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VERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
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Diese Anmeldung basiert auf der am 2. Februar 2017 eingereichten
japanischen Patentanmeldung Nr. 2017-017303 und beansprucht übereinkommensgemäß deren Priorität, wobei deren gesamte Offenbarung als Teil dieser Anmeldung hierin aufgenommen wird.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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(Gebiet der Erfindung)
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Magnetkodierer, der zur Erfassung einer Drehzahl oder einer Drehstellung verwendet wird, und ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung des Magnetkodierers. Genauer betrifft die vorliegende Erfindung eine Technik, die auf folgendes anwendbar ist: einen Magnetkodierer, der mehrere Reihen von Magnetkodiererspuren oder Magnetspuren aufweist, die verwendet werden, um einen absoluten Winkel zu erfassen; und ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung des Magnetkodierers.
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(Beschreibung der verwandten Technik)
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Eine magnetische Kodiervorrichtung, die im Patentdokument 1 offenbart ist, wird erhalten wie folgt. Ein Basisabschnitt wird aus einem gesinterten Metall gebildet und in eine Form eingebracht und einem Spritzgießen unter Verwendung eines Harzmaterials unterzogen, das ein thermoplastisches Harz und ein Magnetpulver als Hauptbestandteile enthält, um einen geformten Abschnitt zu erhalten. Auf dem geformten Abschnitt wird eine Magnetkodiererspur mit mehreren Magnetpolen in der Umfangsrichtung des geformten Abschnitts ausgebildet. Die Magnetkodiererspur wird in mehreren kreisförmigen Reihen angeordnet, und ein absoluter Winkel einer Drehwelle wird auf Basis eines Phasenunterschieds zwischen magnetischen Signalen, die in den verschiedenen Spuren erfasst werden, erfasst.
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Das Patentdokument 2 schlägt einen Magnetkodierer vor, in dem bei der Durchführung einer Magnetisierung mehrerer Reihen von Magnetkodiererspuren ein Strom eines magnetischen Flusses zu den Reihen von Spuren, die keine als Magnetisierungsziel genommene Reihe sind, unter Verwendung einer magnetischen Abschirmung abgeschirmt wird.
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[Dokument des Standes der Technik]
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[Patentdokument]
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- [Patentdokument 1:] Offengelegte JP-Patentveröffentlichung Nr. 2015-075466
- [Patentdokument 2:] Japanisches Patent Nr. 5973278
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KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
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Das Patentdokument 1 gibt einen Magnetkodierer an, in dem Doppelreihen aus Magnetkodiererspuren angeordnet sind und jede Spur mit einer vorgegebenen Zahl von Polpaaren magnetisiert ist, so dass eine Differenz von einem Polpaar zwischen den Spuren bereitgestellt wird. Zum Beispiel wird in einem Magnetkodierer, in dem eine Magnetkodiererspur mit 32 Polpaaren magnetisiert ist, während die andere Magnetkodiererspur mit 31 Polpaaren magnetisiert ist, ein absoluter Winkel einer Drehwelle unter Ausnutzung des Umstands erfasst, dass eine Differenz von einem Polpaar pro Drehung erzeugt wird.
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Dieser Magnetkodierer, der einen absoluten Winkel unter Ausnutzung einer Differenz von einem Polpaar pro Drehung erfasst, muss jedoch eine höhere Magnetisierungsgenauigkeit aufweisen. Zum Beispiel beträgt in einem Fall, wo ein absoluter Winkel unter Verwendung von zwei Reihen von Magnetkodiererspuren erfasst wird, die mit 32 Polpaaren bzw. 31 Polpaaren magnetisiert sind, ein Winkel pro Polpaar auf der Seite mit den 32 Polpaaren 11,25° (360/32). Um die aktuelle Phasenlage zu bestimmen, ist eine Magnetisierungsgenauigkeit von nicht mehr als 0,35° (11,25/32) oder, um sicher zu gehen, eine Magnetisierungsgenauigkeit innerhalb von ±0,1°, erforderlich. Falls die Zahl der Magnetpole beispielsweise auf 64 Polpaare und 63 Polpaare erhöht wird, wird die erforderliche Genauigkeit strikter. Zum Beispiel ist eine Magnetisierungsgenauigkeit innerhalb von ±0,04° erforderlich.
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Patentdokument 2 offenbart eine Magnetisierungsvorrichtung, für die ein Magnetisierungsjoch verwendet wird. Wenn eine Magnetisierung mehrerer Reihen von Magnetkodiererspuren durchgeführt wird, wird in dieser Magnetisierungsvorrichtung, um zu verhindern, dass eine benachbarte Magnetkodiererspur beeinflusst wird, eine Magnetkodiererspur, die nicht magnetisiert werden soll, durch ein magnetisches Abschirmelement des Magnetisierungsjochs abgeschirmt. Jedoch beschreibt das Patentdokument 2 nicht, in welcher Reihenfolge die Magnetkodiererspuren magnetisiert werden sollten oder welche Magnetkodiererspur eine höhere Genauigkeit haben sollte.
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Daher ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung die Schaffung von: einem Magnetkodierer, der durch eine einfache Modifikation eines bestehenden Herstellungsverfahrens hergestellt werden kann und der einen absoluten Winkel mit hoher Genauigkeit erfassen kann; und einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Herstellung des Magnetkodierers.
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Ein Magnetkodierer gemäß der vorliegenden Erfindung weist mehrere Reihen von Magnetspuren auf, die nebeneinander angeordnet sind. In jeder Spur sind N-Pole und S-Pole abwechselnd angeordnet. Die mehreren Reihen von Magnetspuren schließen eine Hauptspur, die zum Berechnen eines Winkels verwendet wird, und eine Nebenspur ein, die verwendet wird, um einen Phasenunterschied zur Hauptspur zu berechnen. Die Zahl der Magnetpole der Hauptspur ist größer als die Zahl der Magnetpole der Nebenspur. Die Teilungsgenauigkeit der Magnetpole ist in der Hauptspur höher als in der Nebenspur. Zum Beispiel ist die Zahl der Magnetpole der Hauptspur um eins größer als die Zahl der Magnetpole der Nebenspur.
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Was einen Magnetkodierer betrifft, so wird im Allgemeinen vorab ein unmagnetisierter Magnetkodierer hergestellt, und danach wird eine Magnetisierung am unmagnetisierten Magnetkodierer durchgeführt. In diesem Fall werden mehrere Magnetspuren nacheinander magnetisiert. Es wird angenommen, dass eine Magnetspur, die als erste magnetisiert worden ist, aufgrund eines Leckens eines magnetischen Flusses, wenn eine folgende Magnetspur magnetisiert wird, eine verringerte Genauigkeit aufweist. Daher ist es schwierig, sämtliche Magnetspuren, die nebeneinander angeordnet sind, mit hoher Genauigkeit zu magnetisieren. Daher wird im Magnetkodierer der vorliegenden Erfindung eine Magnetspur, bei der die Genauigkeit der Magnetpolteilung verringert ist, als Nebenspur angesehen. Da die Nebenspur eine Magnetspur ist, die zum Berechnen eines Phasenunterschieds gegenüber der Hauptspur verwendet wird, ist der Einfluss der Genauigkeit ihrer Magnetisierungsteilung relativ gering. Falls die Genauigkeit ihrer Magnetisierungsteilung der Hauptspur, welche die größere Zahl an Magnetpolen aufweist und zum Berechnen eines Winkels verwendet wird, höher gemacht wird als die der Nebenspur, wird der Magnetkodierer in die Lage versetzt, einen absoluten Winkel mit hoher Genauigkeit innerhalb eines begrenzten Herstellungsgenauigkeitsbereichs zu erfassen.
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Ferner kann der Magnetkodierer der vorliegenden Erfindung anhand einer einfachen Modifikation des bestehenden Herstellungsverfahrens hergestellt werden, beispielsweise durch einfache Anpassung der Reihenfolge der Magnetisierung der jeweiligen Magnetspuren, wie oben angegeben, so dass die Teilungsgenauigkeit der Magnetpole in der Hauptspur höher ist als in der Nebenspur. Man beachte, dass der Magnetkodierer der vorliegenden Erfindung nicht nur auf einen Magnetkodierer anwendbar ist, bei dem Magnetisierungen für die jeweiligen Magnetspuren nacheinander durchgeführt werden, sondern auch allgemein auf Magnetkodierer, bei denen eine Genauigkeitsdifferenz zwischen Magnetspuren auftritt.
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Im Magnetkodierer der vorliegenden Erfindung können die mehreren Reihen von Magnetspuren in Ringform angeordnet werden. In jeder Reihe von Magnetspuren können die Magnetpole der Außenumfangsseite oder der Innenumfangsseite des Rings zugewandt sein, oder sie können in die axiale Richtung gewandt sein. Die vorliegende Erfindung wird effektiv auf einen solchen Magnetkodierer angewendet.
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Man beachte, dass der Magnetkodierer der vorliegenden Erfindung linear verlaufende Magnetspuren haben kann.
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Ein Herstellungsverfahren für einen Magnetkodierer gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen eines Magnetkodierers, der mehrere Reihen von Magnetspuren aufweist, die nebeneinander angeordnet sind, wobei jede Spur N-Pole und S-Pole aufweist, die abwechselnd angeordnet sind, wobei die mehreren Reihen von Magnetspuren eine Hauptspur, die verwendet wird, um einen Winkel zu berechnen, und eine Nebenspur aufweist, die verwendet wird, um einen Phasenunterschied gegenüber der Hauptspur zu berechnen, und die Zahl der Magnetpole der Hauptspur größer ist als die Zahl der Magnetpole der Nebenspur. Nachdem der Magnetkodierer hergestellt wurde, der noch nicht magnetisiert wurde, werden die jeweiligen Magnetspuren eines solchen unmagnetisierten Magnetkodierers einzeln aufeinanderfolgend magnetisiert, so dass die Hauptspur nach der Nebenspur magnetisiert wird, wodurch eine Teilungsgenauigkeit der Magnetpole in der Hauptspur höher gemacht wird als in der Nebenspur.
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Gemäß diesem Herstellungsverfahren wird bei der Herstellung eines Magnetkodierers durch Magnetisierung eines unmagnetisierten Magnetkodierers in mehreren Reihen (z.B. zwei Reihen) von Spuren mit unterschiedlich vielen Magnetpolpaaren eine Magnetspur (Nebenspur), welche die kleinere Zahl von Magnetpolpaaren aufweist und verwendet wird, um eine Phasenlage zu erfassen, als erste magnetisiert, und eine Magnetspur (Hauptspur), welche die größere Zahl an Magnetpolpaaren aufweist und zum Berechnen eines Winkels verwendet wird, wird als letzte magnetisiert.
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In dem Fall, wo die Magnetspur (Hauptspur), welche die größere Zahl an Magnetpolpaaren aufweist, die sich auf die Winkelgenauigkeit auswirken, als erste magnetisiert wird, kann bei der darauf folgenden Magnetisierung der anderen Magnetspur (Nebenspur) ein Lecken von magnetischem Fluss eine Verringerung der Genauigkeit der Hauptspur bewirken, wie oben beschrieben. Da in der vorliegenden Erfindung die Hauptspur, welche die größere Zahl von Magnetpolpaaren aufweist, die sich auf die Winkelgenauigkeit auswirken, als letzte magnetisiert wird, wird jedoch die Verringerung der Genauigkeit der Hauptspur gehemmt, wodurch ein absoluter Winkel mit hoher Genauigkeit erfasst werden kann. Darüber hinaus kann der Magnetkodierer anhand einer einfachen Modifikation des bestehenden Herstellungsverfahrens hergestellt werden, das heißt, durch einfache Anpassung der Reihenfolge der Magnetisierung der jeweiligen Magnetspuren, wie oben in dieser Erfindung beschrieben.
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In dem Herstellungsverfahren für einen Magnetkodierer gemäß der vorliegenden Erfindung können bei der Durchführung der Magnetisierung der jeweiligen Magnetspuren die N-Pole und die S-Pole einer nach dem anderen abwechselnd magnetisiert werden, während ein Abschnitt, der einer Magnetspur entspricht, die gerade nicht magnetisiert wird, mit einer magnetischen Abschirmung abgeschirmt wird. Wie oben beschrieben werden die N-Pole und die S-Pole einer nach dem anderen abwechselnd magnetisiert, während der Abschnitt, welcher der Magnetspur entspricht, die aktuell nicht magnetisiert wird, abgeschirmt wird, und daher wird der Einfluss eines Leckens eines magnetischen Flusses minimiert, wodurch eine Magnetisierung mit relativ hoher Genauigkeit durchgeführt werden kann. Selbst im oben genannten Verfahren kann streng genommen ein Einfluss auf die Genauigkeit der bereits magnetisierten Magnetspur in manchen Fällen unvermeidbar sein. In der vorliegenden Erfindung wird die Hauptspur jedoch später magnetisiert, und daher wird eine Verringerung der Genauigkeit der Hauptspur gehemmt, und ein absoluter Winkel kann mit hoher Genauigkeit erfasst werden.
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Eine Vorrichtung zum Herstellen eines Magnetkodierers gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zum Herstellen eines Magnetkodierers, der mehrere Reihen von Magnetspuren aufweist, die nebeneinander angeordnet sind, wobei jede Spur N-Pole und S-Pole aufweist, die abwechselnd angeordnet sind, wobei die mehreren Reihen von Magnetspuren eine Hauptspur, die verwendet wird, um einen Winkel zu berechnen, und eine Nebenspur aufweist, die verwendet wird, um einen Phasenunterschied gegenüber der Hauptspur zu berechnen, und die Zahl der Magnetpole der Hauptspur größer ist als die Zahl der Magnetpole der Nebenspur. Die Vorrichtung weist auf: ein Magnetisierungsjoch, das dafür ausgelegt ist, die noch nicht magnetisierten Magnetspuren des Magnetkodierers zu magnetisieren, wobei das Magnetisierungsjoch Endabschnitte aufweist, die den Magnetspuren gegenüberliegen; eine Erregerspule, die um das Magnetisierungsjoch gewickelt ist; eine Magnetisierungsenergiequelle, die dafür ausgelegt ist, einen Magnetisierungsstrom an die Erregerspule anzulegen, um zu bewirken, dass ein magnetischer Fluss zwischen den einander gegenüberliegenden Endabschnitten verläuft; eine Positionierungsvorrichtung, die dafür ausgelegt ist, das Magnetisierungsjoch in Bezug auf einen solchen unmagnetisierten Magnetkodierer zu positionieren; und eine Steuereinrichtung, die dafür ausgelegt ist, die Magnetisierungsenergiequelle und die Positionierungsvorrichtung zu steuern. Die Steuereinrichtung steuert die Magnetisierungsenergiequelle und die Positionierungsvorrichtung so, dass die jeweiligen Magnetspuren des unmagnetisierten Magnetkodierers einzeln aufeinanderfolgend magnetisiert werden, so dass die Hauptspur nach der Nebenspur magnetisiert wird, wodurch eine Teilungsgenauigkeit der Magnetpole in der Hauptspur höher gemacht wird als in der Nebenspur.
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Die Vorrichtung zur Herstellung des Magnetkodierers mit der oben genannten Konfiguration kann das Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung implementieren. Daher wird eine Verschlechterung der Genauigkeit der Hauptspur gehemmt, und ein absoluter Winkel kann mit hoher Genauigkeit erfasst werden. Mit der Herstellungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann der oben beschriebene Magnetkodierer anhand einer einfachen Modifikation des bestehenden Herstellungsverfahrens hergestellt werden, das heißt, durch einfache Anpassung der Reihenfolge der Magnetisierung der jeweiligen Magnetspuren, wie oben für das Herstellungsverfahren beschrieben.
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In der Vorrichtung zur Herstellung des Magnetkodierers der vorliegenden Erfindung kann das Magnetisierungsjoch mit einer magnetischen Abschirmung versehen sein, die einen Strom von magnetischem Fluss zu einer Magnetkodiererspur in einer Reihe, die kein Magnetisierungsziel ist, abschirmt. Die magnetische Abschirmung ermöglicht eine Magnetisierung mit höherer Genauigkeit. Selbst mit der magnetischen Abschirmung kann streng genommen, wie oben angegeben, ein Einfluss auf die Genauigkeit der bereits magnetisierten Magnetspur in manchen Fällen unvermeidbar sein. In der vorliegenden Erfindung wird die Hauptspur jedoch zuletzt magnetisiert, und daher wird eine Verschlechterung der Genauigkeit der Hauptspur gehemmt, und ein absoluter Winkel kann mit hoher Genauigkeit erfasst werden. Mit der Herstellungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann der oben beschriebene Magnetkodierer anhand einer einfachen Modifikation des bestehenden Herstellungsverfahrens hergestellt werden, das heißt durch einfache Anpassung der Reihenfolge der Magnetisierung der jeweiligen Magnetspuren, wie oben beschrieben.
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Jede Kombination aus mindestens zwei Konstruktionen, die in den beigefügten Ansprüchen und/oder der Beschreibung und/oder den begleitenden Zeichnungen offenbart sind, sollte als im Bereich der vorliegenden Erfindung eingeschlossen betrachtet werden. Insbesondere sollte jede Kombination aus zwei oder mehr der beigefügten Ansprüche ebenfalls als im Bereich der vorliegenden Erfindung liegend betrachtet werden.
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Figurenliste
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Auf jeden Fall wird die vorliegende Erfindung anhand der folgenden Beschreibung ihrer bevorzugten Ausführungsform in Zusammenschau mit den begleitenden Zeichnungen klarer werden. Jedoch werden die Ausführungsformen und die Zeichnungen nur zum Zwecke der Erläuterung und zur Erklärung angegeben und sollen in keiner Weise als Beschränkung des Bereichs der vorliegenden Erfindung aufgefasst werden, da dieser Bereich von den beigefügten Ansprüchen bestimmt wird. In den beigefügten Zeichnungen werden gleiche Bezugszahlen verwendet, um gleiche Teile in den mehreren Ansichten zu bezeichnen, und:
- 1 ist eine Längsschnittansicht eines Magnetkodierers gemäß einer Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung;
- 2 zeigt eine Funktion des Magnetkodierers, wobei eine Grafik (a) eine Entwicklung ist, die eine Anordnung von Magnetpolen des Magnetkodierers zeigt, Grafiken (b) und (c) Wellenformen von zwei Signalen zeigen, die von zwei Spuren des Magnetkodierers erhalten werden, und die Grafik (d) eine Wellenform eines Phasenunterschieds zwischen den beiden Signalen zeigt;
- 3 ist eine Längsschnittansicht eines Beispiels für eine Herstellungsvorrichtung zum Herstellen des Magnetkodierers;
- 4 ist eine Querschnittansicht entlang einer Linie IV-IV in 3, gesehen von oben.
- 5 ist eine Längsschnittansicht, die Magnetisierungsschritte des Magnetkodierers durch die Herstellungsvorrichtung zeigt, wobei auf den Schritt in Grafik (a) derjenige der Grafik (b) folgt; und
- 6 zeigt eine Anordnung von Magnetpolen in mehreren Reihen in dem Magnetkodierer.
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BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Nun wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. 1 ist eine Längsschnittansicht eines Magnetkodierers. In 2 zeigt eine Grafik (a) Magnetisierungsmuster von Magnetspuren, die in der Umfangsrichtung entwickelt sind, die Grafiken (b) und (c) zeigen Erfassungssignale, die den jeweiligen Magnetpolpaaren in den Magnetisierungsmustern entsprechen, und die Grafik (d) zeigt einen Phasenunterschied zwischen den Erfassungssignalen.
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Der Magnetkodierer 1 wird hergestellt wie folgt. Ein Kautschukmaterial, unter das ein Magnetpulver geknetet worden ist, wird zusammen mit einem Kernelement 2, bei dem es sich um einen Metallring handelt, in eine Form gegeben und durch Vulkanisierung an die Außenrandfläche des Kernelements 2 gebunden, um ein ringförmiges magnetisches Element 3 zu bilden. Alternativ dazu werden ein Kernelement 2 und eine Mischung aus einem Kunststoff und einem Magnetpulver zusammen geformt, um ein ringförmiges magnetisches Element 3 auf der Außenrandfläche des Kernelements 2 zu bilden. Dann werden mehrere Reihen (zwei Reihen in dieser Ausführungsform) von Magnetspuren 4, die unterschiedlich viele Magnetpolpaare aufweisen, auf der Oberfläche des magnetischen Elements 3 ausgebildet, das noch nicht magnetisiert worden ist. Was die mehreren Reihen von Magnetspuren 4 betrifft, so wird beispielsweise eine der Reihen, die als Hauptspur 5 dient, mit 32 Polpaaren magnetisiert, während die andere Magnetspur, die als Nebenspur 6 dient, mit 31 Polpaaren magnetisiert wird. In diesem Magnetkodierer 1 wird die Hauptspur 5 nach der Nebenspur 6 magnetisiert, wie oben beschrieben, wodurch die Teilungsgenauigkeit der Magnetpole in der Hauptspur 5 höher ist als in der Nebenspur 6. Der Magnetkodierer 1 wird an einem Drehelement (nicht gezeigt), wie etwa einer Drehwelle oder einem Drehring eines Radlagers, montiert und wird zur Erfassung eines absoluten Winkels verwendet.
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Dieser Magnetkodierer wird zur Erfassung eines absoluten Winkels einer Drehwelle verwendet, wobei der Umstand ausgenutzt wird, dass pro Drehung eine Differenz von einem Polpaar erzeugt wird. Zum Beispiel werden als Magnetsensoren zur Erfassung von absoluten Winkeln Magnetsensoren 31 und 32 so angeordnet, dass sie der Hauptspur 5 bzw. der Nebenspur 6 des Magnetkodierers 1 gegenüberliegen, und der Magnetkodierer 1 wird um das Zentrum des Ringraums O gedreht. In diesem Fall wird das in Grafik (b) von 2 gezeigte Erfassungssignal vom Magnetsensor 31 auf der Seite der Hauptspur 5 ausgegeben, während das in Grafik (c) von 2 gezeigte Erfassungssignal vom Magnetsensor 32 auf der Seite der Nebenspur 6 ausgegeben wird. Jedes Erfassungssignal ist ein Signal, in dem ein Paar aus einem N-Pol und einem S-Pol einem Phasenzyklus von 0° bis 360° entspricht. Wenn man eine Differenz zwischen diesen Erfassungssignalen nimmt, wie in der Grafik (d) von 2 gezeigt ist, so wird mit einer Drehung des Magnetkodierers 1 ein Phasendifferenzsignal erhalten, das seine Wellenform linear ändert. In diesem Fall gibt das Phasendifferenzsignal mit einer Drehung des Magnetkodierers 1 von 0° bis 360° eine Wellenform von einer Periode an.
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Bei der Erfassung eines absoluten Winkels wird ein Winkel auf Basis der Hauptspur 5 berechnet, und ein absoluter Winkel kann erfasst werden, während die Position der Hauptspur auf Basis der Differenz der Phase zwischen der Hauptspur 5 und der Nebenspur 6 erkannt wird. Da die Hauptspur 5 mit höherer Genauigkeit magnetisiert wird als die Nebenspur 6, kann eine Erfassung des absoluten Winkels in diesem Fall mit höherer Genauigkeit durchgeführt werden als in dem Fall, wo die Nebenspur 6 mit höherer Genauigkeit magnetisiert wird als die Hauptspur 5. Man beachte, dass eine Vorrichtung zur Erfassung von absoluten Winkeln folgendes umfasst: den Magnetkodierer 1; die Magnetsensoren 31 und 32; und Software oder Hardware (nicht gezeigt), wie etwa eine elektronische Schaltung, die Berechnungen des absoluten Winkels aus den Erfassungssignalen der Magnetsensoren 31 und 32 durchführt.
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Beispiele für Magnetisierungsverfahren beinhalten: ein Verfahren zum Magnetisieren der Magnetspuren 4 (5 und 6) in einer vorgegebenen Reihenfolge, während der Magnetkodierer 1 gedreht wird, unter Verwendung einer getakteten Magnetisierungsvorrichtung, die N-Pole und S-Pole abwechselnd nacheinander magnetisiert; und eine in einem Zug durchgeführte Magnetisierung, bei der beide Magnetspuren 4 (5 und 6) gleichzeitig magnetisiert werden. Jedes dieser Verfahren kann verwendet werden. Jedoch wird durch die in einem Zug durchgeführte Magnetisierung die Struktur des Magnetisierungsjochs komplexer, und während der Magnetisierung wird eine Interferenz zwischen den Magnetspuren 4 (5 und 6) bewirkt, wodurch eine Magnetisierung mit hoher Genauigkeit erschwert wird. Daher wird die Magnetisierung unter Verwendung der getakteten Magnetisierungsvorrichtung bevorzugt, wenn der Magnetkodierer 1 mehrere Reihen von Magnetspuren 4 aufweist.
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Zum Beispiel beträgt in einem Fall, wo ein absoluter Winkel unter Verwendung von zwei Reihen von Magnetspuren 4 (5 und 6) erfasst wird, die mit 32 Polpaaren bzw. 31 Polpaaren magnetisiert sind (in diesem Fall ist die Zahl der Magnetpole der Hauptspur 5 um eins größer als die Zahl der Magnetpole der Nebenspur 6), ein Winkel pro Polpaar auf der Seite mit den 32 Polpaaren (der Seite der Hauptspur 5) 11,25° (360/32). Um die aktuelle Phasenlage zu bestimmen, ist eine Magnetisierungsgenauigkeit von nicht mehr als 0,35°, was einem 32. Teil von 11,25° (11,25/32) entspricht, oder, um sicher zu gehen, eine Magnetisierungsgenauigkeit innerhalb von ±0,1 °, erforderlich. Falls die Zahl der Magnetpole beispielsweise auf 64 Polpaare und 63 Polpaare erhöht wird, wird die erforderliche Genauigkeit strikter. Zum Beispiel ist eine Magnetisierungsgenauigkeit innerhalb von ±0,04° erforderlich.
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In einem Fall, wo die Hauptspur 5, welche die größere Zahl von Magnetpolpaaren aufweist und die zur Berechnung eines Winkels verwendet werden soll, als erste magnetisiert wird, kann sich bei einer danach erfolgenden Magnetisierung der Nebenspur 6 ein Lecken von magnetischem Fluss auf die Genauigkeit der Hauptspur 5, z.B. auf einen Teilungsfehler (eine Teilungsgenauigkeit) oder einen akkumulierten Teilungsfehler (eine akkumulierte Teilungsgenauigkeit) auswirken. In diesem Fall ist die Winkelgenauigkeit verringert.
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Sowohl der Teilungsfehler als auch der akkumulierte Teilungsfehler sind ein Hinweis auf die Genauigkeit der magnetisierten Spur. Nimmt man beispielsweise an, dass eine Magnetspur mit 32 Polpaaren magnetisiert ist, so beträgt ein Winkel pro Polpaar theoretisch 11,25° Falls nun der Winkel eines bestimmten Polpaars tatsächlich 11,3° beträgt, dann weist dieses Polpaar einen Teilungsfehler von +0,05° auf. Der akkumulierte Teilungsfehler wird erhalten durch Akkumulieren der Teilungsfehler aller Polpaare und wird durch deren maximalen Wert (Amplitude) dargestellt.
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Daher wird die Hauptspur 5, welche die größere Zahl an Magnetpolpaaren aufweist, die sich auf die Winkelgenauigkeit auswirken, vorzugsweise als letzte magnetisiert. Somit wird eine Verschlechterung der Genauigkeit der Hauptspur 5 gehemmt, und ein absoluter Winkel kann mit hoher Genauigkeit erfasst werden.
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Wenn die Hauptspur 5 magnetisiert wird, kann sich in diesem Fall diese Magnetisierung auf die Genauigkeit der Nebenspur 6 auswirken, die als erste magnetisiert wurde. Da die Nebenspur 6 aber für die Erkennung der Phasenbeziehung mit der Hauptspur 5 verwendet wird, muss ihrer Genauigkeit keine sehr große Bedeutung beigemessen werden.
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3 zeigt eine Magnetisierungsvorrichtung. 4 ist eine Querschnittansicht entlang einer Linie IV-IV von 3. Die Magnetisierungsvorrichtung 7 des Magnetkodierers weist auf: eine Spindel 9, die dafür ausgelegt ist, eine Spanneinrichtung 8, die einen unmagnetisierten Magnetkodierer 1 als Magnetisierungsziel hält, zum Drehen zu bringen, wobei eine Ringraummitte O mit der Drehachse RO zusammenfällt, einen Motor 10, der dafür ausgelegt ist, die Spindel 9 zu drehen; ein Magnetisierungsjoch 11; einen Positionierungsmechanismus 12, der dafür ausgelegt ist, das Magnetisierungsjoch 11 in drei axialen Richtungen zu positionieren; eine Magnetisierungsenergiequelle 13; und eine Steuereinrichtung 14. Der Motor 10 weist einen hochgenauen Kodierer 24 auf, der eine Erfassungsvorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels ist. Die Magnetisierungsvorrichtung 7 weist ferner einen Magnetsensor 15 auf, der dafür ausgelegt ist, eine Magnetisierungsgenauigkeit zu messen, wenn eine Magnetisierung des Magnetkodierers 1, der in der Spanneinrichtung 8 gehalten wird, beendet ist. Der Magnetsensor 15 ist an einem Positionierungsmechanismus 16 fixiert, der in der Lage ist, den Magnetsensor 15 in drei axialen Richtungen zu positionieren. Der Motor 10 und der Positionierungsmechanismus 12 des Magnetisierungsjochs 11 bilden eine Positionierungsvorrichtung 29, die dafür ausgelegt ist, einen Spitzenabschnitt 19 des Magnetisierungsjochs 11 in Bezug auf den unmagnetisierten Magnetkodierer 1 zu positionieren.
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Die Steuereinrichtung 14 wird als Computer oder dergleichen implementiert. Die Steuereinrichtung 14 steuert durch numerische Steuerung oder dergleichen die Magnetisierungsenergiequelle 13 und den Positionierungsmechanismus 12 und den Motor 10 der Positionierungsvorrichtung 29, so dass Magnetspuren 4 des unmagnetisierten Magnetkodierers 1 einzeln und nacheinander magnetisiert werden, so dass die Hauptspur 5 in dieser Reihenfolge nach der Nebenspur 6 magnetisiert wird, und so, dass N-Magnetpole und S-Magnetpole abwechselnd angeordnet werden.
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Das Magnetisierungsjoch 11 weist ein Paar einander über eine magnetische Lücke hinweg gegenüberliegender Endabschnitte (auch als Spitzenabschnitte bezeichnet) 19 und 20 auf, die einander entgegengesetzt magnetisiert sind. Das Magnetisierungsjoch 11 magnetisiert die Magnetspuren 4 des unmagnetisierten Magnetkodierers 1, der an einer vorgegebenen Position und in einer vorgegebenen Höhe in Bezug auf die einander gegenüberliegenden Endabschnitte 19 und 20 angeordnet ist. Genauer umfasst das Magnetisierungsjoch 11 einen U-förmigen Magnetisierungsjochkörper 17, eine Erregerspule 18 und einen ersten Spitzenabschnitt 19 und einen zweiten Spitzenabschnitt 20, die an einem Ende bzw. am anderen Ende des Magnetisierungsjochkörpers 17 bereitgestellt sind. Die Erregerspule 18 ist um den Außenrand des Magnetisierungsjochkörpers 17 gewickelt. Das Magnetisierungsjoch 11 bewirkt, dass ein magnetischer Fluss a (siehe 4) für eine Magnetisierung in den Magnetkodierer 1 eindringt. Der erste Spitzenabschnitt 19 des Magnetisierungsjochs 11 weist ein spitzes Ende auf. Während der Magnetisierung liegt der erste Spitzenabschnitt 19 der Oberfläche des Magnetkodierers 1 (d.h. der Magnetspur 4) gegenüber. Der zweite Spitzenabschnitt 20 liegt der Spanneinrichtung 8 über eine dazwischenliegende Lücke gegenüber, und es wird eine magnetische Schleife gebildet, die sich vom ersten Spitzenabschnitt 19 zum zweiten Spitzenabschnitt 20 durch den Magnetkodierer 1 und die Spanneinrichtung 8 erstreckt. Der zweite Spitzenabschnitt 20 kann weggelassen werden.
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Ein magnetisches Abschirmelement 21 weist ein rechteckiges Loch 22 auf, das einen konischen vertikalen Querschnitt entlang der Achse RO aufweist, und der erste Spitzenabschnitt 19 wird in Lücken zwischen bzw. unter dem Loch 22 angeordnet. Das magnetische Abschirmelement 21 und der erste Spitzenabschnitt 19, die jeweils dem Magnetkodierer 1 gegenüberliegen, werden mit einer vorgegebenen Lücke von z.B. 0,1 mm in Bezug auf die unmagnetisierte Magnetspur 4 positioniert.
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Das magnetische Abschirmelement 21 ist an einem Endabschnitt der Trägerbasis 23 fixiert, die an einer Position in der Nähe des zweiten Spitzenabschnitts 20 des Magnetisierungsjochkörpers 17 fixiert ist. Von den magnetischen Flüssen, die vom ersten Spitzenabschnitt 19 erzeugt werden, wird ein magnetischer Fluss, der sich auf die andere Magnetspur 4 auswirkt, die nicht magnetisiert werden soll, zum magnetischen Abschirmelement 21 geleitet, so dass er zum zweiten Spitzenabschnitt 20, der dem Magnetkodierer 1 gegenüberliegt, auf der Seite, die dem ersten Spitzenabschnitt 19 gegenüberliegt, abgeschwächt wird. Das magnetische Abschirmelement 21 und die Trägerbasis 23 sind aus einem magnetischen Körper, z.B. einem kohlenstoffarmen Stahlmaterial, gebildet. Bei der Magnetisierung des Magnetkodierers 1, der die mehreren Reihen von Magnetspuren aufweist, kann das magnetische Abschirmelement 21 der Magnetspur 4 gegenüberliegen, so dass es den Strom des magnetischen Flusses zu der Magnetspur, die kein Magnetisierungsziel ist, abschirmt.
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5 zeigt die Position, wo der erste Spitzenabschnitt 19 des Magnetisierungsjochs 11 angeordnet wird, wenn die zwei Reihen von Magnetspuren 4 (5 und 6) zum magnetischen Element 3 des unmagnetisierten Magnetkodierers 1 magnetisiert werden. 6 zeigt ein Beispiel eines Magnetisierungsmusters des Magnetkodierers 1, der in den zweite Reihen magnetisiert ist.
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Genauer zeigt die Grafik (a) von 5 eine Anordnung des ersten Spitzenabschnitts 19 des Magnetisierungsjochs 11 und des magnetische Abschirmelements 21 in dem Fall, wo die untere Hälfte des magnetischen Elements 3 des Magnetkodierers 1 als die Magnetspur 4, welche die Nebenspur 6 werden soll, magnetisiert wird. In diesem Fall wird die Oberfläche des magnetischen Elements 3, auf dem die andere Magnetspur 4 (die Hauptspur 5) ausgebildet werden soll, mit dem magnetischen Abschirmelement 21 abgedeckt, um zu verhindern, dass der magnetische Fluss, der vom ersten Spitzenabschnitt 19 aus fließt, zur anderen Magnetspur 4 (der Hauptspur 5) fließt.
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Indessen zeigt die Grafik (b) von 5 eine Anordnung des ersten Spitzenabschnitts 19 des Magnetisierungsjochs 11 und des magnetische Abschirmelements 21 in dem Fall, wo die obere Hälfte des magnetischen Elements 3 des Magnetkodierers 1 als die Magnetspur 4, welche die Hauptspur 5 werden soll, magnetisiert wird. Nun wird die Oberfläche des magnetischen Elements 3, auf dem die zuerst magnetisierte Magnetspur 4 als die Nebenspur 6 ausgebildet wurde, mit dem magnetischen Abschirmelement 21 abgedeckt, um zu verhindern, dass der magnetische Fluss, der vom ersten Spitzenabschnitt 19 aus fließt, zur Magnetspur 4 (der Nebenspur 6) fließt.
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Wenn die Magnetisierung in einer solchen Reihenfolge durchgeführt wird, dass die Nebenspur 6 (die Magnetspur 4) in dem in der Grafik (a) von 5 gezeigten Prozess ausgebildet wird und die Hauptspur 5 (die Magnetspur 4) in dem in der Grafik (b) von 5 gezeigten Prozess als letzte ausgebildet wird, wird eine Verschlechterung der Genauigkeit der Hauptspur 5 gehemmt, während ein absoluter Winkel mit hoher Genauigkeit erfasst werden kann.
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Wie oben beschrieben wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform bei der Magnetisierung der mehreren Reihen von Magnetspuren 4 die Hauptspur 5 als die Magnetspur 4 zur Berechnung eines Winkels als letzte magnetisiert. Somit kann der Magnetkodierer 1 erhalten werden, bei dem die Verschlechterung der Genauigkeit der Magnetisierungsteilung oder dergleichen der Hauptspur 5 gehemmt ist, und der Magnetkodierer 1 kann einen absoluten Winkel mit hoher Genauigkeit erfassen.
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In der oben beschriebenen Ausführungsform wird die vorliegende Erfindung auf den Radial-Magnetkodierer 1 angewendet. Jedoch ist die vorliegende Erfindung auch auf einen Axial-Magnetkodierer und einen Linear-Magnetkodierer anwendbar.
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Auch wenn die vorliegende Erfindung vollständig im Zusammenhang mit ihren bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben wurde, können zahlreiche Hinzufügungen, Änderungen oder Weglassungen vorgenommen werden, ohne vom Gedanken der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Solche Hinzufügungen, Änderungen oder Weglassungen sollen daher als im Bereich der vorliegenden Erfindung eingeschlossen betrachtet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Magnetkodierer
- 2
- Kernelement
- 3
- magnetisches Element
- 4
- Magnetspur
- 5
- Hauptspur
- 6
- Nebenspur
- 7
- Magnetisierungsvorrichtung des Magnetkodierers
- 8
- Spanneinrichtung
- 10
- Motor
- 11
- Magnetisierungsjoch
- 12
- Positionierungsmechanismus
- 13
- Magnetisierungsenergiequelle
- 14
- Steuereinrichtung
- 19
- Spitzenabschnitt
- 21
- Abschirmelement
- 29
- Positionierungsvorrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2017017303 [0001]
- JP 5973278 [0004]
