DE112022002326T5

DE112022002326T5 - Leistungserzeugungselement, encoder, verfahren zum herstellen eines magnetischen elements und signalerfassungsverfahren

Info

Publication number: DE112022002326T5
Application number: DE112022002326.0T
Authority: DE
Inventors: Shinichi Tsutsumi; Keiichiro Nukada; Tomoyuki Muranishi; Akihiko Watanabe
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2021-04-26
Filing date: 2022-04-11
Publication date: 2024-02-29
Also published as: US20240200987A1; WO2022230652A1; CN117203502A; JPWO2022230652A1

Abstract

Es werden ein Leistungserzeugungselement, einen Encoder, ein Verfahren zum Herstellen eines magnetischen Elements und ein Signalerfassungsverfahren bereitgestellt, das in der Lage ist, Variationen der erzeugten Leistung zu reduzieren. Das Leistungserzeugungselement (100) beinhaltet: ein magnetisches Element (110), das durch eine Änderung eines externen magnetischen Feldes einen großen Barkhausen-Effekt produziert; und eine Spule (130), die um das magnetische Element (110) gewickelt ist. Das magnetische Element (110) beinhaltet einen ersten magnetischen Erfassungsteil (111) und einen zweiten magnetischen Erfassungsteil (112), der einen weicheren Magnetismus als der erste magnetische Erfassungsteil (111) aufweist. Der erste magnetische Erfassungsteil (111) ist in der Richtung der Wicklungsachse der Spule (130) magnetisiert, und die Magnetisierungsrichtung ändert sich nicht aufgrund einer Änderung der Richtung des externen magnetischen Felds.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Leistungserzeugungselement, einen Kodierer, ein Verfahren zum Herstellen eines magnetischen Elements und ein Signalerfassungsverfahren, und insbesondere auf ein Leistungserzeugungselement, einen Kodierer, ein Verfahren zum Herstellen eines magnetischen Elements und ein Signalerfassungsverfahren, das den großen Barkhausen-Effekt verwendet.
STAND DER TECHNIK
Herkömmlich ist in einem Encoder zum Nachweisen der Drehung oder dergleichen eines Motors ein Encoder bekannt, der ein Leistungserzeugungselement verwendet, das den großen Barkhausen-Effekt nutzt, um die Drehung ohne Verwendung einer Batterie nachzuweisen (beispielsweise PTL 1). Ein solches Leistungserzeugungselement weist beispielsweise eine Konfiguration auf, bei der eine Spule um ein magnetisches Element gewickelt ist, das den großen Barkhausen-Effekt produziert. In einem magnetischen Element, das den großen Barkhausen-Effekt produziert, ändert sich die magnetische Flussdichte aufgrund einer Änderung eines äußeren magnetischen Felds schnell und somit wird in der Spule, die um das magnetische Element gewickelt ist, aufgrund der schnellen Änderung der magnetischen Flussdichte elektrische Leistung erzeugt. Der Encoder weist die Drehung oder dergleichen des Motors durch Verwenden eines elektrischen Signals nach, das durch diese elektrische Leistung erzeugt wird.
Zitierliste
Patentliteratur

PTL 1: Ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung, Nr. 2012-198067
PTL 2: Ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung, Nr. 2019-132698

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
In dem vorstehend beschriebenen Encoder kann in einem Fall, in dem die Variation der von dem Leistungserzeugungselement erzeugten elektrischen Leistung groß ist, die Drehung des Motors oder dergleichen nicht genau nachgewiesen werden.
Die vorliegende Offenbarung wurde erstellt, um ein solches Problem zu lösen, und eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist es, ein Leistungserzeugungselement, einen Encoder, ein Verfahren zum Herstellen eines magnetischen Elements und ein Signalerfassungsverfahren bereitzustellen, das in der Lage ist, Variationen der erzeugten Leistung zu reduzieren.
Um die vorstehende Aufgabe zu erfüllen, beinhaltet ein Leistungserzeugungselement gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung: ein magnetisches Element, das einen großen Barkhausen-Effekt durch eine Änderung in einem externen magnetischen Feld produziert; und eine um das magnetische Element gewickelte Spule. Das magnetische Element beinhaltet einen ersten magnetischen Erfassungsteil und einen zweiten magnetischen Erfassungsteil mit einem weicheren Magnetismus als der erste magnetische Erfassungsteil. Der erste magnetische Erfassungsteil ist in einer Richtung der Wicklungsachse der Spule magnetisiert und weist eine Magnetisierungsrichtung auf, die sich durch eine Änderung in einer Richtung des äußeren magnetischen Felds nicht ändert.
Außerdem beinhaltet ein Leistungserzeugungselement gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung: ein magnetisches Element, das einen großen Barkhausen-Effekt durch eine Änderung in einem externen magnetischen Feld produziert; und eine um das magnetische Element gewickelte Spule. Das magnetische Element weist eine Struktur auf, bei der drei oder mehr magnetisch empfindliche Schichten übereinander gestapelt sind. Jede der drei oder mehr magnetisch empfindlichen Schichten weist eine Koerzitivfeldkraft auf, die in der Reihenfolge der Ausrichtung in einer Stapelrichtung zunimmt.
Außerdem beinhaltet ein Leistungserzeugungselement gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung: ein magnetisches Element, das einen großen Barkhausen-Effekt durch eine Änderung in einem externen magnetischen Feld produziert; und eine um das magnetische Element gewickelte Spule. Das magnetische Element beinhaltet einen ersten magnetischen Erfassungsteil, der sich in einer Richtung der Wicklungsachse der Spule erstreckt, und einen zweiten magnetischen Erfassungsteil, der einen weicheren Magnetismus als der erste magnetische Erfassungsteil aufweist und an dem ersten magnetischen Erfassungsteil in einer Richtung ausgerichtet ist, die die Richtung der Wicklungsachse der Spule kreuzt. Der erste magnetische Erfassungsteil weist eine größere Querschnittsfläche auf, wenn er in einer Richtung orthogonal zu der Richtung der Wickelachse der Spule von beiden Enden zu einem Zentrum in der Richtung der Wickelachse der Spule geschnitten wird.
Außerdem beinhaltet ein Leistungserzeugungselement gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung: ein magnetisches Element, das einen großen Barkhausen-Effekt durch eine Änderung in einem externen magnetischen Feld produziert; und eine um das magnetische Element gewickelte Spule. Das magnetische Element beinhaltet: einen ersten magnetischen Erfassungsteil, der eine Form eines Drahtes oder einer Folie aufweist; einen nichtmagnetischen Teil, der den ersten magnetischen Erfassungsteil von einer Richtung abdeckt, die die Richtung der Wicklungsachse der Spule kreuzt, und der nicht durch das externe Magnetfeld magnetisiert wird; und einen zweiten magnetischen Erfassungsteil, der den nichtmagnetischen Teil von einer Seite abdeckt, die einer Seite des ersten magnetischen Erfassungsteils in dem nichtmagnetischen Teil gegenüberliegt, und magnetische Eigenschaften aufweist, die sich von denen des ersten magnetischen Erfassungsteils unterscheiden.
Außerdem beinhaltet ein Encoder gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung: einen Magneten, der sich zusammen mit einer Drehwelle dreht; und das Leistungserzeugungselement gemäß einem der vorstehenden Aspekte, das ein elektrisches Signal durch eine Änderung in einem magnetischen Feld erzeugt, das durch den Magneten aufgrund der Drehung des Magneten ausgebildet wird.
Außerdem ist ein Verfahren zum Herstellen eines magnetischen Elements gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung ein Verfahren zum Herstellen eines magnetischen Elements, das in einem Leistungserzeugungselement verwendet wird und einen großen Barkhausen-Effekt produziert, wobei das Verfahren beinhaltet: Stapeln einer Mehrzahl von Dünnfilmen, die jeweils dasselbe magnetische Material beinhalten, durch aufeinanderfolgendes Ausbilden der Dünnfilme, während eine Temperatur für jede Ausbildung jedes der Dünnfilme erhöht oder gesenkt wird; und Kühlen der Mehrzahl von gestapelten Dünnfilmen.
Außerdem ist ein Verfahren zum Herstellen eines magnetischen Elements gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung ein Verfahren zum Herstellen eines magnetischen Elements, das in einem Leistungserzeugungselement verwendet wird und einen großen Barkhausen-Effekt produziert, wobei das Verfahren beinhaltet: Herstellen eines magnetischen Körpers mit einer Drahtform oder einer Filmform; und Dotieren einer Oberfläche des magnetischen Körpers mit einem Element, das eine Koerzitivfeldkraft des magnetischen Körpers verstärkt.
Außerdem ist ein Signalerfassungsverfahren gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung ein Signalerfassungsverfahren zum Erfassen eines elektrischen Signals, das von einem Leistungserzeugungselement erzeugt wird, das ein magnetisches Element, das einen großen Barkhausen-Effekt durch eine Änderung in einem externen magnetischen Feld produziert, und eine um das magnetische Element gewickelte Spule enthält, wobei das Signalerfassungsverfahren beinhaltet: Erfassen des von dem Leistungserzeugungselement erzeugten elektrischen Signals durch wiederholtes Ändern des an das Leistungserzeugungselement angelegten externen magnetischen Felds; und Entmagnetisieren des magnetischen Elements während oder vor der Erfassung des elektrischen Signals.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung können Variationen in der erzeugten Leistung reduziert werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine schematische BH-Kurve eines magnetischen Elements veranschaulicht, das den großen Barkhausen-Effekt produziert.
2 ist eine Querschnittsansicht, die eine schematische Konfiguration eines Encoders gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform veranschaulicht.
3 ist eine Draufsicht auf einen Magneten in dem Encoder gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform.
4 ist eine Querschnittsansicht, die eine schematische Konfiguration eines Leistungserzeugungselements gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform veranschaulicht.
5 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine schematische BH-Kurve eines magnetischen Elements gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform veranschaulicht.
6 ist eine Querschnittsansicht, die eine schematische Konfiguration eines Encoders gemäß einer ersten Modifikation der ersten beispielhaften Ausführungsform veranschaulicht.
7 ist eine Draufsicht auf einen Magneten in dem Encoder gemäß der ersten Modifikation der ersten beispielhaften Ausführungsform.
8 ist eine Querschnittsansicht, die eine schematische Konfiguration eines Leistungserzeugungselements gemäß der ersten Modifikation der ersten beispielhaften Ausführungsform veranschaulicht.
9A ist ein Diagramm zum Erläutern einer Änderung des Magnetisierungsverhaltens eines magnetischen Elements in einem Fall, in dem ein Leistungserzeugungselement keinen Vorspannmagneten beinhaltet.
9B ist ein Diagramm zum Erläutern einer Änderung des Magnetisierungsverhaltens eines magnetischen Elements durch einen Vorspannmagneten in einem Fall, in dem ein Leistungserzeugungselement den Vorspannmagneten beinhaltet.
10 ist eine Querschnittsansicht, die eine schematische Konfiguration eines Leistungserzeugungselements gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform veranschaulicht.
11 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines magnetischen Elements gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform.
12 ist eine Querschnittsansicht und eine Draufsicht, die eine schematische Konfiguration eines magnetischen Elements gemäß einer dritten beispielhaften Ausführungsform veranschaulicht.
13 ist ein Flussdiagramm eines Beispiels eines Verfahrens zum Herstellen des magnetischen Elements gemäß der dritten beispielhaften Ausführungsform.
14 ist eine Querschnittsansicht, die eine schematische Konfiguration eines magnetischen Elements gemäß einer vierten beispielhaften Ausführungsform veranschaulicht.
15 ist eine Querschnittsansicht, die eine schematische Konfiguration eines magnetischen Elements gemäß einer fünften beispielhaften Ausführungsform veranschaulicht.
16 ist eine Querschnittsansicht, die eine schematische Konfiguration eines Encoders gemäß einer sechsten beispielhaften Ausführungsform veranschaulicht.
17 ist ein Flussdiagramm, das ein Betriebsbeispiel des Encoders gemäß der sechsten beispielhaften Ausführungsform veranschaulicht.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORM
(Stand der Technik, um einen Aspekt der vorliegenden Offenbarung zu erhalten) Als ein magnetisches Element, das den vorstehend beschriebenen großen Barkhausen-Effekt produziert, wird beispielsweise ein zusammengesetzter magnetischer Draht mit unterschiedlichen magnetischen Eigenschaften zwischen einem zentralen Teil und einem äußeren Umfangsteil in einer radialen Richtung, wie ein Wiegand-Draht, verwendet. Der Wiegand-Draht wird im Allgemeinen hergestellt, indem durch Verdrehen eines drahtförmigen magnetischen Materials unterschiedliche Beanspruchungen auf den zentralen Teil und den äußeren Umfangsteil ausgeübt werden. Infolge des Ausübens von unterschiedlichen Beanspruchungen auf diese Art und Weise, sind die Restbeanspruchungen zwischen dem zentralen Teil und dem äußeren Umfangsteil unterschiedlich und somit weisen der äußere Umfangsteil und der zentrale Teil unterschiedliche magnetische Eigenschaften auf. Bei dem Wiegand-Draht ist einer der zentralen Teile und der äußere Umfangsteil weichmagnetisch und der andere ist hartmagnetisch.
Hier wird der große Barkhausen-Effekt beschrieben. 1 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine schematische BH-Kurve eines magnetischen Elements veranschaulicht, das den großen Barkhausen-Effekt produziert. 1 zeigt ein Beispiel, bei dem ein zusammengesetzter magnetischer Draht, dessen äußerer Umfangsteil magnetisch weicher ist als der zentrale Teil, als ein magnetisches Element verwendet wird. Außerdem ist 1 ist ein Diagramm für den Fall, dass sich die Richtung des angelegten magnetischen Felds in einer Längsrichtung des Drahtes ändert. Außerdem veranschaulichen (1) bis (6) in 1 schematisch ein magnetisches Element, bei dem eine Magnetisierungsrichtung durch einen Pfeil angezeigt wird. Ein Pfeil mit gestrichelter Linie zeigt die Magnetisierungsrichtung des äußeren, Teils, der weichmagnetisch ist an, und ein Pfeil mit durchgezogener Linie zeigt die Magnetisierungsrichtung des zentralen Teils an, der hartmagnetisch ist. Beachte, dass in 1 der Pfeil, der die Richtung der Magnetisierung anzeigt, nur die Richtung der Magnetisierung anzeigt, und dass die Richtung der Magnetisierung durch einen Pfeil angezeigt wird, der unabhängig von der Größe der Magnetisierung die gleiche Größe hat.
Wenn ein magnetisches Feld einer bestimmten Größe oder mehr an das magnetische Element entlang der Längsrichtung des magnetischen Elements angelegt wird, werden der zentrale Teil und der äußere Umfangsteil des magnetischen Elements in der gleichen Richtung magnetisiert, wie in (1) von 1 veranschaulicht. Selbst wenn sich die Richtung des magnetischen Felds wie in (i) von 1 ändert, ändert sich die Magnetisierungsrichtung des weichmagnetischen äußeren Umfangsteils aufgrund des Einflusses des hartmagnetischen zentralen Teils erst, wenn sich das magnetische Feld in gewissem Maße ändert. Wie in (2) und (3) von 1 veranschaulicht, kehrt sich die Magnetisierungsrichtung des weichmagnetischen äußeren Umfangsteils an einem von der gestrichelten Linie Ja umgebenen Teil sofort um, wenn die Änderung des magnetischen Felds einen Schwellenwert überschreitet. Dieses Phänomen wird ebenso als ein großer Barkhausen-Sprung bezeichnet. Infolgedessen ändert sich eine magnetische Flussdichte des magnetischen Elements schnell, und in einer um das magnetische Element gewickelten Spule wird elektrische Leistung (Leistungserzeugungsimpuls) erzeugt. Wenn das magnetische Feld weiter geändert wird, wie in (4) von 1 veranschaulicht, wird die Magnetisierungsrichtung des zentralen Teils ebenso umgekehrt, und das magnetische Element wird in einer Richtung entgegengesetzt zu (1) von 1 magnetisiert. Auch in diesem Fall wird die Richtung des magnetischen Felds wie in (ii) von 1 geändert, und die Magnetisierungsrichtung des äußeren Umfangsteils wird an einem von der gestrichelten Linie Jb umgebenen Teil, in dem die Änderung des magnetischen Felds einen Schwellenwert überschreitet, sofort umgekehrt, wie in (5) und (6) von 1 veranschaulicht. Infolgedessen ändert sich die magnetische Flussdichte des magnetischen Elements schnell, und in der um das magnetische Element gewickelten Spule wird wieder elektrische Leistung (Leistungserzeugungsimpuls) erzeugt. Durch das Nachweisen eines solchen Leistungserzeugungsimpulses kann das Leistungserzeugungselement für den Encoder verwendet werden. In dem Falle des in 1 veranschaulichten Beispiels werden zwei Leistungserzeugungsimpulse erzeugt, da die Richtung des magnetischen Felds zweimal durch eine Änderung der Richtung des magnetischen Felds einer Hin- und Herbewegung umgekehrt wird.
In dem Leistungserzeugungselement, das ein solches magnetisches Element verwendet, kann in einem Fall, in dem der Leistungserzeugungsimpuls wiederholt nachgewiesen wird, die erzeugte Leistung in dem Leistungserzeugungsimpuls variieren. In einem Fall, in dem beispielsweise 5000 Erzeugungsimpulse nachgewiesen werden, kann ein Erzeugungsimpuls mit einem Unterschied von dem 10-fachen (sogenanntes 10σ) oder mehr einer Standardabweichung von einem Durchschnittswert der erzeugten Leistung nachgewiesen werden.
Beispielsweise offenbart PTL 2 eine Technik, die in der Lage ist, Variationen in der erzeugten Leistung zu reduzieren, indem ein magnetisches Element verwendet wird, das durch Verdrehen eines drahtförmigen magnetischen Materials unter einer vorbestimmten Bedingung für ein Leistungserzeugungselement hergestellt wird. Bei der in PTL 2 offenbarten Technik besteht jedoch die Möglichkeit, dass die Variationen der erzeugten Leistung abhängig von der Genauigkeit der Steuerung des Verdrehungszustands nicht ausreichend reduziert werden können. Außerdem kann die in PTL 2 offenbarte Technik nur Variationen der erzeugten Leistung aufgrund von Variationen der Bedingungen für die Verdrehung des magnetischen Materials reduzieren. Die Erfinder haben beispielsweise herausgefunden, dass durch den Einfluss eines äußeren magnetischen Feldes eine Vorspannung des magnetischen Flusses in dem hartmagnetischen Teil des magnetischen Elements auftritt und somit die Möglichkeit besteht, dass die erzeugte Leistung variiert.
In Anbetracht der vorstehenden Probleme stellt die vorliegende Offenbarung daher ein Leistungserzeugungselement, einen Encoder, ein Verfahren zum Herstellen eines magnetischen Elements und ein Signalerfassungsverfahren bereit, das in der Lage ist, Variationen der erzeugten Leistung zu reduzieren.
Nachfolgend werden beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Beachte, dass jede der nachstehend beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen ein spezifisches Beispiel der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. Folglich sind die in den folgenden beispielhaften Ausführungsformen veranschaulichten Zahlenwerte, Formen, Materialien, Bestandteile, Anordnungspositionen und Verbindungsmodi von Bestandteilen und dergleichen nur ein Beispiel und sollen die vorliegende Offenbarung nicht einschränken. Daher werden unter den Bestandteilen in den folgenden beispielhaften Ausführungsformen Bestandteile, die nicht in den unabhängigen Ansprüchen der vorliegenden Offenbarung rezitiert sind, als optionale Bestandteile beschrieben.
Beachte, dass es sich bei den Zeichnungen um schematische Diagramme handelt und nicht unbedingt exakt veranschaulicht sind. Daher sind die Skalen und dergleichen in den jeweiligen Zeichnungen nicht unbedingt übereinstimmend. Darüber hinaus sind in den Zeichnungen im Wesentlichen die gleichen Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen versehen, und redundante Beschreibungen davon werden weggelassen oder vereinfacht.
Darüber hinaus sind in der vorliegenden Patentschrift ein Begriff, der eine Beziehung zwischen Elementen angibt, wie parallel, ein Begriff, der eine Form eines Elements angibt, wie ein Rechteck, und ein Zahlenbereich keine Ausdrücke, die nur eine strenge Bedeutung aufweisen, sondern sind Ausdrücke, die einen im Wesentlichen gleichwertigen Bereich beinhalten, beispielsweise eine Differenz von einigen %.
(Erste beispielhafte Ausführungsform)
Es werden der Encoder 1 und das Leistungserzeugungselement 100 gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform beschrieben.
2 ist eine Querschnittsansicht, die eine schematische Konfiguration des Encoders 1 gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform veranschaulicht. 3 ist eine Draufsicht auf den Magneten 10 in dem Encoder 1 gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform. Beachte, dass in 2 das magnetische Element 110 und die Spule 130, die in dem Gehäuse 190 des Leistungserzeugungselements 100 untergebracht sind, schematisch durch gestrichelte Linien veranschaulicht sind. Außerdem wird in 3 die Veranschaulichung anderer Komponenten als der Magnet 10, die Drehwelle 30, das magnetische Element 110 und die Spule 130 des Leistungserzeugungselements 100 der Übersichtlichkeit halber weggelassen. Das Gleiche gilt für einen Encoder und einen Magneten, die nachstehend veranschaulicht sind.
Der in 2 veranschaulichte Encoder 1 ist beispielsweise ein Drehgeber, der in Kombination mit einem Motor, wie einem Servomotor, verwendet wird. Außerdem ist der Encoder 1 beispielsweise ein Absolut-Encoder eines Leistungserzeugungssystems. Der Encoder 1 weist beispielsweise einen Drehwinkel, eine Drehmenge, eine Drehgeschwindigkeit und Ähnliches der Drehwelle 30 eines Motors und dergleichen auf der Grundlage eines elektrischen Signals nach, das von dem Leistungserzeugungselement 100 erzeugt wird. Der Encoder 1 beinhaltet den Magneten 10, die Drehplatte 20, die Platine 40, die Steuerschaltung 50, den Speicher 60 und das Leistungserzeugungselement 100. In dem Encoder 1 erzeugt das Leistungserzeugungselement 100 ein elektrisches Signal durch eine Änderung des von dem Magneten 10 ausgebildeten magnetischen Felds aufgrund der Drehung des Magneten 10.
Die Drehplatte 20 ist ein plattenförmiges Element, das sich zusammen mit der Drehwelle 30 eines Motors oder dergleichen dreht. Ein zentraler Teil einer Hauptoberfläche der Drehplatte 20 ist an einem Ende der Drehwelle 30 in einer axialen Richtung der Drehwelle 30 (eine Richtung, in der sich die Drehwelle 30 erstreckt) befestigt. Die Drehplatte 20 erstreckt sich in einer Richtung senkrecht zu der axialen Richtung der Drehwelle 30. Die Drehplatte 20 dreht sich um die Drehwelle 30. Ein Drehvorgang der Drehwelle 30 ist mit einem Drehvorgang einer Drehvorrichtung synchronisiert. Die Form der Drehplatte 20 ist in der Draufsicht beispielsweise kreisförmig. Die Drehplatte 20 besteht beispielsweise aus Metall, Harz, Glas, Keramik oder dergleichen.
Der Magnet 10 ist eine Erzeugungsquelle eines magnetischen Felds, die ein externes magnetisches Feld in Bezug auf das Leistungserzeugungselement 100 ausbildet. Der Magnet 10 ist beispielsweise ein plattenförmiger Magnet. Der Magnet 10 ist der Drehplatte 20 zugewandt und befindet sich auf der Hauptoberfläche der Drehplatte 20 auf einer Seite, die der Seite der Drehwelle 30 gegenüberliegt. Die Richtung der Dicke der Drehplatte 20 und die Richtung der Dicke des Magneten 10 sind identisch und entsprechen einer axialen Richtung der Drehwelle 30. Der Magnet 10 dreht sich zusammen mit der Drehplatte 20 um die Drehwelle 30. Eine Drehrichtung des Magneten 10 ist beispielsweise sowohl im als auch gegen den Uhrzeigersinn, kann aber auch nur im oder gegen den Uhrzeigersinn sein. Eine Draufsichtform des Magneten 10 ist kreisförmig mit einer Öffnung in der Mitte, kann aber auch eine andere Form sein, wie ein Rechteck. Außerdem kann der Magnet 10 nicht geöffnet werden. Darüber hinaus kann der Magnet 10 auch eine andere Form haben, wie einen stabförmigen Magneten, solange ein an das Leistungserzeugungselement 100 angelegte magnetischen Feld verändert werden kann.
Der Magnet 10 weist eine Mehrzahl von Paaren magnetischer Pole auf, die in der Dickenrichtung magnetisiert sind, und die Mehrzahl von Paaren magnetischer Pole ist in der Drehrichtung des Magneten 10 angeordnet. In 3 ist ein magnetischer Pol auf einer Seite der Hauptoberfläche 11 veranschaulicht, die eine Oberfläche des Magneten 10 auf einer Seite des Leistungserzeugungselements 100 ist. Jedes Paar magnetischer Pole ist derart magnetisiert, dass ein N-Pol und ein S-Pol in Bezug auf ein in der Drehrichtung des Magneten 10 benachbartes Paar magnetischer Pole vertauscht sind.
In dem Magneten 10 ist eine Mehrzahl magnetischer Pole in der Drehrichtung auf der Hauptoberfläche 11 des Magneten 10 auf der Seite des Leistungserzeugungselements 100 angeordnet. Die Mehrzahl magnetischer Pole beinhaltet wenigstens einen N-Pol und wenigstens einen S-Pol, wobei der N-Pol und der S-Pol abwechselnd entlang der Drehrichtung angeordnet sind. Bei der Mehrzahl magnetischer Pole des Magneten 10 ist die Anzahl der N-Pole gleich der Anzahl der S-Pole.
Die Mehrzahl magnetischer Pole ist derart angeordnet, dass der N-Pol und der S-Pol auf der Drehwelle 30 einander zugewandt sind. Das heißt, der N-Pol der Mehrzahl magnetischer Pole ist dem S-Pol zugewandt, wobei die Drehwelle 30 dazwischen angeordnet ist, und der S-Pol der Mehrzahl magnetischer Pole ist dem N-Pol zugewandt, wobei die Drehwelle 30 dazwischen angeordnet ist. In der Mehrzahl magnetischer Pole befindet sich der S-Pol an einer um 180 Grad gegenüber dem N-Pol verschobenen Position und befindet sich der N-Pol an einer um 180 Grad gegenüber dem S-Pol verschobenen Position in der Drehrichtung des Magneten 10. Wenn aus der axialen Richtung der Drehwelle 30 betrachtet, sind die Größen der jeweiligen magnetischen Pole der Mehrzahl magnetischer Pole gleich. Die Drehung des Magneten 10 ändert ein magnetisches Feld, das auf das Leistungserzeugungselement 100 angelegt wird. In dem in 3 veranschaulichten Beispiel beträgt die Mehrzahl magnetischer Pole zwei und beinhaltet einen N-Pol und einen S-Pol. Wenn der Magnet 10 eine Umdrehung zusammen mit der Drehwelle 30 macht, wird eine Richtung des magnetischen Felds, das auf das Leistungserzeugungselement 100 angelegt, zweimal umgekehrt (eine Hin- und Herbewegung). Die Anzahl der Mehrzahl magnetischer Pole ist nicht besonders begrenzt und kann vier, sechs oder mehr betragen. Wenn der Magnet 10 eine Umdrehung macht, kehrt sich die Richtung des auf das Leistungserzeugungselement 100 angelegten magnetischen Felds um die Anzahl der magnetischen Pole um. Daher kann durch die Erhöhung der Anzahl der Mehrzahl magnetischer Pole die Anzahl der Umkehrungen der Richtung des magnetischen Felds erhöht werden, wenn der Magnet 10 eine Umdrehung macht, und als ein Ergebnis kann die Anzahl der Erzeugung des Leistungserzeugungsimpulses durch das Leistungserzeugungselement 100 erhöht werden.
Die Platine 40 ist auf einer Seite des Magneten 10 der Drehplatte 20 derart positioniert, dass sie der Drehplatte 20 und dem Magneten 10 mit einem Zwischenraum dazwischen gegenüberliegt. Das heißt, die Drehwelle 30, die Drehplatte 20, der Magnet 10 und die Platine 40 sind in dieser Reihenfolge entlang der axialen Richtung der Drehwelle 30 ausgerichtet. Die Platine 40 dreht sich nicht zusammen mit dem Magneten 10 und der Drehplatte 20. Die Platine 40 hat die Form einer Platte, deren Dickenrichtung die axiale Richtung der Drehwelle 30 ist. Eine Draufsicht auf die Platine 40 ist beispielsweise eine kreisförmige Form. Wenn aus der axialen Richtung der Drehwelle 30 betrachtet, fallen beispielsweise die Mittelpunkte der Drehwelle 30, der Drehplatte 20, des Magneten 10 und der Platine 40 zusammen.
Die Platine 40 ist beispielsweise eine Verdrahtungsplatte, auf der elektronische Komponenten wie das Leistungserzeugungselement 100, die Steuerschaltung 50 und der Speicher 60 montiert sind. In dem in 2 veranschaulichten Beispiel sind die Steuerschaltung 50 und der Speicher 60 auf der Hauptoberfläche der Platine 40 auf einer Seite des Magneten 10 montiert, und ist das Leistungserzeugungselement 100 auf der Hauptoberfläche der Platine 40 auf einer dem Magneten 10 gegenüberliegenden Seite montiert. Die Platine 40 ist beispielsweise an einem Gehäuse (nicht veranschaulicht) fixiert, das einen Teil des Encoders 1, des Motors oder dergleichen bildet.
Das Leistungserzeugungselement 100 befindet sich auf der Hauptoberfläche der Platine 40 auf der Seite, die der Seite des Magneten 10 gegenüberliegt. Daher ist eine Seite der Platine 40 des Leistungserzeugungselements 100 die Seite des Magneten 10. Das Leistungserzeugungselement 100 ist mit dem Magneten 10 und der Drehplatte 20 entlang der axialen Richtung der Drehwelle 30 ausgerichtet. Im Folgenden kann die durch den Pfeil Z angezeigte Richtung, in der der Magnet 10, die Drehplatte 20 und das Leistungserzeugungselement 100 ausgerichtet sind, als „Ausrichtungsrichtung“ bezeichnet werden. Die Ausrichtungsrichtung ist ebenso eine normale Richtung der Hauptoberfläche 11 des Magneten 10. Das Leistungserzeugungselement 100 dreht sich nicht zusammen mit dem Magneten 10 und der Drehplatte 20. Das Leistungserzeugungselement 100 ist derart bereitgestellt, dass wenigstens ein Teil davon dem Magneten 10 und der Drehplatte 20 in der axialen Richtung der Drehwelle 30 zugewandt ist. Außerdem erstreckt sich das Leistungserzeugungselement 100 entlang der Hauptoberfläche der Platine 40 in einer Richtung, um sich in einer Richtung zu erstrecken, die eine radiale Richtung des Magneten 10 (spezifisch orthogonal) kreuzt. Das Leistungserzeugungselement 100 erzeugt Leistung durch eine Änderung des von dem Magneten 10 ausgebildeten magnetischen Felds aufgrund der Drehung des Magneten 10 und erzeugt ein elektrisches Signal. Eine Richtung der Wicklungsachse der Spule 130 des Leistungserzeugungselements 100 (eine Längsrichtung des magnetischen Elements 110) ist eine Richtung, in der sich das Leistungserzeugungselement 100 erstreckt. Die Richtung der Wicklungsachse der Spule 130 ist in der Zeichnung durch den Pfeil X angezeigt. Im Folgenden wird die Richtung der Wicklungsachse der Spule 130, die in der Zeichnung durch den Pfeil X angezeigt ist, einfach als „Richtung der Wicklungsachse“ bezeichnet.
Das Leistungserzeugungselement 100 beinhaltet beispielsweise das magnetische Element 110, die Spule 130, das Ferrit-Element 150 (in den 2 und 3 nicht veranschaulicht), das in der Querschnittsansicht von 4 veranschaulicht ist, die Anschlüsse 181, 182 und das Gehäuse 190.
Obwohl Einzelheiten des magnetischen Elements 110, der Spule 130 und des Ferrit-Elements 150 später beschrieben werden, ist das magnetische Element 110 ein magnetisches Element, das den großen Barkhausen-Effekt produziert, und ein Leistungserzeugungsimpuls wird in der um das magnetische Element 110 gewickelten Spule 130 erzeugt. Beachte, dass die Anordnung des Leistungserzeugungselements 100 nicht besonders begrenzt ist, solange sich das Leistungserzeugungselement 100 in einem Bereich befindet, an den ein von dem Magneten 10 erzeugtes magnetisches Feld angelegt wird, und angeordnet ist, um einen Leistungserzeugungsimpuls durch eine Änderung des magnetischen Felds aufgrund der Drehung der Drehwelle 30 zu erzeugen.
Die Anschlüsse 181, 182 sind Elemente zum elektrischen Verbinden des Leistungserzeugungselements 100 und der Platine 40. Die Klemmen 181, 182 befinden sich an den Enden des Leistungserzeugungselements 100 an der Seite der Platine 40. Der Magnet 10 ist auf einer Seite der Anschlüsse 181, 182 des Leistungserzeugungselements 100 angeordnet. Der Anschluss 181 ist elektrisch mit einem Ende eines leitenden Drahtes verbunden, der die Spule 130 bildet, und der Anschluss 182 ist elektrisch mit dem anderen Ende des leitenden Drahtes verbunden. Das heißt, die Spule 130 und die Platine 40 sind über die Anschlüsse 181, 182 elektrisch verbunden.
Das Gehäuse 190 nimmt das magnetische Element 110, die Spule 130 und das Ferrit-Element 150 auf und stützt diese. Außerdem nimmt das Gehäuse 190 einen Teil der Anschlüsse 181, 182 auf. Das Gehäuse 190 ist beispielsweise zu der Seite des Magneten 10 des Leistungserzeugungselements 100 hin geöffnet. Das Gehäuse 190 ist beispielsweise durch ein Befestigungselement (nicht veranschaulicht) oder dergleichen an der Platine 40 befestigt.
Die Steuerschaltung 50 befindet sich auf der Hauptoberfläche der Platine 40 auf der Seite des Magneten 10. Die Steuerschaltung 50 ist elektrisch mit dem Leistungserzeugungselement 100 verbunden. Die Steuerschaltung 50 erfasst ein elektrisches Signal, wie einen Leistungserzeugungsimpuls, der von dem Leistungserzeugungselement 100 erzeugt wird, und weist (berechnet) einen Drehwinkel, einen Drehbetrag, eine Drehgeschwindigkeit und dergleichen der Drehwelle 30 eines Motors und dergleichen auf Grundlage des erfassten elektrischen Signals nach. Die Steuerschaltung 50 ist beispielsweise ein integriertes Schaltung- (IC-) Paket oder dergleichen.
Der Speicher 60 befindet sich auf der Hauptoberfläche der Platine 40 auf der Seite des Magneten 10. Der Speicher 60 ist mit der Steuerschaltung 50 verbunden. Der Speicher 60 ist ein nichtflüchtiger Speicher, wie ein Halbleiterspeicher, der ein von der Steuerschaltung 50 nachgewiesenes Ergebnis speichert.
Nachfolgend werden Einzelheiten des Leistungserzeugungselements 100 gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform beschrieben.
4 ist eine Querschnittsansicht, die eine schematische Konfiguration des Leistungserzeugungselements 100 gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform veranschaulicht. 4 veranschaulicht einen Querschnitt, der entlang der Ausrichtungsrichtung genommen wird, um durch die Wicklungsachse R1 der Spule 130 zu verlaufen. Beachte, dass die Veranschaulichung des Anschlusses 181, des Anschlusses 182 und des Gehäuses 190 in 4 der Übersichtlichkeit halber weggelassen wurde. Das Gleiche gilt für die Zeichnungen der nachstehend beschriebenen Leistungserzeugungselemente.
Wie in 4 veranschaulicht, beinhaltet das Leistungserzeugungselement 100 ein magnetisches Element 110, eine Spule 130 und ein Ferrit-Element 150.
Das magnetische Element 110 ist ein magnetisches Element, das den großen Barkhausen-Effekt durch eine Änderung eines externen magnetischen Feldes produziert, das durch den Magneten 10 und dergleichen ausgebildet wird. Das magnetische Element 110 beinhaltet ein erstes magnetisches Erfassungsteil 111 und ein zweites magnetisches Erfassungsteil 112, dessen magnetische Eigenschaften sich von denen des ersten magnetischen Erfassungsteils 111 unterscheiden. In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform weist das zweite magnetische Erfassungsteil 112 eine geringere Koerzitivfeldstärke als das erste magnetische Erfassungsteil 111 auf und ist weichmagnetisch. Das magnetische Element 110 ist beispielsweise ein längliches Element, bei dem die Richtung der Wicklungsachse der Spule 130 die Längsrichtung ist. Eine Querschnittsform des in der radialen Richtung geschnittenen magnetischen Elements 110 ist beispielsweise kreisförmig oder elliptisch, kann aber auch eine andere Form aufweisen, wie eine rechteckige oder polygonale Form. In der Richtung der Wicklungsachse ist die Länge des magnetischen Elements 110 beispielsweise größer als die Länge der Spule 130.
Das magnetische Element 110 ist beispielsweise ein zusammengesetzter magnetischer Draht mit unterschiedlichen magnetischen Eigenschaften zwischen einem zentralen Teil und einem äußeren Umfangsteil in einer radialen Richtung, wie ein Wiegand-Draht. In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform ist in dem magnetischen Element 110 beispielsweise der zentrale Teil in der radialen Richtung der erste magnetische Erfassungsteil 111 mit einer hohen Koerzitivfeldstärke und ist der äußere Umfangsteil in der radialen Richtung der zweite magnetische Erfassungsteil 112 mit einer niedrigen Koerzitivfeldstärke. Der erste magnetische Erfassungsteil 111 und der zweite magnetische Erfassungsteil 112 erstrecken sich jeweils in der Richtung der Wicklungsachse. Der erste magnetische Erfassungsteil 111 und der zweite magnetische Erfassungsteil 112 weisen beide eine längliche Form auf, die sich in Richtung der Wicklungsachse erstreckt. Insbesondere weist der erste magnetische Erfassungsteil 111 eine Drahtform auf, die sich in Richtung der Wicklungsachse erstreckt, und weist der zweite magnetische Erfassungsteil 112 eine rohrförmige Form, die sich in Richtung der Wicklungsachse erstreckt. Der zweite magnetische Erfassungsteil 112 bedeckt eine Oberfläche, die von der Richtung der Wicklungsachse aus gesehen ein Außenumfang des ersten magnetischen Erfassungsteils 111 ist, mit anderen Worten, eine Oberfläche, die sich entlang der Richtung der Wicklungsachse erstreckt. Der erste magnetische Erfassungsteil 111 und der zweite magnetische Erfassungsteil 112 sind in einer Richtung ausgerichtet, die die Richtung der Wicklungsachse kreuzt (beispielsweise orthogonal dazu). Beachte, dass das magnetische Element 110 nicht auf eine solche Form beschränkt ist und ein beliebiges magnetisches Element sein kann, das den großen Barkhausen-Effekt produziert, indem es einen ersten magnetischen Erfassungsteil 111 und einen zweiten magnetischen Erfassungsteil 112 mit unterschiedlichen magnetischen Eigenschaften beinhaltet. Beispielsweise kann bei dem magnetischen Element 110 der zentrale Teil der zweite magnetische Erfassungsteil 112 sein und kann der äußere Umfangsteil der erste magnetische Erfassungsteil 111 sein. Darüber hinaus kann das magnetische Element 110 beispielsweise ein magnetisches Element mit einer Struktur sein, in der Dünnfilme mit unterschiedlichen magnetischen Eigenschaften gestapelt sind.
Der erste magnetische Erfassungsteil 111 wird in der Richtung der Wicklungsachse magnetisiert. In 4 ist eine Magnetisierungsrichtung des ersten magnetischen Erfassungsteils 111 schematisch durch den Pfeil B1 angezeigt. Wenn beispielsweise ein magnetischen Feld, in dem ein Magnetisierungszustand des ersten magnetischen Erfassungsteils 111 gesättigt ist, an das magnetische Element 110 angelegt wird, wird das erste magnetische Erfassungsteil 111 vollständig magnetisiert. Die Magnetisierungsrichtung des ersten magnetischen Erfassungsteils 111 ändert sich nicht aufgrund einer Änderung der Richtung des externen magnetischen Felds, das durch den Magneten 10 oder dergleichen ausgebildet wird. Beachte, dass die Richtung des Pfeils B 1 eine entgegengesetzte Richtung sein kann, solange sie eine Richtung entlang der Richtung der Wicklungsachse ist.
Die Spule 130 ist eine Spule, bei der ein leitender Draht, der die Spule 130 bildet, um das magnetische Element 110 gewickelt ist. Spezifisch verläuft die Spule 130 durch eine Mitte des magnetischen Elements 110 und ist entlang der Wicklungsachse R1 gewickelt, die sich in der Längsrichtung des magnetischen Elements 110 erstreckt. Außerdem befindet sich die Spule 130 zwischen zwei Ferrit-Elementen 150.
Das Ferrit-Element 150 ist an dem Ende des magnetischen Elements 110 bereitgestellt, um an der Spule 130 entlang der Richtung der Wicklungsachse der Spule 130 ausgerichtet zu sein. In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform sind an beiden Enden des magnetischen Elements 110 jeweils zwei Ferrit-Elemente 150 bereitgestellt. Zwei Ferrit-Elemente 150 stehen sich mit der dazwischen liegenden Spule 130 gegenüber und weisen eine symmetrische Form auf. Im Folgenden wird hauptsächlich eines der zwei Ferrit-Elemente 150 beschrieben, doch gilt die gleiche Beschreibung auch für das andere.
Das Ferrit-Element 150 ist ein plattenförmiges Element, in dem die Öffnung 153 ausgebildet ist, und ist beispielsweise Ferrit-Kugeln, die aus einem weichmagnetischen Material hergestellt sind. Das Ferrit-Element 150 wird für die Sammlung des magnetischen Flusses von dem Magneten 10, für die Stabilisierung des magnetischen Flusses in dem magnetischen Element 110 und dergleichen bereitgestellt. Das Ferrit-Element 150 weist, von der Richtung der Wicklungsachse aus gesehen, beispielsweise eine kreisförmige Außenform auf, kann aber auch eine andere Form aufweisen, wie eine rechteckige oder polygonale Form. Das Ferrit-Element 150 ist beispielsweise weicher magnetisch als der zweite magnetische Erfassungsteil 112 in dem Magnetelement 110, das heißt es weist eine geringere Koerzitivfeldstärke auf. Das Ende des magnetischen Elements 110 befindet sich in der Öffnung 153. Die Öffnung 153 ist ein Durchgangsloch, das das Ferrit-Element 150 entlang der Richtung der Wicklungsachse durchdringt.
Als nächstes wird der große Barkhausen-Effekt in dem magnetischen Element 110 beschrieben. 5 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine schematische BH-Kurve eines magnetischen Elements 110 veranschaulicht. In 5 ist wie in 1 die Richtung der Magnetisierung in dem magnetischen Element 110 durch durchgezogene und gestrichelte Pfeile angezeigt. Beachte, dass in 5 der Pfeil, der die Richtung der Magnetisierung anzeigt, nur die Richtung der Magnetisierung anzeigt, und dass die Richtung der Magnetisierung durch einen Pfeil angezeigt wird, der unabhängig von der Größe der Magnetisierung die gleiche Größe hat.
Wie in (1) von 5 veranschaulicht, wird in dem magnetischen Element 110, selbst wenn ein magnetisches Feld in einer Richtung entgegengesetzt zu der Magnetisierungsrichtung des ersten magnetischen Erfassungsteils 111 angelegt wird, die Magnetisierungsrichtung des ersten magnetischen Erfassungsteils 111 nicht geändert, und somit sind das erste magnetische Erfassungsteil 111 und das zweite magnetische Erfassungsteil 112 in entgegengesetzten Richtungen magnetisiert. Wenn sich also die Richtung des magnetischen Felds ändert, wie in (i) von 5 veranschaulicht, wie in (2) von 5 veranschaulicht, wird die Magnetisierungsrichtung des zweiten magnetischen Erfassungsteils 112 umgekehrt, um mit der Magnetisierungsrichtung des ersten magnetischen Erfassungsteils 111 übereinzustimmen. In diesem Fall ist eine schnelle Umkehrung der Magnetisierungsrichtung des zweiten magnetischen Erfassungsteils 112, wie in einem von der gestrichelten Linie Ja in 1 umgebenen Teil, unwahrscheinlich, sodass kein großer Barkhausen-Sprung auftritt.
Andererseits, wenn sich die Richtung des magnetischen Feldes von einem in (2) von 5 veranschaulichten Zustand wie in (ii) von 5 ändert, ändert sich die Magnetisierungsrichtung des zweiten magnetischen Erfassungsteils 112 aufgrund des Einflusses des ersten magnetischen Erfassungsteils 111 nicht, bis sich das magnetischen Feld bis zu einem gewissen Grad ändert. Wie in (3) und (4) von 5 veranschaulicht, wird die Magnetisierungsrichtung des zweiten magnetischen Erfassungsteils 112 an einem von der gestrichelten Linie Jb umgebenen Teil sofort umgekehrt, wenn die Änderung des magnetischen Felds einen Schwellenwert überschreitet. Infolgedessen ändert sich die magnetische Flussdichte des magnetischen Elements 110 schnell, und in der Spule 130, die um das magnetische Element 110 gewickelt ist, wird elektrische Leistung (Leistungserzeugungsimpuls) erzeugt.
In einem magnetischen Element wie einem herkömmlichen Wiegand-Draht, wie in 1 veranschaulicht, tritt an zwei Stellen, die von der gestrichelten Linie Ja und der gestrichelten Linie Jb umgeben sind, durch eine Änderung der Richtung des magnetischen Feldes einer Hin- und Herbewegung ein großer Barkhausen-Sprung auf, und in der Spule werden zwei Leistungserzeugungsimpulse erzeugt. Da die zwei Leistungserzeugungsimpulse durch die Änderung des magnetischen Felds in der entgegengesetzten Richtung verursacht werden, ändert sich daher auch die Leistungserzeugungsmenge der zwei Leistungserzeugungsimpulse, wenn der Magnetisierungszustand des magnetischen Elements vorgespannt ist. Wenn sich beispielsweise die Größe der Magnetisierung des hartmagnetischen Teils in (2) von 1 aufgrund des Einflusses des äußeren magnetischen Feldes von der Größe der Magnetisierung des hartmagnetischen Teils in (5) von 1 unterscheidet, ist der Betrag der Änderung der magnetischen Flussdichte in dem großen Barkhausen-Sprung zwischen dem von der gestrichelten Linie Ja und dem von der gestrichelten Linie Jb umgebenen Teil unterschiedlich.
Andererseits tritt in dem magnetischen Element 110, da der erste magnetische Erfassungsteil 111 vollständig magnetisiert ist und sich die Magnetisierungsrichtung nicht ändert, ein großer Barkhausen-Sprung an einem Teil auf, der von der gestrichelten Linie Jb durch eine Änderung der Richtung des magnetischen Feldes einer Hin- und Herbewegung umgeben ist, und ein Leistungserzeugungsimpuls wird in der Spule 130 erzeugt. Daher gibt es im Gegensatz zu dem herkömmlichen magnetischen Element keine Variationen zwischen zwei Leistungserzeugungsimpulsen, die durch eine Änderung der Richtung des magnetischen Felds einer Hin- und Herbewegung verursacht werden. Daher können die Variationen in der erzeugten Leistung des Leistungserzeugungselements 100 reduziert werden. Darüber hinaus besteht in einem Fall, in dem das erste magnetische Erfassungsteil 111 nicht vollständig magnetisiert ist, eine Möglichkeit, dass eine Region, die durch das externe magnetische Feld, das durch den Magneten 10 oder dergleichen ausgebildet wird, kaum magnetisiert wird, in dem ersten magnetischen Erfassungsteil 111 existiert. Da jedoch der erste magnetische Erfassungsteil 111 vollständig magnetisiert ist, wird die Region ebenso magnetisiert, und die Änderung der magnetischen Flussdichte des magnetischen Elements 110 in dem großen Barkhausen-Sprung kann erhöht werden. Daher kann das Leistungserzeugungselement 100 einen stabileren Leistungserzeugungsimpuls erzeugen.
[Erste Modifikation]
Als nächstes wird eine erste Modifikation der ersten beispielhaften Ausführungsform beschrieben. In der folgenden Beschreibung der vorliegenden Modifikation werden hauptsächlich die Unterschiede zu der ersten beispielhaften Ausführungsform beschrieben und die Beschreibung von Gemeinsamkeiten wird weggelassen oder vereinfacht.
6 ist eine Querschnittsansicht, die eine schematische Konfiguration des Encoders 1a gemäß der vorliegenden Modifikation veranschaulicht. 7 ist eine Draufsicht auf den Magneten 10a in dem Encoder 1a gemäß der vorliegenden Modifikation.
Wie in den 6 und 7 veranschaulicht, unterscheidet sich der Encoder 1a von dem Encoder 1 dadurch, dass der Magnet 10a anstelle des Magneten 10 bereitgestellt ist und das Leistungserzeugungselement 100a anstelle des Leistungserzeugungselements 100 bereitgestellt ist. Ähnlich wie das Leistungserzeugungselement 100 ist das Leistungserzeugungselement 100a ein Leistungserzeugungselement, das ein magnetisches Element 110 verwendet und einen Leistungserzeugungsimpuls erzeugt, indem es die Richtung des magnetischen Felds einer Hin- und Herbewegung ändert. Obwohl die Einzelheiten später beschrieben werden, wird in dem Encoder 1a die Anzahl der Magnetpole in dem Magneten 10a erhöht, um die Anzahl der Zeiten der Erzeugung des Leistungserzeugungsimpulses mit dem Fall der Verwendung des Leistungserzeugungselements abzustimmen, bei dem zwei Leistungserzeugungsimpulse durch Änderung der Richtung des magnetischen Felds einer Hin- und Herbewegung erzeugt werden.
Der Magnet 10a weist die gleiche Konfiguration wie der Magnet 10 auf, mit der Ausnahme, dass die Anzahl der Mehrzahl magnetischer Pole, die in der Drehrichtung auf der Hauptoberfläche 11 a angeordnet sind, sich von der Anzahl der Mehrzahl magnetischer Pole unterscheidet, die in der Drehrichtung auf der Hauptoberfläche 11 des Magneten 10 angeordnet sind.
In dem Magneten 10a beträgt die Anzahl der Mehrzahl magnetischer Pole vier. Die Mehrzahl magnetischer Pole beinhaltet zwei N-Pole und zwei S-Pole, wobei die N-Pole und die S-Pole abwechselnd entlang der Drehrichtung angeordnet sind. Wenn der Magnet 10a eine Umdrehung zusammen mit der Drehwelle 30 macht, wird eine Richtung des magnetischen Felds, das auf das Leistungserzeugungselement 100a angelegt, viermal umgekehrt (zwei Hin- und Herbewegungen). Daher werden selbst in einem Fall, in dem die Anzahl der Erzeugungszeitpunkte des Leistungserzeugungsimpulses durch eine Änderung der Richtung des magnetischen Felds bei einer Hin- und Herbewegung auf einen reduziert wird, zwei Leistungserzeugungsimpulse durch eine Drehung des Magneten 10a erzeugt. Wenn aus der axialen Richtung der Drehwelle 30 betrachtet, sind die Größen der jeweiligen magnetischen Pole der Mehrzahl magnetischer Pole gleich.
8 ist eine Querschnittsansicht, die eine schematische Konfiguration des Leistungserzeugungselements 100a gemäß der vorliegenden Modifikation veranschaulicht. Das Leistungserzeugungselement 100a beinhaltet zusätzlich zu der Konfiguration des Leistungserzeugungselements 100 ferner einen Vorspannmagneten 170.
Der Vorspannmagnet 170 ist ein Magnet, der an das magnetische Element 110 ein magnetisches Feld in der gleichen Richtung wie die Magnetisierungsrichtung des ersten magnetischen Erfassungsteils 111 anlegt. Der Vorspannmagnet 170 ist auf einer Seite des magnetischen Elements 110 und der Spule 130 angeordnet, die der Seite des Magneten 10 gegenüberliegt, um dem magnetischen Element 110 und der Spule 130 zugewandt zu sein. Das magnetische Element 110, die Spule 130 und der Vorspannmagnet 170 sind entlang einer durch den Pfeil Z angezeigten Ausrichtungsrichtung ausgerichtet.
Der Vorspannmagnet 170 wird beispielsweise in der Richtung der Wicklungsachse magnetisiert. In 8 ist die Magnetisierungsrichtung des Vorspannmagneten 170 durch den Pfeil B2 schematisch angezeigt. Außerdem wird eine von dem Vorspannmagneten 170 erzeugte magnetische Flusslinie durch gestrichelte Pfeile angezeigt. Die Magnetisierungsrichtung des Vorspannmagneten 170 ist der Magnetisierungsrichtung des ersten magnetischen Erfassungsteils 111 entgegengesetzt. Da der magnetische Fluss um die Außenseite des Vorspannmagneten 170 in einer Richtung verläuft, die der Magnetisierungsrichtung des Vorspannmagneten 170 entgegengesetzt ist, wird ein magnetisches Feld in der gleichen Richtung wie die Magnetisierungsrichtung des ersten magnetischen Erfassungsteils 111 an das magnetische Element 110 angelegt.
Als nächstes wird eine Änderung des Magnetisierungsverhaltens des magnetischen Elements 110 durch den Vorspannmagneten 170 beschrieben. 9A und 9B sind Diagramme für die Erläuterung einer Änderung des Magnetisierungsverhaltens des magnetischen Elements 110 durch den Vorspannmagneten 170. 9A veranschaulicht ein Beispiel einer schematischen BH-Kurve des magnetischen Elements 110 in einem Fall, in dem das Leistungserzeugungselement 100a keinen Vorspannmagneten 170 beinhaltet, und 9B veranschaulicht ein Beispiel einer schematischen BH-Kurve des magnetischen Elements 110 in einem Leistungserzeugungselement 100a, das einen Vorspannmagneten 170 beinhaltet.
Wie in 9A veranschaulicht, tritt ähnlich wie in dem in Bezug auf 5 beschriebenen Fall in dem magnetischen Element 110 ein großer Barkhausen-Sprung mit einer Änderung der Richtung des magnetischen Felds bei einer Hin- und Herbewegung auf. Darüber hinaus ist die Anzahl der Mehrzahl magnetischer Pole des Magneten 10a in dem Encoder 1a vier, und die Anzahl der Mehrzahl magnetischer Pole ist größer als die des Magneten 10. In einem Fall, in dem der Magnet 10 und der Magnet 10a die gleiche Größe aufweisen, wird, da die Anzahl der Mehrzahl magnetischer Pole in Magnet 10a größer ist, die Größe jedes Magnetpols kleiner und die Größe des magnetischen Felds, das auf das magnetische Element 110 einwirkt, wird kleiner. Daher ist ein Änderungsbereich des magnetischen Felds in dem Encoder 1a, der in 9A durch einen weißen Pfeil angezeigt wird, kleiner als ein Änderungsbereich des magnetischen Felds in dem Encoder 1, der in 5 beschrieben ist. Infolgedessen ist es weniger wahrscheinlich, dass der magnetische Fluss des magnetischen Elements 110 zunimmt, selbst wenn ein magnetisches Feld an das magnetische Element 110 angelegt wird, und die Änderung der magnetischen Flussdichte des magnetischen Elements 110 verringert sich wahrscheinlich bei einem großen Barkhausen-Sprung J0. Daher verringert sich der Leistungserzeugungsbetrag der Spule 130.
Da andererseits das Leistungserzeugungselement 100a den Vorspannmagneten beinhaltet, wie in 9B veranschaulicht, wird ein Änderungsbereich des magnetischen Felds in dem Encoder 1a, der durch einen weißen Pfeil angezeigt wird, von dem in 9B veranschaulichten Änderungsbereich des magnetischen Felds zu einer Anlegungsrichtung (negative Richtung in 9B) des magnetischen Felds auf das magnetische Feld 110 durch den Vorspannmagneten 170 verschoben. Daher ist es möglich, ein ausreichend großes magnetisches Feld an das magnetische Element 110 anzulegen, bevor ein großer Barkhausen-Sprung J1 auftritt, wenn sich das magnetischen Feld in der Richtung von (ii) ändert. Infolgedessen ist die Änderung der magnetischen Flussdichte bei dem großen Barkhausen-Sprung J1 größer als die Änderung der magnetischen Flussdichte bei dem großen Barkhausen-Sprung J0. Daher ist der in der Spule 130 Betrag der erzeugten elektrischen Leistung größer als in einem Fall, in dem der Vorspannmagnet 170 nicht bereitgestellt wird. Außerdem tritt in einem Fall, in dem sich das magnetische Feld in der Richtung (i) ändert, kein großer Barkhausen-Sprung auf. Daher wird der Leistungserzeugungsimpuls auch dann nicht beeinflusst, wenn die Größe des an das magnetische Element 110 angelegten magnetischen Felds gering ist. Daher kann das Leistungserzeugungselement 100a einen stabileren Leistungserzeugungsimpuls erzeugen. Ein solches Leistungserzeugungselement 100a ist besonders nützlich, wenn es in einem Encoder 1a, der einen Magneten 10a mit einer großen Anzahl magnetischer Pole beinhaltet, verwendet wird. Beachte, dass das Leistungserzeugungselement 100a anstelle des Leistungserzeugungselements 100 des Encoders 1 verwendet werden kann.
(Zweite beispielhafte Ausführungsform)
Als nächstes wird eine zweite beispielhafte Ausführungsform beschrieben. In der folgenden Beschreibung der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform werden hauptsächlich die Unterschiede zu der ersten beispielhaften Ausführungsform beschrieben und die Beschreibung von Gemeinsamkeiten wird weggelassen oder vereinfacht.
10 ist eine Querschnittsansicht, die eine schematische Konfiguration des Leistungserzeugungselements 200 gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform veranschaulicht. Ein Encoder gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform beinhaltet beispielsweise ein Leistungserzeugungselement 200 anstelle des Leistungserzeugungselements 100 des Encoders 1 gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform.
Wie in 10 veranschaulicht, unterscheidet sich das Leistungserzeugungselement 200 von dem Leistungserzeugungselement 100 dadurch, dass ein magnetisches Element 210 anstelle des magnetischen Elements 110 bereitgestellt ist.
Das magnetische Element 210 beinhaltet ein erstes magnetisches Erfassungsteil 211 und ein zweites magnetisches Erfassungsteil 212, dessen magnetische Eigenschaften sich von denen des ersten magnetischen Erfassungsteils 211 unterscheiden. In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform weist das zweite magnetische Erfassungsteil 212 eine höhere Koerzitivfeldstärke als das erste magnetische Erfassungsteil 211 auf und ist hartmagnetisch. Das magnetische Element 210 ist ein magnetisches Element, das den großen Barkhausen-Effekt durch eine Änderung eines externen magnetischen Feldes produziert. Die Formen und Anordnungen des ersten magnetischen Erfassungsteils 211 und des zweiten magnetischen Erfassungsteils 212 sind beispielsweise dieselben wie die des ersten magnetischen Erfassungsteils 111 und des zweiten magnetischen Erfassungsteils 112, die vorstehend beschrieben wurden.
Das in dem Leistungserzeugungselement 200 verwendete magnetische Element 210 ist ein magnetisches Element, das durch das folgende Herstellungsverfahren hergestellt wird.
[Herstellungsverfahren]
Es wird ein Verfahren zum Herstellen des magnetischen Elements 210 beschrieben. 11 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen des magnetischen Elements 210.
Wie in 11 veranschaulicht, wird bei dem Verfahren zum Herstellen des magnetischen Elements 210 zunächst ein draht- oder filmförmiger magnetischer Körper hergestellt (Schritt S 11). Der erste magnetische Erfassungsteil 211 und der vorstehend beschriebene zweite magnetische Erfassungsteil 212 sind in einem draht- oder filmförmigen magnetischen Körper ausgebildet. Als ein Material des draht- oder filmförmigen magnetischen Körpers wird beispielsweise ein magnetisches Material mit einer Koerzitivfeldstärke von 20 Oe oder weniger verwendet.
Als nächstes wird eine Oberfläche des draht- oder filmförmigen magnetischen Körpers mit einem Element zum Erhöhen der Koerzitivfeldstärke des magnetischen Körpers dotiert (Schritt S12). Wenn der magnetische Körper beispielsweise die Form eines Drahtes aufweist, wird eine Oberfläche, die eine Außenoberfläche des magnetische Körpers sein soll, mit einem Element dotiert. Infolgedessen wird die Koerzitivfeldstärke nur in der Nähe der Oberfläche des magnetischen Körpers durch die Korngrenzendiffusion des Elements von der Oberfläche des magnetischen Körpers erhöht. Infolgedessen ist der erste magnetische Erfassungsteil 211 in dem zentralen Teil des magnetischen Körpers und der zweite magnetische Erfassungsteil 212 in der Nähe der Oberfläche des magnetischen Körpers ausgebildet. Beispiele für das Elementdotierungsverfahren beinhalten ein Verfahren, bei dem ein winziges Pulver, das ein zu dotierendes Element enthält, in einen magnetischen Körper eingebettet und einer hohen Temperatur ausgesetzt wird, um das Dotierungselement in den magnetischen Körper zu diffundieren. Weitere Beispiele für Elemente zum Erhöhen der Koerzitivfeldstärke beinhalten Nd, Pr, Dy, Tb, Ho, T, Al, Cu, Co, Ga, Ti, V, Zr, Nb und Mo. In einem Fall, in dem das magnetische Element 210 auf diese Weise hergestellt wird, wird das zweite magnetische Erfassungsteil 212 mit Hartmagnetismus auf einer Oberflächenseite des magnetischen Elements 210 ausgebildet, und das erste magnetische Erfassungsteil 211 mit Weichmagnetismus wird auf einer zentralen Seite des magnetischen Elements 210 ausgebildet. Wenn der magnetische Körper beispielsweise die Form eines Films aufweist, ist wenigstens eine Hauptoberfläche des magnetische Körpers mit einem Element dotiert.
Indem das magnetische Element 210 durch ein solches Herstellungsverfahren ausgebildet wird, können die Koerzitivfeldstärke und die Dicke des zweiten magnetischen Erfassungsteils 212, das ausgebildet werden soll, durch die Steuerung der Dotierungsbedingungen genau gesteuert werden. Daher wird eine Änderung des Betrags der magnetischen Flussdichte des magnetischen Elements 210 in dem großen Barkhausen-Sprung stabilisiert. Daher können die Variationen in der erzeugten Leistung des Leistungserzeugungselements 200 reduziert werden.
(Dritte beispielhafte Ausführungsform)
Als nächstes wird eine dritte beispielhafte Ausführungsform beschrieben. In der folgenden Beschreibung der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform werden hauptsächlich die Unterschiede zu der ersten beispielhaften Ausführungsform und der zweiten beispielhaften Ausführungsform beschrieben und die Beschreibung von Gemeinsamkeiten wird weggelassen oder vereinfacht.
12 ist eine Querschnittsansicht und eine Draufsicht, die eine schematische Konfiguration des magnetischen Elements 310 gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform veranschaulicht. Insbesondere Teil (a) von 12 ist eine Querschnittsansicht des magnetischen Elements 310, und Teil (b) von 12 ist eine Draufsicht auf das magnetische Element 310, das von oben in Teil (a) von 12 betrachtet wird. Teil (a) von 12 veranschaulicht einen Querschnitt an einer Position, die durch die Linie XIVa-XIVa in Teil (b) von 12 angezeigt ist. Ein Encoder gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform beinhaltet beispielsweise ein Leistungserzeugungselement, das das magnetische Element 310 verwendet, anstelle des Leistungserzeugungselements 100 des Encoders 1 gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform. Das Leistungserzeugungselement gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform beinhaltet beispielsweise ein magnetisches Element 310 anstelle des Magnetelements 110 gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform.
Das magnetische Element 310 ist ein magnetisches Element, das den großen Barkhausen-Effekt durch eine Änderung eines externen magnetischen Feldes produziert. Das magnetische Element 310 wird für ein Leistungserzeugungselement verwendet. Das magnetische Element 310 weist eine Struktur auf, in der drei oder mehr magnetisch empfindliche Schichten 311, 312, 313, 314 gestapelt sind. Die Form des magnetischen Elements 310 ist, von der Stapelrichtung aus betrachtet, ein längliches Rechteck. Eine Längsrichtung des magnetischen Elements 310 ist die gleiche wie die Richtung der Wicklungsachse. Außerdem ist die Längsrichtung des magnetischen Elements 310 beispielsweise eine Richtung, die orthogonal zu der Ausrichtungsrichtung verläuft. Von der Stapelrichtung aus betrachtet ist die Länge des magnetischen Elements 310 in der Längsrichtung beispielsweise doppelt so lang oder länger als eine Länge des magnetischen Elements 310 in der kurzen Richtung. In dem in 12 veranschaulichten Beispiel ist die Anzahl der drei oder mehr magnetischen empfindlichen Schichten 311, 312, 313, 314 vier, kann jedoch ebenso drei, fünf oder mehr betragen.
Drei oder mehr magnetisch empfindliche Schichten 311, 312, 313, 314 sind entlang einer Richtung gestapelt, die die durch den Pfeil X anzeigte Richtung der Wicklungsachse kreuzt (beispielsweise orthogonal dazu). In dem veranschaulichten Beispiel sind drei oder mehr magnetische empfindliche Schichten 311, 312, 313, 314 entlang der durch den Pfeil Z angezeigten Ausrichtungsrichtung gestapelt.
Die Koerzitivfeldstärke jeder der drei oder mehr magnetischen empfindlichen Schichten 311, 312, 313, 314 nimmt in der Reihenfolge der Ausrichtung in der Stapelrichtung zu. Unter drei oder mehr magnetischen empfindlichen Schichten 311, 312, 313, 314 ist beispielsweise die Koerzitivfeldstärke der magnetischen empfindlichen Schicht 311 am höchsten und ist die Koerzitivfeldstärke der magnetischen empfindlichen Schicht 314 am niedrigsten.
Jede der drei oder mehr magnetischen empfindlichen Schichten 311, 312, 313, 314 besteht aus einem magnetischen Material, beispielsweise aus demselben magnetischen Material. Jede der drei oder mehr magnetischen empfindlichen Schichten 311, 312, 313, 314 weist die Koerzitivfeldstärke in dem vorstehend beschriebenen Verhältnis auf, beispielsweise aufgrund unterschiedlicher Restbeanspruchungen. Da jede der drei oder mehr magnetischen empfindlichen Schichten 311, 312, 313, 314 aus demselben magnetischen Material besteht, kann die Herstellung ohne Änderung des magnetischen Materials für jede magnetische empfindliche Schicht durchgeführt werden, und somit kann der Herstellungsprozess vereinfacht werden. Beispiele für magnetische Materialien beinhalten ein Material, das aufgrund eines Unterschieds in Restbeanspruchung einen großen Barkhausen-Sprung aufweist, wie eine BIC-Legierung wie V-Fe-Co und ein amorphes Material wie Co-Fe-Si-B, Fe-Si-B, Fe-Ni, Fe-Si und Fe-Si-Al. Beachte, dass jede der drei oder mehr magnetischen empfindlichen Schichten 311, 312, 313, 314 aus unterschiedlichen magnetischen Materialien hergestellt werden kann, sodass die Koerzitivfeldstärke die vorstehend beschriebene Beziehung aufweist.
Ein Unterschied in der Koerzitivfeldstärke zwischen benachbarten magnetisch empfindlichen Schichten unter drei oder mehr magnetischen empfindlichen Schichten 311, 312, 313, 314 ist beispielsweise in jeder Kombination benachbarter magnetischer empfindlicher Schichten gleich.
Da das magnetische Element 310 drei oder mehr magnetisch empfindliche Schichten 311, 312, 313, 314 beinhaltet, die auf diese Weise gestapelt sind, ändert sich die Koerzitivfeldstärke entlang der Stapelrichtung, und die Wechselwirkung des magnetischen Flusses in jeder magnetischen empfindlichen Schicht kann stabilisiert werden. Infolgedessen wird eine Änderung des Betrags der magnetischen Flussdichte des magnetischen Elements 310 in dem großen Barkhausen-Sprung stabilisiert. Daher ist es möglich, die Variationen in der erzeugten Leistung des Leistungserzeugungselements unter Verwendung des magnetischen Elements 310 zu reduzieren.
Als nächstes wird ein Verfahren zum Herstellen des magnetischen Elements 310 beschrieben. 13 ist ein Flussdiagramm eines Beispiels eines Verfahrens zum Herstellen des magnetischen Elements 310.
Wie in 13 veranschaulicht, wird bei dem Verfahren zum Herstellen des magnetischen Elements 310 eine Mehrzahl von Dünnfilmen, die aus demselben magnetischen Material hergestellt sind, nacheinander ausgebildet, während die Temperatur für jede Ausbildung jedes zu stapelnden Dünnfilms erhöht wird (Schritt S21). Beispielsweise wird eine Platte für die Filmausbildung vorbereitet, und die Mehrzahl von Dünnfilmen wird auf der Platte ausgebildet. Die Mehrzahl von Dünnschichten werden beispielsweise durch ein Sputterverfahren, ein Ionenplattierungsverfahren, ein Vakuumaufdampfverfahren oder dergleichen ausgebildet. Beachte, dass in Schritt S21 die Mehrzahl von Dünnfilmen nacheinander ausgebildet werden können, während die Temperatur für jede Ausbildung jedes Dünnfilms gesenkt wird.
Als Nächstes wird die Mehrzahl der gestapelten Dünnfilme abgekühlt (Schritt S22). Die Mehrzahl von Dünnfilmen wird beispielsweise von einer Temperatur zu dem Zeitpunkt der Ausbildung des letzten Dünnfilms der Mehrzahl von Dünnfilmen auf Normaltemperatur (beispielsweise etwa 23 °C) abgekühlt. Da die Mehrzahl von Dünnfilmen in dieser Reihenfolge gestapelt werden und die Temperatur zu dem Zeitpunkt der Filmausbildung hoch ist, wird die zu dem Zeitpunkt der Abkühlung der Mehrzahl von Dünnfilmen erzeugte Restbeanspruchung infolgedessen größer, wenn die Dünnfilme später gestapelt werden. Da die Koerzitivfeldstärke tendenziell geringer ist, je größer die Restbeanspruchung ist, wird die Koerzitivfeldstärke jeder der Mehrzahl von Dünnfilmen kleiner, wenn die Dünnfilme später aufgrund dieses Unterschieds in der Restbeanspruchung gestapelt werden. Infolgedessen wird ein magnetisches Element 310 mit einer gestapelten Struktur ausgebildet, in der die Koerzitivfeldstärke von jeder der drei oder mehr magnetischen empfindlichen Schichten 311, 312, 313, 314 in der Ausrichtungsreihenfolge in der Stapelrichtung zunimmt. Beachte, dass in Schritt S21 in einem Fall, in dem eine Mehrzahl von Dünnfilmen nacheinander ausgebildet wird, während die Temperatur für jede Ausbildung jedes Dünnfilms gesenkt wird, die Koerzitivfeldstärke jeder von drei oder mehr magnetischen empfindlichen Schichten 311, 312, 313, 314 in der Ausrichtungsreihenfolge in der Stapelrichtung gesenkt wird.
Beachte, dass das Verfahren zum Herstellen des magnetischen Elements 310 nicht auf das vorstehend beschriebene Beispiel beschränkt ist und dass das magnetische Element 310 beispielsweise durch Stapeln der Mehrzahl von Dünnfilmen unter unterschiedlichen Filmausbildungsbedingungen für jede Ausbildung jeder dünnen Schicht ausgebildet werden kann. Zu diesem Zeitpunkt werden beispielsweise die Filmausbildungsbedingungen, wie der Grad des Vakuums zu dem Zeitpunkt der Filmausbildung oder eine Filmausbildungsrate, in eine Richtung geändert, um jeden dünnen Film auszubilden.
(Vierte beispielhafte Ausführungsform)
Als nächstes wird eine vierte beispielhafte Ausführungsform beschrieben. In der folgenden Beschreibung der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform werden hauptsächlich die Unterschiede zu der ersten beispielhaften Ausführungsform bis zu der dritten beispielhaften Ausführungsform beschrieben und die Beschreibung von Gemeinsamkeiten wird weggelassen oder vereinfacht.
14 ist eine Querschnittsansicht, die eine schematische Konfiguration des magnetischen Elements 410 gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform veranschaulicht. Ein Encoder gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform beinhaltet beispielsweise ein Leistungserzeugungselement, das das magnetische Element 410 verwendet, anstelle des Leistungserzeugungselements 100 des Encoders 1 gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform. Das Leistungserzeugungselement gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform beinhaltet beispielsweise ein magnetisches Element 410 anstelle des Magnetelements 110 gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform.
Das magnetische Element 410 ist ein magnetisches Element, das den großen Barkhausen-Effekt durch eine Änderung eines externen magnetischen Feldes produziert. Das magnetische Element 410 beinhaltet ein erstes magnetisches Erfassungsteil 411 und ein zweites magnetisches Erfassungsteil 412, dessen magnetische Eigenschaften sich von denen des ersten magnetischen Erfassungsteils 411 unterscheiden. In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform weist das zweite magnetische Erfassungsteil 412 eine geringere Koerzitivfeldstärke als das erste magnetische Erfassungsteil 411 auf und ist weichmagnetisch. Das magnetische Element 410 ist beispielsweise ein längliches Element, bei dem die Richtung der Wicklungsachse die Längsrichtung ist. Das magnetische Element 410 weist beispielsweise die Form eines Drahts auf. Die Querschnittsform des in der radialen Richtung geschnittenen magnetischen Elements 410 ist beispielsweise kreisförmig oder elliptisch, kann aber auch eine andere Form aufweisen, wie eine rechteckige oder polygonale Form. In einem Fall, in dem das magnetische Element 410 eine Drahtform aufweist, bildet der erste magnetische Erfassungsteil 411 einen zentralen Teil des magnetischen Elements 410, bildet und der zweite magnetische Erfassungsteil 412 einen äußeren Umfangsteil des magnetischen Elements 410 in der radialen Richtung.
In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform ist in dem magnetischen Element 410 beispielsweise der zentrale Teil der erste magnetische Erfassungsteil 411 mit einer hohen Koerzitivfeldstärke und ist der äußere Umfangsteil in der radialen Richtung der zweite magnetische Erfassungsteil 412 mit einer niedrigen Koerzitivfeldstärke. Der erste magnetische Erfassungsteil 411 und der zweite magnetische Erfassungsteil 412 erstrecken sich jeweils in der Richtung der Wicklungsachse. Der erste magnetische Erfassungsteil 411 und der zweite magnetische Erfassungsteil 412 weisen jeweils beispielsweise eine längliche Form auf, die sich in Richtung der Wicklungsachse erstreckt. Insbesondere weist der erste magnetische Erfassungsteil 411 eine Drahtform auf, die sich in Richtung der Wicklungsachse erstreckt, und weist der zweite magnetische Erfassungsteil 412 eine rohrförmige Form, die sich in Richtung der Wicklungsachse erstreckt. Der zweite magnetische Erfassungsteil 412 bedeckt eine Oberfläche, die von der Richtung der Wicklungsachse aus gesehen ein Außenumfang des ersten magnetischen Erfassungsteils 411 ist. Der erste magnetische Erfassungsteil 411 und der zweite magnetische Erfassungsteil 412 sind in einer Richtung ausgerichtet, die die Richtung der Wicklungsachse kreuzt (beispielsweise orthogonal dazu). Beachte, dass das magnetische Element 410 nicht auf eine solche Form beschränkt ist und ein beliebiges magnetisches Element sein kann, das den großen Barkhausen-Effekt produziert, indem es einen ersten magnetischen Erfassungsteil 411 und einen zweiten magnetischen Erfassungsteil 412 mit unterschiedlichen magnetischen Eigenschaften beinhaltet. Beispielsweise kann bei dem magnetischen Element 410 der zentrale Teil der zweite magnetische Erfassungsteil 412 sein und kann der äußere Umfangsteil der erste magnetische Erfassungsteil 411 sein. Darüber hinaus kann das magnetische Element 410 beispielsweise ein magnetisches Element mit einer Struktur sein, in der Dünnfilme mit unterschiedlichen magnetischen Eigenschaften gestapelt sind.
Der erste magnetische Erfassungsteil 411 weist eine größere Querschnittsfläche auf, wenn er in einer Richtung orthogonal zu der Richtung der Wickelachse von beiden Enden zu dem Zentrum in der Richtung der Wickelachse geschnitten wird. In einem Fall, in dem der erste magnetische Erfassungsteil 411 eine Drahtform aufweist, nimmt der Durchmesser des ersten magnetischen Erfassungsteils 411 von beiden Enden zu dem Zentrum hin in der Richtung der Wicklungsachse zu. In dem ersten magnetischen Erfassungsteil 411 ist der Durchmesser des zentralen Teils am größten und die Querschnittsfläche des zentralen Teils ist in der Richtung der Wicklungsachse am größten. Beispiele für das Material, das den ersten magnetischen Erfassungsteil 411 bildet, beinhalten ein magnetisches Material mit einer Koerzitivfeldstärke von 60 Oe oder mehr.
Der zweite magnetische Erfassungsteil 412 weist eine größere Querschnittsfläche auf, wenn er in einer Richtung orthogonal zu der Richtung der Wickelachse von beiden Enden zu dem Zentrum in der Richtung der Wickelachse geschnitten wird. Beispielsweise nimmt die Dicke des zweiten magnetischen Erfassungsteils 412 von beiden Enden zu dem Zentrum hin in der Richtung der Wicklungsachse zu. In einem Fall, in dem die Querschnittsflächen an der gleichen Position in der Richtung der Wicklungsachse zwischen dem ersten magnetischen Erfassungsteil 411 und dem zweiten magnetischen Erfassungsteil 412 verglichen wird, ist das Verhältnis beispielsweise an jeder Position konstant. Beispiele für das Material, das den zweiten magnetischen Erfassungsteil 412 bildet, beinhalten ein magnetisches Material mit einer Koerzitivfeldstärke von 20 Oe oder weniger.
In dem magnetischen Element 410, wie vorstehend beschrieben, ist die Querschnittsfläche des ersten magnetischen Erfassungsteils 411, das hartmagnetisch ist, in dem zentralen Teil des magnetischen Elements 410 groß, der leicht durch das externe magnetischen Feld beeinflusst wird. Außerdem neigt der Einfluss des externen magnetischen Feldes dazu, in dem ersten magnetischen Erfassungsteil 411 zu verbleiben, der hartmagnetisch ist. Wenn beispielsweise der Einfluss des äußeren magnetischen Felds verbleibt, wird der magnetische Fluss in dem ersten magnetischen Erfassungsteil 411 vorgespannt. Daher tritt ursprünglich, wie in 1 veranschaulicht, das gleiche Ausmaß der Änderung der magnetischen Flussdichte in den zwei großen Barkhausen-Sprüngen auf, aber aufgrund der Vorspannung des magnetischen Flusses des ersten magnetischen Erfassungsteils 411 ändert sich der Magnetisierungszustand des zweiten magnetischen Erfassungsteils 412 vor der Umkehrung ebenso zwischen den zwei großen Barkhausen-Sprüngen, und ein Unterschied in dem Betrag der Änderung der magnetischen Flussdichte tritt in den zwei großen Barkhausen-Sprüngen auf. Daher variiert die elektrische Leistung, die in der um das magnetische Element 410 gewickelten Spule erzeugt wird. Selbst in einem Fall, in dem ein starkes magnetisches Feld an das magnetische Element 410 angelegt wird, wird das erste magnetische Erfassungsteil 411, das hartmagnetisch ist, in dem zentralen Teil des magnetischen Elements 410 dick, sodass der Widerstand des ersten magnetischen Erfassungsteils 411 gegenüber dem magnetischen Feld zunimmt und es ist weniger wahrscheinlich, dass der Einfluss des externen magnetischen Felds in dem ersten magnetischen Erfassungsteil 411 verbleibt. Dadurch wird der Unterschied in dem Änderungsbetrag der magnetischen Flussdichte zwischen den zwei großen Barkhausen-Sprüngen reduziert. Daher ist es möglich, die Variationen in der erzeugten Leistung des Leistungserzeugungselements unter Verwendung des magnetischen Elements 410 zu reduzieren.
(Fünfte beispielhafte Ausführungsform)
Als nächstes wird eine fünfte beispielhafte Ausführungsform beschrieben. In der folgenden Beschreibung der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform werden hauptsächlich die Unterschiede zu der ersten beispielhaften Ausführungsform bis zu der vierten beispielhaften Ausführungsform beschrieben und die Beschreibung von Gemeinsamkeiten wird weggelassen oder vereinfacht.
15 ist eine Querschnittsansicht, die eine schematische Konfiguration des magnetischen Elements 510 gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform veranschaulicht. Ein Encoder gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform beinhaltet beispielsweise ein Leistungserzeugungselement, das das magnetische Element 510 verwendet, anstelle des Leistungserzeugungselements 100 des Encoders 1 gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform. Das Leistungserzeugungselement gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform beinhaltet beispielsweise ein magnetisches Element 510 anstelle des Magnetelements 110 gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform.
Das magnetische Element 510 ist ein magnetisches Element, das den großen Barkhausen-Effekt durch eine Änderung eines externen magnetischen Feldes produziert. Das magnetische Element 510 beinhaltet einen ersten magnetischen Erfassungsteil 511, einen zweiten magnetischen Erfassungsteil 512, dessen magnetische Eigenschaften sich von denen des ersten magnetischen Erfassungsteils 511 unterscheiden, und einen nicht magnetischen Teil 513, der durch ein externes magnetisches Feld im Wesentlichen nicht magnetisiert wird. Das magnetische Element 510 ist beispielsweise ein längliches Element, bei dem die Richtung der Wicklungsachse die Längsrichtung ist. Das magnetische Element 510 weist beispielsweise die Form eines Drahts oder die Form eines Films auf. 15 veranschaulicht ein Beispiel, in dem das magnetische Element 510 die Form eines Drahtes aufweist. Die Querschnittsform des in der radialen Richtung geschnittenen magnetischen Elements 510 ist beispielsweise kreisförmig oder elliptisch, kann aber auch eine andere Form aufweisen, wie eine rechteckige oder polygonale Form.
Der erste magnetische Erfassungsteil 511 weist beispielsweise die Form eines Drahts oder die Form eines Films auf. 15 veranschaulicht ein Beispiel, bei dem der erste magnetische Erfassungsteil 511 eine Drahtform aufweist, die sich in der Richtung der Wicklungsachse erstreckt. Der erste magnetische Erfassungsteil 511 erstreckt sich in der Richtung der Wicklungsachse.
Der zweite magnetische Erfassungsteil 512 deckt den nichtmagnetischen Teil 513 von einer Seite ab, die einer Seite des ersten magnetischen Erfassungsteils 511 in dem nichtmagnetischen Teil 513 gegenüberliegt. Der zweite magnetische Erfassungsteil 512 weist beispielsweise eine Filmform oder eine röhrenförmige Form auf. 15 veranschaulicht ein Beispiel, bei dem der zweite magnetische Erfassungsteil 512 eine röhrenförmige Form aufweist, die sich in der Richtung der Wicklungsachse erstreckt. Der zweite magnetische Erfassungsteil 512 erstreckt sich in der Richtung der Wicklungsachse. Der zweite magnetische Erfassungsteil 512 enthält beispielsweise den ersten magnetischen Erfassungsteil 511 und den nichtmagnetischen Teil 513. Der erste magnetische Erfassungsteil 511 und der zweite magnetische Erfassungsteil 512 sind durch einen dazwischen liegenden nichtmagnetischen Teil 513 voneinander getrennt.
Einer des ersten magnetischen Erfassungsteils 511 und des zweiten magnetischen Erfassungsteils 512 ist ein hartmagnetischer Teil mit einer höheren Koerzitivfeldstärke als der andere, und der andere ist ein weichmagnetischer Teil. In dem magnetischen Element 510 kann der erste magnetische Erfassungsteil 511 ein hartmagnetischer Teil sein und kann der zweite magnetische Erfassungsteil 512 ein hartmagnetischer Teil sein. Beispiele für ein Material, das den hartmagnetischen Teil bildet, beinhalten ein magnetisches Material mit einer Koerzitivfeldstärke von 60 Oe oder mehr. Außerdem beinhalten Beispiele für ein Material, das den weichmagnetischen Teil bildet, ein magnetisches Material mit einer Koerzitivfeldstärke von 20 Oe oder mehr.
Der nichtmagnetische Teil 513 bedeckt den ersten magnetischen Erfassungsteil 511 aus einer Richtung, die die Richtung der Wicklungsachse kreuzt (beispielsweise orthogonal dazu). Das nichtmagnetische Teil 513 weist beispielsweise eine Filmform oder eine röhrenförmige Form auf. 15 veranschaulicht ein Beispiel, bei dem der nichtmagnetische Teil 513 eine röhrenförmige Form aufweist, die sich in der Richtung der Wicklungsachse erstreckt. Der nichtmagnetische Teil 513 erstreckt sich in der Richtung der Wicklungsachse. Der nichtmagnetische Teil 513 enthält beispielsweise den ersten magnetischen Erfassungsteil 511. Der nichtmagnetische Teil 513 befindet sich zwischen dem ersten magnetischen Erfassungsteil 511 und dem zweiten magnetischen Erfassungsteil 512. Beispiele für ein Material, das den nichtmagnetischen Teil 513 bildet, beinhalten Ag, Cu und Au.
Beachte, dass in einem Fall, in dem der erste magnetische Erfassungsteil 511, der zweite magnetische Erfassungsteil 512 und der nichtmagnetische Teil 513 beispielsweise eine Folienform aufweisen, der erste magnetische Erfassungsteil 511, der nichtmagnetische Teil 513 und der zweite magnetische Erfassungsteil 512 in dieser Reihenfolge entlang einer Richtung orthogonal zu der Richtung der Wicklungsachse gestapelt sind.
Das magnetische Element 510 wird beispielsweise wie folgt hergestellt. Zunächst wird ein magnetischer Körper vorbereitet, um ein drahtförmiger oder filmförmiger erste magnetischer Erfassungsteil 511 zu sein. Als nächstes wird der erste magnetische Erfassungsteil 511 mit einem nichtmagnetischen Teil 513 unter Verwendung eines PVD-Verfahrens, eines CVD-Verfahrens, eines Plattierungsverfahrens oder dergleichen abgedeckt. Dann wird der nichtmagnetische Teil 513, der den ersten magnetischen Erfassungsteil 511 bedeckt, mit dem zweiten magnetischen Erfassungsteil 512 unter Verwendung eines PVD-Verfahrens, eines CVD-Verfahrens, eines Plattierungsverfahrens oder dergleichen abgedeckt.
Wie vorstehend beschrieben, befindet sich in dem magnetischen Element 510 der nichtmagnetische Teil 513 zwischen dem ersten magnetischen Erfassungsteil 511 und dem zweiten magnetischen Erfassungsteil 512. In einem Fall, in dem der nichtmagnetische Teil 513 nicht vorhanden ist, wird in der Nähe einer Schnittstelle zwischen dem ersten magnetischen Erfassungsteil 511 und dem zweiten magnetischen Erfassungsteil 512 ein Magnetisierungszustand zwischen dem ersten magnetischen Erfassungsteil 511 und dem zweiten magnetischen Erfassungsteil 512 herbeigeführt, und es besteht eine Möglichkeit, dass eine Zwischenschicht, in der der Magnetisierungszustand instabil ist, erzeugt wird. Da der Magnetisierungszustand der Zwischenschicht schwankt, besteht eine Möglichkeit, dass der Betrag der Änderung der magnetischen Flussdichte des magnetischen Elements in dem großen Barkhausen-Sprung schwankt. Aufgrund des Vorhandenseins des nichtmagnetischen Teils 513 sind der erste magnetische Erfassungsteil 511 und der zweite magnetische Erfassungsteil 512 voneinander getrennt, und es ist weniger wahrscheinlich, dass die Zwischenschicht erzeugt wird, sodass es möglich ist, die Schwankung des Betrags der Änderung der magnetischen Flussdichte des magnetischen Elements in dem großen Barkhausen-Sprung zu unterdrücken. Daher ist es möglich, die Variationen in der erzeugten Leistung des Leistungserzeugungselements unter Verwendung des magnetischen Elements 510 zu reduzieren.
(Sechste beispielhafte Ausführungsform)
Als nächstes wird eine sechste beispielhafte Ausführungsform beschrieben. In der folgenden Beschreibung der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform werden hauptsächlich die Unterschiede zu der ersten beispielhaften Ausführungsform bis zu der fünften beispielhaften Ausführungsform beschrieben und die Beschreibung von Gemeinsamkeiten wird weggelassen oder vereinfacht.
16 ist eine Querschnittsansicht, die eine schematische Konfiguration des Encoders 1b gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform veranschaulicht.
Wie in 16 veranschaulicht, unterscheidet sich der Encoder 1b von dem Encoder 1 dadurch, dass das Leistungserzeugungselement 100b anstelle des Leistungserzeugungselements 100 bereitgestellt ist und dass ferner eine Entmagnetisierungsschaltung 70 bereitgestellt ist.
Das Leistungserzeugungselement 100b weist die gleiche Konfiguration wie das Leistungserzeugungselement 100 auf, mit der Ausnahme, dass das magnetische Element 110b anstelle des magnetischen Elements 110 des Leistungserzeugungselements 100 bereitgestellt ist. Das magnetische Element 110b ist ein magnetisches Element, das einen weichmagnetischen Teil und einen hartmagnetischen Teil beinhaltet und den großen Barkhausen-Effekt produziert, und ist beispielsweise ein zusammengesetzter Magnetdraht wie ein Wiegand-Draht. Darüber hinaus kann als das magnetische Element 110b das magnetische Element gemäß einer der zweiten beispielhaften Ausführungsformen bis zu der fünften beispielhaften Ausführungsform verwendet werden.
Die Entmagnetisierungsschaltung 70 ist eine Schaltung zum Anlegen eines Wechselstroms für die Entmagnetisierung des magnetischen Elements 110b an die Spule 130. Die Entmagnetisierungsschaltung 70 ist elektrisch mit der Spule 130 verbunden, beispielsweise über die Platine 40, die eine Verdrahtungsplatine ist. Die Entmagnetisierungsschaltung 70 entmagnetisiert das magnetische Element 110b, indem sie einen Wechselstrom bewirkt, der sich allmählich zu der Spule 130 abschwächt. Die Entmagnetisierungsschaltung 70 kann eine Schaltung sein, durch die ein Wechselstrom fließt, der sich allmählich abschwächt, oder kann eine Schaltung sein, durch die ein Gleichstrom in umgekehrter Richtung fließt, der sich allmählich abschwächt. Die Entmagnetisierungsschaltung 70 entmagnetisiert das magnetische Element 110b beispielsweise unter der Steuerung der Steuerschaltung 50. Die Entmagnetisierungsschaltung 70 kann das magnetische Element 110b entmagnetisieren, indem sie einen Betrieb eines Benutzers des Encoders 1b durch eine Betriebsempfangseinheit wie einen Schalter empfängt. Die Entmagnetisierungsschaltung 70 ist beispielsweise an einem Gehäuse (nicht veranschaulicht) fixiert, das einen Teil des Encoders 1, eines Motors oder dergleichen bildet. Die Entmagnetisierungsschaltung 70 kann auf der Platine 40 montiert werden.
Als nächstes wird ein Betriebsbeispiel des Encoders 1b beschrieben. Insbesondere ist das Betriebsbeispiel des Encoders 1b ein Betriebsbeispiel eines Signalerfassungsverfahrens zum Erfassen eines elektrischen Signals, das von dem Leistungserzeugungselement 100b durch eine Änderung in einem externen magnetischen Feld erzeugt wird. 17 ist ein Flussdiagramm des Betriebsbeispiels des Encoders 1b.
Wie in 17 veranschaulicht, erfasst die Steuerschaltung 50 zunächst, wenn die Drehung der Drehwelle 30 gestartet wird, ein elektrisches Signal, das von dem Leistungserzeugungselement 100b erzeugt wird (Schritt S31). Die Steuerschaltung 50 erfasst als ein elektrisches Signal einen Leistungserzeugungsimpuls, der von dem Leistungserzeugungselement 100b durch eine wiederholte Änderung des an das Leistungserzeugungselement 100b angelegten externen magnetischen Felds erzeugt wird. Das externe magnetischen Feld, das an das Leistungserzeugungselement 100b angelegt wird, ändert sich wiederholt, wenn sich der Magnet 10 zusammen mit der Drehwelle 30 eines Motors oder dergleichen dreht.
Als nächstes, während der Erfassung des elektrischen Signals in Schritt S31, entmagnetisiert die Steuerschaltung 50 das magnetische Element 110b durch die Entmagnetisierungsschaltung 70 (Schritt S32). Beispielsweise schaltet die Steuerschaltung 50 nach dem Beginn der Erfassung des von dem Leistungserzeugungselement 100b erzeugten elektrischen Signals die elektrische Verbindung mit der Spule 130 zu einem vorbestimmten Zeitpunkt um und bewirkt, dass ein Wechselstrom, der die Spule 130 abschwächt, über die Entmagnetisierungsschaltung 70 fließt, wobei dadurch das magnetische Element 110b entmagnetisiert wird. Beispielsweise wiederholt die Steuerschaltung 50 die Erfassung eines elektrischen Signals und die Entmagnetisierung des magnetischen Elements 110b für eine vorbestimmte Zeitspanne, bis die Drehung der Drehwelle 30 endet.
Wenn ein großes magnetischen Feld an das Leistungserzeugungselement 100b angelegt wird, aufgrund einer Änderung der Größe des magnetischen Feldes, das durch den Magneten 10, eine andere Quelle für die Erzeugung eines magnetischen Feldes oder dergleichen ausgebildet wird, besteht eine Möglichkeit, dass der Einfluss des externen magnetischen Feldes in dem hartmagnetischen Teil mit einer hohen Koerzitivfeldstärke in dem magnetischen Element 110b verbleibt. Wenn beispielsweise der Einfluss des äußeren magnetischen Felds verbleibt, wird der magnetische Fluss in dem hartmagnetischen Teil vorgespannt. Daher ändert sich ursprünglich, wie in 1 veranschaulicht, die magnetische Flussdichte in den zwei großen Barkhausen-Sprüngen in gleichem Maße, aber der Magnetisierungszustand des weichmagnetischen Teils vor der Umkehrung ändert sich ebenso zwischen den zwei großen Barkhausen-Sprüngen aufgrund der Vorspannung des magnetischen Flusses des hartmagnetischen Teils, und ein Betrag der Änderung der magnetischen Flussdichte unterscheidet sich zwischen den zwei großen Barkhausen-Sprüngen. Daher variiert die in der Spule 130 erzeugte elektrische Leistung. Daher können durch Entmagnetisierung des magnetischen Elements 110b die magnetischen Eigenschaften des magnetischen Elements 110b (insbesondere der hartmagnetische Teil) ohne Vorspannung in den Ausgangszustand zurückgeführt werden, und der Betrag der Änderung der magnetischen Flussdichte zwischen den zwei großen Barkhausen-Sprüngen kann auf das gleiche Maß zurückgeführt werden. Daher können die Variationen in der erzeugten Leistung des Leistungserzeugungselements 100b reduziert werden.
Beachte, dass Schritt S32 durchgeführt werden kann, bevor das elektrische Signal in Schritt S31 erfasst wird. Infolgedessen wird, selbst wenn es eine Vorgeschichte davon gibt, dass ein großes elektrisches Feld an das Leistungserzeugungselement 100b vor die Erfassung des elektrischen Signals angelegt wird, die Entmagnetisierung des magnetischen Elements 110b durchgeführt wird, sodass ein elektrisches Signal, das in einem Zustand erzeugt wird, in dem es keinen Unterschied zwischen dem Betrag der Änderung der magnetischen Flussdichte zwischen den zwei großen Barkhausen-Sprüngen gibt, erfasst werden kann.
(Weitere beispielhafte Ausführungsformen)
Obwohl das Leistungserzeugungselement und der Encoder gemäß der vorliegenden Offenbarung vorstehend auf Grundlage der beispielhaften Ausführungsformen beschrieben wurden, ist die vorliegende Offenbarung nicht auf die vorstehend beispielhaften Ausführungsformen beschränkt. Die vorliegende Offenbarung beinhaltet ebenso einen Modus, der durch die Anwendung verschiedener Modifikationen, die von Fachleuten auf jede der vorstehend genannten beispielhaften Ausführungsformen erdacht wurden, und einen Modus, der durch willkürliche Kombination von Komponenten und Funktionen in verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen realisiert wurde, ohne von dem Kern der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
In der vorstehenden beispielhaften Ausführungsform wurde der in Kombination mit dem Motor verwendete Encoder als ein Beispiel beschrieben, aber die vorliegende Offenbarung ist darauf nicht beschränkt. Die Technik der vorliegenden Offenbarung kann ebenso auf einen linearen Encoder angewendet werden.
GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
Das Leistungserzeugungselement, der Encoder und dergleichen gemäß der vorliegenden Offenbarung sind nützlich für Geräte, Vorrichtungen und dergleichen, die sich drehen oder linear bewegen, wie Motoren.
BEZUGSZEICHEN IN DEN ZEICHNUNGEN

1, 1a, 1b: Encoder
10, 10a: Magnet
20: Drehplatte
30: Drehwelle
40: Platine
50: Steuerschaltung
60: Speicher
70: Entmagnetisierungsschaltung
100, 100a, 100b, 200: Leistungserzeugungselement
110, 110b, 210, 310, 410, 510: magnetisches Element
111, 211, 411, 511: erster magnetischer Erfassungsteil
112, 212, 412, 512: zweiter magnetischer Erfassungsteil
130: Spule
150: Ferrit-Element
153: Öffnung
170: Vorspannmagnet
181, 182: Anschluss
190: Gehäuse
311, 312, 313, 314: magnetische empfindliche Schicht
513: nicht-magnetischer Teil
R1: Wicklungsachse

Claims

Leistungserzeugungselement, umfassend: ein magnetisches Element, das durch eine Änderung eines äußeren magnetischen Felds einen großen Barkhausen-Effekt produziert; und eine Spule, die um das magnetische Element gewickelt ist, wobei das magnetische Element einen ersten magnetischen Erfassungsteil und einen zweiten magnetischen Erfassungsteil mit einem weicheren Magnetismus als der Magnetismus des ersten magnetischen Erfassungsteil beinhaltet, und der erste magnetische Erfassungsteil in einer Richtung der Wicklungsachse der Spule magnetisiert ist und eine Magnetisierungsrichtung aufweist, die sich durch eine Änderung in einer Richtung des äußeren magnetischen Felds nicht ändert.
Leistungserzeugungselement nach Anspruch 1, ferner umfassend: einen Vorspannmagneten, der ein magnetisches Feld in der gleichen Richtung wie die Magnetisierungsrichtung des ersten magnetischen Erfassungsteils an das magnetische Element anlegt.
Leistungserzeugungselement, umfassend: ein magnetisches Element, das durch eine Änderung eines äußeren magnetischen Felds einen großen Barkhausen-Effekt produziert; und eine Spule, die um das magnetische Element gewickelt ist, wobei das magnetische Element eine Struktur aufweist, bei der drei oder mehr magnetisch empfindliche Schichten übereinander gestapelt sind, und jede der drei oder mehr magnetisch empfindlichen Schichten eine Koerzitivfeldkraft aufweist, die in der Reihenfolge der Ausrichtung in einer Stapelrichtung zunimmt.
Leistungserzeugungselement nach Anspruch 3, wobei jede der drei oder mehr magnetischen empfindlichen Schichten das gleiche magnetische Material beinhaltet.
Leistungserzeugungselement, umfassend: ein magnetisches Element, das durch eine Änderung eines äußeren magnetischen Felds einen großen Barkhausen-Effekt produziert; und eine Spule, die um das magnetische Element gewickelt ist, wobei das magnetische Element einen ersten magnetischen Erfassungsteil, der sich in einer Richtung der Wicklungsachse der Spule erstreckt, und einen zweiten magnetischen Erfassungsteil beinhaltet, der einen weicheren Magnetismus als der erste magnetische Erfassungsteil aufweist und an dem ersten magnetischen Erfassungsteil in einer Richtung ausgerichtet ist, die die Richtung der Wicklungsachse der Spule kreuzt, und der erste magnetische Erfassungsteil eine größere Querschnittsfläche aufweist, wenn er in einer Richtung orthogonal zu der Richtung der Wickelachse der Spule von beiden Enden zu einem Zentrum in der Richtung der Wickelachse der Spule geschnitten wird.
Leistungserzeugungselement, umfassend: ein magnetisches Element, das durch eine Änderung eines äußeren magnetischen Felds einen großen Barkhausen-Effekt produziert; und eine Spule, die um das magnetische Element gewickelt ist, wobei das magnetische Element beinhaltet: einen ersten magnetischen Erfassungsteil in Form eines Drahtes oder eines Films, einen nichtmagnetischen Teil, der den ersten magnetischen Erfassungsteil aus einer Richtung abdeckt, die die Richtung der Wicklungsachse der Spule kreuzt, und der nicht durch das externe magnetischen Feld magnetisiert wird, und einen zweiten magnetischen Erfassungsteil, der den nichtmagnetischen Teil von einer Seite abdeckt, die einer Seite des ersten magnetischen Erfassungsteils in dem nichtmagnetischen Teil gegenüberliegt, und der magnetische Eigenschaften aufweist, die sich von denen des ersten magnetischen Erfassungsteils unterscheiden.
Encoder, umfassend: einen Magneten, der sich zusammen mit einer Drehwelle dreht; und das Leistungserzeugungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, das ein elektrisches Signal durch eine Änderung des durch den Magneten ausgebildeten magnetischen Feldes aufgrund der Drehung des Magneten erzeugt.
Verfahren zum Herstellen eines magnetischen Elements, das in einem Leistungserzeugungselement verwendet wird und einen großen Barkhausen-Effekt produziert, wobei das Verfahren umfasst: Stapeln einer Mehrzahl von Dünnfilmen, die jeweils dasselbe magnetische Material beinhalten, durch sequenzielles Ausbilden der Dünnfilme, während eine Temperatur für jede Ausbildung jeder der Dünnfilme erhöht oder gesenkt wird; und Kühlen der Mehrzahl von gestapelten Dünnfilmen.
Verfahren zum Herstellen eines magnetischen Elements, das in einem Leistungserzeugungselement verwendet wird und einen großen Barkhausen-Effekt produziert, wobei das Verfahren umfasst: Vorbereiten eines magnetischen Körpers mit einer Drahtform oder ein Filmform; und Dotieren einer Oberfläche des magnetische Körpers mit einem Element, das die Koerzitivfeldstärke des magnetische Körpers erhöht.
Signalerfassungsverfahren zum Erfassen eines elektrischen Signals, das von einem Leistungserzeugungselement erzeugt wird, das ein magnetisches Element, das einen großen Barkhausen-Effekt durch eine Änderung in einem externen magnetischen Feld produziert, und eine um das magnetische Element gewickelte Spule beinhaltet, wobei das Signalerfassungsverfahren umfasst: Erfassen des von dem Leistungserzeugungselement erzeugten elektrischen Signals durch wiederholtes Ändern des an das Leistungserzeugungselement angelegten externen magnetischen Felds; und Entmagnetisieren des magnetischen Elements während oder vor der Erfassung des elektrischen Signals.