DE102004041559A1

DE102004041559A1 - Winkelpositions-Bestimmungsvorrichtung mit Fehlfunktionsdetektor

Info

Publication number: DE102004041559A1
Application number: DE102004041559A
Authority: DE
Inventors: Shigetoshi Nishio Fukaya; Yoko Nishio Ichikawa; Naoki Kariya Nakane
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2003-08-29
Filing date: 2004-08-27
Publication date: 2005-03-24
Also published as: CN1293360C; FR2859276B1; JP2005077227A; US7227353B2; JP4233958B2; KR20050021942A; CN1590954A; FR2859276A1; US20050046418A1

Abstract

Eine Winkelpositions-Bestimmungsvorrichtung ist vorgesehen, welche einen Magneten beinhaltet, der an einer Drehwelle befestigt ist, sowie eine Mehrzahl von Magnetsensorelementen beinhaltet und welche dahingehend arbeitet, eine Winkelposition der Drehwelle unter Verwendung von Ausgängen der Magnetsensorelemente zu bestimmen. Die Vorrichtung beinhaltet auch einen Fehlfunktionsdetektor, der festlegt, welches der Magnetsensorelemente im Moment fehlerhaft arbeitet und welcher eine Maßnahme ergreift, die notwendig ist, die Winkelposition der Drehwelle korrekt zu bestimmen, auch wenn eine solche Fehlfunktion vorliegt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gegenstand der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Winkelpositions-Bestimmungsvorrichtung, die dahingehend arbeitet, eine Winkelposition eines Drehbauteils zu messen und insbesondere eine solche Winkelpositions-Bestimmungsvorrichtung, die mit einer Mehrzahl von Magnetsensoren und einem Fehlfunktionsdetektor ausgestattet ist, der dafür ausgelegt ist, eine Winkelposition einer Drehwelle auch dann genau zu bestimmen, wenn einer der Magnetsensoren fehlerhaft arbeitet.

Typische Winkelpositionssensoren, die dahingehend arbeiten, eine Winkelposition einer Drehwelle zu messen, sind aufgebaut aus einem ringförmigen Magneten mit einem N-Pol und einem S-Pol, die in Umfangsrichtung hiervon aneinandergereiht sind, einem magnetischen Joch, welches um den Umfang des Magneten angeordnet ist, und Magnetsensoren. Das magnetische Joch weist radiale Ausnehmungen zur Bildung von Luftspalten auf. Die Magnetsensoren liegen innerhalb der Luftspalte und dienen dazu, Magnetflußdichten in den Luftspalten zu messen. Der Winkelpositionssensor bestimmt die Winkelposition der Drehwelle unter Verwendung der Ausgänge der Magnetsensoren. Beispielsweise lehrt die US-PS-5,528,139 von Oudet et al., herausgegeben am 18. Juni 1996 (entsprechend dem japanischen Patent Nr. 2842482) einen solchen Typ von Winkelpositionssensor.

Der obige Typ von Winkelpositionssensor hat keinen Fehlfunktionsdetektor und hat somit Schwierigkeiten bei der Bestimmung der Winkelposition der Drehwelle, wenn einer der Magnetsensoren fehlerhaft ist.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist daher Hauptaufgabe der Erfindung, die Nachteile im Stand der Technik zu vermeiden.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Winkelpositions-Bestimmungsvorrichtung zu schaffen, die dafür ausgelegt ist, das Auftreten einer Fehlfunktion von Magnetsensoren zu erkennen und die Zuverlässigkeit des Betriebs der Vorrichtung auch im Fall einer solchen Fehlfunktion sicherzustellen.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine Winkelpositions-Bestimmungsvorrichtung geschaffen, welche in elektrischen Lenkkraftunterstützungsvorrichtungen für Kraftfahrzeuge verwendet werden kann. Die Winkelpositions-Bestimmungsvorrichtung weist auf: (a) ein hartmagnetisches Teil, das an einem Drehteil angebracht ist, wobei das hartmagnetische Teil einen Umfang hat und in Umfangsrichtung hiervon magnetisiert ist, um einen ersten und einen zweiten Magnetpol zu haben, welche um sich ein Magnetfeld erzeugen; (b) ein weichmagnetisches Teil, das außerhalb des Umfangs des hartmagnetischen Teils innerhalb des vom hartmagnetischen Teil erzeugten Magnetfeldes angeordnet ist, wobei das weichmagnetische Teil einen Umfang hat und aus einer Mehrzahl von Magnetabschnitten aufgebaut ist, welche entlang des Umfangs des weichmagnetischen Teils über Spalte aneinandergereiht sind, wobei eine Drehung des Drehteils zur Änderung einer relativen Winkellage zwischen dem hartmagnetischen Teil und dem weichmagnetischen Teil eine Änderung einer Magnetflußdichte innerhalb jedes der Spalte bewirkt; (c) eine Mehrzahl von Magnetflußdichten-Meßsensoren, von denen jeder so arbeitet, daß er die Magnetflußdichte innerhalb eines der Spalte mißt, um ein elektrisches Signal als eine Funktion der Magnetflußdichte zu erzeugen, was eine Winkelposition des Drehteils anzeigt; (d) einen Winkelpositions-Bestimmungsschaltkreis, der dahingehend arbeitet, eine Winkelposition der Drehwelle unter Verwendung der elektrischen Signale zu bestimmen, welche von dem Magnetflußdichten-Meßsensoren ausgegeben werden; und (e) einen Fehlfunktionserkennungsschaltkreis, der dahingehend arbeitet, das Auftreten einer Fehlfunktion eines jeden der Magnetflußdichten-Meßsensoren auf der Grundlage von elektrischen Signalen zu erkennen, welche von den Magnetflußdichten-Meßsensoren ausgegeben werden und zur Ausgabe eines Signals, welches dies anzeigt.

Der Winkelpositions-Bestimmungsschaltkreis überwacht das von dem Fehlfunktionserkennungsschaltkreis ausgegebene Signal und kann eine Maßnahme ergreifen, die zur Beseitigung eines fehlerhaften Ausgangs hiervon im Fall der Fehlfunktion der Magnetflußdichten-Meßsensoren notwendig ist.

Wenn der Fehlfunktionserkennungsschaltkreis die Fehlfunktion eines der Magnetflußdichten-Meßsensoren erkannt hat, spezifiziert in einer bevorzugten Ausführung der Erfindung der Fehlfunktionserkennungsschaltkreis, welcher der Magnetflußdichten-Meßsensoren fehlerhaft arbeitet. Der Winkelpositions-Bestimmungsschaltkreis bestimmt die Winkelposition der Drehwelle unter Verwendung der elektrischen Signale, welche von den Magnetflußdichten-Meßsensoren ausgegeben werden, welche korrekt arbeiten.

Der Fehlfunktionserkennungsschaltkreis kann so ausgelegt werden, daß er Änderungen in den elektrischen Signalen mißt, welche von den Magnetflußdichten-Meßsensoren in einer bestimmten Zeitdauer ausgegeben werden. wenn die Änderungen unübliche Werte haben, bestimmt der Fehlfunktionsbestimmungsschaltkreis, daß die Magnetflußdichten-Meßsensoren fehlerhaft sind.

Genauer gesagt, der Fehlfunktionserkennungsschaltkreis mißt Änderungen in den elektrischen Signalen, welche von zwei der Magnetflußdichten-Meßsensoren in der gegebenen Zeitdauer ausgegeben werden. Wenn ein Absolutwert einer Differenz zwischen den Änderungen größer als ein bestimmter Wert ist, bestimmt der Fehlfunktionsbestimmungsschaltkreis, daß einer der beiden Magnetflußdichten-Meßsensoren fehlerhaft ist.

Der Fehlfunktionserkennungsschaltkreis mißt bevorzugt Änderungen in den elektrischen Signalen, welche von zweien der Magnetflußdichten-Meßsensoren ausgegeben werden, wenn die elektrischen Signale der beiden Magnetflußdichten-Meßsensoren sich mit einer konstanten Rate ändern. Wenn die Magnetflußdichten-Meßsensoren richtig arbeiten, sind die Änderungen in den elektrischen Signalen im wesentlichen identisch zueinander. Wenn es somit eine Differenz zwischen den Änderungen der elektrischen Signale zweier der Magnetflußdichten-Meßsensoren gibt, ist es möglich, zu bestimmen, daß einer der beiden Magnetflußdichten-Meßsensoren fehlerhaft arbeitet.

Die Magnetflußdichten-Meßsensoren können durch einen ersten, einen zweiten und einen dritten Magnetflußdichten-Meßsensor implementiert werden, welche jeweils innerhalb der Spalte angeordnet sind. Das elektrische Signal, welches von jedem der ersten bis dritten Magnetflußdich ten-Meßsensoren ausgegeben wird, ändert sich zyklisch in Form einer periodischen Dreieckwelle als Funktion der Winkelposition der Drehwelle. Wenn das elektrische Signal, das von einem der ersten bis dritten Magnetflußdichten-Meßsensoren ausgegeben wird, einen maximalen Wert oder einen minimalen Wert in der Dreieckswelle hiervon zeigt, mißt der Fehlfunktionserkennungsschaltkreis die Änderungen in den elektrischen Signalen, welche von den anderen beiden der ersten bis dritten Magnetflußdichten-Meßsensoren in der gegebenen Zeitdauer ausgegeben werden. Genauer gesagt, wenn das elektrische Signal, das von einem der ersten bis dritten Magnetflußdichten-Meßsensoren ausgegeben wird, den maximalen oder minimalen Wert hat, bedeutet dies, daß die elektrischen Signale, welche von den anderen beiden der ersten bis dritten Magnetflußdichten-Meßsensoren ausgegebenen elektrischen Signale auf geraden Segmenten der periodischen Dreieckwellen hiervon liegen, wobei sich die elektrischen Signale mit einer konstanten Rate der Drehung der Drehwelle folgend ändern. Die Fehlfunktion des Magnetflußdichten-Meßsensors wird daher genau erkannt, indem die Änderungen in den elektrischen Signalen von zwei der Magnetflußdichten-Meßsensoren überwacht werden, welche nicht entweder den Maximalwert oder Minimalwert haben.

Die elektrischen Signale, welche von den ersten bis dritten Magnetflußdichten-Meßsensoren ausgegeben werden, können Spannungssignale sein. Die Spannungssignale der ersten und zweiten Magnetflußdichten-Meßsensoren können die periodischen Dreieckwellen haben, welche zueinander um 90° außer Phase sind. In diesem Fall haben die Dreieckwellen der Spannungssignale der ersten und zweiten Magnetflußdichten-Meßsensoren einen ersten und zweiten Schnittpunkt in einem Bereich von 360° der Winkelposition der Drehwelle. Der Spannungspegel des Spannungssignals am ersten Schnittpunkt ist größer als der am zweiten Schnittpunkt. Wenn das Spannungssignal, welches von einem der ersten und zweiten Magnetflußdichten-Meßsensoren ausgegeben wird, den Maximalwert in der zugehörigen Dreieckwelle hat, ist das Spannungssignal von einem der ersten und zweiten Magnetflußdichten-Meßsensoren in seinem Spannungspegel größer als der erste Schnittpunkt. Wenn das Spannungssignal, welches von einem der ersten und zweiten Magnetflußdichten-Meßsensoren ausgegeben wird, den Minimalwert in seiner Dreieckswelle hat, ist das Spannungssignal von einem der ersten und zweiten Magnetflußdichten-Meßsensoren in seinem Spannungspegel geringer als am zweiten Schnittpunkt. Die Verwendung solcher Beziehungen erlaubt eine Bestimmung, ob das von jedem der ersten bis dritten Magnetflußdichten-Meßsensoren erzeugte elektrische Signal den Maximalwert oder Minimalwert hat.

Jeder der zweiten Magnetpole kann so ausgelegt sein, daß er 180° des Umfangs des harten Magnetteils einnimmt. Die Spalte im weichen Magnetteil können aus einem ersten, einem zweiten, einem dritten, einem vierten und einem fünften Spalt gemacht sein. Die ersten bis vierten Spalte sind in einem Abstand von im wesentlichen 90° voneinander entlang des Umfangs des weichen Magnetteils angeordnet. Der fünfte Spalt liegt zwischen den dritten und vierten Spalten. Die ersten und zweiten Magnetflußdichten-Meßsensoren liegen innerhalb der ersten und zweiten Spalte, welche einander benachbart sind, während der dritte Magnetflußdichten-Meßsensor innerhalb des fünften Spalts liegt. Genauer gesagt, die Wellenformen der von den ersten bis dritten Magnetflußdichten-Meßsensoren erzeugten elektrischen Signale stimmen nicht miteinander überein. Wenn somit beispielsweise das vom ersten Magnetflußdichten-Meßsensor erzeugte elektrische Signal entweder den Maximalwert oder den Minimalwert hat, liegen die von den zweiten und dritten Magnetflußdichten-Meßsensoren erzeugten elektrischen Signale auf geraden Segmenten der periodischen Dreieckwellen hiervon, wobei sich die elektrischen Signale mit einer konstanten Rate als Funktion der Winkelposition der Drehwelle ändern. Dies erlaubt dem Fehlfunktionserkennungsschaltkreis, die Fehlfunktionen der zweiten und dritten Magnetflußdichten-Meßsensoren korrekt zu erkennen.

Die Magnetflußdichten-Meßsensoren können innerhalb einiger der Spalte angeordnet sein. Jeder der Spalte, innerhalb dem ein Magnetflußdichten-Meßsensor angeordnet ist, hat eine Länge in Umfangsrichtung des weichen Magnetteils, welche geringer als diejenige der Spalte mit keinem angeordneten Magnetflußdichten-Meßsensor ist. Dies verringert einen Austritt des Magnetflusse zur Außenseite der Spalte, in denen kein Magnetflußdichten-Meßsensor angeordnet ist.

Wenn der Absolutwert der Differenz zwischen den Änderungen größer als der gegebene Wert ist, kann der Fehlfunktionsbestimmungsschaltkreis einen aus den zwei Magnetflußdichten-Meßsensoren, welche die Änderung in dem elektrischen Signal mit unüblichem Wert haben, als fehlerhaft funktionierend spezifizieren. In diesem Fall kann der Winkelpositions-Bestimmungsschaltkreis die Winkelposition der Drehwelle unter Verwendung der elektrischen Signale bestimmen, welche von den anderen Magnetflußdichten-Meßsensoren ausgegeben werden, welche im Betrieb sind. Genauer gesagt, der Winkelpositions-Bestimmungsschaltkreis kann fortfahren, die Winkelposition der Drehwelle zu berechnen, wenn einer der Magnetflußdichten-Meßsensoren fehlerhaft ist. Dies stellt die Zuverlässigkeit im Betrieb der Winkelpositions-Bestimmungsvorrichtung sicher.

Wenn das vom dritten Magnetflußdichten-Meßsensor ausgegebene elektrische Signal einen Maximalwert oder einen Minimalwert in seiner Dreieckswelle hat, mißt der Fehlfunktionserkennungsschaltkreis die Änderungen in den elektrischen Signalen, welche von den ersten und zweiten Magnetflußdichten-Meßsensoren in der gegebenen Zeitdauer ausgegeben werden. Wenn der Absolutwert der Differenz zwischen den Änderungen in den elektrischen Signalen der ersten und zweiten Magnetflußdichten-Meßsensoren größer als der gegebene Wert ist, kann der Fehlfunktionsbestimmungsschaltkreis einen der ersten und zweiten Magnetflußdichten-Meßsensoren als fehlerhaft arbeitend spezifizieren. Wenn der erste Magnetflußdichten-Meßsensor als fehlerhaft arbeitend bestimmt wird, kann der Winkelpositions-Bestimmungsschaltkreis die Winkelposition der Drehwelle unter Verwendung der elektrischen Signale bestimmen, welche von den zweiten und dritten Magnetflußdichten-Meßsensoren ausgegeben werden. Andererseits, wenn der zweite Magnetflußdichten-Meßsensor als fehlerhaft arbeitend bestimmt wird, kann der Winkelpositions-Bestimmungsschaltkreis die Winkelposition der Drehwelle unter Verwendung der elektrischen Signale bestimmen, welche von den ersten und dritten Magnetflußdichten-Meßsensoren ausgegeben werden.

Der Fehlfunktionserkennungsschaltkreis kann unübliche Werte der elektrischen Signale speichern, welche von den ersten und zweiten Magnetflußdichten-Meßsensoren während einer Zeitdauer ausgegeben werden, wenn die elektrischen Signale der ersten und zweiten Magnetflußdichten-Meßsensoren sich mit einer konstanten Rate der Drehung der Drehwelle folgend ändern, wobei diese als zu erwartend bestimmt werden, wenn die ersten und zweiten Magnetflußdichten-Meßsensoren fehlerhaft arbeiten. In diesem Fall bestimmt der Fehlfunktionserkennungsschaltkreis einen der ersten und zweiten Magnetflußdichten-Meßsensoren, der die Änderung in dem elektrischen Signal hat, welche eine Übereinstimmung mit einem der gespeicherten unüblichen Werte hat, als fehlerhaft.

Die von den ersten bis dritten Magnetflußdichten-Meßsensoren ausgegebenen elektrischen Signale können durch Spannungssignale dargestellt werden. Die Spannungssignale der ersten bis dritten Magnetflußdichten-Meßssensoren können periodische Dreieckwellen sein, welche zueinander um 120° außer Phase sind. In diesem Fall haben die Dreieckwellen der Spannungssignale von den ersten und zweiten Magnetflußdichen-Meßsensoren einen ersten und einen zweiten Schnittpunkt in einem Bereich von 360° der Winkelposition der Drehwelle. Der Spannungspegel des Spannungssignals am ersten Schnittpunkt ist größer als derjenige am zweiten Schnittpunkt. Wenn das von einem der ersten und zweiten Magnetflußdichten-Meßsensoren ausgegebene Spannungssignal den Maximalwert in seiner Dreieckwelle zeigt, ist das Spannungssignal von einem der ersten und zweiten Magnetflußdichten-Meßsensoren in seinem Spannungspegel größer als am ersten Schnittpunkt. Wenn das von einem der ersten und zweiten Magnetflußdichten-Meßsensoren ausgegebene Spannungssignal den Minimalwert in seiner Dreieckwelle zeigt, ist das Spannungssignal von einem der ersten und zweiten Magnetflußdichten-Meßsensoren in seinem Spannungspegel kleiner als am zweiten Schnittpunkt. Die Verwendung dieser Beziehungen erlaubt eine Bestimmung, ob das von jedem der ersten bis dritten Magnetflußdichten-Meßsensoren erzeugte elektrische Signal den Maximalwert oder Minimalwert hat.

Jeder der ersten und zweiten Magnetpole kann 180° des Umfangs des harten Magnetteils einnehmen. Die Spalte in dem weichen Magnetteil können mit einem ersten, einem zweiten und einem dritten Spalt ausgestattet sein, welche in einem Intervall von im wesentlichen 120° beabstandet voneinander entlang des Umfangs des weichen Magnetteils angeordnet sind. Die ersten bis dritten Magnetflußdichten-Meßsensoren sind innerhalb der ersten bis dritten Spalte entsprechend angeordnet. Insbesondere stimmen die Wellenformen der elektrischen Signale, welche von den ersten bis dritten Magnetflußdichten-Meßsensoren erzeugt werden, nicht miteinander überein. Wenn somit beispielsweise das vom ersten Magnetflußdichten-Meßsensor erzeugte elektrische Signal entweder den Maximalwert oder dem Minimalwert hat, liegen die elektrischen Signale, die von den zweiten und dritten Magnetflußdichten-Meßsensoren erzeugt werden, auf geraden Segmenten der periodischen Dreieckwellen hiervon, wo die elektrischen Signale sich mit einer konstanten Rate als Funktion der Winkelposition der Drehwelle ändern. Dies erlaubt dem Fehlfunktionserkennungsschaltkreis die Fehlfunktion des zweiten und dritten Magnetflußdichten-Meßsensors korrekt zu erkennen.

Wenn der Absolutwert der Differenz der Änderungen in den elektrischen Signalen von zweien der ersten bis dritten Magnetflußdichten-Meßsensoren größer als der gegebene Wert ist, kann der Fehlfunktionserkennungsschaltkreis bestimmen, welcher der beiden Magnetflußdichten-Meßsensoren fehlerhaft arbeitet. Wenn der erste Magnetflußdichten-Meßsensor als fehlerhaft arbeitend bestimmt wird, bestimmt der Winkelpositionsbestimmungsschaltkreis die Winkelposition der Drehwelle unter Verwendung der elektrischen Signale, welche von den zweiten und dritten Magnetflußdichten-Meßsensoren ausgegeben werden. Wenn der zweite Magnetflußdichten-Meßsensor als fehlerhaft arbeitend bestimmt wird, bestimmt der Winkelpositionsbestimmungsschaltkreis die Winkelpositionen der Drehwelle unter Ver wendung der elektrischen Signale, welche von den ersten und dritten Magnetflußdichten-Meßsensoren ausgegeben werden. Wenn der dritte Magnetflußdichten-Meßsensor als fehlerhaft arbeitend bestimmt wird, bestimmt der Winkelpositionsbestimmungsschaltkreis die Winkelposition der Drehwelle unter Verwendung der elektrischen Signale, welche von den ersten und zweiten Magnetflußdichten-Meßsensoren ausgegeben werden. Insbesondere kann der Winkelpositionsbestimmungsschaltkreis damit fortfahren, die Winkelposition der Drehwelle zu berechnen, wenn einer der Magnetflußdichten-Meßsensoren ausgefallen ist. Dies stellt die Zuverlässigkeit im Betrieb der Winkelpositionsbestimmungsvorrichtung sicher.

Der Fehlfunktionserkennungsschaltkreis kann unübliche Werte der elekrischen Signale speichern, welche von den ersten bis dritten Magnetflußdichten-Meßsensoren während einer Zeitperiode ausgegeben werden, wenn die elektrischen Signale der ersten bis dritten Magnetflußdichten-Meßsensoren sich mit einer konstanten Rate der Drehung der Drehwelle folgend ändern, welche als zu erwartend angesehen werden, wenn die ersten bis dritten Magnetflußdichten-Meßsensoren fehlerhaft arbeiten. In diesem Fall bestimmt der Fehlfunktionserkennungsschaltkreis einen der ersten bis dritten Magnetflußdichten-Meßsensoren, der die Änderung in dem elektrischen Signal mit einer Übereinstimmung mit einem der gespeicherten unüblichen Werte hat, als fehlerhaft.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Die vorliegende Erfindung läßt sich besser aus der detaillierten folgenden Beschreibung und der beigefügten Zeichnung bevorzugter Ausführungsformen verstehen, welche jedoch nicht als die Erfindung auf die konkreten Ausfüh rungsformen einschränkend zu verstehen ist, sondern welche zum Zweck der Erläuterung und des Verständnisses dienen.
In der Zeichnung ist:
1(a) eine Seitenansicht, welche einen Winkelpositionssensor gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
1(b) eine Querschnittsdarstellung entlang Linie I-I in 1(a), welche einen Winkelpositionsdetektor der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
2 eine perspektivische Ansicht, welche einen Magnet des Winkelpositionssensors der 1(a) und 1(b) zeigt;
3(a) eine Draufsicht, welche die Ausrichtung des Magnetflusses zeigt, der aus dem Magneten von 2 austritt;
3(b) eine graphische Darstellung, welche eine perodische Welle zeigt, die eine Änderung der Größe des Magnetflusses bei Drehung einer Drehwelle darstellt, an der ein Magnet befestigt ist;
4(a) eine Querschnittsdarstellung, welche eine Lagebeziehung zwischen einem Magneten und einer Drehwelle zeigt, wenn die Drehwelle in einer Winkelposition von 0° ist;
4(b) eine Querschnittsdarstellung, welche eine Lagebeziehung zwischen einem Magneten und einer Drehwelle zeigt, wenn die Drehwelle in einer Winkelposition von 90° ist;
4(c) eine Querschnittsdarstellung, welche eine Lagebeziehung zwischen einem Magneten und einer Drehwelle zeigt, wenn die Drehwelle in einer Winkelposition von 180° ist;
4(d) eine graphische Darstellung, welche periodische Wellen zeigt, die Änderungen in Ausgangsspannungen von Sensorelementen eines Magnetsensors bei Drehung einer Drehwelle zeigen, an der ein Magnet befestigt ist;
5(a) ein Flußdiagramm des Programms, das in einem Winkelpositionsberechnungsschaltkreis zur Erzeugung einer Ausgangsspannung durchgeführt wird, welche eine Winkelposition einer Drehwelle angibt;
5(b) und 5(c) Flußdiagramme vom Programm, welche von einem Winkelpositions-Berechnungsschaltkreis durchgeführt werden, wenn eines der Sensorelemente fehlerhaft arbeitet;
6 eine graphische Darstellung, welche die Ausgangsspannung zeigt, die vom Programm von 5(a) erzeugt wird;
7 ein Flußdiagramm eines Programms, das von einem Winkelpositions-Berechnungsschaltkreises durchgeführt wird, um festzulegen, welches Sensorelement fehlerhaft arbeitet, und um eine notwendige Maßnahme zu ergreifen, um eine Winkelposition einer Drehwelle im Fall einer solchen Fehlfunktion zu bestimmen;
8 eine grafische Darstellung, welche eine Änderung im Spannungsausgang von einem Winkelpositions-Berechnungsschaltkreis zeigt;
9 eine Querschnittsdarstellung, welche einen Winkelpositionssensor der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
10 eine Querschnittsdarstellung, welche einen Winkelpositionssensor der zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
11 eine grafische Darstellung, welche periodische Wellen von Ausgangsspannungen von Sensorelementen eines Magnetsensors bei Drehung einer Drehwelle zeigt, an der eine Magnet gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung befestigt ist;
12 ein Flußdiagramm eines Programms, das in einem Winkelpositions-Berechnungsschaltkreis durchgeführt wird, um eine Ausgangsspannung zu erzeugen, die eine Winkelposition einer Drehwelle in der zweiten Ausführungsform der Erfindung angibt;
13 ein Flußdiagramm eines Programms, das von einem Winkelpositions-Berechnungsschaltkreis durchgeführt wird, wenn eines der Sensorelemente fehlerhaft ist;
14 eine Grafik, welche periodische Wellen von Spannungsausgängen erster und zweiter Elemente eines Magnetsensors zeigt, wenn ein drittes Sensorelement ausgefallen ist;
15 eine Grafik, die den Ausgang eines Winkelpositions-Berechnungsschaltkreis im Fall einer Fehlfunktion eines dritten Sensorelementes zeigt.
BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Bezugnehmend auf die Zeichnung, in der gleiche Bezugszeichen gleiche Teile in den verschiedenen Darstellungen bezeichnen, insbesondere in den 1(a) und 1(b), so ist eine Winkelpositionsbestimmungsvorrichtung 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung dargestellt, welche nachfolgend als Winkelpositionsdetektor bezeichnet wird.
Der Winkelpositionsdetektor 1 besteht im Wesentlichen aus einem Winkelpositionssensor, der an einem Außenumfang einer Drehwelle 2 angeordnet ist, sowie einem Winkelpositions-Berechnungsschaltkreis 6. Der Winkelpositions-Berechnungsschaltkreis 6 arbeitet dahingehend, eine Winkelposition der Drehwelle 2 unter Verwendung eines Ausgangs vom Winkelpositionssensor zu bestimmen.
Der Winkelpositionssensor umfaßt einen Magneten 3 aus einem hartmagnetischen Material, ein Joch 4 aus einem weichmagnetischen Material, und einen Magnetsensor 5, der dahingehend arbeitet, die Dichte des Magnetflusses zu messen.
Der Magnet 3 ist ringförmig und am Außenumfang der Drehwelle 2 befestigt. Der Magnet 3 ist aus zwei halbkreisförmigen Teilen aufgebaut, einem mit einem N-Pol 3a und einem mit einem S-Pol 3b. Der N-Pol 3a und der S-Pol 3b sind einstückig an ihren Endungen an Stellen 180° voneinander entfernt verbunden. Der Magnet 3 hat eine Dicke h, wie in 2 gezeigt, welche allmählich von Schnitt stellen 3c zwischen dem N-Pol 3a und dem S-Pol 3b zu umfangsseitigen Mitten des N-Pols 3a und des S-Poles 3b abnimmt.
Das Joch 4 ist ringförmig und ist aus vier Bogensegmenten 4a bis 4b aufgebaut (welche nachfolgend auch erstes, zweites, drittes und viertes Jochsegment bezeichnet werden), die auf einem Kreis entlang des Umfangs des Magnets 3 um annähernd 90° voneinander beabstandet mit Luftspalten 41 angeordnet sind. Das dritte Segment 4c ist weiterhin aus zwei getrennten Teilen aufgebaut, zwischen denen ein Luftspalt 41 vorhanden ist. Das Joch 4 hat eine Dicke, die gemäß 1(a), größer als die des Magneten 3 ist. Die umfangsseitige Mittellinie des Jochs 4 (d.h. eine Linie, die sich durch die Mitte in der Dicke des Jochs 4 erstreckt) fällt mit derjenigen des Magnets 3 über den gesamten Umfang hinweg zusammen. Mit anderen Worten, der Magnet 3 und das Joch 4 sind so angeordnet, daß eine Ebene, die auf der umfangsseitigen Mittellinie des Magneten 3 in Dickenrichtung hiervon definiert ist, mit derjenigen zusammenfällt, welche auf der umfangsseitigen Mittellinie des Jochs 4 in Dickenrichtung hiervon definiert ist.
Der Magnetsensor 5 ist aufgebaut aus einem ersten Sensorelement 5a, einem zweiten Sensorelement 5b und einem dritten Sensorelement 5c. Das erste Sensorelement 5a liegt innerhalb des Spalts 41 zwischen dem ersten und vierten Jochsegmenten 4a und 4d. Das zweite Sensorelement 5b liegt in dem Spalt 41 zwischen dem ersten und zweiten Jochsegmenten 4a und 4b. Das dritte Sensorelement 5c liegt in dem Spalt 41, der in der umfangsseitigen Mitte des dritten Jochsegments 4c ausgebildet ist. Die ersten bis dritten Elemente 5a bis 5c arbeiten dahingehend, einen Magnetfluß zu messen, der sich in den Spalten 41 ent wickelt, so daß jeweils entsprechend die Dichte des Magnetflusses angezeigt wird. Die ersten bis dritten Sensorelemente 5a bis 5c sind von dem Joch 4 getrennt und jeweils beispielsweise durch einen Hallsensor, ein Hall-IC oder ein magnetoresistives Element gebildet, welche dahingehend arbeiten, ein elektrisches Signal (z.B. ein Spannungssignal) als eine Funktion der Dichte des Magnetflusses innerhalb des Spalts 41 an den Winkelpositions-Berechnungsschaltkreis 6 auszugeben. Das dritte Sensorelement 5c ist, wie später noch genauer beschrieben wird, zur Überwachung von Fehlern im Betrieb der ersteren und zweiten Sensorelemente 5a und 5b vorgesehen. Die Größe der Spalte 41, innerhalb der die ersten bis dritten Sensorelemente 5a bis 5c angeordnet sind, d.h., die Umfangslängen Ka, Kb und Kd der Spalte 41 sind gemäß 9 im Wesentlichen identisch zueinander und größer als die Umfangslängen Kc und Ke der Spalte 41 zwischen den zweiten und dritten Sensorelementen 5b und 5c bzw. den dritten und vierten Sensorelementen 5c und 5d, in denen keine Sensorelementen angeordnet sind.
Der Winkelpositions-Berechnungsschaltkreis 6 arbeitet dahingehend, eine Winkelposition (d.h. einen Absolutwinkel) der Drehwelle 2 unter Verwendung der elektrischen Signale zu bestimmen, welche von den ersten bis dritten Sensorelementen 5a bis 5c ausgegeben werden. Insbesondere wenn die ersten bis dritten Sensorelemente 5a bis 5c normal arbeiten, kombiniert oder verbindet der Winkelpositions-Berechnungsschaltkreis 6 die Ausgänge der ersten und zweiten Sensorelemente 5a und 5b miteinander um die Winkelposition der Drehwelle 2 durchgehend über 90° zu bestimmen.
Die Dichte des vom Magneten 3 erzeugten Magnetflusses wird nachfolgend beschrieben.
Die Dicke h des Magneten 3 nimmt von den Schnittstellen 3c zwischen den Enden des N-Pols 3a und den Enden des S-Pols 3b zu den umfangsseitigen Mitten hiervon ab, wie oben beschrieben, so daß die Dicke der umfangsseitigen Mittelpunkte zwischen N-Pol 3a und S-Pol 3b kleiner als an den Schnittstellen 3c ist. Insbesondere ist ein Bereich einer Umfangsoberfläche um die umfangsseitigen Mitten zwischen N-Pol 3a und S-Pol 3b des Magneten 3 kleiner, als wenn die Dicke h konstant über den Gesamtumfang des Magneten wäre. Mit anderen Worten, die Größe des Magnetflusses, der in Radiusrichtung des Magneten 3 von den umfangsseitigen Mitten zwischen N-Pol 3a und S-Pol 3b, die die größte Magnetflußdichte haben, erzeugt wird, nimmt ab. Dies bewirkt, daß eine Gesamtmenge an Magnetfluß um die umfangsseitigen Mittelpunkte zwischen N-Pol 3a und S-Pol 3b des Magneten 3 praktisch gleichmäßig wird. Eine Drehung des Magneten 3 (d.h. der Drehwelle 2) bewirkt, daß die Größe des Magnetflusses, der durch jedes der Sensorelemente 5a bis 5c des Magnetsensors 5 fließt, sich zyklisch in Form einer Welle ändert, wie 3(b) gezeigt. Die Größe des Magnetflusses innerhalb eines Bereiches X (d.h. um die umfangsseitige Mitte des N-Pols 3a) ist im Wesentlichen identisch zu derjenigen innerhalb eines Bereiches Y (um die umfangsseitige Mitte des S-Pols 3b).
Eine Abnahme der Dicke h des Magneten 3 von den Schnittstellen 3c zwischen N-Pol 3a und S-Pol 3b wird so gewählt, daß die Größe an Magnetfluß, der um jeden der umfangsseitigen Mitten von N-Pol 3a und S-Pol 3b herum erzeugt wird, im wesentlichen konstant ist. Alternativ kann eine Radiusdicke des Magneten 3 von der Schnittstelle 3c in Richtung der Umfangsmitten von N-Pol 3a und S-Pol 3b abnehmen. Ein Änderung in der Magnetflußdichte, die von dem Magnetsensor 5 gemessen wird, wenn die Drehwelle 2 in Umfangsrichtung dreht, wird nachfolgend unter Bezug auf die 4(a) bis 4(d) beschrieben.
Wenn die Drehwelle 2 gemäß 4(a) in einer Mittelposition I von null (= 0°) ist, fließt kein Magnetfluß durch den Spalt 41 zwischen den ersten und vierten Jochsegmenten 4a und 4d, so daß die Magnetflußdichte null (0) ist, während eine maximale Magnetflußdichte einer negativen Polarität in dem Spalt 41 zwischen den ersten und zweiten Jochsegmenten 4a und 4b aufgebaut wird. Die ersten und zweiten Sensorelemente 5a und 5b geben Spannungssignale mit Pegeln der gestrichelten Linie I aus, wie in 4(d) gezeigt.
Wenn die Drehwelle 2 um 90° in Uhrzeigerrichtung aus der Winkelposition I in eine Winkelposition II dreht, wie in 4(b) gezeigt, bewirkt dies eine maximale Magnetflußdichte einer positiven Polarität, die sich im Spalt 41 zwischen den ersten Jochsegmenten 4a und 4d, aufbaut, während kein Magnetfluß durch den Spalt 41 zwischen den ersten und zweiten Jochsegmenten 4a und 4b läuft. Die ersten und zweiten Sensorelemente 5a und 5b geben Spannungssignale mit Pegeln aus, wie sie in 4(d) mit der gestrichelten Linie II dargestellt sind.
Wenn die Drehwelle 2 um weitere 90° in Uhrzeigerrichtung aus der Winkelposition II in eine Winkelposition III dreht, wie in 4(c) gezeigt, bewirkt dies eine maximale Magnetflußdichte positiver Polarität, die sich in dem Spalt 41 zwischen den ersten und zweiten Jochsegmenten 4a und 4b aufbaut, während kein Magnetfluß durch den Spalt 41 zwischen den ersten und vierten Jochsegmenten 4a und 4d fließt. Die ersten und zweiten Sensorelemente 5a und 5b geben Spannungssignale mit Pegeln an der gestrichelten Linie III aus, wie in 4(d) gezeigt.
Genauer gesagt, die von den ersten und zweiten Sensorelementen 5a und 5b erzeugten Spannungssignale sind Dreieckwellen, welche zueinander annähernd um 90° außer Phase sind. Dies bewirkt Schnittstellen VL und VH zwischen den Spannungssignalen der ersten und zweiten Sensorelemente 5a und 5b, welche an Winkelpositionen von –45° und 135° der Drehwelle 2 auftreten. Das vom dritten Sensorelement 5c erzeugte Spannungssignal ist gemäß 4(d) annähernd 45° außer Phase mit denjenigen, welche von den ersten und zweiten Sensorelementen 5a und 5b erzeugt werden.
Die Größe eines Magnetflusses, der um jeden der umfangsseitigen Mittelpunkte von N-Pol 3a und S-Pol 3b fließt, ist gemäß obiger Beschreibung im wesentlichen konstant, was bewirkt, daß sich die Magnetflußdichte innerhalb der Spalte 41 zwischen den ersten und vierten Jochsegmenten 4a und 4d und zwischen den ersten und zweiten Jochsegmenten 4a und 4b während einer Drehung der Drehwelle 2 mit konstanter Rate ändert, so daß die ersten und zweiten Sensorelemente 5a und 5b die Spannungssignale ausgeben, wie in 4(d) mit den durchgezogenen Linien gezeigt. Das dritte Sensorelement 5c ist einer kleinen konstanten Änderung der Magnetdichte im Vergleich zu den ersten und zweiten Sensorelementen 5a und 5b unterworfen. Eine solche Änderung erscheint in dem geraden Abschnitt der Wellenform von 4(d).
5(a) zeigt ein Flußdiagramm von logischen Schritten oder ein Programm, welches von dem Winkelpositions-Berechnungsschaltkreis 6 des Winkelpositionsdetektors 1 durchgeführt wird. In der nachfolgenden Erläute rung werden die Spannungsausgänge der ersten und zweiten Sensorelemente 5a und 5b als Va bzw. Vb ausgedrückt und eine Ausgangsspannung vom Winkelpositions-Berechnungsschaltkreis 6 wird als Vout bezeichnet.
Nach Eintritt in das Programm geht der Ablauf zum Schritt 1, in dem bestimmt wird, ob der Spannungsausgang Va größer als 3 , 0 V ist oder nicht. Wenn die Antwort JA erhalten wird (Va > 3,0 V), geht der Ablauf zum Schritt 6, wo die Ausgangsspannung Vout gemäß einer Beziehung von Vout = 1 + Vb bestimmt wird und danach wird zum Schritt 1 zurückgekehrt.
Wenn andererseits die Antwort NEIN erhalten wird (Va ≤ 3,0 V) geht der Ablauf zum Schritt 2, wo bestimmt wird, ob der Spannungsausgang Va kleiner als 2,0 V ist oder nicht. Wenn die Antwort JA erhalten wird (Va ≤ 2,0 V), geht der Ablauf zum Schritt 7, wo die Ausgangsspannung Vout abhängig von einer Beziehung Vout = 4 – Vb bestimmt wird, wonach zum Schritt 1 zurückgekehrt wird.
Wenn andererseits die Antwort NEIN erhalten wird (Va ≥ 2,0 V) geht der Ablauf zum Schritt 3, wo bestimmt wird, ob der Spannungsausgang Vout kleiner als 2,4 V ist oder nicht. Wenn die Antwort JA erhalten wird (Va < 2,4 V), geht der Ablauf zum Schritt 8, wo die Ausgangsspannung Vout gemäß der Beziehung Vout = Va bestimmt wird, wonach zum Schritt 1 zurückgekehrt wird.
Wenn andererseits die Antwort NEIN erhalten wird (Va ≥ 2,4 V), geht der Ablauf zum Schritt 4, wo bestimmt wird, ob die Ausgangsspannung Vb größer als 2,6 V ist und ob der Spannungsausgang Va kleiner als 2,5 V ist oder nicht. Wenn die Antwort JA erhalten wird (Vb > 2,6 V, und Va < 2, 5 V), geht der Ablauf zum Schritt 9, wo die Aus gangsspannung Vout gemäß der Beziehung Vout = 3 – Va bestimmt wird, wonach zum Schritt 1 zurückgekehrt wird.
Wenn andererseits im Schritt 4 die Antwort NEIN erhalten wird, geht der Ablauf zum Schritt 5, wo bestimmt wird, ob die Ausgangsspannung Vb größer als 2,6 V ist und ob der Spannungsausgang Va größer oder gleich 2,5 V ist oder nicht. Wenn die Antwort JA erhalten wird, geht der Ablauf zum Schritt 10, wo die Ausgangsspannung Vout gemäß der Beziehung Vout = 7 – Va bestimmt wird, wonach zum Schritt 1 zurückgekehrt wird.
Wenn andererseits im Schritt 5 die Antwort NEIN erhalten wird, geht der Ablauf zum Schritt 11, wo die Ausgangsspannung Vout gemäß der Beziehung Vout = 0 bestimmt wird, wonach zum Schritt 1 zurückgekehrt wird.
6 zeigt die Ausgangsspannung Vout des Winkelpositions-Berechnungsschaltkreises 6, die mit den obigen Abläufen erhalten worden ist und die erzeugt wird durch Kombination der geraden Abschnitte der Wellenformen der von den ersten und zweiten Sensorelementen 5a und 5b erzeugten Spannungssignale, und welche sich mit einer konstanten Rate über einen Winkelbereich von 360° der Drehwelle 2 (d.h. –180° bis +180°) ändert. Insbesondere arbeitet der Winkelpositions-Berechnungsschaltkreis 6 so, daß er eine Absolutwinkelposition der Drehwelle 2 über deren vollen Winkelbereich ausgibt.
7 ist ein Flußdiagramm eines Programms, welches von dem Winkelpositions-Berechnungsschaltkreis 6 ausgeführt wird, um den Zustand einer Fehlfunktion des Magnetsensors 5 zu erkennen und um eine Maßnahme zu ergreifen, welche notwendig ist, die Winkelposition der Drehwelle 2 im Fall einer Fehlfunktion zu bestimmen. Die Spannungs ausgänge der ersten bis dritten Sensorelemente 5a bis 5c werden als Va, Vb bzw. Vc ausgedrückt, welche als eine Funktion der Winkelposition der Drehwelle 2 erzeugt werden. Nach Eintritt in das Programm geht der Ablauf zum Schritt 100, wo der Winkelpositions-Berechnungsschaltkreis 6 die Spannungsausgänge Va, Vb und Vc der ersten bis dritten Sensorelemente 5a bis 5c des Magnetsensors 5 aufnimmt.
Der Ablauf geht zum Schritt 101, wo bestimmt wird, ob der Spannungsausgang Va einen Wert nahe einer der Maximal- und Minimalspannungen hiervon zeigt oder nicht, d.h. ob der Spannungsausgang Va an der Spitze oder dem Boden seiner periodischen Dreieckwelle liegt, wie in 4(d) gezeigt, wo eine Änderungsrate in dem Spannungsausgang Va pro Einheitszeit während einer Drehung der Drehwelle 2 nicht konstant ist. Wenn eine Antwort JA erhalten wird, was bedeutet, daß der Wert des Spannungsausganges Va nahe der Maximal- und Minimalspannung liegt, geht der Ablauf zum Schritt 102. Wenn andererseits die Antwort NEIN erhalten wird, geht der Ablauf zum Schritt 107. Die Bestimmung im Schritt 101 kann erreicht werden, indem bestimmt wird, ob eine der Beziehungen Va < VL und Va > VH erfüllt ist oder nicht, wobei VL und VH Pegel der Spannungsausgänge Va und Vb angeben, welche an den Schnittstellen VL und VH auftreten, wie in 4(d) gezeigt, und welche vorab berechnet werden.
Im Schritt 102 werden Änderungen ΔVb und ΔVc in den Spannungsausgängen Vb und Vc der ersten und dritten Sensorelemente 5a und 5c innerhalb einer gegebenen Zeitperiode bestimmt. Genauer gesagt, Schritt 102 wird betreten, wenn der Wert des Spannungsausganges Va nahe der Maximal- oder Minimalspannung liegt, mit anderen Worten, wenn die Pegel der Spannungsausgänge Vb und Vc der zweiten und dritten Sensorelemente 5b und 5c, welche um 90° bzw. 45° außer Phase mit dem Spannungsausgang Va sind, auf den geraden Segmenten der Dreieckwellen hiervon auftreten, wie in 4(d) gezeigt, wo sich die Pegel der Spannungsausgänge Vb und Vc mit einer konstanten Rate als Funktion der Winkelposition der Drehwelle 2 ändern. Der Schritt 102 bestimmt somit die Änderungen ΔVb und ΔVc in den Spannungsausgängen Vb und Vc, welche sich als eine Position der Winkelposition der Drehwelle 2 ändern.
Der Ablauf geht zum Schritt 103, wo eine Differenz zwischen den Spannungsänderungen ΔVb und ΔVc aus Schritt 102 bestimmt wird (d.h. ΔVb – ΔVc).
Der Ablauf geht zum Schritt 104, wo bestimmt wird, ob ein Absolutwert der Spannungsdifferenz ΔVb – ΔVc, wie sie im Schritt 103 erhalten worden ist, größer als ein gegebener Wert ist oder nicht. Wenn die zweiten und dritten Sensorelemente 5b und 5c normal arbeiten, ändern sich die Spannungsausgänge Vb und Vc im wesentlichen mit der gleichen Rate. In diesem Fall wird der Absolutwert der Spannungsdifferenz ΔVb – ΔVc nahe Null (0). Wenn im Schritt 104 die Antwort JA erhalten wird, was bedeutet, daß |ΔVb – ΔVc| größer als der gegebene Wert ist, d.h. daß sich die Spannungsausgänge Vb und Vc mit Raten unterschiedlich zueinander ändern, geht der Ablauf zum Schritt 106.
Wenn andererseits die Antwort NEIN erhalten wird, geht der Ablauf zum Schritt 105.
Im Schritt 105, der betreten wird, wenn der Absolutwert |ΔVb – ΔVc| als kleiner als der gegebene Wert in Schritt 104 bestimmt wird, bestimmt der Winkelpositions-Berechnungsschaltkreis 6, daß die ersten bis dritten Sensoren 5a bis 5c nun normal arbeiten und berechnet die Winkelposition der Drehwelle 2 unter Verwendung der Spannungsausgänge Va und Vb der Sensorelemente 5a und 5b gemäß dem Programm von 5(a). Der Ablauf kehrt dann zum Schritt 100 zurück.
Im Schritt 106, der betreten wird, wenn der Absolutwert |ΔVb – ΔVc| als größer als der gegebene Wert im Schritt 104 bestimmt wird, beschließt der Winkelpositions-Berechnungsschaltkreis 6, daß eines der zweiten und dritten Sensorelemente 5b und 5c fehlerhaft arbeitet und löst eine Fehlerkorrektur/Warnaktion 1 aus, um festzulegen, welches der zweiten und dritten Sensorelemente 5b und 5c fehlerhaft arbeitet und um einen Fehlerkorrektur/Warnvorgang durchzuführen, wie nachfolgend erläutert wird.
In dem Winkelpositions-Berechnungsschaltkreis 6 ist eine Datenmappe installiert, welche erlaubbare Spannungsbereiche ΔVa', ΔVb' und ΔVc' auflistet, welche als Änderungen der Spannungsausgänge Va, Vb und Vc innerhalb einer gegebenen Zeitperiode definiert sind und deren Auftreten innerhalb von Bereichen zu erwarten ist, in denen sich die Werte der Spannungsausgänge Va, Vb und Vc mit einer konstanten Rate als eine Funktion der Winkelposition der Drehwelle 2 ändern (d.h. die geraden Segmente der Dreieckwellen gemäß 4(d)), und zwar in einem Fall, in dem die Sensorelemente 5a bis 5c richtig plus und minus einem gegebenen zulässigen Spannungspegel arbeiten, wie er auf der Grundlage eines Arbeitszyklus (d.h. einem Signalabtastzyklus) in dem Winkelpositions-Berechnungsschaltkreis 6 und einer maximalen Gescwindigkeit der Drehwelle 2 vorbestimmt ist. Der Winkelpositions-Berechnungsschaltkreis 6 bestimmt, ob die Spannungsänderungen Δ Vb und ΔVc in den zweiten und dritten Sensorelementen 5b und 5c, wie sie im Schritt 102 erhalten worden sind, in nerhalb der erlaubbaren Spannungsbereiche ΔVb' und ΔVc' liegen oder nicht und bestimmt, welches der zweiten und dritten Sensorelemente 5b und 5c nun fehlerhaft arbeitet.
Wenn bestimmt worden ist, daß nur die Spannungsänderung ΔVb des zweiten Sensorelements 5b außerhalb des erlaubbaren Spannungsbereichs ΔVb' liegt, was bedeutet, daß nun nur das zweite Sensorelement 5b fehlerhaft arbeitet, berechnet der Winkelpositions-Berechnungsschaltkreis 6 die Winkelposition der Drehwelle 2 unter Verwendung der Spannungsausgänge Va und Vc der ersten und dritten Sensorelemente 5a und 5c gemäß einem Programm, wie in 5(b) dargestellt, das sich von demjenigen von 5(a) nur in den Schritten 30, 40, 50, 60 und 70 unterscheidet. Genauer gesagt, der Spannungsausgang Vc wird anstelle des Spannungsausgangs Vb verwendet. Die Referenzwerte, wie sie in den Bestimmungen der Schritte 40, 60 und 70 verwendet werden, sind, wie in der Zeichnung klar zu sehen ist, unterschiedlich zu denjenigen vom Programm aus 5(a) . Die weiteren Abläufe sind identisch und eine Erläuterung hiervon im Detail erfolgt nicht.
Wenn andererseits bestimmt worden ist, daß nur die Spannungsänderung ΔVc des dritten Sensorelements 5c außerhalb dem erlaubbaren Spannungsbereich ΔVc' liegt, was bedeutet, daß nun nur das dritte Sensorelement 5c fehlerhaft arbeitet, berechnet der Winkelpositions-Berechnungsschaltkreis 6 die Winkelposition der Drehwelle 2 unter Verwendung der Spannungsausgänge Va und Vb der ersten und zweiten Sensorelemente 5a und 5b.
Genauer gesagt, der Spannungsausgang Vc wird anstelle des Spannungsausgangs Vb verwendet. Die Referenzwerte, wie sie in der Bestimmung der Schritte 41, 61 und 71 verwendet werden, sind, wie klar aus der Zeichnung hervor geht, unterschiedlich zu denjenigen im Programm von 5(a). Die weiteren Abläufe sind identisch und eine detaillierte Beschreibung hiervon erfolgt nicht.
Wenn andererseits bestimmt worden ist, daß beide Spannungsänderungen ΔVb und ΔVc außerhalb der erlaubbaren Spannungsbereiche ΔVb' und ΔVc' liegen, was bedeutet, daß sowohl das zweite als auch das dritte Sensorelement 5b und 5c nun fehlerhaft funktioniert, erzeugt der Winkelpositions-Berechnungsschaltkreis 6 einen Warnausgang, der anzeigt, daß der Magnetsensor 5 funktionsunfähig ist, d.h., daß es unmöglich ist, die Winkelposition der Drehwelle 2 für ein externes System zu bestimmen, welches den Ausgang vom Winkelpositionsdetektor 1 empfangen soll.
Es sei festzuhalten, daß, wenn nur das zweite Sensorelement 5b fehlerhaft arbeitet, der Ausgang Vout des Winkelpositions-Berechnungsschaltkreises 6 eine Wellenform hat, die in 8 gezeigt ist, bei der eine Schwankung in der Ausgangsspannung Vc des dritten Sensorelements 5c auftritt. Solch eine Schwankung ist gering und der Ausgang Vout ist bei der Bestimmung der Winkelposition der Drehwelle 2 verwendbar.
Wenn im Schritt 101 die Antwort NEIN erhalten wird, was bedeutet, daß der Wert des Spannungsausgangs Va des ersten Sensorelements 5a weit entfernt von dem Maximal- oder Minimalwert ist, geht der Ablauf, wie oben beschrieben, zum Schritt 107 weiter, wo bestimmt wird, ob der Spannungsausgang Vb einen Wert nahe von Maximal- oder Minimalspannung zeigt oder nicht. Wenn die Antwort JA erhalten wird, was bedeutet, daß der Wert des Spannungsausgangs Vb nahe der Maximal- oder Minimalspannung liegt, geht der Ablauf zum Schritt 112 weiter. Wenn andererseits die Antwort NEIN erhalten wird, geht der Ablauf zum Schritt 108. Die Bestimmung im Schritt 107 kann erreicht werden, indem bestimmt wird, ob eine der Beziehungen Vb < VL oder Vb > VH erfüllt ist oder nicht, wobei VL und VH Pegel der Spannungsausgänge Va und Vb angeben, welche an den Schnittstellen VL und VH gemäß 4(d) auftreten und vorab berechnet werden.
Im Schritt 108 werden Änderungen ΔVa und ΔVb in den Spannungsausgängen Va und Vb der ersten und zweiten Sensorelemente 5a und 5b in der gegebenen Zeitdauer bestimmt. Genauer gesagt, Schritt 108 wird betreten, wenn der Wert des Spannungsausgangs Va weit entfernt von der Maximal- oder Minimalspannung ist, mit anderen Worten, wenn die Pegel der Spannungsausgänge Va und Vb der ersten und zweiten Sensorelemente 5a und 5b, welche zueinander um 90° außer Phase sind, an den geraden Segmenten ihrer Dreieckwellen auftreten, wie in 4(d) gezeigt, wo sich die Pegel der Spannungsausgänge Va und Vb mit einer konstanten Rate als eine Funktion der Winkelposition der Drehwelle 2 ändern. Der Schritt 108 bestimmt somit das Δ Va und das ΔVb in den Spannungsausgängen Va und Vb der ersten und zweiten Sensorelemente 5a und 5b.
Der Ablauf geht zum Schritt 109, wo eine Differenz zwischen den Spannungsänderungen ΔVa und ΔVb, erhalten im Schritt 108, bestimmt wird (d.h. ΔVa – ΔVb).
Der Ablauf geht zum Schritt 110, wo bestimmt wird, ob ein Absolutwert der Spannungsdifferenz ΔVa – ΔVb, wie im Schritt 109 erhalten, größer als ein gegebener Wert ist oder nicht. Wenn eine Antwort JA erhalten wird, was bedeutet, daß |ΔVa – ΔVb| größer als der gegebene Wert ist, geht der Ablauf zum Schritt 111. Wenn andererseits die Antwort NEIN erhalten wird, geht der Ablauf zum Schritt 105.
Im Schritt 111, der betreten wird, wenn der Absolutwert |ΔVa – ΔVb| als größer als der gegebene Wert in Schritt 110 bestimmt wird, beschließt der Winkelpositions-Berechnungsschaltkreis 6, daß eines der ersten und zweiten Sensorelemente 5a und 5b fehlerhaft arbeitet und löst eine Fehlerkorrektur/Warnaktion 2 aus, um festzulegen, welches der ersten und zweiten Elemente 5a und 5b fehlerhaft arbeitet und um eine Fehlerkorrektur/Warnaktion durchzuführen, wie nachfolgend beschrieben.
Der Winkelpositions-Berechnungsschaltkreis 6 bestimmt wie im Schritt 111, ob die Spannungsänderungen ΔVa und ΔVb der ersten und zweiten Elemente 5a und 5b, erhalten im Schritt 108, innerhalb der oben beschriebenen erlaubbaren Spannungsbereiche ΔVa' und ΔVb' liegen, welche in der Datenmappe gespeichert sind, oder nicht, und legt fest, welches der ersten und der zweiten Sensorelemente 5a und 5b nun fehlerhaft arbeitet.
Wenn bestimmt worden ist, daß nur das erste Sensorelement 5a nun fehlerhaft arbeitet, berechnet der Winkelpositions-Berechnungsschaltkreis 6 die Winkelposition der Drehwelle 2 unter Verwendung der Spannungsausgänge Vb und Vc der zweiten und dritten Sensorelemente 5b und 5c gemäß einem Programm, wie in 5(c) dargestellt, wo der Spannungsausgang Vb anstelle des Spannungsausgangs Va verwendet wird, und wo Referenzwerte unterschiedlich zu denjenigen von 5(a) bei der Bestimmung der Schritte verwendet werden. Die Abläufe in den Schritten 31, 41, 51, 61 und 71 erläutern sich von selbst und sie werden hier nicht beschrieben.
Wenn andererseits bestimmt worden ist, daß nur das zweite Sensorelement 5b nun fehlerhaft arbeitet, berechnet der Winkelpositions-Berechnungsschaltkreis 6 die Winkelposition der Drehwelle 2 unter Verwendung der Spannungsausgänge Va und Vc der ersten und dritten Sensorelemente 5a und 5c gemäß dem Programm von 5(b). Wenn andererseits bestimmt worden ist, daß die beiden ersten und zweiten Elemente 5a und 5b nun fehlerhaft arbeiten, erzeugt der Winkelpositions-Berechnungsschaltkreis 6 einen Warnausgang, der angibt, daß der Magnetsensor 5 nicht betriebsfähig ist, d.h., daß es unmöglich ist, die Winkelposition der Drehwelle 2 für ein externes System zu bestimmen, welches den Ausgang des Winkelpositionsdetektors 1 empfängt.
Wenn im Schritt 107 die Antwort JA erhalten wird, was bedeutet, daß der Wert des Spannungsausgangs Vb des zweiten Sensorelements 5b nahe dem Maximum oder Minimum ist, geht der Ablauf, wie oben beschrieben, zum Schritt 112 weiter, wo Änderungen ΔVa und ΔVc in den Spannungsausgängen Va und Vc der ersten und dritten Sensorelemente 5a und 5c in der gegebenen Zeitperiode bestimmt werden. Genauer gesagt, Schritt 112 wird betreten, wenn die Pegel der Spannungsausgänge Va und Vc der ersten und dritten Sensorelemente 5a und 5c, welche um 45° außer Phase mit dem Spannungsausgang Vb sind, auf den geraden Segmenten ihrer Wellenformen auftreten, wie in 4(d) gezeigt, wo sich die Pegel der Spannungsausgänge Va und Vc mit einer konstanten Rate als eine Funktion der Winkelposition der Drehwelle 2 ändern und die Änderungen ΔVa und ΔVc in den Spannungsausgängen Va und Vc der ersten und dritten Sensorelemente 5a und 5c in der gegebenen Zeitperiode werden bestimmt.
Der Ablauf geht zum Schritt 113 weiter, wo eine Differenz zwischen den Spannungsänderungen ΔVa und ΔVc, ermittelt im Schritt 112, bestimmt wird (d.h. ΔVa – ΔVc).
Der Ablauf geht zum Schritt 114 weiter, wo bestimmt wird, ob ein Absolutwert der Spannungsdifferenz ΔVa – ΔVc, wie im Schritt 113 ermittelt, größer als ein gegebener Wert ist oder nicht. Wenn die Antwort JA erhalten wird, was heißt, daß ΔVa – ΔVc größer als ein gegebener Wert ist, geht der Ablauf zum Schritt 115.
Wenn alternativ die Antwort NEIN erhalten wird, geht der Ablauf zum Schritt 105.
Im Schritt 115, der betreten wird, wenn der Absolutwert ΔVa – ΔVc als größer als der gegebene Wert in Schritt 114 bestimmt wird, beschließt der Winkelpositions-Berechnungsschaltkreis 6, daß eines der ersten und dritten Sensorelemente 5a und 5c fehlerhaft arbeitet und löst eine Fehlerkorrektur/Warnaktion 3 aus, um festzulegen, welches der ersten und dritten Elemente 5a und 5c fehlerhaft arbeitet und um eine Fehlerkorrektur/Warnaktion durchzuführen, wie nachfolgend beschrieben.
Der Winkelpositions-Berechnungsschaltkreis 6 bestimmt wie im Schritt 111, ob die Spannungsänderungen ΔVa und ΔVc in den ersten und dritten Elementen 5a und 5c, wie im Schritt 112 erhalten, innerhalb der oben beschriebenen erlaubbaren Spannungsänderungen ΔVa' und ΔVc' liegen, welche in der Datenmappe gespeichert sind, oder nicht, und bestimmt, welches der ersten und dritten Sensorelemente 5a und 5c nun fehlerhaft arbeiten.
Wenn bestimmt wird, daß nur das erste Sensorelement 5a nun fehlerhaft arbeitet, berechnet der Winkelpositions-Berechnungsschaltkreis 6 die Winkelposition der Drehwelle 2 unter Verwendung der Spannungsausgänge Vb und Vc der zweiten und dritten Sensorelemente 5b und 5c gemäß dem Programm von 5(c). Wenn andererseits bestimmt worden ist, daß nur das dritte Sensorelement 5c nun fehlerhaft arbeitet, berechnet der Winkelpositions-Berechnungsschaltkreis 6 die Winkelposition der Drehwelle 2 unter Verwendung der Spannungsausgänge Va und Vb der ersten und zweiten Sensorelemente 5a und 5b gemäß dem Programm von 5(a). Wenn andererseits bestimmt worden ist, daß beide ersten und dritten Elemente 5a und 5c nun fehlerhaft arbeiten, erzeugt der Winkelpositions-Berechnungsschaltkreis 6 einen Warnausgang, der anzeigt, daß der Magnetsensor 5 funktionsunfähig ist, d.h., nicht in der Lage ist, die Winkelposition der Drehwelle 2 an ein externes System auszugeben, welches den Ausgang des Winkelpositionsdetektors 1 empfängt.
Wie sich aus der obigen Beschreibung ergibt, arbeitet der Winkelpositionsdetektor 1 dahingehend, Fehler im Betrieb der ersten bis dritten Sensorelemente 5a bis 5c des Magnetsensors 5 unter Verwendung der Spannungsausgänge Va, Vb und Vc zu überwachen, um einen Fehler bei der Berechnung der Winkelposition der Drehwelle 2 in dem Winkelpositions-Berechnungsschaltkreis 6 zu vermeiden.
Die Spannungsausgänge Va, Vb und Vc der ersten, zweiten und dritten Sensorelemente 5a, 5b und 5c ändern sich jeweils mit einer unterschiedlichen Rate nahe dem Maximal- und Minimalwert hiervon als eine Funktion der Winkelposition der Drehwelle 2 und sind in periodischen Wellen außer Phase zueinander. Wenn somit beispielsweise der Spannungsausgang Va des ersten Sensorelements 5a nahe seinem Maximal- oder Minimalwert liegt, sind die Spannungsausgänge Vb und Vc der anderen zweiten und dritten Sensorelemente 5b und 5c auf den geraden Sequenzen der periodischen Dreieckwellen zwischen ihren Maximal- und Minimalwerten, wo sich die Spannungsausgänge Vb und Vc mit einer konstanten Rate als Funktion der Winkelposition der Drehwelle 2 ändern. Dies ermöglicht dem Winkelpositions-Berechnungsschaltkreis 6 eine Bestimmung, welches der zweiten und dritten Sensorelemente 5b und 5c ausgefallen ist oder nicht, indem eine Differenz zwischen Änderungen in dem Spannungsausgängen Vb und Vc innerhalb einer gegebenen Zeitperiode berechnet wird und mit den erlaubbaren Spannungsbereichen ΔVb' und ΔVc' verglichen wird. Wenn der Spannungsausgang Vb des zweiten Sensorelements 5b nahe seinem Maximal- oder Minimalwert liegt, erscheinen die Spannungsausgänge Va und Vc der anderen ersten und dritten Sensorelemente 5a und 5c auf den geraden Segmenten der periodischen Wellen zwischen ihren Maximal- und Minimalwerten, wo die Spannungsausgänge Va und Vc sich mit einer konstanten Rate als Funktion der Winkelposition der Drehwelle 2 ändern. Dies ermöglicht wie oben, daß der Winkelpositions-Berechnungsschaltkreis 6 eine Bestimmung macht, welches der ersten und dritten Sensorelemente 5a und 5c ausgefallen ist oder nicht, indem eine Differenz zwischen Änderungen in den Spannungsausgängen Va und Vc in einer gegebenen Zeitperiode berechnet wird und mit den erlaubbaren Spannungsbereichen ΔVa' und ΔVc' verglichen wird. Dieser Vorgang trifft auch bei der Fehlerbestimmung im Betrieb des dritten Sensorelements 5c zu.
Die Spannungsausgänge Va und Vb der ersten und zweiten Sensorelemente 5a und 5b zeigen, wie bereits beschrieben, periodische Dreieckwellen, welche annähernd 90° außer Phase zueinander sind. Dies bewirkt, daß die Spannungsausgänge Va und Vb der ersten und zweiten Sen sorelemente 5a und 5b nahe ihren Maximal- und Minimalwerten identisch zueinander sind (d.h. an den Schnittpunkten VL und VH in 4(d)). Somit können die Maximal- und Minimalwerte der ersten und zweiten Spannungsausgänge Va und Vb, wie sie in den Bestimmungen der Schritte 101 und 107 verwendet werden, auf der Grundlage von Spannungspegeln erhalten werden, die an den Schnittpunkten VL und VH auftreten, so daß es möglich wird, zwei der Spannungsausgänge Va, Vb und Vc zur Verwendung bei der Bestimmung ihrer Änderungen im Schritt 112, 108 oder 102 auszuwählen.
Die Umfangslängen Kc und Ke der Spalte 41, in denen sich kein Sensorelement befindet, ist geringer als die Umfangslängen Ka, Kb und Kd der Spalte 41, innerhalb denen die ersten bis dritten Sensorelemente 5a bis 5c angeordnet sind, so daß Austritt von Magnetfluß zur Außenseite der Spalte 41 minimiert ist. Dies führt zu einer Stabilität der periodischen Änderungen der Spannungsausgänge Va und Vb der ersten und zweiten Sensorelemente 5a und 5b in Form einer Rechteckwelle über 180° eines Winkelbereichs der Drehung der Drehwelle 2.
Wenn beispielsweise eines der ersten und zweiten Sensorelemente 5a und 5b fehlerhaft arbeitet, legt der Winkelpositions-Berechnungsschaltkreis 6 fest, welches von ihnen fehlerhaft arbeitet und bestimmt die Winkelposition der Drehwelle 2 unter Verwendung der Ausgänge der anderen beiden normal arbeitenden Sensorelemente. Dies stellt die Zuverlässigkeit im Betrieb des Winkelpositionsdetektors 1 sicher.
Die Bestimmung, welches der ersten bis dritten Sensorelemente 5a bis 5c ausgefallen ist, wird dadurch erhalten, daß überwacht wird, ob die Spannungsänderungen ΔVa, ΔVb und ΔVc innerhalb der erlaubbaren Spannungsberei che ΔVa', ΔVb' und ΔVc' liegen oder nicht, welche in der Datenmappe gespeichert sind, welche in dem Winkelpositions-Berechnungsschaltkreis 6 installiert ist.
10 zeigt einen Winkelpositions-Detektor 1 gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung. Gleiche Bezugszeichen wie in der ersten Ausführungsform bezeichnen gleiche Teile und eine detaillierte Erläuterung hiervon erfolgt nicht.
Das Joch 4 ist aus einem ringförmigen Bauteil, welches den Magneten 3 umgibt. Das ringförmige Joch besteht aus drei Bogensegmenten, nämlich einem ersten Jochsegment 4e, einem zweiten Jochsegment 4f und einem dritten Jochsegment 4g. Die ersten bis dritten Jochsegmente 4e, 4f und 4g sind über Spalte 41 annähernd um 120° voneinander beabstandet angeordnet.
Der Magnetsensor 5 ist wie in der ersten Ausführungsform aus dem ersten Sensorelement 5a, dem zweiten Sensorelement 5b und dem dritten Sensorelement 5c aufgebaut. Das erste Sensorelement 5a liegt im Spalt 41 zwischen den ersten und dritten Jochsegmenten 4e und 4g. Das zweite Sensorelement 5b liegt innerhalb der Spalte 41 zwischen den ersten und zweiten Jochsegmenten 4e und 4f. Das dritte Sensorelement 5c liegt innerhalb der Spalte 41 zwischen den zweiten und dritten Jochsegmenten 4f und 4g. Die ersten bis dritten Sensorelemente 5a bis 5c arbeiten dahingehend, einen Magnetfluß zu messen, der in dem Spalt 41 entwickelt wird, so daß jeweils die Dichte des Magnetflusses angegeben wird.
Der Winkelpositions-Berechnungsschaltkreis 6 arbeitet dahingehend, eine Winkelposition (d.h. einen Absolutwinkel) der Drehwelle 2 unter Verwendung elektrischer Signa le zu bestimmen, welche von den ersten bis dritten Sensorelementen 5a bis 5c ausgegeben werden. Genauer gesagt, wenn die ersten bis dritten Sensorelemente 5a bis 5c normal arbeiten, kombiniert der Winkelpositions-Berechnungsschaltkreis 6 die Ausgänge der ersten und zweiten Sensorelemente 5a und 5c oder verbindet diese miteinander, um die Winkelposition der Drehwelle 2 kontinuierlich über 90° zu bestimmen.
Die Spannungssignale Va, Vb und Vc, welche von den ersten bis dritten Sensorelementen 5a bis 5c gemäß 11 erzeugt werden, zeigen Dreieckswellen, welche zueinander annähernd um 120° außer Phase sind. Dies bewirkt Schnittpunkte VH und VL zwischen zwei der Spannungssignalen Va, Vb und Vc der ersten bis dritten Sensorelemente 5a bis 5c an Winkelpositionen von –180°, –60°, 60° und 180° und an Winkelpositionen von –120°, 0° und 120° der Drehwelle 2.
12 ist ein Flußdiagramm von logischen Schritten oder eines Programms, welches von dem Winkelpositions-Berechnungsschaltkreis 6 des Winkelpositionsdetektors 1 durchgeführt wird.
Nach Eintritt in das Programm geht der Ablauf zum Schritt 20, wo bestimmt wird, ob der Spannungsausgang Vb des zweiten Sensorelementes 5b innerhalb eines Spannungsbereiches zwischen den Schnittpunkten VL und VH liegt oder nicht, und ob der Spannungsausgang Vc des dritten Sensorelementes 5c größer als oder gleich dem Spanungsausgang Vb ist oder nicht.
Wenn die Antwort JA erhalten wird (VL < Vb < VH, Vb ≤ Vc), geht der Ablauf zum Schritt 26, wo die Ausgangsspan nung Vout gemäß der Beziehung Vout = 2,833 – Vb bestimmt wird, wonach zum Schritt 20 zurückgekehrt wird.
Andererseits, wenn im Schritt 20 die Antwort NEIN erhalten wird, geht der Ablauf zum Schritt 21, wo bestimmt wird, ob der Spannungsausgang Va des ersten Sensorelementes 5a im Spannungsbereich zwischen den Schnittpunkten VL und VH liegt oder nicht und ob die Ausgangsspannung Vc größer als oder gleich dem Spannungsausgang Vb ist oder nicht.
Wenn die Antwort JA erhalten wird (VL < Va < VH, Vb ≤ Vc), geht der Ablauf zum Schritt 27, wo die Ausgangsspannung Vout gemäß der Beziehung Vout = –2,167 + Va bestimmt wird, wonach zum Schritt 20 zurückgekehrt wird.
Wenn andererseits die Antwort NEIN im Schritt 21 erhalten wird, geht der Ablauf zum Schritt 22, wo bestimmt wird, ob der Spannungsausgang Vc des dritten Sensorelementes 5c innerhalb des Spannungsbereiches zwischen den Schnittpunkten VL und VH liegt oder nicht und ob die Ausgangsspannung Vc größer oder gleich dem Spannungsausgang Vb ist oder nicht.
Wenn die Antwort JA erhalten wird (VL < Vc < VH, Vb ≤ Vc), geht der Ablauf zum Schritt 28, wo die Ausgangsspannung Vout gemäß der Beziehung Vout = 2,167 – Vc bestimmt wird, wonach zum Schritt 20 zurückgekehrt wird.
Wenn andererseits im Schritt 22 NEIN erhalten wird, geht der Ablauf zum Schritt 23, wo bestimmt wird, ob der Spannungsausgang Vb des zweiten Sensorelementes 5b innerhalb des Spannungsbereiches zwischen den Schnittpunkten VL und VH liegt oder nicht und ob der Spannungsausgang Vb größer als oder gleich dem Spannungsausgang Vc ist oder nicht.
Wenn die Antwort JA erhalten wird (VL < Vb < VH, Vc = Vb), geht der Ablauf zum Schritt 29, wo die Ausgangsspannung Vout gemäß der Beziehung Vout = 0,333 + Vb bestimmt wird, wonach zum Schritt 20 zurückgekehrt wird.
Wenn andererseits im Schritt 23 NEIN erhalten wird, geht der Ablauf zum Schritt 24, wo bestimmt wird, ob der Spannungsausgang Va des ersten Sensorelementes 5a innerhalb des Spannungsbereiches zwischen den Schnittpunkten VL und VH liegt oder nicht und ob die Ausgangsspannung Vb größer als oder gleich dem Spannungsausgang Vc ist oder nicht.
Wenn die Antwort JA erhalten wird (VL < Va < VH, Vc ≤ Vb), geht der Ablauf zum Schritt 30, wo die Ausgangsspannung Vout gemäß der Beziehung Vout = 6,0 – Va bestimmt wird, wonach zum Schritt 20 zurückgekehrt wird.
Wenn andererseits im Schritt 24 NEIN erhalten wird, geht der Ablauf zum Schritt 25, wo bestimmt wird, ob der Spannungsausgang Vc des dritten Sensorelementes 5c innerhalb des Spannungsbereiches zwischen den Schnittpunkten VL und VH liegt oder nicht und ob der Spannungsausgang Vb größer als oder gleich dem Spannungsausgleich Vc ist oder nicht.
Wenn die Antwort JA erhalten wird (VL < Vc < VH, Vc ≤ Vb), geht der Ablauf zum Schritt 31, wo die Ausgangsspannung Vout gemäß der Beziehung Vout = 1,667 + Vc bestimmt wird, wonach zum Schritt 20 zurückgekehrt wird.
Wenn im Schritt 25 NEIN erhalten wird, geht der Ablauf zum Schritt 32, wo die Ausgangsspannung Vout gemäß der Beziehung Vout = 0 bestimmt wird, wonach zum Schritt 20 zurückgekehrt wird. Insbesondere erzeugt der Winkelpositions-Berechtigungsschaltkreis 6 wie in der ersten Ausführungsform die Ausgangsspannung Vout, welche durch Kombination gerader Abschnitte Vb11, Va11, Vc11, Vb12, Va12 und Vc12 der periodischen Wellen gemäß 11 der Spannungssignale Va bis Vc erzeugt wird, welche von den ersten bis dritten Sensorelementen 5a bis 5c ausgegeben werden und welche sich mit einer konstanten Rate über einen Winkelbereich von 360° der Drehwelle 2 ändern (d.h. –180° bis +180°).
13 ist ein Flußdiagramm eines von dem Winkelpositions-Berechnungsschaltkreis 6 durchzuführenden Programms zur Erkennung der Fehlfunktion des Magnetsensors 5 und zum Ergreifen einer Maßnahme, wenn bestimmt wird, daß eine solche Fehlfunktion aufgetreten ist.
Nach Eintritt in das Programm geht der Ablauf zum Schritt 200, wo der Winkelpositions-Berechnungsschaltkreis 6 die Spannungsausgänge Va, Vb und Vc der ersten bis dritten Sensorelemente 5a bis 5c des Magnetsensors aufnimmt.
Der Ablauf geht zum Schritt 201, wo bestimmt wird, ob der Spannungsausgang Va einen Wert nahe einer der Maximal- und Minimalspannungen hiervon zeigt oder nicht, d. h., ob der Spannungsausgang Va an der Spitze oder dem Boden der periodischen Welle hiervon liegt, wie in 11 gezeigt, wo eine Änderungsrate des Spannungsausgangs Va pro Einheitszeit während der Drehung der Drehwelle 2 nicht konstant ist. Wenn die Antwort JA erhalten wird, was bedeutet, daß der Wert des Spannungsausgangs Va nahe der Maximal- oder Minimalspannung liegt, geht der Ablauf zum Schritt 202. Wenn andererseits die Antwort NEIN erhalten wird, geht der Ablauf zum Schritt 207. Die Bestimmung im Schritt 201 wird erreicht durch Bestimmung, ob eine der Beziehungen Va < VLk und Va > VHk erfüllt ist oder nicht, wobei VLk ein minimaler Referenzspannungspegel ist, der der Spannungspegel ist, der an dem Schnittpunkt VL minus einem gegebenen Spannungspegel auftritt und VHk ein maximaler Referenzspannungspegel ist, der der Spannungspegel ist, der an dem Schnittpunkt VH plus einem gegebenen Spannungspegel auftritt.
Im Schritt 202 werden Änderungen ΔVb und ΔVc in den Spannungsausgängen Vb und Vc der ersten und dritten Sensorelemente 5a und 5c in einer bestimmten Zeitperiode bestimmt. Genauer gesagt, Schritt 202 wird betreten, wenn der Wert des Spannungsausganges Va nahe der Maximum- oder Minimumspannung liegt. Mit anderen Worten, wenn die Pegel der Spannungsausgänge Vb und Vc der zweiten und dritten Sensorelemente 5b und 5c, welche um 120° außer Phase zu dem Spannungsausgang Va sind, an den geraden Sementen der periodischen Wellen hiervon auftreten, wie in 11 gezeigt, wo die Pegel der Spannungsausgänge Vb und Vc sich mit einer konstanten Rate als Funktion der Winkelposition der Drehwelle 2 ändern. Schritt 202 bestimmt daher die Änderungen ΔVb und ΔVc in den Spannungsausgängen Vb und Vc, welche sich als Funktion der Winkelposition der Drehwelle 2 ändern.
Der Ablauf geht zum Schritt 203 weiter, wo eine Differenz zwischen den Spannungsänderungen ΔVb und ΔVc erhalten im Schritt 202, bestimmt wird (d. h. ΔVb – ΔVc).
Der Ablauf geht zum Schritt 204, wo bestimmt wird, ob ein Absolutwert der Spannungsdifferenz ΔVb – ΔVc, wie im Schritt 203 erhalten, größer als ein gegebener Wert ist oder nicht. Wenn die Antwort JA erhalten wird, was bedeutet, daß |ΔVb – ΔVc| größer als der gegebene Wert ist, geht der Ablauf zum Schritt 206. Wenn ansonsten die Antwort NEIN erhalten wird, geht der Ablauf zum Schritt 205.
Im Schritt 205, der betreten wird, wenn der Absolutwert |ΔVb – ΔVc| als kleiner als der gegebene Wert im Schritt 204 bestimmt wird, bestimmt der Winkelpositions-Berechnungsschaltkreis 6, daß die ersten bis dritten Sensorelemente 5a bis 5c nun normal arbeiten und berechnet die Winkelposition der Drehwelle 2 unter Verwendung der Spannungsausgänge Va und Vb der Sensorelemente 5a und 5b gemäß dem Ablauf im Flußdiagramm von 12. Der Ablauf kehrt dann zum Schritt 200 zurück.
Im Schritt 206, der betreten wird, wenn der Absolutwert |ΔVb – ΔVc| im Schritt 204 als größer als der gegebene Wert bestimmt wird, schließt der Winkelpositions-Berechnungsschaltkreis 6 darauf, daß eines der zweiten und dritten Sensorelemente 5b und 5c fehlerhaft arbeitet und löst die Fehlerkorrektur-/Warnaktion 1 aus, um festzulegen, welches der zweiten und dritten Sensorelemente 5b und 5c fehlerhaft arbeitet und um den Fehlerkorrektur-/Warnvorgang durchzuführen, wie in der ersten Ausführungsform beschrieben.
Wenn beispielsweise bestimmt worden ist, daß nur das dritte Sensorelement 5c nun fehlerhaft arbeitet, berechnet der Winkelpositions-Berechnungsschaltkreis 6 die Winkelposition der Drehwelle 2 unter Verwendung der Spannungsausgänge Va und Vb der ersten und zweiten Sensorelemente 5a und 5b. Insbesondere wird der Spannungsausgang Vc des dritten Sensorelementes 5c mathematisch auf folgende Weise projektiert. Zunächst wird die Ausgangsspan nung Va vom ersten Sensorelement 5a dem Spannungsausgang Vb des zweiten Sensorelementes 5b hinzuaddiert. Dann wird die Summe der Spannungsausgänge Va und Vb durch zwei (2) dividiert, um einen Mittelwert Vf1 oder Vf2 zu erhalten, wie in 14 gezeigt. Diese Vorgänge werden zyklisch über gegebene Winkelbereiche (z.B. –60° bis 0° und +120° bis +180° im Beispiel von 14) durchgeführt, um die Mittelwerte Vf1 und Vf2 wiederholt zu berechnen, um Segmente zu definieren, wie gestrichelt in 14 gezeigt. Eine Neigung der Segmente wird unter Verwendung eines vorbestimmten Neigungskorrekturwertes korrigiert, um Segmente Vf1' und Vf2' einer periodischen Spannungswelle gemäß 15 zu definieren, welche derjenigen des Spannungsausganges Vc gemäß 11 entspricht. Schließlich kombiniert der Winkelpositions-Berechnungsschaltkreis 6 gemäß 15 die geraden Segmente Vb11, Va11, Vb12 und Va12 der periodischen Wellen der Spannungsausgänge Va und Vc der Sensorelemente 5a und 5b und die mathematisch projezierten geraden Segmente Vf1' und Vf2' um die Winkelposition der Drehwelle 2 zu bestimmen.
Wenn im Schritt 202 die Antwort NEIN erhalten wird, was bedeutet, daß der Wert des Spannungsausganges Va des ersten Sensorelementes 5a weit entfernt von dem Maximal- oder Minimalwert ist, geht der Ablauf, wie oben beschrieben, zum Schritt 207, wo bestimmt wird, ob der Spannungsausgang Vb einen Wert nahe entweder von Maximum- oder Minimumspannung hiervon zeigt oder nicht. Wenn die Antwort JA erhalten wird, was bedeutet, daß der Wert des Spannungsausgangs Vb nahe der Maximum- oder Minimumspannung liegt, geht der Ablauf zum Schritt 212. Wenn andererseits NEIN erhalten wird, geht der Ablauf zum Schritt 208. Die Bestimmung im Schritt 207 kann erreicht werden, indem bestimmt wird, ob eine der Beziehungen Vb < VLk und Vb > VHk erfüllt ist oder nicht, wobei VLk der minimale Refe renzspannungspegel ist und VHk der maximale Referenzspannungspegel ist, wie oben beschrieben. Im Schritt 208 werden Änderungen ΔVa und ΔVb in den Spannungsausgängen Va und Vb der ersten und zweiten Sensorelemente 5a und 5b in der gegebenen Zeitperiode bestimmt. Genauer gesagt, Schritt 208 wird betreten, wenn der Wert des Spannungsausgangs Va weit entfernt von der Maximum- oder Minimumspannung ist, mit anderen Worten, wenn die Pegel der Spannungsausgänge Va und Vb der ersten und zweiten Sensorelemente 5a und 5b, welche zueinander um 120° außer Phase sind, an den geraden Segmenten ihrer Wellenformen erscheinen, wie in 11 gezeigt, wo die Pegel der Spannungsausgänge Va und Vb sich mit einer konstanten Rate als der Winkelposition der Drehwelle 2 ändern, wobei die Änderungen ΔVa und ΔVb in den Spannungsausgängen Va und Vb der ersten und zweiten Sensorelemente 5a und 5b bestimmt werden.
Der Ablauf geht zum Schritt 209, wo eine Differenz zwischen den Spannungsänderungen ΔVa und ΔVb aus Schritt 208 bestimmt wird (d.h. ΔVa – ΔVb).
Der Ablauf geht zum Schritt 210, wo bestimmt wird, ob ein Absolutwert der Spannungsdifferenz ΔVa – ΔVb aus Schritt 209 größer als ein gegebener wert ist oder nicht. Wenn die Antwort JA erhalten wird, was bedeutet, daß |ΔVa – ΔVb| größer als der gegebene Wert ist, geht der Ablauf zum Schritt 211. Wenn andererseits die Antwort NEIN erhalten wird, geht der Ablauf zum Schritt 205.
Im Schritt 211, in den eingetreten wird, wenn der Absolutwert |ΔVa – ΔVb| im Schritt 110 als größer als der gegebene Wert bestimmt wird, schließt der Winkelpositions-Berechnungsschaltkreis 6 darauf, daß eines der ersten und zweiten Sensorelemente 5a und 5b fehlerhaft arbeitet und löst die Fehlerkorrektur-/Warnaktion 2 aus, um zu spezifizieren, welches der ersten und zweiten Elemente 5a und 5b fehlerhaft arbeitet und um einen Fehlerkorrektur-/Warnvorgang durchzuführen. Genauer gesagt, die geraden Segmente der periodischen Spannungswelle des ersten oder zweiten Sensorelementes 5a und 5b, welches nun fehlerhaft arbeitet, wird mathematisch auf gleiche Weise wie im Schritt 206 berechnet. Die verbleibenden Abläufe sind identisch zu denjenigen im Schritt 115 von 7 und eine detaillierte Beschreibung hiervon erfolgt nicht.
Wenn im Schritt 207 die antwort JA erhalten wird, was bedeutet, daß der Wert des Spannungsausgangs Vb des zweiten Sensorelementes 5b nahe dem Maximal- oder Minimalwert ist, geht der Ablauf wie oben beschrieben zum Schritt 212, wo Änderungen ΔVa und ΔVb in den Spannungsausgängen Va und Vc der ersten und dritten Sensorelemente 5a und 5c in der gegebenen Zeitperiode bestimmt werden. Genauer gesagt, Schritt 212 wird betreten, wenn die Pegel der Spannungsausgänge Va und Vc der ersten und dritten Sensorelemente 5a und 5c, welche zu dem Spannungsausgang Vb um 120° außer Phase sind, an den geraden Segmenten ihrer Wellenformen auftreten, wie in 11 gezeigt, wo die Pegel der Spannungsausgänge Va und Vc sich mit einer konstanten Rate als Funktion der Winkelposition der Drehwelle 2 ändern, wobei die Änderungen Va und Vc in den Spannungsausgängen Va und Vc der ersten und dritten Sensorelemente 5a und 5c bestimmt werden.
Der Ablauf geht zum Schritt 213, wo eine Differenz zwischen den Spannungsänderungen ΔVa und ΔVc aus dem Schritt 112 bestimmt wird (d.h. ΔVa – ΔVc).
Der Ablauf geht zum Schritt 214, wo bestimmt wird, ob ein Absolutwert der Spannungsdifferenz ΔVa – ΔVc aus Schritt 213 größer als ein gegebener Wert ist oder nicht. Wenn die Antwort JA erhalten wird, was bedeutet, daß |ΔVa – ΔVc| größer als der gegebene Wert ist, geht der Ablauf zum Schritt 215. Wenn andererseits die Antwort NEIN erhalten wird, geht der Ablauf zum Schritt 205.
Im Schritt 215, der betreten wird, wenn der Absolutwert |ΔVa – ΔVc| im Schritt 114 als größer als der gegebene Wert bestimmt wird, schließt der Winkelpositions-Berechnungsschaltkreis 6 darauf, daß eines der ersten und dritten Sensorelemente 5a und 5c fehlerhaft arbeitet und löst eine Fehlerkorrektur-/Warnaktion 3 aus, um zu spezifizieren, welches der ersten und zweiten Elemente 5a und 5c fehlerhaft arbeitet und um einen Fehlerkorrektur-/Warnvorgang durchzuführen. Genauer gesagt, die geraden Segmente der periodischen Spannungswelle des ersten oder dritten Sensorelementes 5a und 5c, welches nun fehlerhaft arbeitet, wird auf gleiche Weise wie im Schritt 206 mathematisch berechnet. Die übrigen Abläufe sind identisch zu denjenigen im Schritt 115 von 7, sodaß eine detaillierte Beschreibung hiervon nicht erfolgt.
Wie sich aus der obigen Beschreibung ergibt, hat der Winkelpositionsdetektor 1 dieser Ausführungsform die ersten bis dritten Sensorelemente 5a bis 5c des Magnetsensors 5 in einem Intervall von 120° voneinander beabstandet. Der Winkelpositions-Berechnungsschaltkreis 6 kombiniert die geraden Segmente Vb11, Va11, Vc11, Vb12, Va12 und Vc12 der periodischen Wellen der Spannungsausgänge Va, Vb und Vc der Sensorelemente 5a, 5b und 5c, um die Winkelposition der Drehwelle 2 zu bestimmen.
Der Winkelpositionsdetektor 1 arbeitet wie der der ersten Ausführungsform dahingehend, Ausfälle im Betrieb der ersten bis dritten Sensorelemente 5a bis 5c des Ma gnetsensors 5 unter Verwendung der Spannungsausgänge Va, Vb und Vc zu überwachen, um einen Berechnungsfehler der Winkelposition der Drehwelle 2 in dem Winkelpositionsberechnungsschaltkreis 6 zu vermeiden.
Genauer gesagt, die Spannungsausgänge Va, Vb und Vc der ersten, zweiten und dritten Sensorelemente 5a, 5b und 5c ändern sich jeweils mit einer Änderungsrate nahe den Maximum- und Minimumwerten hiervon als Funktion der Winkelposition der Drehwelle 2 und sind in periodischen Wellen außer Phase zueinander. Wenn somit beispielsweise der Spannungsausgang Va des ersten Sensorelementes 5a nahe seinem Maximum- oder Minimumwert liegt, treten die Spannungsausgänge Vb und Vc der zweiten und dritten Sensorelemente 5b und 5c auf den geraden Segmenten Vb11 unf Vc11 oder Vb12 und Vc12 der periodischen Wellen zwischen den Maximum- und Minimumwerten hiervon auf, wo sich die Spannungsausgänge Vb und Vc mit einer konstanten Rate als Funktion der Winkelposition der Drehwelle 2 ändern. Dies ermöglicht es dem Winkelpositions-Berechnungsschaltkreis 6, eine Bestimmung zu machen, ob eines der zweiten und dritten Sensorelemente 5b und 5c fehlerhaft ist oder nicht, in dem eine Differenz zwischen Änderungen in den Spannungsausgängen Vb und Vc innerhalb einer gegebenen Zeitperiode berechnet wird und ein Vergleich mit den erlaubbaren Spannungsbereichen ΔVb' und ΔVc' erfolgt. Wenn der Spannungsausgang Vb des zweiten Sensorelementes 5b nahe seinem Maximum- oder Minimumwert liegt, treten die Spannungsausgänge Va und Vc der anderen ersten und dritten Sensorelemente 5c auf den geraden Segmenten Va11 und Vc11 oder Va12 und Vc12 der periodischen Wellen zwischen den Maximum- und Minimumwerten hiervon auf, wo die Spannungsausgänge Va und Vc sich mit einer konstanten Rate als Funktion der Winkelposition der Drehwelle 2 ändern. Dies ermöglicht wie oben, daß der Winkelpositions-Berech nungsschaltung 6 eine Bestimmung macht, ob eines der ersten und dritten Sensorelemente 5a und 5c fehlerhaft ist oder nicht, in dem eine Differenz zwischen Änderungen in den Spannnungsausgängen Va und Vc in einer bestimmten Zeitperiode berechnet wird und sie mit den erlaubbaren Spannungsbereichen ΔVa' und ΔVc' verglichen werden. Dieser Ablauf trifft auf die Fehlerbestimmung beim Betrieb des dritten Sensorelementes 5c zu.
Die Spannungsausgänge Va bis Vb der ersten bis dritten Sensorelemente 5a bis 5c zeigen, wie bereits beschrieben periodische Wellen, welche zueinander annähernd um 120° außer Phase sind. Dies bewirkt, daß die Spannungsausgänge Va, Vb und Vc der ersten bis dritten Sensorelemente 5a bis 5c nahe den Maximum- und Minimumwerten hiervon identisch zueinander sind (d. h. bei den Schnittpunkten Vlk und VHk in 11). Daher werden die Maximum- und Minimumwerte der ersten bis dritten Spannungsausgänge Va bis Vc bei den Bestimmungen in den Schritten 201 und 207 verwendet, und werden auf der Grundlage von Spannungspegeln erhalten, welche an den Schnittpunkten Vlk und VHk plus oder minus einem bestimmten Pegel auftreten, so daß zwei der Spannungsausgänge Va, Vb und Vc ausgewählt werden können, um im Schritt 212, 208 oder 202 ihre Änderungen zu bestimmen.
Wenn beispielsweise eines der ersten und zweiten Sensorelemente 5a und 5b fehlerhaft ist, legt der Winkelpositions-Berechnungsschaltkreis 6 fest, welches fehlerhaft ist und bestimmt die Winkelposition der Drehwelle 2 unter Verwendung der Ausgänge der anderen beiden Sensorelemente, welche normal arbeiten. Dies stellt die Zuverlässigkeit im Betrieb des Winkelpositionsdetektors 1 sicher.
Die Bestimmung, welches der ersten bis dritten Sensorelemente 5a bis 5c fehlerhaft ist, wird erreicht durch Überwachung, ob die Spannungsänderungen ΔVa, ΔVb und ΔVc innerhalb der erlaubbaren Spannungswerte ΔVa', ΔVb' und ΔVc' liegen oder nicht, welche in der Datenmappe gespeichert sind, die in dem Winkelpositions-Berechnungsschaltkreis 6 installiert ist.
Der Winkelpositions-Berechnungsschaltkreis 6 in jeder der ersten und zweiten Ausführungsformen bestimmt, daß der Magnetsensor 5 jetzt fehlerhaft funktioniert, wenn eine Differenz zwischen Änderungen in Spannungsausgängen von zwei der Sensorelemente 5a bis 5c größer als ein gegebener Wert ist; eine solche Bestimmung kann jedoch alternativ auch gemacht werden, wenn wenigstens eine der Änderungen in den Spannungsausgängen von irgendwelchen zwei der Sensorelemente 5a bis 5c einen unüblichen Wert zeigt, der in einer Datenmappe gespeichert ist, die in dem Winkelpositions-Berechnungsschaltkreis 6 gespeichert ist, oder wenn wenigstens einer der Spannungsausgänge einen unüblichen oder überhohen Spannungspegel hat. Der Winkelpositions-Berechnungsschaltkreis 6 kann die Fehlerkorrektur/Warnvorgänge (d.h. die Aktionen 1, 2 und 3 in den 7 und 13) auslösen, um die Winkelposition der Drehwelle 2 zu bestimmen oder um ein Warnsignal auszugeben, welches den Sachverhalt einer Fehlfunktion des Magnetsensors 5 anzeigt.
Obgleich die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen beschrieben wurde, um ein besseres Verständnis hiervon zu erleichtern, versteht sich, daß die Erfindung auf verschiedene Arten umgesetzt werden kann, ohne vom Prinzip der Erfindung abzuweichen. Die Erfindung sollte daher so verstanden werden, daß sie alle möglichen Ausführungsformen und Abwandlungen zu den gezeigten Aus führungsformen mit einschließt, welche umgesetzt werden können, ohne vom Grundsatz der Erfindung abzuweichen, wie er in den beigefügten Ansprüchen festgelegt ist.

Claims

Eine Winkelpositions-Bestimmungsvorrichtung, mit: einem hartmagnetischen Teil, das an einem Drehteil angebracht ist, wobei das hartmagnetische Teil einen Umfang hat und in Umfangsrichtung hiervon magnetisiert ist, um einen ersten und einen zweiten Magnetpol zu haben, welche um sich ein Magnetfeld erzeugen; einem weichmagnetischen Teil, das außerhalb des Umfangs des hartmagnetischen Teils innerhalb des vom hartmagnetischen Teil erzeugten Magnetfeldes angeordnet ist, wobei das weichmagnetische Teil einen Umfang hat und aus einer Mehrzahl von Magnetabschnitten aufgebaut ist, welche entlang des Umfangs des weichmagnetischen Teils über Spalte aneinandergereiht sind, wobei eine Drehung des Drehteils zur Änderung einer relativen Winkellage zwischen dem hartmagnetischen Teil und dem weichmagnetischen Teil eine Änderung einer Magnetflußdichte innerhalb jedes der Spalte bewirkt; einer Mehrzahl von Magnetflußdichten-Meßsensoren, von denen jeder so arbeitet, daß er die Magnetflußdichte innerhalb eines der Spalte mißt, um ein elektrisches Signal als eine Funktion der Magnetflußdichte zu erzeugen, was eine Winkelposition des Drehteils anzeigt; einem Winkelpositions-Bestimmungsschaltkreis, der dahingehend arbeitet, eine Winkelposition der Drehwelle unter Verwendung der elektrischen Signale zu bestimmen, welche von dem Magnetflußdichten-Meßsensoren ausgegeben werden; und einem Fehlfunktionserkennungsschaltkreis, der dahingehend arbeitet, das Auftreten einer Fehlfunktion eines jeden der Magnetflußdichten-Meßsensoren auf der Grundlage von elektrischen Signalen zu erkennen, welche von den Magnetflußdichten-Meßsensoren ausgegeben werden und zur Ausgabe eines Signals, welches dies anzeigt.
Eine Winkelpositions-Bestimmungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Fehlfunktionserkennungsschaltkreis dahingehend arbeitet, Änderungen in den elektrischen Signalen zu messen, welche von den Magnetflußdichten-Meßsensoren in einer gegebenen Zeitperiode ausgegeben werden, wobei, wenn die Änderungen unübliche Werte haben, der Fehlfunktionsbestimmungsschaltkreis bestimmt, daß die Magnetflußdichten-Meßsensoren einen Fehler haben.
Eine Winkelpositions-Bestimmungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Fehlfunktionserkennungsschaltkreis dahingehend arbeitet, Änderungen in den elektrischen Signalen zu messen, welche von zwei der Magnetflußdichten-Meßsensoren in einer bestimmten Zeitperiode ausgegeben werden, wobei, wenn ein Absolutwert einer Differenz zwischen den Änderungen größer als ein gegebener Wert ist, der Fehlfunktionsbestimmungsschaltkreis bestimmt, daß einer von zwei der Magnetflußdichten-Meßsensoren fehlerhaft ist.
Eine Winkelpositions-Bestimmungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei der Fehlfunktionserkennungsschaltkreis Änderungen in den elektrischen Signalen mißt, welche von zwei der Magnetflußdichten-Meßsensoren ausgegeben werden, wenn sich die elektrischen Signale der zwei aus den Magnetflußdichten-Meßsensoren mit einer konstanten Rate ändern.
Eine Winkelpositions-Bestimmungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Magnetflußdichten-Meßsensoren durch erste, zweite und dritte Magnetflußdichten-Meßsensoren umgesetzt werden, welche jeweils innerhalb der Spalte angeordnet sind, wobei das elektrische Signal, welches von jedem der ersten bis dritten Magnetflußdichten-Meßsensoren ausgegeben wird, sich zyklisch in Form einer periodi schen Dreieckswelle als Funktion der Winkelposition der Drehwelle ändert und wobei, wenn das von einem der ersten bis dritten Magnetflußdichten-Meßsensoren ausgegebene elektrische Signale einen Maximal- oder Minimalwert hat, der an seiner Dreieckswelle auftritt, dann der Fehlfunktionserkennungsschaltkreis dahingehend arbeitet, die Änderungen in den elektrischen Signalen zu messen, welche von den anderen beiden der ersten bis dritten Magnetflußdichten-Meßsensoren in der gegebenen Zeitperiode ausgegeben werden.
Eine Winkelpositions-Bestimmungsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die von den ersten bis dritten Magnetflußdichten-Meßsensoren ausgegebenen elektrischen Signale Spannungssignale sind, wobei die Spannungssignale der ersten und zweiten Magnetflußdichten-Meßsensoren periodische Dreieckwellen mit 90° außer Phase zueinander haben, wobei die Dreieckswellen der Spannungssignale der ersten und zweiten Magnetflußdichten-Meßsensoren einen ersten und einen zweiten Schnittpunkt in einem 360°-Bereich der Winkelposition der Drehwelle haben, wobei ein Spannungspegel des Spannungssignals am ersten Schnittpunkt größer als an dem zweiten Schnittpunkt ist, und wobei, wenn das von einem der ersten und zweiten Magnetflußdichten-Meßsensoren ausgegebene Spannungssignal den Maximalwert hat, der an seiner Dreieckswelle auftritt, dann das Spannungssignal von dem anderen der ersten und zweiten Magnetflußdichten-Meßsensoren einen größeren Spannungspegel als am ersten Schnittpunkt hat und wobei, wenn das von einem der ersten und zweiten Magnetflußdichten-Meßsensoren ausgegebene Spannungssignal einen Minimalwert hat, der an seiner Dreieckswelle auftritt, dann das Spannungssignal von einem der ersten und zweiten Magnetflußdichten-Meßsensoren einen kleineren Spannungspegel als am zweiten Schnittpunkt hat.
Eine Winkelpositions-Bestimmungsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei jeder der ersten und zweiten Magnetpole 180° des Umfangs des hartmagnetischen Teils einnimmt, wobei die Spalte in dem weichmagnetischen Teil ein erster, ein zweiter, ein dritter, ein vierter und ein fünfter Spalt sind, wobei die ersten bis vierten Spalte in einem Abstand von im wesentlichen 90° voneinander entfernt entlang dem Umfang des weichmagnetischen Teils aufgereiht sind, der fünfte Spalt zwischen dem dritten und vierten Spalt ausgebildet ist und die ersten und zweiten Magnetflußdichten-Meßsensoren innerhalb der ersten und zweiten Spalte angeordnet sind, welche entsprechend einander benachbart sind, wohingegen der dritte Magnetflußdichten-Meßsensor innerhalb des fünften Spalts angeordnet ist.
Eine Winkelpositions-Bestimmungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Magnetflußdichten-Meßsensoren innerhalb einiger der Spalte angeordneter sind, wobei jeder der Spalte, innerhalb dem ein Magnetflußdichten-Meßsensor angeordnet ist, eine Länge in Umfangsrichtung des weichmagnetischen Teils hat, die geringer als diejenige eines der Spalte ist, innerhalb dem kein Magnetflußdichten-Meßsensor angeordnet ist.
Eine Winkelpositions-Bestimmungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei, wenn der Absolutwert der Differenz zwischen den Änderungen größer als der gegebene Wert ist, der Fehlfunktionsbestimmungsschaltkreis einen der zwei Magnetflußdichten-Meßsensoren, der eine Änderung in dem elektrischen Signal hat, welches einen unüblichen Wert zeigt, als fehlerhaft funktionierend spezifiziert und wobei der Winkelpositions-Bestimmungsschaltkreis die Winkelposition der Drehwelle unter Verwendung der elektrischen Signale bestimmt, welche von den anderen Magnetflußdichten-Meßsensoren ausgegeben werden, welche im Betrieb sind.
Eine Winkelpositions-Bestimmungsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei, wenn das vom dritten Magnetflußdichten-Meßsensor ausgegebene elektrische Signal einen Maximal- oder Minimalwert hat, der auf seiner Dreieckswelle auftritt, dann der Fehlfunktionserkennungsschaltkreis dahingehend wirkt, die Änderungen in den elektrischen Signalen zu messen, die von den ersten und zweiten Magnetflußdichten-Meßsensoren in der gegebenen Zeitperiode ausgegeben werden, wobei, wenn der Absolutwert der Differenz zwischen den Änderungen in den elektrischen Signalen der ersten und zweiten Magnetflußdichten-Meßsensoren größer als der gegebene Wert ist, der Fehlfunktionsbestimmungsschaltkreis einen der ersten und zweiten Magnetflußdichten-Meßsensoren als fehlerhaft arbeitend spezifiziert und wobei, wenn der erste Magnetflußdichten-Meßsensor als fehlerhaft funktionierend bestimmt wird, der Winkelpositions-Bestimmungsschaltkreis die Winkelposition der Drehwelle unter Verwendung der elektrischen Signale bestimmt, welche von den zweiten und dritten Magnetflußdichten-Meßsensoren ausgegeben werden, wobei, wenn der zweite Magnetflußdichten-Meßsensor als fehlerhaft arbeitend bestimmt wird, der Winkelpositions-Bestimmungsschaltkreis die Winkelposition der Drehwelle unter Verwendung der elektrischen Signale bestimmt, welche von den ersten und dritten Magnetflußdichten-Meßsensoren ausgegeben werden.
Eine Winkelpositions-Bestimmungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Fehlfunktionserkennungsschaltkreis unübliche Werte der elektrischen Signale speichert, die von den ersten und zweiten Magnetflußdichten-Meßsensoren während einer Zeitperiode ausgegeben werden, wenn die elektrischen Signale der ersten und zweiten Magnetflußdichten-Meßsensoren sich mit einer konstanten Rate der Drehung der Drehwelle folgend ändern, und welche als zu erwartend bestimmt sind, wenn die ersten und zweiten Ma gnetflußdichten-Meßsensoren fehlerhaft arbeiten und wobei der Fehlfunktionserkennungsschaltkreis einen der ersten und zweiten Magnetflußdichten-Meßsensoren, der die Änderung in dem elektrischen Signal entsprechend einem der gespeicherten unüblichen Werte zeigt, als fehlerhaft funktionierend bestimmt.
Eine Winkelpositions-Bestimmungsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die von den ersten bis dritten Magnetflußdichten-Meßsensoren ausgegebenen elektrischen Signale Spannungssignale sind, wobei die Spannungssignale der ersten bis dritten Magnetflußdichten-Meßsensoren periodische Dreieckwellen sind, die um 120° außer Phase zueinander sind, wobei die Dreieckswellen der Spannungssignale der ersten und zweiten Magnetflußdichten-Meßsensoren einen ersten und zweiten Schnittpunkt in einem Bereich von 360° der Winkelposition der Drehwelle haben, wobei ein Spannungspegel des Spannungssignals des ersten Schnittpunktes größer als derjenige des zweiten Schnittpunktes ist und wobei, wenn das von einem der ersten und zweiten Magnetflußdichten-Meßsensoren ausgegebene Spannungssignal den Maximalwert in seiner Dreieckswelle hat, dann das Spannungssignal eines der ersten und zweiten Magnetflußdichten-Meßsensoren im Spannungspegel größer als am ersten Schnittpunkt ist und wobei, wenn das von einem der ersten und zweiten Magnetflußdichten-Meßsensoren ausgegebene Spannungssignal in seiner Dreieckswelle den Minimalwert hat, dann das Spannungssignal des einen der ersten und zweiten Magnetflußdichten-Meßsensoren im Spannungspegel kleiner als am zweiten Schnittpunkt ist.
Eine Winkelpositions-Bestimmungsvorrichtung nach Anspruch 12, wobei jeder der ersten und zweiten Magnetpole 180° des Umfangs des hartmagnetischen Teils einnimmt, wobei die Spalte in dem weichmagnetischen Teil ein erster, ein zweiter und ein dritter Spalt sind, welche in einem Abstand von im wesentlichen 120° voneinander entlang des Umfangs des weichmagnetischen Teils angeordnet sind und wobei die ersten bis dritten Magnetflußdichten-Meßsensoren innerhalb der ersten bis dritten Spalte angeordnet sind.
Eine Winkelpositions-Bestimmungsvorrichtung nach Anspruch 12, wobei, wenn der Absolutwert der Differenz in Änderungen der elektrischen Signale von zweien der ersten bis dritten Magnetflußdichten-Meßsensoren größer als der gegebene Wert ist, dann der Fehlfunktionserkennungsschaltkreis einen der beiden Magnetflußdichten-Meßsensoren als fehlerhaft arbeitend bestimmt, und wobei, wenn der erste Magnetflußdichten-Meßsensor als fehlerhaft funktionierend bestimmt wird, dann der Winkelpositions-Bestimmungsschaltkreis die Winkelposition der Drehwelle unter Verwendung der elektrischen Signale bestimmt, welche von den zweiten und dritten Magnetflußdichten-Meßsensoren ausgegeben werden, wenn der zweite Magnetflußdichten-Meßsensor als fehlerhaft arbeitend bestimmt wird, dann der Winkelpositions-Bestimmungsschaltkreis die Winkelposition der Drehwelle unter Verwendung der elektrischen Signale bestimmt, welche von den ersten und dritten Magnetflußdichten-Meßsensoren ausgegeben werden und wenn der dritte Magnetflußdichten-Meßsensor als fehlerhaft arbeitend bestimmt wird, dann der Winkelpositions-Bestimmungsschaltkreis die Winkelposition der Drehwelle unter Verwendung der elektrischen Signale bestimmt, welche von den ersten und zweiten Magnetflußdichten-Meßsensoren ausgegeben werden.
Eine Winkelpositions-Bestimmungsvorrichtung nach Anspruch 14, wobei der Fehlfunktionserkennungsschaltkreis unübliche Werte der elektrischen Signale speichert, welche von den ersten bis dritten Magnetschutzdichten-Meßsensoren während einer Zeitperiode ausgegeben werden, wenn die elektrischen Signale der ersten bis dritten Magnetflußdichten-Meßsensoren sich mit einer konstanten Rate der Drehung der Drehwelle folgend ändern, wobei diese als zu erwartend vorgesehen sind, wenn die ersten bis dritten Magnetflußdichten-Meßsensoren fehlerhaft arbeiten und wobei der Fehlfunktionserkennungsschaltkreis einen der ersten bis dritten Magnetflußdichten-Meßsensoren als fehlerhaft bestimmt, der die Änderung im elektrischen Signal hat, die einem der gespeicherten unüblichen werte entsprechend ist.
Eine Winkelpositions-Bestimmungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei, wenn der Fehlfunktionserkennungsschaltkreis die Fehlfunktion von einem der Magnetflußdichten-Meßsensoren erkannt hat, dann der Fehlfunktionserkennungsschaltkreis spezifiziert, welcher der Magnetflußdichten-Meßsensoren fehlerhaft arbeitet und wobei der Winkelpositions-Bestimmungsschaltkreis die Winkelposition der Drehwelle unter Verwendung der elektrischen Signale bestimmt, die von den Magnetflußdichten-Meßsensoren ausgegeben werden, welche korrekt arbeiten.