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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. 2017-017322 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 eine Drehstellung verwendet wird, und ein Verfahren zu dessen Herstellung. Genauer betrifft die vorliegende Erfindung eine Technik, die auf einen Magnetkodierer anwendbar ist, der mehrere Reihen von Magnetspuren aufweist, die verwendet werden, um einen absoluten Winkel zu erfassen, und ein Verfahren zu dessen Herstellung.
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(Beschreibung der verwandten Technik)
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Das Patentdokument 1 schlägt einen Magnetkodierer vor, in dem bei der Durchführung einer Magnetisierung einer Vielzahl von umlaufenden Reihen von Magnetkodiererspuren ein Strom eines magnetischen Flusses zu den Reihen von Magnetkodiererspuren, die keine als Magnetisierungsziel genommene Reihe sind, unter Verwendung einer magnetischen Schirmung abgeschirmt wird.
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[Dokument des Standes der Technik]
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[Patentdokument]
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[Patentdokument 1]
JP-Patent Nr. 5973278 -
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
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In dem Magnetkodierer, der im Patentdokument 1 beschrieben wird, wird zwischen den jeweiligen Magnetspuren eine Differenz von einem Polpaar bereitgestellt. Somit kann der Magnetkodierer verwendet werden, um einen absoluten Winkel zu erfassen. Jedoch muss die Magnetspur (Hauptspur), die als Bezug für die Winkelerfassung dient, eine hohe Magnetisierungsgenauigkeit aufweisen. Zum Beispiel beträgt in einem Fall, wo ein absoluter Winkel unter Verwendung von zwei Reihen von Magnetspuren erfasst wird, die jeweils mit 32 Polpaaren und 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 höher. Zum Beispiel ist eine Magnetisierungsgenauigkeit innerhalb von ±0,04° erforderlich. Daher ist es schwierig, einen Magnetkodierer herzustellen, der die erforderliche Genauigkeit bringt.
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Daher ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung die Schaffung von: einem Magnetkodierer, der mehrere Reihen von Magnetspuren aufweist und der in der Lage ist, einen absoluten Winkel zu erfassen und der auf einfache Weise mit hoher Genauigkeit hergestellt werden kann; und ein Verfahren zum Herstellen des Magnetkodierers.
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Ein Magnetkodierer gemäß der vorliegenden Erfindung weist auf: ein ringförmiges Kernelement, das eine Spurbildungsoberfläche und einen Biegeplattenabschnitt aufweist, der sich biegt und sich von einem Rand der Spurbildungsoberfläche aus erstreckt; und zwei oder mehr Reihen von Magnetspuren, die nebeneinander auf einem magnetischen Element angeordnet sind, das auf der Spurbildungsoberfläche des Kernelements angeordnet ist, wobei auf jeder Spur N-Pole und S-Pole abwechselnd magnetisiert sind. Die zwei oder mehr Reihen von Magnetspuren schließen eine Hauptspur, die eine höchste Zahl an Magnetpolen aufweist und verwendet wird, um einen Winkel zu berechnen, und eine Nebenspur ein, die verwendet wird, um einen Phasenunterschied zur Hauptspur zu berechnen. Die Hauptspur liegt auf einer Seite, die näher am Biegeplattenabschnitt ist als die Nebenspur. Das magnetische Element kann ein einzelnes Element sein, das für sowohl die Hauptspur als auch die Nebenspur verwendet wird, oder mehrere magnetischen Elementen können individuell für die jeweiligen Magnetspuren bereitgestellt sein.
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Ein Teil der Spurbildungsoberfläche des Kernelements, der nahe am Biegeplattenabschnitt liegt, wird durch Biegen des Kernelements ausgebildet und weist daher eine hohe Steifigkeit und weniger rotationsbedingte Verbiegung auf. Da die Hauptspur als Magnetspur, die eine hohe Genauigkeit aufweisen muss und die größere Zahl von Magnetpolen aufweist, an dem Teil angeordnet ist, der eine geringere rotationsbedingte Verbiegung aufweist, sind eine Verbesserung und eine Stabilisierung der Genauigkeit eines erfassten Winkels zu erwarten. Bei der Herstellung kann der Magnetkodierer einfach durch Anpassen der Anordnung der Hauptspur und der Nebenspur auf einfache Weise hergestellt werden und gleichzeitig kann eine Verbesserung der Genauigkeit erreicht werden.
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Im Magnetkodierer der vorliegenden Erfindung kann das Kernelement aufweisen: einen zylindrischen Abschnitt mit einer Außenrandfläche, die als Spurbildungsoberfläche dient; den Biegeplattenabschnitt, der sich vom zylindrischen Abschnitt aus zur Seite eines Innendurchmessers hin biegt; und einen Befestigungsabschnitt in Zylinderform, der sich von einem Rand des Biegeplattenabschnitts auf einer Seite des Innendurchmessers zu einer Seite erstreckt, die dem zylindrischen Abschnitt entgegengesetzt ist, konzentrisch mit dem zylindrischen Abschnitt. Das heißt, der Magnetkodierer kann vom radialen Typ sein. Ein solcher Magnetkodierer des radialen Typs kann auch auf einfache Weise hergestellt werden, während eine Verbesserung der Genauigkeit erreicht wird. Da der Biegeplattenabschnitt ein Abschnitt zum Verbinden der Spurbildungsoberfläche und des Befestigungsabschnitts ist und nicht dazu gedacht ist, die Steifigkeit zu verbessern, ist es unwahrscheinlich, dass die Struktur des Kernelements für die Verbesserung der Steifigkeit komplexer gemacht wird.
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Im Magnetkodierer der vorliegenden Erfindung kann das Kernelement aufweisen: einen ringförmigen Plattenabschnitt mit einer Oberfläche, die als die Spurbildungsoberfläche dient; und den Biegeplattenabschnitt, der sich biegt und sich von einem Rand des Plattenabschnitts auf der Innendurchmesserseite zu einer Seite erstreckt, die der Spurbildungsoberfläche entgegengesetzt ist, und der als Befestigungsabschnitt mit Zylinderform dient. Das heißt, der Magnetkodierer kann vom axialen Typ sein. Ein solcher Magnetkodierer des axialen Typs kann auch auf einfache Weise hergestellt werden, während eine Verbesserung der Genauigkeit erreicht wird. Da der Biegeplattenabschnitt ein Abschnitt zum Verbinden des Befestigungsabschnitts mit einer Welle oder dergleichen ist und nicht dazu gedacht ist, die Steifigkeit zu verbessern, ist es unwahrscheinlich, dass die Struktur des Kernelements für die Verbesserung der Steifigkeit komplexer gemacht wird.
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Im Magnetkodierer der vorliegenden Erfindung kann die Genauigkeit einer Magnetpolteilung in der Hauptspur höher sein als in der Nebenspur. Die „Genauigkeit“ ist eine Differenz zwischen einer tatsächlichen Teilung und einer theoretischen Teilung. 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 beträgt die tatsächliche Teilung 11,3°, während die theoretische Teilung 11,25° beträgt. 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.
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Daher wird im Magnetkodierer der vorliegenden Erfindung eine Magnetspur, von der angenommen wird, dass die Genauigkeit ihrer Magnetpolteilung verringert ist, als Nebenspur angesehen. Da die Nebenspur eine Magnetspur ist, die zum Berechnen eines Phasenunterschieds gegenüber der Hauptspur verwendet wird, wird der Einfluss der Genauigkeit ihrer Magnetisierungsteilung durch Befolgung der oben genannten Magnetisierungsreihenfolge daher 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, bei der Herstellung einen absoluten Winkel mit hoher Genauigkeit innerhalb eines begrenzten Genauigkeitsbereichs zu erfassen. Vorzugsweise ist die Zahl der Magnetpole der Hauptspur um eins größer als die Zahl der Magnetpole der Nebenspur. Man beachte, dass dieser Magnetkodierer nicht nur auf einen Magnetkodierer anwendbar ist, bei dem Magnetisierungen für die jeweiligen Magnetspuren nacheinander durchgeführt werden, sondern auch auf allgemeine Magnetkodierer, bei denen eine Genauigkeitsdifferenz zwischen Magnetspuren auftritt.
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Ein Herstellungsverfahren für einen Magnetkodierer gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen eines Magnetkodierers mit den oben genannten Konfigurationen. Das Verfahren beinhaltet: Herstellen eines unmagnetisierten Magnetkodierers, bei dem das magnetische Element an einem Außenrand des Kernelements bereitgestellt wird; und nacheinander Magnetisieren der entsprechenden Reihen von Magnetspuren auf solche Weise, dass während der Magnetisierung N-Pole und S-Pole einer nach dem anderen abwechselnd magnetisiert werden, während eine Magnetspur oder ein Abschnitt, aus dem eine Magnetspur werden soll, der aber noch nicht magnetisiert wurde, mit einem magnetischen Abschirmelement abgeschirmt wird.
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Wie oben beschrieben werden die N-Pole und die S-Pole einer nach dem anderen abwechselnd magnetisiert, wobei ein Abschnitt, aus dem eine Magnetspur werden soll, auf einer Seite, die noch nicht magnetisiert worden ist, mit der magnetischen Abschirmung abgeschirmt wird, und daher wird der Einfluss eines Leckens eines magnetischen Flusses minimiert, wodurch eine Magnetisierung mit relativ hoher Genauigkeit durchgeführt werden kann. Daher ist es möglich, den Magnetkodierer der vorliegenden Erfindung, bei dem die Hauptspur auf einem Abschnitt des Kernelements ausgebildet wird, der eine hohe Steifigkeit aufweist, und der einen absoluten Winkel mit hoher Genauigkeit erfassen kann, mit höherer Genauigkeit herzustellen. Außerdem kann der Magnetkodierer durch eine einfache Modifikation eines bestehenden Herstellungsverfahrens mit oben genannten Konfigurationen hergestellt werden.
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In dem Verfahren zum Herstellen des Magnetkodierers der vorliegenden Erfindung kann die Hauptspur magnetisiert werden, nachdem die Nebenspur magnetisiert worden ist. Auch wenn während der Magnetisierung einer Magnetspur eine Verschlechterung der Genauigkeit durch ein Lecken eines magnetischen Flusses bewirkt werden kann, wie oben beschrieben, wird die Hauptspur, welche die größere Zahl von Magnetpolpaaren aufweist, die sich auf die Winkelgenauigkeit auswirken, als letzte in der Magnetisierungsreihenfolge magnetisiert, und daher wird die Verschlechterung der Genauigkeit der Hauptspur gehemmt und ein absoluter Winkel kann mit hoher Genauigkeit erfasst werden.
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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 ersten 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;
- 6 zeigt eine Anordnung von Magnetpolen in mehreren Reihen in dem Magnetkodierer;
- 7 ist eine Längsschnittansicht eines Magnetkodierers gemäß einer zweiten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung;
- 8 ist eine Vorderansicht, die eine Anordnung von Magnetpolen im Magnetkodierer zeigt; und
- 9 zeigt einen Prozess einer Magnetisierung des Magnetkodierers, während eine magnetische Abschirmung durchgeführt wird.
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BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Im Folgenden wird eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 1 bis 6 beschrieben. Die erste Ausführungsform ist ein Beispiel, in dem die vorliegende Erfindung auf einen Radial-Magnetkodierer angewendet wird. 1 ist eine Längsschnittansicht des 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 von Ringform, bei dem es sich um einen Metallring handeln kann, 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.
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Das Kernelement 2 wird durch Druckformen einer gewalzten Stahlplatte auf Eisenbasis ausgebildet. Das Kernelement 2 weist auf: einen zylindrischen Abschnitt 2A mit einer Außenrandfläche, die als Spurbildungsoberfläche 2Aa dient; einen Biegeplattenabschnitt 2B, der sich vom zylindrischen Abschnitt 2A aus zur Seite eines Innendurchmessers hin biegt; und einen Befestigungsabschnitt 2C in Zylinderform, der sich von einem Rand des Biegeplattenabschnitts 2B auf einer Seite des Innendurchmessers zu einer Seite erstreckt, die dem zylindrischen Abschnitt 2A entgegengesetzt ist, konzentrisch mit dem zylindrischen Abschnitt 2A. Eine Drehwelle (nicht gezeigt) wird durch Presspassung oder dergleichen am Befestigungsabschnitt 2C fixiert.
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Das magnetische Element 3 wird mit einer Magnetspur 4 auf der Seite, die nahe am Biegeplattenabschnitt 2B liegt, die eine Hauptspur 5 ist, beispielsweise mit 32 Polpaaren magnetisiert, während das magnetische Element 3 mit der Magnetspur 4 auf der Seite, die abseits vom Biegeplattenabschnitt 2B liegt, die eine Nebenspur 6 ist, beispielsweise mit 31 Polpaaren magnetisiert wird. Der Magnetkodierer 1 wird zur Erfassung eines absoluten Winkels einer Drehwelle verwendet, wobei der Umstand ausgenutzt wird, dass pro Drehung eine Differenz von einem Polpaar erzeugt wird.
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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 durch den Magnetkodierer wird ein Winkel auf Basis der Hauptspur 5 mit hoher Genauigkeit 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. Man beachte, dass eine Vorrichtung zur Erfassung von absoluten Winkeln folgendes umfasst: den Magnetkodierer 1; die Magnetsensoren 31 und 32; und eine Bedienungs-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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Um die Genauigkeit der Hauptspur 5 zu verbessern, die sich auf die Winkelgenauigkeit auswirkt, ist es bevorzugt, eine rotationsbedingte Verbiegung des Magnetkodierers 1 zu hemmen und eine hohe Steifigkeit zu bewahren. Daher wird in dieser Ausführungsform eine Magnetspur 4 auf einer Seite, die nahe am Biegeplattenabschnitt 2B der Magnetspurbildungsoberfläche 2Aa des Kernelements 2 liegt, die durch Biegen des Kernelements 2 gebildet wird und daher eine hohe Steifigkeit aufweist, weil sie in den Biegeplattenabschnitt 2B übergeht, als Hauptspur 5 genommen, wodurch eine Verbesserung der Winkelgenauigkeit zu erwarten ist.
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In einem Fall, wo die Hauptspur 5, welche die größere Zahl von Magnetpolpaaren aufweist, die zur Berechnung eines Winkels verwendet werden sollen, 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) der Magnetpole 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, als letzte magnetisiert. Somit wird eine Verschlechterung der Genauigkeit der Hauptspur 5 gehemmt, und ein absoluter Winkel kann mit hoher Genauigkeit erfasst werden. Das heißt, da die genannte Magnetisierungsreihenfolge befolgt wird, wird eine Verschlechterung der Genauigkeit der Hauptspur 5 gehemmt, und daher wird die Hauptspur 5 mit höherer Teilungsgenauigkeit und höherer akkumulierter Teilungsgenauigkeit der Magnetpole als die Nebenspur 6 ausgebildet. 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 eine hochgenaue Kodiervorrichtung 24 auf, die 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 obere 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 untere 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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Gemäß der vorliegenden Ausführungsform dient die Magnetspur 4 auf der Seite, die nahe am Biegeplattenabschnitt 2B liegt, wie oben beschrieben, die durch Biegen des Kernelements 2 gebildet wird und daher eine hohe Steifigkeit und weniger rotationsbedingte Verbiegung aufweist, als Hauptspur 5, die eine hohe Genauigkeit aufweisen muss und eine größere Zahl an Magnetpolpaaren aufweist, wodurch sie zur Verbesserung und Stabilität der Winkelgenauigkeit beiträgt.
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Ferner wird bei der Magnetisierung des Magnetkodierers 1, der die mehreren Reihen von Magnetspuren 4 aufweist, die Hauptspur 5 als die Magnetspur 4 zum Berechnen eines Winkels als letzte magnetisiert, wodurch eine Verschlechterung der Genauigkeit der Hauptspur 5 gehemmt wird und ein absoluter Winkel mit hoher Genauigkeit erfasst werden kann.
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7 bis 9 zeigen eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform wird die vorliegende Erfindung auf einen Axial-Magnetkodierer 1 angewendet. Die zweite Ausführungsform ist der unter Bezugnahme auf 1 bis 6 beschriebenen ersten Ausführungsform gleich, abgesehen von den Merkmalen, die nachstehend eigens beschrieben werden. In dieser Ausführungsform weist das Kernelement 2 auf: einen ringförmigen Plattenabschnitt 2D mit einer Oberfläche, die als Spurbildungsoberfläche 2Da dient; und einen Biegeplattenabschnitt 2E, der sich biegt und sich von einem Rand des Plattenabschnitts 2D auf der Innendurchmesserseite zu einer Seite erstreckt, die der Spurbildungsoberfläche 2Da entgegengesetzt ist, und der als Befestigungsabschnitt mit Zylinderform dient.
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Das magnetische Element 3 ist auf der Spurbildungsoberfläche 2Da bereitgestellt, und mehrere Reihen von Magnetspuren 4 ist am magnetischen Element 3 bereitgestellt. In diesem Fall dient eine der Magnetspuren 4 auf der innersten Randseite in der Nähe des Biegeplattenabschnitts 2E als Hauptspur 5, während die andere Magnetspur 4 als Nebenspur 6 dient. Die Hauptspur 5 und die Nebenspur 6 werden nacheinander auf dem unmagnetisierten Magnetkodierer 1 magnetisiert, so dass die Nebenspur 6 zuerst und die Hauptspur 5 zuletzt magnetisiert wird.
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Eine Vorrichtung, die für die oben beschriebene Magnetisierung verwendet wird, ist im Grunde der Magnetisierungsvorrichtung gleich, die in 3 gezeigt ist, außer dass die Richtung, in der die Magnetisierungsspur 4 des Magnetkodierers 1 gewandt ist, die axiale Richtung ist, während die Richtung in 3 die radiale Richtung ist. Entsprechend diesem Unterschied sind der Spitzenabschnitt 19 des Magnetisierungsjochs 11 und das magnetische Abschirmelement 21, wie in 9 gezeigt, in die Richtung der Ringraummitte O des Magnetkodierers 1 (7) gewandt, das heißt in die Richtung der Drehwellenachse RO (siehe Grafiken (a) und (b) von 9). Außerdem ist die Richtung, in der sich das Magnetisierungsjoch 11 und das magnetische Abschirmelement 21, die für einen Wechsel der zu magnetisierenden Magnetspur 4 verwendet werden, relativ zum Magnetkodierer 1 bewegen, die radiale Richtung des Magnetkodierers 1, wie in Grafiken (a) und (b) von 9 gezeigt ist, wo die jeweiligen Positionierungszustände gezeigt sind.
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Auch bei dieser Konfiguration dient die Magnetspur 4 auf der Seite, die nahe am Biegeplattenabschnitt 2E liegt, die durch Biegen des Kernelements 2 gebildet wird und daher eine hohe Steifigkeit und weniger rotationsbedingte Verbiegung aufweist, als Hauptspur 5, die eine hohe Genauigkeit aufweisen muss und eine größere Zahl an Magnetpolpaaren aufweist, wodurch sie zur Verbesserung und Stabilität der Winkelgenauigkeit beiträgt. Ferner wird bei der Magnetisierung des Magnetkodierers 1, der die mehreren Reihen von Magnetspuren 4 aufweist, die Hauptspur 5 als die Magnetspur 4 zum Berechnen eines Winkels als letzte magnetisiert, wodurch eine Verschlechterung der Genauigkeit der Hauptspur 5 gehemmt wird und ein absoluter Winkel mit hoher Genauigkeit erfasst werden kann.
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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
- 2A
- zylindrischer Abschnitt
- 2Aa
- Spurbildungsoberfläche
- 2B
- Biegeplattenabschnitt
- 2C
- Befestigungsabschnitt
- 2D
- Plattenabschnitt
- 2Da
- Spurbildungsoberfläche
- 2E
- Biegeplattenabschnitt
- 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 2017017322 [0001]
- JP 5973278 [0004]
