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    • 专利摘要:
    EineDrehwinkel-Erfassungsvorrichtung für einen drehbaren Gegenstandumfasst einen Rotor und ein Paar von Permanentmagneten (6, 7) undeinen Magnetdetektor (2), welcher an der Drehachse des drehbarenGegenstands angeordnet ist. Einer der Permanentmagnete (6, 7) weisteine sich in einer Umfangsrichtung erstreckende spurrillenförmige Austiefung(α, β) um denMagnetdetektor herum oder eine sich in axialer Richtung erstreckendeelliptische säulenförmige Oberfläche (γ) mit einemZentrumsabschnitt (B1) auf, der dicker als andere Abschnitte ist,um die magnetische Flussdichte in der Nähe des Magnetdetektors (2)in einer axialen oder einer diametralen Richtung konstant zu machen.
    公开号:DE102004015573A1
    申请号:DE200410015573
    申请日:2004-03-30
    公开日:2004-11-11
    发明作者:Takao Kariya Ban；Akitoshi Kariya Mizutani
    申请人:Denso Corp；
    IPC主号:G01B7-30
    专利说明:
    [0001] Dievorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Drehwinkel-Erfassungsvorrichtungbzw. Rotationswinkel-Erfassungsvorrichtung,welche einen relativen Drehwinkel zwischen einem drehbaren Objekt bzw.Gegenstand und einem stationärenGegenstand erfasst. Eine derartige Drehwinkel-Erfassungsvorrichtungkann füreine Maschinendrosselventilsteuerung, eine Roboterarmsteuerung unddergleichen Verwendung finden.
    [0002] EineherkömmlicheDrehwinkel-Erfassungsvorrichtung umfasst ein Magnetsensorelement,wie beispielsweise ein in einen IC-Chip integriertes Hall-Element,und ein Paar von halbzylindrischen Permanentmagneten, die um dasMagnetsensorelement angeordnet sind, wie in JP-B2-3206204 , JP-A-Hei 2-122205,JP-A-Hei 2-298815 und JP-Asho 64-37607 gezeigt ist. Eine derartigeherkömmliche Drehwinkel-Erfassungsvorrichtungweist die folgenden Probleme auf.
    [0003] Dievorliegende Erfindung wurde vorgenommen, um das vorangehende Problemzu lösen,und weist die folgenden Aufgaben auf.
    [0004] Esist die erste Aufgabe, einen Erfassungsfehler zu verhindern, indemder durch das Magnetsensorelement hindurchlaufende magnetische Fluss konstantgehalten wird, auch wenn sich das Magnetsensorelement in einer axialenoder diametralen Richtung verschiebt.
    [0005] Esist die zweite Aufgabe, Erfassungsfehler zu verhindern, auch wennsich das Magnetsensorelement sowohl in radialer Richtung als auchin axialer Richtung verschiebt.
    [0006] Gemäß einembevorzugten Merkmal der Erfindung umfasst eine Drehwinkel-Erfassungsvorrichtungfür einenDrehgegenstand einen Rotor, welcher ein Joch und ein Paar von Permanentmagnetenaufweist, die an dem Joch bei Abschnitten davon fixiert sind, dieim Bezug auf seine Drehachse einander gegenüberliegen, und einen Magnetdetektor,der an der Drehachse des Drehgegenstands angeordnet ist, und zumindesteiner der Permanentmagneten weist eine sich im Umfangsbereich erstreckendespurrillenförmigeAustiefung bzw. Höhlungbzw. Wölbungum den Magnetdetektor auf, so dass eine magnetische Flussdichtein der Nähedes Magnetdetektors in einer Achsrichtung parallel zu der Zentrumsachsekonstant gemacht wird.
    [0007] Daherwird die magnetische Flussdichte des durch die Magneterfassungsoberfläche fließenden magnetischen Flussessogar konstant, wenn sich das Hall-Element ein bisschen bzw. einwenig in der axialen Richtung verschiebt.
    [0008] Gemäß einemweiteren Merkmal der Erfindung umfasst eine Drehwinkel-Erfassungsvorrichtungeinen Rotor, welcher ein zylindrisches Joch und ein Paar von andem Joch bei einander gegenüberliegendenJochabschnitten fixierte Permanentmagneten aufweist, und einen beieiner Drehachse des Rotors angeordneten Magnetdetektor, und zumindesteiner des Paars von Permanentmagneten weist eine sich axial erstreckendeelliptische säulenförmige Oberfläche auf,die im Vergleich zu anderen Abschnitten einen dickeren Zentrumsabschnittaufweist, um die magnetische Flussdichte in der Nähe des Magnetdetektorsin einer Richtung parallel zu der diametral sich erstreckenden Achsekonstant zu machen.
    [0009] Daherwird die magnetische Flussdichte des durch die Magneterfassungsoberfläche fließenden magnetischenFlusses sogar konstant, wenn sich das Hall-Element ein wenig ineiner diametralen Richtung verschiebt.
    [0010] Beidem vorangehenden Merkmal weist zumindest einer der Permanentmagneteneine sich im Umfangsbereich erstreckende spurrillenförmige Austiefungbei einer Oberflächedavon um den Magnetdetektor herum auf. In diesem Fall wird die magnetischeFlussdichte des durch die Magneterfassungsoberfläche fließenden magnetischen Flussessogar konstant, wenn sich das Hall-Element ein wenig sowohl in derdiametralen als auch der axialen Richtung verschiebt.
    [0011] Gemäß einemweiteren Merkmal der Erfindung umfasst eine Drehwinkel-Erfassungsvorrichtungfür einenDrehgegenstand einen Rotor, welcher ein Joch mit einem Paar vonflachen Oberflächen,die einander in Bezug auf eine Drehachse des Rotors gegenüberliegen,und ein Paar von Permanentmagneten, die jeweils an die flachen Oberflächen fixiert sind,und einen Magnetdetektor auf, der bei einer Position an der Drehachseangeordnet ist, und zumindest ein Permanentmagnet des Paars vonPermanentmagneten weist einen Umfangszentrumsabschnitt auf, welcherdünnerals andere Abschnitte ist, um die magnetische Flussdichte in derNähe desMagnetdetektors in einer Richtung parallel zu der sich diametralerstreckenden Achse konstant zu machen.
    [0012] Beidem vorangehenden Merkmal weist zumindest einer des Paars von Permanentmagneten einesich im Umfangsbereich erstreckende spurrillenförmige Austiefung bei einerOberflächedavon um den Magnetdetektor herum auf, um die magnetische Flussdichtein der Nähedes Magnetdetektors in einer Richtung parallel zu der Zentrumsachsekonstant zu machen. In diesem Fall wird die magnetische Flussdichtedes durch die Magneterfassungsoberfläche fließenden magnetischen Flussessogar konstant, wenn sich das Hall-Element ein wenig sowohl in der diametralenals auch der axialen Richtung verschiebt.
    [0013] Jederder Permanentmagnete weist eine sich in der axialen Richtung erstreckendehalbzylindrische innere und äußere Oberfläche auf,kann aus einer Vielzahl von in Umfangsrichtung ausgerichteten Magnetstücken gebildetsein, oder kann sich parallel zueinander sowohl in axialer als auchin diametraler Richtung erstrecken.
    [0014] DiespurrillenförmigeAustiefung kann bei dem Zentrum der Permanentmagneten in ihrer axialenRichtung angeordnet sein. Die spurrillenförmige Austiefung kann bei einer radialeninneren Oberflächeder Permanentmagnete oder einer radialen äußeren Oberfläche derPermanentmagnete angeordnet sein. Die spurrillenförmige Austiefungkann eine Oberflächemit einer multidimensionalen Krümmung aufweisen.Die spurrillenförmigeAustiefung kann multidimensional gekrümmte Oberflächen aufweisen, welche in Bezugauf die axiale Zentrumslinie der Permanentmagnete asymmetrisch sind.
    [0015] Indiesem Fall könnendie Permanentmagnete außerder spurrillenförmigenAustiefung flach sein.
    [0016] Dieelliptische säulenförmige Oberfläche kannbei einer radialen inneren Oberfläche der Permanentmagnete angeordnetsein. Die elliptische säulenförmige Oberfläche kannsowohl bei der radialen inneren als auch der radialen äußeren Oberfläche derPermanentmagnete angeordnet sein. Die elliptische säulenförmige Oberfläche kanneine Oberflächemit einer multidimensionalen Krümmungsein. Die elliptische säulenförmige Oberfläche kannin Bezug auf die Umfangszentrumslinie der Permanentmagnete asymmetrischsein. Bei den radialen inneren und äußeren Oberflächen derPermanentmagnete könnenjeweils verschiedene elliptische säulenförmige Oberflächen angeordnetsein.
    [0017] AndereAufgaben, Merkmale und Charakteristika der vorliegenden Erfindungsowie die Funktionen von verwandten Teilen der vorliegenden Erfindungwerden aus einem Studium der folgenden ausführlichen Beschreibung, derbeiliegenden Ansprücheund der Zeichnung ersichtlich. Es zeigen:
    [0018] 1A und 1B eine Querschnitts-Draufsicht und eineQuerschnitts-Seitenansicht einer Drehwinkel- Erfassungsvorrichtung gemäß dem erstenAusführungsbeispielder Erfindung;
    [0019] 2 einen Graph, welcher eineBeziehung zwischen einer magnetischen Flussdichte und Drehwinkelnder in 1 gezeigten Drehwinkel-Erfassungsvorrichtungzeigt;
    [0020] 3 einen Graph, welcher eineBeziehung zwischen einer magnetischen Flussdichte und axialen Positionender in 1 gezeigten Drehwinkel-Erfassungsvorrichtungzeigt;
    [0021] 4 eine Querschnitts-Seitenansichteiner Drehwinkel-Erfassungsvorrichtunggemäß dem zweitenAusführungsbeispiel;
    [0022] 5 eine Querschnitts-Seitenansichteiner Drehwinkel-Erfassungsvorrichtunggemäß dem drittenAusführungsbeispiel;
    [0023] 6 eine Querschnitts-Seitenansichteiner Drehwinkel-Erfassungsvorrichtunggemäß dem viertenAusführungsbeispiel;
    [0024] 7 eine Querschnitts-Seitenansichteiner Drehwinkel-Erfassungsvorrichtunggemäß dem fünften Ausführungsbeispiel;
    [0025] 8A und 8B eine Querschnitts-Draufsicht und eineQuerschnitts-Seitenansicht einer Drehwinkel-Erfassungsvorrichtung gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel;
    [0026] 9 einen Graphen, welchereine Beziehung zwischen einer magnetischen Flussdichte und radialenPositionen der Drehwinkel-Erfassungsvorrichtung gemäß dem sechstenAusführungsbeispiel zeigt;
    [0027] 10A und 10B eine Querschnitts-Draufsicht undeine Querschnitts-Seitenansicht einer Drehwinkel-Erfassungsvorrichtung gemäß einerModifikation des sechsten Ausführungsbeispiels;
    [0028] 11A und 11B eine Querschnitts-Draufsicht undeine Querschnitts-Seitenansicht einer Drehwinkel-Erfassungsvorrichtung gemäß dem siebtenAusführungsbeispiel;
    [0029] 12 eine Querschnitts-Draufsichteiner Drehwinkel-Erfassungsvorrichtunggemäß einerModifikation des siebten Ausführungsbeispiels;
    [0030] 13A und 13B eine Querschnitts-Draufsicht undeine Querschnitts-Seitenansicht einer Drehwinkel-Erfassungsvorrichtung gemäß dem achtenAusführungsbeispiel;
    [0031] 14 eine Querschnitts-Draufsichteiner Drehwinkel-Erfassungsvorrichtunggemäß einerModifikation des achten Ausführungsbeispiels;
    [0032] 15A und 15B eine Querschnitts-Draufsicht undeine Querschnitts-Seitenansicht einer Drehwinkel-Erfassungsvorrichtung gemäß dem neuntenAusführungsbeispiel;
    [0033] 16A und 16B eine Querschnitts-Draufsicht undeine Querschnitts-Seitenansicht einer Drehwinkel-Erfassungsvorrichtung gemäß dem zehntenAusführungsbeispiel;
    [0034] 17A und 17B eine Querschnitts-Draufsicht undeine Querschnitts-Seitenansicht einer Drehwinkel-Erfassungsvorrichtung gemäß dem elftenAusführungsbeispiel;
    [0035] 18A und 18B eine Querschnitts-Draufsicht undeine Querschnitts-Seitenansicht einer Drehwinkel-Erfassungsvorrichtung gemäß dem zwölften Ausführungsbeispiel;und
    [0036] 19A und 19B eine Querschnitts-Draufsicht undeine Querschnitts-Seitenansicht einer Drehwinkel-Erfassungsvorrichtung gemäß dem dreizehntenAusführungsbeispiel.
    [0037] Nachfolgendwird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnungbeschrieben.
    [0038] UnterBezugnahme auf 1 bis 3 wird eine Drehwinkel-Erfassungsvorrichtunggemäß dem erstenAusführungsbeispielder Erfindung beschrieben.
    [0039] DieDrehwinkel-Erfassungsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispielist zur Erfassung eines Drehwinkels eines Drosselventils einer Verbrennungsmaschinezu verwenden. Die Drehwinkel-Erfassungsvorrichtung umfasst einenRotor 1, und eine Hall-IC 3, bei welcher ein Hall-Element 2 integriertist.
    [0040] DieHall-IC 3 wird von einem stationären Bauteil gestützt, sodass das Hall-Element 2 an der Zentrumsachse z des Rotors1 positioniert ist. Die Hall-IC 3 ist von einem gut bekanntenTyp, welcher eine Signalverarbeitungsschaltung sowie das Hall-Element 2 umfasst.Die Hall-IC 3 weist eine Magneterfassungsoberfläche auf,welche ein Signal gemäß einermagnetischen Flussdichte in der Richtung senkrecht zu der Magneterfassungsoberfläche zur Verfügung stellt.Das heißt,wie in 2 gezeigt, wird dievon der Hall-IC 3 erfasstemagnetische Flussdichte maximal, wenn der Rotor 1 wie in 1A gezeigt positioniertist, und minimal, wenn der Rotor 1 um einen Winkel von90° vonder in 1A gezeigtenPosition weggedreht ist.
    [0041] DerRotor 1 ist mit einer drehbaren Welle eines Drosselventilsverbunden und ist um die Hall-IC 3 angeordnet, so dasser mit ihr koaxial ist. Der Rotor 1 umfasst ein zylindrischesJoch 4 und ein Paar von halbzylindrischen Permanentmagneten 6 und 7.Die Permanentmagnete 6, 7 sind jeweils an demJoch 4 bei gegenüberliegendenAbschnitten des Rotors 1 in Bezug auf das Hall-Element 2 fixiert,so dass nicht-magnetische Umfangsräume zwischen beiden vorhandensind. Der Permanentmagnet 6 ist so in der radialen Richtungmagnetisiert, dass der N-Pol an seiner inneren Oberfläche liegt,und der Permanentmagnet 7 ist so in der radialen Richtungmagnetisiert, dass der S-Pol an seiner inneren Oberfläche liegt. Dementsprechendfließtder magnetische Fluss von dem Permanentmagnet 6 durch dieHall-IC 3 zu dem Permanentmagnet 7 und kehrt durchdas Joch 4 zu dem Permanentmagnet 6 zurück. Jederder Permanentmagnete 6, 7 weist eine sich im Umfangsbereich erstreckendespurrillenförmigeAustiefung α beiseiner radialen inneren Oberflächeauf, wie in 1B gezeigt.Daher weist jeder der Permanentmagnete 6, 7 eineminimale radiale Dicke bei seinem axialen Zentrumsabschnitt A1 umdas Hall-Element 2 herum in der axialen Richtung z auf,wie in 1B gezeigt. Dasheißt,jeder der Permanentmagnete 6, 7 weist eine minimaleradiale Dicke bei seinem Zentrum A1 und eine maximale Dicke beiseinen gegenüberliegendenaxialen Enden A2 auf. Die Austiefung α ist derart gebildet, dass diemagnetische Flussdichte des durch die Magneterfassungsoberfläche fließenden magnetischenFlusses sogar konstant wird, wenn sich das Hall-Element ein wenigin einer axialen Richtung verschiebt.
    [0042] UnterBezugnahme auf 4 wirdeine Drehwinkel-Erfassungsvorrichtunggemäß dem zweitenAusführungsbeispielder Erfindung beschrieben. Hierbei repräsentieren im folgenden diein der folgenden Zeichnung verwendeten selben Bezugszeichen denselben oder im Wesentlichen den selben Abschnitt, Teil oder Komponentewie bei dem ersten Ausführungsbeispiel.
    [0043] DieDrehwinkel-Erfassungsvorrichtung 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispielweist ein Paar von Permanentmagneten auf, welche jeweils eine sichim Umfangsbereich erstreckende spurrillenförmige Austiefung β bei ihrerradialen äußeren Oberfläche aufweisen.Daher weist jeder der Permanentmagnete 6, 7 eineminimale radiale Dicke bei seinem axialen Zentrumsabschnitt A1 umdas Hall-Element 2 herum in der axialen Richtung z auf.Die Austiefung β istderart gebildet, dass die magnetische Flussdichte des durch dieMagneterfassungsoberflächefließendenmagnetischen Flusses sogar konstant wird, wenn sich das Hallelementein wenig in der axialen Richtung z verschiebt.
    [0044] UnterBezugnahme auf 5 wirdeine Drehwinkel-Erfassungsvorrichtunggemäß dem drittenAusführungsbeispielder Erfindung beschrieben.
    [0045] DieDrehwinkel-Erfassungsvorrichtung 1 gemäß dem dritten Ausführungsbeispielweist ein Paar von Permanentmagneten 6, 7 auf.Jedoch weist einer der Permanentmagnete eine sich in Umfangsrichtungerstreckende spurrillenförmigeAustiefung α1an seiner radialen inneren Oberfläche auf. Daher weist der Permanentmagnet 6 eineminimale Dicke bei seinem axialen Zentrumsabschnitt A1 um das Hall-Element 2 herumin der axialen Richtung z auf. Die Austiefung α1 ist derart gebildet, dassdie magnetische Flussdichte des durch die Magneterfassungsoberfläche fließenden magnetischenFlusses sogar konstant wird, wenn sich das Hall-Element ein wenigin der axialen Richtung z verschiebt.
    [0046] UnterBezugnahme auf 6 wirdeine Drehwinkel-Erfassungsvorrichtunggemäß dem viertenAusführungsbeispielder Erfindung beschrieben.
    [0047] DieDrehwinkel-Erfassungsvorrichtung 1 gemäß dem vierten Ausführungsbeispielweist ein Paar von Permanentmagneten 6, 7 auf.Einer der Permanentmagnete weist eine sich im Umfangsbereich erstreckendespurrillenförmigeAustiefung β1bei seiner radialen äußeren Oberfläche auf.Daher weist der Permanentmagnet 6 eine minimale radialeDicke bei seinem axialen Zentrumsabschnitt A1 um das Hall-Element 2 herumauf. Die Austiefung β1ist derart gebildet, dass die magnetische Flussdichte des durchdie Magneterfassungsoberflächefließenden magnetischenFlusses sogar konstant wird, wenn sich das Hall-Element ein wenigin der axialen Richtung z verschiebt.
    [0048] UnterBezugnahme auf 7 wirdeine Drehwinkel-Erfassungsvorrichtunggemäß dem fünften Ausführungsbeispielder Erfindung beschrieben.
    [0049] Wenndas Hall-Element 2 an der Drehwinkel-Erfassungsvorrichtung genauer fixiertwerden kann als bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen, können diePermanentmagnete 6, 7 eine engere spurrillenförmige Austiefung α2 bei ihrerradialen inneren Oberflächeaufweisen. Diese Idee kann auf jedes beliebige der vorangehendenAusführungsbeispieleangewendet werden.
    [0050] UnterBezugnahme auf 8A, 8B, 9 und 10A und 10B wird eine Drehwinkel-Erfassungsvorrichtunggemäß dem sechsten Ausführungsbeispielbeschrieben.
    [0051] DieDrehwinkel-Erfassungsvorrichtung 1 gemäß dem sechsten Ausführungsbeispielweist ein Paar von Permanentmagneten 6, 7 auf.Jedoch weist das Paar von Permanentmagneten 6, 7 einesich in axialer Richtung erstreckende elliptische säulenförmige innereOberfläche γ auf, wiein 8A gezeigt. Daherweisen die Permanentmagnete 6, 7 bei ihrem UmfangszentrumsabschnittB1 eine maximale radiale Dicke und bei den gegenüberliegenden Umfangsenden B2eine minimale Dicke auf. Die elliptische säulenförmige Oberfläche γ ist derartgebildet, dass der Abstand zwischen einem Abschnitt von jedem derPermanentmagnete und dem Hall-Element 2 mit zunehmenderNähe zudem einen der gegenüberliegendenEnden B2 zunimmt. Dementsprechend wird die magnetische Flussdichtedes durch die Magneterfassungsoberfläche fließenden magnetischen Flussessogar konstant, wenn sich das Hall-Element ein wenig in der diametralenRichtung x verschiebt, wie in 9 gezeigt.Die elliptische säulenförmige Oberfläche γ kann beieiner radialen äußeren Oberfläche derPermanentmagnete 6, 7 gebildet sein, um im Wesentlichenden selben Effekt wie das sechste Ausführungsbeispiel zur Verfügung zustellen. Die elliptische säulenförmige Oberfläche γ kann beieinem Permanentmagnet des Paars von Permanentmagneten 6, 7 entwederbei einer radialen äußeren oderinneren Oberflächeder Permanentmagnete 6, 7 gebildet sein, wie in 10A und 10B gezeigt.
    [0052] UnterBezugnahme auf 11A und 11B wird eine Drehwinkel-Erfassungsvorrichtunggemäß dem siebtenAusführungsbeispielbeschrieben.
    [0053] DieDrehwinkel-Erfassungsvorrichtung 1 gemäß dem siebten Ausführungsbeispielweist ein Paar von zusammengesetzten N-Pol-Permanentmagneten 6, 6a undzusammengesetzten S-Pol-Permanentmagneten 7, 7a undein Joch aus einer hexagonalen Säuleauf. Jeder Permanentmagnet weist eine flache hintere Oberfläche auf,welche an einer der hexagonalen Seitenoberflächen so fixiert ist, dass jedesPaar der zusammengesetzten Permanentmagnete eine elliptische säulenförmige innereOberfläche aufweist.Mit anderen Worten, die Permanentmagnete 6, 6a, 7 und 7a weiseneine maximale radiale Dicke bei dem Umfangszentrumsabschnitt B1und eine minimale Dicke bei den gegenüberliegenden Umfangsenden B2auf. Die elliptische säulenförmige Oberfläche γ ist derartgebildet, dass der Abstand zwischen einem Abschnitt von jedem derPermanentmagnete und dem Hall-Element 2 mit zunehmender Nähe des Abschnittszu dem einen der gegenüberliegendenEnden B2 zunimmt. Dementsprechend wird die magnetische Flussdichtedes durch die Magneterfassungsoberfläche fließenden magnetischen Flussessogar konstant, wenn sich das Hall-Element ein wenig in der diametralenRichtung x verschiebt, wie in 9 gezeigt.Die elliptische säulenförmige Oberfläche γ kann beieiner radialen äußeren Oberfläche derPermanentmagnete 6, 7 gebildet sein, so dass imWesentlichen der selbe Effekt zur Verfügung gestellt wird. Die elliptischesäulenförmige Oberfläche γ kann beieinem des Paars von zusammengesetzten Permanentmagneten, entwederbei einer radialen äußeren oderbei einer radialen inneren Oberfläche der zusammengesetzten Permanentmagnete 6, 6a,gebildet sein, wie in 12 gezeigt.
    [0054] UnterBezugnahme auf 13A, 13B, 14 und 15 wirdeine Drehwinkel-Erfassungsvorrichtung gemäß dem achten Ausführungsbeispielbeschrieben. Die Drehwinkel-Erfassungsvorrichtung 1 gemäß dem achtenAusführungsbeispiel weistein Paar von Permanentmagneten 6, 7, die jeweilseine flache hintere Oberflächeaufweisen, und ein Joch 4 aus einer rechteckigen Säule auf.Das Paar der Permanentmagnete 6, 7 weist eineelliptische säulenförmige vordere(innere) Oberflächeund eine flache hintere Oberflächeauf, welche an einer flachen Seitenoberfläche des Jochs 4 fixiertist. Die Permanentmagnete 6, 7 weisen eine minimaleradiale Dicke bei dem Umfangszentrumsabschnitt B1 und eine maximaleDicke bei den gegenüberliegenden UmfangsendenB2 auf. Aufgrund der verschiedenen Form der Permanentmagnete 6, 7 zudenjenigen des sechsten Ausführungsbeispiels,ist die elliptische säulenförmige Oberfläche γ derart gebildet,dass der Abstand zwischen einem Abschnitt von jedem der Permanentmagneteund dem Hall-Element 2 mit zunehmender Nähe des Abschnittszu dem einen Ende der gegenüberliegendenEnden B2 abnimmt. Dementsprechend wird die magnetische Flussdichtedes durch die Magneterfassungsoberfläche fließenden magnetischen Flussessogar konstant, wenn sich das Hall-Element ein wenig in der diametralenRichtung x verschiebt. Die elliptische säulenförmige Oberfläche γ kann beieiner radialen äußeren Oberfläche derPermanentmagnete 6, 7 gebildet sein, um im Wesentlichenden selben Effekt zur Verfügungzu stellen. Die elliptische säulenförmige Oberfläche γ kann beieinem Permanentmagnet des Paars von Permanentmagneten entweder beieiner radialen äußeren odereiner radialen inneren Oberflächeder Permanentmagnete 6, 7 gebildet sein, wie in 14 gezeigt.
    [0055] UnterBezugnahme auf 15A und 15B wird eine Drehwinkel-Erfassungsvorrichtunggemäß dem neuntenAusführungsbeispielbeschrieben.
    [0056] DieDrehwinkel-Erfassungsvorrichtung 1 gemäß dem neunten Ausführungsbeispielweist ein Paar von Permanentmagneten 6 und 7 undein zylindrisches Joch 4 auf. Zudem weist jedes der Paare derPermanentmagnete eine halbzylindrische innere Oberfläche beientgegengesetzten axialen Enden A2 und eine spurrillenförmige Austiefung α bei ihremaxialen Zentrum A1 auf. Das heißt,die Drehwinkel-Erfassungsvorrichtung weist sowohl Merkmale des erstenAusführungsbeispielsals auch des sechsten Ausführungsbeispielsauf.
    [0057] Jederder Permanentmagnete 6, 7 weist eine minimaleradiale Dicke bei seinem axialen Zentrum A1 und eine maximale Dickebei seinen gegenüberliegendenaxialen Enden A2 auf. Die Austiefung α ist derart gebildet, dass diemagnetische Flussdichte des durch die Magneterfassungsoberfläche fließenden magnetischenFlusses sogar konstant wird, wenn sich das Hall-Element ein wenigin der axialen Richtung verschiebt. Die gegenüberliegenden axialen EndabschnitteA2 jedes Permanentmagnets des Paars der Permanentmagnete 6, 7 weisenauch eine elliptische säulenförmige innereOberflächeauf, so dass die Permanentmagnete 6, 7 eine maximaleradiale Dicke bei ihrem Zentrumsabschnitt B1 in der Umfangsrichtungund eine minimale Dicke bei den gegenüberliegenden Umfangsenden B2aufweisen. Die elliptische säulenförmige Oberfläche γ ist derart gebildet,dass der Abstand zwischen einem Abschnitt von jedem der Permanentmagneteund dem Hall-Element 2 mit zunehmender Nähe des Abschnittszu einem der gegenüberliegendenEnden B2 zunimmt. Dementsprechend wird die magnetische Flussdichtedes durch die Magneterfassungsoberfläche fließenden magnetischen Flussessogar konstant, wenn sich das Hall-Element ein wenig sowohl in derdiametralen Richtung x als auch in der axialen Richtung z verschiebt.
    [0058] UnterBezugnahme auf 16A und 16B wird eine Drehwinkel-Erfassungsvorrichtunggemäß dem zehntenAusführungsbeispielbeschrieben.
    [0059] DieDrehwinkel-Erfassungsvorrichtung 1 gemäß dem zehnten Ausführungsbeispielweist ein Paar von zusammengesetzten N-Pol-Permanentmagneten 6, 6a undzusammengesetzten S-Pol-Permanentmagneten 7, 7a undein Joch aus einer hexagonalen Säuleauf. Zudem weist jeder zusammengesetzte Permanentmagnet des Paarsder zusammengesetzten Permanentmagnete eine elliptische innere Oberfläche beigegenüberliegendenaxialen Enden A2 und eine spurrillenförmige Austiefung α bei seinemaxialen Zentrum A1 auf. Das heißt,die Drehwinkel-Erfassungsvorrichtung weist sowohl Merkmale des erstenAusführungsbeispielsals auch des siebten Ausführungsbeispielsauf. Dementsprechend wird die magnetische Flussdichte des durchdie Magneterfassungsoberflächefließendenmagnetischen Flusses sogar konstant, wenn sich das Hall-Element 2 einwenig sowohl in der diametralen Richtung x als auch in der axialenRichtung z verschiebt.
    [0060] UnterBezugnahme auf 17A und 17B wird eine Drehwinkel-Erfassungsvorrichtunggemäß dem elftenAusführungsbeispielbeschrieben.
    [0061] DieDrehwinkel-Erfassungsvorrichtung 1 gemäß dem elften Ausführungsbeispielweist ein Paar von Permanentmagneten 6 und 7,die jeweils eine flache hintere Oberfläche aufweisen, und ein Joch 4 auseiner rechteckigen Säuleauf. Das Paar der Permanentmagnete 6, 7 weisteine elliptische säulenförmige vordere(innere) Oberflächeund eine flache hintere Oberflächeauf, die an einer flachen Seitenoberfläche des Jochs 4 fixiertist. Die Permanentmagnete 6, 7 weisen eine minimaleradiale Dicke bei dem Umfangszentrumsabschnitt B1 und eine maximaleDicke bei den gegenüberliegendenUmfangsenden B2 auf. Zudem weist jeder des Paars der Permanentmagneteeine spurrillenförmigeAustiefung α beiseinem axialen Zentrum A1 auf. Das heißt, die Drehwinkel-Erfassungsvorrichtungweist sowohl Merkmale des ersten Ausführungsbeispiels als auch desachten Ausführungsbeispielsauf. Dementsprechend wird die magnetische Flussdichte des durchdie Magneterfassungsoberflächefließendenmagnetischen Flusses sogar konstant, wenn sich das Hall-Element 2 einwenig sowohl in der diametralen Richtung x als auch in der axialenRichtung z verschiebt.
    [0062] UnterBezugnahme auf 18A und 18B wird eine Drehwinkel-Erfassungsvorrichtunggemäß dem zwölften Ausführungsbeispielbeschrieben.
    [0063] DieDrehwinkel-Erfassungsvorrichtung 1 gemäß dem zwölften Ausführungsbeispiel weist ein Paarvon Permanentmagneten 6 und 7 auf. Jeder der Permanentmagnete 6, 7 weisteine multidimensionale Krümmungeiner Rundung A an der hinteren Oberfläche senkrecht zu der Achsez und eine multidimensionale Krümmungmit einer Rundung B an der vorderen Oberfläche senkrecht zu der Achsez auf. Beide multidimensionalen Krümmungen sind derart gebildet,dass die Kennlinie der magnetischen Flussdichte um das Hall-Element 2 herumim Allgemeinen flach ist, welches sich an der Achse x bei der Mitte derPermanentmagnete 6, 7 befindet.
    [0064] Jededer Rundungen A, B wird wie folgt ausgedrückt A =a1Xn + b1xn–1 B= a2Xn + b2Xn–1,wobei X einediametrale Längeder Permanentmagnete repräsentiert,und das Drehzentrum jeder Krümmungdas Hall-Element 2 ist.
    [0065] Dementsprechendwird die magnetische Flussdichte des durch die Magneterfassungsoberfläche fließenden magnetischenFlusses sogar konstant, wenn sich das Hall-Element ein wenig in der diametralenRichtung x verschiebt.
    [0066] Jederder Permanentmagnete 6, 7 kann eine multidimensionaleKrümmungmit einer Rundung C an der hinteren Oberfläche senkrecht zu der Achsex und eine multidimensionale Krümmungmit einer Rundung D an der vorderen Oberfläche senkrecht zu der Achsex aufweisen, wie in 18B gezeigt.Beide multidimensionalen Krümmungensind derart gebildet, dass die Kennlinie der magnetischen Flussdichteum das Hall-Element 2 herum im Allgemeinen flach ist.
    [0067] Jededer Rundungen C, D wird wie folgt ausgedrückt: C =a3Zn + b3Zn–1 D= a4Zn + b4qZn–1 wobei Z eine axialeLänge derPermanentmagnete repräsentiertund das Drehzentrum jeder Krümmung dasHall-Element 2 ist.
    [0068] Dementsprechendwird die magnetische Flussdichte des durch die Magneterfassungsoberfläche fließenden magnetischenFlusses sogar konstant, wenn sich das Hall-Element 2 ein wenig in der axialenRichtung z verschiebt.
    [0069] UnterBezugnahme auf 19A und 19B wird eine Drehwinkel-Erfassungsvorrichtunggemäß dem dreizehntenAusführungsbeispielbeschrieben.
    [0070] DieDrehwinkel-Erfassungsvorrichtung 1 gemäß dem dreizehnten Ausführungsbeispielweist ein Paar von Permanentmagneten 6 und 7 auf.Jeder der Permanentmagnete 6, 7 weist eine verschiedene multidimensionaleRundung E, F an der hinteren Oberfläche senkrecht zu der Achsez und verschiedene multidimensionale Rundungen G, H an der vorderenOberflächesenkrecht zu der Achse z auf. Die multidimensionalen Krümmungensind derart gebildet, dass die Kennlinie der magnetischen Flussdichte umdas Hall-Element 2 herumim Allgemeinen flach ist, auch wenn die jeweiligen Permanentmagneteungleichmäßig gebildetoder magnetisiert sind.
    [0071] DieseAnordnung ist auch effektiv, wenn die Permanentmagnete ohne dasJoch 4 Verwendung finden, welches eine Verteilung des magnetischen Flussesgleichförmiggestaltet.
    [0072] Jededer Rundungen E, F, G und H wird wie folgt ausgedrückt: E = a5Xn +b5Xn–1 F= a6Xn + b6Xn–1 G= a7 Xn + b7Xn H = a8Xn + b8Xn–1,wobeiX eine diametrale Längeder Permanentmagnete repräsentiert,und das Drehzentrum jeder Krümmungdas Hall-Element 2 ist.
    [0073] Jederder Permanentmagnete 6, 7 weist auch verschiedenemultidimensionale Rundungen I, J an der hinteren Oberfläche senkrechtzu der Achse x und verschiedene Rundungen K, L an der vorderen Oberfläche senkrechtzu der Achse x auf. Die multidimensionalen Krümmungen sind derart gebildet,dass die Kennlinie der magnetischen Flussdichte um das Hall-Element 2 herumim Allgemeinen flach ist, auch wenn die jeweiligen Permanentmagneteungleichmäßig gebildetoder magnetisiert sind. T = a9Zn + b9Zn–1 J = a10Zn +b10Zn–1 K= a11Zn + b11Zn–1 L= a12Zn + b12Zn–1 wobei Z eine axialeLänge derPermanentmagnete repräsentiert,und das Drehzentrum jeder Krümmung dasHall-Element 2 ist.
    [0074] Daherwird die Kennlinie der magnetischen Flussdichte um das Hall-Element 2 herumim Allgemeinen flach, auch wenn die jeweiligen Permanentmagneteungleichmäßig gebildetoder magnetisiert sind. Diese Anordnung ist auch effektiv, wenndie Permanentmagnete ohne das Joch 4 Verwendung finden,welches eine Verteilung der magnetischen Flussdichte gleichmäßig gestaltet.
    [0075] Beider vorangehenden Beschreibung der vorliegenden Erfindung wurdedie Erfindung unter Bezugnahme auf ihre spezifischen Ausführungsbeispieleoffenbart. Es wird jedoch offensichtlich sein, dass verschiedensteModifikationen und Änderungen derspezifischen Ausführungsbeispieleder vorliegenden Erfindung ohne eine Entfernung von dem Geltungsbereichder Erfindung vorgenommen werden können, wie er in den beigefügten Ansprüchen dargelegtist. Dementsprechend ist die Beschreibung der vorliegenden Erfindungeher in einem veranschaulichenden als einem beschränkendenSinn zu betrachten.
    [0076] EineDrehwinkel-Erfassungsvorrichtung für einen drehbaren Gegenstandumfasst einen Rotor und ein Paar von Permanentmagneten (6, 7)und einen Magnetdetektor (2), welcher an der Drehachse desdrehbaren Gegenstands angeordnet ist. Einer der Permanentmagnete(6, 7) weist eine sich in einer Umfangsrichtungerstreckende spurrillenförmige Austiefung(α, β) um denMagnetdetektor herum oder eine sich in axialer Richtung erstreckendeelliptische säulenförmige Oberfläche (γ) mit einemZentrumsabschnitt (B1) auf, der dicker als andere Abschnitte ist, umdie magnetische Flussdichte in der Nähe des Magnetdetektors (2)in einer axialen oder einer diametralen Richtung konstant zu machen.
    权利要求:
    Claims (18)
    [1] Drehwinkel-Erfassungsvorrichtung für einen drehbarenGegenstand, mit einem an dem drehbaren Gegenstand fixiertenRotor, welcher ein Magnetbauteil (6, 7) zum Zuführen eines magnetischenFlusses aufweist, und einem Magnetdetektor (2), deran der Drehachse des drehbaren Gegenstands angeordnet ist, zur Erfassungder magnetischen Flussdichte, wobei das Magnetbauteil (6, 7)eine an seinem Zentrumsabschnitt gebildete konkave Oberfläche (α, β, γ) aufweist,um einem Abschnitt um den Magnetdetektor herum einen magnetischenFluss mit gleichmäßiger magnetischerFlussdichte zuzuführen.
    [2] Drehwinkel-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetbauteil ein Paar von Permanentmagneten(6, 7) aufweist, die in Bezug auf ihre Drehachseeinander gegenüberliegendangeordnet sind, wobei das Paar von Permanentmagneten in radialenRichtungen magnetisiert ist, so dass sie eine verschiedene Polarität zueinanderaufweisen.
    [3] Drehwinkel-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 2,dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Permanentmagnet des Paarsvon Permanentmagneten (6, 7) eine sich im Umfangsbereicherstreckende spurrillenförmigeAustiefung (α, β) aufweist.
    [4] Drehwinkel-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 2oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Permanentmagnetdes Paars von Permanentmagneten (6, 7) eine sichaxial erstreckende elliptische säulenförmige Oberfläche (γ) mit einem Zentrumsabschnittaufweist, der dicker als andere Abschnitte ist.
    [5] Drehwinkel-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 2oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Permanentmagnet des Paarsvon Permanentmagneten (6, 7) eine sich in deraxialen Richtung erstreckende halbzylindrische innere und äußere Oberfläche aufweist.
    [6] Drehwinkel-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 2oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Permanentmagnet des Paarsvon Permanentmagneten (6, 7) eine Vielzahl vonin einer Umfangsrichtung ausgerichteten Magnetstücken (6, 6a, 7, 7a)aufweist.
    [7] Drehwinkel-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 2oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich jeder Permanentmagnetdes Paars von Permanentmagneten (6, 7) sowohlin axialer (z) als auch in diametraler Richtung (x) parallel zueinandererstreckt.
    [8] Drehwinkel-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 3,dadurch gekennzeichnet, dass die spurrillenförmige Austiefung (α, β) bei demZentrum der Permanentmagnete (6, 7) in ihrer axialenRichtung (z) angeordnet ist.
    [9] Drehwinkel-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 8,dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete (6, 7)außerbei der spurrillenförmigen Austiefung(α, β) flach sind.
    [10] Drehwinkel-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 4,wobei die elliptische säulenförmige Oberfläche (γ) bei einerradialen inneren Oberflächeder Permanentmagnete (6, 7) angeordnet ist.
    [11] Drehwinkel-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 3oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die spurrillenförmige Austiefung(α) beieiner radialen inneren Oberflächedes Paars von Permanentmagneten (6, 7) angeordnetist.
    [12] Drehwinkel-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 3oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die spurrillenförmige Austiefung(β) beieiner radialen äußeren Oberfläche desPaars von Permanentmagneten (6, 7) angeordnetist.
    [13] Drehwinkel-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 4,dadurch gekennzeichnet, dass die elliptische säulenförmige Oberfläche (γ) eine Oberfläche miteiner multidimensionalen Krümmungaufweist.
    [14] Drehwinkel-Erfassungsvorrichtung nach einem derAnsprüche3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die spurrillenförmige Austiefung(α, β) eine Oberfläche miteiner multidimensionalen Krümmung aufweist.
    [15] Drehwinkel-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 4oder 13, wobei die elliptische säulenförmige Oberfläche (γ) sowohlbei der radialen inneren als auch der radialen äußeren Oberfläche derPermanentmagnete (6, 7) angeordnet ist.
    [16] Drehwinkel-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 4,13 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die elliptische säulenförmige Oberfläche (γ) in Bezug aufdie Umfangszentrumslinie der Permanentmagnete (6, 7)asymmetrisch ist.
    [17] Drehwinkel-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 3,4, oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass verschiedene säulenförmige Oberflächen (γ) jeweils beider radialen inneren und äußeren Oberfläche der Permanentmagnete(6, 7) angeordnet sind.
    [18] Drehwinkel-Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 3,8, oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die spurrillenförmige Austiefung(α, β) multidimensionalgekrümmteOberflächenaufweist, die in Bezug auf die axiale Zentrumslinie der Permanentmagnete (6, 7)asymmetrisch sind.
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    同族专利:
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    US7148680B2|2006-12-12|
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2011-01-20| 8139| Disposal/non-payment of the annual fee|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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