DE60217457T2

DE60217457T2 - Positionssensor

Info

Publication number: DE60217457T2
Application number: DE60217457T
Authority: DE
Inventors: Masahisa Kadoma-shi NIWA
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2001-06-29
Filing date: 2002-06-28
Publication date: 2007-10-25
Anticipated expiration: 2022-06-29
Also published as: CN1464972A; US6909279B2; KR100487878B1; CN1247961C; US20030173952A1; EP1314964A1; EP1314964B1; EP1314964A4; DE60217457D1; KR20040014981A; WO2003002947A1

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Erfindung betrifft einen Positionssensor zum Detektieren einer Verlagerung eines bewegbaren Gegenstands bzw. Objekts.
STAND DER TECHNIK
Dokument U.S. 5,107,211 A offenbart einen Positionssensor umfassend eine Konstantstromschaltung zum Ausgeben eines Konstantstroms bzw. Dauerstroms; einen detektierenden bzw. Detektionsabschnitt, der eine Detektionsspule beinhaltet, zu welcher der Konstantstrom zugeführt wird; einen Kern, der aus einem magnetischen Material hergestellt bzw. gefertigt ist, wobei der Kern relativ zu der Detektionsspule in einer axialen Richtung der Detektionsspule verlagert ist; und eine Signalverarbeitungsschaltung zum Ausgeben eines Verschiebungs- bzw. Verlagerungssignals, das für Positionsdaten des Kerns relativ zu der Detektionsspule hinweisend ist.
Dokument U.S. 5,115,193 A offenbart einen ähnlichen Positionssensor. Dieses Dokument zieht Temperaturänderungen in Betracht, indem ein temperaturempfindliches Element bereitgestellt wird.
Ein weiterer Positionssensor ist in Dokument JP 9-33202 A geoffenbart.
Vordem wurde ein Positionssensor vorgeschlagen, der in einer derartigen Weise konstruiert ist, daß ein Kern durch eine Detektionsspule durchgeführt wird, um eine Änderung einer Impedanz der Detektionsspule zu detektieren und ein Signal auszugeben, das für eine Verlagerung des Kerns relativ zur Detektionsspule hinweisend ist. 34 ist ein Diagramm, das schematisch einen detektierenden bzw. Detektionsabschnitt eines derartigen herkömmlichen Positionssensors illustriert. 35 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen einer Verlagerung X eines Kerns und einer Wechselstromimpedanz oder AC Impedanz Zac einer Detektionsspule 2 (sic) zeigt. 36 ist ein Diagramm, das eine Gesamtkonfiguration der Schaltung des Positionssensors zeigt. Die AC Impedanz Zac weist eine Komponente einer reellen Zahl und eine Komponente einer imaginären Zahl auf. In 35 ist, je größer die Verlagerung X ist, um so mehr die durchtretende Größe des Kerns 301 durch die Detektionsspule 302 mit dem Resultat, daß die AC Impedanz Zac zunimmt. Alternativ kann der Positionssensor in einer derartigen Weise konfiguriert sein, daß, je größer die Verlagerung X ist, um so geringer die durchtretende Größe des Kerns 301 durch die Detektionsspule 302 ist, so daß die AC Impedanz Zac abnimmt, wenn die Verlagerung bzw. Verschiebung X zunimmt.
In dem oben konstruierten Positionssensor wird allgemein ein Wechselstrom zu der Detektionsspule 302 zugeführt, um eine Amplitude und eine Phase einer Spannung zu detektieren, die an den gegenüberliegenden Enden der Detektionsspule 302 detektiert wird, um eine geeignete Signalverarbeitung durchzuführen. Der Grund zum Zuführen eines Wechselstroms ist es, eine Spannungsamplitude zu erhalten, die proportional zur AC Impedanz Zac der Detektionsspule 302 ist.
Im Fall, daß der Kern 301 aus einem magnetischen Material hergestellt ist, ist es jedoch bekannt, daß das Temperaturänderungsverhältnis (Temperaturkoeffizient) der Impedanz Z der Detektionsspule 302 beim Durchtreten des Kerns 301 durch die Spule 302 nicht gleichmäßig relativ zur Verlagerung X des Kerns 301 ist, mit dem Ergebnis, daß das Temperaturänderungsverhältnis Δ(dZac/dt) zunimmt, wenn die durchtretende Größe des Kerns 301 durch die Spule 302 zunimmt. Als ein Ergebnis ist es notwendig, eine Ausgabespannung der Detektionsspule 302 hinsichtlich einer Schaltung auszugleichen, wobei die Konfiguration die Temperaturänderung in Betracht zieht bzw. berücksichtigt, welche die Schaltungskonfiguration des Positionssensors kompliziert macht.
US Patent Nr. 5,003,258, Nr. 4,864,232, Nr. 5,898,300 usw. schlagen eine Technik vor, um die obigen Nachteile zu lösen. 38 ist ein Diagramm, das in US Patent Nr. 5,003,258 geoffenbart ist. Was in diesen Patentveröffentlichungen inhärent geoffenbart ist, ist eine Anordnung, in welcher eine Detektionsspule 402 so hergestellt ist bzw. wird, um eine Temperaturänderung einer Impedanz Z (Induktanzkomponente), die aus einem magnetischen Glied 421 eines Kerns 401 resultiert, und eine Temperaturänderung einer Impedanz Z (Wirbelstromkomponente) aufzuheben, die aus einem nicht magnetischen Glied 422 des Kerns 401 resultiert.
Spezifisch schlägt der obige Stand der Technik eine Technik zum Verringern der Abhängigkeit des Temperaturkoeffizienten der Impedanz Z der Detektionsspule 402 von der Verlagerung X des Kerns 401 vor, indem die Anordnung der Detektionsspule 402 und peripheren bzw. Zusatzvorrichtungen davon in einem Versuch bereitgestellt werden, das Problem zu lösen, daß der Temperaturkoeffizient der Impedanz Z von der Verlagerung X abhängt. Jedoch sind sogar in der obigen Anordnung verschiedene Probleme aufgetreten, wie beispielsweise eine Zunahme der Anzahl von Teilen, die den Positionssensor bilden, eine Schwierigkeit in einer Positionierung der Teile relativ zu anderen Teilen, eine Beschränkung beim Designen bzw. Entwerfen der Detektionsspule, eine beschränkte Verwendung eines Sensors und ein Ansteigen von Kosten beim Herstellen des Sensors aufgrund dieser Gründe.
39 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen einer Verlagerung X der Detektionsspule 302 und einer AC Impedanz Zac der Detektionsspule 302, die in 34 gezeigt ist, in einem Zustand näher einem tatsächlichen Zustand als jenem zeigt, der in 35 gezeigt ist. In 39 zeigt die AC Impedanz Zac eine lineare Beziehung zur Verlagerung X an einem zwischenliegenden Teil des Hubs. Jedoch wird die Linearität an den gegenüberliegenden Enden des Hubs verloren. Insbesondere in dem Fall, wo die durchtretende Größe des Kerns 301 durch die Detektionsspule 302 klein ist, wird die Linearität bemerkenswert verloren. Dies wird angenommen, weil ein Führungsende des Kerns 301 nicht zur Zunahme der Impedanz Z der Detektionsspule 302 so viel wie das restliche Teil des Kerns 301 beiträgt. Ein derartiges Phänomen wird manchmal als "Endeffekt" bezeichnet.
Normalerweise ist der Sensor in einer derartigen Weise konstruiert, daß eine Linearität an einem dazwischenliegenden Teil des Hubs in Übereinstimmung mit einer gewünschten Verlagerungszone auftritt. Jedoch kann eine gewünschte Linearität aus den oben erwähnten Gründen beispielsweise in dem Fall nicht erhalten werden, wo der Positionssensor auf eine Abmessungsbeschränkung trifft.
Als nächstes werden einige der Probleme betreffend die Konstruktion beschrieben, an welchen der Stand der Technik gelitten hat. Eine Maßnahme wird in dem Aspekt einer Form bzw. Gestalt des Positionssensors vorgeschlagen, um die Linearität des Positionssensors zu verbessern. Spezifisch gibt es eine Technik, das Verhältnis der Querschnittsfläche des Kerns 301 relativ zu der Querschnittsfläche des Wicklungsteils an einer Spindel bzw. Spule 315 zu erhöhen (siehe 34), indem die Querschnittsfläche des Wicklungsteils auf der Spule 315 so viel wie möglich verringert wird. In einem derartigen Fall ist es bevorzugt, den Frei- bzw. Spielraum, der durch den Kern 301 und die Innenwand der Spule 315 (Seitenoberfläche gegenüberliegend dem Durchgangsloch) definiert ist, entsprechend dem Wicklungsteil klein festzulegen.
So weit die Spule 315 aus einem nicht metallischen Material, wie beispielsweise Kunststoff hergestellt ist, beeinflußt ein Kontakt des Kerns 301 mit der Innenwand der Spule 315 nicht sehr elektrische Merkmale bzw. Eigenschaften (Spulenimpedanz oder dgl.) des Positionssensors. Jedoch ist es sehr wahrscheinlich, daß ein Kontakt des Kerns 301 mit der Innenwand der Spule 315 eine glatte bzw. sanfte Verlagerung des Kerns 301 relativ zur Detektionsspule 302 blockieren kann, was Nachteile, wie beispielsweise eine Deformation des Kerns 301 und Generierung bzw. Erzeugung einer mechanischen Hysterese erzeugen kann.
Insbesondere ist es sehr wahrscheinlich, daß ein rotierender Positionssensor auf die oben erwähnten Nachteile tref fen kann, weil ein Positionieren eines gekrümmten Kerns relativ zu einer gekrümmten Detektionsspule schwierig ist, und der Kern häufig die Innenwand der Spindel kontaktiert.
Weiterhin kann der rotierende Positionssensor auf die folgenden Probleme in Bezug auf die Spulenwicklung bzw. -windung treffen. Eines der Probleme besteht darin, daß ein gleichförmiges Wickeln schwierig ist, weil die Spule gekrümmt ist. Dadurch kann eine lange Zeitdauer zum Wickeln eines Drahts auf der gekrümmten Spule benötigt werden. Ein anderes Problem tritt zum Zeitpunkt eines Wickelns eines Drahts auf der gekrümmten Spule auf. Spezifisch ändert sich die Krümmung der Spule nach einem Wickeln lokal im Vergleich mit der Krümmung davon vor einem Wickeln aufgrund einer Spannungskraft, die auf die Spule zum Zeitpunkt eines Wickelns ausgeübt wird. Somit wird ein glattes Durchtreten des Kerns durch die Spule durch die veränderte Dimension bzw. Abmessung der Innenwand der Spule entsprechend dem Wicklungsteil blockiert. In einem schlechtesten Fall wird eine Verlagerung eines beweglichen Gegenstands auf einem halben Weg seiner Verlagerung unmöglich gemacht.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Ein Ziel bzw. Gegenstand dieser Erfindung ist es, einen Positionssensor bereitzustellen, der es ermöglicht, eine Änderung eines Temperaturkoeffizienten einer Impedanz einer Detektionsspule relativ zur Verlagerung bzw. Verschiebung eines Kerns mit einer vereinfachten Schaltungskonfiguration auszugleichen bzw. zu kompensieren.
Ein Positionssensor gemäß einem Aspekt dieser Erfindung umfaßt: eine Konstantstromschaltung zum Ausgeben eines Kon stantstroms bzw. Dauerstroms, welcher durch ein Überlagern eines Wechselstroms, der eine gegebene Frequenz und eine gegebene Amplitude aufweist, über einen Gleichstrom erhalten ist, der eine gegebene Amplitude aufweist; einen detektierenden bzw. Detektionsabschnitt, beinhaltend eine erste Detektionsspule, zu welcher dieser Konstantstrom zugeführt ist bzw. wird; einen Kern, der aus einem magnetischen Material hergestellt bzw. gefertigt ist, wobei der Kern relativ zu der Detektionsspule in einer axialen Richtung der Detektionsspule verlagert ist bzw. wird und eine Signalverarbeitungsschaltung zum Ausgeben eines Verschiebungs- bzw. Verlagerungssignals, das für Positionsdaten des Kerns relativ zu der Detektionsspule hinweisend ist, basierend auf einem Peak- bzw. Spitzenwert einer Ausgangs- bzw. Ausgabespannung von dem Detektionsabschnitt nach bzw. bei einer Zufuhr des Konstantstroms, wobei

(a) wenigstens eines aus einem Verhältnis des Gleichstroms zu dem Wechselstrom des Konstantstroms und einem Verhältnis einer Wechselstromkomponente zu einer Gleichstromkomponente einer Impedanz in dem Detektionsabschnitt (50) in einer derartigen Weise festgelegt ist, daß eine Grenze einer Fluktuation eines Temperaturkoeffizienten des Spitzenwerts der Ausgabespannung von dem Detektionsabschnitt (50) in einer gesamten Verlagerungszone des Kerns (60) relativ zu der Detektionsspule (20) kleiner als eine Grenze einer Fluktuation eines Temperaturkoeffizienten der Wechselstromkomponente der Impedanz in dem Detektionsabschitt (50) bei der gegebenen Frequenz in der gesamten Verlagerungszone des Kerns (60) relativ zu der Detektionsspule (20) ist, oder
(b) wenigstens eine aus einer Temperaturcharakteristik des Verhältnisses des Gleichstroms zu dem Wechselstrom des Konstantstroms und einer Temperaturcharakteristik des Ver hältnisses der Wechselstromkomponente zu der Gleichstromkomponente der Impedanz in dem Detektionsabschnitt (50) derart ist, daß eine Grenze einer Fluktuation eines Temperaturkoeffizienten des Spitzenwerts der Ausgabespannung von dem Detektionsabschnitt (50) in einer gesamten Verlagerungszone des Kerns (60) relativ zu der Detektionsspule (20) kleiner als eine Grenze einer Fluktuation eines Temperaturkoeffizienten der Wechselstromkomponente der Impedanz in dem Detektionsabschnitt (50) bei der gegebenen Frequenz in der gesamten Verlagerungszone des Kerns (60) relativ zu der Detektionsspule (20) ist.

Gemäß der obigen Anordnung ist die Detektionsspule optimal abhängig vom Gegenstand für eine Positionsdetektion ausgewählt. Weiterhin wird eine Abhängigkeit eines Temperaturkoeffizienten einer Impedanz der Detektionsspule von einer Verlagerung des Kerns leicht durch ein Festlegen einer Konstante an der Schaltung verringert. Dadurch wird eine Änderung des Temperaturkoeffizienten einer Impedanz der Detektionsspule relativ zur Verlagerung des Kerns mit einer vereinfachten Schaltungskonfiguration ausgeglichen bzw. kompensiert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Diagramm, das eine Schaltungskonfiguration eines Positionssensors in Übereinstimmung mit einer ersten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt;
2 ist eine Draufsicht, die eine obere Oberfläche des Positionssensors in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt;
3 ist eine Seitenansicht im Schnitt, die den Positionssensor in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt;
4 ist eine Schnittansicht einer Detektionsspule in der ersten Ausführungsform dieser Erfindung;
5 ist ein Graph, der eine Wellenform einer Spannung zeigt, die an den entgegengesetzten Enden der Detektionsspule in der ersten Ausführungsform dieser Erfindung detektiert wird;
6 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen einem Rotationswinkel und einer Impedanz der Detektionsspule in der ersten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt;
7 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen einem Rotationswinkel und einer Ausgabespannung zeigt, die an den entgegengesetzten Enden der Detektionsspule in der ersten Ausführungsform dieser Erfindung detektiert wird;
8 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen einem Rotationswinkel und einem Temperaturkoeffizienten einer Ausgabespannung zeigt, die an den entgegengesetzten Enden der Detektionsspule in der ersten Ausführungsform dieser Erfindung detektiert wird;
9 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen einem Rotationswinkel und einem Temperaturkoeffizienten einer Peak- bzw. Spitzenspannung zeigt, die an den entgegengesetzten Enden der Detektionsspule in der ersten Ausführungsform dieser Erfindung detektiert wird;
10 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Schaltungskonfiguration einer Konstantstromschaltung und einer Signalbearbeitungsschaltung in der ersten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt;
11 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Schaltungskonfiguration einer oszillierenden Schaltung in der ersten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt;
12 ist ein Diagramm, das eine geänderte bzw. abgewandelte Schaltungskonfiguration einer Spannungs-Strom-Wandlerschaltung in der ersten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt;
13 ist ein Diagramm, das eine geänderte Schaltungskonfiguration der Konstantstromschaltung in der ersten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt;
14 ist ein Diagramm, das eine geänderte Schaltungskonfiguration in der ersten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt;
15 ist ein Referenzgraph, der eine Beziehung zwischen einem Rotationswinkel und einem Temperaturkoeffizienten einer Ausgabespannung zeigt, die an den entgegengesetzten Enden der Detektionsspule detektiert wird;
16 ist ein Diagramm, das eine äquivalente Schaltung einer Detektionsspule in einer zweiten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt;
17 ist ein Graph, der eine Variation bzw. Veränderung eines Widerstandswerts eines Kupferdrahts aufgrund eines Skineffekts in der zweiten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt;
18 ist ein Graph, der eine Variation eines Widerstandswerts eines Kupferdrahts aufgrund eines Nachbarschaftseffekts in der zweiten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt;
19 ist eine Liste, die Eigenschaften bzw. Merkmale von magnetischen Materialien zeigt, die in einem Kern in einer dritten Ausführungsform dieser Erfindung verwendet werden;
20A bis 20E sind Graphen, die eine Beziehung zwischen einem Drehwinkel und einer Linearität einer Wechselstromimpedanz einer Detektionsspule in der dritten Ausführungsform dieser Erfindung in Bezug auf jede Frequenz zeigen;
21A bis 21D sind Diagramme, die jeweils ein Endteil des Kerns in der dritten Ausführungsform dieser Erfindung zeigen;
22 ist eine Seitenansicht im Schnitt, die einen Positionssensor zeigt, der eine lineare Hubanordnung in der dritten Ausführungsform dieser Erfindung aufweist;
23A bis 23E sind Diagramme, die jeweils ein Endteil des Kerns, wobei seine Kante bzw. Rand entfernt ist, in der dritten Ausführungsform dieser Erfindung zeigen;
24 ist ein Diagramm, das eine Detektionsspule zeigt, die mit einem Paar von zurückhaltenden/fixierenden Gliedern an entgegengesetzten Enden davon in der dritten Ausführungsform dieser Erfindung versehen ist;
25 ist eine Draufsicht, die eine obere Oberfläche eines ersten Positionssensors zeigt, der mit zwei detektierenden Abschnitten in Übereinstimmung mit einer vierten Ausführungsform dieser Erfindung ausgestattet bzw. versehen ist;
26 ist eine Seitenansicht im Schnitt, die ein Teil des ersten Positionssensors in der vierten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt;
27 ist eine Draufsicht, die eine obere Oberfläche eines zweiten Positionssensors zeigt, der mit zwei detektierenden Abschnitten in Übereinstimmung mit der vierten Ausführungsform dieser Erfindung versehen ist;
28 ist eine Seitenansicht im Schnitt, die ein Teil des zweiten Positionssensors in der vierten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt;
29A und 29B zeigen eine erste Anordnung eines Verlagerungssignals in einer fünften Ausführungsform dieser Erfindung;
30A und 30B zeigen eine zweite Anordnung des Verlagerungssignals in der fünften Ausführungsform dieser Erfindung;
31A und 31B zeigen eine dritte Anordnung des Verlagerungssignals in der fünften Ausführungsform dieser Erfindung;
32 ist eine Schnittansicht, die eine Konstruktion eines Positionssensors in Übereinstimmung mit einer sechsten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt;
33 ist ein Diagramm, das eine Schaltungskonfiguration des Positionssensors in der sechsten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt;
34 ist eine Seitenansicht im Schnitt, die einen ersten Positionssensor gemäß dem Stand der Technik zeigt;
35 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen einer Verlagerung eines Kerns in dem ersten herkömmlichen Positionssensor und einer Wechselstromimpedanz einer Detektionsspule zeigt;
36 ist ein Diagramm, das eine Schaltungskonfiguration des ersten herkömmlichen Positionssensors zeigt;
37 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen einer Verlagerung eines Kerns in dem ersten herkömmlichen bzw. konventionellen Positionssensor und einem Temperaturkoeffizienten einer Wechselstromimpedanz der Detektionsspule zeigt;
38 ist eine Seitenansicht im Schnitt, die einen zweiten Positionssensor gemäß dem Stand der Technik zeigt; und
39 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen einer Verlagerung eines Kerns in dem ersten herkömmlichen Positionssensor und einer Wechselstromimpedanz der Detektionsspule in einem Zustand zeigt, der näher einem tatsächlichen Zustand ist.
BESTE ART UND WEISE ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen dieser Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
(Erste Ausführungsform)
1 ist ein Diagramm, das eine Schaltungskonfiguration eines Positionssensors in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt. 2 ist eine Draufsicht auf den Positionssensor. 3 ist eine Schnittansicht, die entlang einer Linie A-A' in 2 genommen ist. 4 ist eine Schnittansicht einer Detektionsspule 20.
Der Positionssensor in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform weist eine im allgemeinen U-Form im Querschnitt auf, und umfaßt die Detektionsspule 20, einen bewegbaren Block 23, einen Kern 60, einen Krümmungsausgleicher 24, ein Gehäuse 25, eine Konstantstromschaltung 30 und eine Signalbe- bzw. -verarbeitungsschaltung 40. Die Detektionsspule 20 wird durch ein Wickeln eines Drahts um eine gekrümmte Spule bzw. Spindel 22 herum hergestellt, welche eine gegebene Krümmung aufweist. Die gekrümmte Spule bzw. Haspel 22 weist eine allgemeine U-Form im Querschnitt auf und ist mit einer Beschichtung 21 an der inneren Oberfläche des U-förmigen Abschnitts davon versehen. Der bewegbare Block 23 ist ein zylindrischer Körper, der eine Rotationsachse aufweist, die koaxial mit dem Zentrum der gekrümmten Detektionsspule 20 ist, wobei ein Vorsprung bzw. eine Erhebung 23a an einem äußeren Teil des zylindrischen Körpers ausgebildet ist. Der Kern 60 ist aus einem magneti schen Material hergestellt und weist eine fixierte bzw. festgelegte Krümmung auf. Der Kern 60 ist durch einen hohlen Abschnitt der Detektionsspule 20 hinein und heraus bewegbar, wobei ein Ende davon mit der Vorwölbung bzw. Erhebung 23a verbunden ist. Der Krümmungsausgleicher 24 korrigiert eine Variation bzw. Veränderung der Krümmung der Detektionsspule 20. Das Gehäuse 25 montiert fest die Teile an ihren jeweiligen vorbestimmten Positionen an einer Oberfläche davon. Die Konstantstromschaltung 30 gibt an die Detektionsspule 20 einen konstanten bzw. Konstantstrom Id aus, welcher durch ein Überlagern eines Wechselstroms einer gegebenen Frequenz f und einer gegebenen Amplitude Iac über einen Gleichstrom Idc einer gegebenen Amplitude erhalten wird. Die Signalbearbeitungsschaltung 40 gibt ein Verlagerungssignal Vout aus, das für Positionsdaten des Kerns 60 relativ zur Detektionsspule 20 in Übereinstimmung mit einer Peak- bzw. Spitzenspannung V1 einer Spannung Vs (Detektionssignal) hinweisend ist, die an den entgegengesetzten Enden der Detektionsspule 20 detektiert ist bzw. wird. Die Spitzenspannung V1 wird durch einen Konstantstrom Id, der von der Konstantstromschaltung 30 ausgegeben wird, und einer Impedanz Z der Detektionsspule 20 bestimmt. Die Detektionsspule 20 bildet einen detektierenden bzw. Detektionsabschnitt 50 aus, welcher ein Detektionssignal in Antwort auf eine Zufuhr des Dauer- bzw. Konstantstroms Id ausgibt. In dieser Ausführungsform weist die gekrümmte Spule 22 eine allgemeine U-Form im Querschnitt auf, welche leicht durch ein Spritzgußformen oder sein Äquivalent geformt wird. Alternativ kann die Spule eine Konfiguration anders als die U-Form aufweisen.
Der Positionssensor weist eine derartige Konstruktion auf, daß, wenn bzw. da sich der bewegbare Block 23 um einen Drehwinkel θ von 0° bis 90° dreht, die durchtretende Größe des Kerns 60 durch die Detektionsspule 20 abnimmt. Die Konstantstromschaltung 30 beinhaltet eine oszillierende Schaltung 30a zum Generieren bzw. Erzeugen einer konstanten Spannung Vd', welche durch ein Überlagern einer Wechselstromspannung einer gegebenen Frequenz f und einer gegebenen Amplitude Vac' über eine Gleichstromspannung Vdc' einer gegebenen Amplitude erhalten wird, und eine Spannung-zu-Strom-Wandlerschaltung (V-I-Schaltung) 30b zum Wandeln der konstanten Spannung Vd', die von der oszillierenden Schaltung 30a ausgegeben wird, zu einem konstanten Strom Id.
Nun werden Temperaturcharakteristika eines Detektionssignals vom Detektionsabschnitt 50 beschrieben, indem Beispiele genommen werden. Normalerweise ist in einem Positionssensor ein Linearitätsfehler in einer Ausgabe eines Detektionssignals in einer bestimmten Verschiebungs- bzw. Verlagerungszone bei Raumtemperatur definiert, und ein Linearitätsfehler in einer Ausgabe über einen gesamten betriebsfähigen bzw. betätigbaren Temperaturbereich ist definiert, indem eine bestimmte Grenze dem Linearitätsfehler bei Raumtemperatur gegeben wird. Es soll angenommen werden, daß der Linearitätsfehler des Detektionssignals ± 1 % FS oder weniger bei Raumtemperatur ist, und ± 2 % FS oder weniger bei einer Temperatur, die von –40 bis +130°C reicht, innerhalb eines Bereichs eines Drehwinkels θ = 0 bis 90° für eine Positionsdetektion. In einem derartigen Fall ist es erforderlich, eine Toleranz eines Linearitätsfehlers aufgrund einer Temperaturänderung innerhalb etwa ± 1 % FS zu unterdrücken bzw. zu halten. Wenn die Raumtemperatur 30°C ist, erreicht eine Differenz bzw. ein Unterschied zwischen der Raumtemperatur und der höchsten Temperatur 100°C. Unter der Annahme, daß sich das Detektionssignal linear in Bezug auf die Temperaturänderung ändert, ist es erforderlich, die Grenze einer Fluktuation eines Temperaturänderungsverhältnisses (Temperaturkoeffizienten) auf ± 100 ppm/K oder weniger zu unterdrücken.
Auch bezüglich einer Verlagerung in einer gewünschten Verlagerungszone ist eine Spannung nach einer Temperaturkompensation auf ein Niveau einstellbar, das Raumtemperatur ± 100 ppm/K bei der Verlagerung entspricht, indem eine einfache Temperaturkompensationsschaltung zur Verfügung gestellt wird, die einen konstanten Temperaturkoeffizienten aufweist, solange die Grenze einer Fluktuation Δ(dV1/dT) des Temperaturkoeffizienten der Spitzenspannung V1 der Spannung Vs, die an beiden Enden der Detektionsspule 20 detektiert wird, nicht größer als ± 100 ppm/K ist. Dies ist, worauf die erste Ausführungsform der Erfindung abzielt.
Als nächstes wird eine Tätigkeit bzw. Arbeitsweise der ersten Ausführungsform beschrieben. Wie in 1 gezeigt, werden ein Wechselstrom Iac und ein Gleichstrom Idc gleichzeitig von der Konstantstromschaltung 30 zur Detektionsspule 20 zugeführt. Unter der Annahme, daß der DC- bzw. Gleichstromwiderstand der Detektionsspule 20 Zdc ist, ist eine AC- bzw. Wechselstromimpedanz der Detektionsspule bei einer Oszillationsfrequenz f Zac, und eine Spannung, die an den entgegengesetzten Enden der Detektionsspule 20 detektiert wird, ist Vs, worauf die Spannung Vs eine Summe der Gleichstromspannung Vdc und einer Wechselstromspannung Vac ist, und durch die folgende Gleichung (1) ausgedrückt wird:
(1): Vs = Vdc + Vac = Idc × Zdc + Iac × Zac (1)
In Gleichung (1) sind die Variablen jeweils eine komplexe Zahl. Jedoch wird, die Peak- bzw. Spitzenspannung V1 der Spannung Vs in Betracht ziehend, die Spitzenspannung V1 durch die folgende Gleichung (2) ausgedrückt: V1 = Vdc + Vac = Idc × Zdc + Iac × Zac (2)
In Gleichung (2) können die Variablen jeweils als eine reelle Zahl gehandhabt werden. Die Wellenform, die die Spannung Vs repräsentiert bzw. darstellt, wird durch eine Summe einer DC Spannung Vdc und einer AC Spannung Vac innerhalb der Spitzenspannung V1 ausgedrückt, wie dies in 5 gezeigt ist.
6 ist ein Graph, der Probedaten zeigt, die basierend auf tatsächlichen Messungen einer Impedanz einer Detektionsspule 20 erzeugt wurden, die durch ein Wickeln eines Kupfer-Nickel-Legierungsdrahts (GCN15 Drahts) hergestellt wurde, wobei der DC Widerstand Zdc und die AC Impedanz Zac der Detektionsspule 20 jeweils durch ein Festlegen des Drehwinkels θ, der in 2 gezeigt ist, als Abszissenachse geplottet bzw. dargestellt werden. In 6 ist bzw. wird die Impedanz Z völlig linear relativ zu dem Drehwinkel θ geändert. Was in 6 gezeigt ist, ist den tatsächlichen Messungen sehr ähnlich. In 6 sind Daten über den DC Widerstand Zdc und die AC Impedanz Zac bei jeweiligen Umgebungstemperaturen gezeigt: –40°C, +25°C, +85°C, +130°C.
Bei der Umgebungstemperatur von +25°C ist der DC Widerstand Zdc 188 Ω und der Temperaturkoeffizient ist 511 ppm/K. Dann wird die AC Impedanz Zac durch die Gleichung (3) ausgedrückt: Zac = (Z0 + Z' × θ) × {1 + (β0 + β' × θ) × T} (3)
In der obigen Gleichung ist Z0 = 636 Ω, Z' = –3,48 Ω/Grad, β0 = 478 ppm/K, β' = –2,49 ppm/K/Grad, wo θ ein Rotationswinkel ist, und T Grad C von Umgebungstemperatur. Hier ist der Temperaturkoeffizient einer AC Impedanz Zac 478 ppm/K bei θ = 0°, und 254 ppm/K bei θ = 90°. In diesem Fall erreicht die Grenze einer Fluktuation Δ(dZac/dT) 224 ppm/K.
Als nächstes werden die DC Spannung Vdc, die an den entgegengesetzten Enden der Detektionsspule 20 detektiert wird, die AC Spannung Vac und die Peak- bzw. Spitzenspannung V1 der Spannung Vs, die an den entgegengesetzten Enden der Detektionsspule 20 detektiert wird basierend auf der Gleichung (2) dargestellt, indem Idc = 1,5 mA, Iac = 0,3 mA eingestellt werden, wo Idc und Iac Gleichstrom und Wechselstrom sind, die jeweils von der Konstantstromschaltung 30 ausgegeben werden. Für eine einfache Berechnung wird das Temperaturänderungsverhältnis von Gleichstrom Idc, Wechselstrom Iac und Frequenz f als null angenommen. Die Resultate bzw. Ergebnisse eines Plottens bzw. Aufzeichnens sind in 7 gezeigt. Die Temperaturkoeffizienten dieser Faktoren sind in 8 gezeigt.
Wie aus 8 offensichtlich, reicht der Temperaturkoeffizient der Spitzenspannung V1 von etwa 450 bis 500 ppm/K innerhalb des Rotationswinkels θ = 0° bis 90°. Die Grenze einer Fluktuation Δ(dV1/dT) ist im wesentlichen 50 ppm/K, welches eine sehr enge Grenze ist. Demgemäß wird in Be tracht gezogen, daß ein Durchführen einer Temperaturkompensation in bezug auf eine Spitzenspannung V1 bei etwa 470 ppm/K es ermöglicht, die Spannung nach der Kompensation auf einen Wert, der der Raumtemperatur entspricht, im wesentlichen ohne Detektionsfehler zurückzuführen.
Als nächstes ist das Resultat eines Berechnens des Temperaturkoeffizienten der Spitzenspannung V1 in einer ähnlichen Art und Weise wie in 8 in 9 gezeigt. In 9 wird der Gleichstrom Idc, der von der Konstantstromschaltung 30 ausgegeben wird, stufenweise geändert, während der Wechselstrom Iac = 0,3 mA gehalten wird. Im Fall eines Gleichstroms Idc = 0 mA ist die Abhängigkeit des Temperaturkoeffizienten der Spitzenspannung V1 von der Verlagerung identisch mit jener der Impedanz Z der Detektionsspule 20 von der Verlagerung. Jedoch ist, wenn der Gleichstrom Idc zunimmt, der Temperaturkoeffizient der Spitzenspannung V1 näher dem Temperaturkoeffizienten der DC Spannung Vdc. Weiterhin neigt, wenn die durchtretende Größe des Kerns 60 durch die Detektionsspule 20 abnimmt (in dieser Ausführungsform in der Verlagerungszone, wo der Rotationswinkel θ groß ist), die Spitzenspannung V1 dazu, durch die DC Spannung Vdc beeinflußt zu werden, weil das Verhältnis der DC Spannung Vdc in der Spitzenspannung V1 groß ist (siehe 7).
Die Grenze einer Fluktuation Δ(dV1/dT) des Temperaturkoeffizienten der Peakspannung V1 wird erheblich durch ein Addieren bzw. Hinzufügen von Gleichstrom Idc sogar mit einer kleinen Menge im Vergleich mit dem Fall verringert, daß der Gleichstrom Idc = 0. Die Grenze einer Fluktuation Δ(dV1/dT) des Temperaturkoeffizienten der Peakspannung V1 wird durch ein Erhöhen der Menge des Gleichstroms Idc, der zu addieren bzw. hinzuzufügen ist, verringert. Jedoch kann keine weitere Verbesserung erwartet werden, wenn die Menge des Gleichstroms Idc, der hinzuzufügen ist, ein bestimmtes Niveau erreicht. Ein Vergrößern der Menge des Gleichstroms Idc, der hinzuzufügen ist, kann nämlich bzw. insbesondere einen elektrischen Stromverbrauch erhöhen. Im Hinblick darauf ist es geeignet bzw. angemessen, einen richtigen bzw. geeigneten Wert eines Gleichstroms Idc auszuwählen, indem der zulässige Stromverbrauch und die Grenze einer Fluktuation Δ(dV1/dT) des Temperaturkoeffizienten der Peakspannung V1 in Betracht gezogen bzw. berücksichtigt werden. In diesem Fall ist das Verhältnis des Gleichstroms Idc zum Wechselstrom Iac im Konstantstrom Id durch ein Einstellen einer DC Spannung Vdc' und einer AC Spannung Vac' einstellbar, welche beide von der oszillierenden Schaltung 30a bei einem geeigneten Niveau individuell generiert bzw. erzeugt werden.
Auch nimmt das Verhältnis einer AC Spannung Vac zur DC Spannung Vdc zu, wenn die Frequenz f der AC Spannung Vac' zunimmt, die von der oszillierenden Schaltung 30a generiert wird. Demgemäß kann das Verhältnis von Vac zu Vdc optimal durch ein geeignetes Auswählen der Frequenz f basierend auf einer Theorie eingestellt werden, die ähnlich der Theorie ist, die in dem obigen Fall entwickelt ist.
In dem obigen Abschnitt ist bzw. wird der Fall beschrieben, daß die jeweiligen Temperaturänderungsverhältnisse von Gleichstrom Idc, Wechselstrom Iac und Frequenz f jeweils auf null eingestellt bzw. festgelegt sind. In dem Fall, daß diese Faktoren einen bestimmten Temperaturkoeffizienten aufweisen, werden die jeweiligen Temperaturkoeffizienten von DC Spannung Vdc und AC Spannung Vac, die in 8 ge zeigt sind, nach oben und nach unten verschoben mit dem Ergebnis, daß sich die Temperaturcharakteristik der Peakspannung V1 abhängig von der Verschiebung ändern kann.
Wie aus 8 und 9 offensichtlich wird in dem Fall, daß die durchtretende Größe des Kerns 60 klein ist, der Wert von (dV1/dT) stark durch den Wert von (dVdc/dT) beeinflußt. Andererseits wird in dem Fall, daß die durchtretende Größe des Kerns 60 groß ist, der Wert von (dV1/dT) stark durch den Wert von (dVac/dT) beeinflußt. Dies wird natürlich basierend auf dem Zusammensetzungsverhältnis von DC Spannung Vdc und AC Spannung Vac in der Peakspannung V1 gefolgert bzw. geschlossen. Es sollte erwähnt werden, daß der Wert von (dV1/dT) zwischen dem Wert von (dVdc/dT) und dem Wert von (dVac/dT) ungeachtet von der durchtretenden Größe des Kerns 60 liegt.
Weiterhin ist, wenn die Schaltung so konfiguriert ist, daß der Wert von (dVdc/dT) und der Wert von (dVac/dT) in dem Fall, wo die durchtretende Größe des Kerns 60 groß ist (in dieser Ausführungsform in der Nachbarschaft bzw. Nähe des Rotationswinkels θ = 0°), näher zu jedem anderen so weit wie möglich ist, der Wert von (dV1/dT) näher zum Wert von (dVdc/dT) sowohl in dem Fall, wo die durchtretende Größe des Kerns 60 groß ist (in diesem Fall sind die DC Spannung Vdc und AC Spannung Vac nahe bzw. eng zueinander, obwohl der Sensor dazu neigt, durch den Temperaturkoeffizienten der AC Spannung Vac beeinflußt zu werden), als auch in dem Fall, daß die durchtretende Größe des Kerns 60 klein ist (in diesem Fall ist der Sensor inhärent anfällig, durch den Temperaturkoeffizienten der DC Spannung Vdc beeinflußt zu werden). In jedem Fall macht es diese Anordnung möglich, die Grenze einer Fluktuation Δ(dV1/dT) des Temperaturkoeffizienten der Peakspannung V1 zu minimieren.
Außerdem kann, wenn der Fall, daß der Wert von (dVdc/dT) näher zu dem Wert von (dVac/dT) in dem Fall ist, daß die durchtretende Größe des Kerns 60 minimal ist, und der Fall verglichen werden, daß der Wert von (dVdc/dT) näher zu dem Wert von (dVac/dT) in dem Fall ist, daß die durchtretende Größe des Kerns 60 maximal ist, gesagt werden, daß die letztere Anordnung es ermöglicht, die Grenze einer Fluktuation Δ(dV1/dT) des Temperaturkoeffizienten der Peakspannung V1 zu minimieren.
Im Speziellen werden die Werte (dVdc/dT) und (dVac/dT) durch ein Einstellen der jeweiligen Temperaturkoeffizienten von DC Widerstand Zdc, AC Impedanz Zac, Gleichstrom Idc, Wechselstrom Iac und Frequenz f bei einem geeigneten Wert in Übereinstimmung mit einem Verfahren geregelt bzw. gesteuert, welches später beschrieben wird.
Der Temperaturkoeffizient des DC Widerstands Zdc wird abhängig von der Art des Drahtmaterials der Detektionsspule 20 bestimmt. Ein bevorzugtes und praktisches Drahtmaterial der Detektionsspule 20 beinhaltet Nichrom-Draht, Manganin-Draht, Draht aus Kupfern-Nickel-Legierung (GCN-Draht), zusätzlich zu gewöhnlichem Kupferdraht. Gewöhnlicher Kupferdraht weist derartige Charakteristika auf, daß der Wert des Volumenwiderstands davon klein ist trotz der Tatsache, daß der Temperaturkoeffizient des Volumenwiderstands davon groß ist. Die Drähte anders als der gewöhnliche Kupferdraht weisen derartige Charakteristika auf, daß der Temperaturkoeffizient des Volumenwiderstands davon klein ist trotz der Tatsache, daß der Wert des Volumenwiderstands davon groß ist. Im Fall eines Kupfer-Nickel-Legierungsdrahts sind der Volumenwiderstand und der Temperaturkoeffizient davon basierend auf dem Mischverhältnis von Kupfer und Nickel auswählbar.
Als nächstes wird ein Verfahren beschrieben, um einen geeigneten Temperaturkoeffizienten an den Gleichstrom Idc, Wechselstrom Iac und die Frequenz f zu verleihen. Die Konstantstromschaltung 30 umfaßt, wie in 10 gezeigt, die oszillierende Schaltung 30a zum Ausgeben einer Spannung Vdc' ± Vac', und die Spannungs-Strom-Wandlerschaltung (V-I-Schaltung) 30b. Die V-I-Schaltung 30b besteht aus einem Widerstand R11, der ein Ende aufweist, das mit einer Regel- bzw. Steuer-Versorgungs- bzw. -Energiequelle Vcc verbunden ist, und einen PNP Transistor Q11, der einen Emitter, der mit dem anderen Ende des Widerstands R11 verbunden ist, eine Basis, die mit der oszillierenden Schaltung 30a verbunden ist, und einen Kollektor aufweist, der mit der Detektionsspule 20 verbunden ist. In dieser Ausführungsform wird eine Peakhaltetyp-Gleichrichter-Schaltung als die Signalbearbeitungsschaltung 40 verwendet, um eine Peakspannung V1 zu extrahieren. Die Signalbearbeitungsschaltung 40 besteht aus einer Konstantstromquelle I1, einem PNP Transistor Q12, einem NPN Transistor Q13 und einer Parallelschaltung. Die Konstantstromquelle I1 weist ein Ende auf, das mit der Regel- bzw. Steuer-Energiequelle Vcc verbunden ist. Der NPN Transistor Q12 ist derartig, daß ein Kollektor mit dem entgegengesetzten Ende der Konstantstromquelle I1 verbunden ist, eine Basis und der Kollektor miteinander verbunden sind, und ein Emitter mit der Detektionsspule 20 verbunden ist. Der NPN Transistor Q13 weist einen Kollektor, der mit der Regel- bzw. Steuer-Energiequelle Vcc verbunden ist, und eine Basis auf, die mit der Basis des Tran sistors Q12 verbunden ist. Die Parallelschaltung besteht aus einer Kapazität bzw. einen Kondensator C11 und einer Konstantstromquelle I2, die Seite an Seite bzw. nebeneinander angeordnet sind. Der Kondensator C11 ist zwischen einem Emitter des Transistors Q13 und der Erde verbunden bzw. angeschlossen. Eine Spannung, die an den gegenüberliegenden Enden des Kondensators C11 detektiert wird, wird eine Peakspannung V1, indem die Spannung Vs, die an den entgegengesetzten Enden der Detektionsspule 20 detektiert wird, gleichgerichtet wird und die gleichgerichtete Spannung an der Spitze bzw. dem Peak gehalten wird. Die Peakspannung V1 wird als ein Verlagerungssignal Vout ausgegeben.
Die oszillierende Schaltung 30a zum Ausgeben der Spannung Vdc' ± Vac' besteht, wie in 11 gezeigt, aus einem Komparator CP11, einem Widerstand R13, einer Gleichstrom-Energiequelle E11, einem Widerstand R14, einem Betriebsverstärker OP1, einem Kondensator C12, einem Widerstand R12 und einer Serienschaltung. Der Widerstand R13 ist zwischen einem nicht invertierenden Eingangs- bzw. Eingabeanschluß und einem Ausgangs- bzw. Ausgabeanschluß des Komparators CP11 angeschlossen. Die Gleichstrom-Versorgungs- bzw. -Energiequelle E11 ist zwischen einem umkehrenden bzw. invertierenden Eingabeanschluß des Komparators CP11 und der Erde angeschlossen, um eine Spannung Vcc/2 auszugeben. Der Widerstand R14 weist ein Ende auf, das mit dem Ausgabeanschluß des Komparators CP11 verbunden ist. Der Betriebsverstärker OP1 weist einen invertierenden Eingabeanschluß, der mit dem anderen Ende des Widerstands R14 verbunden ist, und einen nicht invertierenden Eingabeanschluß auf, der mit der Gleichstrom-Energiequelle E11 verbunden ist. Der Kondensator C12 ist zwischen dem invertierenden Eingabeanschluß und einem Ausgabeanschluß des Betriebsverstärkers OP1 ange schlossen. Der Widerstand R12 ist zwischen dem Ausgabeanschluß des Betriebsverstärkers OP1 und dem nicht invertierenden Eingabeanschluß des Komparators C11 angeschlossen. Die Serienschaltung besteht aus Widerständen R15 und R16, die in Serie zwischen dem Ausgabeanschluß des Betriebsverstärkers OP1 und der Regel- bzw. Steuer-Energiequelle Vcc angeschlossen sind.
In der so konstruierten oszillierenden Schaltung 30a wird eine Ausgabe Vosc des Betriebsverstärkers OP1 eine zerhackende bzw. zerhackte Welle, deren versetztes bzw. Offset-Zentrum Vcc/2 ist. Die DC Spannung Vdc' und die AC Spannung Vac' werden durch ein Teilen der Ausgabe Vosc durch die Widerstände R15 und R16 bestimmt. Die oszillierende Schaltung zum Generieren bzw. Erzeugen einer zerhackenden bzw. zerhackten Welle stellt eine stabile Schaltung gegen eine Temperaturänderung mit einer vereinfachten Konstruktion bereit, im Vergleich zu einer oszillierenden Schaltung zum Erzeugen einer reinen sinusförmigen Welle durch eine analoge Schaltungstechnologie. Eine oszillierende Schaltung zum Generieren einer rechteckigen bzw. quadratischen Welle stellt auch eine stabile Schaltung bei niedrigen Kosten bereit. Selbst wenn ein Strom einer quadratischen Welle zur Detektionsspule 20 zugeführt wird, ist, was von der Detektionsspule 20 generiert bzw. erzeugt wird, jedoch bloß eine Signalspannung, die aufgrund von di/dt des Stroms einer quadratischen Welle nicht regelbar bzw. nicht steuerbar ist. Ein Strom einer quadratischen Welle ist aus dem obigen Grund nicht brauchbar. In Anbetracht des Obigen stellt eine zerhackende bzw. zerhackte Welle sicher eine Ausgabespannung bereit, die den Rotationswinkel θ des Kerns in der ähnlichen Art und Weise wie eine sinusförmige Welle reflektiert.
In 11 ist die oszillierende Frequenz f der AC Spannung Vac' proportional zu (R13/(C12 × R14 × R12)), und die Amplitude davon ist proportional zu (R12/R13). Deshalb können der Wert der DC Spannung Vdc' und AC Spannung Vac' und jeweilige Temperaturkoeffizienten davon durch ein geeignetes Auswählen der Werte der Widerstände R12 bis R16, und des Kondensators C12 als auch jeweilige Temperaturkoeffizienten davon geregelt bzw. gesteuert werden. Insbesondere ist es häufig der Fall, daß der Kondensator C12 an den Sensor als ein externes Element angefügt ist, selbst wenn die Konstantstromschaltung 30 in ihrer Gesamtheit ein monolithischer Schaltkreis ist. In diesem Sinn ist ein Verfahren eines Regulierens des Temperaturkoeffizienten in dem Kondensator C12 wirkungsvoll bzw. effektiv.
Weiterhin kann es in dem Fall, daß die Gesamtheit der Konstantstromschaltung 30 in eine monolithische Schaltung konfiguriert ist, möglich sein, einen geeigneten Temperaturkoeffizienten dem Gleichstrom Idc, dem Wechselstrom Iac und der Frequenz f durch ein digitales Trimmen eines Teils oder aller der Werte der Widerstände R12 bis R16 zu verleihen. Dadurch ist der Sensor ohne Ersetzen bzw. Substituieren eines IC brauchbar bzw. verwendbar, selbst wenn der Kern 60, die Detektionsspule 20, die Verlagerungszone, usw. geändert werden, womit eine mehrfache Verwendung als der Sensor bereitgestellt wird.
Ein digitales Trimmen ist eine Einstellung eines Widerstands, welche durchgeführt wird, indem eine parallele Schaltung eines Widerstands und ein Schaltelement parallel mit einem Widerstand verbunden werden, der im voraus zu trimmen (zu regeln) ist, und indem das Schaltelement basie rend auf digitalen Daten ein- und ausgeschaltet wird. Spezifisch wird ein digitales Trimmen in einer derartigen Weise durchgeführt, daß ein optimaler Code von digitalen Daten durch ein Überwachen von elektrischen Charakteristika bzw. Merkmalen der Schaltung bestimmt wird, und der optimale Code dem IC gegeben bzw. verliehen wird, indem der bestimmte optimale Code in einem ROM des IC geschrieben wird oder eine Sicherung der Schaltung zum Speichern der Daten in dem IC abgeschmolzen wird. Auf diese Weise wird der Widerstand im IC auf einen Wert eingestellt, der dem optimalen Code entspricht.
Alternativ kann die eine zerhackende bzw. zerhackte Welle generierende bzw. erzeugende Schaltung eine Schaltungskonfiguration anders die Schaltungskonfiguration aufweisen, die in 11 gezeigt ist. In der V-I-Schaltung 30b, die in 10 gezeigt ist, weist der Gleichstrom Idc, der zu der Detektionsspule 20 zuzuführen ist, einen positiven Temperaturkoeffizienten auf, selbst wenn der Temperaturkoeffizient der DC Spannung Vdc', die von der oszillierenden Schaltung 30a generiert wird, aufgrund der Temperaturcharakteristik einer Spannung Vbe null ist, die zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors Q11 generiert wird.
In dem Fall, wo es unerwünscht ist, einen positiven Temperaturkoeffizienten dem Gleichstrom Idc zu verleihen, kann es bevorzugt sein, eine V-I-Schaltung 30b' zu verwenden, die in 12 gezeigt ist. In 12 ist bzw. wird zusätzlich ein Betriebsverstärker OP2 bereitgestellt, der einen invertierenden Eingabeanschluß, der mit dem Emitter des Transistors Q11 der V-I-Schaltung 30b verbunden ist, die in 10 gezeigt ist, und einen Ausgabeanschluß aufweist, der mit der Basis des Transistors Q11 verbunden ist, um eine Ausgabe bzw. einen Ausgang von der oszillierenden Schaltung 30a mit einem nicht invertierenden Eingabeanschluß des Betriebsverstärkers OP2 zu verbinden.
13 zeigt eine Schaltungskonfiguration einer Konstantstromschaltung 30', welche von der Konstantstromschaltung 30 verschieden ist, die in 10 gezeigt ist. Die Konstantstromschaltung 30' besteht aus einer Wechselstrom-Zufuhrschaltung Sac und einer Gleichstrom-Zufuhrschaltung Sdc. Die AC Zufuhrschaltung Sac besteht aus einer Serienschaltung, in welcher ein NPN Transistor Q14 und ein PNP Transistor Q16 in Serie verbunden sind, einer Wechselstrom-Signalquelle AC, welche mit einem verbindenden Mittelpunkt der Transistoren Q14 und Q16 verbunden ist, einem PNP Transistor Q18, welcher zwischen Regel- bzw. Steuer-Energiequellen Vcc-Vee verbunden ist, einer Serienschaltung, in welcher ein NPN Transistor Q15, PNP Transistor Q17 und NPN Transistor Q20 in Serie verbunden sind, einem Widerstand R17, welcher mit einem verbindenden Mittelpunkt der Transistoren Q15 und Q17 verbunden ist, und einer Reihenschaltung, in welcher ein PNP Transistor Q19 und ein NPN Transistor Q21 in Serie verbunden sind. Gates der Transistoren Q14 und Q15, der Transistoren Q16 und Q17, der Transistoren Q18 und Q19, der Transistoren Q20 und Q21 sind jeweils miteinander verbunden. Emitter der Transistoren Q14 und Q16 und Emitter der Transistoren Q15 und Q17 sind jeweils miteinander verbunden. Die Transistoren Q14, Q16, Q18, Q20 sind zwischen jeweiligen Basen und Emittern davon kurzgeschlossen.
In der obigen Anordnung sind die Transistoren Q14, Q15, Q16, Q17 ein Teil einer Ausgabeschaltung einer allgemeinen arithmetischen Verstärkungsschaltung, wobei die Wechselstrom-Signalquelle AC als eine Eingabe der Schaltung betrachtet wird und der Widerstand R17 als ein Lastwiderstand davon betrachtet wird. Die Ausgabeschaltung ist in einer derartigen Art und Weise konfiguriert, daß ein Strom, der durch die Last über die Transistoren Q15, Q17 fließt, die als eine Ausgabe dienen, durch einen Stromspiegel kopiert wird, der die Transistoren Q18, Q19 und die Transistoren Q20, Q21 umfaßt, um dem kopierten Strom der Detektionsspule 20 zu verleihen. In diesem Fall sind gewünschte Temperaturcharakteristika in Bezug auf den Wechselstrom Iac einstellbar, indem ein geeigneter Temperaturkoeffizient der Amplitude und Frequenz der Wechselstrom-Signalquelle AC und dem Widerstand R17 gegeben bzw. verliehen wird.
Die DC Zufuhrschaltung Sdc besteht aus PNP Transistoren Q22, Q23, von denen jeder einen Kollektor, der mit einem verbindenden Mittelpunkt der Transistoren Q19 und Q21 verbunden ist, und einen Emitter aufweist, der mit der Regelbzw. Steuer-Energiequelle Vcc verbunden ist, und einem Widerstand R18, welcher zwischen dem Kollektor des Transistors Q23 und der Erde angeschlossen ist. Gates der Transistoren Q22, Q23 sind miteinander verbunden. Der Transistor Q23 ist zwischen der Basis und dem Kollektor davon kurz geschlossen.
In dem obigen Beispiel ist die Schaltung so konfiguriert, um einen positiven Gleichstrom zu liefern. In dem Fall, daß es passend bzw. geeignet ist, einen negativen Gleichstrom abhängig von den Spezifikationen der Spule und der Frequenz zu liefern, kann die Polarität der Transistoren Q22, Q23 von einem NPN Typ sein, und die jeweiligen Emitter der Transistoren Q22, Q23 können mit der Regel- bzw. Steuer- Energiequelle Vee verbunden sein. In einer derartigen geänderten Anordnung sind gewünschte Temperaturcharakteristika in Bezug auf den Gleichstrom Idc einstellbar, indem ein geeigneter Temperaturkoeffizient dem Widerstand R18 verliehen wird. Als eine weitere geänderte Anordnung kann ein Ende des Widerstands R18 mit einem vorbestimmten elektrischen Potential anstelle der Erde verbunden sein. In einer derartigen geänderten Anordnung sind gewünschte Temperaturcharakteristika in Bezug auf den Gleichstrom Idc einstellbar, indem ein geeigneter Temperaturkoeffizient dem Potential verliehen wird.
Die Detektionsspule 20 weist ein Ende mit einem verbindenden Mittelpunkt der Transistoren Q19 und Q22 verbunden auf. Die AC Zufuhrschaltung Sac zum Zuführen eines Wechselstroms Iac und die DC Zufuhrschaltung Sdc zum Zuführen eines Gleichstroms Idc sind unabhängig voneinander bereitgestellt. Dadurch können das Verhältnis des Wechselstroms Iac zum Gleichstrom Idc und jeweilige Temperaturkoeffizienten davon in einer vereinfachten Art und Weise geregelt bzw. gesteuert werden. Weiterhin kann eine derartige Regelung bzw. Steuerung durch ein digitales Trimmen durchgeführt werden.
Die Signalbearbeitungsschaltung 40 kann einen Verstärker enthalten, der einen Temperaturkoeffizienten von entgegengesetzter Polarität zum Temperaturkoeffizienten der Peakspannung V1 der Ausgabespannung aufweist, die vom Detektionsabschnitt 50 ausgegeben wird, so daß ein Verlagerungssignal Vout basierend auf einer Ausgabe des Verstärkers ausgegeben werden kann. Mit einer derartigen geänderten Anordnung ist ein Verlagerungssignal, welches bereits mit einer Temperaturkompensation versehen ist, durch ein Ver- bzw. Bearbeiten der Ausgabe aus dem Verstärker erhältlich, weil die Ausgabe aus dem Verstärker ein Signal ist, das lediglich von der Verlagerung nach der Temperaturkompensation abhängt.
Gemäß der Ausführungsform dieser Erfindung werden nicht nur eine Regulierung der Konstantstromschaltung 30, sondern auch ein Regeln bzw. Steuern der Werte des DC Widerstands Zdc und der AC Impedanz Zac und eines jeweiligen Temperaturkoeffizienten davon erreicht bzw. erzielt. Spezifisch kann anstelle eines Bereitstellens bzw. Vorsehens des Detektionsabschnitts 50, welcher unter Bezugnahme auf 1 beschrieben worden ist, ein Detektionsabschnitt 50a, der in 14 gezeigt ist, verwendet bzw. eingesetzt werden. Der Detektionsabschnitt 50a enthält ein Schaltkreis- bzw. Schaltungselement 51, das einen DC Widerstand Zdc' und eine AC Impedanz Zac' in Serie mit der Detektionsspule 20 aufweist. Der DC Widerstand Zdc' und die AC Impedanz Zac' des Schaltungselements 51 weisen keine Beziehung zum Rotationswinkel θ des Kerns 60 auf. Deshalb können ein Peakwert einer Spannung, die an den entgegengesetzten Enden des Detektionsabschnitts 50a detektiert wird, und ein Temperaturkoeffizient davon durch ein geeignetes Auswählen der Werte des DC Widerstands Zdc' und der AC Impedanz Zac' und des jeweiligen Temperaturkoeffizienten davon geregelt bzw. gesteuert werden.
Beispielsweise wird, wenn das Schaltungselement 51 ein reiner Widerstand ist, die AC Impedanz Zac' R (Widerstandswert). Weiterhin weist, wenn das Schaltungselement 51 eine Induktanz bzw. ein induktiver Widerstand ist, das Schaltungselement 51 sowohl die Faktoren von DC Widerstand Zdc' als auch AC Impedanz Zac' auf. Außerdem kann eine Diode als das Schaltungselement 51 bereitgestellt sein. Ein Einfluß eines Bereitstellens der Diode zeigt sich bloß an einer Gleichstromkomponente Vdc einer Spannung Vs, die an den entgegengesetzten Enden der Detektionsspule 20 detektiert wird.
Wie oben erwähnt, kann die Grenze einer Fluktuation Δ(dV1/dT) des Temperaturkoeffizienten einer Signalspannung in einer Verlagerungszone (Rotationswinkel θ) signifikant bzw. merklich durch ein Zuführen nicht nur eines Wechselstroms Iac, sondern auch eines Gleichstroms Idc zur Detektionsspule 20 verringert werden. Jedoch ist es offensichtlich, daß ein kleiner Wert von Δ(dZac/dT) selbst den Wert von Δ(dV1/dT) verringert. Die im Abschnitt des Standes der Technik erwähnten US-Patent-Veröffentlichungen offenbaren eine Technik in einem Versuch, dieses Ziel zu erreichen. Jedoch haben sie an den Problemen gelitten, wie dies oben beschrieben ist.
Vorzugsweise ist der Kern 60 aus einem magnetischen Material hergestellt, das einen kleinen Temperaturkoeffizienten in der magnetischen Permeabilität und im Widerstand aufweist, um Δ(dZac/dT) zu minimieren. Der Temperaturkoeffizient der magnetischen Permeabilität ist nicht so groß unter einer Vielfalt von Arten von magnetischen Materialien in einem Temperaturbereich, beispielsweise von etwa –40 bis +130°C. Deshalb ist es bevorzugt, ein magnetisches Material zu verwenden, das einen kleinen Temperaturkoeffizienten im Widerstand bzw. spezifischen Widerstand aufweist. Einige der Beispiele eines derartigen magnetischen Materials sind Nichrom (Legierung von Nickel, Chrom und Eisen) und Eisenchrom (Legierung von Eisen, Chrom und Aluminium). Diese metallischen Materialien werden häufig als ein Rohmaterial für Heizungsdrähte verwendet, und sind demgemäß bei sehr niedrigen Kosten erhältlich. Im Hinblick auf dies kann der Kern 60, der ausgezeichnete Temperaturcharakteristika aufweist, bei niedrigen Kosten hergestellt werden, indem der Kern 60, der aus dem metallischen Material hergestellt ist, gemäß einem Biegeprozeß ausgebildet wird. Dies wird im Detail in einer zweiten Ausführungsform beschrieben.
Als nächstes sollte, obwohl es nicht ein primäres Merkmal in dieser Ausführungsform ist, die folgende Tatsache erwähnt werden. D.h. es kann ein Phänomen auftreten, daß Δ(dV1/dT) größer als Δ(dZac/dT) wird, wenn der Gleichstrom Idc, Wechselstrom Iac, DC Widerstand Zdc, AC Widerstand Zac und jeweilige Temperaturkoeffizienten davon nicht richtig bzw. geeignet eingestellt bzw. festgelegt werden. Beispielsweise soll angenommen werden, daß es eine Detektionsspule 20 gibt, in welcher ein DC Widerstand Zdc = 100 Ω (Temperaturkoeffizient: 50 ppm/K), und eine AC Impedanz Zac durch die Gleichung (3) ausgedrückt wird, wo Z0 = 800 Ω, Z' = –8 Ω/Grad, β0 = 346 ppm/K, β' = –2,35 ppm/K/Grad. 15 zeigt das Resultat eines Plottens bzw. Aufzeichnens der jeweiligen Temperaturkoeffizienten der Faktoren, die jenen in 8 in dem Fall entsprechen, wo ein Gleichstrom Idc = 0,2 mA und ein Wechselstrom Iac = 1,0 mA zur Detektionsspule 20 zugeführt werden (in beiden Fällen des Gleichstroms und Wechselstroms ist der Temperaturkoeffizient 0). Es ist aus 15 klar, daß Δ(dV1/dT) größer als Δ(dZac/dT) ist. Deshalb sollte geschlossen bzw. gefolgert werden, daß Δ(dV1/dT) nicht immer durch ein einfaches Zuführen eines Gleichstroms Idc zur Detektionsspule 20 abnimmt.
Diese Erfindung wurde in Bezug auf einen rotierenden Positionssensor in der ersten Ausführungsform beschrieben. Alternativ wird ein ähnlicher Effekt wie in der ersten Ausführungsform erhalten, indem ein Positionssensor verwendet wird, dessen verlagernde Richtung linear ist, wie dies im Stand der Technik von 34 gezeigt ist.
(Zweite Ausführungsform)
In dieser Ausführungsform wird ein Temperaturkompensations- bzw. -ausgleichsverfahren beschrieben, um die Temperaturcharakteristik einer Impedanz Z der Detektionsspule 20 davon abzuhalten, durch eine relative Verlagerung des Kerns 60 zur Spule 20 beeinflußt zu werden, indem ein Zustand eingestellt wird, wo der Wert von Δ(dZac/dT) als ein idealer Zustand minimiert ist bzw. wird. Die Anordnung des Positionssensors in dieser Ausführungsform ist im wesentlichen dieselbe wie jene in der ersten Ausführungsform. Demgemäß werden Elemente in der zweiten Ausführungsform, welche identisch mit jenen in der ersten Ausführungsform sind, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, und eine Beschreibung der identischen Teile wird vermieden.
Als ein erstes Temperaturkompensationsverfahren wird ein Verfahren zum Zusammenpassen bzw. Angleichen des Temperaturänderungsverhältnisses der Impedanz Z der Detektionsspule 20 in dem Fall, wo der Kern 60 nicht durch die Detektionsspule 20 durchgeführt wird, mit dem Temperaturänderungsverhältnis davon in dem Fall beschrieben, wo der Kern 60 durch die Detektionsspule 20 durchgeführt wird.
Die Impedanz Z der Detektionsspule 20 ist einer Serienschaltung äquivalent, wo eine Widerstandskomponente Rs und eine Induktivitätskomponente Ls in Serie verbunden sind, wie dies in 16 gezeigt ist. Die Induktivitätskomponente Ls beinhaltet eine Komponente, die aus einer äußeren Oberfläche der Spule resultiert (Skineffekt). In dem Fall, wo die Dicke der Hauttiefe der Spule ausreichend klein ist und die Frequenz konstant ist, ist der Skineffekt proportional zur Potenz 1/2 des Volumenwiderstands ρ. Demgemäß ist der Temperaturkoeffizient der Induktivitätskomponente Ls einer Potenz 1/2 des Volumenwiderstands ρ unterworfen.
17 ist Graph, der eine Veränderung eines Widerstands eines Kupferdrahts aufgrund des Skineffekts zeigt, wobei nämlich bzw. insbesondere eine Beziehung zwischen Frequenz und Widerstand eines Kupferdrahts gezeigt wird. Kurven Y7, Y8, Y9, Y10 zeigen die Beziehung in dem Fall, wo der Kupferdraht einen Durchmesser von 0,32 mm, 0,16 mm, 0,10 mm und 0,07 mm aufweist. Die Art und Weise einer Veränderung des Widerstands unterscheidet sich abhängig von dem Durchmesser des Drahts der Spule und der Frequenz.
Der Temperaturkoeffizient der Widerstandskomponente Rs hängt stark vom Temperaturkoeffizienten des Volumenwiderstands ρ eines Drahtmaterials ab. Die Widerstandskomponente Rs ist auch einem Nah- bzw. Nachbarschaftseffekt der Spule unterworfen. 18 ist eine graphische Darstellung, die eine Veränderung eines Widerstands eines Kupferdrahts aufgrund eines Nachbarschaftseffekts der Spule zeigt, nämlich eine Beziehung zwischen Frequenz und Widerstand eines Kupferdrahts. Kurven Y11 und Y12 zeigen die Beziehung in dem Fall, wo der Kupferdraht 0,16 mm ist und die Anzahl von Wicklung 40 mal ist bzw. der Kupferdraht 0,07 mm ist und die Anzahl von Wicklung 60 mal ist. Der Nachbarschaftseffekt ist ein Phänomen, daß ein gleichförmiger Fluß von elektrischem Strom durch den gewundenen Draht in dem Fall blockiert wird, daß die Ganghöhe der Spulenwicklung klein ist. Je kleiner die Steigung bzw. Ganghöhe ist, desto größer ist der Nachbarschaftseffekt. Jedoch variiert der Nachbarschaftseffekt abhängig vom Durchmesser des Drahts als auch der Ganghöhe. Da die Widerstandskomponente aufgrund des Nachbarschaftseffekts eine Abhängigkeit einer Potenz –1 des Volumenwiderstands ρ aufweist, wird der Temperaturkoeffizient davon einer Potenz –1 des Volumenwiderstands ρ unterworfen.
Spezifisch verringert sich in dem Fall, wo der Drahtdurchmesser ausreichend groß ist oder die Frequenz ausreichend hoch ist, der Temperaturkoeffizient der Impedanz Z der Detektionsspule 20 in dem Fall, wo der Kern 60 nicht durch die Spule 20 durchtritt, aufgrund des Skineffekts und des Nachbarschaftseffekts. Im Hinblick darauf werden durch ein geeignetes Einstellen des Volumenwiderstands ρ des Drahtmaterials, des Drahtdurchmessers, der Anzahl von Windungen bzw. Wicklungen, der Ganghöhe der Wicklung und der Frequenz, die DC Widerstandskomponente, Komponente aufgrund des Skineffekts und Komponente aufgrund des Nachbarschaftseffekts in einem Verlagerungszustand, wo der Kern 60 nicht durch die Detektionsspule 20 durchgeführt wird, in einer gut ausgeglichenen Art und Weise geregelt bzw. gesteuert, wodurch der Temperaturkoeffizient der Impedanz Z der Detektionsspule 20 minimiert wird. Die obige Anordnung stellt eine Lösung für das Problem bereit, daß der Temperaturkoeffizient der Impedanz der Detektionsspule 20 abhängig von einer Verlagerung des Kerns 60 variiert, an welchem der Stand der Technik gelitten hat.
Da Kupfer einen sehr großen Temperaturkoeffizienten im Volumenwiderstand ρ aufweist, ist es wünschenswert, ein Material, das einen Temperaturkoeffizienten im Volumenwiderstand ρ kleiner als jenen von Kupfer aufweist, als ein Drahtmaterial auszuwählen. Spezifisch können Nichrom, Manganin oder eine Kupfer-Nickel-Legierung verwendet werden, um einen Draht der Detektionsspule 20 auszubilden. Insbesondere ist eine Kupfer-Nickel-Legierung bevorzugt, weil ein Ändern des Zusammensetzungsverhältnisses der Legierung es möglich macht, den Volumenwiderstand ρ zu regeln bzw. zu steuern.
Als nächstes wird ein zweites Temperaturkompensationsverfahren beschrieben, um das Temperaturänderungsverhältnis der Impedanz Z der Detektionsspule 20 in dem Fall, wo der Kern 60 durch die Detektionsspule 20 durchgeführt wird, mit dem Temperaturänderungsverhältnis davon in dem Fall abzustimmen bzw. zusammenzupassen, wo der Kern 60 nicht durch die Detektionsspule 20 durchgeführt wird.
Eine Zunahme der Impedanz Z der Detektionsspule 20, indem der Kern 60 durch die Detektionsspule 20 durchgeführt wird, resultiert aus dem Volumenwiderstand ρ und der magnetischen Permeabilität μ des Kerns 60. Der Temperaturkoeffizient der Impedanz Z der Detektionsspule 20 weist nämlich eine Beziehung zum Volumenwiderstand ρ und magnetischen Permeabilität μ des Kerns 60 auf. Im Hinblick darauf ist es bevorzugt, den Kern 60 auszuwählen, der einen Volumenwiderstand ρ und eine magnetische Permeabilität μ aufweist, welches geeignet ist, um den Temperaturkoeffizienten in dem Fall, wo der Kern 60 durch die Detektionsspule 20 durchgeführt wird, mit dem Temperaturkoeffizienten in dem Fall abzustimmen, wo der Kern 60 nicht durch die Detektionsspule 20 durchgeführt wird, oder um eine Oberflächenbehandlung auf dem Kern 60 durchzuführen, die es ermöglicht, einen geeigneten Volumenwiderstand ρ und eine magnetische Permeabilität μ zu erzielen.
Im allgemeinen ist die Umgebungstemperatur, unter welcher ein Positionssensor verwendet wird, in dem Bereich von 120 bis 130°C. Die Curie-Temperatur des Kerns 60 ist ausreichend höher als die Umgebungstemperatur. Die magnetische Permeabilität μ des Kerns 60 weist eine Charakteristik auf, die deutlich in der Nachbarschaft der Curie-Temperatur abnimmt. Andererseits ändert sich die magnetische Permeabilität μ des Kerns 60 selten in einer Temperaturzone, wo der Positionssensor verwendet wird.
Im Hinblick auf das Obige wird durch ein Verwenden des Kerns 60, der eine äußere Oberfläche aufweist, die wenigstens aus einem Material hergestellt ist, das eine kleine Änderung bzw. Schwankung im Volumenwiderstand ρ aufweist, welcher ein anderer Faktor ist, der aus einer Zunahme der Impedanz Z der Detektionsspule 20 resultiert, der Temperaturkoeffizient der Impedanz Z der Detektionsspule 20 minimiert, wodurch eine Änderung bzw. Variation der Impedanz Z der Detektionsspule 20 aufgrund der Temperaturänderung minimiert wird.
Beispielsweise ist in einem Positionssensor zum Detektieren der Position des Kerns basierend auf einer Änderung der Impedanz der Detektionsspule 20 in der ersten Ausführungsform eine primäre Komponente der Impedanz eine Induktanz bzw. Induktivität. Ein Magnetfeld wird koaxial mit der Detektionsspule 20 generiert bzw. erzeugt, indem ein konstanter Strom durch die Detektionsspule 20 fließt. Dann fließt ein Ringstrom (ein sogenannter Wirbelstrom) durch den Kern 60 in einer derartigen Richtung, um das koaxial erzeugte Magnetfeld aufzuheben. Der Ringstrom weist eine Wirkung eines Absenkens bzw. Abschwächens der Induktivität der Detektionsspule 20 auf. Die Größe des Ringstroms weist eine Beziehung zum Volumenwiderstand des Kerns 60 auf, zusätzlich zur Größe und Frequenz des Magnetfelds, das an die Detektionsspule 20 anzuwenden bzw. anzulegen ist (die Größe des Ringstroms ändert sich nicht, wenn ein konstanter Strom bei einer festgelegten Frequenz angelegt wird). Spezifisch ist, je größer der Volumenwiderstand des Kerns 60 ist, umso kleiner der Ringstrom, wodurch eine Wirkung eines Abschwächens der Induktivität minimiert wird. Demgemäß weist, wenn der Volumenwiderstand des Kerns 60 eine Temperaturcharakteristik aufweist, auch die Induktivität eine Temperaturcharakteristik auf. Die Temperaturcharakteristik der Induktivität beeinflußt stark die Temperaturcharakteristik der Impedanz.
In dem Fall, wo die Detektionsspule 20 tatsächlich als ein Impedanzelement verwendet wird, ist es häufig der Fall, daß ein Strom, der der Detektionsspule 20 zuzuführen ist, bei einer Frequenz angetrieben wird, die von etwa mehreren zehn kHz bis zu mehreren hundert kHz reicht. Wenn ein Strom in einem derartigen Frequenzbereich angewandt wird, erreicht das Magnetfeld, das durch die Detektionsspule 20 generiert wird, nicht das Innere des Kerns 1 (sic) mit dem Resultat, daß sich das Magnetfeld um den Kern 60 herum ansammelt.
Im Hinblick auf das Obige ist es bevorzugt, wenigstens eine Oberfläche des Kerns 60 aus einem Material auszubilden, das einen kleinen Volumenwiderstand ρ aufweist, nämlich einem Material, das aus der Gruppe gewählt ist, die aus Nickel-Chrom-Legierung, Nickel-Chrom-Eisen-Legierung, Eisen-Chrom-Aluminium-Legierung, Kupfer-Nickel-Legierung und Manganin besteht. Diese Materialien werden als elektrisches Heizmaterial bezeichnet. Diese Materialien weisen einen kleinen Temperaturkoeffizienten im Widerstand auf. Weiterhin kann, da Eisen und Nickel ein magnetisches Material sind, eine Legierung, die aus einem derartigen Material hergestellt ist, einen Magnetismus aufweisen. Deshalb wird durch ein Verwenden dieser Materialien eine große Impedanzänderung der Detektionsspule 20 absorbiert bzw. aufgefangen.
Wenn der Kern 60 eine massige bzw. voluminöse Form und einen kleinen Volumenwiderstand über die voluminöse Form als auch über seine Oberfläche aufweist, weist ein derartiger Kern 60 eine ausgezeichnetere Temperaturcharakteristik auf. In einem derartigen Fall können elektrische Heizmaterialien, wie beispielsweise Nickel-Chrom-Legierung, Nickel-Chrom-Eisen-Legierung, Eisen-Chrom-Aluminium-Legierung, Kupfer-Nickel-Legierung und Manganin verwendet werden. Wenn der Kern 60 durch ein Stanzen einer flachen Platte erhalten wird, die aus diesen Materialien hergestellt ist, wird eine große Menge von nicht verwendetem Material erzeugt, was den resultierenden Kern teuer macht.
Um den obigen Nachteil zu lösen, wird die folgende Maßnahme ergriffen. Da diese Materialien weit auf dem Markt als elektrisches Heizdrahtmaterial verfügbar sind, ist es wirtschaftlich, den elektrischen Heizdraht zu verwenden, der aus Nickel-Chrom-Legierung, Nickel-Chrom-Eisen-Legierung, Eisen-Chrom-Aluminium-Legierung, Kupfer-Nickel-Legierung, Manganin oder seinem Äquivalent hergestellt ist, indem der Draht in ein Drahtsegment geschnitten wird, das eine erforderliche Länge aufweist, und das Drahtsegment in eine geeignete Form gebogen (oder gezogen) wird. Dies ist wirkungsvoll, um eine Erzeugung von Industrieabfall zu verhindern.
Auch wird eine Temperaturkompensation wirkungsvoll ausgeführt, indem das erste und zweite Temperaturkompensationsverfahren in dieser Ausführungsform kombiniert werden.
(Dritte Ausführungsform)
In dieser Ausführungsform wird ein Verfahren eines Verbesserns einer Linearität der Ausgabe beschrieben. Die Konstruktion des Positionssensors in Übereinstimmung mit der dritten Ausführungsform ist im wesentlichen dieselbe wie jene in der ersten und zweiten Ausführungsform. Demgemäß werden Elemente in der dritten Ausführungsform, welche mit jenen in der ersten und zweiten Ausführungsform identisch sind, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, und eine Beschreibung betreffend identische Teile wird vermieden.
Ein erstes, eine Linearität verbesserndes Verfahren ist es, ein geeignetes Material für den Kern 60 auszuwählen und die Frequenz f des Wechselstroms Iac geeignet festzulegen. Die Erfinder dieser Erfindung führten Experimente bzw. Versuche betreffend die Linearität der AC Impedanz Zac durch, indem das Material des Kerns in bezug auf die Detektionsspule 20 geändert wird, was in der ersten Ausführungsform veranschaulicht wurde. 19 zeigt eine Liste der verwendeten metallischen Materialien: Weichmagneteisen, Permalloy, elektromagnetisch rostfrei, SUS430 und Eisenchrom, und entsprechende abgeschätzte Charakteristika: Widerstand. In 19 ist "elektromagnetisch rostfrei" ein Metall, in welchem 11 % Chrom enthalten ist, wobei verschiedene Metalle, wie beispielsweise Silizium, Mangan, Phosphor, enthaltend Nickel und Titan, hinzugefügt sind. Das Metall wird für elektromagnetische Ventile und Joche von Relaisschaltungen verwendet. Die jeweiligen metallischen Materialien wurden thermisch unter den Bedingungen behandelt, die dafür spezifisch sind, um jedem Metall zu erlauben, seine Magnetcharakteristik bzw. magnetische Eigenschaft zu zeigen. Die Formen bzw. Gestalten der jeweiligen Kerne, die aus diesen metallischen Materialien hergestellt sind, sind zueinander identisch.
20A bis 20E zeigen Resultate bzw. Ergebnisse der Experimente betreffend eine Linearität der AC Impedanz Zac der jeweiligen Kerne in dem Fall, wo die Frequenz f eines Wechselstroms Iac bei 10 kHz, 30 kHz, 50 kHz, 70 kHz und 90 kHz festgelegt ist. Wie aus 20A bis 20E ersichtlich ist, zeigt magnetisch rostfrei (elektromagnetisch rostfrei) eine wünschenswerte Linearität im Vergleich mit Weichmagneteisen und reinem Eisen. Insbesondere weist SUS430 (Ferrit rostfrei unter Verwendung von 18-Cr) eine wünschenswerte Linearität in bezug auf eine Frequenz als auch einen Rotationswinkel auf, weist einen Widerstand gegen Korrosion auf und ist nicht teuer. Demgemäß wird SUS430 als ein geeignetes Material für den Kern des Positionssensors betrachtet. Es wird gedacht, daß diese Linearitäten durch ein Gleichgewicht bzw. einen Ausgleich zwischen Widerstand und magnetischer Permeabilität und Frequenzcharakteristik bestimmt werden. Da Eisenchrom eine wünschenswerte Linearität aufweist, wenn die Frequenz f nicht kleiner als 50 kHz ist, kann Eisenchrom ein geeignetes Material für den Kern sein, indem eine Maßnahme bezüglich Widerstand gegen Korrosion durchgeführt wird, wobei der oben erwähnte Vorteil betreffend ein Temperaturänderungsverhältnis im Widerstand in Betracht gezogen wird.
Ein zweites, eine Linearität verbesserndes Verfahren besteht darin, Maßnahmen durchzuführen, um den oben erwähnten "Endeffekt" zu unterdrücken, an welchem der Stand der Technik gelitten hat. 21A und 21B zeigen ein Verfahren zum Steigern eines Beitrags eines vorderen bzw. Führungsendteils 60a oder 60b des Kerns 60 in bezug auf die AC Impedanz Zac, indem die Konfiguration des Kerns 60 geändert wird. In 21A weist das Führungsendteil 60a eine Dicke auf, die größer als das verbleibende Teil des Kerns 60 ist, indem ein abgestufter Abschnitt bereitgestellt wird, der einen im wesentlichen rechten Winkel aufweist. In 21B weist das Führungsendteil 60b eine Keilform mit einer Dicke auf, die größer als das restliche Teil des Kerns 60 ist. In beiden Fällen von 21A und 21B weist das Führungsendteil (60a oder 60b) eine Dicke auf, die größer als das verbleibende Teil des Kerns ist, was es möglich macht, die Größe eines Verkettungsflusses unter den Ganghöhen des gewickelten Drahts zu erhöhen. Somit trägt diese Anordnung wirkungsvoll dazu bei, die Induktivität zu erhöhen. Soweit der Kern 60 durch ein Ätzen oder Metallspritzformen ausgebildet ist, führt diese Anordnung nicht zu einem Kostenanstieg bei der Herstellung des Positionssensors.
21C zeigt ein Beispiel, wo ein Führungsendteil 60c des Kerns 60 aus einem Material hergestellt ist, das eine höhere magnetische Permeabilität als jene des Kernhauptkörpers aufweist. In diesem Beispiel trägt, da die Größe des Verkettungsflusses am Führungsendteil 60c vergrößert werden kann, diese Anordnung wirkungsvoll zu einer Zunahme der Induktivität bei. Verglichen mit den Fällen in 21A und 21B, wo das Teil des Kerns 60 verschieden von dem Führungsendteil eine kleinere Dicke aufweist als das Führungsendteil, was zu einer Sensitivitäts- bzw. Empfindlichkeitsverschlechterung des Sensors bis zu einem gewissen Ausmaß führen kann, ist das in 21C gezeigte Beispiel frei von einer Sensitivitätsverschlechterung. Weiterhin ist, da der Kern 60, der in 21C gezeigt ist, eine gleichförmige bzw. einheitliche Dicke aufweist, der Kern 60 in dem Aspekt einer mechanischen Bearbeitung stabil (er wird nämlich bzw. insbesondere nicht leicht bei Anwendung einer kleinen externen bzw. äußeren Kraft deformiert).
21D zeigt ein Beispiel, wo ein Führungsendteil 60d mit einem Material oberflächenbehandelt ist (Plattieren oder sein Äquivalent), das eine hohe magnetische Permeabilität aufweist. Das Beispiel von 21D stellt eine Verbesserung zum Beispiel von 21C in dem Aspekt eines Verringerns der Zeit und Mühe für eine Herstellung und beim Erleichtern eines Positionierens bereit. Im Beispiel von 21D kann es möglich sein, ein Filmglied, das eine hohe magnetische Permeabilität aufweist, auf das Führungsendteil 60d anstelle eines Plattierens festzulegen.
Ein Positionssensor, der in 22 gezeigt ist, besteht aus einer Detektionsspule 20', welche durch ein Wickeln eines Drahts auf eine hohle Spule 15 hergestellt wird, und einem Kern 61, welcher durch den hohlen Abschnitt der Spindel 15 hinein- und herausbewegbar ist, indem er in Bezug auf die Detektionsspule 20' in einer Wicklungsrichtung X des Drahts verlagert wird. Der Positionssensor ist mit einer Konstantstromschaltung (nicht gezeigt) und einer Signalbearbeitungsschaltung (nicht gezeigt) in der ähnlichen Art und Weise wie in der ersten Ausführungsform versehen. In der dritten Ausführungsform ist ein Draht um die entgegengesetzten Endabschnitte der Detektionsspule 20' mit einer größeren Dicke als das verbleibende Teil der Detektionsspule 20' gewickelt (insbesondere ist die Anzahl von Schichten des gewickelten Drahts größer als jene des verbleibenden Teils), wobei die Form des Kerns 61 dieselbe bleibt wie in der herkömmlichen bzw. konventionellen Technik. Mit dieser Anordnung wird ein magnetischer Fluß, der durch die große Anzahl von Schichten des gewickelten Drahts generiert bzw. erzeugt wird, verkettet, was es möglich macht, die Induktivität wirksam zu erhöhen, selbst wenn der Kern 61 nur durch das Führungsendteil der Detektionsspule 20' durchgeführt wird.
23A bis 23E zeigen Beispiele, wo ein Führungsendteil des Kerns 61 seine Kante bzw. seinen Rand durch ein Abschrägen, eine Abrundungsbehandlung oder dgl. entfernt aufweist, um den Kern 61 am Anstoßen gegen die innere Wand der Spindel bzw. Spule der Detektionsspule 20' zu hindern. 23B bis 23E zeigen Beispiele entsprechend 21A bis 21E (sic), in welchen eine Abschrägungs- oder Abrundungsbehandlung in Bezug auf das Führungsendteil der jeweiligen Kerne in 21A bis 21D durchgeführt ist.
In 4, die einen Querschnitt des Kerns 60 und der Detektionsspule 20 zeigt, ist die innere Oberfläche der gekrümmten Spule 22, durch welche der Kern 60 durchgeführt wird, mit der Beschichtung 21 versehen, welche durch Dampfabscheidung von nicht magnetischem Metall, wie beispielsweise Kupfer, erhalten wird, um den Kern 60 daran zu hindern, gegen die Innenwand der Spule 22 zu stoßen bzw. anzuliegen. In dem Fall, wo ein Material, das eine Leitfähigkeit wie beispielsweise ein Metall aufweist, als ein Material für die Beschichtung 21 verwendet wird, ist es notwendig, das Material daran zu hindern, eine geschlossene Schleife innerhalb seines Querschnitts auszubilden. Alternativ kann ein Teil einer Seitenoberfläche eines Durchtrittslochs der Spule 22 aus einem Blattmetall hergestellt sein, anstelle eines Anwendens einer Metalldampfabscheidung bzw. -ablagerung. Ein Anwenden einer Fluorbeschichtung, welche eine Gleitfähigkeit und einen Widerstand gegen Abrieb bereitstellt, stellt dieselbe Wirkung wie die obige bereit. In dieser Anordnung wird ein Filmglied oder ein lineares Glied (insbesondere amorph) als der Kern 60 verwendet, und ein derartiger Kern ist entlang der Seitenoberfläche des Durchtrittslochs der gekrümmten Spule 22 bewegbar. Diese Anordnung ist wirksam bei der Herstellung eines dünnen Positionssensors mit kleinem Durchmesser und bei einem Verbessern einer Linearität der Ausgabe.
Zusätzlich zu dem Obigen erleichtert ein Ausbilden des Wicklungsdrahts der Detektionsspule 20 mit einer Verwendung einer Schraubenfeder und ein Durchführen bzw. -leiten der Schraubenfeder durch die gekrümmte Spule 22 ein Wickeln des Drahts bei einer gleichförmigen Ganghöhe in der Richtung eines Rotationswinkels des Kerns.
Als nächstes ist, bezugnehmend auf 2, der Positionssensor mit der Krümmungskorrektureinrichtung 24 zum Wiederherstellen der Form der gekrümmten Spule in ihrem ursprünglichen Zustand versehen. Die gekrümmte Spule wird deformiert, d.h. die Krümmung der gekrümmten Spule wird durch Anwendung einer Spannungsbeanspruchung des Drahts auf die gekrümmte Spule erhöht. Die Krümmungskorrektureinrichtung 24 ist mit einer Rille bzw. Nut ausgebildet, die im wesentlichen dieselbe Krümmung aufweist wie die Detektionsspule 20. Wenn die Detektionsspule 20 entlang der Rille der Krümmungskorrektureinrichtung 24 eingepaßt ist, werden eine radial innere Wand und eine Bodenoberfläche der Detektionsspule 20 mit der Krümmungskorrektureinrichtung 24 in Kontakt gebracht. Somit wird eine Zunahme der Krümmung der gekrümmten Spule 22 korrigiert. In 2 ist das Gehäuse 25 mit der Krümmungskorrektureinrichtung 24 ausgerüstet. Alternativ kann eine Rille ähnlich der Rille in der Krümmungskorrektureinrichtung 24 in dem Gehäuse 25 selbst ausgebildet sein.
Ein Verwenden der Detektionsspule, die mit der Krümmungskorrektureinrichtung 24 ausgerüstet ist, ist auch in dem folgenden Punkt vorteilhaft. Wenn eine Detektionsspule nicht mit einer Krümmungskorrektureinrichtung ausgerüstet ist, wie dies in 24 gezeigt ist, ist es erforderlich, ein Paar von zurückhaltenden/festlegenden Gliedern 26 an einer Außenseite der entgegengesetzten bzw. gegenüberliegenden Enden der Detektionsspule 20 in der Nachbarschaft eines Flansches davon für ein Behalten und Festlegen der Position der Detektionsspule 20 bereitzustellen bzw. vorzusehen. Ein Bereitstellen der zurückhaltenden/festlegenden Glieder 26 beschränkt einen Hub (mechanische Verlagerung) des Kerns 60. Andererseits ist die Anordnung von 2, wo das zurückhaltende/festlegende Glied nicht außerhalb des Flansches der Detektionsspule 20 bereitgestellt ist, vorteilhaft, weil ein Hub des Kerns 60 länger gemacht werden kann, oder der Rotationswinkel entsprechend dem Wicklungsteil auf der gekrümmten Spule 22 weiter anstelle eines langen Hubs gemacht werden kann. Beide Anordnungen stellen eine Verbesserung in der Linearität zur Verfügung.
(Vierte Ausführungsform)
Ein Positionssensor in Übereinstimmung mit einer vierten Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf 25 bis 28 beschrieben. Der Positionssensor in dieser Ausführungsform ist basierend auf einer Idee eines ausfall- bzw. pannensicheren Systems hergestellt, in Anbetracht seiner Verwendung in einem Fahrzeug (beispielsweise Positionsdetektion eines Gaspedals). Im Hinblick darauf weist der Positionssensor in dieser Ausführungsform eine Konstruktion auf, daß der detektierende bzw. Detektionsabschnitt des Positionssensors, gezeigt in 2 und 3, eine doppelte Schicht aufweist. Spezifisch sind in 25 und 26 zwei Detektionsspulen 20a, 20b, die eine zueinander identische Krümmung aufweisen, und zwei Kerne 60a, 60b bereitgestellt, welche eine zueinander identische Krümmung aufweisen und durch die jeweiligen Detektionsspulen 20a, 20b um eine Rotationsachse eines bewegbaren Blocks 23A durchgeführt werden. Die Detektionsspulen 20a, 20b sind koaxial entlang der Rotationsachse der Kerne 60a, 60b übereinander gelegt. Im Vergleich mit der Anordnung, die in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung Nr. 2000-186903 geoffenbart ist, wo zwei Detektionsspulen auf derselben Ebene angeordnet sind, macht es die obige Anordnung möglich, einen Öffnungswinkel des Wicklungsteils der Detektionsspulen 20a, 20b und einen mechanischen Rotationswinkel des bewegbaren Blocks 23A zu vergrößern. Deshalb sichert diese Anordnung einen weiten Bereich eines Rotationswinkels θ, wo eine wünschenswerte bzw. erwünschte Linearität von jeweiligen Impedanzen Z der Detektionsspulen 20a, 20b erhalten wird. Weiterhin können, da die Spezifikationen der Detektionsspule 20a identisch zu jenen der Detektionsspule 20b sind, die Charakteristika der Detektionsspulen 20a, 20b im wesentlichen zueinander identisch gemacht werden, was beim Drahtwickeln und beim Unterdrücken eines Kostenanstiegs vorteilhaft ist.
Ein Positionssensor, der in 27 und 28 gezeigt ist, besteht aus einer Detektionsspule 20c, die eine große Krümmung (kleiner Radius einer Krümmung) aufweist, einer Detektionsspule 20d, die eine kleine Krümmung (großer Radius einer Krümmung) aufweist, einem Kern 60c, welcher eine große Krümmung aufweist und durch die Detektionsspule 20c durchgeführt wird, wenn er um die Rotationsachse des bewegbaren Blocks 23B gedreht wird, und einem Kern 60d, welcher eine kleine Krümmung aufweist und durch die Detektionsspule 20d durchgeführt wird, wenn er um die Rotationsachse des bewegbaren Blocks 23B gedreht wird. Die Detektionsspulen 20c, 20d sind im wesentlichen innerhalb desselben Bereichs des Rotationswinkels θ in bezug auf die Rotationsachse der Kerne 60c, 60d und auf derselben Ebene angeordnet. Mit dieser Anordnung sind ähnlich dem in 25 und 26 gezeigten Positionssensor der Öffnungswinkel des Wicklungsteils auf den Detektionsspulen 20c, 20d und der mechanische Rotationswinkel des bewegbaren Blocks 23B vergrößert. Dadurch ist ein weiter Bereich eines Rotationswinkels θ gesichert, wo eine wünschenswerte Linearität von jeweiligen Impedanzen Z der Detektionsspulen 20c, 20d erhalten wird, und ein dünner Positionssensor ist herstellbar.
Vor einem Zusammenbauen in Detektionsspulen 20a, 20b (20c, 20d), wie dies in dieser Ausführungsform gezeigt ist, können die Detektionsspulen 20a, 20b (20c, 20d) mit den gekrümmten Spulen 22a, 22b (22c, 22d) integral unter Verwendung eines Harzes 27 (28) nach einem Aufwickeln eines Drahts auf den gekrümmten Spulen 22a, 22b (22c, 22d) geformt werden. Diese Anordnung verhindert eine Trennung bzw. Lösung des Drahts, welche zur Zeit eines Zusammenbauens und/oder zur Zeit einer Anwendung einer Vibration bzw. Schwingung und/oder eines Stoßes bzw. Schlags auftreten kann, und hindert die Spulen 20a, 20b (20c, 20d) daran, relativ zueinander verlagert zu werden. Diese Anordnung blockiert eine Veränderung bzw. Schwankung einer Ausgabe zwischen den zwei Detektionsabschnitten aufgrund einer positionellen Verlagerung zur Zeit eines Zusammenbauens. In dieser Anordnung werden, da die zwei Detektionsabschnitte in eine einstückige Einheit durch ein integriertes Formen bzw. Gießen hergestellt sind, die zwei Detektionsabschnitte leicht relativ zum beweglichen Block 23A (23B) positioniert, was die Zeit verkürzt, die für ein Zusammenbauen erforderlich ist.
Da ein Harzformen in einem Zustand durchgeführt wird, daß eine Deformation der gekrümmten Spulen 22a, 22b (22c, 22d) korrigiert wird, gibt es keine Notwendigkeit, spezielle Teile bereitzustellen, die für ein Korrigieren der Deformation der gekrümmten Spulen 22a, 22b (22c, 22d) in einem Gehäuse 25A (25B) erforderlich sind. Außerdem sind, wenn die zwei Kerne 60a, 60b (60c, 60d) integral harzgeformt sind, diese Teile frei von einer positionellen Verlagerung, welches eine Erzeugung einer Veränderung von Merkmalen zwischen den zwei Detektionsabschnitten aufgrund einer positionellen Verlagerung zur Zeit eines Zusammenbauens eliminiert bzw. beseitigt.
(Fünfte Ausführungsform)
Die Anordnung eines Positionssensors in Übereinstimmung mit einer fünften Ausführungsform ist dieselbe wie jene irgendeiner der ersten bis vierten Ausführungsform. Demgemäß werden identische Teile in der fünften Ausführungsform zu jenen in der ersten bis vierten Ausführungsform mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, und die Beschreibung betreffend identische Teile wird vermieden. In dieser Ausführungsform wird die Anordnung eines Verlagerungssignals Vout, welches von einer Signalbearbeitungsschaltung 40 ausgegeben wird, beschrieben.
In dem Fall, wo eine elektronische Regel- bzw. Steuereinheit (ECU), welche ein System einer Be- bzw. Verarbeitung eines Signals ist, das von einem Positionssensor ausgegeben ist, eine digitale Schaltung ist, werden eine redundante A/D-Umwandlung und D/A-Umwandlung wiederholt, wenn ein Verlagerungssignal Vout ein analoges Signal ist, mit dem Ergebnis, daß ein Detektionsfehler auftreten kann und eine Antwortverzögerung begleitet sein kann. Wenn ein Verlagerungssignal Vout ein digitales Signal ist, wird das oben erwähnte Problem, das für ein analoges Signal typisch ist, eliminiert. Weiterhin neigt ein digitales Signal nicht dazu, durch ein externes Rauschen in einer Signalübertragung beeinflußt bzw. beeinträchtigt zu werden. Im Hinblick darauf werden in dieser Ausführungsform einige der Beispiele beschrieben, wo ein Verlagerungssignal Vout, das von der Signalbearbeitungsschaltung ausgegeben wird, ein digitales Signal ist. Die Signalbearbeitungsschaltung 40 umfaßt eine ein Signal korrigierende Schaltung (nicht gezeigt), beinhaltend eine A/D-Wandlerschaltung (nicht gezeigt) zum Wandeln einer Peak- bzw. Spitzenspannung V1 einer Ausgabespannung von einem Detektionsabschnitt 50 in ein digitales Signal, und eine korrigierende Schaltung zum Durchführen eines digitalen Trimmens in bezug auf das digitale Signal.
29A und 29B zeigen ein erstes Beispiel eines Verlagerungssignals Vout, das von der Signalbearbeitungsschaltung 40 ausgegeben wird. Das Verlagerungssignal Vout umfaßt ein Ausgabeinitiierungssignal, das eine Breite T1 entsprechend drei Pulsbreiten eines Referenz- bzw. Bezugspulses Vr aufweist, und ein Pulssignal, das nach einem Verstreichen einer Dauer T2 nach der Ausgabe des Ausgabeinitiierungssignals ausgegeben wird. Die Dauer T2 unterscheidet sich abhängig von Positionsdaten. Die ECU beurteilt eine relative Position des Kerns 60 zur Detektionsspule 20, indem die Pulsbreite T1 des Ausgabeinitiierungssignals und die Dauer T2, bis das Pulssignal erscheint, mit einem Zeitmeßgerät gemessen werden.
30A und 30B zeigen ein zweites Beispiel des Verlagerungssignals Vout, das von der Signalbearbeitungsschaltung 40 ausgegeben wird. Das Verlagerungssignal Vout besteht aus einem Ausgabeinitiierungssignal, das eine Breite aufweist, die den drei Pulsbreiten eines Bezugspulses Vr entspricht, und einer bestimmten Anzahl von Pulssignalen, welche dem Ausgabeinitiierungssignal folgen. Die Anzahl von Pulssignalen unterscheidet sich abhängig von den Positionsdaten. Die ECU beurteilt eine relative Position des Kerns 60 zur Detektionsspule 20, indem die Anzahl von Puls signalen, welche auf das Ausgabeinitiierungssignal folgen, mit einem Zählgerät gezählt wird.
31A und 31B zeigen ein drittes Beispiel des Verlagerungssignals Vout, das von der Signalbearbeitungsschaltung 40 ausgegeben wird. Das Verlagerungssignal Vout besteht aus einem Pulssignal, das ein Lastverhältnis in Übereinstimmung mit Positionsdaten aufweist. Die Ein-, Aus-Perioden des Lastverhältnisses werden jeweils durch die Anzahl von Bezugspulsen Vr bestimmt. Die ECU beurteilt eine relative Position des Kerns 60 zur Detektionsspule 20, indem der Zyklus und die Breite des Pulssignals mit einem Zeitmesser gemessen werden.
Wenn versucht wird, eine erforderliche Bit-Anzahl einer digitalen Ausgabe zu sichern, kann die Anzahl von Verdrahtungen, die den Positionssensor und die ECU verbinden, zunehmen. Jedoch wird gemäß den Beispielen, die in 29A bis 31B gezeigt sind, die Schaltungskonfiguration mit nur einer einzigen Signalleitung aufgebaut bzw. hergestellt. Weiterhin kann das Verlagerungssignal Vout aus einem Pulssignal bestehen, das eine Pulsbreite in Übereinstimmung mit Positionsdaten aufweist. Weiterhin kann alternativ, wenn es keine Beschränkung betreffend die Anzahl von Signalleitungen gibt, das Verlagerungssignal Vout aus einer bestimmten Bit-Anzahl eines digitalen Signals bestehen, welche eine für eine Positionsdetektion erforderliche Auflösung erfüllt.
(Sechste Ausführungsform)
Eine Querschnittskonstruktion und eine Schaltungskonfiguration einer Detektionsspule eines Positionssensors in Über einstimmung mit einer sechsten Ausführungsform dieser Erfindung sind jeweils in 32 und 33 gezeigt. Der Positionssensor in der sechsten Ausführungsform weist einen doppelt geschichteten Detektionsabschnitt basierend auf einem ausfallsicheren System auf, wobei seine Verwendung in einem Automobil in Betracht gezogen wird.
Der Positionssensor in dieser Ausführungsform umfaßt Detektionsspulen 20e, 20f, einen Kern 60e, eine Konstantstromschaltung 30A, eine Signalbearbeitungsschaltung 40a und eine Signalbearbeitungsschaltung 40b. Die Detektionsspulen 20e, 20f sind jeweils um hohle Spindeln bzw. Spulen 15a, 15b gewickelt und sind in einer Wicklungsrichtung entgegengesetzt zueinander. Der Kern 60e ist relativ zu den Detektionsspulen 20e, 20f in der Wicklungsrichtung bewegbar und wird durch die hohlen Abschnitte der Spulen 15a, 15b durchgeführt. Die Konstantstromschaltung 30A gibt Konstantströme Ida, Idb jeweils zu den Detektionsspulen 20e, 20f aus. Der Konstantstrom Ida (Idb) wird durch ein Überlagern eines Wechselstroms einer gegebenen Frequenz und einer gegebenen Amplitude auf einen Gleichstrom einer gegebenen Amplitude erhalten. Die Signalbearbeitungsschaltung 40a wandelt eine Spitzenspannung einer Spannung, die an den entgegengesetzten Enden der Detektionsspule 20e detektiert wird, in ein Verlagerungssignal um, das für Positionsdaten des Kerns 60e relativ zur Detektionsspule 20e hinweisend ist. Die Spannung, die an den entgegengesetzten Enden der Detektionsspule 20e detektiert wird, wird basierend auf dem Konstantstrom Ida, der von der Konstantstromschaltung 30A ausgegeben wird, und der Impedanz Za der Detektionsspule 20e bestimmt. Die Signalbearbeitungsschaltung 40b wandelt eine Spitzenspannung einer Spannung, die an den entgegengesetzten Enden der Detektionsspule 20f detektiert wird, in ein Verlagerungssignal um, das für Positionsdaten des Kerns 60e relativ zur Detektionsspule 20f hinweisend ist. Die Spannung, die an den entgegengesetzten Enden der Detektionsspule 20f detektiert wird, wird basierend auf dem Konstantstrom Idb, der von der Konstantstromschaltung 30A ausgegeben wird, und der Impedanz Zb der Detektionsspule 20f bestimmt.
In dieser Ausführungsform verwenden die zwei Detektionsspulen 20e, 20f gemeinsam den Kern 60e, welcher an einem strukturellen bzw. Strukturglied (nicht gezeigt) festgelegt ist. Die einzige Konstantstromschaltung 30A gibt die Konstantströme Ida, Idb, die jeweils eine gegebene Frequenz und eine gegebene Amplitude aufweisen, zu den Detektionsspulen 20e, 20f aus. Mit dieser Anordnung kann ein Kostenanstieg, der durch ein Bereitstellen des doppelt geschichteten Detektionsabschnitts begleitet ist, unterdrückt werden.
Wenn die Konstantstromschaltung 30A und die Signalbearbeitungsschaltungen 40a, 40b, welche einen aktiven Schaltungsabschnitt ausbilden, in eine monolithische integrierte Schaltung konfiguriert sind, kann ein Kostenanstieg, der durch ein Bereitstellen des doppelt geschichteten Detektionsabschnitts begleitet ist, weiterhin unterdrückt werden, da die integrierte Schaltung ein äußerst teures Teil ist.
Nachstehend werden einige der Beispiele beschrieben, wie die Positionssensoren in Übereinstimmung mit der ersten bis sechsten Ausführungsform verwendet werden. Zuerst wird in dem Fall, wo der Sensor zum Detektieren der Position eines Gaspedals eines Automobils verwendet wird, der folgende Vorteil erhalten. Da der Detektionswinkel relativ klein, wie beispielsweise etwa 30° ist, können gekrümmte Spulen, die eine zueinander identische Krümmung aufweisen, auf derselben Ebene angeordnet werden, und Impedanzen der Detektionsspulen können zueinander komplementär gemacht werden. Weiterhin ist, da der Sensor im Inneren der Kammer des Automobils angeordnet ist, die obere Grenze der Betriebstemperatur des Sensors nicht so hoch. Außerdem kann, da es einen ausreichend großen Hub in bezug auf den Detektionswinkel gibt, ein zwischenliegendes Teil des Hubs, wo eine wünschenswerte Linearität erhalten wird, mit weniger Modifikation im Material und der Form bzw. Gestalt des Kerns verwendet werden.
Als nächstes wird ein Fall beschrieben, wo der Sensor als ein Drosselpositionssensor verwendet wird. In diesem Fall ist der Detektionswinkel so groß wie etwa 90° oder mehr. Außerdem ist es erforderlich, einen großen mechanischen Hub zu sichern. Im Hinblick darauf ist die Anordnung, wie dies in 25 und 26 gezeigt ist, geeignet, wo die gekrümmten Spulen übereinandergelegt sind, oder die Anordnung, wie dies in 27 und 28 gezeigt ist, wo die gekrümmten Spulen, die Krümmungen aufweisen, die voneinander abweichen, in demselben Bereich des Rotationswinkels auf derselben Ebene angeordnet sind. Da es eine Grenze im mechanischen Hub in bezug auf den Detektionswinkel gibt, ist es wünschenswert, ein Material, wie beispielsweise SUS430 für den Kern zu verwenden, um leicht eine Linearität auf der Spulenimpedanz zu erhalten. Da der Drosselpositionssensor in einem Motorraum angeordnet ist, ist es erforderlich, daß der Sensor eine hohe obere Grenze der Betriebstemperatur erfüllt. Im Hinblick darauf ist es wünschenswert, eine Veränderung bzw. Schwankung der Temperaturcharakteristik (Tem peraturkoeffizient) aufgrund einer Winkelverlagerung zu minimieren, indem ein Material für den Kern ausgewählt wird, das es ermöglicht, eine Linearität leicht zu erhalten, und indem der Spule ein geeigneter Vormagnetisierungsstrom gegeben bzw. verliehen wird.
Wenn der Positionssensor in einer Fabrikanlage, wie beispielsweise einer Energieerzeugungseinrichtung, verwendet wird, neigt der Positionssensor dazu, einer hohen Temperatur unterworfen zu werden. Im Hinblick darauf ist es wünschenswert, eine Veränderung der Temperaturcharakteristik (Temperaturkoeffizient) der Detektionsspule aufgrund einer Winkelverlagerung zu minimieren, indem Eisenchrom als ein Material für den Kern verwendet wird und der Spule ein geeigneter Vormagnetisierungsstrom verliehen wird.
Es sollte erwähnt werden, daß es einen Fall gibt, daß ein einziger Detektionsabschnitt in einem Positionssensor zum Detektieren des Pedalwinkels in einem motorisierten Zweirad in dem Aspekt eines Unterdrückens bzw. Verringerns von Herstellungskosten bereitgestellt ist. Jedoch ist es im allgemeinen bevorzugt, einen doppelt geschichteten Detektionsabschnitt in einem Positionssensor zum Detektieren des Pedalwinkels in einem Automobil bereitzustellen bzw. vorzusehen, um eine Zuverlässigkeit bzw. Betriebssicherheit als ein System zu sichern.
Um diese Erfindung zusammenzufassen umfaßt ein Positionssensor gemäß einem Aspekt dieser Erfindung eine Konstantstromschaltung zum Ausgeben eines Konstantstroms bzw. Dauerstroms, welcher durch ein Überlagern eines Wechselstroms, der eine gegebene Frequenz und eine gegebene Amplitude aufweist, über einen Gleichstrom erhalten ist, der eine gegebene Amplitude aufweist; einen detektierenden bzw. Detektionsabschnitt, der wenigstens eine Detektionsspule beinhaltet, zu welcher dieser Konstantstrom zugeführt ist; einen Kern, der aus einem magnetischen Material hergestellt bzw. gefertigt ist, wobei der Kern relativ zu der Detektionsspule in einer axialen Richtung der Detektionsspule verlagert ist bzw. wird; und eine Signalverarbeitungsschaltung zum Ausgeben eines Verschiebungs- bzw. Verlagerungssignals, das für Positionsdaten des Kerns relativ zu der Detektionsspule hinweisend ist, basierend auf einem Peak- bzw. Spitzenwert einer Ausgangs- bzw. Ausgabespannung von dem Detektionsabschnitt nach bzw. bei einer Zufuhr des Konstantstroms, wobei wenigstens eines aus einem Verhältnis des Gleichstroms zu dem Wechselstrom des Konstantstroms, einem Verhältnis einer AC Komponente zu einer DC Komponente einer Impedanz in den Detektionsabschnitt, einer Temperaturcharakteristik des Verhältnisses des DC zu dem AC des Konstantstroms, und einer Temperaturcharakteristik des Verhältnisses der AC Komponente zu der DC Komponente der Impedanz in dem Detektionsabschnitt in einer derartigen Weise festgelegt ist bzw. wird, daß eine Grenze einer Fluktuation eines Temperaturkoeffizienten des Spitzenwerts der Ausgabespannung von dem Detektionsabschnitt in einer gesamten Verlagerungszone des Kerns relativ zu der Detektionsspule kleiner als eine Grenze einer Fluktuation eines Temperaturkoeffizienten der AC Komponente der Impedanz in dem Detektionsabschnitt bei der gegebenen Frequenz in der gesamten Verlagerungszone des Kerns relativ zu der Detektionsspule ist.
In der obigen Anordnung kann die Detektionsspule optimal abhängig vom Gegenstand für eine Positionsdetektion ausgewählt werden. Weiterhin kann eine Abhängigkeit eines Tem peraturkoeffizienten der Impedanz der Detektionsspule leicht bzw. mühelos unterdrückt werden, indem die Konstante an der bzw. betreffend die Schaltung festgelegt wird. Als ein Ergebnis kann eine Veränderung bzw. Schwankung des Temperaturkoeffizienten der Impedanz der Detektionsspule relativ zur Verlagerung bzw. Verschiebung mit einer vereinfachten Schaltungskonfiguration kompensiert bzw. ausgeglichen werden.
Vorzugsweise kann der Kern betriebsfähig bzw. betätigbar sein, um durch einen Wicklungsdraht der Detektionsspule durchzutreten. Diese Anordnung kann eine große Veränderung der Impedanz der Detektionsspule absorbieren bzw. aufnehmen.
Vorzugsweise kann ein Temperaturkoeffizient einer DC Komponente der Ausgabespannung von dem Detektionsabschnitt näher zu einem Temperaturkoeffizienten einer RC Komponente der Ausgabespannung von dem Detektionsabschnitt in dem Fall sein, wo eine durchtretende bzw. Durchtrittsgröße des Kerns durch einen Wicklungsdraht der Detektionsspule maximal wie der Temperaturkoeffizient der AC Komponente der Ausgabespannung von der Detektionsschaltung in dem Fall ist, wo die Durchtrittsgröße des Kerns minimal ist. In dieser Anordnung kann die Grenze einer Fluktuation des Temperaturkoeffizienten des Peakwerts der Ausgabespannung von dem Detektionsabschnitt unterdrückt werden.
Vorzugsweise kann die Konstantstromschaltung eine oszillierende Schaltung zum Generieren bzw. Erzeugen einer Spannung, welche durch ein Überlagern einer AC Spannung, die eine gegebene Frequenz und eine gegebene Amplitude aufweist, über eine DC Spannung erhalten ist, die eine ge gebene Amplitude aufweist, und eine Spannungs-Strom-Wandelschaltung zum Umwandeln bzw. Konvertieren der Ausgabespannung von der oszillierenden Schaltung in einen Strom beinhalten, und das Verhältnis des DC zum AC des Konstantstroms kann durch ein individuelles Festlegen bzw. Einstellen der DC Spannung und der AC Spannung festgelegt werden. In dieser Anordnung kann das Verhältnis des DC zum AC des Konstantstroms durch ein Bereitstellen einer vereinfachten Schaltungskonfiguration und durch ein Festlegen einer Konstante an der bzw. betreffend die Schaltung festgelegt werden.
Vorzugsweise kann die Konstantstromschaltung eine oszillierende Schaltung zum Generieren einer Spannung, welche durch ein Überlagern einer AC Spannung, die eine gegebene Frequenz und eine gegebene Amplitude aufweist, über eine DC Spannung erhalten ist bzw. wird, die eine gegebene Amplitude aufweist, und eine Spannungs-Strom-Wandelschaltung zum Wandeln bzw. Konvertieren der Ausgabespannung von der oszillierenden Schaltung in einen Strom beinhalten, und die Temperaturcharakteristik des Verhältnisses des Gleichstroms zu dem Wechselstrom des Konstantstroms kann durch ein Festlegen eines Temperaturkoeffizienten eines Werts eines Widerstands festgelegt werden, der in der oszillierenden Schaltung zur Verfügung gestellt ist. Der Widerstand bestimmt einen Wert der DC Spannung. Diese Anordnung ermöglicht es, eine ähnliche Wirkung wie in der obigen zu erhalten.
Vorzugsweise kann die Konstantstromschaltung eine oszillierende Schaltung zum Generieren einer Spannung, welche durch ein Überlagern einer AC Spannung, die eine gegebene Frequenz und eine gegebene Amplitude aufweist, über eine DC Spannung erhalten ist, die eine gegebene Amplitude aufweist, und eine Spannungs-Strom-Wandelschaltung zum Wandeln der Ausgabespannung von der oszillierenden Schaltung in einen Strom beinhalten, und die Temperaturcharakteristik des Verhältnisses der AC Komponente zu der DC Komponente der Impedanz in dem Detektionsabschnitt kann durch ein Festlegen eines Temperaturkoeffizienten der Frequenz der AC Spannung festgelegt werden.
In der obigen Anordnung kann, selbst wenn die Konstante an der Schaltung nicht leicht festgelegt werden kann, weil die Konstantstromschaltung aus einer integrierten Schaltung besteht, die Temperaturcharakteristik der AC Komponente der Impedanz des Detektionsabschnitts festgelegt werden, indem eine Anordnung angewandt wird, daß ein Widerstand und ein Kondensator zum Bestimmen der oszillierenden Frequenz der AC Spannung als ein externes Element montiert sind, und indem die Widerstandswerte davon und der Temperaturkoeffizient des Kondensators ausgewählt werden.
Vorzugsweise kann die Konstantstromschaltung eine Gleichkonstantstromschaltung zum Ausgeben eines Gleichstroms, der eine gegebene Amplitude aufweist, und eine AC Schaltung zum Ausgeben eines AC beinhalten, der eine gegebene Frequenz und eine gegebene Amplitude aufweist, und kann wenigstens eines aus dem Verhältnis des Gleichstroms zu dem Wechselstrom des Konstantstroms, dem Verhältnis der AC Komponente zu der DC Komponente der Impedanz in dem Detektionsabschnitt, der Temperaturcharakteristik des Verhältnisses des Gleichstroms zum Wechselstrom des Konstantstroms, und der Temperaturcharakteristik des Verhältnisses der AC Komponente zu der DC Komponente der Impedanz in den Detektionsabschnitt durch ein Festlegen wenigstens einer einer Tem peraturcharakteristik der Amplitude des DC, einer Temperaturcharakteristik der Frequenz des AC und einer Temperaturcharakteristik der Amplitude des AC festgelegt sein bzw. werden. In dieser Anordnung kann eine Veränderung bzw. Schwankung des Temperaturkoeffizienten der Impedanz der Detektionsspule relativ zu einer Verlagerung des Kerns kompensiert werden, indem eine vereinfachte Schaltungskonfiguration zur Verfügung gestellt wird und indem eine Konstante an der Schaltung festgelegt wird.
Vorzugsweise kann der Detektionsabschnitt die Detektionsspule und ein Schaltungs- bzw. Schaltkreiselement beinhalten, welches in Serie mit der Detektionsspule verbunden ist und eine Impedanz aufweist, die frei von einer Verlagerung des Kerns ist, kann die Signalverarbeitungsschaltung das Verlagerungssignal, das für die Positionsdaten des Kerns relativ zu der Detektionsspule hinweisend ist, basierend auf einem Spitzenwert einer Spannung ausgeben, welche an beiden Enden der Serienschaltung, beinhaltend die Detektionsspule und das Schaltkreiselement, nach bzw. bei einer Zufuhr des Konstantstroms zu der Detektionsspule detektiert ist bzw. wird, und kann wenigstens eines aus dem Verhältnis der AC Komponente zu der DC Komponente der Impedanz in dem Detektionsabschnitt und der Temperaturcharakteristik des Verhältnisses der AC Komponente zu der DC Komponente der Impedanz in dem Detektionsabschnitt durch ein Festlegen von wenigstens einer einer AC Komponente und einer DC Komponente der Impedanz des Schaltkreiselements und entsprechenden Temperaturkoeffizienten der AC Komponente und der DC Komponente der Impedanz des Schaltkreiselements festgelegt werden.
In der obigen Anordnung kann, selbst wenn die Konstante an der Schaltung nicht leicht festgelegt werden kann, da die Konstantstromschaltung aus einer integrierten Schaltung besteht, eine Veränderung bzw. Variation des Temperaturkoeffizienten der Impedanz des Detektionsabschnitts relativ zu einer Verlagerung des Kerns mit einer vereinfachten Schaltungskonfiguration kompensiert werden.
Vorzugsweise kann das Schaltkreiselement einen Widerstand beinhalten. In dieser Anordnung kann die Impedanz des Detektionsabschnitts bei niedrigen Kosten geregelt bzw. gesteuert werden.
Vorzugsweise kann das Schaltkreiselement einen Induktor bzw. eine Drosselspule beinhalten. In dieser Anordnung können der DC Widerstand und die AC Impedanz des Detektionsabschnitts bei niedrigen Kosten geregelt bzw. gesteuert werden.
Vorzugsweise kann die Konstantstromschaltung eine integrierte Schaltung beinhalten, die Widerstände zum Festlegen bzw. Einstellen der Amplitude des DC, der Frequenz und der Amplitude des AC und digitale Trimmittel zum Festlegen der Werte der Widerstände aufweist, und kann wenigstens eines aus dem Verhältnis des DC zu dem AC des Konstantstroms, dem Verhältnis der AC Komponente zu der DC Komponente der Impedanz in dem Detektionsabschnitt, der Temperaturcharakteristik des Verhältnisses des DC zu dem AC des Konstantstroms, und der Temperaturcharakteristik des Verhältnisses der AC Komponente zu der DC Komponente der Impedanz in dem Detektionsabschnitt durch ein Festlegen des Werts des Widerstands durch die digitalen Trimmittel festgelegt werden. In dieser Anordnung kann eine Veränderung des Tempera turkoeffizienten der Impedanz der Detektionsspule relativ zu einer Verlagerung des Kerns mit einer vereinfachten Schaltungskonfiguration leicht kompensiert bzw. ausgeglichen werden.
Vorzugsweise kann die Signalbearbeitungsschaltung eine Gleichrichtschaltung und eine Peak- bzw. Spitzenhalteschaltung zum Spitzenhalten einer Ausgabe von der Gleichrichtschaltung beinhalten. In dieser Anordnung kann die Signalbearbeitungsschaltung mit einer vereinfachten Schaltungskonfiguration konfiguriert sein.
Vorzugsweise kann die Signalverarbeitungsschaltung einen Verstärker beinhalten, der einen Temperaturkoeffizienten einer Polarität entgegengesetzt zu einer Polarität des Temperaturkoeffizienten des Spitzenwerts der Ausgangs- bzw. Ausgabespannung von dem Detektionsabschnitt aufweist, und die Signalverarbeitungsschaltung kann das Verlagerungssignal, das für die Positionsdaten des Kerns relativ zu der Detektionsspule hinweisend ist, basierend auf der Ausgabe von dem Verstärker ausgeben. In dieser Anordnung ist die Ausgabe von dem Verstärker ein Signal, welches bloß von einer Verlagerung des Kerns nach der Temperaturkompensation abhängt. Demgemäß kann ein Verlagerungssignal nach der Temperaturkompensation erhalten werden, indem lediglich die Ausgabe bearbeitet wird.
Vorzugsweise kann die AC Spannung, die von der oszillierenden Schaltung generiert ist bzw. wird, eine zerhackende bzw. zerhackte Welle beinhalten. In dieser Anordnung kann eine AC Spannung leichter aus der oszillierenden Schaltung erhalten werden als eine Spannung einer sinusförmigen Wellenform.
Vorzugsweise kann der AC, der von der Wechselkonstantstromschaltung ausgegeben ist, eine zerhackte Welle beinhalten. In dieser Anordnung kann eine AC Spannung leichter von der Wechselkonstantstromschaltung erhalten werden als eine Spannung einer sinusförmigen Wellenform.
Vorzugsweise können die Anzahl von Windungen bzw. Wicklungen eines Wicklungsdrahts der Detektionsspule, die Ganghöhe des Wicklungsdrahts und die Frequenz eines Signals, das an die Detektionsspule ausgegeben ist, jeweils auf derartige Werte festgelegt sein, daß ein Temperaturkoeffizient einer Impedanzkomponente des Wicklungsdrahts der Detektionsspule gleich einem Temperaturkoeffizienten einer Impedanzkomponente der Detektionsspule aufgrund einer relativen Verlagerung des Kerns zu der Detektionsspule ist. In dieser Anordnung kann eine Veränderung der Temperaturcharakteristik der Impedanz der Detektionsspule aufgrund einer relativen Verlagerung des Kerns zur Detektionsspule unterdrückt werden, indem die Impedanz der Detektionsspule in dem Fall geregelt bzw. gesteuert wird, wo der Kern nicht durch die Detektionsspule durchgeführt wird.
Vorzugsweise kann der Kern aus einem derartigen Material hergestellt sein, daß ein Temperaturkoeffizient einer Impedanzkomponente des Wicklungsdrahts der Detektionsspule gleich einem Temperaturkoeffizienten einer Impedanzkomponente der Detektionsspule aufgrund einer relativen Verlagerung des Kerns zu der Detektionsspule ist. Diese Anordnung ermöglicht es, eine ähnliche Wirkung wie in der obigen zu erhalten.
Vorzugsweise kann der Kern mit einer derartigen Oberflächenbehandlung versehen sein, daß ein Temperaturkoeffizient einer Impedanzkomponente des Wicklungsdrahts der Detektionsspule gleich einem Temperaturkoeffizienten einer Impedanzkomponente der Detektionsspule aufgrund einer relativen Verlagerung des Kerns zu der Detektionsspule ist. Diese Anordnung ermöglicht es, eine ähnliche Wirkung wie in der obigen zu erhalten.
Vorzugsweise kann der Kern eine Oberfläche aufweisen, die wenigstens aus einem Material hergestellt ist, das eine kleine Temperaturcharakteristik im Volumenwiderstand aufweist. Diese Anordnung ist wirksam beim Unterdrücken einer Veränderung der Temperaturcharakteristik der Impedanz der Detektionsspule in dem Fall, wo der Kern durch die Detektionsspule durchgeführt wird.
Vorzugsweise kann der Kern die Oberfläche wenigstens aus einem Material hergestellt aufweisen, das aus der Gruppe bestehend aus Nickel-Chrom-Legierung, Nickel-Chrom-Eisen-Legierung, Eisen-Chrom-Aluminium-Legierung, Kupfer-Nickel-Legierung und Manganin gewählt ist. In dieser Anordnung kann wenigstens die Oberfläche des Kerns leicht aus dem Material hergestellt sein, das einen kleinen Temperaturkoeffizienten im Volumenwiderstand aufweist.
Vorzugsweise kann der Kern durch ein Schneiden eines elektrischen Heizdrahts in ein Drahtsegment einer bestimmten Länge und durch ein Biegen des Drahtsegments in eine bestimmte Form hergestellt bzw. gefertigt sein. Diese Anordnung ist wirksam, um weiter eine Veränderung der Temperaturcharakteristik der Impedanz der Detektionsspule in dem Fall zu unterdrücken, wo der Kern durch die Detektionsspule durchgeführt wird, und beim Verringern des Materialverlusts für den Kern.
Vorzugsweise kann der elektrische Heizdraht aus einem Material hergestellt sein, das aus der Gruppe bestehend aus Nickel-Chrom-Legierung, Nickel-Chrom-Eisen-Legierung, Eisen-Chrom-Aluminium-Legierung, Kupfer-Nickel-Legierung und Manganin gewählt ist. In dieser Anordnung kann der Kern leicht durch ein Biegen des elektrischen Heizdrahtsegments der gewünschten Länge in eine geeignete Form erhalten werden.
Vorzugsweise kann ein Wicklungsdraht der Detektionsspule aus einem Material hergestellt sein, das aus der Gruppe bestehend aus Nichrom, Manganin und Kupfer-Nickel-Legierung gewählt ist. Diese Anordnung ist wirksam beim Unterdrücken einer Veränderung der Temperaturcharakteristik der Impedanz der Detektionsspule in dem Fall, wo der Kern nicht durch die Detektionsspule durchgeführt wird.
Vorzugsweise kann ein Endteil des Kerns eine derartige Dicke aufweisen, um ein Durchtreten eines magnetischen Flusses gegenüber einem restlichen Teil des Kerns zu erleichtern. In dieser Anordnung kann der Endeffekt gemildert bzw. vermindert werden, und die Verlagerungszone, wo die wünschenswerte Linearität der Ausgabe gesichert ist, kann erweitert werden.
Vorzugsweise kann das Endteil des Kerns eine Dicke größer als das verbleibende Teil des Kerns aufweisen. Diese Anordnung ist vorteilhaft beim Ausbilden des Kerns durch ein Metallspritzformen. Auch ist diese Anordnung wirksam bzw. effektiv beim mühelosen Ausbilden des Kerns, indem zwei Glieder miteinander verbunden werden.
Vorzugsweise kann das Endteil des Kerns aus einem Material hergestellt sein, das eine höhere magnetische Permeabilität als das verbleibende Teil des Kerns aufweist. Diese Anordnung ist vorteilhaft beim Sichern einer mechanischen Stabilität, weil die Dicke des Kerns konstant hergestellt sein kann. Weiterhin ist gemäß dieser Anordnung der Kern leicht herstellbar, indem zwei Glieder miteinander verbunden werden.
Vorzugsweise kann das Endteil des Kerns mit einem Material oberflächenbehandelt sein, das eine höhere magnetische Permeabilität als das verbleibende Teil des Kerns aufweist. Diese Anordnung ist beim Sichern einer mechanischen Stabilität vorteilhaft, weil die Dicke des Kerns konstant hergestellt bzw. gemacht sein kann. Auch ist der gekrümmte Kern leicht herstellbar.
Vorzugsweise kann die Oberfläche des Endteils des Kerns aus einem elektromagnetischen, rostfreien Stahl hergestellt sein, der mit einer Permalloy-Beschichtung bzw. -Plattierung versehen ist. Diese Anordnung stellt eine gut ausgeglichene magnetische Permeabilität zwischen dem Endteil und dem verbleibenden Teil des Kerns als auch einen ausgezeichneten Widerstand gegen Korrosion bereit.
Vorzugsweise kann der Kern ein Endteil aufweisen, das durch ein Entfernen einer Kante bzw. eines Rands davon durch ein Abschrägen hergestellt ist. Diese Anordnung ist frei von einem Nachteil, daß der Kern gegen die Innenwand der Spule stößt, was effektiv ist beim Aufrechterhalten, daß eine Linearität aufgrund des Widerlagers bzw. Anliegens erniedrigt bzw. gesenkt wird.
Vorzugsweise kann die Detektionsspule eine gekrümmte Form bzw. Gestalt aufweisen, die eine vorbestimmte Krümmung aufweist, und der Positionssensor kann weiterhin ein Gehäuse umfassen, das Mittel zum Festlegen der Detektionsspule und Korrigieren einer Variation der Krümmung der Detektionsspule beinhaltet. Diese Anordnung ist wirksam beim Korrigieren und Verhindern einer Variation bzw. Änderung der Krümmung der Detektionsspule.
Vorzugsweise kann das Gehäuse die Variation bzw. Änderung der Krümmung der Detektionsspule korrigieren, indem es in Kontakt mit wenigstens einem Teil eines radial inneren Abschnitts der Detektionsspule gebracht ist bzw. wird. Diese Anordnung ist wirksam beim sicheren Korrigieren und Verhindern einer Variation der Krümmung der Detektionsspule.
Vorzugsweise kann der Positionssensor weiterhin eine Haspel bzw. Spindel bzw. Spule umfassen, auf welche die Detektionsspule gewickelt ist, und die Detektionsspule und die Spindel können vor einem Zusammenbauen aus Harz geformt sein. Diese Anordnung ist wirksam beim Verhindern einer Trennung bzw. Lösung des Drahts, welche zu der Zeit eines Zusammenbauens und/oder Trennens des Drahts aufgrund einer Anwendung einer Vibration bzw. Schwingung und/oder Stoßes auftreten kann. Weiterhin ist diese Anordnung wirksam beim Korrigieren und Verhindern einer Variation der Krümmung der Detektionsspule, weil die gekrümmte Spindel bzw. Spule und die Detektionsspule in einem Zustand harzgeformt sind, daß eine Deformation der gekrümmten Spindel korrigiert wird, selbst wenn das Gehäuse nicht mit Mitteln zum Korrigieren einer Deformation bzw. Verformung der Krümmung der Detektionsspule ausgestattet bzw. versehen ist.
Vorzugsweise kann der Positionssensor weiterhin zwei Haspeln bzw. Spindeln umfassen, auf welche jeweils die Detektionsspule gewickelt ist, und die zwei Detektionsspulen und die zwei Spindeln bzw. Spulen können vor einem Zusammenbauen einstückig bzw. integral aus Harz geformt sein. Diese Anordnung ist frei von einer positionellen Verlagerung der zwei Detektionsspulen und von einer Veränderung der Ausgabe zwischen den zwei Detektionsabschnitten aufgrund einer positionellen Verlagerung der zwei Detektionsspulen zum Zeitpunkt eines Zusammenbauens, zusätzlich zu dem oben erwähnten Effekt.
Vorzugsweise können die Detektionsspule und der Kern jeweils in einer Anzahl von zwei vorliegen, können die zwei Kerne entsprechend durch die zwei Detektionsspulen hindurchgeführt sein, und können die zwei Kerne und die zwei Detektionsspulen einstückig bzw. integral aus Harz geformt sein. Diese Anordnung ermöglicht es, eine ähnliche Wirkung wie in der obigen zu erhalten.
Vorzugsweise kann die Detektionsspule zwei Detektionsspulenglieder beinhalten, die eine Krümmung identisch zueinander aufweisen, kann der Kern zwei Kernglieder beinhalten, die eine zueinander identische Krümmung aufweisen, können die Kernglieder durch die zwei Detektionsspulenglieder hindurchgeführt sein, indem sie um eine Rotationsachse des Kerns gedreht sind bzw. werden, und können die zwei Detektionsspulenglieder übereinander in einer Richtung der Rotationsachse des Kerns gelegt sein.
In der obigen Anordnung kann, da ein weiter Öffnungswinkel des Wicklungsteils an der Detektionsspule und ein weiter mechanischer Rotationswinkel des bewegbaren Blocks gesichert werden können, der Bereich des Rotationswinkels des bewegbaren Blocks, wo die wünschenswerte Linearität der Impedanz der Detektionsspule gesichert ist, erweitert werden. Außerdem können, da die Spezifikationen der zwei Detektionsspulenglieder identisch zueinander gemacht sind, die Charakteristika der zwei Detektionsspulenglieder identisch zueinander gemacht werden, was beim Wickeln des Drahts und beim Unterdrücken von Herstellungskosten vorteilhaft ist.
Vorzugsweise kann die Detektionsspule zwei gekrümmte Detektionsspulenglieder beinhalten, die eine voneinander unterschiedliche Krümmung aufweisen, kann der Kern zwei gekrümmte Kernglieder beinhalten, die eine voneinander unterschiedliche Krümmung aufweisen, können die zwei Kernglieder durch die zwei Detektionsspulenglieder hindurchgeführt sein, indem sie jeweils um eine Rotationsachse des Kerns gedreht sind bzw. werden, und können die zwei Detektionsspulenglieder innerhalb eines Bereichs des Rotationswinkels identisch zueinander in bezug auf die Rotationsachse des Kerns und auf einer zueinander identischen Ebene angeordnet sein.
In der obigen Anordnung kann, da ein weiter Öffnungswinkel des Wicklungsteils an der Detektionsspule und ein weiter mechanischer Rotationswinkel des bewegbaren Blocks gesichert werden können, der Bereich des Rotationswinkels des bewegbaren Blocks, wo eine wünschenswerte Linearität der Impedanz der Detektionsspule gesichert ist, erweitert wer den. Dies ist wirksam beim Herstellen eines dünnen Positionssensors.
Vorzugsweise kann die Signalverarbeitungsschaltung eine Signalkorrekturschaltung, die eine Analog-zu-Digital-Wandler-Schaltung zum Umwandeln bzw. Konvertieren des Spitzenwerts der Ausgabespannung von dem Detektionsabschnitt in ein digitales bzw. Digitalsignal aufweist, und eine Korrekturschaltung zum digitalen Trimmen des digitalen Signals beinhalten, und kann das Verlagerungssignal, das von der Bearbeitungsschaltung ausgegeben ist bzw. wird, ein digitales Signal beinhalten, das eine Bit-Anzahl aufweist, welche eine für eine Positionsdetektion erforderliche Auflösung erfüllt.
Die obige Anordnung ist wirksam beim Eliminieren bzw. Beseitigen des unten erwähnten Problems. In dem Fall, wo das System (beispielsweise ECU) zum Ver- bzw. Bearbeiten einer Ausgabe von dem Positionssensor eine digitale Schaltung ist, werden eine redundante A/D-Wandlung und D/A-Wandlung wiederholt, wenn eine Ausgabe von dem Positionssensor ein analoges Signal ist, mit dem Ergebnis, daß ein Detektionsfehler auftreten kann und eine Antwortverzögerung begleitet sein kann. Die Anordnung ist von einem derartigen Nachteil frei, da die Ausgabe von dem Positionssensor eine digitale Ausgabe ist. Weiterhin ist ein digitales Signal nicht anfällig, durch ein externes Rauschen in einer Signalübertragung beeinflußt bzw. beeinträchtigt zu werden, verglichen mit einer analogen Ausgabe. Außerdem kann, da das Verlagerungssignal ein digitales Signal beinhaltet, das eine Bit-Anzahl aufweist, die eine für eine Positionsdetektion erforderliche Auflösung erfüllt, die ECU die Daten auf Echtzeitbasis auslesen und kann eine Be- bzw. Verarbeitung rasch implementieren.
Vorzugsweise kann die Signalverarbeitungsschaltung eine Signalkorrekturschaltung, die eine Analog-zu-Digital-Wandler-Schaltung zum Wandeln des Spitzenwerts der Ausgabespannung von dem Detektionsabschnitt in ein digitales Signal aufweist, und eine Korrekturschaltung zum digitalen Trimmen des digitalen Signals beinhalten, und kann das Verlagerungssignal, das von der Signalbearbeitungsschaltung ausgegeben ist, ein Ausgabeinitiierungssignal und ein Pulssignal beinhalten, welches nach Ablauf einer Dauer in Übereinstimmung mit den Positionsdaten nach Ausgabe des Ausgabeinitiierungssignals ausgegeben ist bzw. wird.
Die obige Anordnung ist wirksam bzw. effektiv beim Eliminieren des unten erwähnten Problems. In dem Fall, wo das System (beispielsweise ECU) zum Be- bzw. Verarbeiten einer Ausgabe aus dem Positionssensor eine digitale Schaltung ist, werden eine redundante A/D-Wandlung und D/A-Wandlung wiederholt, wenn eine Ausgabe von dem Positionssensor ein analoges Signal ist, mit dem Ergebnis, daß ein Detektionsfehler auftreten kann und eine Antwortverzögerung begleitet sein kann. Die Anordnung ist von einem derartigen Nachteil frei, da die Ausgabe von dem Positionssensor eine digitale Ausgabe ist. Weiterhin ist ein digitales Signal nicht anfällig, durch ein externes Rauschen in einer Signalübertragung beeinträchtigt zu werden, verglichen mit einer analogen Ausgabe. Diese Anordnung ist vorteilhaft, weil das System mit einer einzigen Signalleitung konfiguriert sein kann.
Vorzugsweise kann die Signalverarbeitungsschaltung eine Signalkorrekturschaltung, die eine Analog-zu-Digital-Wandler-Schaltung zum Wandeln des Spitzenwerts der Ausgabespannung von dem Detektionsabschnitt in ein digitales Signal aufweist, und eine Korrekturschaltung zum digitalen Trimmen des digitalen Signals beinhalten, und kann das Verlagerungssignal, das von der Signalbearbeitungsschaltung ausgegeben ist, ein Ausgabeinitiierungssignal und ein Pulssignal beinhalten, das ein Lastverhältnis in Übereinstimmung mit den Positionsdaten aufweist. Das Pulssignal wird nachfolgend auf das Ausgabeinitiierungssignal ausgegeben. Diese Anordnung ermöglicht es, eine ähnliche Wirkung wie in der obigen zu erhalten.
Vorzugsweise kann die Signalverarbeitungsschaltung eine Signalkorrekturschaltung, die eine Analog-zu-Digital-Wandler-Schaltung aufweist, um den Spitzenwert der Ausgabespannung von dem Detektionsabschnitt in ein digitales Signal zu wandeln bzw. zu konvertieren, und eine Korrekturschaltung zum digitalen Trimmen des digitalen Signals beinhalten, und beinhaltet das Verlagerungssignal, das von der Signalbearbeitungsschaltung ausgegeben ist, ein Ausgabeinitiierungssignal und ein Pulssignal, das eine Pulsbreite in Übereinstimmung mit den Positionsdaten aufweist. Das Pulssignal wird nachfolgend auf das Ausgabeinitiierungssignal ausgegeben. Diese Anordnung ermöglicht es, eine ähnliche Wirkung wie in der obigen zu erhalten.
Vorzugsweise kann die Signalbearbeitungsschaltung eine Signalkorrekturschaltung, die eine Analog-zu-Digital-Wandler-Schaltung zum Wandeln des Spitzenwerts der Ausgabespannung von dem Detektionsabschnitt in ein digitales Signal aufweist, und eine Korrekturschaltung zum digitalen Trimmen des digitalen Signals beinhalten, und kann das Verlagerungssignal, das von der Signalbearbeitungsschaltung ausgegeben ist bzw. wird, ein Ausgabeinitiierungssignal und eine bestimmte Anzahl von Pulssignalen in Übereinstimmung mit den Positionsdaten beinhalten. Die Pulssignale werden nachfolgend auf das eine Ausgabe initiierende bzw. Ausgabeinitiierungssignal ausgegeben. Diese Anordnung ermöglicht es, eine ähnliche Wirkung wie in der obigen zu erhalten.
Vorzugsweise kann die Detektionsspule zwei Detektionsspulenglieder beinhalten, und können die zwei Detektionsspulenglieder gemeinsam den Kern verwenden bzw. nutzen, welcher an ein strukturelles Glied bzw. Strukturglied festgelegt ist. Diese Anordnung ist wirksam beim Unterdrücken eines Kostenanstiegs, der durch ein Bereitstellen des doppelt geschichteten Detektionsabschnitts begleitet ist.
Vorzugsweise kann die Detektionsspule zwei Detektionsspulenglieder beinhalten, und kann die Konstantstromschaltung einen konstanten bzw. Konstantstrom, der eine gegebene Frequenz und eine gegebene Amplitude aufweist, zu den zwei Detektionsspulengliedern ausgeben. Diese Anordnung ist auch wirksam beim Unterdrücken eines Kostenanstiegs, der durch ein Bereitstellen des doppelt geschichteten Detektionsabschnitts begleitet ist.
Vorzugsweise können die entsprechenden Schaltungen eine aktive Schaltung ausbilden, und kann die aktive Schaltung eine monolithische, integrierte Schaltung beinhalten. Diese Anordnung ist auch wirksam beim Unterdrücken eines Kostenanstiegs, der durch ein Bereitstellen des doppelt geschichteten Detektionsabschnitts begleitet ist. Insbesondere stellt, da die integrierte Schaltung ein äußerst teures Teil ist, diese Anordnung einen bemerkenswerten Vorteil aufgrund einer gemeinsamen Verwendung der Schaltung bereit.
Verwertung in der Industrie
Wie oben erwähnt, wird gemäß dieser Erfindung ein Positionssensor bereitgestellt, der es ermöglicht, eine Veränderung bzw. Variation eines Temperaturkoeffizienten einer Impedanz einer Detektionsspule aufgrund einer Verlagerung eines Kerns relativ zu der Spule mit einer vereinfachten Schaltungskonfiguration zu kompensieren bzw. auszugleichen. Der erfinderische Positionssensor ist optimal auf einen Positionssensor zum Detektieren des Winkels eines Gaspedals in einem Automobil, einen Positionssensor zur Verwendung in einer Fabrikanlage, wie beispielsweise einer Energieerzeugungseinrichtung, einen Positionssensor zum Detektieren des Winkels eines Pedals in einem motorisierten Zweirad oder sein Äquivalent anwendbar.

Claims

Positionssensor, umfassend: eine Konstantstromschaltung (30) zum Ausgeben eines Konstantstroms bzw. Dauerstroms, welcher durch ein Überlagern eines Wechselstroms, der eine gegebene Frequenz und eine gegebene Amplitude aufweist, über einen Gleichstrom erhalten ist, der eine gegebene Amplitude aufweist; einen Detektionsabschnitt (50), beinhaltend zumindest eine Detektionsspule (20), zu welcher dieser Konstantstrom zugeführt ist; einen Kern (60), der aus einem magnetischem Material hergestellt bzw. gefertigt ist, wobei der Kern (60) relativ zu der Detektionsspule (20) in einer axialen Richtung der Detektionsspule (20) verlagert ist; und eine Signalverarbeitungsschaltung (40) zum Ausgeben eines Verschiebungs- bzw. Verlagerungssignals, das für Positionsdaten des Kerns (60) relativ zu der Detektionsspule (20) hinweisend ist, basierend auf einem Peak- bzw. Spitzenwert einer Ausgangs- bzw. Ausgabespannung von dem Detektionsabschnitt (50) nach bzw. bei Zufuhr des Konstantstroms, dadurch gekennzeichnet, daß (a) wenigstens eines aus einem Verhältnis des Gleichstroms zu dem Wechselstrom des Konstantstroms und einem Verhältnis einer Wechselstromkomponente zu einer Gleichstromkomponente einer Impedanz in dem Detektionsabschnitt (50) in einer derartigen Weise festgelegt ist, daß eine Grenze einer Fluktuation eines Temperaturkoeffizienten des Spitzenwerts der Ausgabespannung von dem Detektionsabschnitt (50) in einer gesamten Verlagerungszone des Kerns (60) relativ zu der Detektionsspule (20) kleiner als eine Grenze einer Fluktuation eines Temperaturkoeffizienten der Wechselstromkomponente der Impedanz in dem Detektionsabschitt (50) bei der gegebenen Frequenz in der gesamten Verlagerungszone des Kerns (60) relativ zu der Detektionsspule (20) ist, oder (b) wenigstens eine aus einer Temperaturcharakteristik des Verhältnisses des Gleichstroms zu dem Wechselstrom des Konstantstroms und einer Temperaturcharakteristik des Verhältnisses der Wechselstromkomponente zu der Gleichstromkomponente der Impedanz in dem Detektionsabschnitt (50) derart ist, daß eine Grenze einer Fluktuation eines Temperaturkoeffizienten des Spitzenwerts der Ausgabespannung von dem Detektionsabschnitt (50) in einer gesamten Verlagerungszone des Kerns (60) relativ zu der Detektionsspule (20) kleiner als eine Grenze einer Fluktuation eines Temperaturkoeffizienten der Wechselstromkomponente der Impedanz in dem Detektionsabschnitt (50) bei der gegebenen Frequenz in der gesamten Verlagerungszone des Kerns (60) relativ zu der Detektionsspule (20) ist.
Positionssensor nach Anspruch 1, wobei der Kern (60) betätigbar ist bzw. arbeitet, um durch einen Wicklungsdraht der Detektionsspule (20) durchzutreten.
Positionssensor nach Anspruch 1, wobei ein Temperaturkoeffizient einer Gleichstromkomponente der Ausgabespannung von dem Detektionsabschnitt (50) näher zu einem Temperaturkoeffizient einer Wechselstromkomponente der Ausgabespannung von dem Detektionsabschnitt in dem Fall ist, wo eine durchtretende bzw. Durchtrittsgröße bzw. -menge des Kerns (60) durch einen Wicklungsdraht der Detektionsspule (20) maximal dann der Temperaturkoeffizient der Wechselstromkomponente der Ausgabespannung von der Detektionsschaltung (50) in dem Fall ist, wo die Durchtrittsmenge des Kerns (60) minimal ist.
Positionssensor nach Anspruch 1, wobei die Konstantstromschaltung (30) eine oszillierende Schaltung (30a) zum Generieren bzw. Erzeugen einer Spannung, welche durch ein Überlagern einer Wechselstromspannung, die eine gegebene Frequenz und eine gegebene Amplitude aufweist, über eine Gleichstromspannung erhalten ist, die eine gegebene Amplitude aufweist, und eine Spannungs-Strom-Wandelschaltung zum Umwandeln bzw. Konvertieren der Ausgabespannung von der oszillierenden Schaltung in einen Strom beinhaltet, und das Verhältnis des Gleichstroms zu dem Wechselstrom des Konstantstroms durch ein individuelles Festlegen bzw. Einstellen der Gleichstromspannung und der Wechselstromspannung festgelegt ist.
Positionssensor nach Anspruch 1, wobei die Konstantstromschaltung (30) eine oszillierende Schaltung (30a) zum Generieren einer Spannung, welche durch ein Überlagern einer Wechselstromspannung, die eine gegebene Frequenz und eine gegebene Amplitude aufweist, über eine Gleichstromspannung erhalten ist, die eine gegebene Amplitude aufweist, und eine Spannungs-Strom-Wandelschaltung (30b) zum Wandeln bzw. Konvertieren der Ausgabespannung von der oszillierenden Schaltung (30a) in einen Strom beinhaltet, und die Temperaturcharakteristik des Verhältnisses des Gleichstroms zu dem Wechselstrom des Konstantstroms durch ein Festlegen eines Temperaturkoeffizienten eines Werts eines Widerstands (R12–R16) festgelegt ist, der in der oszillierenden Schaltung (30a) zur Verfügung gestellt ist, wobei der Widerstand (R12–R16) einen Wert der Gleichstromspannung bestimmt.
Positionssensor nach Anspruch 1, wobei die Konstantstromschaltung (30) eine oszillierende Schaltung (30a) zum Generieren einer Spannung, welche durch ein Überlagern einer Wechselstromspannung, die eine gegebene Frequenz und eine gegebene Amplitude aufweist, über eine Gleichstromspannung erhalten ist, die eine gegebene Amplitude aufweist, und eine Spannungs-Strom-Wandelschaltung (30b) zum Wandeln der Ausgabespannung von der oszillierenden Schaltung (30a) in einen Strom beinhaltet, und die Temperaturcharakteristik des Verhältnisses der Wechselstromkomponente zu der Gleichstromkomponente der Impedanz in dem Detektionsabschnitt durch ein Festlegen eines Temperaturkoeffizienten der Frequenz der Wechselstromspannung festgelegt ist.
Positionssensor nach Anspruch 1, wobei die Konstantstromschaltung (30) eine Gleichkonstantstromschaltung (Sdc) zum Ausgeben eines Gleichstroms, der eine gegebene Amplitude aufweist, und eine Wechselstromschaltung (Sac) zum Ausgeben eines Wechselstrom beinhaltet, der eine gegebene Frequenz und eine gegebene Amplitude aufweist, und wenigstens eines aus dem Verhältnis des Gleichstroms zu dem Wechselstrom des Konstantstroms, dem Verhältnis der Wechselstromkomponente zu der Gleichstromkomponente der Impedanz in dem Detektionsabschnitt, der Temperaturcharakteristik des Verhältnisses des Gleichstroms zu dem Wechselstrom des Konstantstroms, und der Temperaturcharakteristik des Verhältnisses der Wechselstromkomponente zu der Gleichstromkomponente der Impedanz in dem Detektionsabschnitt durch ein Festlegen wenigstens einer der Temperaturcharakteristik der Amplitude des Gleichstroms, einer Temperaturcharakteristik der Frequenz des Wechselstroms und einer Temperaturcharakteristik der Amplitude des Wechselstroms festgelegt ist.
Positionssensor nach Anspruch 1, wobei der Detektionsabschnitt (50a) die Detektionsspule (20) und ein Schaltungs- bzw. Schaltkreiselement (51) beinhaltet, welches in Serie mit der Detektionsspule (20) verbunden ist und eine Impedanz aufweist, die frei von einer Verlagerung des Kerns (60) ist, die Signalverarbeitungsschaltung (40) das Verlagerungssignal, das für die Positionsdaten des Kerns (60) relativ zu der Detektionsspule (20) hinweisend ist, basierend auf einem Spitzenwert einer Spannung ausgibt, welche an beiden Enden der Serienschaltung, beinhaltend die Detektionsspule (20) und das Schaltkreiselement (51 ), nach bzw. bei einer Zufuhr des Konstantstroms zu der Detektionsspule (20) detektiert ist, und wenigstens eines aus dem Verhältnis der Wechselstromkomponente zu der Gleichstromkomponente der Impedanz in dem Detektionsabschnitt (50), und der Temperaturcharakteristik des Verhältnisses der Wechselstromkomponente zu der Gleichstromkomponente der Impedanz in dem Detektionsabschnitt durch ein Festlegen bzw. Setzen von wenigstens einer einer Wechselstromkomponente und einer Gleichstromkomponente der Impedanz des Schaltkreiselements (51) und entsprechenden Temperaturkoeffizienten der Wechselstromkomponente und der Gleichstromkomponente der Impedanz des Schaltkreiselements (51) festgelegt ist.
Positionssensor nach Anspruch 8, wobei das Schaltkreiselement (51) einen Widerstand beinhaltet.
Positionssensor nach Anspruch 8, wobei das Schaltkreiselement (51) einen Induktor bzw. eine Drosselspule beinhaltet.
Positionssensor nach Anspruch 1, wobei die Konstantstromschaltung (30) eine integrierte Schaltung beinhaltet, die Widerstände (R17, R18) zum Festlegen bzw. Einstellen der Amplitude des Gleichstroms der Frequenz und der Amplitude des Wechselstroms, und digitale Trimmittel zum Festlegen der Werte der Widerstände (R17, R18) aufweist, und wenigstens eines aus dem Verhältnis des Gleichstroms zu dem Wechselstrom des Konstantstroms, dem Verhältnis der Wechselstromkomponente zu der Gleichstromkomponente der Impedanz in dem Detektionsabschnitt (50), der Temperaturcharakteristik des Verhältnisses des Gleichstroms zu dem Wechselstrom des Konstantstroms, und der Temperaturcharakteristik des Verhältnisses der Wechselstromkomponente zu der Gleichstromkomponente der Impedanz in dem Detektionsabschnitt (50) durch ein Festlegen des Werts des Widerstands (R17, R18) durch die digitalen Trimmittel festgelegt ist.
Positionssensor nach Anspruch 1, wobei die Signalbearbeitungsschaltung (40) eine Gleichrichtschaltung und eine Peak- bzw. Spitzenhalteschaltung zum Spitzenhalten einer Ausgabe von der Gleichrichtschaltung beinhaltet.
Positionssensor nach Anspruch 1, wobei die Signalverarbeitungsschaltung (40) einen Verstärker beinhaltet, der einen Temperaturkoeffizient einer Polarität entgegengesetzt zu einer Polarität des Temperaturkoeffizienten des Spitzenwerts der Ausgabespannung von dem Detektionsabschnitt (50) aufweist, wobei die Signalverarbeitungsschaltung (40) das Verlagerungssignal, das für die Positionsdaten des Kerns (60) relativ zu der Detektionsspule (20) hinweisend ist, basierend auf der Ausgabe von dem Verstärker ausgibt.
Positionssensor nach Anspruch 4, wobei die Wechselstromspannung, die von der oszillierenden Schaltung (30a) generiert ist bzw. wird, eine zerhackende bzw. zerhackte Welle beinhaltet.
Positionssensor nach Anspruch 7, wobei der Wechselstrom, der von der Wechselkonstantstromschaltung (Sac) ausgegeben ist, eine zerhackte Welle beinhaltet.
Positionssensor nach Anspruch 1, wobei die Anzahl von Windungen bzw. Wicklungen eines Wicklungsdrahts der Detektionsspule (20), die Ganghöhe des Wicklungsdrahts und die Frequenz eines Signals, das an die Detektionsspule (20) ausgegeben ist, jeweils auf derartige Werte festgelegt sind, daß ein Temperaturkoeffizient einer Impedanzkomponente für den Wicklungsdraht der Detektionsspule (20) gleich einem Temperaturkoeffizienten einer Impedanzkomponente der Detektionsspule (20) aufgrund von relativer Verlagerung des Kerns (60) zu der Detektionsspule (20) ist.
Positionssensor nach Anspruch 1, wobei der Kern (60) aus einem derartigen Material hergestellt ist, daß ein Temperaturkoeffizient einer Impedanzkomponente des Wicklungsdrahts der Detektionsspule (20) gleich einem Temperaturkoeffizienten einer Impedanzkomponente der Detektionsspule (20) aufgrund von relativer Verlagerung des Kerns (60) zu der Detektionsspule (20) ist.
Positionssensor nach Anspruch 1, wobei der Kern (60) mit einer derartigen Oberflächenbehandlung versehen ist, daß ein Temperaturkoeffizient einer Impedanzkomponente des Wicklungsdrahts der Detektionsspule (20) gleich einem Temperaturkoeffizienten einer Impedanzkomponente der Detektionsspule (20) aufgrund von relativer Verlagerung des Kerns (60) zu der Detektionsspule (20) ist.
Positionssensor nach Anspruch 1, wobei der Kern (60) eine Oberfläche aufweist, die wenigstens aus einem Material hergestellt ist, das einen kleinen Temperaturkoeffizienten im Volumenwiderstand aufweist.
Positionssensor nach Anspruch 19, wobei der Kern (60) die Oberfläche bzw. Fläche wenigstens aus einem Material hergestellt aufweist, das aus der Gruppe bestehend aus Nickel-Chrom-Legierung, Nickel-Chrom-Eisen-Legierung, Eisen-Chrom-Aluminium-Legierung, Kupfer-Nickel-Legierung und Manganin gewählt ist.
Positionssensor nach Anspruch 19, wobei der Kern (60) durch ein Schneiden eines elektrischen Heizdrahts in ein Drahtsegment einer bestimmten Länge und durch ein Biegen des Drahtsegments in eine bestimmte Form hergestellt bzw. gefertigt ist.
Positionssensor nach Anspruch 21, wobei der elektrische Heizdraht aus einem Material hergestellt ist, gewählt aus der Gruppe bestehend aus Nickel-Chrom-Legierung, Nickel-Chrom-Eisen-Legierung, Eisen-Chrom-Aluminium-Legierung, Kupfer-Nickel-Legierung und Manganin.
Positionssensor nach Anspruch 1, wobei ein Wicklungsdraht der Detektionsspule (20) aus einem Material hergestellt ist, gewählt aus der Gruppe bestehend aus Nichrom, Manganin und Kupfer-Nickel-Legierung.
Positionssensor nach Anspruch 1, wobei ein Endteil des Kerns (60) eine derartige Dicke aufweist, um ein Durchtreten eines magnetischen Flusses gegenüber einem restlichen Teil des Kerns (60) zu erleichtern.
Positionssensor nach Anspruch 24, wobei das Endteil (60a, 60b) des Kerns (60) eine Dicke größer als das verbleibende Teil des Kerns (60) aufweist.
Positionssensor nach Anspruch 24, wobei das Endteil (60c) des Kerns (60) aus einem Material hergestellt ist, das eine höhere magnetische Permeabilität als das verbleibende Teil des Kerns (60) aufweist.
Positionssensor nach Anspruch 24, wobei das Endteil (60d) des Kerns (60) mit einem Material oberflächenbehandelt ist, das eine höhere magnetische Permeabilität als das verbleibende Teil des Kerns (60) aufweist.
Positionssensor nach Anspruch 27, wobei die Oberfläche des Endteils (60d) des Kerns (60) aus einem elektromagnetischen, rostfreien Stahl hergestellt ist, der mit einer Permalloy-Plattierung bzw. -Beschichtung versehen ist.
Positionssensor nach Anspruch 1, wobei der Kern (60) ein Endteil (61a–d) aufweist, das durch ein Entfernen einer Kante bzw. eines Rands davon durch ein Abschrägen hergestellt ist.
Positionssensor nach Anspruch 1, wobei die Detektionsspule (20) eine gekrümmte Form bzw. Gestalt aufweist, die eine bestimmte Krümmung aufweist, wobei der Positionssensor weiterhin ein Gehäuse (25) umfasst, das Mittel (24) zum Festlegen der Detektionsspule (20) und Korrigieren einer Variation der Krümmung der Detektionsspule (20) beinhaltet.
Positionssensor nach Anspruch 30, wobei das Gehäuse (25) die Variation bzw. Änderung der Krümmung der Detektionsspule (20) korrigiert, indem es in Kontakt mit wenigstens einem Teil eines radial inneren Abschnitts der Detektionsspule (20) gebracht ist.
Positionssensor nach Anspruch 1, weiterhin umfassend eine Haspel bzw. Spindel (22), auf welche die Detektionsspule (20) gewickelt ist, wobei die Detektionsspule (20) und die Spindel (22) vor einem Zusammenbauen harzgeformt sind.
Positionssensor nach Anspruch 1, weiterhin umfassend zwei Haspeln bzw. Spindeln (22), auf welche jeweils die Detektionsspule (20) gewickelt ist, wobei die zwei Detektionsspulen (20) und zwei Spindeln (22) vor einem Zusammenbauen einstückig bzw. integral harzgeformt sind.
Positionssensor nach Anspruch 1, wobei die Detektionsspule (20) und der Kern (60) jeweils in einer Anzahl von zwei vorliegen, die zwei Kerne (60) entsprechend durch die zwei Detektionsspulen (20) hindurchgeführt sind, und die zwei Kerne (60) und die zwei Detektionsspulen (20) einstückig bzw. integral harzgeformt sind.
Positionssensor nach Anspruch 1, wobei die Detektionsspulen (20) zwei Detektionsspulenglieder (20a, 20b) beinhalten, die eine Krümmung identisch zueinander aufweisen, der Kern (60) zwei Kernglieder (60a, 60b) beinhaltet, die eine zueinander identische Krümmung aufweisen, wobei die zwei Kernglieder (60a, 60b) jeweils durch die zwei Detektionsspulenglieder (20a, 20b) hindurchgeführt sind, indem sie um eine Rotationsachse des Kerns (60) gedreht sind, und die zwei Detektionsspulenglieder (60a, 60b) übereinander in einer Richtung der Rotationsachse des Kerns (20) gelegt sind.
Positionssensor nach Anspruch 1, wobei die Detektionsspule (20) zwei gekrümmte Detektionsspulenglieder (20c, 20d) beinhaltet, die eine voneinander unterschiedliche Krümmung aufweisen, der Kern (60) zwei gekrümmte Kernglieder (60c, 60d) beinhaltet, die eine voneinander unterschiedliche Krümmung aufweisen, wobei die zwei Kernglieder (60c, 60d) jeweils durch die zwei Detektionsspulenglieder (20c, 20d) hindurchgeführt sind, indem sie um eine Rotationsachse des Kerns (60) gedreht sind bzw. werden, und die zwei Detektionsspulenglieder (20c, 20d) in einem Bereich eines Rotationswinkels identisch zueinander in bezug auf die Rotationsachse des Kerns (60) und auf einer zueinander identischen Ebene angeordnet sind.
Positionssensor nach Anspruch 1, wobei die Signalverarbeitungsschaltung (40) eine Signalkorrekturschaltung, die eine Analog-zu-Digital-Wandler-Schaltung zum Umwandeln bzw. Konvertieren eines Spitzenwerts der Ausgabespannung von dem Detektionsabschnitt (50) in ein digitales bzw. Digitalsignal aufweist, und eine Korrekturschaltung zum digitalen Trimmen des digitalen Signals beinhaltet, und das Verlagerungssignal, das von der Bearbeitungsschaltung (40) ausgegeben ist, ein digitales Signal beinhaltet, das eine Bitanzahl aufweist, welche eine für eine Positionsdetektion erforderliche Auflösung erfüllt.
Positionssensor nach Anspruch 1, wobei die Signalverarbeitungsschaltung (40) eine Signalkorrekturschaltung, die eine Analog-zu-Digital-Wandler-Schaltung zum Wandeln des Spitzenwerts der Ausgabespannung von dem Detektionsabschnitt in ein digitales Signal aufweist, und eine Korrekturschaltung zum digitalen Trimmen des digitalen Signals beinhaltet, und das Verlagerungssignal, das von der Signalbearbeitungsschaltung (40) ausgegeben ist, ein Ausgabeinitiierungssignal und ein Pulssignal beinhaltet, welches nach Ablauf einer Dauer in Übereinstimmung mit den Positionsdaten nach einer Ausgabe des Ausgabeinitiierungssignals ausgegeben ist bzw. wird.
Positionssensor nach Anspruch 1, wobei die Signalverarbeitungsschaltung (40) eine Signalkorrekturschaltung, die eine Analog-zu-Digital-Wandler-Schaltung zum Wandeln des Spitzenwerts der Ausgabespannung von dem Detektionsabschnitt (50) in ein digitales Signal aufweist, und eine Korrekturschaltung zum digitalen Trimmen des digitalen Signals beinhaltet, und das Verlagerungssignal, das von der Signalbearbeitungsschaltung (40) ausgegeben ist, ein Ausgabeinitiierungssignal und ein Pulssignal beinhaltet, das ein Lastverhältnis in Übereinstimmung mit den Positionsdaten aufweist, wobei das Pulssignal nachfolgend auf das Ausgabeinitiierungssignal ausgegeben ist bzw. wird.
Positionssensor nach Anspruch 1, wobei die Signalverarbeitungsschaltung (40) eine Signalkorrekturschaltung, die eine Analog-zu-Digital-Wandler-Schaltung aufweist, um den Spitzenwert der Ausgabespannung von dem Detektionsabschnitt in ein digitales Signal zu wandeln bzw. zu konvertieren, und eine Korrekturschaltung zum digitalen Trimmen des digitalen Signals beinhaltet, und das Verlagerungssignal, das von der Signalbearbeitungsschaltung (40) ausgegeben ist, ein Ausgabeinitiierungssignal und ein Pulssignal beinhaltet, das eine Pulsbreite in Übereinstimmung mit den Positionsdaten aufweist, wobei das Pulssignal nachfolgend auf das Ausgabeinitiierungssignal ausgegeben ist bzw. wird.
Positionssensor nach Anspruch 1, wobei die Signalbearbeitungsschaltung (40) eine Signalkorrekturschaltung, die eine Analog-zu-Digital-Wandler-Schaltung zum Wandeln des Spitzenwerts der Ausgabespannung von dem Detektionsabschnitt (50) in ein digitales Signal aufweist, und eine Korrekturschaltung zum digitalen Trimmen des digitalen Signals beinhaltet, und das Verlagerungssignal, das von der Signalbearbeitungsschaltung (40) ausgegeben ist, ein Ausgabeinitiierungssignal und eine bestimmte Anzahl von Pulssignalen in Übereinstimmung mit den Positionsdaten beinhaltet, wobei die Pulssignale nachfolgend auf das eine Ausgabe initiierende bzw. Ausgabeinitiierungssignal ausgegeben ist bzw. wird
Positionssensor nach Anspruch 1, wobei die Detektionsspule (20) zwei Detektionsspulenglieder (20e, 20f) beinhaltet, und die zwei Detektionsspulenglieder (20e, 20f) gemeinsam den Kern (60e) verwenden bzw. nutzen, welcher an ein strukturelles Glied bzw. Strukturglied festgelegt ist.
Positionssensor nach Anspruch 1, wobei die Detektionsspule (20) zwei Detektionsspulenglieder (20e, 20f) beinhaltet, und die Konstantstromschaltung (30) einen konstanten bzw. Konstantstrom, der eine gegebene Frequenz und eine gegebene Amplitude aufweist, zu den zwei Detektionsspulengliedern (20e, 20f) ausgibt.
Positionssensor nach Anspruch 43, wobei die entsprechenden Schaltungen eine aktive Schaltung ausbilden und die aktive Schaltung eine monolithische, integrierte Schaltung beinhaltet.