DE102016204729B4

DE102016204729B4 - Permanentmagnetischer Maßstab

Info

Publication number: DE102016204729B4
Application number: DE102016204729.9A
Authority: DE
Inventors: Armin Meisenberg
Original assignee: TE Connectivity Sensors Germany GmbH
Current assignee: TE Connectivity Sensors Germany GmbH
Priority date: 2016-03-22
Filing date: 2016-03-22
Publication date: 2018-10-31
Anticipated expiration: 2036-03-23
Also published as: DE102016204729A1

Abstract

Permanentmagnetischer Maßstab, der eine Maßstabslängsrichtung (407, 907) und eine quer zu dieser stehende Querrichtung (418) aufweist,
wobei der Maßstab eine einheitliche Richtung der Magnetisierung aufweist, wobei die Richtung der Magnetisierung im Wesentlichen senkrecht zur Maßstabslängsrichtung (407) und zur Querrichtung (418) ist und um den permanentmagnetischen Maßstab herum ein äußerliches Magnetfeld erzeugt,
dessen magnetische Feldstärke in einem Bereich (420, 920), der sich in Maßstabslängsrichtung (407) von einem Ende zum anderen Ende des Maßstabs (401_1), oberhalb des Maßstabes erstreckt, eine Komponente in Querrichtung (Hx) aufweist, deren Richtungssinn sich nicht ändert und deren Betrag sich zwischen einem Minimalwert und einem Maximalwert bewegt,
wobei die magnetische Feldstärke des äußerlichen Magnetfeldes zumindest in einem Teilbereich (422) des Bereiches (420), der sich in Maßstabslängsrichtung (407) von dem einen Ende zu dem anderen Ende des Maßstabs (401_1) erstreckt, eine Komponente in Maßstabslängsrichtung (Hy) aufweist, die sich entlang der Maßstabslängsrichtung periodisch ändert,
die periodische Änderung der in Maßstabslängsrichtung stehenden Komponente des äußerlichen Magnetfeldes (Hy) im Teilbereich (422) des Bereiches eine Amplitude aufweist, die einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet,
wobei der Maßstab eine Vielzahl von Magneten (902), die jeweils ein erstes Ende, ein zweites Ende, ein das erste Ende enthaltende erstes Teilstück (931, 981), ein das zweite Ende enthaltende zweite Teilstück (932), und eine vom ersten Ende zum zweiten Ende hin gerichtete Längsachse (933) aufweisen, und in Maßstabslängsrichtung (407, 907) so hintereinander angeordnet sind, dass ihre Längsachsen (933) gleichgerichtet und senkrecht zur Maßstabslängsrichtung (907) ausgerichtet sind und zumindest die zweiten Teilstücke (932) von benachbarten Magneten der Vielzahl von Magneten zueinander beabstandet angeordnet sind,wobei jeder Magnet (402, 423, 902) aus der Vielzahl von Magneten eine einheitliche Richtung der Magnetisierung aufweist, wobei die Richtung der Magnetisierung im Wesentlichen senkrecht zur Maßstabslängsrichtung und zur Querrichtung ist,
der Bereich (420, 920) sich oberhalb der Vielzahl von Magneten, in Maßstabslängsrichtung vom ersten zum letzten Magnet der hintereinander angeordneten Magnete der Vielzahl von Magneten erstreckt und angrenzende Teile des ersten und zweiten Teilstückes (931, 932) eines jeden Magneten (902) aus der Vielzahl von Magneten bedeckt/erfasst, und
der Teilbereich (422) des Bereiches sich in Maßstabslängsrichtung (407, 907) vom ersten zum letzten Magnet der hintereinander angeordneten Magnete der Vielzahl von Magneten erstreckt und zumindest einen Teil des zweiten Teilstückes (932) eines jeden Magneten aus der Vielzahl von Magneten bedeckt/erfasst,
wobei jeder Magnet (402_1) der Vielzahl von Magneten eine stabförmige Form aufweist,
der permanentmagnetische Maßstab ferner eine in einheitlicher Richtung magnetisierte Trägerplatte (405) aufweist, deren Magnetisierung im Wesentlichen parallel und gleichgerichtet zu der Richtung der Magnetisierung der Vielzahl von Magneten ist,
die Trägerplatte (405) eine obere Fläche (408) und eine an diese angrenzende Randfläche (411) aufweist und die Randfläche parallel zur Maßstabslängsrichtung (407) verläuft, und
dadurch gekennzeichnet, dass
die stabförmigen Magnete (402_1) der Vielzahl von Magneten auf der Trägerplatte (405) so angeordnet sind, dass das erste Teilstück eines jeden stabförmigen Magneten auf der oberen Fläche (408) der Trägerplatte (405) fest mit dieser verbunden ist, das zweite Teilstück eines jeden stabförmigen Magneten (402_1) über die Randfläche (411) der Trägerplatte (405) hinausragt, und benachbarte stabförmige Magnete (402_1, 402_2) voneinander beabstandet sind.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen permanentmagnetischen Maßstab, der für einen Magnetfeldsensor, beispielsweise einen AMR-Sensor mit Barberpole, nicht nur das in Maßstabslängsrichtung variierende Magnetfeld (Meßfeld) sondern auch das senkrecht zur Maßstabslängsrichtung stehende magnetische Stützfeld bereitstellt. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen permanentmagnetischen Maßstab, der einteilig geformt ist und eine einheitliche Magnetisierung aufweist. Des Weiteren bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen Positionsgeber, der einen permanentmagnetischen Maßstab gemäß der vorliegenden Erfindung benutzt, und auf ein Verfahren zur Herstellung dieses permanentmagnetischen Maßstabes.
Die 1 zeigt in schematischer Weise einen Positionsgeber 100, bei dem ein auf einer Leiterplatte 104 angebrachter Magnetfeldsensor 103 über einen permanentmagnetischen Maßstab 101 in Maßstabslängsrichtung gleitet. Als Magnetfeldsensor wird bevorzugt ein AMR-Sensor mit Barberpole eingesetzt, da dieser Sensor höhere Betriebstemperaturen verträgt, eine hohe Empfindlichkeit und eine gute Linearität aufweist. Der AMR-Sensor ist auf der Leiterplatte 104 so angebracht, dass er mit seiner Barberpole-Anordnung den magnetischen Polen des Maßstabs 101 gegenübersteht. In 1 liegt die Leiterplatte 104 horizontal und parallel zu der oberen Fläche des Maßstabs 101, und der AMR-Sensor mit Barberpole 103 ist an der unteren Seitenfläche der Leiterplatte 104 fixiert. Der Maßstab 101 wird von in Reihe angeordneten Stabmagneten 102_1 gebildet. Dabei sind die Stabmagnete 102_1 so angeordnet, dass ihre Magnetisierung eine im Wesentlichen vertikale Richtung, d.h. eine senkrecht zu der Barberpole-Anordnung stehende Richtung aufweist und die Magnetisierung zweier benachbarter Stabmagnete 102_1 und 102_2 entgegengesetzt gerichtet ist. Der Verlauf des von den Stabmagneten des Maßstabes 101 erzeugten Magnetfeldes entlang der Maßstabslängsrichtung 107, in einem Bereich, der oberhalb und unterhalb des Maßstabes 101 und im Wesentlichen mittig zwischen der vorderen und hinteren Randfläche des Maßstabs 101 liegt, ist in 2 dargestellt. Die Maßstabslängsrichtung des Maßstabes 101 ist so gewählt, dass sie mit der Richtung der y-Achse eines kartesischen Koordinatensystems parallel ist. Die 2 zeigt, dass die Magnetfeldlinien, die einem Nordpol eines Stabmagneten 102_2 entspringen in die Südpole der benachbarten Stabmagnete 102_1 und 102_3 münden. Aus dem Verlauf der Magnetfeldlinien ist auch zu erkennen, dass die y-Komponente der magnetischen Feldstärke, Hy, in der Mitte eines Stabmagneten Null und an der Grenze zwischen zwei benachbarten Stabmagneten im Betrag maximal ist.
3a zeigt in schematischer Weise den Aufbau und die Funktionsweise eines AMR-Sensors mit einer Barberpole-Anordnung. AMR steht für anisotroper Magnetowiderstand. Dieser Sensor weist einen dünnen Streifen 110 aus Permalloy (das ist eine Nickel-EisenLegierung hoher magnetischer Permeabilität) und zur Linearisierung der Kennlinie mehrere Metallstreifen 111_1 und 111_2 (sogenannte Barberpole) auf, die auf dem Permalloy-Streifen 110 aufgebracht sind und mit diesem einen Winkel von beispielsweise 45° bilden.
Die Komponente des Magnetfeldes 112 am Ort des Permalloy-Streifens 110, die parallel zum Permalloy-Streifen 110 ist, wird als Stützfeld des AMR-Sensors bezeichnet. Die Stärke des Stützfeldes bestimmt die Sensorempfindlichkeit und damit den Meßbereich des Sensors. In der 3a wurde die Längsrichtung des Permalloy-Streifens 110 so gewählt, dass die x-Komponente des Magnetfeldes am Ort des Permalloy-Streifens, Hx, als Stützfeld wirkt. Existiert am Ort des Permalloy-Streifens 110 außer dem Stützfeld Hx auch noch eine y-Komponente des Magnetfeldes 113 (Hy), dann bildet die resultierende Streifenmagnetisierung 114 einen Winkel 116 mit der Stromrichtung 115 des elektrischen Stromes zwischen den zwei Barberpolen 111_1 und 111_2. Dieser Winkel ist maßgebend für den AMR-Effekt und somit für das Ausgangssignal des AMR-Sensors. Ändert sich das Stützfeld Hx während der Positionserfassung nicht, ändert sich das Ausgangssignal des AMR-Sensors entsprechend der Variation der Hy-Komponente 113. Deswegen wird die Hy-Komponente 113 des Magnetfeldes am Ort des Permalloy-Streifens 110 auch als Meßfeld bezeichnet. Durch die Barberpole-Anordnung wird bei Hy=0 ein Winkel 115 von beispielsweise 45° zwischen elektrischen Strom 115 und der resultierenden Streifenmagnetisierung 114 eingestellt.
Die 3b zeigt Kennlinien eines AMR-Sensors, d.h. das Ausgangssignal des Sensors in Abhängigkeit vom Meßfeld Hy, bei unterschiedlichen Stützfeldern Hx. Die Kennlinie 122 entspricht einem Stützfeld, das den gleichen Betrag aufweist, wie das Stützfeld der Kennlinie 121, aber gegenüber diesem entgegengesetzt gerichtet ist. Die Kennlinie 123 entspricht einem Stützfeld, das mit dem Stützfeld der Kennlinie 121 gleichgerichtet ist, aber gegenüber diesem einen höheren Betrag aufweist. Die 3 zeigt, dass: i) die Kennlinien 121, 122 und 123 bei Hy=0 einen linearen Verlauf aufweisen; ii) der Verlauf hier am steilsten ist; iii) bei Stützfeldern, die entgegengesetzt gerichtet sind, die Ausgangssignale des Sensors invertiert sind; und iv) die Steigung der Kennlinie mit zunehmender Stützfeldstärke abnimmt während der weitgehend lineare Meßbereich zunimmt.
Die Empfindlichkeit des AMR-Sensors 103 des in der 1 gezeigten Positionsgebers 100 wird mit dem quaderförmigen Magneten 105 eingestellt. Dieser ist auf der oberen Seitenfläche der Leiterplatte 105 fixiert, dem AMS-Sensor 103 gegenüberliegend, und erzeugt ein Magnetfeld, dessen Magnetfeldlinien 106 aus der vorderen Randfläche des Magneten 105 austreten, die obere und untere Seitenfläche des Magneten 105 umlaufen, und auf der der vorderen Randfläche gegenüberliegenden hinteren Randfläche in den Magneten 105 wieder eintreten. Der Magnet 105 erzeugt im AMR-Sensor 103 ein Stützfeld Hx, das im Wesentlichen senkrecht zur Maßstabslängsrichtung 107 und parallel zu den Permalloy-Streifen des AMR-Sensors 103 gerichtet ist.
Die y-Komponente des von dem Maßstab 101 erzeugten Magnetfeldes wirkt als Meßfeld (Hy-Feld) für den AMR-Sensor 103. Deswegen ist der Sensor 103 in der Lage die Variation dieser Komponente entlang der Maßstabslängsrichtung 107 zu erfassen und ein dieser Variation entsprechendes Positionsignal bereitzustellen, wenn sich die Leiterplatte 104 und der Maßstab 101 relativ zueinander bewegen.
Der in 1 gezeigte Positionsgeber 100 hat einen Nachteil, weil er für das Einstellen der Empfindlichkeit des AMR-Sensors 103 einen eigens dafür vorgesehenen Magneten 105 benötigt. Dieser Magnet verursacht nicht nur zusätzliche Kosten und verkompliziert die Herstellung des Positionsgebers, sondern verhindert auch eine weitere Miniaturisierung desselben. Darüber hinaus kann der Magnet 105 auch die Magnetisierung des Maßstabes 101 schädigen.
Die DE 33 24 176 A1 bezieht sich auf auf eine magnetische Codiervorrichtung, insbesondere eine drehbare magnetische Codiervorrichtung, die eine Drehplatte, auf der eine Folge einzelner magnetischer Codier- bzw. Teilungseinheiten ausgebildet ist, sowie einen magnetischen Abtastkopf umfasst, der der Drehplatte gegenüber liegt und nacheinander die Codiereinheiten zur Bestimmung einer Winkelverschiebung derselben abtastet. Die US 2009 / 0 107 257 A1 bezieht sich auf ein magnetisches Drehmomentsensorelement mit einer Scheibe, durch die ein Drehmoment radial übertragbar wird oder ein Element zum Übertragen von Drehmoment, um eine Drehmomentachse in Richtung der Achse aufweist. Die Erfindung betrifft auch eine Wandleranordnung mit einem solchen Drehmomentsensorelement.
Die DE 198 18 799 C2 betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen von Drehwinkeln einer Drehachse mit magnetischem Maßstab und dem Maßstab zugeordneter Sensoreinheit.
Die DE 10 2007 049 741 A1 betrifft einen magnetischen Maßstabträger, eine Vorrichtung zur Messung von Strecken und/oder Drehwinkeln sowie ein Verfahren zur Herstellung magnetischer Maßstabträger.
Die DE 10 2007 011 675 A1 betrifft eine Sensoranordnung zur Ermittlung eines absoluten Lenkwinkels in einer Hilfskraftlenkung eines Kraftfahrzeugs.
Die DE 197 01 137 A1 beschreibt einen Längensensorchip, dessen Ebene einer Maßstabsebene gegenübersteht und bei dem magnetoresistive Schichtstreifen mit Barber-Pole-Strukturen Widerstände aufbauen, die Halbbrücken von Einzelsensoren darstellen, die entlang der Meßrichtung abwechselnd in um ein Viertel der Periodenlänge versetzte Bereichen des Längensensorchips angeordnet sind.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen permanentmagnetischen Maßstab bereitzustellen, der nicht nur das Meßfeld für den AMR-Sensor generiert, sondern auch das für das Erfassen des Meßfeldes nötige Stützfeld, und somit den speziell für die Erzeugung des Stützfeldes vorgesehenen Magneten einspart.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 7 gelöst. Die davon abhängigen Patentansprüche zeigen vorteilhafte Weiterentwicklungen der vorliegenden Erfindung auf.
Die vorliegende Erfindung basiert auf der Idee, einen einteilig geformten, mit einer einheitlichen Magnetisierung versehenen permanentmagnetischen Maßstab, der zwei gegenüberliegende, zu der Maßstabslängsrichtung parallel verlaufende Ränder aufweist, so zu formen/gestalten, dass ein Teil des Maßstabs, der den ersten der zwei Ränder enthält, im Wesentlichen das magnetische Stützfeld für den AMR-Sensor entlang der Maßstabslängsrichtung erzeugt, und ein anderer Teil des Maßstabs, der den zweiten der zwei Ränder enthält, im Wesentlichen das in Maßstabslängsrichtung variierende Meßfeld erzeugt.
Vorzugsweise ist das so erzeugte Stützfeld in dem Bereich konstant, in dem der AMR-Sensor bei der Positionserfassung über den Maßstab gleitet.
Handelt es sich um einen permanentmagnetischen Maßstab mit Nonius-Anordnung, dann basiert die vorliegende Erfindung auf der Idee, einen einteilig geformten, mit einer einheitlichen Magnetisierung versehenen permanentmagnetischen Maßstab, der zwei gegenüberliegende, zu der Maßstabslängsrichtung parallel verlaufende Ränder aufweist, so zu formen/gestalten, dass ein erster Teil des Maßstabs, der den ersten der zwei Ränder enthält, im Wesentlichen ein in Maßstabslängsrichtung variierendes erstes Meßfeld erzeugt, ein zweiter Teil des Maßstabs, der den zweiten der zwei Ränder enthält, im Wesentlichen ein in Maßstabslängsrichtung variierendes zweites Meßfeld erzeugt, und ein zwischen dem ersten und zweiten Teil des Maßstabs befindlicher dritter Teil des Maßstabes im Wesentlichen die Stützfelder für den ersten und zweiten AMR-Sensor erzeugt.
Der permanentmagnetische Maßstab gemäß der vorliegenden Erfindung ist einfach in der Herstellung, und macht einen eigens für das Bereitstellen des Stützfeldes notwendigen Magneten überflüssig.
Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird diese anhand der in den nachfolgenden Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei werden gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen und gleichen Bauteilbezeichnungen versehen. Weiterhin können auch einige Merkmale oder Merkmalskombinationen aus den gezeigten und beschriebenen unterschiedlichen Ausführungsformen für sich eigenständige, erfinderische oder erfindungsgemäße Lösungen darstellen. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Positionsgebers, bei dem das Stützfeld für den Sensor von einem speziellen Magneten erzeugt wird, der über dem Maßstab angeordnet ist;
2 die Struktur des Magnetfeldes, das von dem Maßstab des in 1 gezeigten Positionsgebers erzeugt wird;
3a die Struktur eines AMR-Sensors mit Barberpole;
3b die Abhängigkeit der Kennlinien eines AMR-Sensors mit Barberpole von dem Stützfeld;
4 eine perspektivische Darstellung eines linearen/geradlinigen permanentmagnetischen Maßstabes mit Nonius gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
5 eine Vorderansicht, eine Draufsicht, und eine Seitenansicht von links des in der 4 dargestellten linearen permanentmagnetischen Maßstabes;
6a die Struktur des Magnetfeldes, das von dem in 5 gezeigten Maßstab entlang den freistehenden Enden der seitlich angeordneten stabförmigen Magneten erzeugt wird;
6b den Bereich eines im Wesentlichen konstanten Hx-Feldes und einen Teilbereich dieses Bereiches, in dem das Hy-Feld sinusförmig variiert;
7a eine Querschnittsdarstellung eines Positionsgebers gemäß der vorliegenden Erfindung, in einer Ebene die senkrecht zur Maßstabslängsrichtung steht, sowie die Struktur des Magnetfeldes in der Querschnittsebene ohne die von den periodischen Strukturen erzeugten Feldanteile;
7b eine Draufsicht des Positionsgebers gemäß der vorliegenden Erfindung sowie die Variation des Meßfeldes relativ zur Maßstabslängsrichtung;
8a eine perspektivische Darstellung von oben eines kreisförmigen permanentmagnetischen Maßstabes mit Nonius gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
8b eine perspektivische Darstellung von unten des in 8a gezeigten kreisförmigen permanentmagnetischen Maßstabes;
9a eine Vorderansicht, eine Draufsicht, und eine Seitenansicht von links eines linearen permanentmagnetischen Maßstabes gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
9b eine Vorderansicht, eine Draufsicht, und eine Seitenansicht von links eines linearen permanentmagnetischen Maßstabes gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
10 eine perspektivische Darstellung eines linearen/geradlinigen permanentmagnetischen Maßstabes mit Nonius gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Die 4 zeigt eine perspektivische Darstellung eines geradlinigen permanentmagnetischen Maßstabes mit Nonius 401 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die 5 zeigt eine Vorderansicht, eine Draufsicht, und eine Seitenansicht von links des in der 4 dargestellten linearen permanentmagnetischen Maßstabes mit Nonius 401. Zudem gibt die 5 das kartesische Koordinatensystem an, das für die Beschreibung des ersten Ausführungsbeispiels verwendet wird.
Der permanentmagnetische Maßstab mit Nonius gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel 401 weist eine Trägerplatte 405 sowie stabförmige Einzelmagnete 402_1 und 423 auf, die auf der oberen Fläche 408 der Trägerplatte 405 so fixiert sind, dass ihre Längsachse senkrecht zu der Maßstabslängsrichtung 407 steht, sie über die linke Randfläche 412 der Trägerplatte 405 oder die rechte Randfläche 411 der Trägerplatte 405 hinausragen, und benachbarte Einzelmagnete zueinander beabstandet sind. Desweiteren weist die Trägerplatte 405 an den beiden Maßstabsenden nach unten weisende Vorsprünge 409 und 410 auf.
Der permanentmagnetische Maßstab 401, die Trägerplatte 405 und die stabförmigen Einzelmagnete, die über die beiden Randflächen 411 und 412 der Trägerplatte 405 hinausragen, enthaltend, ist einteilig geformt/gefertigt und weist eine im Wesentlichen einheitliche Magnetisierung 406 auf, die senkrecht zur Maßstabslängsrichtung 407 und zu der oberen Fläche 408 der Trägerplatte 405 steht. In 4 ist die einheitliche Magnetisierung 406 beispielsweise von unten nach oben gerichtet; jedoch kann diese in einem anderen Ausführungsbeispiel auch von oben nach unten gerichtet sein.
Vorzugsweise sind die Trägerplatte 405 und die stabförmigen Einzelmagnete, die über die beiden Randflächen der Trägerplatte 405 hinausragen, aus kunststoffgebundenem Magnetwerkstoff durch Spritzgießen hergestellt, und nach dem Spritzgießen in einem homogenen Magnetfeld magnetisiert worden.
Die über die rechte Randfläche 411 hinausragenden Magnete 402_1 und die Trägerplatte 405 bilden einen ersten geradlinigen permanentmagnetischen Maßstab 401_1, und die über die linke Randfläche 412 hinausragenden Einzelmagnete 423 und die Trägerplatte 405 bilden einen zweiten geradlinigen permanentmagnetischen Maßstab 401_2. Die Anzahl der im eindeutigen Meßbereich vorhandenen, über die linke Randfläche 412 hinausragenden Magnete 423 des zweiten Maßstabes 401_2 ist teilerfremd zur Anzahl der über die rechte Randfläche 411 hinausragenden Magnete 402_1 des ersten Maßstabes 401_1. Der „eindeutige Meßbereich“ ist definiert als das kleinste gemeinsame Vielfache der Periodenlängen des ersten und des zweiten Maßstabs. Dementsprechend unterscheidet sich der Abstand zwischen zwei benachbarten Magneten des ersten Maßstabes 401_1 von dem Abstand zwischen zwei benachbarten Magneten des zweiten Maßstabes 401_2.
Sowohl der erste als auch der zweite geradlinige permanentmagnetische Maßstab gehören einer Variante des ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung an. Weil der erste und zweite geradlinige permanentmagnetische Maßstab, bis auf die Anzahl der über eine Randfläche der Trägerplatte 105 hinausragenden Magnete, dieselben Merkmale aufweisen, gilt die nachfolgende Beschreibung des ersten geradlinigen permanentmagnetischen Maßstabes 401_1 auch für den zweiten geradlinigen permanentmagnetischen Maßstab 401_2. Dieser wird daher im Folgenden nicht gesondert beschrieben.
In den 5, 6 und 7 wird die Maßstabslängsrichtung 407 der permanentmagnetischen Maßstäbe 401, 401_1 und 401_2 so gewählt, dass sie mit der y-Achse des in 5 gezeigten kartesischen Koordinatensystems parallel ist. Die Querrichtung 418 zur Maßstabslängsrichtung 407 ist senkrecht zur Maßstabslängsrichtung 407, und wurde hier so gewählt ist, dass sie zur x-Achse des kartesischen Koordinatensystems parallel ist.
Die einheitliche Magnetisierung der Trägerplatte 405 und der Einzelmagnete, die über die Randflächen 411 und 412 der Trägerplatte 405 hinausragen, erzeugen um die permanentmagnetischen Maßstäbe 401, 401_1 und 401_2 ein äußerliches Magnetfeld. Dieses ist eine Überlagerung der äußerlichen Magnetfelder die durch die Trägerplatte 405 und die jeweiligen Einzelmagnete erzeugt werden. Der Verlauf der Magnetfeldlinien 412 des von einer parallelepipedförmigen Trägerplatte 405 erzeugten Magnetfeldes, in einer Ebene die senkrecht zur Längsrichtung der Trägerplatte 405 steht, ist in 7a dargestellt. Weil die Einzelmagnete im Vergleich zur Trägerplatte 405 viel kleiner sind, ist der Einfluss des von ihnen erzeugten äußeren Magnetfeldes auf das von der Trägerplatte 405 erzeugte Magnetfeld eher lokal.
Die 6a zeigt Magnetfeldlinien des Magnetfeldes, das von dem Maßstab 401 um die freistehenden Teilstücke der stabförmigen Einzelmagnete 402_1 bis 402_3 erzeugt wird, in einer Ebene die senkrecht zu der oberen Fläche der Einzelmagnete steht und parallel zu der Maßstabslängsrichtung 407 ist. Diese Figur zeigt, dass Magnetfeldlinien, die aus dem Nordpol eines der Einzelmagnete entspringen, den Einzelmagnet, aus dem sie entsprungen sind, umlaufen, und dann in den Südpol des Einzelmagneten münden, aus dem sie entsprungen sind. Beispielsweise umlaufen die Magnetfeldlinien, die aus dem Nordpol des mit dem Bezugszeichen 402_2 versehenen Einzelmagneten entspringen, diesen Einzelmagneten und münden in seinen Südpol. Weiterhin kann man aus der 6 ableiten, dass die Komponente des äußeren Magnetfeldes, die parallel zur Maßstabslängsrichtung 407 ist, die Hy-Komponente, in der Mitte eines Einzelmagneten sowie in der Mitte zwischen zwei benachbarten Einzelmagneten Null ist, und an den Rändern eines Einzelmagneten unterschiedliches Vorzeichen und maximalen absoluten Betrag aufweist. Die Hy-Komponente des Magnetfeldes, das von dem Maßstab 401 um die freistehenden Teilstücke der stabförmigen Einzelmagnete erzeugt wird, weist somit entlang der Maßstabslängsrichtung 407 eine periodische Variation auf, die vorzugsweise sinusförmig ist.
Die 6b zeigt eine Draufsicht auf die in der 6a dargestellten Einzelmagnete 402_1 bis 402_3 des ersten Maßstabs 401_1. Außerdem zeigt diese Figur einen Bereich 420 und einen Teilbereich 422 des Bereiches 420, die sich beide in Maßstabslängsrichtung 407 von einem Ende zum anderen Ende des Maßstabs 401_1, oberhalb dieses Maßstabes erstrecken. Vorzugsweise deckt sich der Teilbereich 422 des Bereiches 420 mit dem Bereich 420. Die Grenzen des Bereiches 420 sind gestrichelt und der Teilbereich 422 schraffiert dargestellt. Die Grenze des Teilbereiches 422 innerhalb des Bereiches 420 ist mit einer Strich-Punkt-Linie markiert.
Die 6a und 6b stellen jeweils einen Ausschnitt aus dem in den 4 und 5 dargestellten linearen permanentmagnetischen Maßstab 401_1 dar.
In Querrichtung 418 weist der Bereich 420 eine vorgegebene Breite auf und überdeckt/erfasst angrenzende Teile eines jeden Einzelmagneten, die sich oberhalb und unterhalb der Randfläche 411 der Trägerplatte 405 erstrecken. Der sich oberhalb der Randfläche 411 erstreckende Teil eines Einzelmagneten ist mit der Trägerplatte 405 fest verbunden und der sich unterhalb der Randfläche 411 erstreckende Teil ist freistehend.
Der Teilbereich 422 des Bereiches 420 erstreckt sich in Querrichtung 418 von der unteren Grenze des Bereiches 420 in den Bereich 420 hinein, und überdeckt damit hauptsächlich die Teile der Einzelmagnete, die sich unterhalb der Randfläche 411 der Trägerplatte 405 erstrecken.
Der Bereich 420 befindet sich in einem vorgegebenen Abstand/Höhe relativ zu der oberen Fläche der stabförmigen Einzelmagnete des Maßstabes 401_1. Vorzugsweise ist die Form aller stabförmigen Enzelmagnete gleich und/oder weisen eine obere Fläche auf, die in einer Ebene liegt, die parallel zu der oberen Fläche 408 der Trägerplatte 404 ist.
Erfindungsgemäß weist die magnetische Feldstärke des um den permanentmagnetischen Maßstab 401_1 erzeugten Magnetfeldes, in dem Bereich 420, eine Komponente in Querrichtung 418, Hx-Komponente, auf, die im Wesentlichen konstant ist; d.h. Richtungssinn und absoluter Betrag der Hx-Komponente sind in jedem Punkt des Bereiches 420 gleich. Jedoch muss dieses Merkmal nicht streng erfüllt sein, es reicht vielmehr aus, wenn die Hx-Komponente in jedem Punkt des Bereiches 420 ihren Richtungssinn nicht ändert und einen absoluten Betrag aufweist, der sich zwischen einem vorgegebenen Minimalwert und einem vorgegebenen Maximalwert bewegt.
Die im Wesentlichen konstante Hx-Komponente im Bereich 420 lässt sich durch entsprechende Formung/Dimensionierung der Trägerplatte 405 und der Einzelmagneten 402_1, sowie durch entsprechende Anordnung der Einzelmagnete 402_1 auf der Trägerplatte 405 erreichen.
Ebenfalls gemäß der vorliegenden Erfindung weist die magnetische Feldstärke des um den permanentmagnetischen Maßstab 401_1 erzeugten Magnetfeldes, in dem Teilbereich 422 des Bereiches 420, eine Komponente in Maßstabslängsrichtung 407, Hy-Komponente, auf, die sich entlang der Maßstabslängsrichtung 407 periodisch, vorzugsweise sinusförmig, ändert. Die periodische Änderung der Hy-Komponente im Teilbereich 422 muss mit einem Magnetfeldsensor, beispielsweise einem AMR-Sensor mit Barberpole, detektierbar sein; d.h. die Amplitude dieser periodischen Änderung muss einen vorgegebenen Schwellwert, der von der Empfindlichkeit des Sensors abhängt, überschreiten.
Die Breite des Teilbereiches 422 lässt sich durch entsprechende Anordnung der Einzelmagnete 402_1 auf der Trägerplatte 405, insbesondere durch Dimensionierung ihres freistehenden Teiles, beeinflussen.
Weil an den Enden des Maßstabs 401_1 das von dem Maßstab 401_1 erzeugte Magnetfeld eine andere Struktur als im Innenbereich des Maßstabs 401_1 aufweist, kann die Hx-Komponente an den Enden des Bereiches 420 von der Hx-Komponente im Innenbereich des Maßstabs 401_1 abweichen. Diese Abweichung lässt sich erfindungsgemäß korrigieren, indem man die Einzelmagnete an den Maßstabsenden anders formt als im Innenbereich des Maßstabs 401_1, oder indem die Trägerplatte 405 an ihren Enden mit Vorsprüngen 409 und 410 versehen wird, die vorzugsweise auf der unteren Fläche, d.h. der Fläche die der oberen Fläche 408 gegenüberliegt, vorgesehen sind.
An den Enden des Maßstabs 401_1 auftretende Abweichungen des von der y-Position abhängigen periodischen Hy-Verlaufs von dem Verlauf im Innenbereich des Maßstabs können durch eine Veränderung von Abständen und/oder Dimensionen der Einzelmagnete im Endbereich vermindert werden.
Ein Positionsgeber gemäß der vorliegenden Erfindung weist einen permanentmagnetischen Maßstab gemäß der vorliegenden Erfindung und mindestens einen Magnetfeldsensor, vorzugsweise einen AMR Sensor mit Barberpolen, auf; wobei diese beweglich zueinander angeordnet sind. Die vorliegende Erfindung schließt auch Positionsgeber mit ein, die als Magnetfeldsensor einen AMR-Sensor ohne Barberpolen verwenden, jedoch mit Widerstandsstreifen versehen ist, die schräg zur Querrichtung und schräg zur Längsrichtung der magnetischen Skala verlaufen. Auch bezieht sich die vorliegende Erfindung auf Positionsgeber, die als Magnetfeldsensor einen Sensor verwenden, der den GMR- oder TMR-Effekt nutzt; dabei ist GMR die englische Abkürzung für „giant magnetoresistance“, und TMR für „tunnel magnetoresistance“.
Der in 7a schematisch dargestellte Positionsgeber 400 weist einen permanentmagnetischen Maßstab 401 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sowie zwei AMR-Sensoren mit Barberpole 403 auf. Diese Figur zeigt, dass jeder der beiden AMR-Sensoren 403 in einer bestimmten/vorgegebenen Höhe relativ zu den Einzelmagneten des Maßstabs 401 so angeordnet ist, dass eine innere Stelle des empfindlichen Teiles des Sensors, beispielsweise, gegenüber der jeweiligen Randfläche (411 bzw. 412) der Trägerplatte 405 liegt.
Durch die mit wachsendem Hy-Feld zunehmend nichtlineare Sensorkennlinie 121 sowie im Nahbereich der Einzelmagnete verstärkt auftretende Oberwellenanteile im positionsabhängigen Verlauf der Hy-Komponente können bei Abständen des Sensors zum Maßstab, die viel kleiner als die vorgegebene Höhe sind, starke Verzerrungen (Abweichungen von einer Sinus-Form) im Signalverlauf auftreten, während bei viel größeren Abständen als die vorgegebene Höhe, das Ausgangssignal zwar sinusförmig ist, aber eine zu kleine Amplitude aufweist. Daher wird erfindungsgemäß die vorgegebene Höhe so gewählt, dass das der Position des AMR-Sensors entsprechende Sensorausgangssignal (Positionssignal) sinusförmig ist und eine Amplitude aufweist, die den vorgegebenen Schwellwert überschreitet.
Vorteilhafterweise kann man bei allen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung einen Sensor verwenden, dessen sensitive Elemente (beispielsweise die mit Barberpolen versehene Eisen-Nickel-Schicht bei einem AMR-Sensor mit Barberpolen, oder Widerstandsstreifen bei einem AMR-Sensor mit Widerstandsstreifen) so verteilt sind, dass einerseits das Magnetfeld über ein ganzzahliges Vielfaches einer Maßstabsperiode (welche sich beispielsweise über ein Nord-Süd-Polpaar erstreckt) integriert wird, wodurch insbesondere homogene magnetische Störfelder von Außen kompensiert werden, andererseits besonders störende Oberwellenanteile bereits beim Mischen der Signalanteile der einzelnen sensitiven Elemente durch destruktive Interferenz aus dem Gesamtsignal entfernt werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein AMR-Sensor 403 so gegenüber dem permanentmagnetischen Maßstab 401 angeordnet, dass sein empfindlicher Teil (der Permalloy-Streifen mit Barberpole-Anordnung) im Bereich 420 und mindestens teilweise im Teilbereich 422 des Bereiches 420 liegt, sodass die in dem Bereich 420 vorhandene, im Wesentlichen konstante, Hx-Komponente als Stützfeld für den AMR-Sensor wirkt, und die in Maßstabslängsrichtung 407 periodisch variierende Hy-Komponente als Meßfeld (Position) für den AMR Sensors wirkt.
Die Anordnung des in 7a gezeigten rechten AMR-Sensors 403 relativ zu dem permanentmagnetischen Maßstab 401_1 ist in der 7b gezeigt. Diese zeigt einen Ausschnitt aus einer Draufsicht auf den Positionsgeber 400. Vorzugsweise erstreckt sich hier der Teilbereich 422 weit über die Randfläche 411 der Trägerplatte 405 hinaus, und ist damit breit genug um den AMR Sensor 403 gänzlich aufzunehmen. Die 7b zeigt auch die Variation der Hy-Komponente des äußerlichen Magnetfeldes entlang der Maßstabslängsrichtung 407, die von dem AMR-Sensor 403 erfasst wird, wenn sich dieser entlang der Maßstabslängsrichtung 407 bewegt.
Weil der permanentmagnetischen Maßstab gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel das Stützfeld des AMR-Sensors in jedem Punkt des Meßbereichs selber erzeugt, ist ein eigens für die Generierung des Stützfeldes erforderlicher Permanentmagnet nicht mehr nötig. Damit spart man nicht nur die Kosten für diesen Permanentmagneten und dessen Magnetisierung, sondern spart zusätzlich Bauraum und reduziert auch das Gewicht und damit die Trägheit des Teiles (beispielsweise Leiterplatte), an dem der AMR-Sensor angebracht ist. Das letztere ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der relativ zum Maßstab bewegbar angeordnete AMR-Sensor schnell abgebremst oder schnell beschleunigt werden muss.
Darüber hinaus hat der permanentmagnetische Maßstab gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel den Vorteil, dass er einfach herzustellen ist. Ein Verfahren zur Herstellung des permanentmagnetischen Maßstabs gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel umfasst die folgenden Schritte: Spritzgießen eines kunststoffgebundenen magnetisierbaren Materials in einen formgebenden Hohlraum einer Form, der das Profil/den Umriss des herzustellenden Maßstabs hat; und Magnetisierung des mit der Form erzeugten Gussteils in einem homogenen Magnetfeld, wobei die Feldstärke des magnetisierenden homogenen Magnetfeldes senkrecht zur Längsrichtung des Gussteils und senkrecht zu seiner oberen Fläche - das ist die dem AMR-Sensor zugewandten Fläche - ist. Der formgebende Hohlraum der Form weist eine Fläche mit einem Flächenrand auf, die entlang eines Flächenrandstückes stabförmige Vertiefungen aufweist, die quer zu dem Flächenrandstück stehen und teilweise über das Flächenrandstück hinausragen. Erfindungsgemäß kann der die Trägerplatte 405 bildende Hohlraum als Angusskanal für das Spritzgießen der den Maßstab bildenden Einzelmagnete 423 benutzt werden. Durch ein bereits beim Gußvorgang in der späteren Magnetisierungsrichtung einwirkendes Magnetfeld kann dem Magnetmaterial vorteilhaft eine magnetische Anisotropie verliehen werden. Während des Magnetisierens ist die Fläche des Gussteils, die während dem Spritzgießen die Fläche des Hohlraums mit den Vertiefungen berührte, senkrecht zu der magnetischen Feldstärke des homogenen Feldes ausgerichtet. Vorzugsweise werden das Gussteil und die Form, in der das Gussteil gegossen wurde, nach dem Spritzgießen und der Magnetisierung nicht voneinander getrennt, und die Form die Funktion einer Schutzhülle für den permanentmagnetischen Maßstab übernimmt.
Die bisher beschriebenen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf permanentmagnetische Maßstäbe bzw. Positionsgeber, die eine geradlinige Maßstabslängsrichtung aufweisen. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt, sondern umfasst vielmehr auch permanentmagnetische Maßstäbe, die eine gebogene oder kreisförmige Maßstabslängsrichtung aufweisen.
Die 8a und 8b zeigen eine perspektivische Darstellung von oben bzw. von unten eines kreisförmigen permanentmagnetischen Maßstabes mit Nonius 801 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Dieser Maßstab weist eine kreisförmige Maßstabslängsrichtung auf.
Der permanentmagnetische Maßstab mit Nonius gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel 801 weist eine ringförmige Trägerplatte 805 sowie stabförmige Einzelmagnete 802 auf, die auf der oberen Fläche 808 der Trägerplatte 805 so fixiert sind, dass ihre Längsachse senkrecht zu der Maßstabslängsrichtung steht, sie über die äußere Randfläche 811 der Trägerplatte 805 oder die innere Randfläche 821 der Trägerplatte 805 hinausragen, und benachbarte Einzelmagnete zueinander beabstandet sind. Der Mittelpunkt der ringförmigen Trägerplatte 805 deckt sich mit dem Mittelpunkt der Maßstabslängsrichtung des kreisförmigen Maßstabs 801.
Der permanentmagnetische Maßstab 801 ist einteilig geformt/gefertigt und weist eine im Wesentlichen einheitliche Magnetisierung auf, die senkrecht zur Maßstabslängsrichtung und zu der oberen Fläche 808 der Trägerplatte 805 steht. Vorzugsweise sind die ringförmige Trägerplatte 805 und die stabförmigen Einzelmagnete aus kunststoffgebundenem Magnetwerkstoff durch Spritzgießen hergestellt und danach in einem homogenen Magnetfeld magnetisiert worden.
Die über die äußere Randfläche 811 hinausragenden Einzelmagnete 802 und die Trägerplatte 805 bilden einen ersten kreisförmigen permanentmagnetischen Maßstab 801_1, und die über die innere Randfläche 821 hinausragenden Einzelmagnete und die Trägerplatte 805 bilden einen zweiten kreisförmigen permanentmagnetischen Maßstab 801_2. Die Anzahl der über die äußere Randfläche 811 hinausragenden Magnete 802 des Maßstabes 801_1 und die Anzahl der über die innere Randfläche 821 hinausragenden Magnete des zweiten Maßstabes 801_2 sind für den Aufbau einens Noniussensormeßsystems mit einem absoluten Meßbereich von 360° teilerfremd.
Die einheitliche Magnetisierung der ringförmigen Trägerplatte 805 und der Einzelmagnete erzeugt um den permanentmagnetischen Maßstab 801 ein äußerliches Magnetfeld, das eine Struktur aufweist, die der des von dem permanentmagnetischen Maßstab 401 erzeugten Magnetfeldes analog ist. Daher weist der permanentmagnetische Maßstab gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel dieselben Vorteile auf, wie der permanentmagnetische Maßstab gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Auch lässt sich der permanentmagnetische Maßstab gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel nach einem Verfahren herstellen, das dem Herstellungsverfahren des permanentmagnetischen Maßstabes gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel analog ist.
Die Struktur des von dem kreisförmigen permanentmagnetischen Maßstab 801 erzeugten Magnetfeldes lässt sich durch passende Formung/Dimensionierung der ringförmigen Trägerplatte 805 sowie der über die Randflächen 811 und 821 hinausstehenden Einzelmagnete 802 realisieren.
Die Grundidee der vorliegenden Erfindung, einen einteilig geformten und einheitlich magnetisierten Maßstab so zu formen, dass ein Teil des Maßstabes im Wesentlichen das Stützfeld für den AMR-Sensor und ein anderer Teil des Maßstabs im Wesentlichen das Meßfeld für den AMR-Sensor erzeugt, ist im ersten und zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung so ausgeführt, dass identische stabförmige Einzelmagnete an einer Trägerplatte so angeordnet sind, dass ihre Längsachse senkrecht zur Maßstabslängsrichtung steht und sie über den Rand der Trägerplatte hinausstehen. Dabei trägt die Magnetisierung der Trägerplatte hauptsächlich zur Erzeugung der konstanten Hx-Komponente im Bereich 420 bei, und die Magnetisierung der stabförmigen, beabstandet angeordneten Einzelmagnete 402 zur Erzeugung der periodisch variierenden Hy-Komponente im Teilbereich 422 des Bereiches 420 bei.
Es ist jedoch nicht zwingend notwendig, dass die oberen Flächen der Einzelmagnete 402 über die obere Fläche 408 der Trägerplatte 405 hinausragen, wie das in dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel der Fall ist. Die vorliegende Erfindung erfasst vielmehr auch Anordnungen, bei denen die obere Fläche der Einzelmagneten bündig zur oberen Fläche der Trägerplatte ist, und die einzelnen Magnete lediglich über den Rand der Trägerplatte hinausstehen.
Andere Realisierungsformen der Grundidee der vorliegenden Erfindung sind in den 9a und 9b dargestellt. Die 9a zeigt eine Vorderansicht, eine Draufsicht und eine Seitenansicht von links eines linearen permanentmagnetischen Maßstabes 900 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Der permanentmagnetische Maßstab 900 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel weist eine Vielzahl von Einzelmagnete 902 auf. Jeder dieser Einzelmagnete 902 hat ein erstes Ende, ein zweites Ende, ein das erste Ende enthaltende erstes Teilstück 931, ein das zweite Ende enthaltende zweite Teilstück 932, und eine vom ersten Ende zum zweiten Ende hin gerichtete Längsachse 933. Die Einzelmagnete 902 sind in Maßstabslängsrichtung 907 so hintereinander angeordnet, dass ihre Längsachsen 933 gleichgerichtet und senkrecht zur Maßstabslängsrichtung 907 ausgerichtet sind, und zumindest die zweiten Teilstücke 932 von benachbarten Magneten zueinander beabstandet angeordnet sind.
Die Maßstabslängsrichtung 907 des permanentmagnetischen Maßstabes 900 wurde so gewählt, dass sie parallel zur y-Achse des in der 9a dargestellten kartesischen Koordinatensystems ist. Die Querrichtung zur Maßstabslängsrichtung 907 ist parallel zur x-Achse desselben Koordinatensystems.
Erfindungsgemäß ist das zweite Teilstück 932 eines jeden Einzelmagneten 902 gegenüber dem ersten Teilstück 931 desselben Einzelmagneten verjüngt. Beispielsweise haben das erste und zweite Teilstück, 931 und 932, eine im Wesentlichen quaderförmige Form, und die Breite des zweiten Teilstückes 932 ist kleiner als die Breite des ersten Teilstückes 931, wie in 9a gezeigt.
Jeder Einzelmagnet 902 weist eine im Wesentlichen senkrecht zur Maßstabslängsrichtung 907 und zur Querrichtung weisende, einheitliche Magnetisierung M auf. Die Magnetisierungen M aller Einzelmagnete 902 weisen alle in dieselbe Richtung, beispielsweise nach oben, wie in 9a gezeigt.
Ferner zeigt die 9a einem Bereich 920, der sich oberhalb des Maßstabes 900, in Maßstabslängsrichtung 907, vom ersten bis zum letzten Einzelmagnet der hintereinander angeordneten Einzelmagnete 902 erstreckt und angrenzende Teile des ersten und zweitens Teilstückes, 931 und 932, eines jeden Einzelmagneten 902 bedeckt/erfasst. Der Bereich 920 seinerseits weist einen Teilbereich auf, der sich in Maßstabslängsrichtung 907 vom ersten zum letzten Einzelmagneten der hintereinander angeordneten Einzelmagnete 902 erstreckt, und zumindest einen Teil des zweiten Teilstückes eines jeden Magneten 902 bedeckt/erfasst. Dieser Teilbereich ist in 9 nicht dargestellt.
Erfindungsgemäß weist in dem Bereich 920 die magnetische Feldstärke des von der Vielzahl von Einzelmagneten 902 erzeugten Magnetfeldes eine Komponente Hx in Querrichtung auf, deren Richtungssinn sich nicht ändert und deren Betrag im Wesentlichen konstant ist. In dem Teilbereich des Bereiches 920 weist die magnetische Feldstärke des von der Vielzahl von Magneten 902 erzeugten Magnetfeldes eine Komponente Hy in Maßstabslängsrichtung 907 auf, die sich entlang der Maßstabslängsrichtung 907 periodisch ändert, vorzugsweise sinusförmig, und eine Amplitude aufweist, die einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet.
Die Struktur des von der Vielzahl von Einzelmagneten 902 erzeugten Magnetfeldfeldes lässt sich durch passende Formung/Dimensionierung der Einzelmagnete 902 erreichen.
Erfindungsgemäß können die Einzelmagnete an den Maßstabsenden anders geformt sein als im Innenbereich des Maßstabes 900, um an den Maßstabsenden, im Bereich 920, eine dem Innenbereich entsprechenden/gleichen positionsabhängigen Verlauf der Hy-Komponente zu erzielen.
Die 9b zeigt eine Vorderansicht, eine Draufsicht und eine Seitenansicht von links eines linearen permanentmagnetischen Maßstabes 950 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Der permanentmagnetische Maßstab 950 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel weist eine Vielzahl von Einzelmagnete 952 auf, die jeweils ein erstes Teilstück 981 und ein zweites Teilstück 932 haben. Das vierte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem dritten Ausführungsbeispiel darin, dass sich die ersten Teilstücke 981 von benachbarten Einzelmagneten 952 berühren, wohingegen die ersten Teilstücke 931 von benachbarten Einzelmagneten 902 leicht beabstandet zueinander sind; und dass die Höhe des ersten Teilstückes 981 der Einzelmagneten 952 größer als die Höhe ihres zweiten Teilstückes 932 ist, wohingegen die Höhe des ersten Teilstückes 931 der Einzelmagneten 902 gleich der Höhe ihres zweiten Teilstückes 932 ist.
In dem dritten und vierten Ausführungsbeispiel trägt die Magnetisierung der ersten Teilstücke, 931 bzw. 981, wesentlich zur Erzeugung der nahezu konstanten Hx-Komponente im Bereich 920 bei, wohingegen die periodische Variation der Hy-Komponente im Teilbereich des Bereiches 920 durch die Magnetisierung der beabstandeten/verjüngten zweiten Teilstücke 932 erzielt wird.
Das dritte und vierte Ausführungsbeispiel weisen dieselben Vorteile auf, wie das erste Ausführungsbeispiel.
Die 10 zeigt eine perspektivische Darstellung eines geradlinigen permanentmagnetischen Maßstabes mit Nonius 1001 gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Der permanentmagnetische Maßstab 1001 gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel weist einen Körper/Platte 1005, die vorzugsweise quaderförmig ist, mit einer oberen Fläche 1008 und zwei an diese angrenzende Randflächen 1011 und 1021 auf. Beide Randflächen laufen parallel zur Maßstabslängsrichtung 1007 des permanentmagnetischen Maßstabes 1001. Auf der oberen Fläche 1008 sind längliche, vorzugsweise rechteckige Aussparungen (1002 und 1003), oder Vertiefungen, oder Einkerbungen vorgesehen, die jeweils ein erstes Ende, ein zweites Ende und eine vom ersten Ende zum zweiten Ende hin gerichtete Längsachse aufweisen. Eine erste Vielzahl von Aussparungen/Vertiefungen/Einkerbungen sind entlang der ersten Randfläche 1011 des quaderförmigen Körpers 1005, in Maßstabslängsrichtung 1007 so hintereinander angeordnet, dass ihre Längsachsen gleichgerichtet und senkrecht zur Maßstabslängsrichtung 1007 ausgerichtet sind, wobei das erste Ende jeder Aussparung 1002 an die erste Randfläche 1011 des Körpers/Platte 1005 anschließt, und die Aussparungen der ersten Vielzahl von Aussparungen zueinander beanstandet sind. Eine zweite Vielzahl von Aussparungen/Vertiefungen/Einkerbungen sind entlang der zweiten Randfläche 1021 des quaderförmigen Körpers 1005, in Maßstabslängsrichtung 1007 so hintereinander angeordnet, dass ihre Längsachsen gleichgerichtet und senkrecht zur Maßstabslängsrichtung 1007 ausgerichtet sind, wobei das erste Ende jeder Aussparung 1003 an die erste Randfläche 1021 des Körpers 1005 anschließt, und die Aussparungen der zweiten Vielzahl von Aussparungen zueinander beanstandet sind. Desweiteren weist der Körper/Platte 1005 an den beiden Maßstabsenden nach unten weisende Vorsprünge 1009 und 1010 auf.
In dem in der 5 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Aussparungen der ersten bzw. zweiten Vielzahl von Aussparungen identisch, und die Abstände zwischen zwei benachbarten Aussparungen der ersten bzw. zweiten Vielzahl von Aussparungen gleich. Zwei benachbarte Aussparungen einer jeden der ersten und zweiten Vielzahl von Aussparungen bilden ein zapfenförmiges Teil 1004 des Körpers/Platte 1005, dessen Breite in Maßstabslängsrichtung 1007 dem Abstand zwischen den das zapfenförmige Teil 1004 begrenzende Aussparungen entspricht.
Der der mit den Aussparungen und den Vorsprüngen 1009 und 1010 versehene quaderförmige Körper/Platte 1005 ist einteilig geformt/gefertigt und weist eine im Wesentlichen einheitliche Magnetisierung 1006 auf, die senkrecht zur Maßstabslängsrichtung 1007 und zu der oberen Fläche 1008 der Platte 1005 steht. In 10 ist die einheitliche Magnetisierung 1006 beispielsweise von unten nach oben gerichtet; jedoch kann diese auch von oben nach unten gerichtet sein.
Die erste Vielzahl von Aussparungen 1002, die entlang der ersten Randfläche 1011 hintereinander angeordnet sind, bilden einen ersten geradlinigen permanentmagnetischen Maßstab; und die zweite Vielzahl von Aussparungen 1003, die entlang der zweiten Randfläche 1021 hintereinander angeordnet sind, bilden einen zweiten geradlinigen permanentmagnetischen Maßstab. Die Anzahl der im eindeutigen Messbereich vorhandenen Aussparungen, die entlang der ersten Randfläche 1011 angeordnet sind, ist teilerfremd zur Anzahl der im eindeutigen Messbereich vorhandenen Aussparungen, die entlang der zweiten Randfläche 1021 angeordnet sind; wobei der eindeutige Messbereich dem kleinsten gemeinsamen Vielfachen der Periodenlängen des ersten und des zweiten permanentmagnetischen Maßstabes entspricht.
Die einheitliche Magnetisierung 1006 des Körpers/Platte 1005 erzeugt um den permanentmagnetischen Maßstab 1001 ein äußerliches Magnetfeld, das eine Struktur aufweist, die der des von dem permanentmagnetischen Maßstab 401 erzeugten Magnetfeldes analog ist. Insbesondere weist das äußerliche Magnetfeld einen ersten und einen zweiten Bereich auf, in denen die magnetische Feldstärke eine Komponente in Querrichtung aufweist, deren Richtungsinn und Betrag im Wesentlichen konstant ist, wobei die Komponente in Querrichtung im ersten Bereich der Komponente in Querrichtung im zweiten Bereich entgegengesetzt ist; und jeder dieser Bereiche weist einen Teilbereich auf, in dem die Komponente der magnetischen Feldstärke in Maßstabslängsrichtung entlang der Maßstabslängsrichtung 1007 periodisch, vorzugsweise sinusförmig variiert und eine Amplitude aufweist, die den vorgegebenen Schwellwert überschreitet. Die Querrichtung steht quer (oder senkrecht) zur Maßstabslängsrichtung 1007 und zur oberen Fläche 1008. Der Bereich sowie der Teilbereich des Bereiches erstrecken sich oberhalb des Maßstabes 1001 (d.h. oberhalb seiner oberen Fläche 1008) von einem Ende zum anderen Ende des Maßstabs hin. Vorzugsweise umfasst der Teilbereich des Bereiches das erste Ende jeder Aussparung der jeweiligen Vielzahl von Aussparungen, und der Bereich hat in Querrichtung eine Breite, die die Länge eines AMR-Sensors mit Barberpole überschreitet. Diese Struktur des äußeren Magnetfeldes lässt sich durch passende Formung/Dimensionierung der Aussparungen 1002 und 1003 realisieren.
Erfindungsgemäß können die Aussparungen an den Maßstabsenden (im Außenbereich des Maßstabes) anders geformt oder anders beabstandet sein als im Innenbereich des Maßstabes, und/oder die Vorsprünge 1009 und 1010 so geformt sein, dass sich im Teilbereich, in Längsrichtung, insbesondere im Außenbereich des Maßstabes keine zusätzlichen, von der Periodizität der Aussparungen abweichende (Stör)Komponenten überlagern.
Der permanentmagnetische Maßstab gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel weist dieselben Vorteile auf, wie der permanentmagnetische Maßstab gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Auch lässt sich der permanentmagnetische Maßstab gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel aus kunststoffgebundenem Magnetwerkstoff durch Spritzgießen herstellen und in einem homogenen Magnetfeld magnetisieren.
Weil der permanentmagnetische Maßstab gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel keine über Randflächen hinausragende Einzelmagnete aufweist, ist er mechanisch robuster und einfacher herzustellen als der permanentmagnetische Maßstab gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Insbesondere kann der permanentmagnetische Maßstab gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel auch durch Pressen von Magnetpulvern in einer Negativform hergestellt werden, was seine Herstellung noch weiter vereinfacht.
Das fünfte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf einen permanentmagnetischen Maßstab mit einer geradlinigen Maßstabslängsrichtung 1007. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt, sondern umfasst vielmehr auch permanentmagnetische Maßstäbe, die einen Körper/Platte mit Aussparungen aufweisen, dessen Randflächen, entlang derer die Aussparungen hintereinander angeordnet, gebogen oder ringförmig sind.
Bezugszeichenliste

Bezugsziffer	Beschreibung
100	Positionsgeber
101	Permanentmagnetischer Maßstab
102_1, 102_2, 102_3	Magnete zum Erzeugen des Meßfeldes
103	AMR-Sensor mit Barberpole
104	Leiterplatte
105	Magnet zum Erzeugen des Stützfeldes
106	Magnetfeldlinien des Stützfeldes
107	Bewegungsrichtung des Sensors relativ zum Maßstab
110	Nickel-Eisen Streifen
111_1, 111_2	Barberpole
112	Stützfeld (Hx- Feld)
113	Meßfeld (Hy-Feld)
114	Resultierende Streifenmagnetisierung
115	Strom richtung
116	Winkel zw. Streifenmagnetisierung und Stromrichtung
121, 122,123	Kennlinien des AMR-Sensors mit Barberpole
400	Positionsgeber gemäß der Erfindung
401	Permanentmagnetischer Maßstab mit Nonius gemäß der vorliegenden Erfindung
401_1, 401_2	Erster bzw. zweiter permanentmagnetischer Maßstab des Nonius gemäß der vorliegenden Erfindung
402_1, 402_2, 402_3	Stabförmige Magnete des ersten permanentmagnetischen Maßstabs
403	AMR-Sensor mit Barberpole
405	Trägerplatte
406	Magnetisierung der Trägerplatte und Einzelmagnete
407	Maßstabslängsrichtung
408	Obere Fläche der Trägerplatte
409, 410	Vorsprünge an den Enden der Trägerplatte
411, 421	Gegenüberliegende Randflächen der Trägerplatte
412	Stützfeld (Hx- Feld)
413	Verlauf des Meßfeldes (Hy-Feld) im Teilbereich
418	Querrichtung zur Maßstabslängsrichtung
420	Bereich konstanten Hx-Feldes (Stützfeld)
422	Teilbereich des Bereiches in dem das Meßfeld sinusförmig variiert und die Variation detektierbar ist
423	Stabförmiger Magnet des zweiten Maßstabs
424	Längsachse im Teilbereich, die parallel zur Maßstabslängsrichtung ist
801	Ringförmiger Maßstab mit Nonius gemäß der Erfindung
801_1, 801_2	Äußerer bzw. innerer permanentmagnetischer Maßstab des ringförmigen Nonius gemäß der Erfindung
802	Stabförmiger Magnet des äußeren permanentmagnetischen Maßstabs des ringförmigen Nonius
805	Tragring
808	Obere Fläche des Tragrings
811, 821	Äußere und innere Randfläche des Tragrings
823	Stabförmiger Magnet des inneren permanentmagnetischen Maßstabs des ringförmigen Nonius
900, 950	Permanentmagnetische Maßstäbe gemäß der Erfindung
902, 952	Einzelmagnete
907	Maßstabslängsrichtung
920	Bereich konstanten Hx-Feldes (Stützfeld)
931, 981	Erste Teilstücke der Einzelmagneten
932	Zweites Teilstück der Einzelmagneten
933	Längsachse eines (Einzel)Magneten
1001	Permanentmagnetischer Maßstab mit Nonius gemäß der vorliegenden Erfindung
1002, 1003	Aussparung
1004	Zapfen
1005	Quaderförmige(r) Platte/Körper
1006	Magnetisierung des Körpers mit den Zapfen
1007	Maßstabslängsrichtung
1008	Obere Fläche des quaderförmigen Körpers
1009, 1010	Vorsprünge an den Enden des Körpers
1011, 1021	Gegenüberliegende Randflächen des Körpers

Claims

Permanentmagnetischer Maßstab, der eine Maßstabslängsrichtung (407, 907) und eine quer zu dieser stehende Querrichtung (418) aufweist, wobei der Maßstab eine einheitliche Richtung der Magnetisierung aufweist, wobei die Richtung der Magnetisierung im Wesentlichen senkrecht zur Maßstabslängsrichtung (407) und zur Querrichtung (418) ist und um den permanentmagnetischen Maßstab herum ein äußerliches Magnetfeld erzeugt, dessen magnetische Feldstärke in einem Bereich (420, 920), der sich in Maßstabslängsrichtung (407) von einem Ende zum anderen Ende des Maßstabs (401_1), oberhalb des Maßstabes erstreckt, eine Komponente in Querrichtung (Hx) aufweist, deren Richtungssinn sich nicht ändert und deren Betrag sich zwischen einem Minimalwert und einem Maximalwert bewegt, wobei die magnetische Feldstärke des äußerlichen Magnetfeldes zumindest in einem Teilbereich (422) des Bereiches (420), der sich in Maßstabslängsrichtung (407) von dem einen Ende zu dem anderen Ende des Maßstabs (401_1) erstreckt, eine Komponente in Maßstabslängsrichtung (Hy) aufweist, die sich entlang der Maßstabslängsrichtung periodisch ändert, die periodische Änderung der in Maßstabslängsrichtung stehenden Komponente des äußerlichen Magnetfeldes (Hy) im Teilbereich (422) des Bereiches eine Amplitude aufweist, die einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet, wobei der Maßstab eine Vielzahl von Magneten (902), die jeweils ein erstes Ende, ein zweites Ende, ein das erste Ende enthaltende erstes Teilstück (931, 981), ein das zweite Ende enthaltende zweite Teilstück (932), und eine vom ersten Ende zum zweiten Ende hin gerichtete Längsachse (933) aufweisen, und in Maßstabslängsrichtung (407, 907) so hintereinander angeordnet sind, dass ihre Längsachsen (933) gleichgerichtet und senkrecht zur Maßstabslängsrichtung (907) ausgerichtet sind und zumindest die zweiten Teilstücke (932) von benachbarten Magneten der Vielzahl von Magneten zueinander beabstandet angeordnet sind,wobei jeder Magnet (402, 423, 902) aus der Vielzahl von Magneten eine einheitliche Richtung der Magnetisierung aufweist, wobei die Richtung der Magnetisierung im Wesentlichen senkrecht zur Maßstabslängsrichtung und zur Querrichtung ist, der Bereich (420, 920) sich oberhalb der Vielzahl von Magneten, in Maßstabslängsrichtung vom ersten zum letzten Magnet der hintereinander angeordneten Magnete der Vielzahl von Magneten erstreckt und angrenzende Teile des ersten und zweiten Teilstückes (931, 932) eines jeden Magneten (902) aus der Vielzahl von Magneten bedeckt/erfasst, und der Teilbereich (422) des Bereiches sich in Maßstabslängsrichtung (407, 907) vom ersten zum letzten Magnet der hintereinander angeordneten Magnete der Vielzahl von Magneten erstreckt und zumindest einen Teil des zweiten Teilstückes (932) eines jeden Magneten aus der Vielzahl von Magneten bedeckt/erfasst, wobei jeder Magnet (402_1) der Vielzahl von Magneten eine stabförmige Form aufweist, der permanentmagnetische Maßstab ferner eine in einheitlicher Richtung magnetisierte Trägerplatte (405) aufweist, deren Magnetisierung im Wesentlichen parallel und gleichgerichtet zu der Richtung der Magnetisierung der Vielzahl von Magneten ist, die Trägerplatte (405) eine obere Fläche (408) und eine an diese angrenzende Randfläche (411) aufweist und die Randfläche parallel zur Maßstabslängsrichtung (407) verläuft, und dadurch gekennzeichnet, dass die stabförmigen Magnete (402_1) der Vielzahl von Magneten auf der Trägerplatte (405) so angeordnet sind, dass das erste Teilstück eines jeden stabförmigen Magneten auf der oberen Fläche (408) der Trägerplatte (405) fest mit dieser verbunden ist, das zweite Teilstück eines jeden stabförmigen Magneten (402_1) über die Randfläche (411) der Trägerplatte (405) hinausragt, und benachbarte stabförmige Magnete (402_1, 402_2) voneinander beabstandet sind.
Permanentmagnetischer Maßstab nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass die Magnete der Vielzahl von Magneten gleich sind und/oder die Abstände zwischen benachbarten stabförmigen Magnete der Vielzahl von Magneten gleich sind und/oder die Trägerplatte (405) und die Vielzahl von stabförmigen Magneten einteilig gefertigt sind.
Permanentmagnetischer Maßstab nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Maßstab (401_1) zwei Enden aufweist, die Trägerplatte (405) im Bereich der Maßstabsenden jeweils einen Vorsprung (409, 410) aufweist, und/oder die stabförmigen Magnete im Bereich der Maßstabsenden anders geformt oder anders beabstandet sind als im Innenbereich des Maßstabs.
Permanentmagnetischer Maßstab nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet dass die Vorsprünge (409, 410) an der Trägerplatte (405) und/oder die stabförmigen Magnete im Bereich der Maßstabsenden so geformt sind, dass die Komponente der magnetischen Feldstärke in Querrichtung (Hx) an den Enden des Bereiches (420) im Wesentlichen gleich ist der Komponente der magnetischen Feldstärke in Querrichtung (Hx) im Innern des Bereiches (420) und/oder die Vorsprünge (409, 410) an der Trägerplatte (405) so geformt sind, dass sich dem im Bereich (420) periodisch schwankenden Feld in Längsrichtung (Hy) insbesondere im Bereich der Maßstabsenden keine zusätzlichen, von der Periodizität der stabförmigen Magnete (402_1, 402_2) abweichenden Hy-Komponenten überlagern.
Permanentmagnetischer Maßstab nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Teilstück (932) eines Magneten (902) aus der Vielzahl von Magneten gegenüber dem ersten Teilstück (931) desselben Magneten verjüngt ist, und die Magnetisierung der Vielzahl von Magneten das äußerliche Magnetfeld um den permanentmagnetischen Maßstab herum erzeugt.
Permanentmagnetischer Maßstab nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet dass die zweiten Teilstücke (932) aller Magnete (952) gegenüber dem jeweiligen ersten Teilstück (981) verjüngt sind und sich die ersten Teilstücke (931) benachbarter Magnete berühren.
Permanentmagnetischer Maßstab nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Maßstab zwei Enden aufweist, und die Magnete im Bereich der Maßstabsenden anders geformt sind als im Innenbereich des Maßstabs.
Permanentmagnetischer Maßstab nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet dass die Magnete im Bereich der Maßstabsenden so geformt sind, dass die Komponente der magnetischen Feldstärke in Querrichtung an den Enden des Bereiches im Wesentlichen gleich ist der Komponente der magnetischen Feldstärke in Querrichtung im Innern des Bereiches und dass möglichst keine nichtperiodischen Komponenten der magnetischen Feldstärke in Längsrichtung auftreten.
Permanentmagnetischer Maßstab nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine Maßstabsrichtung (407, 907), die geradlinig, gebogen, oder kreisförmig ist, und der Bereich (420, 920) und der Teilbereich (422) des Bereiches dementsprechend die Form eines geraden Streifens, eines gebogenen Streifens, bzw. Ringes aufweisen.
Permanentmagnetischer Maßstab mit Nonius, gekennzeichnet durch einen ersten Maßstab (401_1) nach einem der Ansprüche 1, 3 und 9, und einen zweiten Maßstab (401_2) nach einem der Ansprüche 1, 3 und 9, wobei die Maßstabslängsrichtung (407) des ersten Maßstabes (401_1) und die Maßstabslängsrichtung des zweiten Maßstabes (401_2) parallel zueinander sind, die Komponente der magnetischen Feldstärke in Querrichtung (Hx) im Bereich (420) des ersten Maßstabes (401_1) einen Richtungssinn aufweist, der dem der Komponente der magnetischen Feldstärke in Querrichtung (Hx) im Bereich des zweiten Maßstabes (401_2) entgegengesetzt ist, die Anzahl der stabförmigen Magnete (402_1) der Vielzahl von Magneten des ersten Maßstabes (401_1) und die Anzahl der stabförmigen Magnete (423) der Vielzahl von Magneten des zweiten Maßstabes (401_2) innerhalb des kleinsten gemeinsamen Vielfachens eines Magnetabstands des ersten Maßstabs im Innenbereich und eines Magnetabstands des zweiten Maßstabs im Innenbereich teilerfremd sind, die Magnetisierung der Vielzahl von Magneten des ersten Maßstabes (401_1) im Wesentlichen parallel und gleichgerichtet zu der Magnetisierung der Vielzahl von Magneten des zweiten Maßstabes (401_2) ist, die Trägerplatte des ersten Maßstabes (401_1) und die Trägerplatte des zweiten Maßstabes (401_2) mit einer gemeinsamen Trägerplatte (405) übereinstimmen, die eine obere Fläche (408) und zwei an diese angrenzende Randflächen (411, 421) aufweist, die sich gegenüberliegen und parallel zu den jeweiligen Maßstabsrichtungen (407) verlaufen, die Randfläche der Trägerplatte des ersten Maßstabes (401_1) mit einer der zwei Randflächen (411) der gemeinsamen Trägerplatte (405) übereinstimmt, und die Randfläche der Trägerplatte des zweiten Maßstabes (401_2) mit der anderen der zwei Randflächen (421) der gemeinsamen Trägerplatte (405) übereinstimmt.
Permanentmagnetischer Maßstab nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet dass die gemeinsame Trägerplatte (405), die Vielzahl von stabförmigen Magneten des ersten Maßstabes und die Vielzahl von stabförmigen Magneten des zweiten Maßstabes einteilig geformt sind.
Permanentmagnetischer Maßstab, der eine Maßstabslängsrichtung (407, 907) und eine quer zu dieser stehende Querrichtung (418) aufweist, wobei der Maßstab eine einheitliche Richtung der Magnetisierung aufweist, wobei die Richtung der Magnetisierung im Wesentlichen senkrecht zur Maßstabslängsrichtung (407) und zur Querrichtung (418) ist und um den permanentmagnetischen Maßstab herum ein äußerliches Magnetfeld erzeugt, dessen magnetische Feldstärke in einem Bereich (420, 920), der sich in Maßstabslängsrichtung (407) von einem Ende zum anderen Ende des Maßstabs (401_1), oberhalb des Maßstabes erstreckt, eine Komponente in Querrichtung (Hx) aufweist, deren Richtungssinn sich nicht ändert und deren Betrag sich zwischen einem Minimalwert und einem Maximalwert bewegt, wobei die magnetische Feldstärke des äußerlichen Magnetfeldes zumindest in einem Teilbereich (422) des Bereiches (420), der sich in Maßstabslängsrichtung (407) von dem einen Ende zu dem anderen Ende des Maßstabs (401_1) erstreckt, eine Komponente in Maßstabslängsrichtung (Hy) aufweist, die sich entlang der Maßstabslängsrichtung periodisch ändert, die periodische Änderung der in Maßstabslängsrichtung stehenden Komponente des äußerlichen Magnetfeldes (Hy) im Teilbereich (422) des Bereiches eine Amplitude aufweist, die einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet dadurch gekennzeichnet, dass der Maßstab einen in einheitlicher Richtung magnetisierten quaderförmigen Körper (1005) umfasst, dessen Magnetisierung (1006) das äußerliche Magnetfeld des permanentmagnetischen Maßstabs (1001) erzeugt, der Körper (1005) eine obere Fläche (1008) und eine an diese angrenzende Randfläche (1011) aufweist, die parallel zur Maßstabslängsrichtung (1007) verläuft, der Körper (1005) auf seiner oberen Fläche (1008) eine Vielzahl von länglichen Aussparungen/Vertiefungen (1002) aufweist, wobei jede Aussparung (1002) ein erstes Ende, ein zweites Ende, und eine vom ersten Ende zum zweiten Ende hin gerichtete Längsachse aufweist, die Aussparungen (1002) entlang der Randfläche (1011) des Körpers, in Maßstabslängsrichtung (1007) so hintereinander angeordnet sind, dass ihre Längsachsen gleichgerichtet ausgerichtet sind, das erste Ende jeder Aussparung (1002) an die Randfläche (1011) des Körpers anschließt, und die Aussparungen zueinander beabstandet angeordnet sind, der Bereich sich oberhalb der Vielzahl von Aussparungen, in Maßstabslängsrichtung (1007) von der ersten bis zur letzten Aussparung der hintereinander angeordneten Vielzahl von Aussparungen erstreckt, und der Teilbereich des Bereiches sich in Maßstabslängsrichtung (1007) von der ersten bis zur letzten Aussparung der hintereinander angeordneten Vielzahl von Aussparungen erstreckt.
Permanentmagnetischer Maßstab nach Anspruch 1 oder 12, gekennzeichnet durch eine magnetische Feldstärke, wobei die Feldstärke eine Richtungssinn aufweist, die im Bereich (420,920) eine Komponente in Querrichtung (Hx) aufweist, deren Richtungssinn und Betrag sich nicht ändern, und/oder die in dem Teilbereich (422) des Bereiches (420,920) eine Komponente in Maßstabslängsrichtung (Hy) aufweist, die entlang der Maßstabslängsrichtung (407) sinusförmig variiert.
Permanentmagnetischer Maßstab nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparungen der Vielzahl von Aussparungen gleich und/oder die Abstände zwischen benachbarten Aussparungen der Vielzahl von Aussparungen gleich sind.
Permanentmagnetischer Maßstab nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Maßstab (1001) zwei Enden aufweist, der Körper (1005) im Bereich der Maßstabsenden jeweils einen Vorsprung (1009, 1010) aufweist, und/oder die Aussparungen im Bereich der Maßstabsenden anders geformt oder anders beabstandet sind als im Innenbereich des Maßstabs.
Permanentmagnetischer Maßstab nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsprünge (1009, 1010) so geformt sind, dass sich dem im Bereich periodisch schwankenden Feld in Längsrichtung (Hy) insbesondere im Bereich der Maßstabsenden keine zusätzlichen, von der Periodizität der Aussparungen abweichenden Hy-Komponenten überlagert.
Permanentmagnetischer Maßstab nach Anspruch 12 oder 15, gekennzeichnet durch eine Maßstabsrichtung (1007), die geradlinig, gebogen, oder kreisförmig ist, und der Bereich und der Teilbereich des Bereiches dementsprechend die Form eines geraden Streifens, eines gebogenen Streifens, bzw. Ringes aufweisen.
Permanentmagnetischer Maßstab mit Nonius, gekennzeichnet durch einen ersten Maßstab nach einem der Ansprüche 12, 15 und 17, und einen zweiten Maßstab nach einem der Ansprüche 12, 15 und 17, wobei die Maßstabslängsrichtung (1007) des ersten Maßstabes und die Maßstabslängsrichtung des zweiten Maßstabes parallel zueinander sind, die Komponente der magnetischen Feldstärke in Querrichtung (Hx) im Bereich des ersten Maßstabes einen Richtungssinn aufweist, der dem der Komponente der magnetischen Feldstärke in Querrichtung (Hx) im Bereich des zweiten Maßstabes entgegengesetzt ist, die Anzahl der Aussparungen (1002) der Vielzahl von Aussparungen des ersten Maßstabes und die Anzahl der Aussparungen (1003) der Vielzahl von Aussparungen des zweiten Maßstabes innerhalb des kleinsten gemeinsamen Vielfachens eines Magnetabstands des ersten Maßstabs im Innenbereich und eines Magnetabstands des zweiten Maßstabs im Innenbereich teilerfremd sind, der Körper des ersten Maßstabes und der Körper des zweiten Maßstabes mit einem gemeinsamen Körper (1005) übereinstimmen, der eine obere Fläche (1008) und zwei an diese angrenzende Randflächen (1011, 1021) aufweist, die sich gegenüberliegen und parallel zu den jeweiligen Maßstabsrichtungen (1007) verlaufen, die Randfläche des Körpers des ersten Maßstabes mit einer der zwei Randflächen (1011) des gemeinsamen Körpers (1005) übereinstimmt, und die Randfläche des Körpers des zweiten Maßstabes mit der anderen der zwei Randflächen (1021) des gemeinsamen Körpers (1005) übereinstimmt.
Positionsgeber, der einen permanentmagnetischen Maßstab (401_1) nach einem der Ansprüche 1 bis 18 und einen Magnetfeldsensor (403) aufweist, für den ein magnetisches Stützfeld zum Bestimmen der Sensorempfindlichkeit erforderlich ist, vorzugsweise einen AMR-Sensor mit Barberpolen, wobei der permanentmagnetische Maßstab (401_1) und der Magnetfeldsensor 403 in Maßstabslängsrichtung (407) zueinander beweglich sind, der empfindliche Teil des Sensors (403), beispielsweise die Barberpole-Anordnung eines AMR-Sensors, so gegenüber dem permanentmagnetischen Maßstab (401_1) angeordnet ist, dass die im Bereich (420) vorhandene Komponente der magnetischen Feldstärke in Querrichtung (Hx) als Stützfeld und die im Teilbereich (422) des Bereiches vorhandene Komponente der magnetischen Feldstärke in Maßstabslängsrichtung (Hy) als Positionssignal wirkt.
Positionsgeber nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet dass der Abstand zwischen dem Bereich (420) und dem permanentmagnetischen Maßstab (401_1) so gewählt, dass das dem Positionssignal entsprechende Ausgangssignal des Magnetfeldsensors sinusförmig ist.
Positionsgeber nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetfeldsensor ein AMR-Sensor ohne Barberpole ist, dieser aber mit Widerstandsstreifen versehen ist, die schräg zur Querrichtung und schräg zur Längsrichtung der magnetischen Skala verlaufen, oder der Magnetfeldsensor ein Sensor ist, der den GMR- oder TMR-Effekt nutzt.