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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft
einen Rotationsdetektor und insbesondere einen Rotationsdetektor,
welcher ein magnetisches Sensorelement nach der Präambel von
Anspruch 1 aufweist.
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Rotationsdetektoren, welche ein magnetisches
Sensorelement aufweisen, sind aus dem Stand der Technik bereits
bekannt. US-Patent 5,811,968 beschreibt einen Rotationswinkelsensor zum
Prüfen
eines Drehwinkels eines drehbaren Teils, wie zum Beispiel einer
Drosselventilwelle, welche aus einer ersten Einheit besteht, welche
ein magnetisches Teil aufweist und einer zweiten Einheit, welche
ein zweites und drittes magnetisches Teil beinhaltet, die kreisförmig angeordnet
sind, um das Magnetteil konzentrisch zu umgeben. Außerdem beschreibt
US-Patent 5,831,596
einen Joystick Regler, der magnetische Positionssensoren und einen
federnden Regelarm mit einem Sensor aufweist, welcher verwendet
wird, um seine Biegung zu messen.
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Der Anmelder hat einen Rotationsdetektor oder
einen Rotationspositionssensor 51, wie in 15 dargestellt, vorgeschlagen. Der Rotationspositionssensor 51 hat
eine rotierende Eisenplatte 52 und einen Sensorkörper 53.
Die rotierende Eisenplatte, welche die Form einer Scheibe aufweist,
ist an einer Lenkwelle 54 eines Fahrzeugs befestigt. Die
rotierende Eisenplatte 52 dreht sich gemeinsam mit der Lenkwelle 54 um
die Achse der Lenkwelle. Über
den äußeren Rand
einer Oberfläche
der Rotationsplatte 52 hinaus, ist eine Vielzahl von gebogenen
magnetischen Wegänderungsteilen 52 ausgebildet.
Jedes dieser Teile 55 ist koaxial zu der Welle 54.
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Das Sensorteil 53 ist außerhalb
von und nahe bei dem magnetischen Wegänderungsteil 55 plaziert.
Das Sensorteil 53 weist eine Vielzahl magnetischer Prüfteilen 56 auf,
welche von einem Harzformmaterial 57 umgeben sind und an
einem Befestigungsteil, nicht gezeigt, festgemacht sind. Jedes der
magnetischen Prüfteile 56 weist
einen Vormagnetisierungsmagneten 56b, der sich gegenüber von der
rotierenden Platte 52 befindet und sich in eine vorher
bestimmte Richtung orientiert, und ein Magnetwiderstandselement 56a auf,
welches den magnetischen Fluß des
Vormagnetisierungsmagneten 56b ermittelt. Die Richtung
des Magnetflusses jedes Vormagnetisierungsmagneten
56b wird
geändert, wenn
das zugehörige
magnetische Wegänderungsteil 55 eine
Position passiert, die dem magnetischen Prüfteil 56 entspricht,
wenn die Rotationsplatte 52 gedreht wird. Das Magnetwiderstandselement 56a stellt Veränderungen
in der Richtung des Magnetflusses der zugehörigen Vormagnetisierungsmagneten 56b fest.
Auf diese Weise wird die Drehung ermittelt.
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Bei einem so aufgebauten Rotationspositionssensor 51 kann
jedoch, wenn sich, wie in 15 durch
die unterbrochene Linie angedeutet, in der Nähe eine Störungsquelle G, wie beispielsweise
eine Spule, befindet, von dieser Störungsquelle G aus ein gestörter Magnetfluß m entwickelt
werden. Auf diese Weise könnte,
wenn das Vorliegen oder Nicht-Vorliegen eines magnetischen Wegänderungsteils 55 zwischen
dem Vormagnetisierungsmagneten 56b und der Achse der Welle 54 ermittelt
wird, der gestörte Magnetfluß m die
Rotationsplatte 52 und das magnetische Wegänderungsteil 55 beeinflussen
und sich so negativ auf den magnetische Prüfkörper 56 auswirken.
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Im Speziellen könnte, selbst wenn ein magnetisches
Wegänderungsteil 55 zwischen
dem Vormagnetisierungsmagneten 56b und der Achse plaziert
ist, das zugehörige
magnetische Widerstandsteil 56a einen Magnetfluß feststellen,
der eine Richtung hat, die weitestgehend der des Flusses ähnelt, der
besteht, wenn sich das magnetische Wegänderungsteil 55 nicht
zwischen dem Vormagnetisierungsmagneten 56b und der Achse
befindet. Umgekehrt kann, obwohl sich das magnetische Wegänderungsteil 55 nicht
zwischen dem Vormagnetisierungsmagneten 56b und der Achse
befindet, das magnetische Widerstandsteil 56a einen magnetischen Fluß ermitteln,
der eine Richtung hat, die weitestgehend mit der des Flusses übereinstimmt,
der besteht, wenn sich das zugehörige
magnetische Wegänderungsteil 55 zwischen
dem Vormagnetisierungsmagneten 56b und Achse befindet.
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ZUAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Dementsprechend ist es ein Ziel der
vorliegenden Erfindung, einen Rotationsdetektor zu schaffen, welcher
fähig ist,
den Einfluß von
Störungen
auf eine magnetische Prüfung
durch ein magnetisches Sensorelement selbst dann auszuschalten,
wenn die Störungsquelle
nahe dem Rotationsdetektor plaziert ist.
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Das technische Problem der Erfindung
wird durch die Merkmale des Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen
werden in den nachfolgenden Ansprüchen beschrieben.
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Andere Aspekte und Vorteile der Erfindung werden
durch die folgende Beschreibung klar werden, die in Verbindung mit
den begleitenden Darstellungen gemacht wird, welche durch Beispiele
die Prinzipien der Erfindung beschreiben.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die Erfindung kann mit ihren Zielen
und Vorteilen am Besten mit Verweis auf die folgende Beschreibung
der vorliegend bevorzugten Ausführungsformen
gemeinsam mit den begleitenden Zeichnungen verstanden werden, wobei:
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1 eine
perspektivische Darstellung ist, die ein Hauptteil eines Rotationspositionssensors nach
einer ersten Ausführungsform
darstellt;
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2 ein
Grundriß ist,
der die positionsgebundene Beziehung zwischen einer rotierenden
Platte und einem magnetischen Sensorteil in der ersten Ausführungsform
erläutert;
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3 eine
teilweise vergrößerte Darstellung von 2 ist;
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4 ein
teilweiser Querschnitt ist, der einen Hauptteil des Rotationspositionssensors
nach der ersten Ausführungsform
erläutert;
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5 ein
Schaubild von Magnetwiderstandselementen ist;
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6 eine
perspektivische Darstellung ist, die ein Hauptteil eines Rotationspositionssensors nach
einer zweiten Ausführungsform
erläutert;
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7 ein
teilweiser Querschnitt ist, der ein Hauptteil eines Rotationspositionssensors
der zweiten Ausführungsform
erläutert;
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8 ein
teilweise vergrößerter Querschnitt ist,
der ein Hauptteil eines Rotationspositionssensors der zweiten Ausführungsform
erläutert;
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9 eine
perspektivische Darstellung ist, die ein Hauptteil eines Rotationspositionssensors nach
einer dritten Ausführungsform
erläutert;
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10 ein
teilweiser Querschnitt ist, der ein Hauptteil des Rotationspositionssensors
der dritten Ausführungsform
erläutert;
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11 ein
teilweise vergrößerter Querschnitt
ist, der ein Hauptteil des Rotationspositionssensors der dritten
Ausführungsform
erläutert;
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12 eine
perspektivische Darstellung ist, die ein Hauptteil eines Rotationspositionssensors nach
einer vierten Ausführungsform
erläutert;
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13 eine
teilweiser Querschnitt ist, der ein Hauptteil des Rotationspositionssensors
der vierten Ausführungsform
erläutert;
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14 ein
teilweise vergrößerter Querschnitt
ist, der ein Hauptteil des Rotationspositionssensors der vierten
Ausführungsform
erläutert;
und
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15 ein
teilweiser Querschnitt ist, der einen Hauptteil eines Rotationspositionssensors
nach dem Stand der Technik erläutert.
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GENAUE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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(Erste Ausführungsform)
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Ein Rotationspositionssensor der
ersten Ausführungsform
wird nachfolgend mit Verweis auf die 1 bis 5 beschrieben.
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1 ist
eine perspektivische Darstellung, die ein Hauptteil eines Rotationspositionssensors
erläutert.
Der Rotationspositionssensor 1, welcher als ein Rotationsdetektor
dient, weist eine scheibenförmige
Rotationsplatte, oder einen Rotor 2, der aus Eisen gemacht
ist, und ein Sensorteil 3 auf. Wie bekannt handelt es sich
bei Eisen um ein magnetisches Material (ferromagnetisch Material).
Der Rotor 2 wird um eine Achse 0 (in 2 gezeigt) gemeinsam mit Rotation
einer Lenkwelle 4 gedreht.
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Wie in den 1 und 2 gezeigt
sind an einem äußeren Rand
einer kreisförmigen
Oberfläche des
Rotors 2 drei gebogene magnetische Wegänderungsteile 6a–6c aus
Eisen an dem Rotor durch Löten
befestigt. Das Zentrum eines jeden magnetischen Wegänderungsteils
trifft mit der Achse 0 zusammen. Jedes der magnetischen
Wegänderungsteile 6a–6c ist
so gebildet, daß es
sich von dem Achsenzentrum 0 aus gesehen über einen
Winkel von 60° von
einem Ende zum anderen erstreckt. Auch sind die magnetischen Wegänderungsteile 6a–6c so gebildet,
daß die
Lücken
zwischen jeweils benachbarten Paaren von magnetischen Wegänderungsteilen 6a–6c sich über einen
Winkel von 60°,
gesehen vom Achsenzentrum 0, erstrecken. Deshalb wechseln
sich am äußeren Rand
der kreisförmigen
Oberfläche
der Rotationsplatte 2 magnetische Wegänderungsteile 6a–6c und
die Lücken 7a–7c in
60° Intervallen
ab. Zusätzlich
ist der Rotor mit einem Zentrumsloch 8 ausgebildet, in
welches die Lenkwelle 4 eingepaßt wird, um den Rotor 2 an
der Lenkwelle 4 zu befestigen.
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Das Sensorteil 3 ist außerhalb
von und nahe bei den magnetischen Wegänderungsteilen 6a–6c, die
auf dem Rotor 2 gebildet sind, plaziert. Das Sensorteil 3 hat
drei, zum Beispiel ein erstes, zweites und drittes Sensorteil 9–11,
welche von einem Harzformmaterial 12 umhüllt sind,
und wird stationär
durch ein Befestigungsteil festgehalten, das bei dieser Ausführungsform
ein magnetisches Leitblech 13 ist. Das magnetische Leitblech 13 ist
näher an
der Rotationsplatte 2 angebracht als das erste, zweite
und dritte Sensorteil 9–11.
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Das erste magnetische Sensorteil 9 weist
ein erstes Magnetwiderstandselement 9a, welches als Magnetsensorelement
dient, und einen ersten Vormagnetisierungsmagneten 9b auf,
welcher als ein Magnet dient. Der erste Vormagnetisierungsmagnet 9b ist
so angeordnet, daß er
auf der Seite der Achse 0 einen N-Pol und auf der Seite,
die von der Achse wegzeigt, einen S-Pol aufweist. Der erste Vormagnetisierungsmagnet 9b ist
entgegen dem Uhrzeigersinn von 2 von
einer Radiuslinie, welche sich von der Achse 0 zum ersten
Magnetwiderstandselement 9a erstreckt, eingerückt.
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Das erste Magnetwiderstandselement 9a ist ein
Magnetwiderstandselement, dessen ermittelte Spannung sich abhängig von
der Richtung des Magnetflusses Z (vgl. 3) des ersten Vormagnetisierungsmagneten 9b ändert. Das
erste Magnetwiderstandselement 9a enthält vier Widerstände R1–R4, deren
Widerstand von der Richtung des Magnetflusses Z abhängt. Wie
in 2 erläutert ist
eine Gruppe, die aus den zwei Widerständen R1, R4 besteht, gleich
orientiert angeordnet, während
eine Gruppe, die aus den zwei Widerständen R2, R3 besteht, ebenfalls
gleich und orthogonal (entgegengesetzt) zur Orientierung der Widerstände R1,
R4 angeordnet ist.
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Bei dieser ersten Ausführungsform ändert sich,
wie in 3 erläutert, die
Richtung des Magnetflusses Z in einem Bereich von einem Punkt, an
dem die Richtung des Magnetflusses Z sich an einem vorher bestimmten
Winkel zu einer Radiuslinie, die sich von der Achse 0 entgegen
dem Uhrzeigersinn erstreckt, zu einem Punkt, an welchem sich der
Fluß Z an
einem vorher festgelegten Winkel zu der Radiuslinie entgegen dem
Uhrzeigersinn befindet.
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Obwohl nicht gezeigt, weist jeder
der Widerstände
R1– R4
einen dünnen
Ni-Co Film auf, welcher auf einem Substrat in einer Zickzack Linie,
beispielsweise in einem polygonalen Linienmuster, aufgetragen ist.
Die Widerstände
R1–R4
sind so ausgebildet, daß sie
bei gleicher Temperatur den gleichen Widerstandswert aufweisen.
Die Widerstände
R1– R4
haben eine Temperatureigenschaft, nach welcher sich der Widerstand
bei steigender Umgebungstemperatur erhöht.
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Vorzugsweise haben die Widerstände R1–R4 im Hinblick
auf Temperaturveränderung
die gleiche Rate an Widerstandsveränderung.
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Ist der Magnetfluß Z an dem vorher festgelegtem
Winkel zur Radiuslinie entgegen dem Uhrzeigersinn orientiert, weisen
die Widerstände
einen größeren Widerstand
auf und die Widerstände
R2, R3 haben einen geringeren Widerstand. Ist der Magnetfluß Z andererseits
an dem vorher festgelegtem Winkel zur Radiuslinie im Uhrzeigersinn
orientiert, haben die Widerstände
R1, R4 einen geringeren Widerstand und die Widerstände R2,
R3 einen größeren Widerstand.
Dementsprechend wechselt die Widerstandskraft der Widerstände entsprechend
einem Wechsel des Magnetflusses Z abwechselnd von einem größeren Wert
zu einem kleineren Wert.
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Die Widerstände R1–R4 sind, wie in 5 gezeigt, so miteinander
verbunden, daß sie
eine Brückenschaltung
B mit vier Anschlüssen
bilden.
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Ein Verbindungspunkt (Medianpunkt)
a der Widerstände
R1 und R2 ist mit einem nicht invertierten (umgekehrten) Eingangsanschluß eines
Vergleichers CP, welcher auf dem Substrat plaziert ist, verbunden,
während
ein Verbindungspunkt (Medianpunkt) b der Widerstände R3 und R4 mit einem invertierten
Eingangsanschluß des
Vergleichers CP verbunden ist.
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Der Vergleicher CP und die Brückenschaltung
B mit den vier Terminals bilden einen Detektorschaltkreis DC.
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Die Widerstände R1, R4, die einen Teil
der Brückenschaltung
B des Detektorschaltkreises DC bilden, stehen in folgender Beziehung
mit dem ersten Vormagnetisierungsmagneten 9b und den magnetischen
Wegänderungsteilen 6a–6c.
Wenn der Rotor 2 eine positionsgebundene Beziehung mit
dem ersten Vormagnetisierungsmagneten 9b hat, wie die in 2 gezeigte Beziehung zwischen
dem dritten Vormagnetisierungsmagneten 11b und dem Rotor 2,
d. h., wenn irgend eines der magnetischen Wegänderungsteile 6a–6c sich
zwischen dem Achsenzentrum 0 und dem N-Pol (im folgenden "Innenseite" genannt) befindet,
orientiert sich der Magnetfluß Z
an einem vorher bestimmten Winkel zu der Radiuslinie entgegen dem
Uhrzeigersinn. In diesem Fall befindet sich die Spannung am Medianpunkt
a der Brückenschaltung
B mit den vier Anschlüsse
auf der L Stufe, oder der niedrigen Stufe.
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Auch die relative Beziehung zwischen
dem ersten Vormagnetisierungsmagneten 9b und den magnetischen
Wegänderungsteilen 6a–6c wird
auf folgende Weise festgelegt. Entspricht die Beziehung der, wie
in 2b gezeigten Beziehung
des zweiten Vormagnetisierungsmagneten 10b, d. h., wenn
sich keines der magnetischen Wegänderungsteile 6a–6c auf
der Innenseite des N-Pols befindet, dann orientiert sich der Magnetfluß Z an einem
vorher festgelegtem Winkel zu der Radiuslinie im Uhrzeigersinn.
In diesem Fall ist die Spannung am Medianpunkt a der Brückenschaltung
B mit vier Terminals auf einer H Stufe, oder hohen Stufe.
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Außerdem wird angenommen, daß bei der relativen
Beziehung zwischen dem ersten Vormagnetisierungsmagneten 9b und
den Wegänderungsteilen 6a–6c,
der erste Vormagnetisierungsmagnet 9b als erster an der
Stelle des in 3 gezeigten
ersten Vormagnetisierungsmagneten 9b ist. Kommt der erste
Vormagnetisierungsmagnet 9b anschließend von einer Position, an
der es keines der magnetischen Wegänderungsteile 6a–6c gab,
zu magnetischen Wegänderungsteilen 6a–6c, ändert sich
die Orientierung des Magnetflusses Z vom vorher festgelegten Winkel
zur Achsenlinie im Uhrzeigersinn in den vorher festgelegten Winkel
zur Radiuslinie entgegen dem Uhrzeigersinn. In diesem Fall stößt der Medianpunkt
a der Brückenschaltung
B mit vier Anschlüssen
eine Spannung aus, die von der H-Stufe auf die L-Stufe fällt.
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Außerdem ändert sich die Orientierung
des Magnetflusses Z vom vorher festgelegtem Winkel zur Achsenlinie
entgegen dem Uhrzeigersinn in den vorher festgelegten Winkel zur
Radiuslinie im Uhrzeigersinn, wenn in der relativen Beziehung zwischen
dem ersten Vormagnetisierungsmagneten 9b und den magnetischen
Wegänderungsteilen 6a–6c der
erste Vormagnetisierungsmagnet 9b von einer Position, an der
es irgend eines der Wegänderungsteile 6a–6c gibt,
zu den Enden der magnetischen Wegänderungsteile 6a–6c kommt.
In diesem Fall stößt der Medianpunkt
a der Brückenschaltung
B mit vier Anschlssen eine Spannung aus, die von der L Stufe zur
H Stufe ansteigt.
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Auf diese Weise wird bei dieser Ausführungsform
die Änderung
in der Orientierung des Magnetflusses Z zu dem Zeitpunkt festgestellt,
an welchem die Ränder
der rotierenden magnetischen Wegänderungsteile 6a–6c die
Vormagnetisierungsmagneten passieren.
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Das zweite magnetische Sensorteil 10 hat ein
zweites Magnetwiderstandselement 10a, welches als magnetisches
Sensorelement dient, und einen zweiten Vormagnetisierungsmagneten 10b,
der als Magnet dient. Die positionsgebundene Beziehung zwischen
dem zweiten Magnetwiderstandselement 10a und dem zweiten
Vormagnetisierungsmagneten 10b entspricht der positionsgebundenen
Beziehung zwischen dem ersten Magnetwiderstandselement 9a und
dem ersten Vormagnetisierungsmagneten 9b. Das zweite Magnetwiderstandselement 10a und
der zweite Vormagnetisierungsmagnet 10b sind, wie in 2 gezeigt, an Positionen
angeordnet, die jeweils im Uhrzeigersinn um das Achsenzentrum 0 vom
ersten Magnetwiderstandselement 9a und dem ersten Vormagnetisierungsmagneten 9b in
einer Winkelstrecke von 40° verteilt
sind.
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Das zweite Magnetwiderstandselement 10a ist
ein magnetisches Sensorelement, dessen ermittelte Spannung sich
abhängig
von der Richtung des Magnetflusses Z des zweiten Vormagnetisierungsmagneten 10b,
wie bereits im Hinblick auf das erste Magnetwiderstandselement 9a beschrieben, ändert. Das
zweite Magnetwiderstandselement 10a weist, wie in 5 erläutert, vier Widerstände R1–R4, und funktioniert
auf ähnliche
Weise wie das erste Magnetwiderstandselement 9a.
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Die Widerstände R1–R4 des zweiten Magnetwiderstandselements 10a bilden
ebenfalls eine Brückenschaltung
mit vier Anschlüssen
B, die der des ersten Magnetwiderstandselements 9a ähnelt. Die
Widerstände
R1– R4
des zweiten Magnetwiderstandselements bilden zudem ebenfalls einen
zweiten Detektorschaltkreis DC und einen zweiten Vergleicher CP.
Dieser Detektorschaltkreis DC und die Brückenschaltung B funktionieren ähnlich dem
Detektorschaltkreis DC, welcher mit dem ersten Magnetwiderstandselement 9a zusammenhängt.
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Das dritte magnetische Sensorteil 11 weist ein
drittes Magnetwiderstandselement 11a, welches als magnetisches
Sensorelement dient, und einen dritten Vormagnetisierungsmagneten 11b auf,
der als Magnet dient. Die positionsgebundene Beziehung zwischen
dem dritten Magnetwiderstandselement 11a und dem dritten Vormagnetisierungsmagneten 11b ist
mit der positionsgebundenen Beziehung zwischen dem ersten Magnetwiderstandselement 9a und
dem ersten Vormagnetisierungsmagneten 9b identisch. Das
dritte Magnetwiderstandselement 11a und der dritte Vormagnetisierungsmagnet 11b sind, wie
in 2 gezeigt, an Positionen
angeordnet, welche jeweils entgegen dem Uhrzeigersinn um das Achsenzentrum 0 in
einer Winkelstrecke von 40° von dem
ersten Magnetwiderstandselement 9a und dem ersten Vormagnetisierungsmagneten 9b verteilt
sind.
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Das dritte Magnetwiderstandselement 11a stellt
ein magnetisches Sensorelement dar, dessen ermittelte Spannung sich
abhängig
von der Richtung des Magnetflusses Z des dritten Vormagnetisierungsmagneten 11b,
wie bereits im Hinblick auf das erste Magnetwiderstandselement 9a beschrieben, ändert. Das
dritte Magnetwiderstandselement 11a weist, wie in 5 erläutert, vier Widerstände R1– R4 auf
und funktioniert auf ähnliche
Weise wie das erste Magnetwiderstandselement 9a.
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Die Widerstände R1–R4 des dritten Magnetwiderstandselements 11a bilden
ebenfalls eine Brückenschaltung
mit vier Anschlüssen
B, die der des ersten Magnetwiderstandselements 9a ähnelt. Die Widerstände R1– R4 des
dritten Magnetwiderstandselements 11a bilden ebenfalls
einen dritten Detektorschaltkreis DC und einen dritten Vergleicher
CP. Dieser Detektorschaltkreis DC und die Brückenschaltung B arbeiten auf ähnlich Weise
wie der Detektorschaltkreis DC, der mit dem ersten Magnetwiderstandselement 9a zusammenhängt.
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Wie in 1 gezeigt,
ist das magnetische Leitblech 13 gebogen. Die Grundfläche des
Harzformmaterials 12 entspricht, wie in den 1 und 4 erläutert,
dem äußeren Rand
des Rotors 2. Die Grundfläche des Harzformmaterials 12 haftet
mittels eines Klebstoffes an dem magnetischen Leitblech 13 an.
Mit anderen Worten, das magnetische Leitblech 13 liegt
mit der Rotationsplatte 2 in einer Ebene. Das magnetische
Leitblech 13 fungiert als ein Abschirmelement. Insbesondere
erstreckt sich das magnetische Leitblech 13 in die Richtung
des Magnetflusses Z des ersten, zweiten und dritten Vormagnetisierungsmagneten 9b–11b.
Das magnetische Leitblech ist aus Eisen gemacht.
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Die Arbeitsweise des Rotationspositionssensors 1 nach
der ersten Ausführungsform
wird nun nachfolgend beschrieben.
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Wie in 4 erläutert, wird
unterstellt, daß eine
Störungsquelle
G existiert, die sich beispielsweise an der Stelle befindet, welche
durch die gestrichelte Linie angezeigt ist, das heißt nahe
der Lenkwelle 4 zwischen den magnetischen Wegänderungsteilen 6a–6c des
Rotors und der Lenkwelle 4. Wird von der Störungsquelle
G ein gestörter
Magnetstrom m ausgestoßen,
wird in dem Rotor 2 für
den gestörten
Magnetstrom m zum Passieren ein magnetischer Pfad gebildet. Der
magnetische Pfad läuft
in strahlenförmiger
Richtung durch den Rotor 2. Der magnetische Pfad, welcher
an dem äußeren Rand
der Rotationsplatte 2 gebildet wird, wird dann von dem
magnetische Leitblech 13 geführt und durch das magnetische Leitblech 13 hindurch
in eine strahlenförmige
Richtung (welche die Richtung des magnetischen Flusses Z ist, der
von dem Vormagnetisierungsmagneten 9b ausgestoßen wird)
gebildet. Anschließend
dehnt sich der magnetische Pfad, welcher am Ende des magnetischen
Leitblechs gebildet wird, vom Ende des magnetischen Leitblechs 13 in
srahlenförmiger
Richtung aus.
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Als Folge wird das Meiste des gestörten Magnetflusses
m zu dem magnetischen Leitblech 13 geleitet, und die Bildung
eines magnetischen Pfads vom äußeren Rand
der Rotationsplatte 2 zu den magnetischen Wegänderungsteilen 6a– 6c wird
deshalb unterdrückt.
Deshalb ist es möglich
den gestörten
Magnetfluß m
davor zu bewahren, die Magnetwiderstandselemente 9a–11a negativ
zu beeinflussen.
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Da auch, wie oben beschrieben, der
gestörte Magnetfluß m durch
das magnetische Leitblech 13 entlang der Richtung des Magnetflusses
Z, der von den Vormagnetisierungsmagneten 9b–11b ausgestoßen wird,
geleitet wird, beeinflußt
der gestörte
Magnetfluß m
nicht negativ den Magnetfluß Z
der Vormagnetisierungsmagneten 9b–11b.
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Wie bereits gewürdigt, liefert der Rotationspositionssensor 1 der
ersten Ausführungsform
die folgenden Vorteile.
- (1) Bei der ersten
Ausführungsform
liegt das magnetische Leitblech 13 mit der kreisförmigen Platte
des Rotors 2 in einer Ebene. Auch das magnetische Leitblech 13 ist
näher als
die magnetischen Sensorelemente 9–11 an dem Rotor 2 angeordnet.
Die Grundfläche
des Harzformmaterials 12 ist auf dem magnetischen Leitblech 13 festgemacht. Deshalb
leitet das magnetische Leitblech 13 den gestörten Magnetstrom
m, welcher von der Störungsquelle
G ausgestoßen
wird, und leitet ihn in die strahlenförmige Richtung des Rotors 2.
Im Ergebnis wird die negative Beeinflussung des gestörten Magnetstroms
m auf die Magnetwiderstandselemente 9a–11a verringert. Das
macht es einfacher Veränderungen
im Magnetstrom Z zu ermitteln, welche durch die magnetischen Wegänderungsteile 6a–6c hervorgerufen
werden, die sich zwischen den Vormagnetisierungsmagneten 9b– 11b und
dem Achsenzentrum 0 bewegen. Auf diese Weise kann das Sensorteil 3 zuverlässig die Rotation
der Rotationsplatte 2 ermitteln.
- (2) Da das magnetische Leitblech 13 der ersten Ausführungsform
aus einem magnetischen Material gebildet ist, leitet das magnetische
Leitblech 13 den gestörten
Magnetstrom m, welcher von der Störungsquelle G ausgestrahlt
wird, in eine Richtung, in der das Sensorteil 3 durch den
gestörten
Magnetstrom m nicht negativ beeinflußt wird.
- (3) Da die Störungsquelle
G nahe dem Rotationspositionssensor 1 plaziert werden kann,
wird die Freiheit erhöht,
Teile in der Anordnung zu positionieren, nicht gezeigt, was auch
den Rotationspositionssensor 1 als eine Komponente umfaßt.
- (4) Bei der ersten Ausführungsform
dient das magnetische Leitblech 13 als eine Unterstützung zum
Unterstützen
des Sensorteils 3 als auch als ein Leitblech 13 zum
Leiten des gestörten
Magnetflusses m. Auf diese Weise kann der Rotationspositionssensor 1 zuverlässig die
Rotation des Rotors 2 bestimmen ohne, verglichen mit dem
Rotationspositionssensor 51, die Anzahl von Teilen zu erhöhen.
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(Zweite Ausführungsform)
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Eine zweite Ausführungsform des Rotationspositionssensors
wird mit Verweis auf die 6 bis 8 nunmehr beschrieben. Die
Rotationspositionssensoren der folgenden Ausführungsformen, die zweite Ausführungsform
eingeschlossen, sind Modifikationen der ersten Ausführungsform
und die Bestandteile, welche denen der ersten Ausführungsform ähnlich sind,
haben die selben Referenznummern und werden nicht im Einzelnen beschrieben.
Die folgende Beschreibung konzentriert sich auf Unterschiede zu der
ersten Ausführungsform.
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Wie in 6 erläutert hat
ein Rotationspositionssensor 15 oder ein Rotationsdetektor
nach der zweiten Ausführungsform
ein Sensorteil 3, welches an einem magnetischen Leitkörper 16 befestigt
ist, der aus Eisen gemacht ist und als Unterstützung dient. Der magnetische
Leitkörper 16 wirkt
auch als ein Abschirmelement. Der magnetische Leitkörper 16 hat
einen flachen Plattenbereich 16a und einen gewölbten Bereich 16b,
welcher mit dem flachen Plattenbereich 16a integriert gebildet
ist.
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Der flache Plattenbereich 16a befindet
sich mit der Platte des Rotors 2 in einer Ebene. Die gesamte
Grundfläche
des Harzformmaterials 12 ist auf dem flachen Plattenbereich 16a befestigt.
Auch die gesamte gewölbte äußere Oberfläche des
Harzformmaterials 12 ist an der inneren Oberfläche des
gewölbten
Bereichs 16b befestigt. Wie in 8 erläutert,
ist der gewölbte
Bereich 16b so plaziert, daß der Magnetstrom Z der ersten,
zweiten und dritten Vormagnetisierungsmagneten 9b–11b durch
den gewölbten
Bereich 16b gleitet wird.
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Im folgenden wird die Funktionsweise
des Rotationspositionssensors 15 nach der zweiten Ausführungsform
beschrieben.
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Wie in 7 erläutert, ist
der magnetische Pfad des gestörten
Magnetflusses m durch den Rotor 2 und den flachen Plattenbereich 16a nach
oben zum äußeren Ende
des flachen Plattenbereichs 16a gebildet. Der magnetische
Pfad erstreckt sich ausdrücklich
bis zu einer Verbindung zwischen dem flachen Plattenbereich 16a und
dem gewölbten
Bereich 16b und dehnt sich weiter durch den gewölbten Bereich 16b in
Achsenrichtung aus. Anschließend
erstreckt sich, wie gezeigt, der magnetische Pfad weiter vom äußeren Ende
des gewölbten
Bereichs 16b in die Achsenrichtung. Im Ergebnis wird das
Meiste des gestörten
Magnetflusses m zum magnetischen Leitblech 16 geführt, welches
die Bildung eines magnetische Pfads vom äußeren Bereich des Rotors 2 zu den
magnetischen Wegänderungsteilen 6a–6c verhindert.
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Als nächstes wird eine Änderung
des Magnetflusses, der von dem ersten Vormagnetisierungsmagneten 9b des
ersten Magnetsensorteils 9 ausgestoßen wird, verursacht durch
den Leitkörper 16,
beschrieben.
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Wie durch eine gestrichelte Linie
in 8 angedeutet wird
der Magnetstrom Z, welcher vom N-Pol des ersten Vormagnetisierungsmagneten 9b ausgeht und
versucht, hinter den gewölbten
Bereich 16b zu kommen, um zum S-Pol zurückzukommen, von dem gewölbten Bereich 16b geleitet,
um durch den gewölbten
Bereich zu dringen und zum S-Pol zurück zu kehren.
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Aus diesem Grund verringert die Existenz des
gewölbten
Bereichs 16b der magnetischen Leitplatte 16 den
Raum, über
den sich der jeweilige Magnetstrom Z ausbreitet, so daß der Magnetstrom
Z nahe dem ersten Vormagnetisierungsmagneten 9b dichter
ist als wenn der magnetische Leitkörper 16 keinen gewölbten Bereich
aufweist. Da sich die Dichte des Magnetstroms Z, welcher von dem
ersten Magnetwiderstandselement 9a erhalten wird, erhöht, wird
die Fähigkeit
des Sensors, der die Anwesenheit oder Abwesenheit des magnetischen
Wegänderungselements 6a und
der magnetischen Wegänderungselemente 6b, 6c ermittelt,
verbessert. Ein ähnlicher
Effekt, wie im Hinblick auf das erste Magnetsensorteil 9 beschrieben,
wird in dem zweiten Magnetsensorteil 10 und dem dritten
Magnetsensorteil 11 auf ähnliche Weise erzielt.
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Der Rotationspositionssensor 16 der
zweiten Ausführungsform
hat neben den Vorteilen (2)–(4)
der ersten Ausführungsform
folgende Vorteile.
- (1) Bei der zweiten Ausführungsform
entspricht die flache innere Kante des Plattenbereichs 16a des
magnetischen Leitkörpers 16 der äußeren Kante
des Rotors 2. Die gesamte Grundfläche des Harzformmaterials 12 ist
an dem flachen Plattenbereich 16a befestigt. Auch die innere
Oberfläche
des gewölbten
Bereichs 16b des magnetischen Leitkörpers 16 ist an der äußeren gewölbten Oberfläche des
Harzformmaterials 12 befestigt. Deshalb wird der gestörte Magnetfluß m, welcher
von der Störungsquelle
G ausgestrahlt wird, von dem magnetischen Leitkörper 16 geleitet und von
dem gewölbten
Bereich 16b des magnetischen Leitkörpers 16 aus in Achsenrichtung
geführt.
Als
ein Ergebnis wird der negative Effekt des gestörten Magnetflusses m auf die
Magnetwiderstandselemente 9a–11a verringert. Das
macht es einfacher Veränderungen
innerhalb des Magnetstroms Z zu erkennen, welche durch die magnetischen
Wegänderungsteile 6a–6c verursacht
werden, die zwischen den Vormagnetisierungsmagneten 9b–11b und
der Achse 0 passieren. Auf diese Weise erkennt das Sensorteil 3 zuverlässig die Rotation
des Rotors 2.
- (2) Bei der zweiten Ausführungsform
ist der gewölbte
Bereich 16b des magnetischen Leitkörpers 16 so plaziert,
daß der
Magnetfluß Z
der Vormagnetisierungsmagneten 9b– 11b durch den magnetischen
Leitkörper 16 hindurch
dringt. Als ein Ergebnis wird der Magnetfluß Z, welcher versucht sich
hinter dem gewölbten
Bereich 16b des magnetischen Leitkörpers 16 auszudehnen,
in den gewölbten
Bereich 16b geleitet, wodurch die Verbreitung des Magnetflusses
Z verringert wird. Hierdurch wird die Dichte des Magnetflusses Z, der
durch die Magnetwiderstandselemente 9a– 11a dringt, erhöht, wodurch
die Genauigkeit der Prüfung
der Anwesenheit oder Abwesenheit der magnetischen Wegänderungsteile 6a–6c zwischen
den Vormagnetisierungsmagneten 9b–11b und der Achse 0 erhöht wird.
-
(Dritte Ausführungsform)
-
Im Folgenden wird eine dritte Ausführungsform
eines Rotationspositionssensors mit Verweis auf die 9 bis 11 beschrieben.
-
Wie in 9 erläutert, weist
ein Rotationspositionssensor 20 oder ein Rotationsdetektor
nach der dritten Ausführungsform
ein Harzformmaterial 12 auf, welches am magnetischen Leitkörper 21 befestigt
ist und durch dieses unterstützt
wird, das aus Eisen gebildet ist und als Unterstützung dient. Der magnetische
Leitkörper 21 dient
ebenfalls als Abschirmelement. Der magnetische Leitkörper 21 beinhaltet
einen Kanalbereich und eine Endplatte 21d, 21e.
Wie in 10 erläutert weist
der Kanalbereich 19 einen ersten flachen Plattenbereich 21a,
einen gewölbten Bereich 21b und
einen zweiten flachen Plattenbereich 21c auf. Ein äußeres Ende
des ersten flachen Plattenbereichs 21a ist mit einer entsprechenden Seite
des gewölbten
Bereichs 21b verbunden, und die gegenüberliegende Seite des gewölbten Bereichs 21b ist
mit einem äußeren Ende
des zweiten flachen Plattenbereichs 21c verbunden.
-
Die Enden des Harzformmaterials 12,
welche den Enden des Kanalbereichs 19 entsprechen, sind
mit den Plattenenden 21d, 21e abgedeckt, beziehungsweise
diese sind an dem Harzmaterial 12 befestigt. Der Kanalbereich 19 und
die Endplatten 21d, 21e bedecken fünf Oberflächen eines
Sensorteils 3. Die innere Oberfläche des Harzmaterials ist, wie
in 10 gezeigt, unbedeckt.
Wie in 11 erläutert sind
der gewölbte
Bereich 21b und der zweite flache Plattenbereich 21c so
plaziert, daß der
Magnetstrom Z des ersten, zweiten und dritten Vormagnetisierungsmagneten 9b–11b durch
den zweiten flachen Plattenbereich 21c dringt.
-
Als nächstes wird die Funktionsweise
des Rotationspositionssensors 20 der dritten Ausführungsform
beschrieben. Die Beschreibung der Funktionsweise der dritten Ausführungsform
konzentriert sich hierbei auf die Unterschiede zur zweiten Ausführungsform.
-
Wie in 10 erläutert, führt ein
magnetischer Pfad des gestörten
Magnetstroms m durch den Rotor 2, den ersten flachen Plattenbereich 21a und den
gewölbten
Bereich. Der magnetische Pfad dehnt sich weiter durch den zweiten
flachen Plattenbereich 21c hin zur Achse 0 aus.
Der magnetische Pfad führt weiter
zu dem distalen Ende des zweiten flachen Plattenbereichs 21c und
erstreckt sich von dort in Richtung der Achse 0. Als ein
Ergebnis wird das Meiste des gestörten Magnetstroms m zu dem
magnetischen Leitkörper 21 geleitet,
wodurch die Bildung eines magnetischen Pfads vom Außenrand
des Rotors 2 zu den magnetischen Wegänderungsteilen 6a–6c verringert
wird.
-
Als nächstes wird eine durch den
magnetischen Leitkörper 21 hervorgerufene
Veränderung
im Magnetstrom Z, welcher vom ersten Vormagnetisierungsmagneten 9b des
ersten magnetischen Sensorteils 9 ausgestoßen wird,
beschrieben.
-
Wie in 11 durch
eine gestrichelte Linie angedeutet, wird der Magnetstrom Z, der
sich vom N-Pol des ersten Vormagnetisierungsmagneten 9b in Richtung
des zweiten flachen Plattenbereichs 21c erstreckt und versucht
hinter den zweiten flachen Plattenbereich 21c zu dringen,
um so zum S-Pol zurückzukehren,
von dem magnetischen Leitkörper 21 geführt. Das
bringt den Magnetstrom Z dazu durch den flachen Plattenbereich 21c und
den gewölbten
Bereich 21b zu dringen und zum S-Pol zurückzukehren. Eine ähnliche
Wirkung tritt bei dem zweiten magnetischen Sensorteil 10 und
dem dritten magnetischen Sensorteil 11 auf.
-
Der Rotationspositionssensor 20 der
dritten Ausführungsform
hat zusätzlich
zu den Vorteilen (2)–(4)
der ersten Ausführungsform
und dem Vorteil (2) der zweiten Ausführungsform folgende Vorteile.
- (1) Der magnetische Leitkörper 21 der dritten
Ausführungsform
bedeckt den Außenbereich
des Harzformmaterials 21 derart, daß die Oberfläche, welche
gegenüber
von dem magnetischen Wegänderungsteil 6a liegt, unbedeckt
ist. Auf diese Weise befindet sich der erste flache Plattenbereich 21a des
magnetischen Leitkörpers 21 in
der gleichen Ebene wie die Platte des Rotors 2. Deshalb
wird der gestörte
Magnetstrom m, welcher von der Störungsquelle G ausgestoßen wird,
zu dem magnetischen Leitkörper 21 geleitet
und weiter von dem ersten flachen Plattenbereich 21c des
magnetischen Leitkörpers 21 aus
zu der Achse 0 geleitet.
-
Als ein Ergebnis wird die negative
Wirkung des gestörten
Magnetflusses m auf die Magnetwiderstandselemente 9a–11a
verringert. Das macht es einfacher eine Veränderung im Magnetstrom Z, welche
durch die magnetischen Wegänderungsteile 6a–6c hervorgerufen
wird, die sich zwischen den Vormagnetisierungsmagneten 9b–11b und
der Achse bewegen, zu ermitteln. Auf diese Weise kann das Sensorteil 3 zuverlässig die
Rotation der Rotationsplatte ermitteln.
-
(Vierte Ausführungsform)
-
Eine vierte Ausführungsform eines Rotationspositionssensors
wird nun mit Verweis auf die 12 bis 14 beschrieben.
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Bei der vierten Ausführungsform
wird die magnetische Leitplatte 13 weggelassen.
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Wie in 12 erläutert, weist
ein Rotationspositionssensor 30 oder ein Rotationsdetektor
nach der vierten Ausführungsform
ein Harzformmaterial 12 auf, welches an der magnetischen
Leitplatte 31, die aus Eisen ist und als Unterstützung dient,
befestigt ist und durch diese unterstützt wird. Die magnetische Leitplatte 31 fungiert
auch als ein Abschirmelement. Die magnetische Leitplatte 31 befindet
sich auch weiter weg vom Rotor 2 als die magnetischen Sensorteile 9–11.
-
Wie in den 12 und 13 erläutert, ist
die magnetische Leitplatte gebogen. Die magnetische Leitplatte 31 ist
nahe den distalen Enden der magnetischen Wegänderungsteile 6a–6c plaziert
und ist zu der Platte des Rotors parallel. Das Harzformmaterial 12 ist
an der Grundfläche
der magnetischen Leitplatte 31 befestigt.
-
Die magnetische Leitplatte 31 wird
mit anderen Worten in die Richtung des Magnetstroms Z der Vormagnetisierungsmagneten 9b–11b ausgerichtet. Die
magnetische Leitplatte 31 ist aus Eisen hergestellt. Die magnetische
Leitplatte 31 wird, wie in 14 erläutert, zudem
so ausgerichtet, daß der
Magnetstrom Z der Vormagnetisierungsmagneten 9b–11b die
magnetische Leitplatte 31 durchdringt.
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Als nächstes wird die Funktionsweise
des Rotationspositionssensors 30 der vierten Ausführungsform
beschrieben. Die Beschreibung der Funktionsweise der vierten Ausführungsform
konzentriert sich hierbei auf die Unterschiede zu der ersten Ausführungsform.
-
Wie in 13 erläutert führt der
magnetische Pfad des gestörten
Magnetflusses m durch den Rotor 2 zu den distalen Enden
der magnetischen Wegänderungsteile 6a–6c.
Der magnetische Pfad wird dann weiter durch die magnetische Leitplatte 31 in
kreisförmiger
Richtung geleitet (welches die Richtung des Magnetstroms Z des ersten
Vormagnetisierungsmagneten 9b ist). Anschließend dehnt
sich der magnetische Pfad von dem äußeren Rand der magnetischen
Leitplatte 31 in kreisförmiger
Richtung aus.
-
Eine ähnliche Wirkung wird von dem
zweiten und dritten magnetischen Sensorteilen 10, 11 erzielt.
-
Als ein Ergebnis wird der gestörte Magnetfluß m, der
von dem Rotor 2 in Richtung der magnetischen Wegänderungsteile 6a–6c ausgestoßen wird, zu
der magnetischen Leitplatte 31 geleitet. Aus diesem Grund
wird der gestörte
Magnetstrom m, welcher sich von den magnetischen Wegänderungsteilen 6a–6c zu
den Magnetwiderstandselementen 9a–11a ausbreitet, reduziert.
Deshalb ist es möglich den
gestörten
Magnetstrom m daran zu hindern, die Magnetwiderstandselemente 9a–11a negativ
zu beeinflussen.
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Als nächstes wird eine Veränderung
im Magnetstrom Z, welcher von dem ersten Vormagnetisierungsmagneten 9b des
ersten magnetischen Sensorkörpers 31 ausgestoßen wird,
beschrieben.
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Wie in 14 durch
eine gestrichelte Linie angedeutet, wird der Magnetstrom Z, welcher
vom N-Pol des ersten Vormagnetisierungsmagneten 9b ausgeht
und versucht sich in Richtung der magnetischen Leitplatte 31 zu
bewegen und hinter die magnetische Leitplatte 31 zu kommen,
um anschließend zum
S-Pol zurückzukehren,
von der magnetischen Leitplatte 31 geführt. Dies führt dazu, daß der Magnetstrom
Z durch die magnetische Leitplatte 31 dringt und zum S-Pol
zurückkehrt.
Eine ähnliche
Wirkung wird bei dem zweiten magnetischen Sensorteil 10 und
dem dritten magnetischen Sensorteil 11 erzielt.
-
Der Rotationspositionssensor 30 der
vierten Ausführungsform
hat neben den Vorteilen (2)–(4)
der ersten Ausführungsform
folgende Vorteile.
- (1) Bei der vierten Ausführungsform
ist die magnetische Leitplatte 31 nahe den distalen Enden der
magnetischen Wegänderungsteile 6a–6c und entlang
einer parallelen Ebene zu der Platte des Rotors 2 plaziert.
Außerdem
befindet sich die magnetische Leitplatte 31 weiter von
der Rotationsplatte 2 weg als die magnetischen Sensorteile 9– 11.
Zusätzlich
ist das Harzformmaterial 12 auf der Grundfläche der
magnetischen Leitplatte 31 befestigt. Auf diese Weise verbreitet
sich der gestörte
Magnetstrom m, welcher von der Störungsquelle G ausgestoßen wird,
in Richtung der magnetischen Wegänderungsteile 6a–6c.
Anschließend wird
der gestörte
Magnetstrom m von den distalen Enden der magnetischen Wegänderungsteile 6a–6c zu
der magnetischen Leitplatte 31 geleitet und von der magnetischen
Leitplatte 31 aus in Richtung der Achse 0 weitergeleitet.
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Als ein Ergebnis wird die negative
Wirkung des gestörten
Magnetstroms m auf die Magnetwiderstandsteile 9a– 11a verringert.
Dies macht es einfacher eine Veränderung
im Magnetstrom Z, die durch die magnetischen Wegänderungsteile 6a–6c hervorgerufen
wird, welche sich zwischen den Vormagnetisierungsmagneten 9b–11b und
der Achse 0 bewegen, zu ermitteln. Auf diese Weise kann
das Sensorteil 3 zuverlässig
die Rotation der Rotationsplatte 2 ermitteln.
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Die jeweiligen Ausführungsformen
können wie
folgt verändert
werden.
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Während
die magnetische Leitplatte 13, der magnetische Leitkörper 16 und
der magnetischen Leitkörper 21 der
jeweiligen beschriebenen Ausführungsformen
aus Eisen gebildet sind, können
sie auch aus Nickel, Kobalt oder einer magnetischen Legierung aus
diesen Elementen gemacht werden. Außerdem können sie aus einer Eisenlegierung
gebildet werden.
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Während
bei den Anordnungen der jeweiligen oben beschriebenen Ausführungsformen
die Vormagnetisierungsmagneten 9b–11b so ausgerichtet
sind, daß der
N-Pol sich näher
an der Achse 0 als an dem S-Pol befindet, kann dieses Verhältnis auch umgedreht
werden.
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Bei der dritten Ausführungsform
können
die Endplatten 21d, 21e weggelassen werden.
-
Bei der ersten, zweiten und vierten
Ausführungsform
können
die Endplatten 21d, 21e der dritten Ausführungsform
beigefügt
werden.
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Die Anordnung der ersten Ausführungsform kann
die magnetische Leitplatte 31 der vierten Ausführungsform
aufweisen.
-
Deshalb sind die vorliegenden Beispiele
und Ausführungsformen
als erläuternd
und nicht begrenzend zu verstehen und die Erfindung kann nicht auf
die hier angegebenen Einzelheiten begrenzt werden, sondern kann
vielmehr innerhalb des Schutzumfangs und der Äquivalenz der beigefügten Ansprüche verändert werden.