DE112011105736B4

DE112011105736B4 - Positionsdetektoreinrichtung

Info

Publication number: DE112011105736B4
Application number: DE112011105736.9T
Authority: DE
Inventors: Hideaki Arita; Toshiyuki Yoshizawa; Kenta Hatano
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2011-10-14
Filing date: 2011-10-14
Publication date: 2018-04-12
Anticipated expiration: 2031-10-15
Also published as: US20140097830A1; DE112011105736T5; WO2013054384A1; JP5409972B2; GB2505746A; JPWO2013054384A1; GB201310981D0; US9068817B2

Abstract

Positionsdetektor mit: einem Magnetfeld-erzeugenden Körper (40) mit einer Polfläche eines N-Pols und einer Polfläche eines S-Pols, und der an einer sich hin- und herbewegenden Antriebswelle (41) befestigt ist, um sich in Richtungen senkrecht zu einer Magnetpolrichtung zu bewegen, in der die N- und S-Pole ausgerichtet sind; einem ersten stationären Magnetkörper (10), der einen gekrümmten Abschnitt (11) aufweist und gegenüberliegend zu einer der Polflächen des Magnetfeld-erzeugenden Körpers (40) angeordnet ist; einem zweiten stationären Magnetkörper (20), der bei einer Position angeordnet ist, die der anderen der Polflächen des Magnetfeld-erzeugenden Körpers (40) gegenüberliegt, und mit einem linearen Abschnitt (21), der parallel zu den Bewegungsrichtungen des Magnetfeld-erzeugenden Körpers (40) verläuft, wobei der lineare Abschnitt (21) gegenüberliegend zu dem gekrümmten Abschnitt (11) des ersten stationären Magnetkörpers (10) angeordnet ist, wobei der Magnetfeld-erzeugende Körper (40) zwischen dem ersten (10) und dem zweiten stationären Magnetkörper (20) angeordnet ist; einem dritten stationären Magnetkörper (30), der nebeneinander mit dem ersten stationären Magnetkörper (10) angeordnet ist, bei einer Position, die dem zweiten stationären Magnetkörper (20) gegenüberliegt; einem Magnetsensor (50), der zwischen gegenüberliegenden Flächen des ersten stationären Magnetkörpers (10) und des dritten stationären Magnetkörpers (30) sandwichartig angeordnet ist, wobei der Sensor eine Position des Magnetfeld-erzeugenden Körpers (40) aufgrund der Tatsache erfasst, dass sich ein hindurchströmender Magnetfluss ändert, wenn ein Abstand zwischen dem Magnetfeld-erzeugenden Körper (40) und dem ersten stationären Magnetkörper (10) in der Magnetpolrichtung gemäß einer Hin- und Herbewegung der Antriebswelle (41) variiert; und einem Permanentmagneten (60, 60a, 60b), der zwischen gegenüberliegenden Flächen des zweiten stationären Magnetkörpers (20) und des dritten stationären Magnetkörpers (30) platziert ist und einen Magnetfluss in einer umgekehrten Richtung gegenüber einer Richtung des Magnetflusses, der mittels des Magnetfeld-erzeugenden Körpers (40) erzeugt wird, erzeugt, so dass in einem Bereich der detektierten Magnetflussdichte, wenn sich der durch den Magnetsensor (50) hindurchströmende Magnetfluss ändert, die Null enthalten ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Positionsdetektor zum Erfassen einer Bewegungsposition eines sich linear bewegenden Objekts.
Stand der Technik
Ein gängiger Positionsdetektor (Einrichtung) ist beispielsweise in Patentdokument 1 offenbart. 16 ist eine Vorderansicht, die eine Ausbildung des gängigen Positionsdetektors zeigt. Der Positionsdetektor ist mit einem ersten stationären Magnetkörper (Magnetflussführungselement) 91, einem zweiten stationären Magnetkörper (Magnetflussführungselement) 92, einem Magnetfeld-erzeugenden Körper (Magnet) 93 und einem Magnetsensor (magnetoelektrisches Wandlerelement) 94 versehen. Der Magnetfeld-erzeugende Körper 93 bewegt sich linear (in Richtungen, die in 16 durch Pfeile X angegeben sind) zwischen gegenüberliegenden Flächen des ersten stationären Magnetkörpers 91 und des zweiten stationären Magnetkörpers 92, und gegenüberliegende Innenflächenseiten dieses ersten stationären Magnetkörpers 91 und dieses zweiten stationären Magnetkörpers 92 weisen eine gebogene Form auf. Wenn die Innenflächenseiten des ersten stationären Magnetkörpers 91 und des zweiten stationären Magnetkörpers 92 in der gebogenen Form ausgebildet sind, ist anzunehmen, dass ein Abstand zwischen dem Magnetfeld-erzeugenden Körper 93 und jedem der ersten und zweiten stationären Magnetkörpern 91, 92 (die in 16 durch Pfeile Y gezeigt sind) einer Bewegungsposition des Magnetfeld-erzeugenden Körpers 93 entsprechend variabel sind. Eine Variation des Abstands (Lagebeziehung) verändert eine Magnetflussdichte, die der Bewegungsposition des Magnetfeld-erzeugenden Körpers 93 entsprechend durch den Magnetsensor 94 hindurchläuft. Eine Veränderungsmenge der Magnetflussdichte wird mittels des Magnetsensors 94 erfasst und in ein elektrisches Signal umgewandelt. Da das elektrische Signal ein Signal ist, das mit der Position des Magnetfeld-erzeugenden Körpers 93 eine lineare Abhängigkeit aufweist, kann eine Information über die Position des Magnetfeld-erzeugenden Körpers 93 aus dem Ausgangssignal des Magnetsensors 94 erfasst werden.
Stand der Technik
Patentdokumente

Patentdokument 1: JP 2005-515459 A
Patentdokument 2: DE 10 2007 059 402 A1
Patentdokument 3: DE 102 02 320 A1
Patentdokument 4: JP 2006-073711 A
Patentdokument 5: DE 197 38 316 A1
Patentdokument 6: US 6 518 749 B1
Patentdokument 7: DE 693 06 085 T2

Zusammenfassung der Erfindung
Durch die Erfindung zu lösende Probleme
Ein typisches Hallelement, das in einem Magnetsensor inkorporiert ist, weist eine Temperatureigenschaft auf, die ihre Sensitivität in Abhängigkeit einer Temperatur und dergleichen verändert, und dergleichen. Daher ist es notwendig, dass eine Vielzahl von Korrekturen und Anpassungen einschließlich einer Temperaturerfassung durchgeführt werden, um damit eine Erfassungsgenauigkeit desselben zu erhöhen; wenn die Ermittlung in einem Zustand durchgeführt wird, in dem die Magnetflussdichte Null beträgt, kann die höchste Genauigkeit desselben erreicht werden.
Bei dem gängigen Positionsdetektor ist jedoch ein Erfassungsbereich der Magnetflussdichte bei einem Bewegungsabstand des Magnetfeld-erzeugenden Körpers 93 entweder nur eine Plusseite oder eine Minusseite hinsichtlich der Dichte, ohne dass eine Magnetflussdichte von Null eingeschlossen ist. Aus diesem Grund besteht das Problem, dass eine Korrektur und eine Anpassung des Magnetsensors 94 bei einem Nullzustand der Magnetflussdichte nicht mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden kann.
Die vorliegende Erfindung wurde vorgenommen, um das vorstehend erwähnte Problem zu lösen, und eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Positionsdetektor bereitzustellen, der eine Verbesserung der Genauigkeit auf Basis einer Korrektur und einer Anpassung desselben erreicht.
Mittel zum Lösen des Problems
Ein Positionsdetektor weist auf: einen Magnetfeld-erzeugenden Körper mit einer Polfläche eines N-Pols und einer Polfläche eines S-Pols auf seiner Rückseite, und der an einer sich hin- und herbewegenden Antriebswelle befestigt ist, um sich in Richtung senkrecht zu einer Magnetpolrichtung zu bewegen, in der die N- und S-Pole ausgerichtet sind; einen ersten stationären Magnetkörper mit einem gebogenen Abschnitt, und der gegenüberliegend zu einer der Polflächen des Magnetfeld-erzeugenden Körpers angeordnet ist; einen zweiten stationären Magnetkörper, der bei einer Position angeordnet ist, die der anderen der Polflächen des Magnetfeld-erzeugenden Körpers gegenüberliegt, und mit einem linearen Abschnitt, parallel zu den Bewegungsrichtungen des Magnetfeld-erzeugenden Körpers, wobei der lineare Abschnitt gegenüberliegend zu dem gebogenen Abschnitt des ersten stationären Magnetkörpers angeordnet ist, wobei der Magnetfeld-erzeugende Körper zwischen dem ersten und zweiten stationären Magnetkörper angeordnet ist; einen dritten stationären Magnetkörper, der Seite an Seite mit dem ersten stationären Magnetkörper angeordnet ist, bei einer Position, die dem zweiten stationären Magnetkörper gegenüberliegt; einen Magnetsensor, der in einem zwischen gegenüberliegenden Flächen des ersten stationären Magnetkörpers und des dritten stationären Magnetkörpers zwischengeschalteten („interposed”) Zustand platziert ist, wobei der vorstehende Sensor eine Position des Magnetfeld-erzeugenden Körpers erfasst, aufgrund der Tatsache, dass wenn ein Abstand in der Magnetpolrichtung zwischen dem Magnetfeld-erzeugenden Körper und dem ersten stationären Magnetkörper gemäß einer Hin- und Herbewegung der Antriebswelle variiert, sich ein hindurchströmender Magnetfluss verändert; und einen Permanentmagneten, der zwischen gegenüberliegenden Flächen des zweiten stationären Magnetkörpers und des dritten stationären Magnetkörpers platziert ist und einen Magnetfluss in einer umgekehrten Richtung gegenüber einer Richtung des Magnetflusses, der mittels des Magnetfeld-erzeugenden Körpers erzeugt wird, erzeugt, so dass in einem Bereich der detekierten Magnetflussdichte, wenn sich der durch den Magnetsensor hindurchströmende Magnetfluss ändert, die Null enthalten ist.
Wirkung der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung können, da sie so ausgebildet ist, dass der durch den Magnetsensor hindurchströmende Magnetfluss durch den Permanentmagneten verändert wird, um so Null in dem Erfassungsbereich der Magnetflussdichte einzuschließen, eine Korrektur und eine Einstellung des Magnetsensors in einem Zustand, in dem die Magnetflussdichte Null beträgt, mit einer hohen Genauigkeit durchgeführt werden. Daher kann der Positionsdetektor bereitgestellt werden, der eine Verbesserung der Genauigkeit durch die Korrektur und Einstellung („adjustment”) erreicht.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Vorderansicht, die eine grundlegende Ausbildung eines Positionsdetektors gemäß einer Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist eine Darstellung zum Illustrieren einer Strömung eines Magnetflusses in einem Fall der Nichtexistenz eines Permanentmagneten in dem Positionsdetektor gemäß der Ausführungsform 1.
3 zeigt einen Graphen einer Magnetflussdichte, die mittels eines Magnetsensors in dem Positionsdetektor gemäß der Ausführungsform 1 erfasst wurde: eine gestrichelte Linie stellt einen Fall ohne den Permanentmagneten dar; und eine feste Linie stellt einen Fall mit dem Permanentmagneten dar.
4 ist eine Darstellung, die eine Strömung des Magnetflusses in dem Positionsdetektor gemäß der Ausführungsform 1 zeigt.
5 ist eine Erscheinungsbild-Perspektivansicht, die ein abgewandeltes Beispiel des Positionsdetektors gemäß der Ausführungsform 1 zeigt.
6 ist eine Erscheinungsbild-Perspektivansicht, die ein abgewandeltes Beispiel des Positionsdetektors gemäß der Ausführungsform 1 zeigt.
7 zeigt ein abgewandeltes Beispiel des Positionsdetektors gemäß der Ausführungsform 1: 7(a) ist eine Seitenansicht; und 7(b) ist eine Vorderansicht.
8 zeigt ein Befestigungsbeispiel einer Antriebswelle in dem Positionsdetektor, der in 7 gezeigt ist.
9 zeigt ein Befestigungsbeispiel der Antriebswelle in dem Positionsdetektor, der in 7 gezeigt ist.
10 ist ein Graph, der eine Magnetflussdichte zeigt, die mittels eines Magnetsensors in einem Positionsdetektor gemäß einer Ausführungsform 2 der Erfindung erfasst wurde: eine gestrichelte Linie stellt einen Fall ohne einen Permanentmagneten dar; und eine feste Linie stellt einen Fall mit dem Permanentmagneten dar.
11 zeigt einen Positionsdetektor gemäß einer Ausführungsform 3 der Erfindung: 11(a) ist eine Seitenansicht; und 11(b) ist eine Vorderansicht.
12 zeigt ein Befestigungsbeispiel der Antriebswelle in dem Positionsdetektor, der in 11 gezeigt ist.
13 zeigt ein Befestigungsbeispiel der Antriebswelle in dem Positionsdetektor, der in 11 gezeigt ist.
14 zeigt einen Positionsdetektor gemäß einer Ausführungsform 4 der Erfindung: 14(a) ist ein Grundriss; und 14(b) ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie I-I, wenn von Pfeilen aus betrachtet.
15 ist ein Grundriss, der ein abgewandeltes Beispiel des Positionsdetektors gemäß der Ausführungsform 4 zeigt.
16 ist eine Vorderansicht, die eine grundlegende Ausbildung eines gängigen Positionsdetektors zeigt.
Bevorzugte Ausführungsformen zum Ausführen der Erfindung
Hiernach werden Ausführungsformen zum Ausführen der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben werden, um die vorliegende Erfindung detaillierter zu beschreiben.
Ausführungsform 1
1 zeigt eine Darstellung einer grundlegenden Ausbildung eines Positionsdetektors (Einrichtung) gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung und schließt ein: einen ersten stationären Magnetkörper 10, einen zweiten stationären Magnetkörper 20 und einen dritten stationären Magnetkörper 30, die einen Stator bilden; ein Magnetfeld-erzeugender Körper 40 eines Permanentmagneten; einen Magnetsensor 50; und einen Permanentmagneten 60, der einen Vormagnetisierungsmagneten bildet.
Der Magnetfeld-erzeugende Körper 40 ist mit Flächen versehen, die beide Polaritäten eines N-Pols und eines S-Pols aufweisen, und dieser Magnetfeld-erzeugende Körper 40 bewegt sich in Richtungen (hiernach als die Bewegungsrichtung X bezeichnet), die senkrecht zu einer Richtung stehen, in der der N-Pol und der S-Pol ausgerichtet sind (hiernach als die Magnetpolrichtung Y bezeichnet). Der erste stationäre Magnetkörper 10 ist gegenüberliegend zu einer Polfläche des Magnetfeld-erzeugenden Körpers 40 angeordnet, und der zweite stationäre Magnetkörper 20 ist gegenüberliegend zu der anderen Polfläche des Magnetfeld-erzeugenden Körpers angeordnet. Zusätzlich dazu ist der Magnetfeld-erzeugende Körper an einer Antriebswelle 41 eines Aktuators oder dergleichen befestigt; wenn sich die Antriebswelle 41 in den Bewegungsrichtungen X bewegt (linear bewegt), bewegt sich der mit der Antriebswelle 41 vereinigte Magnetfeld-erzeugende Körper 40 ebenfalls in den Bewegungsrichtungen X.
Der Magnetfeld-erzeugende Körper 40 ist ein Permanentmagnet, und es wird beispielsweise ein Samarium-Kobalt-Basis-Quadratmagnet darauf angewendet.
Die Fläche des ersten stationären Magnetkörpers 10 auf der Seite, die dem Magnetfeld-erzeugenden Körper 40 zugewandt ist, ist durch einen gebogenen Abschnitt 1 und lineare Abschnitte 12, 13 bei zwei Schnitten ausgebildet. In dem Fall von 1 sind die linearen Abschnitte 12, 13 bei Endabschnitten auf beiden Seiten in einem Bewegungsbereich des Magnetfeld-erzeugenden Körpers 40 ausgebildet, und der gebogene Abschnitt 11 ist zwischen den linearen Abschnitten 12, 13 ausgebildet. Der gebogene Abschnitt 1 muss nicht unbedingt eine glattgebogene Form aufweisen und kann eine vieleckige Form aufweisen, mit einer hohen Anzahl an geraden Linien. Die linearen Abschnitte 12, 13 weisen eine lineare Form, parallel zu der Bewegungsrichtung X des Magnetfeld-erzeugenden Körpers 40, auf
Andererseits wird die Fläche des zweiten stationären Magnetkörpers 20 auf der Seite, welche dem Magnetfeld-erzeugenden Körper 40 zugewandt ist, durch einen linearen Abschnitt 21, der parallel zu der Bewegungsrichtung X des Magnetfeld-erzeugenden Körpers 40 verläuft, gebildet. Das heißt, dass der erste stationäre Magnetkörper 10, der Magnetfeld-erzeugende Körper 40 und der zweite stationäre Magnetkörper 20 in der Magnetpolrichtung Y angeordnet sind. Dementsprechend ist anzunehmen, dass der Magnetfeld-erzeugende Körper 40 sich in einem zwischen den gegenüberliegenden Flächen des ersten stationären Magnetkörpers 10 und des zweiten stationären Magnetkörpers 20 ausgebildeten Spalt bewegt, während ein konstanter Abstand zu dem linearen Abschnitt 21 des zweiten stationären Körpers 20 eingehalten wird, oder gleitet, während er an dem linearen Abschnitt 21 anliegt.
Zusätzlich dazu ist der dritte stationäre Magnetkörper 30 Seite an Seite angeordnet, auf derselben Seite wie diejenige des ersten stationären Magnetkörpers 10, dem zweiten stationären Magnetkörper 20 zugewandt.
Ferner ist ein Magnetsensor 50 zwischen dem ersten stationären Magnetkörper 10 und dem dritten stationären Magnetkörper 30 angeordnet, und ein Anschlussdraht (Elektrodenanschluss) 51 wird zu der Außenseite hin geführt. In dem Fall von 1 ist der Magnetsensor 50 in einem Zustand platziert, der zwischen dem ersten stationären Magnetkörper 10 und dem dritten stationären Magnetkörper 30 eingeschoben ist, und der Anschlussdraht 51 erstreckt sich in derselben Richtung wie diejenige des Zwischenraums zwischen dem ersten stationären Magnetkörpers 10 und dem dritten stationären Magnetkörpers 30. Das heißt, dass der erste stationäre Magnetkörper 10, der Magnetsensor 50, und der dritte stationäre Magnetkörper 30 parallel zu der Bewegungsrichtung X angeordnet sind.
Ferner ist der Permanentmagnet 60 zwischen dem zweiten stationären Magnetkörper 20 und dem dritten stationären Magnetkörper 30 angeordnet. Das heißt, dass der dritte stationäre Magnetkörper 30, der Permanentmagnet 60, und der zweite stationäre Magnetkörper 20 parallel zu der Magnetpolrichtung Y angeordnet sind.
Als nächstes wird eine Strömung eines Magnetflusses in dem Positionsdetektor beschrieben werden.
Als erstes wird unter Bezugnahme auf 2 eine Strömung des Magnetflusses in einem Fall der Nichtexistenz des Permanentmagneten 60 beschrieben. Hier zeigt 2(a) einen Fall, in dem der Magnetfeld-erzeugende Körper 40 an einem Ende (A) in dem Bewegungsbereich angeordnet ist, und 2(b) zeigt einen Fall, in dem der Magnetfeld-erzeugende Körper 40 an dem anderen Ende (B) in dem Bewegungsbereich angeordnet ist.
In diesem Fall ist anzunehmen, dass die Seite des Magnetfeld-erzeugenden Körpers 40, welche dem ersten stationären Magnetkörper 10 zugewandt ist, zum S-Pol magnetisiert ist, und die Seite, welche dem zweiten stationären Magnetkörper 20 zugewandt ist, zum N-Pol hin magnetisiert ist. Wie in 2(a) gezeigt, tritt ein Teil des von dem N-Pol des Magnetfeld-erzeugenden Körpers 40 ausgehenden Magnetflusses durch den Spalt in den zweiten stationären Magnetkörper 20 ein, tritt durch den Spalt (genauer ein Zwischenraum, in welchem der Permanentmagnet 60 existiert) wieder in den dritten stationären Magnetkörper 30 ein, läuft durch den Magnetsensor 50 und kehrt durch den Spalt von dem ersten stationären Magnetkörper 10 zu dem S-Pol des Magnetfeld-erzeugenden Körpers 40 zurück, wenn der Magnetfeld-erzeugende Körper 40 bei einem Ende (A) in der Bewegungsrichtung X angeordnet ist. Ferner tritt der Teil des Magnetflusses, der von dem N-Pol des Magnetfeld-erzeugenden Körpers 40 herausströmt, durch den Spalt in den zweiten stationären Magnetkörper 20 ein, tritt durch den Spalt wieder in den ersten stationären Magnetkörper 10 ein, und kehrt durch den Spalt zu dem S-Pol des Magnetfeld-erzeugenden Körpers 40 zurück.
Wie in 2(b) gezeigt, tritt der von dem N-Pol des Magnetfeld-erzeugenden Körpers 40 ausgehende magnetische Fluss durch den Spalt in den zweiten stationären Magnetkörper 20 ein, tritt durch den Spalt (genauer der Zwischenraum, in welchen der Permanentmagnet 60 existiert) wieder in den dritten stationären Magnetkörper 30 ein, läuft durch den Magnetsensor 50 hindurch und kehrt von dem ersten stationären Magnetkörper 10 durch den Spalt zu dem S-Pol des Magnetfeld-erzeugenden Körpers 40 zurück, wenn der Magnetfeld-erzeugende Körper 40 an dem anderen Ende (B) in der Bewegungsrichtung angeordnet ist.
Aufgrund der Tatsache, dass der Abstand (Spalt) zwischen dem ersten stationären Magnetkörpers 10 und dem zweiten stationären Magnetkörper 20 gemäß einer Position des Magnetfeld-erzeugenden Körpers 40 variiert, wird in dieser Situation ein magnetischer Widerstand in einem Magnetkreis verändert, und ein Magnetfluss (Dichte), der mittels des Magnetsensors 50 zu erfassen ist, ist verändert, wodurch die Position des Magnetfeld-erzeugenden Körpers 40 erfasst wird und schließlich Positionen der Antriebswellen 41 usw. In diesem Positionsdetektor sind die Formen des gebogenen Abschnitts 11 und der linearen Abschnitte 12, 13 des ersten stationären Magnetkörpers 10 festgelegt, so dass eine Eigenschaft der Magnetflussdichte gemäß der Bewegung des Magnetfeld-erzeugenden Körpers 40 linear wird, und somit wird die Magnetflussdichte höher, wenn sich der Magnetfeld-erzeugende Körper 40 in Richtung des linearen Abschnitts 12 bewegt, während die Magnetflussdichte niedriger wird, wenn sich der Magnetfeld-erzeugende Körper in Richtung des linearen Abschnitts 13 bewegt. Da der Magnetfluss, welcher durch den Magnetsensor 50 hindurchströmt, entweder eine positive oder eine negative Intensität aufweist, wird auch das Ausgabesignal (Spannungswert) ebenfalls ein positiver oder ein negativer Wert, gemäß der Intensität der erfassten Magnetflussdichte. Das Positiv oder Negativ des Magnetflusses wird mittels einer Richtung der Magnetpole des Magnetfeld-erzeugenden Körpers 40 und einer Erfassungsrichtung des Magnetsensors 50 erfasst.
3 ist ein Graph der Magnetflussdichte, die mittels des Magnetsensors 50 erfasst wird, und eine gestrichelte Linie stellt einen Fall ohne den Permanentmagneten 60 dar. In der Grafik ist die Ordinate die mittels des Magnetsensors 50 erfasste Magnetflussdichte, und die Abszisse ist die Position des Magnetfeld-erzeugenden Körpers 40; „A” entspricht einer Position (A) des Magnetfeld-erzeugenden Körpers 40, der in 3(a) gezeigt ist, und „B” entspricht einer Position (B) des Magnetfeld-erzeugenden Körpers 40, der in 2(b) gezeigt ist. In dem Fall der Ausbildung, die in 2 gezeigt ist, erfasst der Magnetsensor 50 die Magnetflussdichte auf der positiven Seite.
Als nächstes wird eine Strömung des Magnetflusses in einem Fall der Existenz des Permanentmagneten 60 unter Bezugnahme auf 4 beschrieben werden. Hier stellt 4(a) einen Fall dar, in dem der Magnetfeld-erzeugende Körper 40 an einem Ende (A') des Bewegungsbereichs angeordnet ist, und 2(b) zeigt einen Fall, in dem der Magnetfeld-erzeugende Körper 40 an dem anderen Ende (B') des Bewegungsbereichs angeordnet ist.
In dem in 4 gezeigten Positionsdetektor ist der Permanentmagnet 60 in einem Magnetkreis angeordnet, auf Basis einer Positionsdetektionstheorie, die in 2 und 3 gezeigt ist. N- und S-Pole des Permanentmagneten 60 werden in derselben Richtung wie derjenigen der N- und S-Pole des Magnetfeld-erzeugenden Körpers 40 geschaffen. Das heißt, dass der Permanentmagnet 60 einen Magnetfluss in einer umgekehrten Richtung gegenüber der Richtung des Magnetflusses, der mittels des Magnetfeld-erzeugenden Körpers 40 erzeugt wird, erzeugt. Im Ergebnis wird der Magnetfluss, welcher durch den Magnetsensor 50 hindurch läuft, geschwächt und die Magnetflussdichte wird im Mittel von der gebrochenen Linie zu der festen Linie, wie in 3 gezeigt, geschwächt.
Wenn der Permanentmagnet 60 fehlt, ist der Erfassungsbereich der Magnetflussdichte nur die positive Seite (gestrichelte Linie in 3), wohingegen, wenn der Permanentmagnet 60 platziert ist, der Erfassungsbereich zu einem Bereich versetzt ist, mit sowohl dem positiven und dem negativen (feste Linie in 3), weil eine Vorspannung an den Magnetfluss, der mittels des Magnetfeld-erzeugenden Körpers 40 erzeugt wird, angelegt wird, infolge eines Effekts des umgekehrten Magnetfelds. Daher kann ein Punkt innerhalb des Bewegungsbereichs des Magnetfeld-erzeugenden Körpers 40 bereitgestellt werden, bei dem die Magnetflussdichte Null erreicht.
Es wird darauf hingewiesen, dass ein Offsetbetrag für den Erfassungsbereich der Magnetflussdichte frei veränderbar ist, indem der mittels des Permanentmagneten 60 erzeugte Magnetfluss (Magnetkraft) angepasst wird. Als Permanentmagnet 60 kann beispielsweise ein Samarium-Kobalt-basierter Magnet verwendet werden, der gleich ist wie der Permanentmagnet des Magnetfeld-erzeugenden Körpers 40, nach der Anpassung einer Restmagnetflussdichte derselben. Alternativ dazu kann ein anderer Permanentmagnet (beispielsweise einer auf Ferrit-Basis), der sich von der Magnetflusseigenschaft des Permanentmagneten des Magnetfeld-erzeugenden Körpers 40 unterscheidet, verwendet werden.
Eine Größenrelation hinsichtlich der magnetischen Flussdichte zwischen dem Permanentmagneten 60 und dem Magnetfeld-erzeugenden Körper 40 kann nicht pauschal angegeben werden, weil sie in Abhängigkeit der Magnetgröße, Magnetfläche, Spalt, Restmagnetflussdichte, Magnetmaterial und dergleichen variiert; als ein grober Anhaltspunkt ist jedoch darauf hinzuweisen, dass der mittels des Permanentmagneten 60 erzeugte Magnetfluss einen äquivalenten oder kleineren Magnetfluss als den mittels des Magnetfeld-erzeugenden Körpers 40 erzeugt.
Wie vorstehend erwähnt, kann eine Korrektur und eine Anpassung des Magnetsensors 15 mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden, in einem Zustand, in dem die Magnetflussdichte Null beträgt, wenn eine Bedingung, bei welcher die Magnetflussdichte innerhalb des Bewegungsbereichs des Magnetfeld-erzeugenden Körpers 40 Null erreicht, erzeugt wird.
Für den Magnetsensor 50 kann ein Hallelement (Hall IC) verwendet werden, mit einem Temperaturerfassungselement im Inneren und mit einem ASIC („application specific integrated circuit”; Halbleitereinrichtung für eine spezifische Anwendung) versehen, bei dem eine Temperaturkompensationsfunktion programmierbar ist; ein Nullpunkt- und Ausgabegradient desselben angepasst wird, um so eine Konfiguration bereitzustellen, bei welcher keine Ausgabe desselben fluktuiert, selbst bei einer Hochtemperaturumgebung.
Beispielsweise wenn der Magnetfluss des Permanentmagneten 60 so angepasst wird, dass die Magnetflussdichte bei der zentralen Position in dem Bewegungsbereich Null erreicht, kann eine Position des Magnetsensors 50, die für die Korrektur und Anpassung geeignet ist, leicht ermittelt werden, was in einer Vereinfachung der Betätigung resultiert.
In den Fällen von 1 bis 4 ist die folgende Anordnung bereitgestellt: Die S-Pole des Magnetfeld-erzeugenden Körpers 40 und des Permanentmagneten 60 liegen dem ersten stationären Magnetkörper 10 und dem dritten stationären Magnetkörper 30 jeweils gegenüber, und die N-Pole derselben sind gegenüberliegend zu dem zweiten stationären Magnetkörper 20; die Polaritäten können jedoch umgekehrt vorliegen.
Zusätzlich dazu verläuft in den Fällen von 1 bis 4 die Richtung des Anschlussdrahts 51 des Magnetsensors 50 in einer parallelen Richtung zu der Magnetpolrichtung Y des Magnetfeld-erzeugenden Körpers 40; der Magnetsensor 50 kann jedoch beispielsweise, wie in 5 gezeigt, so angeordnet sein, dass der Anschlussdraht 51 in einer Richtung senkrecht zu der Blattfläche herausgeführt wird. Diese Konfiguration erlaubt es, den Anschlussdraht 51 bei der Vorderseite des ersten stationären Magnetkörpers 10 an einem externen Anschluss anzuschließen oder an einer (nicht gezeigten) Elektronikplatine, sodass die Gesamtlänge des Positionsdetektors in der Bewegungsrichtung X reduziert werden kann, was eine Miniaturisierung der Einrichtung erlaubt. Dadurch wird es möglich, Herstellungskosten derselben zu reduzieren.
Zusätzlich dazu können, wie in 6 gezeigt, der erste stationäre Magnetkörper 10, der zweite stationäre Magnetkörper 20 und der dritte stationäre Magnetkörper 30 durch laminierte Stahlplatten konstruiert sein. Wenn die laminierten Stahlplatten verwendet werden, wird ein in den ersten stationären Magnetkörper 10, den zweiten stationären Magnetkörper 20 und dem dritten stationären Magnetkörper 30 erzeugter Wirbelstrom unterdrückt, was zu einer Verbesserung der Genauigkeit derselben führt.
Ferner können die Konfigurationen in 5 und 6 kombiniert werden.
Darüber hinaus sind in den Fällen von 1 bis 6 der erste stationäre Magnetkörper 10, der zweite stationäre Magnetkörper 20, der dritte stationäre Magnetkörper 30, der Magnetfeld-erzeugende Körper 40 und der Permanentmagnet 60 auf derselben Ebene angeordnet, um dadurch den zweidimensionalen Magnetkreis zu bilden; sie können jedoch auch einen dreidimensionalen Magnetkreis bilden. Ein Beispiel ist in 7 bis 9 gezeigt.
7 ist ein abgewandeltes Beispiel des Positionsdetektors gemäß der Ausführungsform 1: eine Seitenansicht ist in 7(a) gezeigt; und eine Vorderansicht ist in 7(b) gezeigt. In 7 ist auch eine Aufwärts-/Abwärtsrichtung in der Blattebene als eine Breitenrichtung W dargestellt, und eine Vorwärts-/Rückwärtsrichtung der Blattebene ist als eine Tiefenrichtung D dargestellt. In diesem abgewandelten Beispiel ist der zweite stationäre Magnetkörper 20 in der Tiefenrichtung D dicker ausgebildet. Ein Abschnitt des dritten stationären Magnetkörpers 30, welcher dem zweiten stationären Magnetkörper 20 zugewandt ist, erstreckt sich auch in der Tiefenrichtung D, um einen Vorsprungsabschnitt 31 auszubilden. Dann ist der Permanentmagnet 60 zwischen einer Außenendseite des Vorsprungsabschnitts 31 und dem zweiten stationären Magnetkörper 20 angeordnet. Dementsprechend sind der Magnet-erzeugende Körper 40 und der Permanentmagnet 60 nicht gerade auf einer Erstreckungslinie in der Bewegungsrichtung X angeordnet, was in einer Bedingung resultiert, gemäß der sie voneinander in der Tiefenrichtung D beabstandet sind. Eine Position des Magnetfeld-erzeugenden Körpers 40 kann jedoch auf dieselbe Weise, wie vorstehend beschrieben, erfasst werden, weil der dreidimensionale Magnetkreis ausgebildet ist.
In dem in 7 gezeigten Positionsdetektor sind Befestigungsbeispiele der Antriebswelle 41 in 8 und 9 gezeigt.
In dem Beispiel von 8 ist die Antriebswelle 41 an einer umgekehrten Seite des Magnetfeld-erzeugenden Körpers 40, gegenüberliegend zu dem Permanentmagneten 60, befestigt. In Kontrast dazu ist die Antriebswelle 41 in dem Beispiel von 9 an einer Seite des Magnetfeld-erzeugenden Körpers 40 befestigt, welche dem Permanentmagneten 60 zugewandt ist. Da der Magnetfeld-erzeugende Körper 40 und der Permanentmagnet 60 nicht auf einer geraden Linie angeordnet sind, besteht keine Gefahr, dass die Antriebswelle 41 mit dem Permanentmagneten 60 in Kontakt gerät, selbst wenn sie an der Seite des Permanentmagneten 60 befestigt ist. In den Beispielen von 8 und 9 ist der Magnetfeld-erzeugende Körper 40 mit einem Harz überdeckt, und der Magnetfeld-erzeugende Körper 40 ist mit der Antriebswelle 41 mittels des Harzes vereint.
Auf diese Weise kann die Antriebswelle 41 auf beiden Seiten in der Breitenrichtung W des Positionsdetektors angeordnet werden, wenn der Permanentmagnet 60 bei der Position angeordnet ist, die gegenüber der Erstreckungslinie in dem Bewegungsbereich des Magnetfeld-erzeugenden Körpers 40 verschoben ist.
Wie vorstehend beschrieben, ist der Positionsdetektor gemäß der Ausführungsform 1 dazu ausgebildet, aufzuweisen: den Magnetfeld-erzeugenden Körper 40 mit den Polflächen des N-Pols und der Polfläche des S-Pols auf der umgekehrten Seite, und an der sich bewegenden Antriebswelle 41, um sich in den Richtungen senkrecht zu der Magnetpolrichtung zu bewegen, in welcher die N- und S-Pole ausgebildet sind; den ersten stationären Magnetkörper 10 mit dem gebogenen Abschnitt 11, und gegenüberliegend zu einer der Polflächen des Magnetfeld-erzeugenden Körpers 40 angeordnet; den zweiten stationären Magnetkörper 20, der bei einer Position angeordnet ist, gegenüberliegend zu der anderen der Polflächen des Magnetfeld-erzeugenden Körpers 40 und mit dem linearen Abschnitt 21 parallel zu den Bewegungsrichtungen X, wobei der lineare Abschnitt dem gebogenen Abschnitt 11 des ersten stationären Körpers 10 gegenüberliegt, wobei der Magnetfeld-erzeugende Körper 40 dazwischen eingeschoben ist; den dritten stationären Magnetkörper 30, der Seite an Seite mit dem ersten stationären Magnetkörper 10 angeordnet ist, bei der dem zweiten stationären Magnetkörper 20 gegenüberliegenden Position; den Magnetsensor 50, der in dem Zustand platziert ist, der zwischen gegenüberliegenden Flächen des ersten stationären Magnetkörpers 10 und des dritten stationären Magnetkörpers 30 eingeschoben ist, wobei der Sensor die Position des Magnetfeld-erzeugenden Körpers 40 erfasst, aufgrund der Tatsache, dass, wenn der Abstand in der Magnetpolrichtung zwischen dem Magnetfeld-erzeugenden Körper 40 und dem ersten stationären Magnetkörpers 10 gemäß einer Hin- und Herbewegung der Antriebswelle 41 variiert, der hindurchströmende Magnetfluss geändert wird; und den Permanentmagneten 60, der zwischen gegenüberliegenden Flächen des zweiten stationären Magnetkörpers 20 und des dritten stationären Magnetkörpers 30 platziert ist, und der dazu dient, Null in dem Erfassungsbereich hinsichtlich der Magnetflussdichte derselben einzuschließen, wenn der durch den Magnetsensor 50 hindurchlaufende Magnetfluss geändert wird. Aus diesem Grund können die Korrekturen der Anpassung des Magnetsensors 50 in dem Zustand von Null in der Magnetflussdichte durchgeführt werden. Daher kann der Positionsdetektor bereitgestellt werden, der eine Verbesserung der Genauigkeit auf Basis der Korrektur und Anpassung („adjustment”) erreicht.
Gemäß der Ausführungsform 1 kann ferner, da die Verschiebungsmenge der Magnetflussdichte durch Verändern der Magnetkraft oder des Materials des Permanentmagneten 60 angepasst werden kann, der Erfassungsbereich der Magnetflussdichte mittels des Magnetsensors 50 angepasst werden und/oder die Position des Magnetfeld-erzeugenden Körpers 40 angepasst werden, bei welcher die Magnetflussdichte Null erreicht.
Ausführungsform 2
Die Konfiguration in der vorstehend erwähnten Ausführungsform 1 ist so vorgesehen, dass die Magnetflussdichte innerhalb des Bewegungsbereichs des Magnetfeld-erzeugenden Körpers 40 Null passiert, während eine Konfiguration in der Ausführungsform 2 so vorgesehen ist, dass die Magnetflussdichte bei einem Endabschnitt in dem Bewegungsbereich Null erreicht. Es wird darauf hingewiesen, dass ein Positionsdetektor nach Ausführungsform 2 eine ähnliche Konfiguration aufweist, wie in den Zeichnungen des Positionsdetektors gezeigt, wie in 1 und 4 zu sehen, und eine Beschreibung wird unter Zuhilfenahme von 1 und 4 nachfolgend hinzugefügt.
10 ist eine Grafik einer Magnetflussdichte, die mittels eines Magnetsensors erfasst wurde; eine gestrichelte Linie stellt einen Fall ohne einen Permanentmagneten 60 dar, und eine feste Linie stellt einen Fall mit einem Permanentmagneten 60 dar. In der Grafik entsprechen Magnetflussdichten bei Positionen A, A', B und B' Magnetflussdichten, die mittels des Magnetsensors 50 bei den jeweils Positionen A, A', B und B' des Magnetfeld-erzeugenden Körpers 40 in 2 und 4 erfasst wurden. Bei der vorliegenden Ausführungsform 2 wird der Permanentmagnet 60 dazu verwendet, eine Vorspannung daran anzulegen, sodass die Magnetflussdichte 0 erreicht, wenn der Magnetfeld-erzeugende Körper 40 bei einem Ende (B') in dem Bewegungsbereich angeordnet ist.
Wie vorstehend beschrieben, ist der Positionsdetektor gemäß der Ausführungsform 2 so ausgebildet, dass er den Permanentmagneten 60 verwendet, der so funktioniert, dass er bei einem Ende in dem Bewegungsbereich des Magnetfelderzeugenden Körpers 40 in der von dem Magnetsensor 50 erfassten Magnetflussdichte Null erreicht. Auf eine solche Weise kann darauf geschlossen werden, da eine absolute Position des Magnetfeld-erzeugenden Körpers 40 zu dem Zeitpunkt ermittelt wird, bei dem ein Nullzustand in der Magnetflussdichte erreicht wird, so dass zu schließen ist, dass eine Korrektur und eine Anpassung des Magnetsensors 50 nur zu dem Zeitpunkt durchgeführt werden müssen, zu dem der Magnetfeld-erzeugende Körper 40 bei dem einen Ende in dem Bewegungsbereich angeordnet ist. Daher kann eine Betätigung für die Korrektur und Anpassung vereinfacht werden.
Nachdem der Positionsdetektor an einem Aktuator angebracht wurde usw., wobei als der magnetische Sensor 50 ein programmierbarer Sensor so wie ein Hall IC verwendet wird, ist insbesondere in einem Fall, in dem ein bei der Korrektur und Anpassung zu verwendender Parameter hinterlegt ist, lediglich notwendig, den zu hinterlegenden Parameter in dem Nullzustand in der magnetischen Flussdichte zu ermitteln, wenn der Magnetfeldgenerator 40 bei dem einen Ende des Bewegungsbereichs angeordnet ist, was in einer Vereinfachung einer Betätigung desselben resultiert.
Alternativ dazu kann der Permanentmagnet 60 verwendet werden, der dazu dient, Null in der Magnetflussdichte zu dem Zeitpunkt zu erreichen, zu dem der Magnetfeld-erzeugende Körper 40 bei dem Zentrum in dem Bewegungsbereich angeordnet ist. In diesem Fall müssen die Korrektur und Anpassung nur in einem Zustand durchgeführt werden, in dem der Magnetfeld-erzeugende Körper 40 bei der zentralen Position des Bewegungsbereichs ausgerichtet ist.
Ausführungsform 3
11 ist ein Diagramm, welches einen Positionsdetektor gemäß der Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung zeigt. Es wird darauf hingewiesen, dass in 11 dieselben Bezugszeichen für dieselben oder äquivalenten Teile vergeben sind, wie diejenigen in 7, und Beschreibungen hiervon werden ausgelassen.
Bei der vorliegenden Ausführungsform 3 ist ein dem zweiten stationären Magnetkörper 20 zugewandter Abschnitt eines dritten stationären Magnetkörpers 30 in einer Tiefenrichtung D erstreckt ausgebildet, um einen Vorsprungsabschnitt 31 zu bilden, und auch in der anderen Tiefenrichtung D erstreckt, um einen Vorsprungsabschnitt 33 auszubilden. Zusätzlich dazu ist ein Permanentmagnet 60 in zwei Permanentmagnete 60a und 60b unterteilt; der Permanentmagnet 60a ist zwischen gegenüberliegenden Flächen des Vorsprungsabschnitts 31 und des zweiten stationären Magnetkörpers 20 angeordnet, und der Permanentmagnet 60b ist zwischen gegenüberliegenden Flächen des Vorsprungsabschnitts 32 und des zweiten stationären Magnetkörpers 20 angeordnet. Daher sind der Magnet-erzeugende Körper 40 und die Permanentmagnete 60a, 60b nicht gerade auf einer Erstreckungslinie in Bewegungsrichtung K angeordnet und sind in einer Tiefenrichtung D in beabstandeten Zuständen voneinander festgelegt; es ist jedoch ein dreidimensionaler Magnetkreis ausgebildet, und somit kann eine Position des Magnetfeld-erzeugenden Körpers 40 wie bei den Ausführungsformen 1 und 2 erfasst werden.
Es wird darauf hingewiesen, dass ein kombinierter Magnetfluss von Magnetflüssen, die mittels der unterteilten Permanentmagnete 60a, 60b erzeugt werden, äquivalent ist mit dem magnetischen Fluss, der mittels der Permanentmagneten 60 erzeugt wird, der in 1 bis 10 gezeigt ist.
Befestigungsbeispiele einer Antriebswelle 41 in dem in 11 gezeigten Positionsdetektor sind in 12 und 13 gezeigt.
In dem Beispiel von 12 ist die Antriebswelle 41 an der Seite des Magnetfeld-erzeugenden Körpers 40 gegenüberliegend zu den Permanentmagneten 60a, 60b befestigt. Andererseits ist die Antriebswelle 41 bei dem Beispiel von
13 an dem Magnetfeld-erzeugenden Körper an der Seite, die in Richtung der Permanentmagnete 60a, 60b zugewandt ist, befestigt. Da der Magnetfeld-erzeugende Körper 40 und die Permanentmagnete 60a, 60b nicht auf einer geraden Linie angeordnet sind, besteht kein Risiko, dass die Antriebswelle 41 mit den Permanentmagneten 60a, 60b in Kontakt gelangt, selbst wenn sie an der Seite der Permanentmagnete 60a, 60b befestigt ist.
Wie aus dem Vorstehenden hervorgeht, kann gemäß der Ausführungsform 3, da der Positionsdetektor so ausgebildet ist, dass die mehrfach unterteilten Permanentmagnete 60a, 60b bei den gegenüber der Bewegungsrichtung des Magnetfeld-erzeugenden Körpers 40 verschobenen Positionen angeordnet sind, die Antriebswelle 41 bei beiden Seiten des Positionsdetektors in einer Breitenrichtung W desselben angeordnet werden.
Ausführungsform 4
14 zeigt einen Positionsdetektor gemäß einer Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung: 14(a) ist ein Grundriss; und 14(b) ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie I-I, wie mit Pfeilen angegeben. Es wird darauf hingewiesen, dass dieselben Bezugszeichen für dieselben oder äquivalenten Teile wie in 1 in 14 vergeben sind, Beschreibungen derselben werden ausgelassen.
Wie in 14 gezeigt, ist der Positionsdetektor gemäß der Ausführungsform 4 in einer Säulenform ausgebildet. Spezifisch ist ein erster stationärer Magnetkörper 10 zylindrisch ausgebildet; beide Endabschnitte seiner inneren Umfangsfläche werden durch lineare Abschnitte 12, 13 gebildet, und ein Durchmesser der inneren Umfangsfläche zwischen den linearen Abschnitten 12, 13 verändert sich in einer axialen Richtung derselben, um einen gebogenen Abschnitt 11 auszubilden. Ein dritter stationärer Magnetkörper 30 ist ebenfalls zylindrisch ausgebildet und ist auf derselben Achse wie derjenigen des ersten stationären Magnetkörper 10 angeordnet. Andererseits ist ein zweiter stationärer Magnetkörper 20 in einer Säulenform ausgebildet und ist innerhalb des ersten stationären Magnetkörpers 10 und des dritten stationären Magnetkörpers 30 angeordnet. Eine äußere Umfangsfläche des zweiten stationären Magnetkörpers 20 ist als ein linearer Abschnitt 21 bereitgestellt.
Ein Magnetfeld-erzeugender Körper 40 ist zylindrisch ausgebildet; eine radiale Richtung desselben entspricht einer Magnetpolrichtung Y, und axiale Richtungen entsprechen Bewegungsrichtungen X desselben. Der Magnetfeld-erzeugende Körper 4 ist zwischen der inneren Umfangsfläche des ersten stationären Magnetkörpers 10 und der äußeren Umfangsfläche des zweiten stationären Magnetkörpers 20 angeordnet. Zusätzlich dazu ist der Magnetfeld-erzeugende Körper 40 mit einem Harz überdeckt und ist mittels des Harzes mit der Antriebswelle 41 vereint. Die Antriebswelle 41 wird durch einen bogenförmigen Zylinder gebildet, und der Magnetfeld-erzeugende Körper 40 ist auf einer offenen Endfläche desselben befestigt, und eine Welle ist als eine Bodenfläche desselben ausgebildet.
Der Permanentmagnet des Magnetfeld-erzeugenden Körpers 40 und der Permanentmagnet 60 sind jeweils radial anisotrope Ringmagnete; eine Innenumfangsflächenseite derselben ist beispielsweise als ein N-Pol festgelegt, und eine äußere Umfangsflächenseite desselben ist hinsichtlich der Magnetfeldorientierung als ein S-Pol festgelegt. Im Gegenteil dazu kann auch die innere Umfangsflächenseite als der S-Pol festgelegt sein, und die äußere Umfangsflächenseite kann als der N-Pol festgelegt sein.
Ein Magnetsensor 50 ist in einem Zustand angeordnet, der zwischen gegenüberliegenden Flächen des ersten stationären Magnetkörpers 10 und des dritten stationären Magnetkörpers 30 zwischengeschoben ist. Auch der Permanentmagnet 60 ist zylindrisch ausgebildet und ist zwischen der inneren Umfangsfläche des dritten stationären Magnetkörpers 30 und der äußeren Umfangsfläche des zweiten stationären Magnetkörpers 20 angeordnet. Obwohl anzunehmen ist, dass der Magnetsensor 50 eine Position des Magnetfeld-erzeugenden Körpers 40 erfasst, der sich in den Bewegungsrichtungen X bewegt, da der Magnetfeld-erzeugende Körper 40 in einer Säulenform ausgebildet ist, selbst wenn eine axiale Verschiebung desselben in der radialen Richtung auftritt (derselben Richtung wie der Magnetpolrichtung Y), wird ein Spalt auf einer Seite desselben erweitert, und ein Spalt auf der entgegensetzten Seite wird durch diese Expansion verkleinert, sodass eine Wirkung der bei einer Magnetflussdichte derselben hervorgerufenen axialen Verschiebung kompensiert wird. Dementsprechend ist es, selbst wenn eine Verschiebung des Magnetfeld-erzeugenden Körpers 40 in der radialen Richtung auftritt, möglich, eine Positionserfassungsgenauigkeit derselben zu sichern.
Es wird darauf hingewiesen, dass ein Layoutbereich des Magnetsensors 50 breiter wird, da der erste stationäre Magnetkörper 10 und der dritte stationäre Magnetkörper 30 in der zylindrischen Form ausgebildet sind; daher kann die Vielzahl an Magnetsensoren 50 darin platziert werden, um so eine Redundanz desselben zu schaffen. 15 zeigt einen Grundriss des Positionsdetektors, der mit zwei Magnetsensoren 50 versehen ist. Obwohl in dem Fall von 15 zwei der Magnetsensoren 50 angeordnet sind, können auch drei oder mehr der Magnetsensoren 50 angeordnet sein.
Wie aus dem Vorstehenden hervorgeht, ist der Positionsdetektor gemäß der Ausführungsform 4 wie folgt ausgebildet:
der erste stationäre Magnetkörper 10 ist in der zylindrischen Form ausgebildet und weist den gebogenen Abschnitt 11 auf, so dass sich der Durchmesser der inneren Umfangsfläche desselben in der axialen Richtung desselben verändert; der dritte stationäre Magnetkörper 30 ist in der zylindrischen Form ausgebildet und ist Seite an Seite auf derselben Achse mit dem ersten stationären Magnetkörper 10 angeordnet; der zweite stationäre Magnetkörper 20 ist in der Säulenform ausgebildet und ist innerhalb des ersten stationären Magnetkörpers 10 und des dritten stationären Magnetkörpers 30 angeordnet; der Magnetfeld-erzeugende Körper 40 ist in der zylindrischen Form ausgebildet, so dass die inneren und äußeren Umfangsflächen desselben die Polflächen aufweisen, und ist zwischen der inneren Umfangsfläche des ersten stationären Magnetkörpers 10 und der äußeren Umfangsfläche des zweiten stationären Magnetkörpers 20 angeordnet, um sich in der axialen Richtung zu bewegen; der Magnetsensor 50 ist in dem Zustand angeordnet, der zwischen den gegenüberliegenden Fläche des ersten stationären Magnetkörpers 10 und des dritten stationären Magnetkörpers 30 eingeschoben sind, und der Permanentmagnet 60 ist in der zylindrischen Form ausgebildet und ist zwischen der inneren Umfangsfläche des dritten stationären Magnetkörpers 30 und der äußeren Umfangsfläche des zweiten stationären Magnetkörpers 20 angeordnet. Aus diesem Grund kann die Verschiebung des Magnetfeld-erzeugenden Körpers 40 in der Magnetpolrichtung Y kompensiert werden, wodurch eine Positionserfassungsgenauigkeit derselben gesichert wird.
Es wird darauf hingewiesen, dass bei den Ausführungsformen 1 bis 4, obwohl der erste stationäre Magnetkörper 10, der zweite stationäre Magnetkörper 20 und der dritte stationäre Magnetkörper 30 jeweils nur als Magnetkörper ausgebildet sein müssen, es bevorzugt ist, dass diese Körper aus laminierten Stahlplatten ausgebildet sind. Der Grund hierfür liegt darin, dass wenn laminierte Stahlplatten verwendet werden, ein in dem ersten stationären Magnetkörper 10, dem zweiten stationären Magnetkörper 20, und dem dritten stationären Magnetkörper 30 erzeugter Wirbelstrom unterdrückt werden kann, was zu einer einfachen Erfassung des Magnetflusses in dem Magnetfeld-erzeugenden Körper 40 mittels des Magnetsensors 50 führt.
Stattdessen können sie aus Massekernen gebildet sein. Der Wirbelstrom kann unterdrückt werden, wie bei den laminierten Stahlplatten.
Es wird darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung durch eine freie Kombination der Ausführungsformen, innerhalb des Schutzbereichs der Ansprüche realisiert werden kann.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Wie vorstehend beschrieben, ist der Positionsdetektor gemäß der vorliegenden Erfindung, da die Korrekturanpassung der Temperatureigenschaft und dergleichen des Magnetsensors in dem Zustand von Null in der Magnetflussdichte mit einer hohen Genauigkeit durchgeführt werden kann, geeignet für eine Verwendung bei einer Hochtemperaturumgebung, beispielsweise in einem Positionsdetektor, der eine Wellenposition eines Aktuators zum Antreiben eines Drosselventils, eines Abgasrückführungsventils („Exhaust Gas Recirculation Valve”), eines Druckventils („Waste Gate Valve”), einer beweglichen Schaufel in einem Turbosystem mit variabler Geometrie (VG; „Variable Geometry”) und dergleichen erfasst, die in Fahrzeugen angebracht werden.
Erklärung von Bezugszeichen

10: erster stationärer Magnetkörper, 11: gekrümmter Abschnitt; 12, 13: lineare Abschnitte; 20: zweiter stationärer Magnetkörper, 21: linearer Abschnitt, 30: dritter stationärer Magnetkörper, 31, 32: Vorsprungsabschnitt, 40: Magnetfeld-erzeugender Körper, 41: Antriebswelle, 50: Magnetsensor, 60, 60a, 60b: Permanentmagnet, 91: erster stationärer Magnetkörper, 92: zweiter stationärer Magnetkörper, 93: Magnetfeld-erzeugender Körper, 94: Magnetsensor.

Claims

Positionsdetektor mit: einem Magnetfeld-erzeugenden Körper (40) mit einer Polfläche eines N-Pols und einer Polfläche eines S-Pols, und der an einer sich hin- und herbewegenden Antriebswelle (41) befestigt ist, um sich in Richtungen senkrecht zu einer Magnetpolrichtung zu bewegen, in der die N- und S-Pole ausgerichtet sind; einem ersten stationären Magnetkörper (10), der einen gekrümmten Abschnitt (11) aufweist und gegenüberliegend zu einer der Polflächen des Magnetfeld-erzeugenden Körpers (40) angeordnet ist; einem zweiten stationären Magnetkörper (20), der bei einer Position angeordnet ist, die der anderen der Polflächen des Magnetfeld-erzeugenden Körpers (40) gegenüberliegt, und mit einem linearen Abschnitt (21), der parallel zu den Bewegungsrichtungen des Magnetfeld-erzeugenden Körpers (40) verläuft, wobei der lineare Abschnitt (21) gegenüberliegend zu dem gekrümmten Abschnitt (11) des ersten stationären Magnetkörpers (10) angeordnet ist, wobei der Magnetfeld-erzeugende Körper (40) zwischen dem ersten (10) und dem zweiten stationären Magnetkörper (20) angeordnet ist; einem dritten stationären Magnetkörper (30), der nebeneinander mit dem ersten stationären Magnetkörper (10) angeordnet ist, bei einer Position, die dem zweiten stationären Magnetkörper (20) gegenüberliegt; einem Magnetsensor (50), der zwischen gegenüberliegenden Flächen des ersten stationären Magnetkörpers (10) und des dritten stationären Magnetkörpers (30) sandwichartig angeordnet ist, wobei der Sensor eine Position des Magnetfeld-erzeugenden Körpers (40) aufgrund der Tatsache erfasst, dass sich ein hindurchströmender Magnetfluss ändert, wenn ein Abstand zwischen dem Magnetfeld-erzeugenden Körper (40) und dem ersten stationären Magnetkörper (10) in der Magnetpolrichtung gemäß einer Hin- und Herbewegung der Antriebswelle (41) variiert; und einem Permanentmagneten (60, 60a, 60b), der zwischen gegenüberliegenden Flächen des zweiten stationären Magnetkörpers (20) und des dritten stationären Magnetkörpers (30) platziert ist und einen Magnetfluss in einer umgekehrten Richtung gegenüber einer Richtung des Magnetflusses, der mittels des Magnetfeld-erzeugenden Körpers (40) erzeugt wird, erzeugt, so dass in einem Bereich der detektierten Magnetflussdichte, wenn sich der durch den Magnetsensor (50) hindurchströmende Magnetfluss ändert, die Null enthalten ist.
Positionsdetektor nach Anspruch 1, bei dem der Permanentmagnet (60, 60a, 60b) so ausgebildet ist, dass die mittels des Magnetsensors (50) erfasste Magnetflussdichte an einem Ende des Bewegungsbereichs des Magnetfeld-erzeugenden Körpers (40) Null ist.
Positionsdetektor nach Anspruch 1, bei dem der Permanentmagnet (60, 60a, 60b) einen Magnetfluss erzeugt, der gleich ist oder niedriger ist als derjenige, der mittels des Magnetfeld-erzeugenden Körpers (40) erzeugt wird.
Positionsdetektor nach Anspruch 1, bei dem der Permanentmagnet (60, 60a, 60b) aus einem Material ausgebildet ist, das sich von demjenigen eines Permanentmagneten (60, 60a, 60b) unterscheidet, der in dem Magnetfeld-erzeugenden Körper (40) verwendet wird.
Positionsdetektor nach Anspruch 1, bei dem der Permanentmagnet (60, 60a, 60b) in eine Vielzahl von Teilen unterteilt ist, die in einer Bewegungsrichtung des Magnetfeld-erzeugenden Körpers (40) angeordnet sind.
Positionsdetektor nach Anspruch 1, bei dem: der erste stationäre Magnetkörper (10) in einer zylindrischen Form ausgebildet ist und einen gekrümmten Abschnitt (11) aufweist, sodass ein Durchmesser einer inneren Umfangsfläche desselben sich in einer axialen Richtung desselben verändert; der dritte stationäre Magnetkörper (30) in einer zylindrischen Form ausgebildet ist, und koaxial mit dem ersten stationären Magnetkörper (10) angeordnet ist; der zweite stationäre Magnetkörper (20) in einer Säulenform ausgebildet ist und innerhalb des ersten stationären Magnetkörpers (10) und des dritten stationären Magnetkörpers (30) angeordnet ist; der Magnetfeld-erzeugende Körper (40) in einer zylindrischen Form ausgebildet ist, so dass innere und äußere Umfangsflächen desselben die Polflächen aufweisen, und zwischen einer inneren Umfangsfläche des ersten stationären Magnetkörpers (10) und einer äußeren Umfangsfläche des zweiten stationären Magnetkörpers (20) angeordnet ist, um sich in der axialen Richtung zu bewegen; der Magnetsensor (50) zwischen den gegenüberliegenden Flächen des ersten stationären Magnetkörpers (10) und des dritten stationären Magnetkörpers (30) sandwichartig angeordnet ist, und der Permanentmagnet (60, 60a, 60b) in einer zylindrischen Form ausgebildet ist und zwischen einer inneren Umfangsfläche des dritten stationären Magnetkörpers (30) und der äußeren Umfangsfläche des zweiten stationären Magnetkörpers (20) angeordnet ist.