DE3543603A1

DE3543603A1 - Stellungsdetektor

Info

Publication number: DE3543603A1
Application number: DE19853543603
Authority: DE
Inventors: Kenichi Obu Ao; Yoshimi Inuyama Yoshino
Original assignee: NipponDenso Co Ltd
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1984-12-14
Filing date: 1985-12-10
Publication date: 1986-06-19
Also published as: JPH0719923B2; DE3543603C2; US4754221A; JPS61142782A

Description

Tedtke - BüHLiNG - Kinne - Grupe SSKESKeÄ (r *

Π. f* O Dipl.-Ing. H.Tiedtke M

rtLLMANN - URAMS - OTRUIF Dipl.-Chem. G. Bühling

-3- Dipl.-Ing. R. Kinne

35 A3G03 Dipl.-Ing. R Grupe

Dipl.-Ing. B. Pellmann Dipl.-Ing. K. Grams Dipl.-Chem. Dr. B. Struif

Bavariaring 4, Postfach 20 2403 8000 München 2

Tel.:0 89-53 9653 Telex: 5-24845 tipat Telecopier: 0 89-537377 cable: Germaniapatent München

10. Dezember I985 DE 5359 / case B232-02 DENSO

Nippondenso Co., Ltd.

Kariya-shi, Japan

Stellungsdetektor

Die Erfindung bezieht sich auf eine Magnetsignal-Detektorvorrichtung mit einem nachstehend als Feldplatte bezeichneten ferromagnetischen, magnetisch veränderbaren Widerstandselement und insbesondere auf einen Lagedetektor, mit dem ein Signalmagnetfeld erfaßbar ist, das eine bestimmte Stellung anzeigt.

Ein Stellungsdetektor mit einer Feldplatte hat eine hohe Erfassungsempfindlichkeit, so daß die Nutzung seines digitalen magnetischen Signals als Erfassungssignal verlangt wird.

Fig. 1 zeigt eine Magnetfeldkennlinie einer Feldplatte. Deren Widerstandswert R ändert sich mit einer Änderung eines zu einem Meßstrom i senkrechten (in der Querrichtung bzw. der Richtung der kürzeren Abmessung der Feldplatte gerichteten) Magnetfelds H, nämlich in der Weise, daß der Widerstandswert R mit einer Abschwächung des Magnetfelds H allmählich zunimmt und steil ansteigt, sobald . das Magnetfeld H unter einen bestimmten Wert abfällt. Diese Widerstandsänderung gemäß einer Kurve I₁ ist

n,«H™r n,„i, iMi,nrt»ni KW iqiQR« Deutsche Bank (München/ Klo 286 1060 Postscheckamt (Muncheni Klo 670-43-804

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je nach dem verschieden, ob die Richtung des Magnetfelds H von einer positiven zu einer negativen oder von einer negativen zu einer positiven Richtung umgekehrt wird, wobei es Fälle gibt, bei denen durch die Hysterese des magnetischen Ansprechens infolge einer anisotropen Verteilung oder infolge von Barkhausen-Störungen bzw.
Sprüngen Verformungen B der Kennlinien auftreten. Wenn diese Verformungen groß sind, ergibt sich gemäß der Dar-

,Q stellung durch gestrichelte Linien I₇ in Fig. 1 keine Zunahme oder Abnahme des Widerstandswerts. Ferner bestehen hinsichtlich der Herstellung Probleme darin, daß die Eigenschaften der Feldplatten nach der Herstellung ungleichförmig sind, so daß daher bei der Herstellungsaus-

_Λ ρ- beute Schwankungen und dergleichen entstehen.

Zum Ausschalten der vorstehend genannten Mangel wurden verschiedenerlei Verfahren untersucht, bei denen in der Längsrichtung der Feldplatte ein Vormagnetisierungsfeld erzeugt wird, um irgendwelche Ungleichmäßigkeiten eines Meßausgangssignals und dergleichen zu verhindern (siehe japanischen Patentveröffentlichungen 16580/83 und 18458/84).

_o_ Bei einer Vorrichtung dieser Art werden ein mehrpoliger 25

Magnet zur Signalfelderzeugung und die Feldplatte derart angeordnet, daß die Axialrichtung des Magneten und die mit einem Leitermuster versehene Fläche der Feldplatte zueinander parallel sind. Bei dieser herkömmlichen Vorrichtung wird gemäß einer Kennlinie b in Fig. 3 die 30

Stelle eines Spitzenwerts durch die Hystereseeigenschaften von der jeweiligen Stelle eines N-PoIs oder S-PoIs in einer Drehrichtung versetzt sowie auch durch Störungen eine Verformung der Widerstandsänderung in der Weise verursacht, daß die relative Widerstandsänderung /AR/RJ

" auf ungefähr 2! verringert wird. Hierbei ist R_Q der

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Widerstandswert bei einem Magnetfeld H mit einer Feldstärke "0".

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen magnetischen Stellungsdetektor zu schaffen, der derart ausgebildet ist, daß in der Richtung der Achse leichter Magnetisierbarkeit einer Feldplatte ein magnetisches Aufzeichnungs-Streufeld eines Magneten zur Stellungssignalerzeu-8^unS ^a^^s Vormagnetisierungsfeld in der Weise errichtet wird, daß irgendwelche Ungleichmäßigkeiten eines Meßausgangssignals wie die durch Hysterese verursachten verringert werden, um irgendeine Verschiebung der Stelle eines Spitzenwerts zu verhindern, und daß auf irgendwelchen

,p. Ungleichförmigkeiten von Kennlinien beruhende Änderungen der Meßausgangssignale verringert und dadurch das relative Verhältnis der Widerstandsänderungen verbessert wird.

Dabei soll bei dem erfindungsgemäßen Stellungsdetektor das Errichten eines Vormagnetisierungsfelds an der Feldplatte ohne Verwendung irgendeiner besonderen Vormagnetisierungsvorrichtung wie eines Magneten erfolgen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist eine Darstellung von Kennlinien einer Feldplatte .

Fig. 2(a) bis 2(c) sind jeweils eine Draufsicht, eine

Seitenansicht und eine Vorderansicht eines erfindungsgemäßen Stellungsdetektors gemäß einem Aus- - führungsbeispiel.

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Fig. 3 und 4 sind Kennlmiendars tel lungen zur Erläuterung der Erfindung.

Fig. 5 ist eine perspektivische Ansicht eines tatsächlich hergestellten erfindungsgemäßen Stellungsdetektors .

Fig. 6 und 7 zeigen weitere praktische Ausführungsbei-■iq spiele des erfindungsgemäßen Stellungsdetektors.

Der erfindungsgemäße Stellungsdetektor wird nun anhand der Fig. 2(a) bis 2(c) beschrieben, die ein Ausführungsbeispiel zeigen. Die Fig. 2(a) ist eine Draufsicht, die , ρ- Fig. 2(b) ist eine Seitenansicht und die Fig. 2(c) ist eine Vorderansicht. Eine Magnetwiderstandselement- bzw. Feldplattenbaueinheit 2 ist an der Außenseite eines mehrpoligen Ringmagneten 1 gegenübergesetzt angeordnet, der zum Bilden magnetischer Pole an seinen Außenumfangsseiten magnetisiert ist. Gemäß Fig. 2(b) sind die Feldplattenbaueinheit 2 und der Ringmagnet 1 derart angeordnet, daß ein Winkel Θ, der durch eine der Axialrichtung des mehrpoligen Ringmagneten 1 entsprechende Seite bzw. Fläche C. und eine ein Feldplattenmuster 3 der Feldplattenbaueinheit 2 enthaltende Fläche C₇, nämlich insbesondere eine Längsrichtung # des Feldplattenmusters 3 gebildet ist, einen vorbestimmten Wert zwischen 1° und 56° und vorzugsweise zwischen 1° und 45° hat. Auf diese Weise wird statt durch das Anbringen eines Vormagnetisierungs-Magneten an der Rückfläche der Feldplatteneinheit 2 ein Vormagnetisierungsfeld durch irgendeinen der N- und S-PoIe des Ringmagneten 1 in der Längsrichtung des Feldplattenmusters 3 erzeugt. Die Feldplattenbaueinheit 2 ist mit einer isolierenden Grundplatte 4, auf der ein einachsig . anisotroper ferromagnetischer Dünnfilm in einer 35

vorgegebenen Form, nämlich insbesondere in Form eines

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schmalen Streifenmusters ausgebildet ist, und mit einer zum Einschließen des Dünnfilms geformten Schutzschicht 5 aufgebaut.

Wenn bei der vorstehend beschriebenen Gestaltung der mit dem Muster versehenen bzw. Musterfläche der Feldplattenbaueinheit 2 im wesentlichen der Zwischenbereich zwischen den N- und S-Polen des Ringmagneten 1 gegenübergesetzt ^q ist, ist die Feldstärke des zu der Musterfläche der Feldplattenbaueinheit 2 parallelen und zur Längsrichtung des Feldplattenmusters senkrechten Magnetfelds maximal, so daß zu diesem Zeitpunkt der Widerstandswert der Feldplattenbaueinheit 2 auf das Minimum verringert ist. Wenn jg andererseits über der Musterfläche der Feldplattenbaueinheit 2 ein N-PoI oder ein S-PoI des Ringmagneten 1 steht, ist die Feldstärke des Magnetfelds in den vorstehend genannten Richtungen auf das Minimum verringert, so daß der Widerstandswert der Feldplattenbaueinheit 2 auf das Maximum ansteigt. Dabei wird eine Feldstärke H, die durch die Feldplattenmuster-Fläche hindurchtreten soll, auf das Maximum gesteigert, so daß von der Feldstärke H des N- oder S-PoIs eine dem Winkel θ entsprechende Magnetfeldkomponente HsinG vollständig als Vormagnetisierungsfeld H _K in der Längsrichtung des Feldplattenmusters 3 bzw. in der Richtung der Achse leichter Magnetisierbarkeit errichtet wird. Es wurde festgestellt, daß dieses Anlegen eines Vormagnetisierungsfelds in der Richtung der Achse leichter Magnetisierbarkeit die Wirkungen hat, die voran-

gehend genannte anisotrope Verteilung und die Barkhausen-30

Störungen auszuschalten, die Hystereseeigenschaften der Feldplattenbaueinheit zu verbessern, irgendeine Versetzung der Stelle des Spitzenwerts sowie das Auftreten unstetiger Kennlinien zu verhindern, auf beträchtliche Weise die relative Widerstandsänderung zu verbessern sowie irgendwelche Instabilität der Widerstandsänderung

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zu verhindern.

In der Fig. 3 sind Versuchsergebnisse gezeigt, die den g Zusammenhang zwischen einer Drehstellung und der relativen Widerstandsänderung AR/L bei einer herkömmlichen Vorrichtung bzw. bei dem Stellungsdetektor gemäß dem Ausführungsbeispiel (mit einem Winkel θ von ungefähr 40°) veranschaulichen, bei denen Feldplattenbäueinheiten 2 mit ^q im wesentlichen dem gleichen Aufbau verwendet sind. Aus der Fig. 3 sind die vorstehend genannten Wirkungen deutlich ersichtlich.

In der Fig. 4 ist der Zusammenhang zwischen dem Winkel Θ, der durch die Seite bzw. Fläche des mehrpoligen Ringmagneten 1 und das Feldplattenmuster 3 gebildet ist, und der relativen Widerstandsänderung veranschaulicht. Wie es aus dieser Figur ersichtlich ist, ist bei einem Winkel θ von weniger als 1° das angestrebte axiale Vormagnetisierungs- _₀ feld nicht leicht zu erreichen, so daß das Meßausgangssignal der Feldplattenbaueinheit 2 unbeständig wird und auch die relative Widerstandsänderung steil abfällt. Falls andererseits der Winkel θ größer als 56° ist, entstehen Schwankungen der Feldstärkeverteilung in der Musterfläche des Feldplattenmusters 3, wobei die relative Widerstandsänderung steil abfällt.

Gemäß Fig. 2(b) bedeutet dies, daß das Vormagnetisierungsfeld H<x in der Richtung der Achse leichter Magne-

tisierbarkeit umso stärker ist, je größer die Neigung der 30

Musterfläche C~ der Feldplattenbaueinheit 2 in bezug auf die Magnetkraftabgabe-Fläche C₁ des mehrpoligen Ringmagneten 1 ist; dies hat zur Folge, daß irgendeine Verformung verhindert wird, die auf der Hysterese und Störungen

beruht,- welche durch eine Verminderung der Feldstärke des 35

zur Musterfläche der Feldplattenbaueinheit 2 parallelen

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und zur Längsrichtung des Feldplattenmusters 3 senkrechten Felds verursacht sind, und daß der Spitzenwert des Widerstands (Widerstandsanstieg) gesteigert ist. Ferner ist eine Stirnfläche der Feldplattenbaueinheit 2 weiter von der Magnetfläche C- entfernt, so daß das an der Feldplattenbaueinheit 2 erzeugte Magnetfeld insgesamt abgeschwächt ist und die Widerstandsänderungskennlinie der Feldplattenbaueinheit 2 verändert ist. Infolgedessen jQ erreicht die Widerstandsänderung Δ R an einer bestimmten Stelle ihren Spitzenwert, von dem weg sie allmählich abfällt, wobei sie steil abfällt, wenn die Magnetfeldstärke unter einem bestimmten Wert absinkt. Dieser Umstand ist auf experimentelle Weise in Fig. 4 gezeigt.

Während somit zufriedenstellende Ergebnisse zu erwarten sind, wenn der relative Winkel θ von 1° bis 56° liegt, sollte in Anbetracht des Bestrebens, eine relative Widerstandsänderung, die mehr als das Doppelte der herkömmli- _₀ .eheη Widerstandsänderung ist, und die Beständigkeit der Meßausgangssignale zu erhalten, der relative Winkel θ vorzugsweise zwischen 1° und 46° gewählt werden.

Die Fig. 5 zeigt ein Beispiel für den praktischen Aufbau _ des Stellungsdetektors mit der in den Fig. 2(a) bis 2(c) schematisch gezeigten Gestaltung. In der Fig. 5 ist mit 100 ein mehrpoliger Ringmagnet bezeichnet, zu dessen Drehachse über eine Welle 101 eine Antriebskraft übertragen wird, um den Magneten in Umlauf zu versetzen. Mit 200

ist eine Feldplattenbaueinheit bezeichnet, die mit einer 30

gedruckten Schaltungsplatte 300 aufgebaut ist. Mit 400 sind Schaltungselemente bezeichnet, die für das Erfassen und Verarbeiten eines Ausgangssignals der Feldplattenbaueinheit 200 an der gedruckten Schaltungsplatte 300

angebracht sind. Mit 500 ist ein Gehäuse aus Kunststoff 35

bezeichnet, an dessen Innenseite einstückig mit demselben

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ein Träger 600 aus Kunststoff geformt ist. Ferner ist eine Auflagefläche 601 des Trägers 600 unter einem vorbestimmten Winkel θ geneigt, damit der von der Außenumfangsflache des mehrpoligen Ringmagneten 100 und der mit dem Muster versehenen Fläche der Feldplattenbaueinheit 200 gebildete Winkel gleich dem vorbestimmten Winkel θ wird.

-,Q Infolgedessen kann das Einstellen des erwünschten Winkels automatisch und auf genaue Weise dadurch vorgenommen werden, daß auf einfache Weise das Feldplattenmuster parallel zur Neigungsrichtung ausgebildet wird und die Schaltungsplatte 300 an der Auflagefläche 601 befestigt

τ _c wird.

Während bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel zum Erfassen einer Drehstellung die Feldplattenbaueinheit 2 mit dem mehrpoligen Ringmagneten 1 kombiniert ist, ist die erfindungsgemäße Gestaltung auch bei anderen Aufbauten anwendbar, bei denen gemäß Fig. 6 die Feldplattenbaueinheit 2 mit einer Magnettrommel kombiniert ist, um auf der Trommel aufgezeichnete magnetische Signale zu erfassen, oder gemäß Fig. 7 die Feldplattenbaueinheit 2 mit einer Magnetscheibe kombiniert ist, um auf der Scheibe aufgezeichnete magnetische Signale zu erfassen. D.h., in diesen Fällen wird kein Vormagnetisierungs-Magnet benutzt und das Magnetfeld der Magnettrommel oder der Magnetscheibe dazu herangezogen, das erwünschte

Vormagnetisierungsfeld in der Längsrichtung der Feldplat-30

tenbaueinheit, nämlich in der Richtung der Achse leichter Magnetisierbarkeit zu errichten. Nach Fig. 6 ist die Feldplattenbaueinheit 2 gemäß der Beschreibung im Zusammenhang mit den Fig. 2(a) bis 2(c) so angeordnet, daß

magnetische Signale erfaßt werden, die in einer Magnet-35

schicht 7 aufgezeichnet sind, welche an der Außenumfangs-

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fläche einer Magnettrommel 6 ausgebildet ist. Andererseits sind gemäß Fig. 7 eine Magnetscheibe 8 und die Feldplattenbaueinheit 2 einander derart gegenübergesetzt,

g daß sie den erwünschten Winkel θ bilden.

Aus der vorstehenden Beschreibung ist ersichtlich, daß bei dem erfindungsgemäßen Stellungsdetektor infolge des Umstands, daß ein Magnetaufzeichnungsmaterial und die mit

jQ einem Muster versehene Fläche einer Feldplattenbaueinheit zum Bilden eines vorbestimmten Winkels angeordnet sind, in der Richtung der Achse leichter Magnetisierbarkeit der Feldplattenbaueinheit ein erwünschtes Magnetfeld erzeugt werden kann, ohne daß irgendein Vormagnetisieriings-Magnet

, p- eingesetzt wird; dies hat zur Wirkung, daß Instabilitäten von Meßausgangssignalen verringert werden, um damit irgendwelche Lageversetzungen von Ausgangssignal-Spitzenwerten zu verhindern, und Abweichungen der Meßausgangssignale verringert werden, wobei die relative Wider-Standsänderung verbessert wird.

Bei einem Stellungsdetektor wird zum Erzeugen eines erwünschten Vormagnetisierungsfelds in der Richtung der Achse leichter Magnetisierbarkeit einer Feldplattenbaueinheit zum Erfassen eines Signalfelds das magnetische 25

Streufeld eines zum Erzeugen des Signalfelds geeigneten Magnetaufzeichnungsmaterials verwendet, ohne daß irgendeine besondere Vorrichtung für das Errichten des Vormagnetisierungsfelds eingesetzt wird. Das Magnetaufzeichnungsmaterial und die Dünnfilm-Feldplattenbaueinheit werden so angeordnet, daß sie einen vorbestimmten Winkel bilden.

Claims

Patentansprüche

1. Stellungsdetektor, gekennzeichnet durch eine ferromagnetische Feldplattenbaueinheit (2) mit einem auf einer Fläche derselben in einem vorbestimmten Muster geformten ferromagnetischen Dünnfilm und ein der Feldplattenbaueinheit gegenübergesetztes Magnetaufzeichnungsmaterial (6, 7), wobei das Magnetaufzeichnungsmaterial und die mit dem Muster versehene Fläche der Feldplattenbaueinheit so angeordnet sind, daß sie einen vorbestimm- f ten Winkel (Θ) bilden.

2. Stellungsdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vorbestimmte Winkel (Θ), der zwischen dem Magnetaufzeichnungsmaterial (6, 7) und einer Musterlängsrichtung der mit dem Muster versehenen Fläche der Feldplattenbaueinheit (2) gebildet ist, zwischen 1° und 56° beträgt.

3. Stellungsdetektor, gekennzeichnet durch eine Feldplattenbaueinheit (2) mit einer isolierenden Grundplatte (4) und einem auf der Grundplatte in Form eines schmalen Streifenmusters ausgebildeten ferromagnetischen Dünnfilm und einen mehrpoligen Ringmagnet (1) für das Errichten eines erwünschten Magnetfelds an der Feldplattenbaueinheit, wobei die Feldplattenbaueinheit und der

ORIGINAL INSPECTED

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mehrpolige Ringmagnet so angeordnet sind, daß eine mit dem Streifenmuster versehene Fläche (C₇) der Feldplattenbaueinheit und eine Magnetkraftabgabefläche (C-) des Ringmagneten einander in einem vorbestimmten Abstand gegenüberstehen und daß eine Musterlängsrichtung der mit dem Streifenmuster versehenen Fläche und die Magnetkraftabgabefläche einen vorbestimmten Winkel (Θ) bilden.

jQ

4. Stellungsdetektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der von der Magnetkraftabgabefläche (C₁) des mehrpoligen Ringmagneten (1) und der Musterlängsrichtung der mit dem Streifenmuster versehenen Fläche (C₂) der Feldplattenbaueinheit (2) gebildete Winkel (Θ) zwischen 1° und 56° beträgt.

5. Stellungsdetektor nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringmagnet (1 ) drehbar ist, wodurch die Feldstärke des an der Feldplattenbaueinheit (2) errichteten Magnetfelds entsprechend einer Drehstel-

lung des Ringmagneten veränderbar ist.

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