DE4118773C2 - Positionsdetektor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Positionsdetektor mit magneti­ schen Widerstandselementen. Ein solcher Detektor dient dazu, die Stellung oder die Geschwindigkeit einer magnetisierten Skala oder dergleichen festzustellen.

Es ist bekannt, daß das Signal von einem Positionsdetektor mit magnetischen Widerstandselementen außer einer Grundwelle noch harmonische Komponenten enthält. Um letztere zu vermei­ den, bemüht man sich, zwischen der Magnetskala und einem Sensor einen möglichst konstanten Spalt einzuhalten. Wenn dies gelingt, sind die harmonischen Komponenten ausreichend unterdrückt. Es ist jedoch erforderlich, die mechanische Genauigkeit des Gerätes zu erhöhen, um den möglichst kon­ stanten Spalt zu erzielen, was schwierig ist.

Bekannte Detektoren mit magnetischen Widerstandselementen werden so ausgelegt, daß die Längen magnetischer Wider­ standslinien im wesentlichen der Wellenlänge einer harmoni­ schen Komponente entsprechen, was dazu führt, daß das gemes­ sene Signal im wesentlichen nur eine Sinusschwingung der Grundmode aufweist.

Die Fig. 12A, 12B, 13 sowie 14A und 14B zeigen Beispiele für bekannte Positionsdetektoren.

Fig. 12A stellt eine magnetisierte Skala 1 dar, bei der in Skalenrichtung aufeinanderfolgend abwechselnd magnetisierte Magnete 3 mit einem Gitterabstand λ angeordnet sind, wodurch ein Polarisationswechsel-Gitter 2, 2, ... hergestellt wird. Fig. 12B zeigt einen Magnetsensor 4 mit einem vorgegebenen Muster magnetischer Sensorelemente, nämlich einem streifen­ förmigen Muster. Im Magnetsensor 4 sind magnetische Sensor­ elemente A1, A2, ... A4 sowie magnetische Sensorelemente B1, B2, ... B4 mit einem gegenseitigen Abstand von λ/4 angeord­ net, wobei magnetische Widerstandselemente A1a, A2a, ... A4a sowie magnetische Widerstandselemente A1b, A2b, ... A4b mit einem gegenseitigen Abstand von jeweils λ/6 die magnetischen Sensorelemente A1, A2, ... A4 bilden. Magnetische Wider­ standselemente B1a, B2a, ... B4a sowie magnetische Wider­ standselemente B1b, B2b, ... B4b halten ebenfalls einen ge­ genseitigen Abstand von λ/6 ein und bilden die magnetischen Sensorelemente B1, B2, ... B4.

Wenn an den so ausgebildeten Magnetsensor 4 eine Spannung mit den Polaritäten (+) und (-), wie in Fig. 13 dargestellt, angelegt wird und wenn (nicht dargestellte) Differenzver­ stärker mit den Ausgangsanschlüssen A, A', bzw. B, B' ver­ bunden werden, geben sie Signale mit Phasen A bzw. B aus. Da die magnetischen Widerstandselemente den Abstand λ/6 und die magnetischen Widerstandselemente den Abstand (n + 1/2)λ ein­ halten, liefert der Magnetsensor 4 Signale, in denen eine geradzahlige Harmonische und eine ternäre Harmonische feh­ len.

Fig. 14A zeigt dieselbe magnetisierte Skala 1 wie Fig. 12A, jedoch stellt Fig. 14B einen Magnetsensor 5 mit einem ande­ ren Muster magnetischer Sensorelemente, nämlich einem soge­ nannten gefalteten Muster dar. Bei diesem Magnetsensor 5 sind zwei gefaltete Muster 6 mit jeweils 19λ/3 in Längsrich­ tung der magnetisierten Skala 1 mit einem Intervall von 22λ/24 angeordnet. Der in Fig. 14B gepunktet eingezeichnete Bereich stellt einen Leiterbereich 7 dar, der als Dünnfilm ausgebildet ist.

Wenn an den so aufgebauten Magnetsensor 5 eine Spannung mit den Polaritäten (+) und (-) angelegt wird, wie in Fig. 14B dargestellt, werden an den Ausgangsanschlüssen E und G Sig­ nale ausgegeben, wie sie durch die folgenden Gleichungen (1) und (2) wiedergegeben werden. Es fehlen eine geradzahlige Harmonische und die ternäre Harmonische. In den folgenden Gleichungen (1) und (2) fehlt eine Verzerrungskomponente, um das Prinzip des Magnetsensors 5 klarer darzustellen.

sinθ + sin (θ + 60) ...(1)

cosθ + cos (θ + 60) ...(2)

Auf diese Weise werden die geradzahlige Harmonische und die ternäre Harmonische aus dem Signal entfernt. Wenn hierbei das gefaltete Muster modifiziert wird, ist es auch möglich, geradzahlige Harmonische oberhalb der ternären Harmonischen aus den gemessenen Signalen fernzuhalten, was weiter unten beschrieben wird.

Wenn bei einem Positionsdetektor zusammen mit einem Magnet­ sensor 4 bzw. 5, wie in den Fig. 13B bzw. 14B dargestellt, ein magnetisierter Rotor 8 verwendet wird, wodurch ein Dreh­ kodierer gebildet ist, bei dem sich der Magnetrotor in der durch einen Pfeil AW in Fig. 15 eingezeichneten Richtung dreht, ist ein Abstand S1 zwischen dem mittleren Bereich des Magnetsensors 4 bzw. 5 in tangentialer Umfangsrichtung des Magnetrotors 8 und dem Rotor selbst unterschiedlich zu einem Abstand S2 zwischen dem Endbereich des Sensors 4 bzw. 5 und dem Rotors 8. Infolgedessen schwankt die Amplitude des ge­ messenen Signals, weswegen der Sensor in der Praxis nicht als genauer Positionsdetektor verwendet werden kann.

Wenn die magnetisierte Skala 1 dagegen gerade für einen li­ nearen Kodierer ausgebildet ist und dabei die Sensoren 4 bzw. 5 gegen die magnetisierte Skala 1 etwas verkippt sind, nehmen die beiden Enden der Sensoren 4 bzw. 5 unterschiedli­ che Abstände S3 und S4 zur maunetisierten Skala ein. Auch in diesem Fall ändert sich die Amplitude des gemessenen Sig­ nals. Wenn dies vermieden werden soll, muß die mechanische Positionsgenauigkeit der Vorrichtung erhöht werden.

Ein weiteres Problem ist, daß beim streifenförmigen Muster gemäß Fig. 12B die magnetischen Widerstandselemente A1b bis A4b und die magnetischen Widerstandselemente B1b bis B4b parallel zu den magnetischen Widerstandselementen A1a bis A4a bzw. B1a bis B4a mit dem gegenseitigen Abstand λ/6 ange­ ordnet werden müssen, um die ternäre Harmonische zu verhin­ dern, und daß beim Verringern des Gitterabstandes λ der mag­ netisierten Skala 1 es zu gegenseitiger Interferenz zwischen benachbarten magnetischen Widerstandselementen wegen des gleichzeitigen Verringerns des Abstandes λ/6 kommt, was zu einer neuen harmonischen Komponente im gemessenen Signal führt. Wenn der Gitterabstand λ immer weiter verringert wird, ist es nicht mehr möglich, die magnetischen Wider­ standselemente A1b bis A4b und die magnetischen Widerstands­ elemente B1b bis B4b um λ/6 versetzt gegenüber den anderen Elementen in das Muster einzufügen. Erst recht können magne­ tische Widerstandselemente, die um λ/10 gegenüber anderen Elementteilen versetzt sind, in den Magnetsensor eingesetzt werden, um eine quinäre Harmonische auszulöschen.

Wenn andererseits beim gefalteten Muster gemäß Fig. 14B Ab­ stände aufeinanderfolgender Faltmuster 6 zur magnetisierten Skala 1 voneinander unterschiedlich sind, wie in bezug auf Fig. 16 beschrieben, tritt eine Amplitudendifferenz zwischen den gemessenen Signalen auf, was zu einem Meßfehler führt. Daher versucht man, das gefaltete Muster in Längsrichtung der magnetisierten Skala 1 so weit wie möglich zu verkürzen. Soll jedoch eine quinäre Harmonische zusätzlich z. B. zur ternären Harmonischen unterdrückt werden, muß ein weiteres Faltmuster hinzugefügt werden, was unvermeidlich zu einem vergrößerten Abstand zwischen den Faltmustern führt.

In der US 4,786,870 ist ein Magnetsensor zum magnetischen Erfassen der Position eines beweglichen Körpers beschrieben, bei dem Widerstandselemente jeweils in Reihe über einer Spannungsquelle liegen, wobei die einzelnen Reihenschaltungen parallel zueinander geschaltet sind. An den Mittenabgriffen der jeweiligen Reihenschaltungen liegen Ausgangsspannungen. Durch eine derartige Anordnung wird die Anzahl der Spannungsversorgungsanschlüsse sowie der Ausgangsanschlüsse auf einem Substrat des Magnetsensors mini­ miert, so dass dieser klein ausgeführt werden kann. Auch wird der Aufwand für die Verdrahtung zwischen Spannungsversorgung und Ausgangsanschlüs­ sen gering gemacht, was die Rauscheigenschaften verbessert. Die Widerstands­ elemente können zwar als linear angeordnet betrachtet werden, wobei jedes der Widerstandselemente in einer Reihenschaltung liegt. Die Reihenschaltun­ gen sind aber parallel zueinander ausgeführt, woraus sich letztlich eine Über­ lappung der Widerstandselemente in Längsrichtung einer magnetisierten Skala ergibt.

Weiterhin ist in der US 4,818,939 ein Gerät zum Erfassen der magnetischen Position oder Geschwindigkeit eines sich bewegenden Körpers beschrieben, wobei hier eine gesonderte Ausgangsschaltung benötigt wird, mit der die von den einzelnen Widerstandselementen gelieferten Signale zusammengefasst werden.

Schließlich ist aus der US 4,429,276 ein magnetischer Verschiebungssensor bekannt, der aus einzelnen geradlinigen Widerstandselementen besteht, die mäanderförmig angeordnet sein können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Positions­ detektor mit magnetischen Sensorelementen anzugeben, der harmonische Oberwellen unterdrückt und bei dem magnetische Widerstandselemente sehr dicht beieinander, gesehen in Längsrichtung der magnetisierten Skala, angeordnet sein kön­ nen.

Die Erfindung ist durch die Merkmale von Anspruch 1 gegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegen­ stand abhängiger Ansprüche.

Der erfindungsgemäße Positionsdetektor zeichnet sich dadurch aus, daß in seinem Sensor die magnetischen Widerstandsele­ mente in jedem Sensorelement so gegeneinander versetzt sind, daß sie in Längsrichtung der magnetisierten Skala gesehen, einander nicht überlappen. Dadurch können sie in der genann­ ten Längsrichtung gesehen sehr dicht hintereinander angeord­ net werden, ohne daß sie sich mechanisch oder elektromagne­ tisch wesentlich stören. Dadurch, daß sich die einzelnen magnetischen Widerstandselemente praktisch nicht stören, ist es möglich, nicht nur zwei magnetische Widerstandselemente innerhalb eines Sensorelementes mit einem gegenseitigen Ab­ stand von λ/6 anzuordnen, sondern es ist z. B. sogar mög­ lich, vier magnetische Widerstandselemente mit Abständen von λ/10, λ/6 und λ/15 anzubringen, wodurch zahlreiche harmoni­ sche Oberwellen unterdrückt werden können.

Von besonderem Vorteil ist es, wenn die Elemente symmetrisch zu einer in der genannten Längsrichtung verlaufenden Linie angeordnet werden. Dadurch werden Fehler ausgemittelt, wie sie auftreten, wenn der Sensor gegenüber der magnetisierten Skala verkippt ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von durch Figuren veranschaulichten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 12 bis 16: bereits erläuterte schematische Darstellun­ gen zu bekannten Positionsdetektoren;

Fig. 1: perspektivische Darstellung zum Erläutern einer er­ sten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Positionsdetek­ tors, mit kurbelwellenförmig angeordneten magnetischen Wi­ derstandselementen;

Fig. 2: eine Draufsicht auf den Sensor im Detektor gemäß Fig. 1;

Fig. 3: ein Schaltbild zum Erläutern der Beschaltung des Sensors gemäß den Fig. 1 und 2;

Fig. 4: eine Draufsicht auf ein zweites Ausführungsbeispiel eines Sensors für einen erfindungsgemäßen Positionsdetektor mit treppenförmig angeordneten Widerstandselementen in jedem Sensorelement;

Fig. 5: eine Draufsicht auf einen Sensor gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung, mit topfförmig angeordne­ ten magnetischen Widerstandselementen in jedem Sensorele­ ment;

Fig. 6: eine perspektivische Darstellung einer magnetisier­ ten Skala und eines Sensors gemäß Fig. 5 zum Erläutern, wie Verkippfehler ausgeglichen werden;

Fig. 7: eine Draufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Sensors für einen erfindungsgemäßen Positionsdetektor;

Fig. 8A: eine Draufsicht auf eine magnetisierte Skala;

Fig. 8B: eine Draufsicht entsprechend der von Fig. 7, jedoch über einen größeren Sensorbereich und dafür mit weniger De­ tails zu den einzelnen Sensorelementen;

Fig. 9: ein Schaltbild zum Erläutern der Beschaltung des Sensors gemäß Fig. 8; und

Fig. 10 und 11: Draufsichten auf ein fünftes und sechstes Ausführungsbeispiel eines Sensors für einen erfindungsgemä­ ßen Positionsdetektor, mit gefaltetem Muster.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 wird zunächst ein er­ stes Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert. Es weist eine magnetisierte Skala 10 auf, die dadurch gebildet ist, daß mehrere Magnete 13 abwechselnd mit N- und S-Polen mit einem Gitterabstand λ angeordnet werden, wodurch Gitterli­ nien 11, 11 gebildet werden.

Der Detektor weist weiterhin einen Magnetsensor 14 mit meh­ reren Magnetsensorelementen 12a bis 12h auf, von denen jedes ein vorgegebenes Muster magnetischer Widerstandselemente aufweist, und zwar ein kurbelwellenförmiges Muster. Der Mag­ netsensor 14 steht der magnetisierten Skala 10 gegenüber und bildet mit dieser den Positionsdetektor, der die Stellung eines Gegenstandes oder dessen Geschwindigkeit messen kann. Jedes der magnetischen Sensorelemente 12a bis 12h weist er­ ste und zweite magnetische Widerstandselemente 18 und 19 entlang parallelen Linien 16 bzw. 17 auf, die voneinander um λ/6 in Längsrichtung 15 der magnetisierten Skala 10 angeord­ net sind. Die magnetischen Widerstandselemente stehen also rechtwinklig zu dieser Richtung. Die magnetischen Sensorele­ mente 12a bis 12h sind entlang parallelen Linien 24, 25 aus­ gebildet, die gegeneinander um λ/4 in der genannten Längs­ richtung 15 versetzt sind. Die magnetischen Sensorelemente 12a und 12g sind demgemäß entlang parallelen Linien angeord­ net, die um (1 + (1/2))λ versetzt sind. Der Abstand zwischen den genannten Sensorelementen liegt nicht als (1 + (1/2))λ fest, sondern für ihn gilt allgemein der Wert (n + (1/2))λ, wobei n eine positive ganze Zahl ist. Das erste magnetische Widerstandselement 18 erstreckt sich von der Mittellinie 15 aus nach einer Richtung (in Fig. 1 nach oben) und weist eine vorgegebene Länge L auf, während sich das zweite magnetische Widerstandselement 19 von der Mittellinie 15 nach der ande­ ren Richtung (in Fig. 1 nach unten) erstreckt. Die beiden magnetischen Widerstandselemente 18 und 19 sind an ihren be­ nachbarten Enden entlang der Mittellinie 15 verbunden. Auf diese Weise bilden die magnetischen Sensorelemente 12a bis 12h ein Muster magnetischer Widerstandselemente.

Beim Magnetsensor 14 dieses Ausführungsbeispiels sind die ersten und zweiten magnetischen Widerstandselemente 18 und 19, die jeweils eines der magnetischen Sensorelemente 12a bis 12h bilden, so angeordnet, daß sie einander, gesehen in einer Richtung X parallel zur Längsrichtung, in der die Magnete 13 in der Skala angeordnet sind, nicht überlappen. Ein (in Fig. 2 nicht dargestellter) gepunkteter Bereich, der etwas breiter ist als die Musterbreite der magnetischen Wi­ derstandselemente bildet, wie in Fig. 1 dargestellt, einen Leiterbereich 20, der als Dünnfilm ausgebildet ist. Der Lei­ terbereich 20 dient zum Verhindern eines Rauschsignals. Wäh­ rend bei der Darstellung gemäß Fig. 1 die magnetischen Wi­ derstandselemente 18 und 19 auf derjenigen Oberfläche ausge­ bildet sind, die nicht der magnetisierten Skala 10 gegen­ übersteht, welche Darstellung der Veranschaulichung halber gewählt ist, sind in der Praxis diese Elemente tatsächlich auf der der Skala 10 gegenüberstehenden Seite angeordnet, wodurch die Meßempfindlichkeit erhöht wird. Entsprechendes gilt auch für die Darstellungen der anderen Figuren im Ge­ gensatz zur praktischen Ausführungsform.

Wenn an den so ausgebildeten Sensor 14 (gemäß den Fig. 1 und 2) eine Spannung mit den Polaritäten (+) und (-) angelegt wird, wie in Fig. 3 dargestellt, die ein Schaltbild der mag­ netischen Sensorelemente 12a bis 12h zeigt, und wenn (nicht dargestellte) Differenzverstärker mit Ausgangsanschlüssen 26 und 27 bzw. 28 und 29 verbunden sind, geben diese Differenz­ verstärker Meßsignale einer Phase A bzw. einer Phase B aus, die um 90° gegeneinander versetzt sind, und eine geradzahli­ ge Harmonische und eine ternäre Harmonische sind unter­ drückt.

Bei diesem Ausführungsbeispiel weist der Magnetsensor 14 kurbelwellenförmig ausgebildete Magnetsensorelemente 12a bis 12h auf, was dazu führt, daß dann, wenn der Gitterabstand λ der magnetisierten Skala 10 immer weiter verringert wird, die ersten und zweiten magnetischen Widerstandselemente 18 und 19, die in Reihe geschaltet sind, einander nicht über­ lappen, was dazu führt, daß der Positionsdetektor hohe Meß­ genauigkeit aufweist.

Fig. 4 zeigt die Anordnung für ein zweites Ausführungsbei­ spiel eines erfindungsgemäßen Positionsdetektors. Dabei ist ein Magnetsensor 49 so ausgebildet, daß acht magnetische Sensorelemente 54a, 54b, ... 54g jeweils aus vier treppen­ förmig angeordneten magnetischen Widerstandselementen 50, 51, 52 und 53 mit jeweils gleicher Länge L gebildet sind. Die Sensorelemente halten einen gegenseitigen Abstand von λ/4 ein. Fig. 4 zeigt der Einfachheit halber nur zwei magne­ tische Sensorelemente 54a und 54b der insgesamt acht Elemen­ te. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die magnetischen Wi­ derstandselemente 51 und 53 jeweils um λ/10 gegenüber den magnetischen Widerstandselementen 50 bzw. 52 versetzt, die ihrerseits um λ/6 gegeneinander versetzt sind. Das heißt, daß das zweite bis vierte magnetische Widerstandselement 51, 52 bzw. 53 um λ/10, λ/6 und 4λ/15 gegenüber dem ersten mag­ netischen Widerstandselement 50 in Richtung X parallel zur Längsrichtung der (nicht dargestellten) magnetisierten Skala versetzt sind. Wenn der so ausgebildete Magnetsensor 49 ent­ sprechend angeschlossen und betrieben wird, wie dies anhand von Fig. 3 erläutert wurde, gibt er ein Signal aus, bei dem nicht nur die ternäre Harmonische und geradzahlige Harmoni­ sche unterdrückt sind, sondern auch eine quinäre Harmoni­ sche. Darüber hinaus besteht der Vorteil, daß dann, wenn der Gitterabstand λ der magnetisierten Skala 10 (siehe Fig. 1) weiter verringert wird, die vier magnetischen Widerstands­ elemente 50, 51, 52 und 53 einander nicht überlappen, was dazu führt, daß der Detektor hohe Meßgenauigkeit aufweist.

Fig. 5 ist eine Teilansicht auf ein drittes Ausführungsbei­ spiel eines Sensors. Teile mit gleicher Wirkung wie beim Sensor von Fig. 2 tragen die jeweils gleichen Bezugszeichen.

Wie in Fig. 5 dargestellt, ist ein Magnetsensor 30 so ausge­ bildet, daß magnetische Sensorelemente 34a, 34b, ..., von denen insgesamt acht vorhanden sind, aus jeweils drei magne­ tischen Widerstandselementen 31 bis 33 bestehen, die ent­ lang paralleler Linien 16 und 17 angeordnet sind, die um λ/6 gegeneinander in Richtung der Mittellinie 15 versetzt sind. Die einzelnen Sensorelemente halten einen gegenseitigen Ab­ stand von λ/4 ein, entsprechend wie bei Fig. 2. Das erste magnetische Widerstandselement 31 ist auf der ersten Linie der beiden parallelen Linien 16 und 17 angeordnet und er­ streckt sich von der Mittellinie 15 aus nach oben und unten, mit einer Gesamtlänge L. Das zweite magnetische Widerstands­ element 32 ist dagegen entlang der anderen Linie 16 ausge­ bildet und erstreckt sich von einem um die Länge L/2 von der Mittellinie 15 beabstandeten Punkt mit der Länge L/2 nach oben. Das dritte magnetische Widerstandselement 33 ist in bezug auf die Mittellinie 15 symmetrisch zum zweiten magne­ tischen Widerstandselement 32 angeordnet. Die zwei Endberei­ che des ersten magnetischen Widerstandselements 31 sind mit dem zweiten bzw. dritten magnetischen Widerstandselement 32 bzw. 33 in Bereichen verbunden, die jeweils um L/2 von der Mittellinie 15 entfernt liegen.

Wenn der so ausgebildete Magnetsensor 30, entsprechend wie anhand von Fig. 3 erläutert, angeschlossen und betrieben wird, ist es möglich, ein Signal zu erhalten, in dem die ternäre Harmonische und die geradzahlige Harmonische ent­ fernt sind.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Verhältnis der Längen der drei magnetischen Widerstandselemente 31, 32 und 33 2 : 1 : 1. Damit ergibt sich aus Fig. 6, daß selbst dann, wenn der Magnetsensor 30 um die Mittellinie 15 verkippt ist (Rotationsrichtung R in Fig. 6), was zu unterschiedlichen Abständen zur magnetisierten Skala 10 führt, das Meßsignal hiervon unberührt bleibt. Weiterhin tritt gegenüber dem Stand der Technik eine geringere Änderung des gemessenen Signals auf, wenn der Magnetsensor 30 in Längsrichtung der Mittellinie 15 verkippt wird, wie durch den Verdrehpfeil P in Fig. 6 angedeutet, da der Musterabstand in Richtung der Mittellinie 15 verkürzt werden kann.

Die Fig. 7, 8A und 8H zeigen ein viertes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Positionsdetektors. Ein Magnetsensor 59 weist acht magnetische Sensorelemente 69a bis 69h auf, von denen in Fig. 7 nur zwei eingezeichnet sind. Die magne­ tischen Sensorelemente sind jeweils um λ/4 gegeneinander be­ abstandet, und sie weisen jeweils magnetische Widerstands­ elemente 60 bis 68 auf. Dabei sind die magnetischen Wider­ standselemente 60, 62, 66 und 68 jeweils um λ/6 gegenüber den magnetischen Widerstandselementen 63 und 65 versetzt, jedoch nur um λ/10 gegenüber den magnetischen Widerstands­ elementen 61, 67 und 64 versetzt. Die magnetischen Sensor­ elemente 69a und 69f sind entlang parallelen Linien angeord­ net, die um (1 + (1/2))λ versetzt sind. Wenn der Magnetsensor 59 mit den magnetischen Sensorelementen 69a bis 69h gemäß den Fig. 7 und 8B angeschlossen wird, wie in Fig. 9 darge­ stellt und an eine Spannung mit Polaritäten (+) und (-) an­ geschlossen wird, wie ebenfalls aus Fig. 9 ersichtlich, und wenn (nicht dargestellte) Differenzverstärker mit den Aus­ gangsanschlüssen 73 und 74 bzw. 75 und 76 verbunden werden, geben die Verstärker Meßsignale der Phasen A bzw. B aus, die um 90° gegeneinander versetzt sind und in den die geradzah­ lige Harmonische sowie ternäre und quinäre harmonische Kom­ ponenten entfernt sind.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Verhältnis der Längen der magnetischen Widerstandselemente 60 bis 68, die jeweils eines der magnetischen Sensorelemente 69a bis 69h bilden, zu 1 : 2 : 1 : 2 : 4 : 2 : 1 : 2 : 1 (siehe Fig. 7) gewählt, so daß selbst dann, wenn der Magnetsensor 59 in der Rota­ tionsrichtung R um die Mittellinie 15 verkippt ist, keine Änderung der Signalamplitude im Meßsignal auftritt. Wenn der Magnetsensor 59 gegenüber der magnetisierten Skala in der Kipprichtung P verkippt wird, ist die Amplitudenänderung des Meßsignals aufgrund des Verkippens geringer als beim Stand der Technik, da das Musterintervall in Richtung der Mittel­ linie 15 verkürzt ist.

Eine Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik wird be­ reits dann erzielt, wenn die Magnetsensoren 14, 49, 30 und 59 gemäß den Fig. 1, 4, 5 und 7 so abgewandelt werden, daß nur jeweils das erste magnetische Sensorelement 12a, 54a, 34a bzw. 69a wie vorstehend beschrieben ausgebildet ist und die restlichen sieben magnetischen Sensorelemente (12b bis 12h usw.) als einzelner Widerstand (z. B. als metallisch abgeschiedener fester Widerstand) ausgebildet sind. Auch dann können geradzahlige und ungeradzahlige Harmonische ent­ fernt werden.

Wenn magnetische Sensorelemente 69a gemäß Fig. 7 eine Anord­ nung erfahren, wie sie in den Fig. 10 und 11 dargestellt ist und dabei jeweils benachbarte Enden miteinander verbun­ den sind, wodurch Magnetsensoren 81 bzw. 82 mit gefalteten Mustern mit Ausgangsanschlüssen 79 bzw. 80 gebildet werden, ist es möglich, Positionsdetektoren mit verbesserter Mitte­ lung zu erhalten. Die Amplituden der Ausgangssignale an den Anschlüssen 79 und 80 hängen dann nicht mehr wesentlich vom Ausmaß der Verkippung in Richtung P ab. Die magnetischen Sensorelemente bei einem gefalteten Muster gemäß den Fig. 10 und 11 können auch ausgebildet sein wie die magnetischen Sensorelemente 54a in Fig. 4.

Die vorstehend beschriebenen Positionsdetektoren können nicht nur zum Ermitteln der Stellung von Gegenständen ver­ wendet werden, sondern auch z. B. zum Ermitteln von deren Geschwindigkeit oder Beschleunigung.

Da beim erfindungsgemäßen Detektor die magnetischen Sensor­ elemente mit dem jeweils ersten und zweiten magnetischen Widerstandselement im wesentlichen als einzelnes Muster an­ gesehen werden können, ist es möglich, einen Detektor mit kleinen Abmessungen in Längsrichtung zu erhalten, bei dem aber dennoch die ternäre Harmonische unterdrückt werden kann.

Für einen Detektor mit drei magnetischen Widerstandselemen­ ten pro magnetischem Sensorelement gilt das Entsprechende, wobei die ternären und quinären harmonischen Komponenten un­ terdrückt werden können.

Da bei den bevorzugten Weiterbildungen die magnetischen Wi­ derstandselemente symmetrisch zu einer Mittellinie ausgebil­ det sind, die parallel zur Längsrichtung der magnetischen Skala liegt, lassen sich auch dann Meßsignale ohne Amplitu­ denänderungen erzielen, wenn Änderungen im Spalt zwischen dem Sensor und der magnetiesierten Skala auftreten, da sich Änderungen aufheben, die durch derartiges Verkippen hervor­ gerufen werden.

Da mehrere magnetische Sensorelemente mit einem gegenseiti­ gen Abstand von λ/4 in Längsrichtung der magnetisierten Ska­ la angeordnet sind, wird ein Detektor mit kleinen Abmessun­ gen erhalten, der die geradzahlige Harmonische wie auch ter­ näre und quinäre harmonische Komponenten unterdrücken kann, ohne daß dazu ein Vergrößern der Abmessungen in Längsrich­ tung der magnetisierten Skala erforderlich ist.

Claims (5)

1. Positionsdetektor mit:

• 1. einer magnetisierten Skala (10) mit mehreren Magneten (13), die mit einem Gitterabstand λ aufeinanderfolgend angeordnet sind;
• 2. und einem Magnetsensor (23, 49, 30, 59, 81, 82), der der magnetisier­ ten Skala gegenüberstehend in solcher Weise angeordnet ist, daß diese beiden Teile gegeneinander bewegbar sind, welcher magnetische Sensor mehrere magnetische Sensorelemente (12a-12h; 54a, 54b; 34a, 34b; 69a-69g) aufweist, von denen jedes über mehrere magnetische Widerstandselemente (18, 19; 50-53; 31-33; 60-68) verfügt, die in Reihe geschaltet sind,
  dadurch gekennzeichnet, daß die magnetischen Widerstandselemente über einen Leiterbereich (20) direkt miteinander verbunden und in einem kurbelwellenförmigen Muster so angeordnet sind, daß sie einander, gesehen in Längsrichtung der magnetisierten Skala, nicht überlappen.

2. Positionsdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein magnetisches Sensorelement (12a-12h) zwei magnetische Widerstands­ elemente (18, 19) aufweist, die gegeneinander um λ/6 in der genannten Längsrichtung versetzt sind.

3. Positionsdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein magnetisches Sensorelement (z. B. 54a) erste bis vierte magnetische Widerstandselemente (50-53) aufweist, von denen die zweiten bis vierten magnetischen Widerstandselemente (51-53) um λ/10, 246 und 4 λ/15 gegen­ über dem ersten magnetischen Widerstandselement (20) versetzt sind.

4. Positionsdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß magnetische Widerstandselemente (60-64 bzw. 64-68) symme­ trisch zu einer Mittellinie angeordnet sind, die parallel zur Längsrichtung der magnetischen Skala (10) liegt.

5. Positionsdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die magnetischen Sensorelemente um λ/4 in der genannten Längsrichtung gegeneinander versetzt sind.