DE10133542A1

DE10133542A1 - Drehwinkelsensor

Info

Publication number: DE10133542A1
Application number: DE10133542A
Authority: DE
Inventors: Takashi Sato
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2000-07-11
Filing date: 2001-07-11
Publication date: 2002-02-28
Also published as: US20020011837A1; JP2002022406A; KR20020006452A

Abstract

Ein Drehwinkelsensor (1) der vorliegenden Erfindung zum Messen eines Drehwinkels eines zu messenden Objektes umfasst: DOLLAR A einen Drehschaft (3), der durch eine Rotation des zu messenden Objektes gedreht wird; einen Parallelmagnetfeldgenerator (5) zum Generieren eines parallelen Magnetfeldes (43), welches rotiert wird, wenn der Drehschaft (3) gedreht wird; einen Magnetkraftdetektor (6) zum Erfassen einer magnetischen Feldstärke in dem durch den Parallelmagnetfeldgenerator (5) generierten parallelen Magnetfeld (43) und zum Ausgeben einer Ausgangsspannung, basierend auf der magnetischen Feldstärke; und einen Drehwinkelrechner (7) zum Berechnen eines Drehwinkels des zu messenden Objektes, basierend auf der von dem Magnetkraftdetektor (6) angegebenen Ausgangsspannung.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG Technisches Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Drehwinkelsensor zum magnetischen Erfassen eines Drehwinkels eines zu messenden Objektes, und noch genauer einen Drehwinkelsensor zum Messen des Drehwinkels des zu messenden Objektes durch ein paralleles Magnetfeld, welches rotiert, wenn ein Drehschaft rotiert.

Beschreibung des Standes der Technik

Als ein konventioneller Drehwinkelsensor ist ein magnetischer Positionssensor, der ein Hall-Element verwendet, bekannt, wie er z. B. in der japanischen offengelegten Patentanmeldung Nr. H8-35809 offenbart ist. Wie in Fig. 1 gezeigt, umfasst der konventionelle magnetische Positionssensor ein rohrartiges Joch 112, das integral auf einem Antriebsschaft 111 angeordnet ist. Ein Permanentmagnet 115 ist auf eine Innenseite eines rohrartigen Abschnitts 113 des rohrartigen Jochs 112 geklebt, und Statoren 116 und 117, in denen ein Hall-Element 119 untergebracht ist, sind auf einer Innenseite des Permanentmagneten angeordnet.

Dieser magnetische Positionssensor ist so ausgebildet, dass eine magnetische Feldstärke, die proportional zu dem Drehwinkel ist, ausgegeben wird, und die magnetische Feldstärke durch das Hall-Element erfasst wird, um eine Ausgangsspannung zu erreichen, die proportional zu dem Drehwinkel ist.

Gemäß dem konventionellen magnetischen Positionssensor sind jedoch die Statoren und das rohrartige Joch zusätzlich zu dem Permanentmagneten erforderlich, und es besteht das Problem, dass die Gestalt des Sensors kompliziert ist, die Anzahl der Teile groß ist, und folglich die Kosten des Sensors hoch werden. Wenn die Montagegenauigkeit der verschiedenen Teile, wie z. B. der Statoren, nicht hoch ist, besteht ferner das Problem, dass die magnetische Feldstärke, welche proportional zu dem Drehwinkel ist, nicht ausgegeben werden kann.

Wenn die Magnetfelder der Statoren 116 und 117 zueinander nicht symmetrisch sind, d. h. wenn die Magnetpolgrenze des Permanentmagneten 115 von den Mittellinien der Statoren 116 und 117 abweicht, tendieren ferner Magnetfelder in den Statoren 116 und 117 dazu, zueinander symmetrisch zu sein. Folglich besteht das Problem, dass ein Drehmoment erzeugt wird. Wenn der konventionelle magnetische Positionssensor auf eine Drehvorrichtung montiert ist, die ein kleines Antriebsdrehmoment besitzt, besteht aus diesem Grund die ungünstige Möglichkeit, dass die Drehvorrichtung nicht rotiert.

Ferner sind in dem konventionellen magnetischen Positionssensor die Statoren 116 und 117, bei denen es sich um magnetische Materialien handelt, in der Nähe des Permanentmagneten 115 angeordnet. Deshalb wird durch magnetische Kräfte eine große Anziehungskraft zwischen dem Permanentmagneten 115 und den Statoren 116 und 117 erzeugt. Aus diesem Grund besteht das Problem, dass, wenn der Permanentmagnet 115 und die Statoren 116 und 117 nicht kräftig fixiert sind, der Permanentmagnet 115 durch einen von den Statoren 116 und 117 angezogen wird und eine gewünschte Eigenschaft nicht erreicht werden kann.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die obigen Umstände erreicht, und es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Drehwinkelsensor zu schaffen, der eine geringe Anzahl von Teilen und eine einfache Form besitzt.

Um die obige Aufgabe zu erreichen, wird gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Drehwinkelsensor zum Messen eines Drehwinkels eines zu messenden Objektes bereitgestellt, umfassend: einen Drehschaft, der durch Rotation des zu messenden Objektes gedreht wird; einen Parallelmagnetfeldgenerator, der ein paralleles Magnetfeld generiert, welches gedreht wird, wenn sich der Drehschaft dreht; einen Magnetkraftdetektor, der eine magnetische Feldstärke in dem durch den Parallelmagnetfeldgenerator generierten Parallelmagnetfeld erfasst, und zum Ausgeben einer Ausgangsspannung, basierend auf der magnetischen Feldstärke; und einen Drehwinkelrechner, der einen Drehwinkel des zu messenden Objektes, basierend auf der von dem Magnetkraftdetektor ausgegebenen Ausgangsspannung berechnet.

Gemäß dem ersten Aspekt kann der Sensor in seiner Gestalt vereinfacht werden, und die Anzahl der Teile des Sensors kann verringert werden.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung beträgt die Anzahl der Magnetkraftdetektoren zwei oder mehr, und die Vielzahl von Magnetkraftdetektoren ist an verschiedenen Winkeln in Bezug auf das parallele Magnetfeld angeordnet, und der Drehwinkelrechner berechnet einen Drehwinkel des zu messenden Objektes, basierend auf einer von dem jeweiligen Magnetkraftdetektor ausgegebenen Ausgangsspannung.

Gemäß dem zweiten Aspekt ist es möglich, die Anzahl der Teile des einfach geformten Sensors zu verringern und einen Drehwinkel in einem Bereich von 0° bis 360° zu messen.

Gemäß einem dritten Aspekt wird ein Drehwinkelsensor zum Messen eines Drehwinkels eines zu messenden Objektes bereitgestellt, umfassend: einen Drehschaft, der durch Rotation des zu messenden Objektes gedreht wird; einen Parallelmagnetfeldgenerator, der ein paralleles Magnetfeld erzeugt, welches gedreht wird, wenn sich der Drehschaft dreht; einen Magnetkraftwandler, der eine magnetische Feldstärke in dem durch den Parallelmagnetfeldgenerator erzeugten parallelen Magnetfeld erfasst und diese magnetische Feldstärke in eine Ausgangsspannung umwandelt, die einen Drehwinkel des zu messenden Objektes angibt.

Gemäß dem dritten Aspekt kann der Sensor in seiner Form vereinfacht werden, und die Anzahl der Teile des Sensors kann verringert werden.

Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung beträgt die Anzahl der Magnetkraftdetektoren zwei oder mehr, und die Vielzahl von Magnetkraftdetektoren ist an unterschiedlichen Winkeln in Bezug auf das parallele Magnetfeld angeordnet, und der Drehwinkelsensor umfasst des Weiteren einen Drehwinkelrechner, der einen Drehwinkel des zu messenden Objektes, basierend auf einer von einem jeweiligen Magnetkraftdetektor ausgegebenen Ausgangsspannung, berechnet.

Gemäß dem vierten Aspekt ist es möglich, die Anzahl der Teile des einfach geformten Sensors zu verringern und einen Drehwinkel in einem Bereich von 0° bis 360° zu messen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 zeigt eine Struktur eines konventionellen magnetischen Positionssensors;

Fig. 2A zeigt eine Struktur einer Ausführungsform eines Drehwinkelsensors der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2B zeigt eine Struktur einer Ausführungsform eines magnetischen Detektors der Erfindung;

Fig. 3A ist eine Perspektivansicht, die ein Beispiel eines in Fig. 2A gezeigten Parallelmagnetfeldgenerators 5 darstellt;

Fig. 3B ist eine Schnittansicht der Fig. 3A;

Fig. 4 zeigt ein Beispiel des in Fig. 2A dargestellten Parallelmagnetfeldgenerators 5;

Fig. 5 zeigt das Prinzip des Drehwinkelsensors der vorliegenden Erfindung;

Fig. 6 ist eine Ansicht, welche die Ausgangs-Eigenschaften des Drehwinkelsensors gemäß einer ersten Ausführungsform erläutert;

Fig. 7A ist eine Draufsicht zur Erläuterung des Layouts eines ,Hall-ICs, wenn ein Drehwinkel von 0° bis 360° erfasst wird;

Fig. 7B ist eine Seitenansicht zur Erläuterung des Layouts des Hall-ICs, wenn der Drehwinkel von 0° bis 360° erfasst wird;

Fig. 8 ist eine Draufsicht zur Erläuterung einer Ausgangs-Eigenschaft des Hall-ICs, wenn der Drehwinkel von 0° bis 360° erfasst wird;

Fig. 9 ist ein Blockdiagramm zur Erläuterung einer Struktur eines nicht-linearen Hall-ICs;

Fig. 10 ist ein Diagramm zur Erläuterung einer Ausgangs-Charakteristik des nicht-linearen Hall-ICs; und

Fig. 11 ist ein Diagramm zur Erläuterung einer Ausgangs-Charakteristik eines Drehwinkelsensors gemäß einer zweiten Ausführungsform.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Zunächst wird unter Bezugnahme auf die Fig. 2A und 2B eine Struktur eines Drehwinkelsensors einer ersten Ausführungsform erläutert werden.

Wie in Fig. 2A gezeigt, umfasst ein Drehwinkelsensor 1 einen Drehantriebsstift 2 zum Übertragen einer Rotationskraft einer zu messenden Rotationsvorrichtung, einen Drehschaft 3, der durch den Drehantriebsstift 2 gedreht wird, einen Parallelmagnetfeldgenerator 5, der auf einer magnetischen Befestigungsplatte 4 angeordnet ist, welche sich zusammen mit dem Drehschaft 3 dreht, um ein paralleles Magnetfeld durch einen auf der Magnetbefestigungsplatte 4 angeordneten Magneten 61 zu generieren, und einen Hall-IC 6 zum Erfassen des durch den Parallelmagnetfeldgenerator 5 erzeugten Parallelmagnetfeldes und zum Ausgeben einer Ausgangsspannung.

Obwohl aus Gründen der Vereinfachung in Fig. 2A nicht dargestellt, ist der Hall-IC 6 mit einem Schaltkreissubstrat 7 verbunden, wie in Fig. 2B gezeigt ist. Dieses Schaltkreissubstrat 7 ist an einem Gehäuse (nicht gezeigt) des Drehwinkelsensors fixiert.

Im vorliegenden Fall umfasst der Parallelmagnetfeldgenerator 5 den Magneten 61, der so geformt ist, dass sein Nordpol und sein Südpol symmetrisch in Bezug auf eine Magnetfeldgrenzfläche 42 sind. Ein Abschnitt des Magneten 61, der mit einer Peripherie eines Drehzentrums O des Drehschaftes 3 korrespondiert, ist ausgehöhlt, wie in den Fig. 3A und 3B gezeigt, wodurch ein ausgehöhlter Abschnitt 90 geformt wird. In diesem ausgehöhlten Abschnitt 90 generiert der Magnet ein paralleles Magnetfeld 43 in einer vertikalen Richtung in Bezug auf das Drehzentrum 0. Deshalb kann der Parallelmagnetfeldgenerator 5 eine zylindrische Form haben, wie in Fig. 3A gezeigt, oder eine rechteckige Parallelepipedform, oder eine andere Form, wenn nur der Nordpol und der Südpol symmetrisch sind. Ferner kann der ausgehöhlte Abschnitt 90 auch nicht von einer zylindrischen Form sein, und kann eine rechteckige Parallelepipedform oder eine andere Form besitzen, wenn nur der Nordpol und der Südpol symmetrisch sind.

Der Hall-IC 6 kann auf einer beliebigen Position angeordnet sein, wenn nur der Hall-IC 6 das parallele Magnetfeld 43 erfassen kann; es ist aber bevorzugt, den Hall-IC 6 auf der Überschneidung zwischen einer Endfläche des Magneten 61 des Parallelmagnetfeldgenerators 5 und der Drehmitte O anzuordnen, weil die Magnetfeldstärke des parallelen Magnetfeldes stark und stabil ist.

Als nächstes wird unter Bezugnahme auf die Fig. 5 und 6 ein Drehwinkel-Messprinzip des Drehwinkelsensors dieser Ausführungsform erläutert werden.

In Fig. 5, welche das Prinzip darstellt, ist das parallele Magnetfeld an dem Schnittpunkt P zwischen der Endfläche eines Magneten 41 als der Parallelmagnetfeldgenerator und dem Rotationszentrum O, wie oben beschrieben, erzielt. Wenn sich der Magnet 41 durch Drehung eines zu messenden Objektes dreht, besitzt eine magnetische Feldstärke in der X-Richtung an dem Schnittpunkt P eine Sinuswellenform, wie mit S1 in Fig. 6 gezeigt.

Die magnetische Feldstärke wird durch den auf dem Schnittpunkt P angeordneten Hall-IC 6 erfasst, und eine Ausgangsspannung, die eine Sinuswellenform besitzt, welche die gleiche wie die der magnetischen Feldstärke ist, wird ausgegeben. Ferner wird diese Ausgangsspannung in eine Spannungscharakteristik umgewandelt, die proportional zu einem Drehwinkel ist, wie mit S2 in Fig. 6 gezeigt, und zwar mittels eines arithmetischen Schaltkreises, der auf dem Schaltkreissubstrat 7 angeordnet ist. Da zwei gleiche Ausgangsspannungen in einem Drehbereich von 0° bis 360° existieren, kann der Drehwinkelsensor in diesem Fall maximal einen Drehwinkel von 180° (90° bis 270° in Fig. 6) messen.

Um es dem Drehwinkelsensor zu gestatten, einen Drehwinkel von 0° bis 360° zu messen, wie in Fig. 7 gezeigt, ist eine Vielzahl von Hall-ICs 62 und 63 an einem unterschiedlichen Winkel in Bezug auf das parallele Magnetfeld auf dem Rotationszentrum 0 angeordnet. Mit dieser Konstruktion kann der Drehwinkelsensor den Drehwinkel von 0° bis 360° messen.

In Fig. 7B ist der Hall-IC 62 in einer Endfläche der oberen Seite des Magneten 61 angeordnet, und der Hall-IC 63 ist auf einer Endfläche der unteren Seite des Magneten 61 an einer Position angeordnet, die um 90° in Bezug auf den Hall-IC 62 verlagert ist.

Fig. 8 zeigt Ausgangsspannungen der Hall-ICs 62 und 63. In Fig. 8 ist ein Wert, der durch Umwandeln der Ausgangsspannung des Hall-ICs 62 durch das Schaltkreissubstrat 7 erhalten ist, als eine A-Phase definiert, und ein Wert, der durch Umwandeln der Ausgangsspannung des Hall-ICs 63 durch das Schaltkreissubstrat 7 erhalten ist, als eine B-Phase definiert. Durch Vergleichen der zwei Spannungscharakteristiken der A- und B-Phase ist es möglich, einen Drehwinkel von 0° bis 360° zu messen.

Wenn z. B. nur die Ausgangsspannung der A-Phase in den Drehwinkel umgewandelt wird, existieren die gleichen Wert in 0° bis 180° und 180° bis 360°. Wenn die B-Phase durch einen Wert der B-Phase ein Pluspotential hat, ist folglich zu beurteilen, dass die A-Phase in einem Bereich von 0° bis 180° liegt, und wenn die B-Phase ein Minuspotential hat, ist zu beurteilen, dass die A-Phase in einem Bereich von 180° bis 360° liegt, und mit dieser Beurteilung kann ein Drehwinkel in einem Bereich von 0° bis 360° berechnet werden.

Wenn nur die A-Phase Minuspotential hat, ist zu beurteilen, dass die A-Phase in einem Bereich von 0° bis 90° liegt, und der Drehwinkel wird von der Ausgangsspannung der B-Phase berechnet. Wenn sowohl die A-Phase als auch die B-Phase Pluspotential haben, ist zu beurteilen, dass diese in einem Bereich von 90° bis 180° liegen, und der Drehwinkel wird von der Ausgangsspannung der A-Phase berechnet. Wenn nur die B-Phase Minuspotential hat, ist zu beurteilen, dass die B-Phase in einem Bereich von 180° bis 270° liegt, und der Drehwinkel wird von der Ausgangsspannung der B-Phase berechnet. Wenn sowohl die A-Phase als auch die B-Phase Minuspotential haben, ist zu beurteilen, dass diese sich in einem Bereich von 270° bis 360° befinden, und der Drehwinkel wird von der Ausgangsspannung der A-Phase berechnet.

Obwohl der Bereich des Drehwinkels hier in Abhängigkeit davon beurteilt wird, ob das Potential Plus oder Minus ist, ist es auch möglich, den Bereich des Drehwinkels durch Vergleichen eines gegebenen Spannungsreferenzwertes und einer aktuellen Spannung zu beurteilen, wodurch der Drehwinkel in dem Bereich von 0° bis 360° berechnet wird.

Wie oben beschrieben, ist der Drehwinkelsensor dieser Ausführungsform nur durch den Magneten und den Hall-IC gebildet, und Teile, wie z. B. Statoren und ein rohrartiges Joch, werden nicht benötigt. Deshalb ist die Form des Sensors vereinfacht, und die Anzahl der Teile kann verringert werden, was die Kosten reduziert.

Da ferner die Statoren nicht verwendet werden, wird kein Drehmoment erzeugt, und folglich kann der Sensor an eine Drehvorrichtung montiert werden, die ein kleines Antriebsdrehmoment besitzt.

Da die Statoren nicht verwendet werden, wird des Weiteren keine Anziehungskraft zwischen dem Magneten und den Statoren erzeugt, und es ist nicht notwendig, den Drehschaft und den Magneten kräftig zu fixieren. Da der Drehschaft nicht stark zu sein braucht, muss der Drehschaft nicht aus einem starken Material, wie z. B. einem Metall, hergestellt werden, und der Drehschaft kann aus einem Harzmaterial, wie z. B. gewöhnlichem Nylon, gefertigt sein.

Es wird nun ein Drehwinkelsensor einer zweiten Ausführungsform erläutert werden.

Der Drehwinkelsensor der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich von dem der ersten Ausführungsform darin, dass ein nicht linearer Hall-IC anstelle des Hall-ICs verwendet wird.

Die Ausgangsspannung eines normalen Hall-ICs ist proportional zu der magnetischen Feldstärke, aber der nicht-lineare Hall-IC unterscheidet sich von dem normalen Hall-IC darin, dass der nicht-lineare Hall-IC eine gewünschte, beliebige Ausgangsspannung in Bezug auf die magnetische Feldstärke erzielen kann.

Als erstes wird unter Bezugnahme auf Fig. 9 eine Struktur eines nicht-linearen Hall-ICs 81 erklärt werden.

Wie in Fig. 9 gezeigt, umfasst der nicht-lineare Hall-IC 81 ein Hall-Element 82, welches eine magnetische Feldstärke erfasst und eine Hall-Spannung entsprechend der magnetischen Feldstärke ausgibt, einen A/D-Wandler 83 zum Umwandeln der von dem Hall-Element 82 ausgegebenen Hall-Spannung von einem analogen Wert in einen digitalen Wert, eine Speichervorrichtung 84 zum Speichern von Umwandlungsinformationen zum Umwandeln des digitalen Wertes der Hall-Spannung, die durch den A/D-Wandler 83 in einen nicht-linearen Wert umgewandelt wurde, einen nicht-linearen Wandler 85 zum Umwandeln des digitalen Wertes der Hall-Spannung in den nicht-linearen Wert, um basierend auf den in der Speichervorrichtung 84 abgespeicherten Umwandlungsinformationen eine Ausgangsspannung zu erhalten, und einen D/A-Wandler 86 zum Umwandeln des digitalen Wertes der durch den nicht-linearen Wandler 85 konvertierten Ausgangsspannung in den analogen Wert, um diesen auszugeben.

In diesem nicht-linearen Hall-IC 81 ist der nicht-lineare Wandler 85 durch ein DSP (Digital Signal Processing) gebildet, einen Mikrocomputer und dergleichen, und die Speichervorrichtung 84 ist durch einen Speicher, wie z. B. ein EEPROM, gebildet.

Als nächstes wird die Umwandlungsbearbeitung der Hall-Spannung in dem nicht-linearen Hall-IC 81 beschrieben werden.

Als erstes erfasst das Hall-Element 82 ein Magnetfeld und gibt entsprechend dem Magnetfeld eine Hall-Spannung ab. Dann wandelt der A/D-Wandler 83 die Hall-Spannung von dem analogen Wert in den digitalen Wert um.

Anschließend wandelt der nicht-lineare Wandler 85 die Hall-Spannung, basierend auf den in der Speichervorrichtung 84 abgespeicherten Umwandlungsinformationen, in eine nicht lineare Ausgangsspannung um.

Wie in Fig. 10 gezeigt, wird die magnetische Feldstärke z. B. in beliebige Abschnitte unterteilt, und die in jedem Abschnitt mit einer gestrichelten Linie dargestellte Hall-Spannung wird in eine Ausgangsspannung umgewandelt, die mit einer durchgehenden Linie dargestellt ist. In jedem Abschnitt in Fig. 10 sind die Abschnitte mit separaten geraden Linien interpoliert.

In diesem Fall wird die magnetische Feldstärke in beliebige Abschnitte unterteilt, und in jedem Abschnitt wird die folgende Gleichung festgelegt:

H = a × Vh (1)

(Vh: Hall-Spannung, H: magnetische Feldstärke, a: beliebige Konstante)
und diese Gleichung wird in der Speichervorrichtung 84 gespeichert. Wenn eine Hall-Spannung in den nicht-linearen Wandler 85 eingegeben wird, wird eine magnetische Feldstärke, basierend auf der Gleichung (1), von dieser Hall-Spannung berechnet und anhand dieser Erfindung beurteilt.

In jedem Abschnitt wird die folgende Gleichung festgelegt:

V = b × Vh + c (2)

(V: Ausgangsspannung, b, c: beliebige Konstanten)
und diese Gleichung wird in der Speichervorrichtung 84 gespeichert.

Basierend auf dieser Gleichung (2) wird eine Ausgangsspannung V von der Hall-Spannung Vh berechnet. Auf diese Art und Weise wird eine durch das Hall-Element 82 ausgegebene Hall-Spannung durch die in jedem Abschnitt festgelegte Gleichung umgewandelt. Mit dieser Operation kann eine nicht-lineare Ausgangsspannung, wie sie in Fig. 10 gezeigt ist, ausgegeben werden.

Obwohl die magnetische Feldstärke in Fig. 10 an beliebigen Abständen unterteilt wurde, kann die magnetische Feldstärke auch an gleichen Distanzen unterteilt werden, oder die Hall-Spannung kann in eine Ausgangsspannung umgewandelt werden, die mit einer tertiären Kurve oder anderen Kurven dargestellt ist.

Die Hall-Spannung wird auf diese Art und Weise durch den nicht-linearen Wandler 85 in die nicht-lineare Ausgangsspannung umgewandelt, und die Ausgangsspannung wird durch den D/A-Wandler 86 von einem digitalen Wert in den analogen Wert umgewandelt, und die Ausgangsspannung des analogen Wertes wird ausgegeben.

Der nicht-lineare Hall-IC 81 kann die Hall-Spannung in eine nicht-lineare Ausgangsspannung umwandeln und eine beliebige Ausgangsspannung erzielen, die für die magnetische Feldstärke erforderlich ist.

Wenn solch ein nicht linearer Hall-IC anstelle des in Fig. 2A gezeigten Hall-ICs 6 verwendet wird, wird, wenn der nicht lineare Hall-IC eine magnetische Feldstärke in Sinusform erfasst, wie in Fig. 11 gezeigt, die magnetische Feldstärke in eine Ausgangsspannung umgewandelt, die proportional zu dem Drehwinkel ist, und wird ausgegeben.

Deshalb ist es, anders als bei der ersten Ausführungsform, nicht notwendig, die Ausgangsspannung des Hall-ICs 6 in die zu dem Drehwinkel proportionale Ausgangsspannung in dem Schaltkreissubstrat 7 umzuwandeln, und das Schaltkreissubstrat 7 kann vereinfacht werden, der Sensor kann im Vergleich zu der ersten Ausführungsform kompakter ausgestaltet werden, und es ist möglich, eine Kostenreduzierung zu realisieren.

Auch wenn der Drehwinkel in einem Bereich von 0° bis 360° liegt, ist es möglich, wenn eine Vielzahl der in Fig. 7A gezeigten Hall-ICs 62, 63 jeweils durch nicht-lineare Hall-ICs ersetzt wird, einen Drehwinkelsensor zu realisieren, der dazu fähig ist, einen Drehwinkel von 0° bis 360° zu messen.

Da die magnetische Feldstärke in eine Ausgangsspannung umgewandelt wird, die proportional zu einem Drehwinkel ist, und durch den nicht-linearen Hall-IC ausgegeben wird, ist es in diesem Fall im Vergleich mit der ersten Ausführungsform auch möglich, den Sensor weiter in seiner Größe zu reduzieren und die Kostenreduzierung zu realisieren.

Claims

1. Drehwinkelsensor zum Messen eines Drehwinkels eines zu messenden Objektes, umfassend:
einen Drehschaft, der durch Rotation des zu messenden Objektes gedreht wird,
einen Parallelmagnetfeldgenerator, der ein paralleles Magnetfeld generiert, welches gedreht wird, wenn sich der Drehschaft dreht,
einen Magnetkraftdetektor, der eine magnetische Feldstärke in dem durch den Parallelmagnetfeldgenerator generierten, parallelen Magnetfeld erfasst, und zum Ausgeben einer Ausgangsspannung, basierend auf der magnetischen Feldstärke, und
einen Drehwinkelrechner, der einen Drehwinkel des zu messenden Objektes, basierend auf der von dem Magnetkraftdetektor abgegebenen Ausgangsspannung berechnet.

2. Drehwinkelsensor nach Anspruch 1, worin die Anzahl der Magnetkraftdetektoren zwei oder mehr beträgt, und die Vielzahl von Magnetkraftdetektoren an verschiedenen Winkeln in Bezug auf das parallele Magnetfeld angeordnet ist, und der Drehwinkelrechner einen Drehwinkel des zu messenden Objektes, basierend auf einer von dem jeweiligen Magnetkraftdetektor ausgegebenen Ausgangsspannung berechnet.

3. Drehwinkelsensor zum Messen eines Drehwinkels eines zu messenden Objektes, umfassend
einen Drehschaft, der durch eine Rotation des zu messenden Objektes gedreht wird,
einen Parallelmagnetfeldgenerator zum Generieren eines parallelen Magnetfeldes, welches gedreht wird, wenn sich der Drehschaft dreht,
einen Magnetkraftwandler zum Erfassen einer magnetischen Feldstärke in dem durch den Parallelmagnetfeldgenerator parallelen Magnetfeld und zum Umwandeln dieser magnetischen Feldstärke in eine Ausgangsspannung, die einen Drehwinkel des zu messenden Objektes angibt.

4. Drehwinkelsensor nach Anspruch 3, worin die Anzahl der Magnetkraftdetektoren zwei oder mehr beträgt, und die Vielzahl von Magnetkraftdetektoren an unterschiedlichen Winkeln in Bezug auf das parallele Magnetfeld angeordnet ist, und der Drehwinkelsensor ferner einen Drehwinkelrechner umfasst, der einen Drehwinkel des zu messenden Objektes, basierend auf einer von dem jeweiligen Magnetkraftdetektor ausgegebenen Ausgangsspannung berechnet.

5. Drehwinkelsensor nach Anspruch 1, worin der Magnetkraftdetektor ein Hall-Element umfasst, wobei das Hall-Element einen Drehwinkel des zu messenden Objektes in einem Bereich von 0° bis 180° erfassen kann.

6. Drehwinkelsensor nach Anspruch 3, worin der Magnetkraftwandler einen nicht linearer Hall-IC umfasst, wobei der Hall-IC einen Drehwinkel des zu messenden Objektes in einem Bereich von 0° bis 180° erfassen kann.

7. Drehwinkelsensor nach Anspruch 2, worin der Magnetkraftdetektor mindestens zwei Hall-Elemente umfasst, die an einem unterschiedlichen Winkel in Bezug auf das parallele Magnetfeld angeordnet sind, wobei jedes der Hall-Elemente einen Drehwinkel des zu messenden Objektes in einem Bereich von 0° bis 360° erfassen kann.

8. Drehwinkelsensor nach Anspruch 4, worin der Magnetkraftwandler mindestens zwei nicht-lineare Hall-ICs umfasst, die an einem unterschiedlichen Winkel in Bezug auf das parallele Magnetfeld angeordnet sind, wobei jeder der Hall-ICs einen Drehwinkel des zu messenden Objektes in einem Bereich von 0° bis 360° erfassen kann.

9. Drehwinkelsensor nach Anspruch 1, worin der Parallelmagnetfeldgenerator umfasst:
einen Magnet, der einen Nordpol und einen Südpol besitzt, welche Pole in ihrer Gestalt symmetrisch in Bezug zu einer Magnetfeldgrenze sind, und
einen ausgehöhlten Abschnitt, der durch Aushöhlen einer Überschneidung zwischen der magnetischen Feldstärken-Grenze auf dem Magneten und einer Drehmitte des Drehschaftes geformt ist,
wobei das parallele Magnetfeld in dem ausgehöhlten Abschnitt erzeugt ist.

10. Drehwinkelsensor nach Anspruch 9, worin mindestens einer der Magnetkraftdetektoren in dem ausgehöhlten Abschnitt angeordnet ist.

11. Drehwinkelsensor nach Anspruch 3, worin der Parallelmagnetfeldgenerator umfasst:
einen Magneten, der einen Nordpol und einen Südpol besitzt, welche Pole in Bezug auf eine Magnetfeldgrenze symmetrisch in ihrer Gestalt sind, und
einen ausgehöhlten Abschnitt, der durch Aushöhlen einer Überschneidung zwischen der magnetischen Feldstärken-Grenze auf dem Magnet und einer Drehmitte des Drehschaftes geformt ist,
wobei das parallele Magnetfeld in dem ausgehöhlten Abschnitt erzeugt ist.

12. Drehwinkelsensor nach Anspruch 11, worin mindestens einer der Magnetkraftwandler in dem ausgehöhlten Abschnitt angeordnet ist.