DE69908705T2

DE69908705T2 - Rotationsdetektor

Info

Publication number: DE69908705T2
Application number: DE69908705T
Authority: DE
Inventors: Masakata Niwa-gun Kanbe; Hitoshi Niwa-gun Iwata; Katsuhiro Niwa-gun Minami; Katsuya Niwa-gun Kogiso; Takashi Niwa-gun Suzuki; Masahiro Niwa-gun Taniguchi
Original assignee: Tokai Rika Co Ltd
Current assignee: Tokai Rika Co Ltd
Priority date: 1998-05-15
Filing date: 1999-04-30
Publication date: 2004-04-29
Anticipated expiration: 2019-05-01
Also published as: JP2000035344A; EP0957343B1; DE69908705D1; EP0957343A1; US6271663B1; JP3532778B2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Rotationsdetektor und insbesondere auf einen Rotationsdetektor, der einen Rotor mit Magneten aufweist.
1 zeigt, wie ein Detektor zur Erfassung einer absoluten Position eine Drehposition detektiert. Der Rotationsdetektor umfaßt einen Rotor 30, der auf einer Drehwelle angebracht ist und sich zusammen mit der Welle dreht. Auf dem Rotor 30 sind ein N-Pol-Bereich 32 und ein S-Pol-Bereich 33 abwechselnd in 60°-Intervallen in Umfangsrichtung ausgebildet. In dem Rotor 30 zugewandten Stellungen sind erste bis dritte Magnetwiderstandselemente 31 um die Achse 0 des Rotors 30 in 40°-Intervallen angeordnet. Jedes der ersten bis dritten Widerstandselemente 31 detektiert den N-Pol-Bereich 32 und den S-Pol-Bereich 33, die während der Drehung des Rotors 30 die Widerstandselemente 31 abwechselnd in 60°-Intervallen passieren.
Wenn der N-Pol-Bereich 32 detektiert wird, senden die ersten bis dritten Widerstandselemente 31 jeweils Signale SG1, SG2, SG3 aus, die einen Pegel H aufweisen. Wenn der S-Pol-Bereich 33 detektiert wird, senden die Widerstandselemente 31 jeweils die Signale SG1, SG2, SG3 mit einem Pegel L aus. Wenn der durch jedes Widerstandselement 31 detektierte Bereich sich vom N-Pol-Bereich 32 zum S-Pol-Bereich 33 bewegt, ändert sich jedes der Signale SG1, SG2, SG3 vom N-Pegel zum L-Pegel hin. Im Gegensatz dazu ändert sich jedes der Signale SG1, SG2, SG3 vom L-Pegel zum N-Pegel hin, wenn der von jedem Widerstandselement 31 detektierte Bereich sich vom S-Pol-Bereich 33 zum N-Pol-Bereich 32 hin verschiebt. Wie in 1 gezeigt, ändern sich die Signale SG1, SG2, SG3 der Widerstandselemente 31 zwischen den Pegeln L und H schrittweise. Der Grund hierfür besteht darin, daß eine Richtung des Magnetflusses sich schrittweise ändert, wenn sich der detektierte Bereich vom N-Pol-Bereich 32 zum S-Pol-Bereich 33 hin verschiebt. Drei (nicht gezeigte) Komparatoren empfangen jeweils die Signale SG1-SG3 und passen die Wellenformen der Signale SG1-SG3 an, wodurch Detektionssignale S1-S3 erzeugt werden, die sich zwischen den Pegeln L und H stark verändern.
Insbesondere vergleicht jeder der Komparatoren ein Ausgangssignal mit einem Bezugswert, der ein Mittelpegel zwischen dem Pegel H und dem Pegel L ist, und erzeugt ein H-Pegel-Detektionssignal S1-S3, wenn das Ausgangssignal größer als der Bezugswert ist, oder ein L-Pegel-Detektionssignal S1-S3, wenn das Ausgangssignal kleiner als der Bezugswert ist. Der Bezugswert ist der Pegel der Signale SG1-SG3, die ausgesendet werden, wenn die Grenze zwischen dem N-Pol-Bereich 32 und dem S-Polbereich 33 jedes der ersten bis dritten Widerstandselemente 31 passiert. Wenn eines der Detektionssignale S1-S3 sich vom L-Pegel zum H-Pegel oder vom H-Pegel zum L-Pegel verändert, wird die Drehposition des Rotors 30 (oder der Drehwelle) aufgrund des Zustands der anderen Detektionssignale bestimmt. Im Fall von 1 wird die Drehposition (absolute Position) im Bereich von 0 bis 120° in Abständen von 20° detektiert.
Es ist jedoch schwierig, den N-Pol-Bereich 32 und den S-Pol-Bereich 33 abwechselnd präzise in 60°-Intervallen auf dem Rotor 30 in Umfangsrichtung auszubilden. Daher wird die Drehposition an dem Punkt, an dem die Detektionssignale S1-S3 ihren Pegel vom L-Pegel zum H-Pegel oder vom H-Pegel zum L-Pegel verändern, bei 20°-Intervallen nicht präzise detektiert.
Zudem können die Pegel der Ausgangssignale SG1-SG3 bei dem vorgenannten Rotationsdetektor durch Objekte verändert werden, die nahe dem Widerstandselement 31 angeordnet sind und den Magnetfluß beeinflussen können. Ein Abschimungselement kann vorgesehen sein, um den Rotationsdetektor abzuschirmen. Dies erhöht jedoch die Zahl der Teile, die Kosten und den Montageaufwand.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Rotationsdetektor bereitzustellen, der eine Drehposition mit hoher Genauigkeit detektiert.
Um die vorgenannte Aufgabe zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung einen Rotationsdetektor bereit. Der Rotationsdetektor umfaßt einen Rotor mit einer Welle. Auf dem Umfang des Rotors sind Vorsprünge in vorbestimmten Intervallen angeordnet und erstrecken sich in axialer Richtung. Der Rotationsdetektor umfaßt weiter Magnete und Magnetisierungsdetektionselemente, die jeweils den Magnetismus der Magnete detektieren. Zumindest einer der Magnete und eines der Detektionselemente sind zwischen den Vorsprüngen und der Welle in vorbestimmten Abständen angeordnet. Eine genaue Definition der Erfindung ist in Anspruch 1 angegeben.
Andere Aspekte und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zusammen mit den beigefügten Zeichnungen, die beispielhalber die Prinzipien der Erfindung veranschaulichen.
Die Erfindung sowie bevorzugte Ziele und Vorteile derselben sind am besten unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung der besonderen Ausführungsbeispiele zusammen mit den beigefügten Zeichnungen zu verstehen. Es zeigen:
1 ein Wellenformdiagramm, das den Betrieb eines Rotationsdetektors nach dem Stand der Technik darstellt;
2 eine perspektivische Teilexplosionsdarstellung eines Rotationsdetektors gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3 eine Draufsicht auf den Rotationsdetektor aus 2;
4 einen Teilquerschnitt durch den Rotationsdetektor aus 2 längs Linie 4-4 in 3;
5 einen äquivalenten Stromkreis eines Widerstandselementes des Rotationsdetektors aus 2;
6 eine Draufsicht auf einen Rotationsdetektor gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
7 einen Teilquerschnitt durch den Rotationsdetektor aus 6;
8(a) einen Zustand, in dem ein Magnetfluß in einem Widerstandselement des Rotationsdetektors aus 6 fließt;
8(b) einen Zustand, in dem ein Magnetfluß nicht in einem Widerstandselement des Rotationsdetektors aus 6 fließt;
9 die Ausgangswellenform des Widerstandselementes aus den 8(a), 8(b);
10 eine perspektivische Teilexplosionsdarstellung eines Rotationsdetektors gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
11 eine Draufsicht auf den Rotationsdetektor aus 10;
12 einen Teilquerschnitt durch den Rotationsdetektor aus 10;
13 ein erstes Diagramm, das den Betrieb des Rotationsdetektors aus 10 darstellt;
14 ein zweites Diagramm, das den Betrieb des Rotationsdetektors aus 10 darstellt;
15 ein erstes Diagramm, das einen Betrieb im Vergleich zum Betrieb des Rotationsdetektors aus 10 darstellt;
16 ein zweites Diagramm, das einen Betrieb im Vergleich zum Betrieb des Rotationsdetektors aus 10 darstellt;
17(a) und 17(b) Diagramme, welche den Betrieb von Rotationsdetektoren gemäß weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung darstellen;
18(a) und 18(b) Diagramme, die zeigen, wie ein Magnetfluß in einem Widerstandselement der Rotationsdetektoren aus den 17(a) und 17(b) fließt, und
19 eine Ausgangsspannungswellenform der Widerstandselemente aus den 18(a) und 18(b).
In den Zeichnungen sind durchweg gleiche Bezugszeichen für gleiche Elemente verwendet.
Erstes Ausführungsbeispiel
2 ist eine perspektivische Teilexplosionsdarstellung eines Rotationsdetektors 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Rotationsdetektor 1 umfaßt einen Rotor 2, der vorzugsweise aus einer Metallplatte gebildet ist, und ein Magnetisierungsdetektionselement 3. Der Rotor 2 dreht sich zusammen mit einer Steuerwelle 4 um seine Achse 0 (3).
Wie in den 2 und 3 gezeigt, umfaßt der Rotor 2 vorzugsweise drei bogenförmige Magnetpfad-Kommutatorvorsprünge 6a, 6b, 6c, die sich senkrecht von seiner Umfangsfläche aus erstrecken und in vorbestimmten Abständen zueinander angeordnet sind. Der Winkel von einem Ende des Kommutatorvorsprungs 6a, 6b, 6c zu dessen anderem Ende relativ zur Achse 0 beträgt vorzugsweise 60°. Daher beträgt der Abstand zwischen jedem Kommutatorvorsprung 6a, 6b, 6c relativ zur Achse 0 ebenfalls 60°. Daher liegen die Kommutatorvorsprünge 6a, 6b, 6c und flache Bereiche 7a, 7b, 7c, auf denen keine Kommutatorvorsprünge ausgebildet sind, abwechselnd auf dem Umfang des Rotors 2 vor.
Ferner ist eine Säule 8 zum Bilden eines magnetischen Pfades auf dem Rotor 2 angeordnet oder ausgebildet. Diese Säule 8 verläuft von der Mitte des Rotors 2 aus in derselben Richtung wie die Kommutatorvorsprünge 6a bis 6c.
4 ist ein Querschnitt längs Linie 4-4 in 3. Die Querschnitte der Kommutatorvorsprünge 6a, 6b, 6c, des Rotors 2 und der Säule 8 bilden eine U-Form. Die Säule 8 umfaßt eine Durchgangsbohrung 9, in welcher die Steuerwelle 4 aufgenommen und befestigt ist.
Das Detektionselement 3 umfaßt einen Tragearm 11 und einen Detektionskörper 10, der am distalen Ende des Tragearms 11 angebracht ist. Das proximale Ende des Tragearms 11 ist an einem (nicht gezeigten} Befestigungselement befestigt. Der Detektionskörper 10 ist in dem U-förmigen Raum aufgenommen, der durch die Kommutatorvorsprünge 6a, 6b, 6c, den Rotor 2 und die Säule 8 gebildet ist. Der Detektionskörper 10 umfaßt erste bis dritte Magnetisierungsdetektoren 13, 14, 15, die vorzugsweise in einem Harzgußmaterial 12 eingeschlossen sind (siehe 3).
Der erste Magnetisierungsdetektor 13 umfaßt ein erstes Magnetwiderstandselement 13a und einen ersten Vorspannmagneten 13b, der nahe dem Widerstandselement 13a angeordnet ist. Der erste Vorspannmagnet 13b umfaßt einen S-Pol und einen N-Pol und ist so angeordnet, daß der S-Pol zur Achse 0 hin und der N-Pol in die der Achse 0 entgegengesetzte Richtung weist. Ferner ist der erste Vorspannmagnet 13b gegenüber dem ersten Widerstandselement 13a und einer die Achse 0 kreuzenden Ebene versetzt angeordnet, wie dies in 3 gezeigt ist.
Das erste Widerstandselement 13a ist ein Magnetisierungsdetektionselement, das eine Detektionsspannung Vout erzeugt, die je nach der Magnetflußrichtung des ersten Vorspannmagneten 13b variiert. Wie in 5 gezeigt ist, umfaßt das erste Widerstandselement 13a Widerstände RA, RB, deren Widerstandswerte sich jeweils gemäß der Richtung der beiden Magnetflüsse ändern. Bei der ersten Ausführungsform ist das erste Widerstandselement 13a so angeordnet, daß eine Mindestdetektionsspannung Vout (L-Pegel) erzeugt wird, wenn der Magnetfluß des ersten Vorspannmagneten 13b in radialer Richtung von der Achse 0 fließt, und es wird eine Höchstdetektionsspannung Vout (H-Pegel) erzeugt, wenn der Magnetfluß in einer im wesentlichen unter einem Winkel von 45° zur Radialrichtung verlaufenden Richtung fließt.
Der zweite Magnetisierungsdetektor 14 umfaßt ein zweites Widerstandselement 14a und einen zweiten Vorspannmagneten 14b, der nahe dem zweiten Widerstandselement 14a angeordnet ist. Die Anordnung zwischen dem zweiten Widerstandselement 14a und dem zweiten Vorspannmagneten 14b ist dieselbe wie die zwischen dem ersten Widerstandselement 13a und dem ersten Vorspannmagneten 13b. Das zweite Widerstandselement 14a und der zweite Vorspannmagnet 14b sind jeweils um 40° im Uhrzeigersinn relativ zur Achse 0 vom ersten Widerstandselement 13a und vom ersten Vorspannmagneten 13b beabstandet.
Das zweite Widerstandselement 14a ist ein Magnetisierungsdetektionselement zum Erzeugen der Detektionsspannung Vout, die je nach der Richtung des Magnetflusses des zweiten Vorspannmagneten 14b variiert. Das zweite Widerstandselement 14a umfaßt die Widerstände RA, RB, die Widerstandswerte aufweisen, welche jeweils gemäß den Richtungen der beiden Magnetflüsse variieren. Das zweite Widerstandselement 14a ist so angeordnet, daß eine Mindestdetektionsspannung Vout (L-Pegel) erzeugt wird, wenn der Magnetfluß des zweiten Vorspannmagneten 14b in radialer Richtung von der Achse 0 fließt, und so, daß eine Höchstdetektionsspannung Vout (H-Pegel) erzeugt wird, wenn der Magnetfluß in einer im wesentlichen unter einem Winkel von 45° zur Radialrichtung verlaufenden Richtung fließt.
Der dritte Magnetisierungsdetektor 15 umfaßt ein drittes Widerstandselement 15a und einen dritten Vorspannmagneten 15b, der nahe dem dritten Widerstandselement 15a angeordnet ist. Die Anordnung zwischen dem dritten Widerstandselement 15a und dem dritten Vorspannmagneten 15b ist dieselbe wie die zwischen dem ersten Widerstandselement 13a und dem ersten Vorspannmagneten 13b. Das dritte Widerstandselement 15a und der dritte Vorspannmagnet 15b sind jeweils um 40° im Gegenuhrzeigersinn relativ zur Achse 0 vom ersten Widerstandselement 13a und vom ersten Vorspannmagneten 13b beabstandet.
Das dritte Widerstandselement 15a ist ein Magnetisierungsdetektionselement zum Erzeugen der Detektionsspannung Vout, die sich je nach Richtung des Magnetflusses des dritten Vorspannmagneten 15b ändert. Das dritte Widerstandselement 15a umfaßt die Widerstände RA, RB, die Widerstandswerte aufweisen, welche sich jeweils gemäß den Richtungen beider Magnetflüsse ändern. Das dritte Widerstandselement 15a ist so angeordnet, daß eine Mindestdetektionsspannung Vout (L-Pegel) erzeugt wird, wenn der Magnetfluß des dritten Vorspannmagneten 15b in radialer Richtung zur Achse 0 fließt, und so, daß eine Höchstdetektionsspannung Vout (H-Pegel) erzeugt wird, wenn der Magnetfluß in eine Richtung fließt, die im wesentlichen unter einem Winkel von 45° zur radialen Richtung verläuft.
In 3 fließt der Magnetfluß des dritten Vorspannmagneten 15b in radialer Richtung, wenn der Kommutatorvorsprung 6a auf einer radialen Linie vorliegt, die von der Achse 0 aus durch den N-Pol des dritten Vorspannmagneten 15b verläuft. Dies ist dadurch bedingt, daß durch den Kommutatorvorsprung 6a, den Rotor 2 und die Säule 8 ein U-förmiger magnetischer Pfad gebildet wird. Der Magnetfluß des dritten Vorspannmagneten 15b wird auch vom N-Pol aus zum Kommutatorvorsprung 6a hin angezogen. Dies führt dazu, daß der Magnetfluß des Vorspannmagneten 15b zum Kommutator 6a, das heißt in radialer Richtung, fließt. Mit anderen Worten, der Kommutatorvorsprung 6a dient als ein Abschnitt zum Bilden eines magnetischen Pfades. In diesem Fall erzeugt das dritte Widerstandselement 15a die Detektionsspannung Vout mit dem Pegel L.
Als weiteres Beispiel fließt der Magnetfluß des zweiten Vorspannmagneten 14b in eine im wesentlichen unter 45° zur radialen Richtung verlaufende Richtung, wenn sich der Kommutatorvorsprung 6a nicht auf der radialen Linie befindet, die von der Achse 0 durch den N-Pol des zweiten Vorspannmagneten 14b hindurchläuft. Dies ist dadurch bedingt, daß der Magnetfluß nicht von einem Kommutatorvorsprung angezogen wird. Infolgedessen fließt der Magnetfluß in einer im wesentlichen unter 45° zur radialen Richtung verlaufenden Richtung. In diesem Fall erzeugt das zweite Widerstandselement 14a die Detektionsspannung Vout mit dem Pegel N.
Ferner, wenn die Position des ersten Vorspannmagneten 13b sich vom flachen Bereich 7a zu einem ersten Ende (rechtes Ende in 3) des Kommutatorvorsprungs 6a hin ändert (die Position ändert sich relativ zum Rotor 2, während sich der Rotor 2 dreht), ändert der Magnetfluß des ersten Vorspannmagneten 13b seine Richtung von einer unter etwa 45° zur radialen Richtung verlaufenden Richtung hin zur radialen Richtung (0°). In diesem Fall erzeugt das erste Widerstandselement 13a die Detektionsspannung Vout, die sich vom H-Pegel zum L-Pegel hin ändert. Wenn sich die Position des ersten Vorspannmagneten 13b von einem zweiten Ende (linkes Ende in 3) des Kommutatorvorsprungs 6a zum flachen Bereich 7c hin ändert, ändert ferner der Magnetfluß des ersten Vorspannmagneten 13b seine Richtung von der radialen Richtung zu einer Richtung hin, die unter etwa 45° zur radialen Richtung verläuft. In diesem Fall erzeugt das erste Widerstandselement 13a die Detektionsspannung Vout, die sich vom L-Pegel zum H-Pegel hin verändert.
Die drei (nicht gezeigten) Komparatoren, die von einem weithin bekannten Typ sind, empfangen jeweils die Detektionsspannungen Vout des ersten bis dritten Widerstandselementes 13a-15a und vergleichen diese mit einer vorbestimmten Bezugsspannung. Dann wird ein Detektionssignal mit dem Pegel H erzeugt, wenn die Detektionsspannung Vout größer als die Bezugsspannung ist, und es wird ein Detektionssignal mit dem Pegel L erzeugt, wenn die Detektionsspannung Vout niedriger als die Bezugsspannung ist. Die vorbestimmte Bezugsspannung ist die Detektionsspannung Vout, die von dem Widerstandselement erzeugt wird, wenn der Magnetisierungsdetektor 13 an der Grenze zwischen dem Kommutatorvorsprung und dem flachen Bereich angeordnet ist.
Der Rotationsdetektor 1 nach der ersten Ausführungsform weist die folgenden Merkmale und Vorteile auf.

(1) Der Detektionskörper 10 ist in dem Raum zwischen den Kommutatorvorsprüngen 6a bis 6c und der Säule 8 aufgenommen. Daher verhindern die Kommutatorvorsprünge 6a bis 6c, daß die Magnetflüsse des ersten bis dritten Vorspannmagneten 13b bis 15b durch externes Rauschen beeinträchtigt werden. Ferner detektiert das erste bis dritte Widerstandselement 13a bis 15a präzise die Kommutatorvorsprünge 6a bis 6c, die sich zusammen mit dem Rotor 2 drehen.
(2) Die Kommutatorvorsprünge 6a bis 6c sind auf dem Umfang des Rotors 2 in gleichen Winkelabständen voneinander ausgebildet oder angeordnet. Daher sind die Abmessungen der Kommutatorvorsprünge 6a bis 6c im Gegensatz zum Stand der Technik, bei dem die Ausbildung von N-Pol und S-Pol-Bereichen eine hohe Präzision und hochwertige Technologie erfordert, einfach und genau mittels Schleifen einzustellen. Dies führt dazu, daß der Rotor 2, einschließlich der Kommutatorvorsprünge 6a bis 6c, kostengünstig herstellbar ist.
(3) Die Kommutatorvorsprünge 6a bis 6c sind vorzugsweise einstückig mit dem Rotor 2 ausgebildet, wodurch die Anzahl der Teile und der Montageaufwand gering sind.
(4) Da der Detektionskörper 10 in dem Raum zwischen den Kommutatorvorsprüngen 6a bis 6c und der Säule 8 aufgenommen ist, ist die Größe des Rotationsdetektors kompakt.

Zweites Ausführungsbeispiel
Wie in den 6 und 7 gezeigt ist, ist ein Magnetisierungsdetektionselement 20 eines Rotationsdetektors gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung am distalen Ende eines Tragearms 11 angeordnet. Das Magnetisierungsdetektionselement 20 umfaßt drei Magnetisierungsdetektoren 21, 22, 23, die in Harzgußmaterial 12 eingeschlossen sind. Die ersten bis dritten Detektoren 21 bis 23 umfassen jeweils erste bis dritte Magnetwiderstandselemente 21a bis 23a und erste bis dritte Vorspannmagnete 21b bis 23b. Bei der zweiten Ausführungsform laufen die Kommutatorvorsprünge 6a bis 6c zwischen dem ersten bis dritten Widerstandselement 21a bis 23a und den ersten bis dritten Vorspannmagneten 21b bis 23b hindurch. Mit anderen Worten, die ersten bis dritten Widerstandselemente 21a bis 23a sind auf einer Seite (d. h. der Außenseite) der Kommutatorvorsprünge 6a bis 6c angeordnet, und die ersten bis dritten Vorspannmagnete 21b bis 23b sind auf der anderen Seite (d. h. der Innenseite) der Kommutatorvorsprünge 6a bis 6c angeordnet. Jeder S-Pol der Vorspannmagnete 21b bis 23b ist der Achse 0 zugewandt, und jeder N-Pol weist in eine der Achse 0 entgegengesetzte Richtung. Die Anordnung der Pole kann umgedreht werden, das heißt jeder N-Pol der Vorspannmagnete 21b bis 23b kann der Achse 0 zugewandt sein, und jeder S-Pol kann in eine der Achse 0 entgegengesetzte Richtung weisen.
Wie in 6 gezeigt ist, ist der erste Vorspannmagnet 21b zum ersten Widerstandselement 21a versetzt angeordnet. Das erste Widerstandselement 21a ist dem Magnetfluß des ersten Vorspannmagneten 21b zugewandt, wenn keiner der Kommutatorvorsprünge 6a bis 6c zwischen diesem und dem ersten Vorspannmagneten 21b zwischengeschaltet ist. Der Magnetfluß des Vorspannmagneten 21b fließt in eine Richtung von etwa 45° relativ zur Radialrichtung. Insbesondere, wie dies in 8(a) gezeigt ist, erzeugt das erste Widerstandselement 21a die höchste Detektionsspannung Vout (H-Pegel), wie in 9 gezeigt, wenn der Magnetfluß des ersten Vorspannmagneten 21b durch die Widerstände RA, RB in einer Richtung von etwa 45° zur radialen Richtung hindurchfließt. Wie in 8(b) gezeigt, erzeugt das erste Widerstandselement 21a die niedrigste Detektionsspannung Vout (L-Pegel (V/2)), wie dies auch in 9 gezeigt ist, wenn der Magnetfluß nicht durch die Widerstände RA, RB fließt.
In 6 sind das zweite Widerstandselement 22a und der zweite Vorspannmagnet 22b jeweils in einem Abstand von dem ersten Widerstandselement 21a und dem ersten Vorspannmagneten 21b von etwa 45° im Uhrzeigersinn relativ zur Achse 0 angeordnet. Wie in den 8(a) und 8(b) gezeigt, erzeugt das zweite Widerstandselement 22a auch die höchste Detektionsspannung Vout oder die niedrigste Detektionsspannung Vout, wie in 9 gezeigt, was davon abhängt, ob der Magnetfluß des zweiten Vorspannmagneten 22b durch die Widerstände RA, RB hindurchfließt.
In 6 sind das dritte Widerstandselement 23a und der dritte Vorspannmagnet 23b jeweils in einem Abstand von etwa 45° im Uhrzeigersinn relativ zur Achse 0 von dem ersten Widerstandselement 21a und dem ersten Vorspannmagneten 21b angeordnet. Wie in den 8(a) und 8(b) gezeigt, erzeugt das dritte Widerstandselement 23a ebenfalls die höchste Detektionsspannung Vout oder die niedrigste Detektionsspannung Vout, wie in 9 gezeigt, was davon abhängt, ob der Magnetfluß des dritten Vorspannmagneten 23b durch die Widerstände RA, RB hindurchfließt.
Wenn der Kommutatorvorsprung 6a zwischen dem dritten Vorspannmagneten 23b und dem dritten Widerstandselement 23a angeordnet ist, wird der Magnetfluß des dritten Vorspannmagneten 23b durch den Kommutatorvorsprung 6a abgeschirmt und erreicht nicht das dritte Widerstandselement 23a. Dies bedeutet, daß die Kommutatorvorsprünge 6a bis 6c den magnetischen Pfad blockieren. In diesem Fall erzeugt das dritte Widerstandselement 23a die Detektionsspannung Vout mit dem Pegel L.
Wenn ein Kommutatorvorsprung 6a bis 6c nicht zwischen dem zweiten Vorspannmagneten 22b und dem zweiten Widerstandselement 22a zwischengeschaltet ist, strömt der Magnetfluß des zweiten Vorspannmagneten 22b in einer Richtung von etwa 45° zur radialen Richtung durch das Widerstandselement 22a. In diesem Fall erzeugt das zweite Widerstandselement 22a die Detektionsspannung Vout mit dem Pegel H.
Ferner geht der Magnetfluß, der durch das erste Widerstandselement fließt, verloren, wenn die Position des ersten Vorspannmagneten 21b sich vom flachen Bereich zu einem ersten Ende (rechtes Ende in 6) des Kommutatorvorsprungs 6a hin ändert. In diesem Fall erzeugt das erste Widerstandselement 21a die Detektionsspannung Vout, die sich vom Pegel H zum Pegel L hin ändert. Wenn sich die Position des ersten Vorspannmagneten 21b dann von einem zweiten Ende (linkes Ende in 6) des Kommutatorvorsprungs 6a zu einem anderen flachen Bereich hin ändert, strömt der Magnetfluß durch das erste Widerstandselement 21a in einer Richtung von 45° zur radialen Richtung. In diesem Fall erzeugt das erste Widerstandselement 21a die Detektionsspannung Vout, die sich vom Pegel L zum Pegel H hin ändert.
Der Rotationsdetektor des zweiten Ausführungsbeispiels weist die folgenden Merkmale und Vorteile auf:

(1) Da die ersten bis dritten Vorspannmagnete 21b bis 23b im Inneren der Kommutatorvorsprünge 6a bis 6c angeordnet sind, verhindern die Kommutatorvorsprünge 6a bis 6c, daß die Magnetflüsse der ersten bis dritten Vorspannmagnete 21b bis 23b durch externes Rauschen beeinflußt werden. Zudem detektieren die ersten bis dritten Widerstandselemente 21a bis 23a genau die Kommutatorvorsprünge 6a bis 6c.
(2) Die Kommutatorvorsprünge 6a bis 6c sind leichter und präziser auszubilden als die N-Pol- und S-Pol-Bereiche nach dem Stand der Technik. Dies verringert die Herstellungskosten und verbessert die Präzision der Detektion.
(3) Die Kommutatorvorsprünge 6a bis 6c sind vorzugsweise einstückig mit dem Rotor 2 ausgebildet, was die Zahl der Teile und den Montageaufwand verringert.
(4) Da die ersten bis dritten Vorspannmagnete 21a bis 23a im Inneren der Kommutatorvorsprünge 6a bis 6c angeordnet sind, ist der Rotationsdetektor kompakt.

Drittes Ausführungsbeispiel
Wie in den 10 und 11 gezeigt ist, umfaßt ein Rotationsdetektor gemäß einer dritten Ausführungsform eine Nabe 17, die vorzugsweise einstückig mit der Welle 4 ausgebildet ist, und drei bogenförmige zweite Kommutatorvorsprünge 18a, 18b, 18c. Die zweiten Kommutatorvorsprünge 18a, 18b, 18c sind in einem vorbestimmten Abstand um die Nabe 17 herum und von der Nabe 17 beabstandet angeordnet und erstrecken sich vom Rotor 2 aus in gleichen Abständen. Die zweiten Kommutatorvorsprünge 18a, 18b, 18c sind relativ zur Achse 0 in Winkelabständen von 60° ausgebildet. Daher sind die zweiten Kommutatorvorsprünge 18a, 18b, 18c und flache Bereiche, in denen die zweiten Kommutatorvorsprünge nicht vorliegen, abwechselnd um die Nabe 17 herum angeordnet.
Wenn sich der Kommutatorvorsprung 6a und der zweite Kommutatorvorsprung 18a zum Beispiel auf einer radialen Linie vom dritten Vorspannmagneten 15b aus befinden, wird der Magnetfluß des dritten Vorspannmagneten 15b in radiale Richtung gelenkt. Dies ist dadurch bedingt, daß der Kommutatorvorsprung 6a, der Rotor 2 und der zweite Kommutatorvorsprung 18a eine U-förmige Magnetbahn bilden, und der Magnetfluß des ersten Vorspannmagneten 13b vom Kommutatorvorsprung 6a und vom zweiten Kommutatorvorsprung 18a angezogen wird. Dies führt dazu, daß der Magnetfluß des dritten Vorspannmagneten 15b zum Kommutatorvorsprung 6a und zum zweiten Kommutatorvorsprung 18a hin gerichtet wird. In diesem Fall erzeugt das dritte Widerstandselement 15a die Detektionsspannung Vout mit dem Pegel L.
Wenn der Kommutatorvorsprung 6a bis 6c und der zweite Kommutatorvorsprung 18a bis 18c sich nicht auf einer radialen Linie vom zweiten Vorspannmagneten 14b aus befinden, wird der Magnetfluß des zweiten Vorspannmagneten 14b in eine Richtung von etwa 45° relativ zur radialen Richtung gelenkt. Dies ist dadurch bedingt, daß der Magnetfluß nicht zum Kommutatorvorsprung 6a bis 6c und zum zweiten Kommutatorvorsprung 18a bis 18c hin angezogen wird. Dies führt dazu, daß der Fluß in eine Richtung von 45° relativ zur radialen Richtung gelenkt wird. In diesem Fall erzeugt das zweite Widerstandselement 14a die Detektionsspannung Vout mit dem Pegel N.
Ferner richtet sich der Magnetfluß des ersten Vorspannmagneten 13b radial aus, wenn sich die Position des ersten Vorspannmagneten 13b vom flachen Bereich zu ersten Enden (rechte Enden in 11) des Kommutatorvorsprungs 6a und des zweiten Kommutatorvorsprungs 18a hin ändert. In diesem Fall erzeugt das erste Widerstandselement 13a die Detektionsspannung Vout, die sich vom H-Pegel zum L-Pegel hin verändert. Anschließend wird der Magnetfluß des ersten Vorspannmagneten 13b in einer Richtung von 45° zur radialen Richtung ausgerichtet, wenn sich die Position des ersten Vorspannmagneten 13b von zweiten Enden (rechte Enden in 11) des Kommutatorvorsprungs 6a und des zweiten Kommutatorvorsprungs 18a zu einem flachen Bereich hin ändert. In diesem Fall erzeugt das erste Widerstandselement 13a die Detektionsspannung Vout, die sich vom L-Pegel zum H-Pegel hin verändert.
Der Rotationsdetektor des dritten Ausführungsbeispiels hat die folgenden Merkmale und Vorteile:

(1) Der Detektionskörper 10 ist in einem Raum aufgenommen, der durch die Kommutatorvorsprünge 6a bis 6c und die zweiten Kommutatorvorsprünge 18a bis 18c gebildet ist. Daher verhindern die Kommutatorvorsprünge 6a bis 6c und die zweiten Kommutatorvorsprünge 18a bis 18c, daß die Magnetflüsse der ersten bis dritten Vorspannmagnete 13b bis 15b durch externes Rauschen beeinflußt werden. Ferner detektieren die ersten bis dritten Widerstandselemente 13a bis 15a ganz exakt die Kommutatorvorsprünge 6a bis 6c und die zweiten Kommutatorvorsprünge 18a bis 18c.
(2) Die Kommutatorvorsprünge 6a bis 6c und die zweiten Kommutatorvorsprünge 18a bis 18c lassen sich einfacher und genauer ausbilden, als der N-Pol und der S-Pol nach dem Stand der Technik. Daher ist der Rotor 2 mit den Kommutatorvorsprüngen 6a bis 6c und den zweiten Kommutatorvorsprüngen 18a bis 18c kostengünstig herzustellen.
(3) Die Kommutatorvorsprünge 6a bis 6c und die zweiten Kommutatorvorsprünge 18a bis 18c sind vorzugsweise einstückig mit dem Rotor 2 ausgebildet, so daß die Anzahl der Teile und der Montageaufwand nicht erhöht werden.
(4) Da der Detektionskörper 10 in einem Raum zwischen den Kommutatorvorsprüngen 6a bis 6c und den zweiten Kommutatorvorsprüngen 18a bis 18c aufgenommen ist, baut der Rotationsdetektor kompakt.
(5) Bei der dritten Ausführungsform liegen die Magnetpolaritäten jedes Vorspannmagneten 13b bis 15b vorzugsweise einander gegenüber, wodurch es möglich ist, daß die Magnetflüsse der benachbarten Vorspannmagnete einander nicht abstoßen. Wie in 13 gezeigt ist, bedeutet dies, daß die Magnetflüsse weniger gestört werden, da die Magnetflüsse der benachbarten Magnete sich gegenseitig anziehen. Wenn sich die Positionen des ersten Kommutatorvorsprungs 6a und des zweiten Kommutatorvorsprungs 18a ändern, wie in den 13 und 14 gezeigt, ändert sich daher der Vektor des Magnetflusses, der die Richtung des Magnetflusses zeigt, deutlich (um etwa 90°). Dies führt dazu, daß die Detektionsausgangssignale der Widerstandselemente 13a bis 15a stärker werden. Dies verbessert die Präzision beim Detektieren einer Winkelveränderung des Rotors 2.
Die 15 und 16 zeigen ein Beispiel, bei dem die Vorspannmagnete 13b bis 15b so angeordnet sind, daß ihre Polaritäten dieselben sind wie die der benachbarten Magnete. In diesem Fall stoßen sich die Magnetflüsse der benachbarten Vorspannmagnete 13b bis 15b ab, wodurch jeder Magnetfluß gestört wird. Daher ist die Vektorveränderung des Magnetflusses, die durch die Veränderung der Positionen der Kommutatorvorsprünge 6a und 18a verursacht wird, geringer.
(6) Die zweiten Kommutatorvorsprünge 18a bis 18c verstärken die Bildung des magnetischen Pfades und verbessern die Detektionsempfindlichkeit der Detektoren 13 bis 15.

Für den Fachmann dürfte ersichtlich sein, daß die vorliegende Erfindung in vielen anderen spezifischen Formen ausgeführt sein kann. Insbesondere versteht sich, daß die Erfindung auch in den folgenden Formen ausgeführt sein könnte: Die Breite zwischen den ersten und zweiten Enden der Kommutatorvorsprünge 6a bis 6c kann 30° zur Achse 0 betragen, und die Detektoren 13 bis 15 können in 20°-Intervallen ausgebildet sein. Dies ermöglicht eine Detektion kleinerer Winkel.
Bei der zweiten Ausführungsform können die ersten bis dritten Vorspannmagnete 21b bis 23b an der Außenseite der Kommutatorvorsprünge 6a bis 6c ausgebildet sein, und die ersten bis dritten Widerstandselemente 21a bis 23a können an der Innenseite der Kommutatorvorsprünge 6a bis 6c angeordnet sein.
Der Rotor 2 kann durch Fressen von Metallblech hergestellt werden. In diesem Fall können die Abstände zwischen den Kommutatorvorsprüngen 6a bis 6c z. B. durch Schleifen nach dem Preßformen eingestellt werden. Auf diese Weise wird der Rotor 2 in einem kürzeren Zeitraum, ohne Präzision und besondere Herstellungsfertigkeiten, hergestellt, was die Herstellungskosten senkt.
Zudem kann der Rotor 2 mit den Kommutatorvorsprüngen 6a bis 6c durch Sintern von Metall hergestellt werden, ohne daß eine hohe Präzision erforderlich ist. Auch dies senkt die Herstellungskosten. Ferner können die Kommutatorvorsprünge 6a bis 6c und der Rotor 2 getrennt voneinander ausgebildet und, r. B. durch Schweißen, zusammengefügt werden.
Wie in den 17(a) und 17(b) gezeigt, können die Kommutatorvorsprünge dünn ausgebildet sein. In diesem Fall fließen die Magnetflüsse der ersten bis dritten Vorspannmagnete 21b bis 23b, wenn die Kommutatorvorsprünge 6a bis 6c den ersten bis dritten Vorspannmagneten 21b bis 23b zugewandt sind, über die dünnen Kommutatorvorsprünge 6a bis 6c hinaus. Die Magnetflüsse fließen an den Kommutatorvorsprüngen 6a bis 6c entlang.
Wie in 17(a) gezeigt, sind in den flachen Bereichen die Magnetflüsse, die durch die ersten bis dritten Widerstandselemente 21a bis 23a fließen, in radialer Richtung ausgerichtet. In diesem Zustand erzeugen die ersten bis dritten Widerstandselemente 21a bis 23a die Detektionsspannung Vout mit dem Pegel N. Ferner ist der Magnetfluß, der durch das Widerstandselement fließt, wie in 17(b) gezeigt, wenn der Vorspannmagnet 21b bis 23b dem Kommutatorvorsprung 6a bis 6c zugewandt ist, in einer tangential zum Rotor 2 verlaufenden Richtung ausgerichtet. In diesem Zustand erzeugen die ersten bis dritten Widerstandselemente 21a bis 23a die Detektionsspannung Vout mit dem Pegel L. Dies bedeutet, daß im Falle von 17(a) der Magnetfluß durch die Widerstände RA, RB der Widerstandselemente fließt, wie dies in 18(a) gezeigt ist, und daß die höchste Detektionsspannung (V) erzeugt wird, wie dies in 19 gezeigt ist. Im Fall von 17(b) fließt der Magnetfluß durch die Widerstände RA, RB der Widerstandselemente, wie dies in 18(b) gezeigt ist, und es wird die niedrigste Detektionsspannung Vout (0) erzeugt.
Die ersten bis dritten Widerstandselemente 13a bis 15a und 21a bis 23a können so angeordnet sein, daß, wenn die Detektionsspannung Vout den Pegel N aufweist, der Widerstandswert des Widerstands RA minimal und der Widerstandswert des Widerstands RB maximal ist, und so, daß, wenn die Detektionsspannung Vout den Pegel L aufweist, der Widerstandswert des Widerstands RA maximal und der Widerstandswert des Widerstands RB minimal ist. In diesem Fall ist die Amplitude zwischen dem Pegel H und dem Pegel L der Detektionsspannung Vout maximal und die Detektionsempfindlichkeit der Detektionsspannung Vout verbessert.
Daher sind die vorliegenden Beispiele und Ausführungsformen als veranschaulichend, und nicht als einschränkend zu betrachten.

Claims

Rotationsdetektor mit: einem Rotor (2), der eine Welle (4) aufweist, einer Vielzahl von Magneten (13b, 14b, 15b) und einer Vielzahl von Magnetisierungsdetektionselementen (13a, 14a, 15a), die jeweils den Magnetismus der Magnete feststellen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Erhebungen (6a, 6b, 6c) in vorbestimmten Intervallen am Umfang des Rotors sitzen und in einer axialen Richtung verlaufen, und wenigstens einer der Magnete und/oder der Detektionselemente in vorbestimmten Intervallen zwischen den Erhebungen (6a, 6b, 6c) und der Welle (4) angeordnet sind.
Rotationsdetektor nach Anspruch 1, bei dem die Magnete (13b, 14b, 15b) und die Magnetisierungsdetektionselemente (13a, 14a, 15a) zwischen den Erhebungen (6a, 6b, 6c) und der Welle (4) angeordnet sind.
Rotationsdetektor nach Anspruch 1, bei dem die Polaritäten der benachbarten Magnetisierungsdetektionselemente (13a, 14a, 15a) voneinander verschieden sind.
Rotationsdetektor nach Anspruch 1, bei dem die Magnete (13b, 14b, 15b) zwischen den Erhebungen (6a, 6b, 6c) und der Welle (4) und die Magnetisierungsdetektionselemente (13a, 14a, 15a) gegenüber den Magneten (13b, 14b, 15b), mit den Erhebungen dazwischen, angeordnet sind.
Rotationsdetektor nach Anspruch 4, bei dem die Erhebungen (6a, 6b, 6c) eine Dicke aufweisen, die so gestaltet ist, daß die Magnetflüsse der Magnete (13b, 14b, 15b) durch die Erhebungen (6a, 6b, 6c) zu den Magnetisierungsdetektionselementen (13a, 14a, 15a) fließen können, wenn die Magnete den Erhebungen zugewandt sind.
Rotationsdetektor nach Anspruch 1, wobei der Rotor (2) einen einstückig mit der Welle (4) ausgebildeten, säulenförmigen Abschnitt (8) aufweist.
Rotationsdetektor nach Anspruch 6, wobei der Rotor (2) eine Vielzahl zweiter Vorsprünge (18a, 18b, 18c) aufweist, die um den säulenförmigen Abschnitt (8) herum in vorbestimmten Intervallen ausgebildet sind und sich axial entlang der Welle (4) erstrecken.
Rotationsdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem, die Drehung des Rotors (2) begleitend, die Magnetflüsse der Magnete (13b, 14b, 15b) in einer radialen Richtung fließen, wenn diese nicht den Erhebungen (6a, 6b, 6c) zugewandt sind, und in einer Richtung von 45 Grad relativ zur radialen Richtung fließen, wenn sie den Erhebungen zugewandt sind.
Rotationsdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Magnetisierungsdetektionselemente (13a, 14a, 15a) ein vorbestimmtes Spannungsniveau entsprechend der Richtung der Magnetflüsse der Magnete (13b, 14b, 15b) erzeugen.
Rotationsdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Erhebungen (6a, 6b, 6c) drei Erhebungen, die in 60°-Intervallen angeordnet sind, und die Magnete (13b, 14b, 15b) sowie die Magnetisierungsdetektionselemente (13a, 14a, 15a) drei Magnete, die in 45°-Intervallen angeordnet sind, und drei Magnetisierungsdetektionselemente, die in 45°-Intervallen angeordnet sind, umfassen.
Rotationsdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem die Erhebungen (6a, 6b, 6c) drei in 30°-Intervallen angeordnete Erhebungen und die Magnete (13b, 14b, 15b) sowie die Magnetisierungsdetektionselemente (13a, 14a, 15a) drei in 20°-Intervallen angeordnete Magnete und drei in 20°-Intervallen angeordnete Magnetisierungsdetektionselemente umfassen.