DE69938221T220090319

*DE69938221T220090319*
(19)
Bundesrepublik Deutschland
Deutsches Patent- und Markenamt
(12)
(10)
DE 699 38 221 T2 2009.03.19
Übersetzung der europäischen Patentschrift
G01D 5/14 (2006.01)
(97) EP 1 016 852 B1
(21) Deutsches Aktenzeichen: 699 38 221.1
(96) Europäisches Aktenzeichen: 99 125 788.2
(96) Europäischer Anmeldetag: 23.12.1999
(97) Erstveröffentlichung durch das EPA: 05.07.2000
(97) Veröffentlichungstag
der Patenterteilung beim EPA: 27.02.2008
(47) Veröffentlichungstag im Patentblatt: 19.03.2009
(51) Int Cl.8:
(30) Unionspriorität:
223943
(74) Vertreter:
G. Koch und Kollegen, 80339 München
31.12.1998
US
(73) Patentinhaber:
PacSci Motion Control, Inc., Wilmington, Mass.,
US
G01D 5/16 (2006.01)
(84) Benannte Vertragsstaaten:
DE, FR, GB, IT
(72) Erfinder:
Yundt, George B., Cambridge, MA 02139, US
(54) Bezeichnung: Positionssensor
Anmerkung: Innerhalb von neun Monaten nach der Bekanntmachung des Hinweises auf die Erteilung des europäischen Patents kann jedermann beim Europäischen Patentamt gegen das erteilte europäische Patent Einspruch
einlegen. Der Einspruch ist schriftlich einzureichen und zu begründen. Er gilt erst als eingelegt, wenn die Einspruchsgebühr entrichtet worden ist (Art. 99 (1) Europäisches Patentübereinkommen).
Die Übersetzung ist gemäß Artikel II § 3 Abs. 1 IntPatÜG 1991 vom Patentinhaber eingereicht worden. Sie wurde
vom Deutschen Patent- und Markenamt inhaltlich nicht geprüft.
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Beschreibung
Gebiet der Erfindung
[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf
magnetische Positions-Codierer oder Stellungsgeber
und insbesondere auf magnetische Positions-Codierer, die mechanisch geformte, ein Magnetfeld erzeugende Scheiben verwenden, um das resultierende
Magnetfeld-Muster zu optimieren.
Hintergrund der Erfindung
[0002] Viele Anwendungen erfordern eine momentane Information bezüglich der Linear- oder Winkelposition eines Elementes relativ zu einem anderen.
Beispielsweise ist es in vielen Fällen wünschenswert,
die Position einer rotierenden Welle bezüglich eines
festen Bezugspunktes zu messen, wie z. B. eines
Stators, der die Wellen-Lager trägt. Vorrichtungen,
die eine derartige Winkelposition messen, sind in der
Technik gut bekannt und schließen Resolver, optische Codierer, magnetische Codierer, Drehpotentiometer und andere Vorrichtungen ein. Derartige Vorrichtungen, die beispielsweise als Positions-Codierer
oder Positions-Messvorrichtungen bekannt sind, stellen alle verschiedene wirtschaftliche und Betriebsleistungs-Kompromisse dar. Insbesondere sind die
am wenigsten aufwändigen, eine hohe Auflösung
aufweisenden Positions-Messeinrichtungen typischerweise inkremental, im Gegensatz zu absolut.
Eine inkrementale Positions-Messvorrichtung ist
durch die Tatsache gekennzeichnet, dass sie lediglich Positions-Information bezüglich eines beweglichen Teils in Form einer quantisierten Änderung gegenüber der vorhergehenden Position erzeugt. Die
Auflösung der Vorrichtung ist durch die kleinste Menge der Positions-Änderung definiert, die die Messvorrichtung anzeigen kann (das heißt einen Winkelschritt für eine Drehungs-Messvorrichtung oder einen
linearen Schrittwert für eine lineare Messvorrichtung). Derartige Vorrichtungen beinhalten typischerweise zugehörige Elektronikeinrichtungen, die externe Leistung erfordern. Sobald Leistung an die zugehörige Elektronik einer inkrementalen Positions-Messvorrichtung angelegt wird, kann die Vorrichtung mit der Erzeugung einer inkrementalen Positions-Information beginnen.
[0003] Unter Verwendung geeigneter Schnittstellen-Elektroniken (beispielsweise eines Akkumulators) können derartige Sensoren verfolgen, wie weit
sich das bewegliche Teil bewegt hat, seitdem eine externe Leistung angelegt wurde, doch ist die absolute
Position unbekannt, weil die Vorrichtung keine Information bezüglich der Position des beweglichen Teils
zum Zeitpunkt des Anlegens der Leistung hat.
[0004] Bekannte Absolut-Positions-Messvorrichtungen arbeiten durch Erzeugen eines Magnetfeldes,
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das gegenüber dem beweglichen Teil festgelegt ist,
und Messen des Magnetfeldes an einer festen Bezugsposition (relativ zu dem beweglichen Teil), während sich der bewegliche Teil über seinem Bewegungbereich bewegt. Bei derartigen Absolut-Positions-Messvorrichtungen zur Messung der Winkelposition einer drehbaren Welle wird das Magnetfeld
durch eine permanentmagnetische Scheibe erzeugt,
die fest an der Welle befestigt ist. Der ortsfeste Sensor erzeugt ein diskretes Ausgangssignal an den Maxima des erfassten Magnetfeldes. Idealerweise ist
die von dem ortsfesten Sensor erfasste Feld-Änderung sinusförmig, wobei die Maxima an den Polen
der magnetisierten Scheibe auftreten. Ein Nachteil
einer derartigen Messvorrichtung besteht darin, dass
das sinusförmige Feld, das an dem ortsfesten Sensor
erfasst wird, dazu neigt, verzerrt zu sein, das heißt
die erfasste Schwingungsform schließt Harmonische
höherer Ordnung zusätzlich zu der gewünschten
Grundwellen-Sinusform ein. Diese Verzerrung führt
einen Fehler in den Schätzwert der Position ein.
[0005] Die
Dokumente
GB-A-2
143
328,
DE-A-3339162 und US-A-55159268 beschreiben
Drehstellungs-Messvorrichtungen. Die WO97/35793
beschreibt einen Näherungssensor, und die
US-A-5363034 beschreibt einen Positions-Detektor.
[0006] Es ein Ziel dieser Anmeldung, einen Positions-Codierer zu schaffen, der die oben erwähnten
Nachteile im Wesentlichen beseitigt oder verringert,
während er gleichzeitig andere Vorteile ergibt, die
nachfolgend ersichtlich werden.
Zusammenfassung der Erfindung
[0007] Die vorliegende Erfindung ist eine Vorrichtung zur Anzeige der momentanen Position eines beweglichen Teils, der entlang eines Bewegungsbereiches bezüglich einer Bezugsposition beweglich ist.
Die Vorrichtung schließt einen Magnet-Körper ein,
der fest an dem beweglichen Teil befestigt ist. Der
Körper hat eine konturierte Oberfläche und erzeugt
ein Magnetfeld. Die Vorrichtung schließt weiterhin zumindest zwei Magnetfeld-Sensoren ein. Jeder der
Sensoren ist benachbart zu der konturierten Oberfläche des Magnet-Körpers angeordnet, bezüglich der
Bezugsposition festgelegt und in Abstand von dem
anderen Sensor derart angeordnet, dass ein ungleichförmiger Spalt zwischen der konturierten Oberfläche und jedem der Magnetfeld-Sensoren gebildet
wird. Jeder der Sensoren erzeugt ein positionsabhängiges Signal, das dem Wert des Magnetfeldes
entspricht. Die Vorrichtung schließt weiterhin eine
Decodierschaltung ein, die elektrisch mit jedem der
Magnetfeld-Sensoren gekoppelt ist, um jedes der positionsabhängigen Signale zu empfangen. Die Decodierschaltung erzeugt ein positionsabhängiges Signal, das eine vorgegebene Funktion der positionsab-hängigen Signale des Magnetfeld-Sensors ist.
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[0008] Bei einer bevorzugten Ausführungsform
schließen die Magnetfeld-Sensoren zumindest zwei
Sätze von Magnetfeld-Sensoren ein, um elektrisch
redundante positionsabhängige Signale zu liefern.
[0009] Bei einer anderen Ausführungsform ist der
Spalt so bemessen, dass er sich als eine periodische
nicht-gleichförmige Funktion zwischen gmax und gmin
ändert und eine invers sinusförmige Komponente
aufweist.
[0010] Bei einer anderen Ausführungsform ist der
ungleichförmige Spalt so zugeschnitten, dass er eine
sinusförmige Änderung mit der Position des beweglichen Teils gegenüber dem Bezugspunkt erzeugt.
[0011] In einer Ausführungsform ist der Magnet-Körper aus der Gruppe ausgewählt, die aus einem Permanentmagneten, einem Elektromagneten,
einem einen hohen mu-Wert aufweisenden Material
oder nicht-magnetischen Materialien oder einer Kombination hiervon besteht.
[0012] In einer weiteren Ausführungsform ist der
Magnet-Körper drehbar und schließt N Magnetpole
ein, worin N vorzugsweise eine ganze Zahl ist, die
geradzahlig durch vier teilbar ist, so dass redundante
Magnetfeld-Sensoren eingefügt werden können.
[0013] Bei einer weiteren Ausführungsform sind der
bewegliche Teil und der Magnet-Körper kombiniert,
um ein einziges Magnet-Element einzuschließen.
[0014] In einer weiteren Ausführungsform schließt
jeder der Magnetfeld-Sensoren weiterhin zumindest
eine Einstellschraube ein, die im Wesentlichen benachbart zu dem Magnetfeld-Sensor angeordnet ist,
um mit dem Magnetfeld in Wechselwirkung zu treten.
Die positionsabhängige Signalamplitude ändert sich
als eine vorgegebene Funktion eines relativen Abstandes von dem Magnetfeld-Sensor zu der Einstellschraube. Die Einstellschraube schließt ein eine
hohe magnetische Permeabilität aufweisendes Material ein.
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lich der Drehachse angeordnet.
[0017] Bei einer weiteren Ausführungsform schließt
die Vorrichtung zwei Sätze von drei Magnetfeld-Sensoren ein, die unter Winkelintervallen von im Wesentlichen gleich 120 Grad angeordnet sind.
[0018] Bei einer weiteren Ausführungsform schließt
der bewegliche Teil ein langgestrecktes Objekt ein,
das entlang einer geradlinigen Achse beweglich ist.
Das langgestreckte Objekt hat zumindest eine Außenoberfläche, die im Wesentlichen parallel zu der
geradlinigen Achse ist, und die Magnetfeld-Sensoren
sind entlang der Außenoberfläche unter im Wesentlichen gleichen radialen Abständen bezüglich der geradlinigen Achse angeordnet.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
[0019] Die vorstehenden und andere Ziele der Erfindung, die verschiedenen Merkmale hiervon sowie die
Erfindung selbst können vollständiger aus der folgenden Beschreibung verstanden werden, wenn sie zusammen mit den beigefügten Zeichnungen gelesen
wird, in denen:
[0020] Fig. 1A eine schematische Endansicht einer
bevorzugten Ausführungsform eines verbesserten
Winkelpositions-Codierers zeigt;
[0021] Fig. 1B eine schematische Seitenansicht der
Ausführungsform nach Fig. 1A zeigt;
[0022] Fig. 2 eine schematische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines verbesserten linearen Positions-Codierers zeigt;
[0023] Fig. 3A eine schematische Endansicht einer
bevorzugten Ausführungsform eines verbesserten
Winkelpositions-Codierers zeigt; und
[0024] Fig. 3B eine schematische Seitenansicht der
Ausführungsform nach Fig. 3A zeigt.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
[0015] In einer weiteren Ausführungsform schließen
die Magnetfeld-Sensoren lineare Hall-Effekt-Sensoren ein.
[0016] In einer weiteren Ausführungsform schließt
der bewegliche Teil eine um eine Drehachse drehbare Welle und eine Scheibe ein, die einen Außenumfang aufweist, der durch einen ungleichförmigen Radius definiert ist. Die Scheibe ist fest an der Welle an
dem Scheiben-Mittelpunkt befestigt, so dass sich die
Scheibe in einer Ebene dreht, die im Wesentlichen
unter einem rechten Winkel zur Drehachse steht. Der
Magnet-Körper ist fest an der Scheibe befestigt, und
die Magnetfeld-Sensoren sind um den Außenumfang
herum an im Wesentlichen gleichen Radien bezüg-
[0025] Die Erfindung ist auf einen verbesserten Positions-Codierer gerichtet, der von dem Anmelder
auch als der "G-Codierer" bezeichnet wird. Die
Fig. 1A und Fig. 1B zeigen orthogonale schematische Ansichten einer bevorzugten Ausführungsform
eines verbesserten Positions-Codierers 100, der zur
Messung der Winkelposition eines Objektes gegenüber einer festen Bezugsposition (beispielsweise einem Drehwinkel von θM = 0) verwendet werden kann
und eine Welle 102, eine geformte Scheibe 104, die
fest an der Welle 102 befestigt ist, einen Magnetfeld-Sensorring 106 konzentrisch zu der Scheibe 104
und der Welle 102 und eine Decodierschaltung 107
einschließt, die elektrisch mit dem Sensorring 106
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gekoppelt ist. Der Sensorring 106 ist fest an dem Statorgehäuse 108 über Ringbefestigungs-Halterungen
110 befestigt. Das Statorgehäuse 108 haltert die Lager 112, die die Welle 102 drehbar an dem Statorgehäuse 108 befestigen.
[0026] Die auf der Welle 102 befestige Scheibe 104
schließt eine Scheibe aus magnetischem Material
ein, die eine vorgegebene Magnetfeld-Charakteristik
hat. Diese Magnetfeld-Charakteristik kann ein im Wesentlichen konstantes Magnetfeld einschließen, das
beispielsweise durch einen Permanentmagneten
oder einen Leiter erzeugt wird, der einen Gleichstrom
führt. Alternativ kann die vorgegebene Magnetfeld-Charakteristik ein Magnetfeld einschließen, das
eine sich zeitlich ändernde Amplitude aufweist, die
sich in einer vorgegebenen Weise ändert, beispielsweise in Form einer sinusförmigen Amplitudenmodulation, während sich die Welle dreht. Bei einer Ausführungsform ist die Magnetmaterial-Scheibe 104
vollständig aus einem von verschiedenen Permanentmagnet-Materialien oder einer Kombination hiervon hergestellt, die dem Fachmann bekannt sind. Bei
alternativen Ausführungsformen schließt die Magnetmaterial-Scheibe 104 einen Permanentmagneten, einen Elektromagneten, ein einen hohen mu-Wert aufweisendes Material (das heißt ein Material mit einer
relativ hohen magnetischen Permeabilität) oder
nicht-magnetische Materialien, oder eine Kombination hiervon ein (beispielsweise für eine Nabe zur Befestigung der Scheibe auf der Welle). Bei einer weiteren Ausführungsform geht das Magnetfeld von einem
Elektromagneten aus, der synchron von einer sinusförmigen Quelle angesteuert wird, um ein amplitudenmoduliertes Magnetfeld zu erzeugen. In allen diesen bevorzugten Ausführungsformen erzeugt die
Scheibe 104 ein Magnetfeld, das sich räumlich bezüglich des Wellen-Drehwinkels θ ändert. In Fig. 1 ist
das von der Scheibe 104 erzeugte Magnetfeld radial
bezüglich der Drehachse 114 der Welle ausgerichtet.
Bei einer alternativen Ausführungsform können die
Welle 102 und die Scheibe 104 kombiniert oder integriert werden, um eine einzige Komponente zu bilden, die ein Magnetfeld erzeugt.
[0027] Der Magnetfeld-Sensor-Ring 106 schließt
eine Anzahl von Magnetfeld-Sensoren 116 ein, die
um die Welle 102 herum verteilt sind. Die Magnetfeld-Sensoren 116 messen linear den Wert des Magnetfeldes, das von der Magnetmaterial-Scheibe 104
erzeugt wird. Bei der zu Erläuterungszwecken dienenden Ausführungsform nach Fig. 1 misst jeder der
sechs unabhängigen Magnetfeld-Sensoren 116 die
radiale Komponente des Magnetfeldes, das von der
Scheibe 104 erzeugt wird, und er unterdrückt im Wesentlichen Komponenten des Magnetfeldes orthogonal zu der radialen Komponente. In einer bevorzugten Ausführungsform schließen die Magnetfeld-Sensoren 116 lineare Hall-Effekt-Typ-Sensoren ein, obwohl alternative Ausführungsformen andere Mag-
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net-Sensoren einschließen können, die dem Fachmann bekannt sind.
[0028] Die drehbare Eigenart der in Fig. 1 gezeigten
Struktur führt dazu, dass das Ausgangssignal von einem vorgegebenen Magnetfeld-Sensor als eine
Funktion des Drehwinkels θM periodisch ist. Irgendeine periodische Funktion kann in ihre harmonischen
Ausdrücke über eine Fourier-Serie zerlegt werden,
die nachfolgend für eine Bezugnahme wiederholt
wird:
[0029] Der Ausgang der anderen Magnetfeld-Sensoren würde in idealer Weise durch YA1(θM – θ0) gegeben sein, wobei θ0 durch den Winkelabstand zwischen den Magnetfeld-Sensoren bestimmt ist.
[0030] Um zu erläutern, wie die in Fig. 1 gezeigte
Ausführungsform der Erfindung den mechanischen
Wellen-Winkel misst, sei angenommen, dass lediglich zwei Magnetfeld-Sensoren auf dem Sensor-Ring
106 angeordnet sind, die um 45 mechanische Grade
voneinander getrennt sind, anstelle von 6 Magnetfeld-Sensoren 116, die um den Sensor-Ring 106 herum unter Intervallen von 60 mechanischen Graden
angeordnet sind, wie dies gezeigt ist. Dann sind unter
der Annahme einer geeigneten Magnetmaterial-Scheiben-Magnetisierung und Luftspalt-Form die
Ausgangssignale der zwei Sensoren durch Folgendes gegeben:
YA1(θM) = Acos(2θM)
YA2(θM) = Asin(2θM)
[0031] Der Winkel θ wird einfach bestimmt, wenn
sowohl der Cosinus als auch der Sinus von θ bekannt
sind. Daher ist es für ein System mit zwei Magnetfeld-Sensoren möglich, 2θM eindeutig zu bestimmen,
das heißt die Absolut-Winkelstellung der Welle innerhalb einer halben mechanischen Umdrehung zu bestimmen. Schaltungen zur Durchführung dieser
Funktion innerhalb der Decodierschaltung 107 sind
zur Schnittstellenverbindung von Resolvern gut bekannt, die das oben angegebene Cosinus-Sinus-Ausgangssignal-Format haben, jedoch mit der
Ausnahme, dass die Amplitude durch ein Trägersignal moduliert ist. Das US-Patent 5 162 798 mit dem
Titel RESOLVER TO DIGITAL CONVERTER, erfunden von Yundt, beschreibt ein Beispiel einer derartigen Winkel-Umwandlungs-Vorrichtung.
[0032] Es sei bemerkt, dass die Sensor-Ausgangssignale YAx (worin x = 1, 2, usw. ist) nicht rein sinusförmig sein müssen. Eine Decodierschaltung 107
könnte für irgendeine a priori gemessene magnetische Schwingungsform konstruiert werden, solange
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die verallgemeinerte Funktion des Ausgangssignals
aller der Magnetfeld-Sensoren zusammen eine einzelwertige Funktion der Position ist. Der reine Sinusform-Fall ist in der zu Erläuterungszwecken dienenden Ausführungsform gezeigt, weil er einer der magnetischen Schwingungsformen ist, die einfacher zu
decodieren sind. In einer anderen Ausführungsform
könnte das Sensor-Ausgangssignal die Form einer
Dreieck-Schwingung aufweisen, beispielsweise das
gemessene Magnetfeld linear von minus B0 auf plus
B0 über 180 elektrische Grade und umgekehrt über
die nächsten 180 elektrische Grade ändern.
[0033] Wenn das gewünschte Ergebnis eine reine
Sinusform ist und das resultierende Ausgangssignal
von dem Magnetfeld-Sensor eine gewisse Verzerrung hat, so können zusätzliche Magnetfeld-Sensoren verwendet werden, um diese Verzerrung teilweise zu kompensieren. Es sei der in Fig. 1A gezeigte
Fall betrachtet, der drei Magnetfeld-Sensoren 116
(HA1, HA2 und HA3) einschließt, die unter Intervallen
von 120 elektrischen Graden angeordnet sind. (Es
sei darauf hingewiesen, dass weil die Scheibe 104 einen Magnetpol alle 90 mechanische Grade einschließt, ein mechanisches Grad zwei elektrischen
Graden für eine Winkelmessung um die Drehachse
140 bezüglich eines festen Bezugspunktes entspricht. Somit ist die Anbringung der Magnetfeld-Sensoren 116 um die Scheibe unter Intervallen
von 120 elektrischen Graden äquivalent zu der Anbringung der Magnetfeld-Sensoren um die Scheibe
herum unter Intervallen von 60 mechanischen Graden). Wenn die YAx-Ausgangssignale rein sinusförmig mit einer Verzerrung durch eine dritte Harmonische sind, so kann bei Betrachtung an dem Leitungs-Leitungs-Ausgangssignal (das heißt des Differenzsignals zwischen irgendwelchen zwei Sensoren)
der Ausdruck der Verzerrung durch die dritte Harmonische kompensiert werden. Beispielsweise sei YA1 –
YA2 für die Scheibenform und die Sensor-Anbringung
nach Fig. 1A betrachtet:
YA1(θM) – YA2(θM) = [Acos(2θM) + Bsin(6θM)] –
{Acos[2(θM + 2π/3)] + Bsin[6(πθM + 2π/3)]}
= [Acos(2θM) + Bsin(6θM)] – {Acos[2(θM + 2π/3)] +
Bsin[6θM + 4π}
= Acos(2θM) – Acos[2(θM + 2π/3)]
[0034] Somit wird der Ausdruck für die Verzerrung
durch die dritte Harmonische für ein Leitungs-Leitungs-Signal aufgehoben. Tatsächlich kann irgendein
Verzerrungs-Ausdruck, der eine harmonische Ordnungszahl darstellt, die durch drei teilbar ist, durch
diese Technik kompensiert werden. Allgemeiner unterdrückt für zwei Magnetfeld-Sensoren, die in einem
Abstand von 2π/N elektrischen Graden voneinander
angeordnet sind, wobei N eine ganze Zahl ist, das
Leitungs-Leitungs-Ausgangssignal jeden harmonischen Verzerrungs-Ausdruck, der ein ganzzahliges
Vielfaches von N ist. Es sei darauf hingewiesen, dass
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eine Betrachtung der Sensoren Leitung für Leitung
weiterhin den Vorteil hat, dass dies sehr stark zur Unterdrückung irgendwelcher Gleichtakt-Störungen beiträgt, die in das Signal über das Kabel zwischen den
Magnetfeld-Sensoren 116 und der zugehörigen Decodier-Elektronik 107 injiziert werden könnten.
[0035] Die in Fig. 1A gezeigten sechs Magnetfeld-Sensoren 116 sind unter dem gleichen radialen
Abstand von der Welle angeordnet, und sie sind unter gleichen Intervallen von 60 mechanischen Graden um den Umfang der Scheibe 104 herum angeordnet. Diese sechs Magnetfeld-Sensoren 116 sind
in zwei Gruppen von drei unterteilt, die drei auf der
rechten Seite von Fig. 1A (HA1, HA2 und HA3) und die
drei auf der linken Seite der Fig. 1A (HB1, HB2 und HB3)
bilden diese zwei Gruppen. Jede dieser Gruppen bildet einen vollständig funktionsfähigen Sensor-Ausgang, der zur Bestimmung der absoluten Winkelposition der Welle innerhalb einer Hälfte einer vollständigen mechanischen Umdrehung verwendet werden
kann. Die dualen elektrischen Ausgangssignale von
den zwei Sätzen von Sensoren dieser Ausführungsform ergeben eine Redundanz, die zur Bildung eines
eine hohe Zuverlässigkeit aufweisenden Systems
verwendet werden kann. Zusätzlich ermöglicht die
Verwendung von drei Magnetfeld-Sensoren 116 in jeder Gruppe anstelle der minimalen Notwendigkeit
von zwei Sensoren pro Gruppe eine Redundanz innerhalb des Satzes. Für ein vollständig funktionsfähiges System bilden die drei Magnetfeld-Sensor-Ausgangssignale von jeder Gruppe einen symmetrischen Dreiphasen-Schwingungsform-Satz, und die
Summe der drei Signale YA1 + YA2 + YA3 sollte gleich
0 sein. Eine von Null abweichende Summe kann von
der Decodierschaltung 107 interpretiert werden, um
eine fehlerhafte Hardware festzustellen.
[0036] Das Ziel der magnetischen Konstruktion der
Magnetmaterial-Scheibe 104 und der geometrischen
Anordnung der Magnetfeld-Sensoren 116 besteht in
der Erzeugung der gewünschten Funktion Y(θM) an
dem Ausgangssignal der Magnetfeld-Sensoren 116.
Es ist theoretisch möglich, mit einer ausreichend
komplexen Magnetisierungs-Anordnung und einem
Magnetisierungs-Prozesses das Magnetfeld einer einen gleichförmigen Radius aufweisenden Permanentmagnet-Materialscheibe 104 vollständig nach
Wunsch auszugestalten. Eine derartige Magnetisierungs-Struktur-Konstruktion kann jedoch extrem
kompliziert sein, und der Magnetisierungs-Prozess
kann ziemlich veränderlich und schwer zu kontrollieren sein, wodurch sich ungleichförmige Ergebnisse
ergeben. Bei einer Ausführungsform der Erfindung
wird die Magnetisierungs-Struktur-Konstruktion vereinfacht und die Prozess-Veränderlichkeiten werden
durch Einfügen eines veränderlichen Luftspaltes zwischen der Magnetmaterial-Scheibe 104 und den Magnetfeld-Sensoren 116 als eine andere Möglichkeit
zum Kontrollieren der Form des Magnetfeldes verrin-
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gert.
res magnetisch permeables Material einschließen.
[0037] Für den einfachen Fall einer Magnetmaterial-Scheibe 104, die einen Permanentmagneten einschließt, wobei die gewünschte Funktion Y(θM) sinusförmig ist, ist es zweckmäßig, den radialen Luftspalt
zwischen der Kante der Magnetmaterial-Scheibe und
dem Magnetfeld-Sensor so auszulegen, dass der inverse Wert des radialen Luftspalt-Abstandes eine
sich sinusförmig ändernde Komponente einschließt.
Diese inverse Beziehung ergibt sich aus dem
Wunsch, eine sich sinusförmig ändernde Komponente in der Luftspalt-Permeabilität zu haben, sowie aus
der Tatsache, dass die magnetische Permeabilität
umgekehrt proportional zum Luftspalt-Abstand ist. Es
werden die nachfolgenden Ausdrücke wie folgt definiert:
[0041] Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform eines verbesserten Positionscodierers 200. Die Ausführungsform nach Fig. 2 kann zur Messung der linearen Position eines Objektes bezüglich einer festen
Bezugsposition (beispielsweise einem Positions-Offset-Abstand dM = 0) verwendet werden und schließt
ein langgestrecktes Objekt 202, das entlang einer linearen Achse 204 beweglich ist, eine Sensor-Baugruppe 206 und eine Decodierschaltung 208 ein, die
elektrisch mit der Sensor-Baugruppe verbunden ist.
Das langgestreckte Objekt schließt eine aus magnetischem Material bestehende Komponente 210 ein,
die eine vorgegebene Magnetfeld-Charakteristik aufweist. Diese Magnetfeld-Charakteristik kann ein im
Wesentlichen konstantes Magnetfeld einschließen,
das beispielsweise durch einen Permanentmagneten
oder einen Leiter erzeugt wird, der einen Gleichstrom
führt.
R0
P
g(θM)
RM(θM)
gmin
gmax
--> radialer Abstand von der Welle zu den
Magnetfeld-Sensoren
--> Anzahl der Magnetpol-Paare
--> Luftspalt-Abstand von der Magnetmaterial-Scheibenoberfläche zu dem Magnetfeld-Sensor
--> Radius der Magnetmaterial-Scheibe
--> minimaler Luftspalt
--> maximaler Luftspalt.
[0038] Dann ist der Luftspalt-Abstand wie folgt:
g(θM) = (2 gmin gmax)/{(gmax – gmin)sin(PθM) + (gmax +
gmin)}
g(–π/2) = gmax
g(0) = (2 gmin gmax)/{(gmax + gmin)
g(–π/2) = gmin
[0039] Der Radius der Magnetmaterial-Scheibe ist
lediglich der Magnetfeld-Sensor-Radius abzüglich
des Luftspalt-Abstandes, das heißt:
RM(θM) = R0 – g(θM)
[0040] Wenn der gewünschte Magnetfeld-Sensor-Radius R0 konstant gehalten wird, wiederholen
sich die minimalen und maximalen Spalt-Werte dann,
bis das resultierende Feld die gewünschte sinusförmige Form und Schwingung zeigt. Die Magnetisierungs-Struktur für diese Magnetmaterial-Scheibe
würden P gekreuzte Solenoid-Felder sein. Bei einer
anderen Ausführungsform kann der Magnetkreis
durch einen Rückführungspfad konzentrisch zu der
Welle und unter einem größeren Radius als die Magnetfeld-Sensoren geschlossen werden, um die Magnetfeldstärke zu vergrößern und die relative Wirkung
der Luftspalt-Änderung mit der Position stärker zu
machen. Der Rückführungspfad kann ein einen hohen mu-Wert aufweisendes Material oder ein ande-
[0042] Alternativ kann die vorgegebene Feldcharakteristik ein Magnetfeld einschließen, das eine sich
zeitlich ändernde Amplitude aufweist, die sich in einer
vorgegebenen Weise ändert, beispielsweise mit einer sinusförmigen Amplitudenmodulation. Bei einer
Ausführungsform ist die aus magnetischem Material
bestehende Komponente 210 vollständig aus einem
oder mehreren Permanentmagnet-Materialien, die
dem Fachmann bekannt sind, oder einer Kombination hiervon hergestellt. Bei alternativen Ausführungsformen schließt die aus magnetischem Material bestehende Komponente 210 einen Permanentmagneten, einen Elektromagneten, ein einen hohen
mu-Wert aufweisendes Material (das heißt ein Material mit einer relativ hohen magnetischen Permeabilität) oder nichtmagnetische Materialien oder eine
Kombination hiervon ein (beispielsweise für eine
Nabe zur Befestigung der Scheibe auf der Welle). Bei
einer anderen Ausführungsform hat das Magnetfeld
seinen Ursprung in einem Elektromagneten, der synchron durch eine sinusförmige Quelle angesteuert
wird, um ein amplitudenmoduliertes magnetisches
Feld zu erzeugen. Bei einer zusätzlichen Ausführungsform können das lang gestreckte Objekt 202
und die aus magnetischem Material bestehende
Komponente kombiniert oder integriert sein, um eine
einzige bewegliche Komponente zu bilden, die ein
magnetisches Feld erzeugt. Bei allen den bevorzugten Ausführungsformen erzeugt die aus magnetischem Material bestehende Komponente 210 ein
Magnetfeld, das sich räumlich bezüglich der linearen
Offsetposition dM des lang gestreckten Objektes 202
entlang der linearen Achse 204 ändert. In Fig. 2 ist
das durch die aus magnetischem Material bestehende Komponente 210 erzeugte Magnetfeld in einer
Richtung im Wesentlichen unter einem rechten Winkel zur linearen Achse 204 ausgerichtet.
[0043] Wie bei dem rotierenden Beispiel nach Fig. 1
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ist das magnetische Material so geformt, dass es den
Luftspalt zwischen dem magnetischen Material und
dem Magnetfeld-Sensor ändert, während sich das
lang gestreckte Objekt 202 bewegt, so dass die von
dem Magnetfeld-Sensor gemessene Magnetfeld-Form mit größerer Genauigkeit und Vorhersagbarkeit kontrolliert werden kann, als über eine konventionelle Magnetisierungs-Struktur. Ähnlich wie bei
dem rotierenden Beispiel nach Fig. 1 schließt die geradlinige oder lineare Form der Erfindung mehrere
Magnetfeld-Sensoren 211 ein, die entlang der Sensor-Baugruppe 206 unter Intervallen von weniger als
180 elektrischen Graden verteilt und an einer Sensor-Offset-Position 214 angeordnet sind. Die Decodierschaltung 208 empfängt die positionsabhängigen
Signale von den Ausgängen der Magnetfeld-Sensoren 211 und verarbeitet die positionsabhängigen Signale zur Ableitung der linearen Positionsinformation
in einer Weise, die analog zu der ist, wie sie vorstehend für das rotierende Beispiel nach Fig. 1 beschrieben wurde.
[0044] Fig. 2 zeigt weiterhin eine einfache Art und
Weise zur Korrektur von Änderungen der Ausgangsamplituden der Magnetfeld-Sensoren. Eine
Änderung der Ausgangsamplituden zwischen den
Magnetfeld-Sensor-Ausgangssignalen kann durch
Mängel in dem Skalierungsfaktor des Magnetfeld-Sensors oder durch Änderungen des Abstandes
zwischen dem Magnetfeld-Sensor und dem magnetischen Körper hervorgerufen werden. Obwohl dies
hier lediglich für den linearen Fall gezeigt ist, kann
dieses Korrekturverfahren auch für die Anwendung
mit einem rotierenden Positionscodierer verwendet
werden. Eine hohe magnetische Permeabilität aufweisende einstellbare Stopfen oder Schrauben 212
(die nachfolgend als "H-Einstellschrauben" bezeichnet werden), die aus einem eine hohe Permeabilität
aufweisenden Material hergestellt sind, wie es dem
Fachmann bekannt ist, wie z. B. aus Eisen, Stahl, Kobalt, Nickel, Ferritmaterialien, mu-Metall, verschiedene Legierungen oder Kombinationen hiervon, sind
hinter den Magnetfeld-Sensoren in einer Linie mit
dem gemessenen Feld angeordnet. Wenn ein bestimmtes Sensor-Ausgangssignal niedriger als gewünscht ist, so wird die Schraube 212 so eingestellt,
dass sie näher an der Rückseite des Sensors angeordnet ist, so dass die Schraube 212 die Magnetflussdichte an diesem Sensor vergrößert. Wenn ein
bestinmmtes Sensor-Ausgangssignal höher als gewünscht ist, so wird die Schraube 212 so eingestellt,
dass sie weiter von der Rückseite des Sensors entfernt ist, so dass die Schraube 212 die Magnetflussdichte an diesem Sensor verringert. Die Verstärkungsänderung, die durch den nicht idealen Magnetfeld-Sensor hervorgerufen wird, kann über eine elektronische Kalibrierung in der Sensor-Baugruppe 206
oder in der Decodierschaltung 208 gemildert werden.
Die Korrektur der Verstärkung an der Magnetfeld-Sensor-Baugruppe 206 über eine elektronische
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Kalibrierung ist jedoch typischerweise aufwändiger
als die H-Einstellschrauben, die bei dieser Ausführungsform gezeigt sind, und eine Korrektur der Verstärkungsänderung in der Decodierschaltung 208 erfordert, dass die Sensor-Baugruppe 206 und die Decodierschaltung 208 zusammen kalibriert werden.
Die Verwendung der H-Einstellschrauben oder des
elektronischen Abgleichs der Magnetfeld-Sensor-Baugruppe 206 ermöglicht es, dass Sensoren
und Decodierer sehr einfach gewechselt werden können und dass dennoch die ausgewechselten Sätze
kalibriert sein können.
[0045] Es können sich weiterhin Messfehler ergeben, die durch eine fehlerhafte Position der Magnetfeld-Sensoren in einer Richtung parallel zu der Relativbewegung hervorgerufen werden, das heißt unter
einem rechten Winkel zu dem Magnetspalt. In Fig. 2
tritt dieser Fehler auf, wenn der Abstand zwischen
zwei Sensoren nicht einem Viertel der Steigung zwischen aufeinander folgenden Nordpolen entspricht.
in Fig. 1 tritt dieser Fehler auf, wenn der Winkelabstand zwischen aufeinander folgenden Sensoren nicht
exakt 120 elektrische Grade ist.
[0046] Es sei nunmehr der in Fig. 1 gezeigte Fall
betrachtet, bei der die Position von HA2 willkürlich mit
π/3 in elektrischen Graden angenommen ist. HA1 und
HA3 werden so angenommen, als ob sie von dem idealen Abstand von π/3 elektrischen Graden um θ1
bzw. θ3 fehlausgerichtet sind. Unter Verwendung von
H-Einstellschrauben oder eines geeigneten elektrischen Abgleichs kann jede der drei Sensor-Ausgangsamplituden einzeln eingestellt werden. Wenn
die Positions-Decodierungs-Elektronik zwei Leitungs-zu-Leitungs-Ausgänge verwendet, so können
die drei Sensor-Verstärkungs-Einstellungen dazu
verwendet werden, die zwei Leitungs-zu-Leitungs-Amplituden auf den gewünschten Wert einzustellen und die nicht idealen Winkelpositionen zu korrigieren.
[0047] Um nachzuweisen, dass die Leitungs-Leitungs-Ausgangsamplituden und die relative Phasenverschiebung zwischen den zwei Leitungs-Leitungs-Ausgängen kalibriert werden können, werden
zunächst die einzelnen Signale und die Leitungs-Leitungs-Größen definiert.
θE = P·θM + π/3
worin P die Magnetpol-Paar-Zählung ist.
YA1(θE) = A1cos(θE + π/3 + θ1)
YA2(θE) = A2cos(θE – π/3)
YA3(θE) = A3cos(θE – π + θ3)
XA1(θE) = YA1(θE) – YA2(θE)
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XA2(θE) = YA2(θE) – YA3(θE)
[0048] Es wird nunmehr die gewünschte Amplituden-Anpassung und die gewünschte elektrische 120
Grad-Phasenlage verwendet, um die zwei Leitung-zu-Leitung-Signale in Beziehung zueinander zu
setzen.
XA2(θE + 2π/3) = XA1(θE)
A2cos(θE – π/3 + 2π/3) – A3cos(θE – π + θ3 + 2π/3) =
A1cos(θE + π/3 + θ1) – A2cos(θE – π/3)
A2[cos(θE + π/3) + cos(θE – π/3)] = A1cos(θE + π/3 +
θ1) + A3cos(θE – π/3 + θ3)
A2[(2/2)cos(θE)] = A1cos(θE)cos(π/3 + θ1) +
A3cos(θE)cos(–π/3 + θ) +
–A1sin(θE)sin(π/3 + θ1) – A3sin(θE)sin(–π/3 + θ3)
[0049] Weil Sinus und Kosinus orthogonale Funktionen sind, kann das Vorstehende in zwei gleichzeitige Gleichungen getrennt werden:
A2 = A1cos(π/3 + θ1) + A3cos(-π/3 + θ3)
0 = –A1sin(π/3 + θ1) – A3sin(–π/3 + θ3)
[0050] Es ist zu erkennen, dass die Korrektur mit
der Decodierschaltung vorgesehen werden kann.
[0051] Obwohl die vorstehende Analyse anhand der
Fig. 1A und Fig. 1B erläutert wurde, die eine rotierende Ausführungsform zeigen, gilt die gleiche mathematische Analyse für die lineare Ausführungsform
nach Fig. 2.
[0052] Die Prinzipien der vorliegenden Erfindung
können auf andere Anordnungen angewandt werden. Beispielsweise ist eine zweite bevorzugte Ausführungsform des rotierenden Positionscodierers in
den Fig. 3A und Fig. 3B gezeigt, wobei die letzteren
orthogonale schematische Ansichten einer zweiten
bevorzugten Ausführungsform eines verbesserten
Positionscodierers 300 zur Messung der Winkelposition eines Objektes gegenüber einer festen Bezugsposition zeigen (beispielsweise eines Drehwinkels θM
= 0). Diese Ausführungsform schließt eine Welle 302,
eine fest an der Welle 302 angebrachte Scheibe 303,
die einen "Ring"-Magneten 304 trägt, einen Magnetfeld-Sensor-Ring 306, der in axialem Abstand von
der Scheibe 304 angeordnet ist, und eine Decodierschaltung 307 ein, die elektrisch mit dem Sensor-Ring 306 gekoppelt ist. Der Sensor-Ring 306 ist
fest an dem Stator-Gehäuse 308 über Befestigungshalterungen 110 befestigt und trägt eine Vielzahl von
Magnetfeld-Sensoren 316. Das Stator-Gehäuse 308
trägt die Lager 312, die die Welle 312 drehbar an dem
Stator-Gehäuse 308 befestigen. Bei dieser Ausführungsform hat der "Ring" einen mittleren Durchmes-
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ser (den mittleren Durchmesser zwischen den Innenund Außendurchmessern des Ringes) derart, dass
die Magnetfeld-Sensoren 316 mit einem axialen Abstand benachbart zu dem Ring angeordnet sind,
während sich die Scheibe 303 um ihre Achse dreht.
Die gegenüberliegende Oberfläche des Ring-Magneten ist so konturiert, dass sich ein ungleichförmiger
Spalt ergibt, wie dies gemäß der vorliegenden Erfindung vorgeschrieben ist, um auf diese Weise eine sinusförmige Änderung mit der Drehposition der Scheibe zu erzeugen. Die Dicke des Ringes ändert sich
von einer maximalen Dicke (die den minimalen
Luftspalt gmin ergibt) auf eine minimale Dicke (die den
maximalen Luftspalt gmax ergibt). Der Ring würde so
magnetisiert sein, dass die eine maximale Dicke aufweisenden Stellen abwechselnde Nord- und Südpole
des Magneten bereitstellen, während die Stellen minimaler Dicke einen Magnetfluss von Null darstellen.
In dieser Hinsicht ist zu erkennen, dass der Ausdruck
"Ring-Magnet", wie er hier verwendet wird, eine im
Wesentlichen kreisringförmige Struktur einschließt,
bei der die Teile minimaler Dicke des Ringes irgendeine minimale Dicke unter Einschluss von Null
ist. Weiterhin können Messfehler, die durch eine fehlerhafte Position der Magnetfeld-Sensoren hervorgerufen werden, in der gleichen Weise, wie dies vorstehend beschrieben wurde, mit H-Einstellschrauben
wie gezeigt, oder durch einen geeigneten elektrischen Abgleich korrigiert werden.
[0053] Die Erfindung kann in anderen speziellen
Ausführungsformen verwirklicht werden, ohne von
dem Grundgedanken oder wesentlichen Merkmalen
hiervon abzuweichen. Die vorliegenden Ausführungsformen sollen daher in jeder Hinsicht als erläuternd und nicht beschränkend aufgefasst werden,
und der Schutzumfang der Erfindung ist in den beigefügten Ansprüchen und nicht in der vorstehenden Beschreibung angegeben, und alle Änderungen, die unter die Bedeutung und den Äquivalenzbereich der
Ansprüche fallen, sollen daher hier mit umfasst sein.
Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Lieferung eines Ausgangssignals, das die momentane Position eines beweglichen
Teils (102; 202; 302) entlang eines Bewegungsbereiches gegenüber einer Bezugsposition anzeigt, mit:
einem Magnet-Körper (104; 210; 304), der fest an
dem beweglichen Teil (102; 202; 302) angebracht ist,
wobei der Körper eine konturierte Oberfläche aufweist und ein Magnetfeld erzeugt;
zumindest zwei Magnetfeld-Sensoren, wobei jeder
der Sensoren (i) benachbart zu der konturierten
Oberfläche des Magnet-Körpers (104; 210; 304) angeordnet ist, (ii) gegenüber der Bezugsposition festgelegt ist, und (iii) mit Abstand von dem anderen Sensor angeordnet ist, um einen ungleichförmigen Spalt
zwischen der konturierten Oberfläche und jedem der
Magnetfeld-Sensoren (116; 211; 316) zu bilden;
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Ausgangs-Einrichtungen (107; 202; 307), die elektrisch mit jedem der Magnetfeld-Sensoren (116; 211;
316) gekoppelt sind;
dadurch gekennzeichnet, dass:
die zumindest zwei Magnetfeld-Sensoren zumindest
zwei unabhängige Sätze von Magnetfeld-Sensoren
(116; 211; 316) einschließen, wobei jeder Satz zumindest zwei Sensoren umfasst, wobei jeder der
Sensoren ein positionsabhängiges Signal erzeugt,
das einem Wert des Magnetfeldes entspricht, und jeder unabhängige Satz von Sensoren elektrisch von
den anderen Sätzen von Sensoren isoliert ist, um
elektrisch redundante positionsabhängige Signale zu
liefern;
die Ausgangseinrichtungen eine Decodierschaltung
(107; 208; 307) bilden, die elektrisch mit jedem der
Magnetfeld-Sensoren (116; 211; 316) gekoppelt ist,
um jedes der positionsabhängigen Signale zu empfangen, wobei die Decodierschaltung (107; 208; 307)
ein Ausgangssignal erzeugt, das die momentane Position des beweglichen Teils (102; 202; 302) gegenüber der Bezugsposition anzeigt.
stellschraube (212) ein eine hohe magnetische Permeabilität aufweisendes Material einschließt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der ungleichförmige Spalt so bemessen ist, dass das Magnetfeld-Sensor-Ausgangssignal sich als eine Funktion von sinX ändert, worin X eine lineare Funktion der
Position des beweglichen Teils (102; 202; 302) gegenüber dem Bezugspunkt ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, die weiterhin
zwei Sätze von drei Magnetfeld-Sensoren (116; 316)
einschließt, die unter Winkelabständen von im Wesentlichen gleich 120° angeordnet sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der
der Magnet-Körper (104; 210; 304) N Magnetpole
einschließt, wobei N eine ganze Zahl ist, die geradzahlig durch vier teilbar ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
bei der der bewegliche Teil (102; 202; 302) und der
Magnet-Körper (104; 210; 304) kombiniert sind, um
ein einzelnes Magnetelement einzuschließen.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
bei der der Magnet-Körper (104; 304) ein Ring ist, der
sich mit dem beweglichen Teil (102; 202; 302) dreht.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der die Magnet-Sensoren (116; 316) jeweils mit axialem Abstand
von dem Ring angeordnet sind.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, bei der jeder der Magnetfeld-Sensoren
(116; 211; 316) weiterhin zumindest eine Einstellschraube (212) einschließt, die im Wesentlichen benachbart zu dem Magnetfeld-Sensor angeordnet ist,
um mit dem Magnetfeld in Wechselwirkung zu treten,
wobei sich das positionsabhängige Signal als eine
vorgegebene Funktion eines relativen Abstandes von
dem Magnetfeld-Sensor (116; 211; 316) zu der Einstellschraube (212 ändert.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der die Ein-
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, bei der die Magnetfeld-Sensoren (116;
211; 316) lineare Hall-Effekt-Sensoren einschließen.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, bei der:
i) der bewegliche Teil eine Welle (102; 302), die um
eine Drehachse (114; 314) drehbar ist, und eine
Scheibe (104; 304) einschließt, die einen Außenumfang aufweist, der durch einen ungleichförmigen Radius definiert ist, wobei die Scheibe (104; 304) fest an
der Welle (102; 302) an einem Scheiben-Mittelpunkt
derart befestigt ist, dass sich die Scheibe in einer
Ebene im Wesentlichen senkrecht zu der Drehachse
dreht, wobei der Magnetkörper fest an der Scheibe
befestigt ist; und
ii) die Magnetfeld-Sensoren (116; 316) um den Außenumfang unter im Wesentlichen gleichen Radien
bezüglich der Drehachse (114; 314) angeordnet sind.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der die
vorgegebene Funktion der positionsabhängigen Signale eine Differenz zwischen zwei der Sensoren
(115; 316) in jedem der Sätze von drei Magnetfeld-Sensoren einschließt, so dass im Wesentlichen
ein 3N Oberwellen-Verzerrungs-Ausdruck kompensiert wird, wobei N eine ganze Zahl größer oder
gleich eins ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis
9, bei der:
i) der bewegliche Teil (202) einen langgestreckten
Körper (210) einschließt, der entlang einer linearen
Achse (204) beweglich ist, wobei der langgestreckte
Körper zumindest eine Außenoberfläche im Wesentlichen parallel zu der linearen Achse hat; und
ii) die Magnetfeld-Sensoren (211) unter im Wesentlichen gleichen radialen Abständen gegenüber der linearen Achse derart angeordnet sind, dass ein Spalt
zwischen jedem Sensor (211) und der Außenoberfläche des lang gestreckten Körpers (211) gebildet ist,
wenn sich der lang gestreckte Körper (210) entlang
des Sensors (211) bewegt.
14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, die weiterhin eine Messkorrektur (212)
von Messfehlern einschließt, die durch eine fehlerhafte Position der Magnetfeld-Sensoren hervorgerufen werden.
15. Verfahren
zur
Berechnung
eines
Luftspalt-Abstandes zwischen einem Magnet-
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feld-Sensor (116; 316) und einer Magnetscheibe
(104; 304) einer Drehstellungs-Codiervorrichtung
derart, dass ein Magnetfeld mit einer im Wesentlichen sinusförmigen Charakteristik an dem Sensor
(116; 316) erzeugt wird, während sich die Scheibe
(104; 304) an dem Sensor vorbei bewegt, wobei die
Scheibe einen Mittelpunkt und einen Umfang aufweist, und in einer Ebene angeordnet ist, wobei jeder
Punkt auf dem Umfang durch einen Winkel ΘM gemessen von einem Bezugsradius aus definiert ist, mit
den folgenden Schritten:
Definieren eines maximalen Luftspalt-Abstandes gmax
von dem Sensor (116; 316) zu der Scheibe (104;
304), eines minimalen Luftspalt-Abstandes gmin von
dem Sensor zu der Scheibe, und einem Soll-Sensor-Radius von dem Mittelpunkt zu dem Sensor;
Definieren einer allgemeinen Luftspalt-Abstandsgleichung, die eine Funktion des maximalen
Luftspalt-Abstandes und des minimalen Luftspalt-Abstandes ist, und derart, dass dieser allgemeine
Luftspalt-Abstand eine sich sinusförmig ändernde
Komponente einschließt;
Konstanthalten des Soll-Sensor-Radius, während
eine Iteration des maximalen Luftspalt-Abstandes
und des minimalen Luftspalt-Abstandes durchgeführt
wird, bis das Magnetfeld die im Wesentlichen sinusförmige Charakteristik aufweist.
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Halten des Soll-Sensor-Offset-Abstandes auf einem
konstanten Wert, während eine Iteration des maximalen Luftspalt-Abstandes und des minimalen
Luftspalt-Abstandes durchgeführt wird, bis das Magnetfeld eine im wesentlichen sinusförmige Charakteristik aufweist.
18. Verfahren nach Anspruch 17, das weiterhin
den Schritt der Bereitstellung einer allgemeinen
Luftspalt-Abstandsgleichung der folgenden Form einschließt:
g(dM) = (2 gmin gmin)/(gmax gmin)sin(PdM) + (gmax + gmin)
worin g(d sub M) der Luftspalt-Abstand in einem vorgegebenen Positions-Offset-Abstand dM ist, und P
die Anzahl von Magnetpolen auf dem Magnetkörper
(210) ist.
16. Verfahren nach Anspruch 5, das weiterhin
den Schritt der Bereitstellung einer allgemeinen
Luftspalt-Abstandsgleichung der Form:
g(ΘM) = (2 gmin gmax)/(gmax gmin)sin(PΘM) + (gmax + gmin)
einschließt, worin g(Θ) der Luftspalt-Abstand bei einem vorgegebenen Winkel ΘM und P die Anzahl von
Magnetpolen auf der Magnetscheibe (104; 304) ist.
17. Verfahren
zur
Berechnung
eines
Luftspalt-Abstandes zwischen einem Magnetfeld-Sensor (211) und einem langgestreckten Magnet-Körper (210) einer linearen Positions-Codiervorrichtung derart, dass ein Magnetfeld mit einer im Wesentlichen sinusförmigen Charakteristik an dem Sensor (211) erzeugt wird, während sich der Magnetkörper (210) an dem Sensor (211) vorbei bewegt, wobei
der Magnetkörper (210) entlang einer linearen Achse
(204) beweglich ist, mit den folgenden Schritten:
Definieren eines maximalen Luftspalt-Abstandes gmax
von dem Sensor (211) zu dem Magnetkörper (210),
eines minimalen Luftspalt-Abstandes gmin von dem
Sensor zu dem Magnetkörper und eines Soll-Sensor-Offset-Abstandes von der linearen Achse (204)
zu dem Sensor (211);
Definieren
einer
allgemeinen
Luftspalt-Abstands-Gleichung, die eine Funktion des maximalen
Luftspalt-Abstandes und des minimalen Luftspalt-Abstandes ist, und derart, dass der allgemeine
Luftspalt-Abstand eine sich sinusförmig ändernde
Komponente einschließt;
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