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JP2005062189A - Magnetic multipole encoder - Google Patents

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JP2005062189A
JP2005062189A JP2004236263A JP2004236263A JP2005062189A JP 2005062189 A JP2005062189 A JP 2005062189A JP 2004236263 A JP2004236263 A JP 2004236263A JP 2004236263 A JP2004236263 A JP 2004236263A JP 2005062189 A JP2005062189 A JP 2005062189A
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Japan
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magnetic
magnetized
encoder
multipole encoder
pole
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JP2004236263A
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Japanese (ja)
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Heinz Mutterer
ハインツ・ミュタレール
Erdal Kaya
エルダル・カヤ
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Carl Freudenberg KG
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Carl Freudenberg KG
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnetic multipole encoder allowing minimization of a single pitch error. <P>SOLUTION: This magnetic multipole encoder has: at least one magnetic track for especially measuring an angle position of a crankshaft of an automobile, magnetized in a strip state such that polarity alternates; and at least one mark section for delimiting a reference position. The mark section includes: a central area not magnetized or only weakly magnetized; and two strips contacting with the central area on both the sides of the central area, magnetized with the same polarity as each other. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は磁気多極エンコーダに関する。より詳細には、本発明は、極性が交番するようにストリップ状に磁化されている少なくとも１つの磁気トラック及び、基準位置を画定するための少なくとも１つの標識区画を含む磁気多極エンコーダに関する。   The present invention relates to a magnetic multipole encoder. More particularly, the present invention relates to a magnetic multipole encoder including at least one magnetic track magnetized in strips with alternating polarities and at least one marking section for defining a reference position.

回転する機械部品の回転数又は角度位置を検出するために、例えば燃焼機関のクランク軸の、そのとき毎の実際の角度位置を測定するために、いわゆる多極エンコーダを使用することが公知である。その際に得られる信号は、通常、エンジン制御のために、特に噴射パルス又は点火パルスを生成するために利用される。   It is known to use so-called multi-pole encoders to detect the rotational speed or angular position of rotating machine parts, for example to measure the actual angular position of the crankshaft of the combustion engine at each time. . The signal obtained in this case is usually used for engine control, in particular for generating injection pulses or ignition pulses.

このような多極エンコーダは、少なくともその外周縁部に少なくとも１つの磁気トラックが備えられている、例えば金属材料からなる本質的に円環形状の支持体本体を通常含む。磁気トラックには、Ｎ極とＳ極が僅かなピッチ距離をもって交番しているストリップ状の磁化が加えられている。磁気トラックは、例えば磁化フェライトを分散させてなる熱可塑性材料から形成することができる。   Such multipole encoders usually comprise an essentially annular support body made of, for example, a metallic material, which is provided with at least one magnetic track at least at its outer periphery. The magnetic track is applied with strip-like magnetization in which the N pole and the S pole alternate with a slight pitch distance. The magnetic track can be formed from, for example, a thermoplastic material in which magnetized ferrite is dispersed.

シャフトの角度位置又は回転数を測定するために、上記の磁気エンコーダーは通常そのシャフトに取り付けられる。静止しているシャフトのまわりで回転するハウジングにエンコーダーが取り付けられている応用例もまた公知である。従って、シャフト又はハウジングが回転すると、磁極のピッチ距離に応じて周期的に変化する磁界が生じ、この磁界を磁気センサによって検出することができる。例えばホールセンサあるいは、MRセンサ又はGMR（巨大磁気抵抗）センサとも呼ばれる磁気抵抗センサであるセンサは、時間で変化する磁界を、既に先に記載したように、エンジン制御に使用することができる周期的な電気信号に変換することができる。   In order to measure the angular position or rotational speed of a shaft, the above magnetic encoder is usually attached to the shaft. Applications are also known in which an encoder is mounted on a housing that rotates about a stationary shaft. Accordingly, when the shaft or the housing rotates, a magnetic field that periodically changes according to the pitch distance of the magnetic poles is generated, and this magnetic field can be detected by the magnetic sensor. For example, sensors that are magnetoresistive sensors, also called Hall sensors or MR sensors or GMR (giant magnetoresistive) sensors, can use a time-varying magnetic field periodically as described above for engine control. Can be converted into a simple electrical signal.

さらに、例えば燃焼機関のシリンダーの上死点（OT-Punkt）といった基準位置に相応する少なくとも１つの位置を決定するために、磁気多極エンコーダでの回転角を検出するためにマーキング、標識付けが行われなければならないことが公知である。通常、この標識付けは、他の磁極のピッチ間隔に比べて本質的に広いピッチ間隔を有する磁極によって実施される。このような装置の欠点は、このようにピッチ間隔を広げられた磁極が、隣接する極によって生成される磁界に著しく影響を与えること、特に境界を接する領域における磁界を排除することであり、このことは、単一ピッチ誤差に不利に作用する。   In addition, marking and labeling are used to detect the rotation angle in the magnetic multipole encoder in order to determine at least one position corresponding to a reference position, for example the top dead center (OT-Punkt) of the cylinder of the combustion engine. It is known that it must be done. Typically, this labeling is performed with poles having a pitch spacing that is essentially wider than the pitch spacing of other poles. The disadvantage of such a device is that the poles thus widened in pitch have a significant effect on the magnetic field generated by the adjacent poles, in particular eliminating the magnetic field in the bordering region, This adversely affects single pitch errors.

本発明は、冒頭に記載した形式の磁気多極エンコーダを、標識区画によって生じる単一ピッチ誤差が最小となるように、さらに改良することを課題とする。   It is an object of the present invention to further improve a magnetic multipole encoder of the type described at the outset so that the single pitch error caused by the sign section is minimized.

上記課題は、特許請求の範囲の請求項１の特徴を全て有する磁気多極エンコーダによって解決される。上記課題は、特に自動車のクランク軸の角度位置を測定するための、極性が交番するようにストリップ状に磁化されている少なくとも１つの磁気トラック及び、基準位置を画定するための少なくとも１つの標識区画を有する磁気多極エンコーダであって、標識区画が、磁化されていないか又は弱く磁化されているだけである中央の領域及び、この中央の領域の両側でこの中央の領域に接し、互いに同じ極性で磁化されている２つのストリップを含む磁気多極エンコーダによって解決される。本発明の有利な実施態様を、従属請求項に記載する。   The object is solved by a magnetic multipole encoder having all the features of claim 1. The object is to measure at least one magnetic track which is magnetized in strips of alternating polarity and at least one marking section for defining a reference position, in particular for measuring the angular position of the crankshaft of a motor vehicle. A magnetic multipole encoder having a central section where the marking section is not magnetized or is only weakly magnetized, and on both sides of the central area, touching the central area and having the same polarity This is solved by a magnetic multi-pole encoder comprising two strips magnetized at. Advantageous embodiments of the invention are described in the dependent claims.

本発明は、極性が交番するようにストリップ状に磁化されている少なくとも１つの磁気トラック及び、基準位置を画定するための少なくとも１つの標識区画とを有する磁気多極エンコーダであって、標識区画が、磁化されていないか又は弱く磁化されているだけである中央の領域及び、それぞれがこの中央の領域のそれぞれの端部に接しているとともに同じ極性で磁化されている２つのストリップとを含むように形成されている磁気多極エンコーダである。標識区画を両側で区切る磁極は、この場合に、エンコーダーの規則的なストライプパターンの他のストリップとほぼ同じストリップ幅を有する。ストリップ幅のわずかな偏差は、可能な限り小さな単一ピッチ誤差を顧慮して、磁界分布を最適化することによって結果達成することができる。   The present invention is a magnetic multipole encoder having at least one magnetic track magnetized in strips with alternating polarities and at least one beacon section for defining a reference position, the beacon section comprising: A central region that is not magnetized or only weakly magnetized, and two strips that are in contact with respective ends of the central region and are magnetized with the same polarity It is the magnetic multipole encoder currently formed in this. The poles that delimit the sign section on both sides in this case have approximately the same strip width as the other strips of the regular stripe pattern of the encoder. A slight deviation in strip width can be achieved by optimizing the magnetic field distribution, taking into account the smallest possible single pitch error.

標識区画の端部側に配置されている極のストリップ幅が他の極のストリップ幅とほぼ相応し、ならびに中央の領域が磁化されていないか又はわずかに磁化されているだけであることによって、標識区域の端部側に配置されている極の磁界の強さもまた隣りの極の磁界の強さに相応するので、標識区画と境界を接する隣りの極の磁界が排除されるという結果はもたらされない。従来の技術による公知の欠点は、本発明による解決策により克服される。   By the fact that the pole width of the poles arranged on the end side of the marking section approximately corresponds to the strip width of the other poles, and that the central region is not magnetized or only slightly magnetized, Since the strength of the magnetic field of the pole located on the end side of the marking area also corresponds to the strength of the magnetic field of the adjacent pole, the result is that the magnetic field of the adjacent pole bordering the marking section is eliminated. I won't do it. The known disadvantages of the prior art are overcome by the solution according to the invention.

標識区画を両側で区切る磁極は同じ極性を有している。磁化されていない領域への磁化の“拡散”は、同じ磁極の対向する反発力に基づいて十分に回避される。   The poles that delimit the sign section on both sides have the same polarity. “Diffusion” of magnetization into unmagnetized regions is well avoided due to the opposing repulsive force of the same magnetic pole.

本発明による磁気多極エンコーダは、特に自動車の分野での、特にクランク軸の角度位置の測定、例えばエンジンの点火パルス又は噴射パルスを制御するための、クランク軸の角度位置の測定に適する。しかし、基本的に、本発明の多極エンコーダは、極性が交番する磁気トラックを利用して、工程の進行の検出及び／又はその制御が行われるべきところでは一般にどこにでも適用することができ、その際、少なくとも１つの基準位置が印、ラベルを付けられていなければならない。これによって、適用する場合に応じて、磁気トラックを線形に配置することも、又は他の幾何学的形状に配置することも可能である。標識区画の本発明による構成が、公知の環状の多極エンコーダの場合と同様に、多極エンコーダが有する磁気トラックが１つであるか又は複数であるか、あるいはその磁気トラックが軸方向に配置されているのか又は環状の支持体に放射状に配置されているのかに依存しないことは明らかである。   The magnetic multipole encoder according to the invention is suitable for measuring the angular position of the crankshaft, in particular in the field of automobiles, in particular for measuring the angular position of the crankshaft, for example for controlling the ignition or injection pulses of the engine. Basically, however, the multi-pole encoder of the present invention can be applied generally anywhere where detection of process progress and / or control thereof should be performed using magnetic tracks of alternating polarity, In doing so, at least one reference position must be marked and labeled. This allows the magnetic tracks to be arranged linearly or in other geometric shapes, depending on the application. The configuration according to the invention of the sign section is similar to that of the known annular multipole encoder, wherein the multipole encoder has one or more magnetic tracks, or the magnetic tracks are arranged in the axial direction. It is clear that it does not depend on whether it is arranged or arranged radially on the annular support.

本発明は、特に自動車のクランク軸の角度位置を測定するための、極性が交番するようにストリップ状に磁化されている少なくとも１つの磁気トラック及び、基準位置を画定するための少なくとも１つの標識区画を有する磁気多極エンコーダに関する。本発明によれば、標識区画は、磁化されていないか又は弱く磁化されているだけである中央の領域及び、この中央の領域の両側でこの中央の領域に接し、互いに同じ極性で磁化されている２つのストリップを含む。このような構成によって、単一ピッチ誤差の最小化が達成される。   The present invention relates to at least one magnetic track magnetized in strips of alternating polarity and at least one marking section for defining a reference position, in particular for measuring the angular position of the crankshaft of a motor vehicle. The present invention relates to a magnetic multipole encoder having: According to the present invention, the marking section is not magnetized or is only weakly magnetized, and is in contact with this central region on both sides of this central region and is magnetized with the same polarity. Including two strips. With such a configuration, minimization of single pitch error is achieved.

次に本発明を、添付の図面に基づき詳説する。   The present invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings.

図１は、本発明によって形成されている極性が交番するように磁化されているストリップ状の極を有する環状の多極エンコーダ１を示し、この多極エンコーダには、角度位置を測定するための標識区画２が基準位置を画定するように配置されている。標識区画２は、その両側に同じ極性の極、この実施例の場合には、Ｎ極である２本のストリップ状の磁極３、４を有し、この磁極３、４によって、標識区画２は磁化されている磁化区域と区切られている。これらの２本の磁極３、４の間に、磁化されていない中央の領域５が位置している。   FIG. 1 shows an annular multipole encoder 1 having strip-like poles magnetized so that the polarities formed according to the invention are alternating, the multipole encoder for measuring the angular position. The sign section 2 is arranged so as to define a reference position. The sign section 2 has two strip-shaped magnetic poles 3 and 4 which are poles of the same polarity, in this example N poles, on both sides of the sign section 2. It is separated from the magnetized area. Between these two magnetic poles 3 and 4, a central region 5 that is not magnetized is located.

図２は、ｂ）ホールセンサ及びｃ）MRセンサを利用して、多極エンコーダの、本発明により形成された標識区画の範囲を捕捉したことによってもたらされるセンサ信号の概略的な経過、変化を示す。磁極の配置に対する信号の変化の配列を簡略化するために、標識区画２の範囲の、本発明による多極エンコーダ１の極の配置を概略的にａ）に示す。ｂ）によって、通常、ストリップ状の極の並びと垂直な磁界成分が通過する際に信号を生成するように配置されているホールセンサが、標識区画２の範囲に対応して不要信号Ｓ３及びＳ４を生成していることがわかる。これらの信号は、標識区画を画定する２つの極３、４によって生成される。これに対して、ストリップ状の極の並びと水平な磁界成分に反応するMRセンサは、望ましい挙動を示しており、MRセンサの生成する信号は、標識区画２の左端の位置、標識区画の左端に配置されているＮ極とその左側に配置されているＳ極との間の位置で、対応する信号の極大値又は最大値ＳSNを示し、その後、Ｓ極から標識区画の左端側面のＮ極３に移行する際に信号強度は下がり、標識区画の磁化されていない中央の領域５を通過する際に基準線に達し、そして標識区画の右端に配置されているＮ極４から、このＮ極４に隣接し、続く規則的に配置されているストリップ状に磁化されているＳ極へ移行する際に、もう１つの（負の）極値、信号の最小値ＳNSにまでさらに下がる。このように、MRセンサが使用される場合には、結果として、標識区画の範囲内に望ましい“信号の空白”が生じる。類似の挙動は、ホールセンサが“MRの取付位置”にある場合に、即ちホールセンサが、接線方向の磁界成分又は、ストリップ状の極の並びと平行な磁界成分がそのホールセンサに垂直に侵入するように取り付けられている場合に、ホールセンサを利用して達成することができる。当業者は種々の形式の磁気センサに対応する種々の測定原理を理解しているので、本発明による多極エンコーダを適切なセンサとともに使用することは当業者にとって容易ことである。 FIG. 2 shows the general course and change of the sensor signal resulting from the use of b) Hall sensor and c) MR sensor to capture the range of the sign section formed by the present invention of the multipole encoder. Show. In order to simplify the arrangement of the signal changes with respect to the magnetic pole arrangement, the arrangement of the poles of the multipole encoder 1 according to the invention, in the range of the marking section 2, is shown schematically in a). According to b), the Hall sensor, which is usually arranged to generate a signal when a magnetic field component perpendicular to the strip-shaped pole arrangement passes, corresponds to the range of the sign section 2 and the unwanted signal S 3 and it can be seen that that is generating the S 4. These signals are generated by the two poles 3, 4 that define the marking compartment. On the other hand, the MR sensor that reacts to the arrangement of strip-like poles and the horizontal magnetic field component shows a desirable behavior, and the signal generated by the MR sensor is the position of the left end of the sign section 2 and the left end of the sign section Indicates the maximum or maximum value S SN of the corresponding signal at a position between the N pole arranged at the left and the S pole arranged on the left side of the N pole. The signal strength decreases when moving to the pole 3, reaches the reference line when passing through the unmagnetized central region 5 of the sign section, and from this N pole 4 located at the right end of the sign section, this N In the transition to the south pole, which is adjacent to the pole 4 and is magnetized in the following regularly arranged strip, it falls further to another (negative) extreme value, the signal minimum S NS . Thus, when an MR sensor is used, the result is a desirable “signal blank” within the beacon section. Similar behavior occurs when the Hall sensor is in the “MR mounting position”, that is, when the Hall sensor is perpendicular to the Hall sensor, the magnetic field component in the tangential direction or the magnetic field component parallel to the striped pole array This can be achieved by using a Hall sensor. Since the person skilled in the art understands the different measurement principles corresponding to different types of magnetic sensors, it is easy for those skilled in the art to use the multipole encoder according to the invention with suitable sensors.

図３は、本発明による多極エンコーダの試作品により得られた測定曲線を示し、この測定曲線は、図２の曲線の経過、形状に類似している。この図３は、測定曲線の経過、形状が、基本的に、図２の理論的な曲線の経過、形状に相応していることを示している。これは多極エンコーダの試作品であり、まだ最適化されていないので、この測定曲線は、部分的に依然として非対称であるか、又はオーバーシュート、“行過ぎ”があることを示している。このような非対称部分又は行過ぎ部分は、エンコーダーを最適化することによって、容易に解決することができる。図３のデジタル化されたMR信号が示すように、この不規則さは、センサの切換閾値を上げるだけでも補償することができる。デジタル化されたMR信号は既に十分に望ましい信号の形状、経過に相応している。   FIG. 3 shows a measurement curve obtained by a prototype of a multipole encoder according to the invention, which is similar to the course and shape of the curve of FIG. FIG. 3 shows that the course and shape of the measurement curve basically correspond to the course and shape of the theoretical curve of FIG. Since this is a multi-pole encoder prototype and has not yet been optimized, this measurement curve shows that it is still partially asymmetric or has overshoot, “overshoot”. Such an asymmetric part or an overshoot part can be easily solved by optimizing the encoder. As shown by the digitized MR signal in FIG. 3, this irregularity can be compensated for by simply increasing the sensor switching threshold. The digitized MR signal already corresponds to the desired signal shape and course.

ストリップ状に磁化されている本発明の多極エンコーダの平面図を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the top view of the multipole encoder of this invention magnetized by the strip form. 種々のセンサ装置により、本発明による多極エンコーダの標識区間を捕捉して得られた基本的な信号の時間変化を示す図である。It is a figure which shows the time change of the basic signal obtained by acquiring the marker area of the multipole encoder by this invention by various sensor apparatuses. 本発明による多極エンコーダで測定したセンサ信号であり、図２の理論的な曲線に類似していることを示す図である。FIG. 3 is a sensor signal measured with a multipole encoder according to the present invention and showing that it is similar to the theoretical curve of FIG. 2.

符号の説明Explanation of symbols

１ 多極エンコーダ
２ 標識区画
３ 磁極
４ 磁極
５ 中央の領域 1 Multipole encoder 2 Marking section 3 Magnetic pole 4 Magnetic pole 5 Center area

Claims (2)

特に自動車のクランク軸の角度位置を測定するための、極性が交番するようにストリップ状に磁化されている少なくとも１つの磁気トラック及び、基準位置を画定するための少なくとも１つの標識区画を有する磁気多極エンコーダであって、
前記標識区画が、磁化されていないか又は弱く磁化されているだけである中央の領域及び、この中央の領域の両側でこの中央の領域に接し、互いに同じ極性で磁化されている２つのストリップを含む磁気多極エンコーダ。 Particularly for measuring the angular position of the crankshaft of a motor vehicle, a magnetic multi-phase with at least one magnetic track magnetized in strips of alternating polarity and at least one marking section for defining a reference position A polar encoder,
A central region in which the marking section is not magnetized or only weakly magnetized, and two strips that are in contact with this central region on both sides of this central region and are magnetized with the same polarity. Including magnetic multipole encoder. 前記標識区画の前記中央の領域に接する前記２つの磁極の幅が、単一ピッチ誤差を最小化するように最適化されている請求項１記載の磁気多極エンコーダ。   The magnetic multipole encoder according to claim 1, wherein the width of the two magnetic poles in contact with the central region of the marking section is optimized to minimize a single pitch error.
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