen entgegengesetzt ist, die mit einer konstante Teilung von λ/2 (λ: Teilung von einem Magnetpolpaar (N-Pol und S-Pol)) abwechselnd angeordnet sind. Wenn dabei der magnetische Kodierer und das magnetosensitive Element sich zueinander bewegen, ändert sich ein an das magnetosensitive Element angelegtes Magnetfeld, um eine Ausgangsleistung des magnetosensitiven Elements zu ändern. Die Änderung in der Ausgangsleistung des magnetosensitiven Elements zu diesem Zeitpunkt wird eingelesen, wodurch es in der Lage ist, eine relative Position zwischen dem magnetischen Kodierer und dem magnetosensitiven Element zu erfassen.
Als Beispiel einer Anwendung des oben erwähnten Erfassungsverfahrens sei die Erfassung eines elektrischen Winkels erwähnt, was für die Rotationssteuerung eines bürstenlosen Motors erforderlich ist. Der "elektrische Winkel" ist eine Winkelstellung, bei der ein Winkel, der einem Paar von N-Pol und S-Pol des Motors entspricht, 360° beträgt. Bei dieser Anwendung ist der elektrische Winkel von 360° des Motors als eine Periode definiert. Es sind zwei Systeme von magnetosensitiven Elementen vorgesehen, die sich mit ihren Ausgangsleistungen in Bezug auf den elektrischen Winkel sinusförmig ändern und um 90° zueinander versetzte Phasen haben. Es wird ein Arkustangens der Ausgangsleistungen der beiden Systeme berechnet, wodurch der elektrische Winkel erfasst wird.
Folgendes ist über eine Richtungserfassung eines magnetoresistiven Elements mit einem Widerstandswert bekannt, der sich in Abhängigkeit von einer Magnetfeldrichtung ändert, wie in der Patentliteratur 1 offenbart ist. Insbesondere dann, wenn das magnetoresistive Element in einem Sättigungsmagnetfeld betrieben wird, ist es gegenüber einem Rauschen unempfindlich, das durch Schwankung in der Magnetfeldstärke hervorgerufen wird, und wirkt sich nur auf die Magnetfeldrichtung aus, ohne den Widerstandswert zu erhöhen bzw. zu senken, der von der Schwankung in der Magnetfeldstärke aufgrund einer Änderung im Magnetspalt (Zwischenraum), Temperatureigenschaften des Magnets und dergleichen abhängt, um dadurch eine äußerst stabile Erfassungsleistung zu bieten. Wenn das magnetoresistive Element zur Richtungserfassung also zur Motorsteuerung verwendet wird, kann die Erfassung des elektrischen Winkels mit hoher Stabilität durchgeführt werden.
Auflistung von Bezugnahmen
Patentliteratur

[PTL 1] JP 5144373 B2

Darstellung der Erfindung
Technische Aufgabenstellung
Bei einem derzeitigen magnetischen Kodierer liegt jedoch ein Problem darin, dass der magnetische Winkel und der elektrische Winkel nicht immer gleich zueinander ausfallen, und zwar aufgrund einer Überlagerung einer harmonischen Komponente oder dergleichen, die sich in einer Beeinträchtigung der Genauigkeit bei der Erfassung des elektrischen Winkels auswirkt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, das oben beschriebene Problem zu lösen, und sie zielt darauf ab, eine magnetische Positionserfassungsvorrichtung bereitzustellen, die hinsichtlich der Genauigkeit der Positionserfassung verbessert ist und magnetoresistive Elemente zur Richtungserfassung und dergleichen verwendet.
Lösung für die Aufgabenstellung
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine magnetische Positionserfassungsvorrichtung und dergleichen bereitgestellt, wobei die magnetische Positionserfassungsvorrichtung beinhaltet: einen magnetischen Kodierer mit N-Magnetpolen und S-Magnetpolen, die in einer Bewegungsrichtung abwechselnd angeordnet sind; und einen magnetosensitiven Abschnitt, der dazu ausgelegt ist, eine Änderung im Magnetfeld zusammen mit der Bewegung des magnetischen Kodierers zu erfassen, so dass eine Position bei der Bewegung des magnetischen Kodierers erfasst wird, wobei: der magnetosensitive Abschnitt magnetoresistive Elemente zur Richtungserfassung aufweist, die jeweils einen Widerstandswert haben, der sich in Abhängigkeit von einer Richtung eines angelegten Magnetfeldes ändert; und wenn eine Magnetfeldkomponente in der Bewegungsrichtung des magnetischen Kodierers und eine Magnetfeldkomponente in einer Richtung, in welcher der magnetosensitive Abschnitt und der magnetische Kodierer einander entgegengesetzt sind, die in einer Position des magnetosensitiven Abschnitts ausgebildet sind, jeweils Bs bzw. Br sind, dann umfasst der magnetische Kodierer ferner nichtmagnetisierte Abschnitte, die an Grenzflächen zwischen den N-Magnetpolen und den S-Magnetpolen unmagnetisiert sind, so dass Änderungen in der Magnetfeldkomponente Bs und in der Magnetfeldkomponente Br durch die Bewegung des magnetischen Kodierers annähernd sinusförmig sind.
Vorteilhafte Auswirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die magnetische Positionserfassungsvorrichtung bereitzustellen, die hinsichtlich der Genauigkeit der Positionserfassung verbessert ist und magnetoresistive Elemente zur Richtungserfassung und dergleichen verwendet.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Schaltschema eines Hauptteils einer magnetischen Positionserfassungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Darstellung der Auslegung einer Signalverarbeitungseinheit der magnetischen Positionserfassungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3 ist ein Schaltschema eines magnetischen Kodierers einer magnetischen Positionserfassungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4 ist ein Schaltschema eines magnetischen Kodierers einer magnetischen Positionserfassungsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5 ist ein Schaltschema eines magnetischen Kodierers einer magnetischen Positionserfassungsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
6 ist ein Schaltschema eines Hauptteils einer magnetischen Positionserfassungsvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
7 ist ein Diagramm zum Veranschaulichen der Anordnung eines magnetischen Kodierers und eines magnetosensitiven Abschnitts einer magnetischen Positionserfassungsvorrichtung aus dem Stand der Technik.
8A ist ein Diagramm zum Veranschaulichen einer Bewegungsbahnposition des magnetosensitiven Abschnitts in Bezug auf den magnetischen Kodierer und der Richtung des Magnetfeldes (Magnetfeldwinkel) α, das an den magnetosensitiven Abschnitt bei jeder Bewegungsbahnposition angelegt ist, wenn der magnetische Kodierer und der magnetosensitive Abschnitt (siehe 8B) sich durch Drehung zueinander bewegen, bei der magnetischen Positionserfassungsvorrichtung aus dem Stand der Technik.
8B ist ein Diagramm zum Veranschaulichen eines Verhältnisses zwischen dem Drehwinkel ϕ, dem elektrischen Winkel θ und dem Magnetfeldwinkel α bei der magnetischen Positionserfassungsvorrichtung aus dem Stand der Technik.
9A ist eine grafische Darstellung zum Veranschaulichen des Magnetfeldwinkels α in einer Position des willkürlichen elektrischen Winkels θ bei der magnetischen Positionserfassungsvorrichtung aus dem Stand der Technik.
9B ist eine grafische Darstellung zum Veranschaulichen eines Differenzwertes zwischen dem Magnetfeldwinkel α und dem elektrischen Winkel θ als Abweichung von dem Magnetfeldwinkel α bei der magnetischen Positionserfassungsvorrichtung aus dem Stand der Technik.
10A ist eine grafische Darstellung zum Veranschaulichen des Ergebnisses der Berechnung eines Abweichungswerts des Magnetfeldwinkels α, wenn eine Abmessung des nichtmagnetisierten Abschnitts (Winkel in der Drehrichtung) geändert wird, gemäß der vorliegenden Erfindung.
10B ist eine grafische Darstellung zum Veranschaulichen des Ergebnisses der Berechnung von wellenförmigen Störgrößen der Magnetfeldkomponenten Br und Bs, wenn die Abmessung des nichtmagnetisierten Abschnitts (Winkel in der Drehrichtung) geändert wird, gemäß der vorliegenden Erfindung.
10C ist eine grafische Darstellung zum Veranschaulichen einer Korrelation zwischen dem Abweichungswert des Magnetfeldwinkels α und den wellenförmigen Störgrößen der Magnetfeldkomponenten Br und Bs gemäß der vorliegenden Erfindung.
11A ist eine grafische Darstellung zum Veranschaulichen eines Ergebnisses der Berechnung der Magnetfeldrichtung (Magnetfeldwinkel) α in Bezug auf den elektrischen Winkel θ, wenn die nichtmagnetisierten Abschnitte bei 1/6 (= 15°) der Teilung λ des Magnetpolpaares bereitgestellt sind, gemäß der vorliegenden Erfindung.
11B ist eine grafische Darstellung zum Veranschaulichen eines Ergebnisses der Berechnung der Abweichung der Magnetfeldrichtung (Magnetfeldwinkel) α in Bezug auf den elektrischen Winkel θ gemäß der vorliegenden Erfindung.
Beschreibung der Ausführungsformen
Zunächst wird eine magnetische Positionserfassungsvorrichtung näher beschrieben. Bei der magnetischen Positionserfassungsvorrichtung, wie sie in 7 dargestellt ist, ist ein magnetosensitiver Abschnitt 20 mit Hall-Elemente, magnetoresistive Elemente oder dergleichen so angeordnet, dass er einem magnetischen Kodierer 10, beinhaltend N-Magnetpole und S-Magnetpole entgegengesetzt ist, die abwechselnd in einer konstanten Teilung von λ/2 angeordnet sind (λ: Teilung eines Magnetpolpaares (N-Pol und S-Pol)). Wenn der magnetische Kodierer 10 und der magnetosensitive Abschnitt 20 sich zueinander bewegen, ändert sich ein an den magnetosensitiven Abschnitt 20 angelegtes Magnetfeld, um eine Ausgangsleistung des magnetosensitiven Abschnitts 20 zu ändern. Die Änderung der Ausgangsleistung des magnetosensitiven Abschnitts 20 zu diesem Zeitpunkt wird eingelesen, wodurch er in der Lage ist, eine Relativposition zwischen dem magnetischen Kodierer 10 und dem magnetosensitiven Abschnitt 20 zu erfassen.
Ein magnetoresistives Element zur Richtungserfassung mit einem Widerstandswert, der sich in Abhängigkeit von einer Magnetfeldrichtung ändert, wirkt sich nur dann auf eine Magnetfeldrichtung aus, wenn es in einem Sättigungsmagnetfeld wie oben beschrieben betrieben wird, und dadurch eine äußerst stabile Erfassungsleistung bietet. Wenn das magnetoresistive Element zur Richtungserfassung für die Motorsteuerung verwendet wird, kann eine Erfassung eines elektrischen Winkels mit hoher Stabilität erfolgen.
Dabei ist es wie in 8A und 8B dargestellt nur erforderlich, dass eine Teilung bei der Anordnung des Paares von N-Pol und S-Pol und der Drehwinkel ϕ, der dem elektrischen Winkel von 360° entspricht, zueinander passen, und dass die Anzahl an n Magnetpolpaaren des magnetischen Kodierers 10 so bestimmt wird, dass ein Magnetfeldwinkel α, der von dem magnetischen Kodierer 10 gebildet wird, und der elektrische Winkel θ annähernd gleich zueinander werden. 8A und 8B sind Darstellungen eines Beispiels, wo der Drehwinkel (ϕ) von 90° des magnetischen Kodierers 10, der elektrische Motorwinkel (θ) von 360° und eine Teilung des N-S-Paares des magnetischen Kodierers 10 zueinander passen, insbesondere mit n = 4. 8A ist eine Darstellung einer Bewegungsbahnposition des magnetosensitiven Abschnitts 20 in Bezug auf den magnetischen Kodierer 10 und der Richtung des Magnetfelds (Magnetfeldwinkel) α, das an den magnetosensitiven Abschnitt 20 bei jeder Bewegungsbahnposition angelegt ist, wenn der magnetische Kodierer 10 und der magnetosensitive Abschnitt 20 (siehe 8B) sich durch Drehung relativ zueinander bewegen. In 8B ist ein Verhältnis zwischen dem Drehwinkel ϕ, dem elektrischen Winkel θ und dem Magnetfeldwinkel α dargestellt. Wie in 8A und 8B dargestellt ist, dreht sich das an den magnetosensitiven Abschnitt 20 angelegte Magnetfeld um 360° über den elektrischen Winkel von 360°. Dazu sind der elektrische Winkel θ und der Magnetfeldwinkel α annähernd gleich zueinander.
Bei einem derzeitigen magnetischen Kodierer werden dagegen der Magnetfeldwinkel α und der elektrische Winkel θ nicht immer zueinander gleich, und zwar aufgrund der Überlagerung einer harmonischen Komponente oder dergleichen. Im Ergebnis wird die Genauigkeit bei der Erfassung des elektrischen Winkels θ beeinträchtigt.
9A und 9B sind grafische Darstellungen, die Ergebnisse der Berechnung eines Wertes der Magnetfeldrichtung (Magnetfeldwinkel) α bei dem magnetischen Kodierer aus dem Stand der Technik (beispielsweise bei Anzahl von Polen: vier Polpaare, Magnetisierungsrichtung: radiale Richtung, Luftspalt (Zwischenraum): 4 mm, Magnetaußendurchmesser: ϕ21, Magnetdicke: 2 mm, und Magnetbreite: 4 mm) durch eine Finite-Element-Methode zeigen. 9A ist eine graphische Darstellung, die den Magnetfeldwinkel α in einer Position des willkürlichen elektrischen Winkels θ zeigt. Die durchgezogene Linie gibt den Magnetfeldwinkel α des magnetischen Kodierers aus dem Stand der Technik an, wohingegen die unterbrochene Linie den Magnetfeldwinkel α im Falle des Magnetfeldwinkels α = elektrischer Winkel θ angibt. 9B ist eine graphische Darstellung, die einen Differenzwert zwischen dem Magnetfeldwinkel α und dem elektrischen Winkel θ als Abweichung vom Magnetfeldwinkel α angibt.
Wie oben beschrieben, sind der Magnetfeldwinkel α des Magnetfelds und der elektrische Winkel θ im Stand der Technik nicht gleich zueinander. Im Ergebnis geht damit eine Beeinträchtigung bei der Genauigkeit der Erfassung des Winkels einher. Insbesondere dann, wenn eine Magnetpolteilungslänge groß ist, besonders dann, wenn der Motor einen breiten Durchmesser und eine geringe Anzahl an Polen hat, ist die Abweichung des Magnetfeldwinkels α groß. Um hierbei die Beeinträchtigung in der Genauigkeit des Erfassungswinkels zu vermeiden, sind Gegenmaßnahmen erforderlich, wie etwa eine Erweiterung des Luftspalts (des Zwischenraums), eine Erweiterung der Größe der Vorrichtung und eine Erweiterung der Größe des Magneten, so dass der magnetosensitive Abschnitt selbst bei einem breiten Luftspalt reagieren kann, wozu die magnetische Positionserfassungsvorrichtung aus dem Stand der Technik nicht geeignet ist.
Bei der vorliegenden Erfindung ist die Genauigkeit bei der Erfassung des elektrischen Winkels des Motors kostengünstig verbessert, ohne die Vorrichtung und den Magneten in der Größe zu erweitern.
Anschließend werden Profil und theoretische Funktionsweise einer magnetischen Positionserfassungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Die magnetische Positionserfassungsvorrichtung, die dazu ausgelegt ist, beispielsweise einen Drehwinkel (Rotationsposition) gemäß der vorliegenden Erfindung zu erfassen, beinhaltet einen magnetischen Kodierer, beinhaltend N-Magnetpole und S-Magnetpole, die abwechselnd in einer Drehrichtung angeordnet sind, sowie einen magnetosensitiven Abschnitt, der so angeordnet ist, dass der dem magnetischen Kodierer mit einem vorbestimmten Zwischenraum zwischen den beiden entgegengesetzt ist. Eine Änderung in dem Magnetfeld, die mit der Drehung des magnetischen Kodierers einhergeht, wird von dem magnetosensitiven Abschnitt erfasst. Der magnetosensitive Abschnitt beinhaltet magnetoresistive Elemente zur Richtungserfassung, die jeweils einen Widerstandswert haben, der sich je nach Magnetfeldrichtung ändert. Wenn eine Magnetfeldkomponente in einer radialen (entgegengesetzten) Richtung und eine Magnetfeldkomponente in einer Drehrichtung (Bewegungsrichtung), die durch den magnetischen Kodierer in einer Position des magnetosensitiven Abschnitts gebildet sind, Br bzw. Bs sind, dann stehen nicht-magnetisierte Abschnitte bereit, die im Wesentlichen an den Grenzflächen zwischen den N-Magnetpolen und den S-Magnetpolen nicht magnetisiert sind, so dass Br und Bs annähernd sinusförmig oder sinusförmig sind.
Eine Ursache der Abweichung des Magnetfeldwinkels α, die in 9B gezeigt ist, liegt in Abweichungen der Magnetfeldkomponenten Br und Bs jeweils von idealen Wellenformen Br = A·COS(n·ϕ) und Bs = B·SIN(n·ϕ), worin

n:: Anzahl der Magnetpolpaare des magnetischen Kodierers,
ϕ:: Drehwinkel des magnetischen Kodierers, und
A,: B: Konstanten (Magnetfeld-Amplituden).

Obgleich Störgrößen in der Wellenform der Magnetfeldkomponenten Br und Bs vermindert werden können, indem der magnetische Spalt vergrößert wird, können die Störgrößen der Wellenform der Magnetfeldkomponenten Br und Bs vermindert werden, ohne dabei den magnetischen Spalt zu vergrößern, indem nicht-magnetisierte Abschnitte bereitgestellt werden, die an den Grenzabschnitten zwischen den N-Polen und den S-Polen nicht magnetisiert sind. Durch Einstellung einer Abmessung eines jeden der nicht-magnetisierten Abschnitte auf einen optimalen Wert können zudem die Störgrößen in der Wellenform der Magnetfeldkomponenten Br und Bs und der Magnetfeldwinkel α optimiert werden.
10A ist eine graphische Darstellung zum Aufzeigen eines Ergebnisses der Berechnung eines Abweichungsbetrags des Magnetfeldwinkels α, wenn eine Abmessung des nicht-magnetisierten Abschnitts (Winkel in der Drehrichtung) variiert, 10B ist eine graphische Darstellung zum Aufzeigen eines Ergebnisses der Berechnung der Störgrößen in der Wellenform der Magnetfeldkomponenten Br und Bs, wenn die Abmessung des nicht-magnetisierten Abschnitts (Winkel in der Drehrichtung) variiert, und 10C ist eine graphische Darstellung zum Aufzeigen einer Korrelation zwischen dem Abweichungsbetrag des Magnetfeldwinkels α und der Wellenform-Störgrößen der Magnetfeldkomponenten Br und Bs. Weitere Bedingungen sind wie folgt: Anzahl der Pole: vier Polpaare (λ = 90°), Magnetisierungsrichtung: radiale Richtung, Luftspalt (Zwischenraum): 4 mm, Magnetaußendurchmesser: ϕ21, Magnetdicke: 2 mm, und Magnetbreite: 4 mm.
Aus 10A–10C geht hervor, dass die Abweichung des Magnetfeldwinkels α vermindert werden kann, indem die Wellenform-Störgrößen der Magnetfeldkomponenten Br und Bs abgebaut werden (siehe insbesondere 10C). Wenn die Abmessung eines jeden der nicht-magnetisierten Abschnitte insbesondere auf 15° festgelegt ist, wenn die Abmessung des nicht-magnetisierten Abschnitts auf 1/6 (= λ/6) der Teilung des Magnetpolpaares bei einer Teilung des Magnetpolpaares λ = 90° festgelegt ist, dann ist die Abweichung des Magnetfeldwinkels α weitestgehend vermindert (siehe insbesondere 10A). Selbst wenn die Anzahl an Magnetpolen und der Magnetaußendurchmesser geändert sind, wird das beste Ergebnis dadurch erhalten, dass die Abmessung des nicht-magnetisierten Abschnitts auf 1/6 der Teilung des Magnetpolpaares festgelegt wird.
11A ist eine graphische Darstellung zum Aufzeigen eines Ergebnisses der Berechnung der Magnetfeldrichtung (Magnetfeldwinkel) α in Bezug auf den elektrischen Winkel θ, wenn die nicht-magnetisierten Abschnitte bei 1/6 (= 15°) der Teilung des Magnetpolpaares λ vorgesehen sind, wie dies bei der vorliegenden Erfindung wie oben beschrieben der Fall ist. Die durchgezogene Linie, die den Magnetfeldwinkel α des magnetischen Kodierers der vorliegenden Erfindung angibt, überlappt die unterbrochene Linie, welche den Magnetfeldwinkel α im Falle, dass der Magnetfeldwinkel α = elektrischer Winkel θ angibt, um die unterbrochene Linie zu verdecken. 11B ist eine graphische Darstellung zum Aufzeigen eines Ergebnisses der Berechnung der Abweichung der Magnetfeldrichtung (Magnetfeldwinkel) α in Bezug auf den elektrischen Winkel θ im oben erläuterten Falle. Die weiteren Bedingungen sind die gleichen wie im Falle von 9A und 9B, wobei insbesondere gilt: Anzahl an Polen: vier Polpaare (λ = 90°), Magnetisierungsrichtung: radiale Richtung, Luftspalt (Zwischenraum): 4 mm, Magnetaußendurchmesser: ϕ21, Magnetdicke: 2 mm und Magnetbreite: 4 mm. Mit den nicht-magnetisierten Abschnitten, die dazu ausgebildet sind, eine Länge von λ/6 in einer Bewegungsrichtung zu haben, im Vergleich zum Stand der Technik, der in 9A und 9B ohne den nicht-magnetisierten Abschnitten dargestellt ist, ist die Abweichung des Magnetfeldwinkels α bedeutend vermindert und damit sind der elektrische Winkel θ und der Magnetfeldwinkel α annähernd gleich zueinander.
Wie vorangehend beschrieben, werden durch Bereitstellen von nicht-magnetisierten Abschnitten an den Grenzflächen zwischen den N-Polen und den S-Polen die Magnetfeldkomponenten Br und Bs sinusförmig oder annähernd sinusförmig, so dass der magnetische Winkel α = Tan^–1(Bs/Br) stabil gleich dem zu erfassenden elektrischen Winkel θ (= ϕ·n) wird. Dadurch kann der elektrische Winkel θ (= ϕ·n) mit hoher Genauigkeit erfasst werden. Insbesondere werden durch Festlegen der Abmessung eines jeden der nicht-magnetisierten Abschnitte auf einen Wert nahe bei 1/6 der Teilung des Magnetpolpaares λ größere Wirkungen erzielt.
Zur Verwendung bei der Steuerung des bürstenlosen Motors ist etwa 1° an elektrischem Winkel im Allgemeinen als Genauigkeit bei der Erfassung des Drehwinkels erforderlich. Um die oben erwähnte Genauigkeit zu erreichen, ist es erforderlich, dass die Abweichung des Magnetfeldwinkels α auf 1° oder weniger vermindert wird. Aus 10C geht hervor, dass die Abweichungswerte (Wellenform-Störgrößen) der Magnetfeldkomponenten Br und Bs bezüglich der idealen Wellenformen Br = A·COS(n·ϕ) und Bs = B·SIN(n·ϕ) nur auf 1% (–40 dB) oder weniger vermindert werden müssen.
Wie oben beschrieben, kann durch Anwendung der vorliegenden Erfindung die Genauigkeit bei der Erfassung des elektrischen Winkels des Motors verbessert werden, ohne die Vorrichtung und den Magneten in der Größe zu erweitern. Dadurch kann die geeignete Vorrichtung zur Erfassung der magnetischen Drehposition des Motors kostengünstig hergestellt werden.
Bezugnehmend auf die beiliegenden Zeichnungen werden nachfolgend eine magnetische Positionserfassungsvorrichtung und dergleichen gemäß einer jeden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Folgenden beschrieben, die auf der oben erwähnten Theorie beruhen. Anzumerken ist, dass in jeder Ausführungsform die gleichen oder entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind und nicht erneut beschrieben werden.
Erste Ausführungsform
1 ist ein Schaltschema eines Hauptteils einer magnetischen Positionserfassungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, um ein Beispiel einer Anordnung eines magnetischen Kodierers und eines magnetosensitiven Abschnitts zu zeigen. Ein magnetischer Kodierer 1, der dazu ausgelegt ist, einen Drehwinkel zu erfassen, weist im Ganzen eine Hohlstangenform auf und umfasst n Einheiten (n = 4 in diesem Fall), die jeweils einen N-Magnetpol 1a, der zu einem N-Pol magnetisiert ist, einen nicht-magnetisierten Abschnitt 1c, der nicht magnetisiert ist, einen S-Magnetpol 1b, der zu einem S-Pol magnetisiert ist, und den nicht-magnetisierten Abschnitt 1c aufweisen, der nicht magnetisiert ist, die in der genannten Reihenfolge angeordnet sind. Die n Einheiten sind in sich wiederholender Anordnung mit einer Teilung λ in einer Drehrichtung vorgesehen. Die N-Magnetpole 1a, die S-Magnetpole 1b und die nicht-magnetisierten Abschnitte 1c können aus dem gleichen magnetischen Material hergestellt sein, oder aber die nicht-magnetisierten Abschnitte 1c können aus einem anderen Material hergestellt sein, und zwar aus einem nichtmagnetischen Material. Bei dieser Ausführungsform ist die Magnetisierung so ausgeführt, dass magnetische Kraftlinien innerhalb des magnetischen Kodierers 1 von einem äußeren Umfangsabschnitt zu einem inneren Umfangsabschnitt oder von dem inneren Umfangsabschnitt zu dem äußeren Umfangsabschnitt hin ausgerichtet sind.
Zudem ist bei einer Auslegung, die den Drehwinkel mit der höchsten Genauigkeit erfassen kann, eine Breite (Länge) in der Drehrichtung (Bewegungsrichtung) auf λ/3 für jeden der N-Magnetpole 1a und der S-Magnetpole 1b und auf λ/6 für jeden der nicht-magnetisierten Abschnitte 1c festgelegt. Obgleich die Breite des nicht-magnetisierten Abschnitts 1c nicht zwangsweise λ/6 betragen muss, sollte die Breite nahe bei λ/6 (annähernd λ/6) sein. Bei der vorliegenden Erfindung ist λ die Teilung von einem Magnetpolpaar, dass das Paar aus N-Magnetpol 1a und S-Magnetpol 1b, den nicht-magnetisierten Abschnitt 1c zwischen dem N-Magnetpol 1a und dem S-Magnetpol 1b, und den nicht-magnetisierten Abschnitt 1c beinhaltet, der auf einer dem nichtmagnetischen Abschnitt 1c des N-Magnetpols 1a oder des S-Magnetpols 1b entgegengesetzten Seite vorgesehen ist, wie oben beschrieben.
Andererseits ist der magnetosensitive Abschnitt 2 so angeordnet, dass er dem magnetischen Kodierer 1 mit einem Zwischenraum zwischen den beiden entgegengesetzt ist. Der magnetische Kodierer 1 und der magnetosensitive Abschnitt 2 können sich zueinander bewegen (drehen) und sind so ausgelegt, dass der Zwischenraum annähernd konstant ist, selbst wenn die relative Bewegung erfolgt.
An den magnetosensitiven Abschnitt 2 wird über den magnetischen Kodierer 1 ein Magnetfeld angelegt. Wenn die relative Bewegung (Drehung) zwischen dem magnetischen Kodierer 1 und dem magnetosensitiven Abschnitt 2 erfolgt, ändert sich eine Richtung des an den magnetosensitiven Abschnitt 2 angelegten Magnetfeldes. Der magnetosensitive Abschnitt 2 umfasst magnetoresistive Elemente 2a und 2b zur Richtungserfassung, die jeweils einen Widerstandswert haben, der sich je nach Richtung des angelegten Magnetfeldes ändert, und hat einen Widerstandswert, der sich je nach Änderung der oben genannten Magnetfeldrichtung ändert. Als magnetoresistive Elemente zur Richtungserfassung eignen sich magnetoresistive Tunnelelemente, GMR-Elemente vom Typ Spin-Valve und dergleichen. Durch die Drehung des magnetischen Kodierers 1 erfolgt eine annähernd sinusförmige Änderung des Widerstandswerts in jedem der magnetoresistiven Elemente 2a und 2b. Die magnetoresistiven Elemente 2a und 2b sind so angeordnet, dass Phasen der annähernd sinusförmigen Änderungen im Widerstandswert um 90° zueinander versetzt werden. In 1 erfolgen die Widerstandsänderungen mit den um 90° versetzten Phasen durch Anordnung der magnetoresistiven Elemente 2a und 2b derart, dass sie um 90° zueinander geneigt verlaufen. Die magnetoresistiven Elemente können jedoch auch so angeordnet sein, dass sie in der gleichen Richtung ausgerichtet sind, so dass sie um λ/4 in Drehrichtung voneinander getrennt sind. Zudem kann jedes der magnetoresistiven Elemente 2a und 2b eine Vielzahl von magnetoresistiven Elementen umfassen.
Hier bieten die magnetoresistiven Elemente zur Richtungserfassung (2a, 2b) jeweilige Widerstandswerte in Übereinstimmung mit der Magnetfeldrichtung, die durch ein Verhältnis der Magnetfeldkomponenten Br und Bs in einer Position der Anordnung bestimmt sind. Die Elemente haben Ausrichtungen und Widerstandsänderungen in Bezug auf die Kombination der Ausrichtung des Elements und der Ausrichtung des Magnetfelds sind beispielsweise wie folgt:

– Magnetfeld mit der gleichen Ausrichtung wie die Pfeilrichtung: unterer Widerstandswert
– Magnetfeld mit entgegengesetzter Ausrichtung zu der Pfeilrichtung: oberer Widerstandswert
– Magnetfeld mit 90° Ausrichtung in Bezug auf die Pfeilrichtung: mittlerer Widerstandswert

Wenn die beiden Elemente demnach in der gleichen Position so angeordnet sind, dass sie um 90° zueinander geneigt sind, werden Widerstandsänderungen erhalten, deren Phasen um 90° zueinander versetzt sind.
2 ist eine Darstellung einer Auslegung einer Signalverarbeitungseinheit der magnetischen Positionserfassungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Änderungen im Widerstandswert der magnetoresistiven Elemente 2a und 2b werden ausgegeben, nachdem sie in Spannungsänderungen Vcos und Vsin jeweils durch Spannungswandlereinheiten 3a und 3b umgewandelt wurden. Dann werden die Spannungsänderungen Vcos und Vsin in eine Winkelrecheneinheit 4 innerhalb oder außerhalb der Vorrichtung eingegeben, so dass sie in einen elektrischen Winkel oder einen Drehwinkel durch arc tangent der Spannungsänderungen Vcos und Vsin umgewandelt werden. Der elektrische Winkel oder der Drehwinkel wird dann beispielsweise in eine Motorsteuerungseinheit (nicht dargestellt) oder dergleichen eingelesen, so dass er zur Motorrotationssteuerung verwendet wird.
Für die Motorsteuerung ist der elektrische Winkel oder Drehwinkel mit der Teilung des magnetischen Kodierers erforderlich, der dazu ausgelegt ist, zusammen mit einem Rotor zu rotieren. Dazu muss eine Teilung, bei welcher der elektrische Winkel oder Drehwinkel vorliegt, nicht zwangsweise erfasst werden.
Zweite Ausführungsform
3 ist ein Schaltschema eines magnetischen Kodierers einer magnetischen Positionserfassungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der magnetische Kodierer 1, der dazu ausgelegt ist, den Drehwinkel zu erfassen, hat im Ganzen eine Hohlstangenform und umfasst n Einheiten (n = 4 in diesem Falle), die jeweils den N-Magnetpol 1a, der zum N-Pol magnetisiert ist, den nicht-magnetisierten Abschnitt 1c, der nicht magnetisiert ist, den S-Magnetpol 1b, der zum S-Pol magnetisiert ist, und den nicht-magnetisierten Abschnitt 1c, der nicht magnetisiert ist, beinhalten, die in dieser Reihenfolge angeordnet sind. Die n Einheiten sind mit der Teilung λ in Drehrichtung in sich wiederholender Anordnung vorgesehen.
In dieser Ausführungsform sind die nicht-magnetisierten Abschnitte 1c nur in der Nähe einer Außenumfangsfläche ausgebildet, und die Magnetisierung erfolgt derart, so dass die magnetischen Kraftlinien innerhalb des magnetischen Kodierers 1 zur Außenumfangsfläche der angrenzenden Magnetpole ausgerichtet sind. Ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform können die N-Magnetpole 1a, die S-Magnetpole 1b und die nicht-magnetisierten Abschnitte 1c aus dem gleichen magnetischen Material hergestellt sein, oder aber die nicht-magnetisierten Abschnitte 1c können aus einem anderen Material, nämlich einem nicht-magnetischen Material, hergestellt sein. Die jeweilige Breite von jedem der N-Magnetpole 1a, jedem der S-Magnetpole 1b und jedem der nicht-magnetisierten Abschnitte 1c in Drehrichtung (Bewegungsrichtung) ist die gleiche wie bei der ersten Ausführungsform, und ist dazu auf λ/3, λ/3 bzw. λ/6 festgelegt. Obgleich dies nicht dargestellt ist, sind die Auslegungen des magnetosensitiven Abschnitts und der Signalverarbeitungseinheit die gleichen wie bei der ersten Ausführungsform.
Dritte Ausführungsform
4 ist ein Schaltschema eines magnetischen Kodierers einer magnetischen Positionserfassungsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der magnetische Kodierer 1, der dazu ausgelegt ist, den Drehwinkel zu erfassen, hat im Ganzen eine Hohlstangenform und umfasst n Einheiten (n = 4 in diesem Falle), die jeweils den N-Magnetpol 1a, der zum N-Pol magnetisiert ist, den nicht-magnetisierten Abschnitt 1c, den S-Magnetpol 1b, der zum S-Pol magnetisiert ist, und den nicht-magnetisierten Abschnitt 1c umfassen, die in der genannten Reihenfolge angeordnet sind. Die n Einheiten sind mit der Teilung λ in Drehrichtung in sich wiederholender Anordnung vorgesehen.
In dieser Ausführungsform ist jeder der nicht-magnetisierten Abschnitte 1c mit einer ausgeschnitten Form ausgebildet. Auf diese Art und Weise wird die Magnetfeldstärke in Außenumfangsabschnitten der nicht-magnetisierten Abschnitte 1c vermindert, wodurch im Wesentlichen nicht-magnetisierte Abschnitte entstehen. Zudem erfolgt die Magnetisierung derart, so dass die magnetischen Kraftlinien innerhalb des magnetischen Kodierers 1 von dem Außenumfangsabschnitt zum Innenumfangsabschnitt hin oder von dem Innenumfangsabschnitt zum Außenumfangsabschnitt hin ausgerichtet sind.
Die jeweilige Breite eines jeden der N-Magnetpole 1a, eines jeden der S-Magnetpole 1b und eines jeden der nicht-magnetisierten Abschnitte 1c in Drehrichtung (Bewegungsrichtung) ist die gleiche wie bei der ersten Ausführungsform und ist daher auf λ/3, λ/3 bzw. λ/6 festgelegt. Obgleich nicht dargestellt, sind die Auslegungen des magnetosensitiven Abschnitts und der Signalverarbeitungseinheit die gleichen wie bei der ersten Ausführungsform.
Vierte Ausführungsform
5 ist ein Schaltschema eines magnetischen Kodierers einer magnetischen Positionserfassungsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der magnetische Kodierer 1, der dazu ausgelegt ist, den Drehwinkel zu erfassen, hat im Ganzen eine Hohlstangenform und umfasst n Einheiten (n = 4 in diesem Falle), wobei jede den N-Magnetpol 1a, der zum N-Pol magnetisiert ist, den nicht-magnetisierten Abschnitt 1c, den S-Magnetpol 1b, der zum S-Pol magnetisiert ist, und den nicht-magnetisierten Abschnitt 1c umfasst, die in der genannten Reihenfolge angeordnet sind. Die n Einheiten sind mit der Teilung λ in Drehrichtung in sich wiederholender Anordnung vorgesehen.
In dieser Ausführungsform ist jeder der nicht-magnetisierten Abschnitte 1c mit einer ausgeschnittenen Form ausgebildet. Auf diese Art und Weise ist die Magnetfeldstärke in den Außenumfangsabschnitten der nicht-magnetisierten Abschnitte 1c vermindert, wodurch im Wesentlichen nicht-magnetisierte Abschnitte ausgebildet werden. Zudem erfolgt die Magnetisierung derart, dass die magnetischen Kraftlinien innerhalb des magnetischen Kodierers 1 zur Außenumfangsfläche der angrenzenden Magnetpole hin ausgerichtet ist.
Die jeweilige Breite eines jeden der N-Magnetpole 1a, eines jeden der S-Magnetpole 1b und eines jeden der nicht-magnetisierten Abschnitte 1c in Drehrichtung (Bewegungsrichtung) ist die gleiche wie bei der ersten Ausführungsform und ist dazu auf λ/3, λ/3 bzw. λ/6 festgelegt. Obgleich dies nicht dargestellt ist, sind die Auslegungen des magnetosensitiven Abschnitts und der Signalverarbeitungseinheit die gleichen wie bei der ersten Ausführungsform.
Die Anwendung der vorliegenden Erfindung ist nicht auf die Erfassung des elektrischen Winkels des Motors beschränkt. Die vorliegende Erfindung kann auch bei der Erfassung der Drehposition oder der Erfassung einer linearen Position anderer Geräte Anwendung finden.
Ferner, obgleich der magnetische Kodierer mit der Hohlstangenform in jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen beschrieben ist, ist der magnetische Kodierer nicht zwangsweise hohl ausgeführt und kann eine Stangenform haben.
Fünfte Ausführungsform
6 ist teilweise ein Schaltschema einer magnetischen Positionserfassungsvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, um ein Beispiel einer Anordnung eines magnetischen Kodierers und eines magnetosensitiven Abschnitts zu zeigen. Der magnetische Kodierer 1, der dazu ausgelegt ist, eine Position bei einer linearen Bewegung zu erfassen, hat im Ganzen eine lineare Form und umfasst Einheiten, die jeweils den N-Magnetpol 1a, der zum N-Pol magnetisiert ist, den nicht-magnetisierten Abschnitt 1c, den S-Magnetpol 1b, der zum S-Pol magnetisiert ist, und den nicht-magnetisierten Abschnitt 1c aufweisen, die in der genannten Reihenfolge angeordnet sind. Die Einheiten sind in sich wiederholender Anordnung vorgesehen.
Zudem ist bei einer Auslegung, die den Drehwinkel mit der höchsten Genauigkeit erfassen kann, die Breite (Länge) in der Bewegungsrichtung auf λ/3 für die N-Magnetpole 1a und die S-Magnetpole 1b und auf λ/6 für die nicht-magnetisierten Abschnitte 1c festgelegt. Obgleich die Breite eines jeden der nicht-magnetisierten Abschnitte 1c nicht zwangsweise bei λ/6 liegt, ist es wünschenswert, die Breite näher bei λ/6 (annähernd λ/6) festzulegen.
Andererseits ist der magnetosensitive Abschnitt 2 so angeordnet, dass er dem magnetischen Kodierer 1 mit einem Zwischenraum zwischen diesen beiden entgegengesetzt ist. Der magnetische Kodierer 1 und der magnetosensitive Abschnitt 2 können sich zueinander bewegen und sind so ausgelegt, dass der Zwischenraum selbst dann annähernd konstant ist, wenn die relative Bewegung erfolgt.
Ein Magnetfeld wird von dem magnetischen Kodierer 1 an den magnetosensitiven Abschnitt 2 angelegt. Wenn die relative Bewegung zwischen dem magnetischen Kodierer 1 und dem magnetosensitiven Abschnitt 2 erfolgt, dann ändert sich eine Richtung des an den magnetosensitiven Abschnitt 2 angelegten Magnetfelds. Der magnetosensitive Abschnitt 2 umfasst die magnetoresistiven Elemente zur Richtungserfassung 2a und 2b, die jeweils einen Widerstandswert haben, der sich je nach Richtung des angelegten Magnetfelds ändert, und hat einen Widerstandswert, der sich je nach Änderung der oben genannten Magnetfeldrichtung ändert. Als magnetoresistive Elemente zur Richtungserfassung eignen sich magnetoresistive Tunnelelemente, GMR-Elemente vom Typ Spin-Valve und dergleichen. Durch die lineare Bewegung des magnetischen Kodierers 1 bzw. des magnetosensitiven Abschnitts 2 erfolgt eine annähernd sinusförmige Änderung im Widerstandswert in jedem der magnetoresistivem Elemente 2a und 2b. Die magnetoresistiven Elemente 2a und 2b sind so angeordnet, dass Phasen der annähernd sinusförmigen Änderungen im Widerstandswert um 90° zueinander versetzt werden. In 6 werden die Widerstandsänderungen mit um 90° versetzten Phasen durch Anordnen der magnetoresistivem Elemente 2a und 2b mit einer Neigung von 90° zueinander bewirkt. Die magnetoresistivem Elemente können jedoch auch so angeordnet sein, dass sie in der gleichen Richtung ausgerichtet sind, so dass sie um λ/4 in der Bewegungsrichtung voneinander getrennt sind. Zudem kann jedes der magnetoresistiven Elemente 2a und 2b eine Vielzahl von magnetoresistiven Elementen umfassen.
In jeder der Ausführungsformen zur Positionserfassung einer Drehbewegung ist jeder der nicht-magnetisierten Abschnitte 1c des magnetischen Kodierers 1 so bestimmt, dass er eine derartige Abmessung hat, (so) dass beide Abweichungswerte der Magnetfeld-Amplitude A bzw. B –40 dB (1%) oder weniger bezogen auf die idealen Magnetfeldänderungen betragen, die mit Br = A·COS(n·ϕ) und Bs=B·SIN(n·ϕ) ausgedrückt werden, wenn die Anzahl an Polen des magnetischen Kodierers n Polpaare beträgt, ϕ der Drehwinkel ist und A und B Konstanten (Magnetfeld-Amplituden) sind.
Zum Ausbilden des magnetischen Kodierers 1 sind ferner die in jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen erläuterten Anordnungen anwendbar.
Ferner, bei einer Auslegung der Signalverarbeitungseinheit dient die Winkelrecheneinheit 4 als eine Positionsrecheneinheit, die dazu ausgelegt ist, eine relative Position zwischen dem magnetischen Kodierer 1 und dem magnetosensitiven Abschnitt 2 in der in 2 dargestellten Auslegung zu berechnen.
Obgleich der Fall, dass der magnetische Kodierer 1 sich bezüglich des magnetosensitiven Abschnitt 2s bewegt, in jeder der Ausführungsformen beschrieben ist, ist die vorliegende Erfindung selbst auf den Fall anwendbar, in dem der magnetosensitive Abschnitt 2 sich bezüglich des magnetischen Kodierers 1 bewegt.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf jede der oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern schließt sämtliche möglichen Kombinationen davon ein.
Industrielle Anwendbarkeit
Die magnetische Positionserfassungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist bei der Positionserfassung in zahlreichen Gebieten anwendbar.
Liste der Bezugszeichen

1 magnetischer Kodierer, 1a N-Magnetpol, 1b S-Magnetpol, 1c nicht-magnetisierter Abschnitt, 2 magnetosensitiver Abschnitt, 2a, 2b magnetoresistives Element zur Richtungserfassung, 3a, 3b Spannungswandlereinheit, 4 Winkel-(Positions-)Recheneinheit

Claims

Magnetische Positionserfassungsvorrichtung, aufweisend: einen magnetischen Kodierer mit N-Magnetpolen und S-Magnetpolen, die abwechselnd in einer Bewegungsrichtung angeordnet sind; und einen magnetosensitiven Abschnitt, der dazu ausgelegt ist, eine Änderung im Magnetfeld zusammen mit der Bewegung des magnetischen Kodierers zu erfassen, so dass eine Position in der Bewegung des magnetischen Kodierers erfasst wird, wobei: der magnetosensitive Abschnitt magnetoresistive Elemente zur Richtungserfassung aufweist, die jeweils einen Widerstandswert haben, der sich je nach Richtung eines angelegten Magnetfelds ändert; und wenn eine Magnetfeldkomponente in der Bewegungsrichtung des magnetischen Kodierers und eine Magnetfeldkomponente in einer Richtung, in die der magnetosensitive Abschnitt und der magnetische Kodierer einander entgegengesetzt sind, die in einer Position des magnetosensitiven Abschnitts ausgebildet sind, jeweils Bs bzw. Br sind, dann umfasst der magnetische Kodierer ferner nicht-magnetisierte Abschnitte, die an Grenzflächen zwischen den N-Magnetpolen und den S-Magnetpolen nicht magnetisiert sind, so dass Änderungen in der Magnetfeldkomponente Bs und der Magnetfeldkomponente Br durch die Bewegung des magnetischen Kodierers annähernd sinusförmig sind.
Magnetische Positionserfassungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei: die magnetische Positionserfassungsvorrichtung dazu ausgelegt ist, einen Drehwinkel zu erfassen; der magnetische Kodierer eine Stangenform mit N-Magnetpolen, S-Magnetpolen und die nichtmagnetischen Pole hat, die in einer Drehrichtung angeordnet sind; der magnetosensitive Abschnitt die magnetoresistiven Elemente zur Richtungserfassung aufweist, die dazu ausgelegt sind, die Richtung des Magnetfelds zu erfassen, das von dem magnetischen Kodierer in der Position des magnetosensitiven Abschnitts gebildet wird; und wenn eine Anzahl von Polen des magnetischen Kodierers n Polpaare beträgt, ϕ ein Drehwinkel ist und A und B Magnetfeld-Amplituden sind, dann hat jeder der nicht-magnetisierten Abschnitte des magnetischen Kodierers eine Abmessung so dass beide Abweichungswerte von Magnetfeldänderungen, die jeweils mit Br = A·COS(n·ϕ) und Bs = B·SIN(n·ϕ) ausgedrückt sind, –40 dB oder weniger der Magnetfeld-Amplitude A oder der Magnetfeld-Amplitude B betragen.
Magnetische Positionserfassungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei dann, wenn eine Teilung eines Magnetpolpaares beinhaltend ein Paars des N-Magnetpols und S-Magnetpols, dem nicht-magnetisierten Abschnitt zwischen N-Magnetpol und S-Magnetpol und dem nicht-magnetisierten Abschnitt auf einer Seite des N-Magnetpols oder des S-Magnetpols, die dem nicht-magnetisierten Abschnitt entgegengesetzt ist, λ ist, dann ist eine Länge eines jeden der nicht-magnetisierten Abschnitte in der Bewegungsrichtung annähernd λ/6.
Magnetische Positionserfassungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die N-Magnetpole, die S-Magnetpole und die nicht-magnetisierten Abschnitte aus dem gleichen magnetischen Material hergestellt sind, wobei die N-Magnetpole zu einem N-Pol magnetisiert sind, die S-Magnetpole zu einem S-Pol magnetisiert sind und die nicht-magnetisierten Abschnitte unmagnetisiert sind.
Magnetische Positionserfassungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die N-Magnetpole und die S-Magnetpole aus einem magnetischen Material hergestellt sind und die nicht-magnetisierten Abschnitte aus einem nichtmagnetischen Material hergestellt sind.
Magnetische Positionserfassungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die N-Magnetpole, die S-Magnetpole und die nicht-magnetisierten Abschnitte aus dem gleichen magnetischen Material hergestellt sind und die nicht-magnetisierten Abschnitte ausgeschnittene Abschnitte aufweisen.
Magnetische Positionserfassungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die magnetoresistiven Elemente zur Richtungserfassung magnetoresistive Tunnelelemente aufweisen.
Magnetische Positionserfassungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die magnetoresistiven Elemente zur Richtungserfassung GMR-Elemente vom Typ Spin-Valve aufweisen.
Magnetische Positionserfassungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der magnetosensitive Abschnitt dazu ausgelegt ist, sich anstelle des magnetischen Kodierers zu bewegen.
Verfahren zur magnetischen Positionserfassung zum Erfassen einer relativen Bewegungsposition eines magnetischen Kodierers, der N-Magnetpole und S-Magnetpole beinhaltet, die abwechselnd in einer Bewegungsrichtung angeordnet sind, durch einen magnetosensitiven Abschnitt als Änderung im Magnetfeld des magnetischen Kodierers, wobei das Verfahren zur magnetischen Positionserfassung umfasst: Anordnen von magnetoresistiven Elementen zur Richtungserfassung als magnetosensitiver Abschnitt, die jeweils einen Widerstandswert haben, der sich je nach Richtung eines angelegten Magnetfelds ändert; und dann, wenn eine Magnetfeldkomponente in der Bewegungsrichtung des magnetischen Kodierers und eine Magnetfeldkomponente in einer Richtung, in welcher der magnetosensitive Abschnitt und der magnetische Kodierer einander entgegengesetzt sind, die in einer Position des magnetosensitiven Abschnitts ausgebildet sind, Bs bzw. Br sind, Anordnen von nicht-magnetisierten Abschnitten, die in dem magnetischen Kodierer an Grenzflächen zwischen den N-Magnetpolen und den S-Magnetpolen unmagnetisiert sind, so dass Änderungen in der Magnetfeldkomponente Bs und in der Magnetfeldkomponente Br durch die Bewegung des magnetischen Kodierers annähernd sinusförmig sind.