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QUERVERWEIS
AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
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Die
vorliegende Anmeldung basiert auf und schließt die japanische Patent-Erstanmeldung
Nr. 2006-136562, die am 16. Mai 2006 angemeldet wurde, durch Bezugnahme
mit ein.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Drehwinkel-Detektorgerät zum Detektieren
der Grade der Drehung einer Drehwelle von einer Bezugs-Winkelposition
aus. Speziell betrifft die Erfindung ein Drehwinkel-Detektorgerät, welches
einen Magneten enthält
und in welchem der Grad einer Drehung basierend auf Änderungen
in den detektierten Werten des magnetischen Flusses detektiert wird.
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Beschreibung
des Standes der Technik
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Typen
von Drehwinkel-Detektorgeräten
sind herkömmlich
bekannt, die Änderungen
in einem Drehwinkel von Magneten detektieren, indem sie Magnetsensoren
verwenden und indem sie dadurch die Größen der Änderung im Drehwinkel einer
Drehwelle detektieren. Eine Drehwelle, deren Winkelposition detektiert
werden soll und zwar mit Hilfe eines derartigen Gerätes, wird
als eine "Ausgangsdrehwelle" bezeichnet. Ein
Typ eines Drehwinkel-Detektorgerätes, welches
das Detektieren von Beträgen
des Drehwinkels ermöglicht
(von einer Bezugsposition aus), der 360° überschreitet, ist beispielsweise
in der japanischen Patentveröffentlichungsnummer
200-213910 beschrieben (die im Folgenden als Bezugsdokument 1 bezeichnet
wird). Solch ein Typ eines Drehwinkel-Detektorgerätes wird
im Folgenden als "über-360°-Drehwinkel-Detektorgerät" bezeichnet.
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Beidem über-360°-Drehwinkel-Detektorgerät, welches
in dem Bezugsdokument 1 beschrieben ist, gelangen zwei Wellen, die
jeweils Magnete tragen, jeweils unabhängig in Anlage oder Eingriff
mit einer Ausgangsdrehwelle (das heißt deren Winkelposition soll
gemessen werden), und es werden die jeweiligen Drehwinkel der zwei
Magnetwellen durch entsprechende Magnetsensoren detektiert. Zwei Drehwinkel-Detektionssignale
werden somit durch diese Magnetsensoren erzeugt.
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Bei
dem Gerät
gemäß dem Bezugsdokument
1 besteht eines der Drehwinkel-Detektionssignale aus einem Signal,
welches monoton über
den gesamten Bereich der Messung der Winkelpositionen der Ausgangsdrehwelle
variiert. Das zweite Drehwinkel-Detektionssignal variiert in einer
periodischen Weise (das heißt
in Form einer aufeinanderfolgenden Änderung durch Zunahme von einem
minimalen Wert aus bis zu einem maximalen Wert hin), wenn sich der
Drehwinkel der Ausgangsdrehwelle aufeinanderfolgend über den
Messbereich hinweg vergrößert, wobei
eine Vielzahl von Variationsperioden des zweiten Drehwinkel-Detektionssignals über den
Messbereich hinweg auftreten.
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Es
werden an den jeweiligen Drehwinkel-Detektionssignalen von den zwei
Magnetsensoren Berechnungen durchgeführt, um Werte hinsichtlich
der Beträge
der Drehung der Ausgangsdrehwelle zu erhalten, die 360° überschreiten.
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Es
ist jedoch bekannt, dass solch ein Typ eines Drehwinkel-Detektorgerätes eine
Absenkung der Detektionsgenauigkeit aufweist und zwar als Ergebnis
der Einwirkungen von Temperaturschwankungen und einer Langzeitverwendung.
Aus diesem Grund wurde in der japanischen Patentveröffentlichung
Nr. 2005-55297 (die im Folgenden als Bezugsdokument 2 bezeichnet
wird) vorgeschlagen, einen Temperaturdetektor zu verwenden, um eine
Temperaturkompensation an dem Drehwinkel-Detektorgerät des in dem Bezugsdokument
1 beschriebenen Typs anzuwenden. Zusätzlich wurde in der japanischen
Patentveröffentlichung
Nr. 2004-53444 (die im Folgenden als Bezugsdokument 3 bezeichnet
wird) vorgeschlagen Informationen im Voraus abzuspeichern und zwar
zu dem Zweck, um eine Kompensation hinsichtlich der Wirkungen der
Langzeitverwendung eines Drehwinkel-Detektorgerätes des in dem Bezugsdokument
1 beschriebenen Typs zur Anwendung zu bringen.
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Jedoch
erfordern derartige Typen von herkömmlichen Drehwinkel-Detektorgeräten das
Hinzufügen
von Temperatursensorelementen (im Falle von Verfahren, die eine
Temperaturkompensation anwenden), wodurch die Gesamtkosten solch
eines Gerätes
erhöht
werden. Im Falle eines Gerätes,
bei dem eine Kompensation hinsichtlich der Wirkungen von Langzeitvariationen
angewendet wird, können
tatsächliche Änderungen
in den Komponenten-Eigenschaften als Ergebnis der Langzeitverwendung
variieren und zwar im Wesentlichen abweichend von vorhergesagten Änderungen
und aufgrund der Wirkungen von Herstellungsschwankungen in den Komponenteneigenschaften
und so weiter.
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Somit
sind derartige herkömmliche
Gerätetypen
mit dem Nachteil behaftet, dass sie hinsichtlich der Langzeitgenauigkeit
der Messung unzuverlässig sind.
Zusätzlich
erfordern sie die Verwendung einer Vielzahl von Magneten und Mechanismen,
welche die Magnete jeweils getrennt für eine Drehung antreiben, sodass
auch noch der Nachteil einer relativ komplexen Konfiguration hinzukommt,
was auch zu weiteren Erhöhungen
der Herstellungskosten führt.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung die oben erläuterten
Probleme des Standes der Technik zu überwinden und ein Drehwinkel-Detektorgerät zu schaffen,
welches die Fähigkeit
besitzt die Beträge
eines Drehwinkels zu detektieren, die größer sind als 360° und dessen
Detektionsgenauigkeit im Wesentlichen von Schwankungen in der Betriebstemperatur
oder Langzeitänderungen
in den Komponenteneigenschaften unbeeinflusst bleibt.
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Ein
weiteres Ziel besteht darin, ein Drehwinkel-Detektorgerät zu schaffen,
welches das Erfassen eines magnetischen Flusses zum Zwecke der Drehdetektion
verwendet, was unter Verwendung eines einzelnen Magneten implementiert
wird und zwar unter gleichzeitiger Vereinfachung der Konfiguration, wie
diese bei herkömmlichen
Typen des Gerätes nicht
möglich
war.
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Die
Erfindung schafft ein Drehwinkel-Detektorgerät, bei dem ein erster Berechnungsbetrag
abgeleitet wird, der monoton in Einklang mit dem Drehwinkel einer
Drehwelle variiert (das heißt
einer Winkelverschiebung von einer Bezugsposition aus) und zwar
innerhalb eines bestimmten Bereiches von Winkelwerten, wobei die
Werte des ersten Berechnungsbetrages und der Drehwinkel in Einklang
mit einer vorbestimmten Beziehung aufeinander bezogen werden, und
mit einem zweiten Berechnungsbetrag, der ebenfalls abgeleitet wird
und der periodisch in Übereinstimmung
mit der Drehung der Drehwelle variiert (das heißt Zunahmen von einem Maximum
zu einem Minimumwert einmal oder mehrere Male und zwar während einer
vollständigen
Umdrehung der Drehwelle). Die Erfindung nutzt die Tatsache aus,
dass dann, wenn der maximale Betrag eines Fehlers in dem ersten
Berechnungsbetrag kleiner ist als ein vorbestimmtes maximales Ausmaß (innerhalb
des vorbestimmten Bereiches der Winkelwerte), der Drehwinkel exakt
basierend auf Werten berechnet werden kann, die für den ersten
Berechnungsbetrag und für den
zweiten Berechnungsbetrag erhalten werden, und zwar ungeachtet dem
Fehler in dem ersten Berechnungsbetrag.
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Der
Ausdruck "Betrag
des Fehlers in dem ersten Berechnungsbetrag" wird hier verwendet, um eine Differenz
zwischen einem idealen Wert des ersten Berechnungsbetrages anzugeben
(das heißt
einem Wert, der exakt auf den Drehwinkel bezogen ist und zwar gemäß der vorbestimmten
Beziehung) und dem tatsächlich
erhaltenen Wert des ersten Berechnungsbetrages.
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Das
Gerät verwendet
in bevorzugter Weise Sensoren, welche die Werte des Magnetflusses
detektieren, der von einem Magnet erzeugt wird und zwar bei einer
relativen Drehbewegung und einer relativen axialen Bewegung, die
zwischen den Magneten und den Sensoren in Übereinstimmung mit der Drehung
der Drehwelle erzeugt werden. Die Werte des ersten Berechnungsbetrages
werden basierend auf Schwankungen in dem Wert oder Pegel der Sensorsignale
erhalten, die aus der relativen axialen Bewegung resultieren, und
es werden die Werte des ersten Berechnungsbetrages basierend auf
Variationen in dem Pegel der Sensorsignale erhalten, die aus der
relativen Drehbewegung resultieren.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der Erfindung wird erreicht, dass (vor dem Beginn
des Betriebes des Gerätes)
der maximale Fehlerbetrag in dem ersten Berechnungsbetrag kleiner
ist als das zuvor angesprochene vorbestimmte maximale Ausmaß, und zwar
für alle
Werte innerhalb des zuvor genannten vorbestimmten Bereiches, wobei
die Messung des Drehwinkels durch Berechnen durchgeführt wird
und zwar unter Verwendung der Werte, die für den ersten Berechnungsbetrag
und den zweiten Berechnungsbetrag in Verbindung mit der vorbestimmten
Beziehung erhalten werden.
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Spezifischer
ausgedrückt
schafft die Erfindung gemäß dem ersten
Aspekt ein Drehwinkel-Detektorgerät zum Ableiten eines momentanen
Wertes des Wellendrehwinkels einer Drehwelle innerhalb eines Bereiches,
der 360° überschreitet,
wobei der Wellendrehwinkel als θ bezeichnet
wird, und wobei das Gerät
eine Einrichtung enthält,
um folgendes abzuleiten:
- (a) einen ersten Berechnungsbetrag
als eine Funktion f(θ),
der monoton über
einen Bereich von Werten des Wellendrehwinkels θ variiert, welcher 360° überschreitet,
und
- (b) einen zweiten Berechnungsbetrag, der periodisch zwischen
einem minimalen und einem maximalen Wert in Übereinstimmung mit der Schwankung
des Wellendrehwinkels variiert, wobei eine vorbestimmte ganzzahlige
Anzahl von Variationsperioden des zweiten Berechnungsbetrages innerhalb
des Variationsbereiches von 360° des
Wellendrehwinkels auftritt.
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Zusätzlich enthält das Gerät eine Verarbeitungsschaltung,
um eine Operation an den jeweiligen momentanen Werten des ersten
Berechnungsbetrages und des zweiten Berechnungsbetrages durchzuführen, um
einen momentanen Wert des Wellendrehwinkels θ zu berechnen, wobei das Gerät auch in
solcher Weise konfiguriert ist, dass die absolute Größe eines
Fehlerbetrages in dem ersten Berechnungsbetrag nicht größer ist
als ein vorbestimmter zulässiger Wert.
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In
bevorzugter Weise beträgt
der zulässige Wert
einhalb des Betrages der Änderung
in dem ersten Berechnungsbetrag, welcher einer Variationsperiode
des zweiten Berechnungsbetrages entspricht.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt schafft die Erfindung ein Drehwinkel-Detektorgerat,
bei dem sichergestellt wird, dass (nachfolgend auf der Anfangsoperation
des Gerätes)
selbst dann, wenn der maximale Betrag des Fehlers in dem ersten
Berechnungsbetrag das zuvor erwähnte
vorbestimmte maximale Ausmaß anfängt zu überschreiten,
eine exakte Berechnung der Werte des Drehwinkels der Drehwelle fortgesetzt
werden kann.
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Dies
wird im Wesentlichen durch folgendes erreicht:
- (1)
Sicherstellen, dass der Fehlerbetrag unter dem oben erwähnten maximalen
Ausmaß bleibt und
zwar für
jeden der Werte des ersten Berechnungsbetrages, die den Drehwinkelwerten
jeweils entsprechen, bevor das Gerät zu Beginn in Betrieb gesetzt
wird, und nachfolgend
- (2) jedes Mal, wenn die Werte des ersten Berechnungsbetrages
und des zweiten Berechnungsbetrages erhalten werden, und zwar für die Verwendung
beim Ableiten eines momentanen Wertes des Drehwinkels, ein an früherer Stelle
abgeleiteter Fehlerbetrag entsprechend demjenigen Wert des ersten
Berechnungsbetrages, aus einem wie derbeschreibbaren nichtflüchtigen
Speicher gelesen wird und verwendet wird, um einen kompensierten
Wert des ersten Berechnungsbetrages zu erhalten, wobei dieser kompensierte
Wert in Verbindung mit dem zweiten Berechnungsbetrag verwendet wird,
um den Drehwinkel zu berechnen,
- (3) es wird der berechnete Drehwinkel in einen äquivalenten
Wert des ersten Berechnungsbetrages umgewandelt und zwar durch die
Verwendung der zuvor angesprochenen Beziehung (das heißt um einen
idealen Wert des ersten Berechnungsbetrages zu erhalten), der dann
dazu verwendet wird, um einen auf den neuesten Stand gebrachten
Wert für
den zuvor genannten entsprechenden Fehlerbetrag zu berechnen, und
- (4) es wird der auf den neuesten Stand gebrachte entsprechende
Fehlerbetrag in dem wiederbeschreibbaren nichtflüchtigen Speicher gespeichert,
wobei der an früherer
Stelle gespeicherte entsprechende Fehlerbetrag ersetzt wird.
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Auf
diese Weise werden die Fehlerbeträge entsprechend jedem der möglichen
Werte des ersten berechneten Betrages sukzessive auf den neuesten Stand
gebracht und zwar über
die gesamte Lebensdauer des Gerätes
hinweg und werden dazu verwendet, um den entsprechenden Berechnungsbetrag
zu kompensieren, wenn ein Drehwinkelwert berechnet wird. Selbst
wenn somit der Fehlerbetrag für
irgendeinen Wert des ersten Berechnungsbetrages den zuvor genannten
maximalen Betrag überschreiten
sollte (zum Beispiel aufgrund von Langzeitänderungen in den Eigenschaften
der Systemkomponenten und so weiter), wird in sicherer Weise sichergestellt,
dass die Drehwinkelwerte fortgesetzt exakt durch das Gerät gemessen
werden können.
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Bei
den bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung umfasst das Gerät
ein Gehäuse,
in welchem eine Drehwelle drehbar montiert ist, einen Magneten und
ein Paar von Magnetsensoren, wobei entweder der Magnet oder das
Paar der Magnetsensoren für
eine Drehung an der Drehwelle angebracht ist bzw. sind und der andere
fest an dem Gehäuse angebracht
ist und wobei die Magnetsensoren auf der Drehachse der Drehwelle
gelegen sind. Das Gerät
enthält
ferner einen Mechanismus wie beispielsweise einen Schneckenmechanismus,
um eine relativ lineare Bewegung zwischen dem Magneten und dem Paar
der Magnetsensoren zu erzeugen, wobei die Bewegung entlang der Drehachse
gerichtet ist und in Einklang mit der Drehung der Drehwelle auftritt.
Der Magnet besitzt eine innere Fläche mit einem kreisförmigen Umfang,
der konzentrisch zur Drehachse ist und der sich sukzessiv im Durchmesser vergrößert und
zwar über
einen axialen Abstand hinweg entsprechend einem vorbestimmten Bereich
der relativen linearen Bewegung. Der Magnet ist so konfiguriert,
dass er einen Magnetfluss zwischen diametral gegenüberliegenden
Seiten der Innenfläche
erzeugt und zwar in einer Richtung in rechten Winkeln zur Drehachse.
Der erste Magnetsensor und der zweite Magnetsensor erzeugen jeweils
ein erstes bzw. zweites Sensorsignal, welche die X-Richtung bzw.
Y-Richtung der Magnetflusskomponenten
ausdrücken,
wobei die X-Richtung und die Y-Richtung
in rechten Winkeln zueinander orientiert sind und auch zu der Drehachse
orientiert sind.
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Die
Verarbeitungsschaltung leitet den ersten Berechnungsbetrag als Länge eines
Magnetflussvektors ab, der als mittlere Quadratwurzel der Magnetflusswerte
Bx und By berechnet wird (ausgedrückt durch das erste und das
zweite Sensorsignal) und leitet den zweiten Berechnungswert als
ein Winkelwert basierend auf dem arctan By/Bx ab.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
konzeptmäßig eine
Querschnittsansicht einer Ausführungsform
eines Drehwinkel-Detektorgerätes
und zwar verlaufend durch die Achse einer Magnet-Rotorwelle hindurch;
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2 zeigt
eine Draufsicht, welche die Konfiguration eines Magneten und eines
Magnet-Sensorabschnitts bei der Ausführungsform von 1 veranschaulicht;
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3 ist
ein Zeitsteuerdiagramm, welches Wellenformen der X-Richtungs- und
X-Richtungs-Magnetfluss-Detektionssignale darstellt, die durch das
Gerät gemäß 1 erzeugt
werden;
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4 veranschaulicht
Beziehungen zwischen den Drehwinkeln des Magneten in dem Gerät von 1 und
den Drehwinkeln, die basierend auf den Magnetfluss-Detektionssignalen
abgeleitet werden;
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5 ist
ein Flussdiagramm gemäß einer Verarbeitung,
die bei der ersten Ausführungsform ausgeführt wird,
basierend auf dem Gerät
von 1, um einen Drehwinkel aus den Magnetfluss-Detektionssignalen
abzuleiten;
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6 zeigt
Einzelheiten eines Schrittes bei der Verarbeitung gemäß 5;
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7 ist
ein Flussdiagramm einer Verarbeitung, die bei einer zweiten Ausführungsform
durchgeführt
wird, um einen Drehwinkel abzuleiten, wobei eine erste Form einer
Fehlerkompensation zur Anwendung gebracht wird;
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8A, 8B zeigen
Teil-Flussdiagramme, welche Einzelheiten der Schritte bei der Verarbeitung
gemäß 3 wiedergeben;
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9 ist
ein Teil-Flussdiagramm, welches Einzelheiten einer ersten alternativen
Form eines Schrittes bei der Verarbeitungssequenz von 7 zeigt;
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10 zeigt
Einzelheiten einer zweiten alternativen Form eines Schrittes in
der Verarbeitungssequenz von 7;
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11 ist
ein Flussdiagramm der Verarbeitung, die durch eine dritte Ausführungsform
ausgeführt
wird, um einen Drehwinkel abzuleiten, wobei eine zweite Form einer
Fehlerkompensation zur Anwendung gelangt;
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12 ist
ein allgemeines System-Blockschaltbild, welches eine Grund-Schaltungskonfiguration
der ersten Ausführungsform
wiedergibt; und
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13 zeigt
ein allgemeines System-Blockschaltbild, welches die Grund-Schaltungskonfiguration
der zweiten und der dritten Ausführungsform
darstellt.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Erste Ausführungsform
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1 ist
eine konzeptmäßige Querschnittsansicht,
welche mechanische Komponenten der ersten Ausführungsform zeigt und zwar von
einem Drehwinkel-Detektorgerat. Diese mechanische Konfiguration
ist gemeinsam für
die jeweiligen Ausführungsformen
vorhanden, die im Folgenden beschrieben werden. Die Konfiguration
umfasst ein drehbares Joch 3, wobei die Querschnittsansicht
von 1 in einer Ebene verläuft, die mit der Drehachse
des Joches 3 koinzidiert. 2 ist eine
Draufsicht auf das Joch 3 und die zugeordneten Komponenten.
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Das
Gerät dient
dazu Beträge
der Winkeldrehung einer Lenkwelle 9 eines Fahrzeugs zu
detektieren. Spezifischer ausgedrückt misst das Gerät Grade der
Winkelverschiebung der Lenkwelle 9 von einer Bezugswinkelposition
aus. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass das Gerät in gleicher
Weise auch dafür
eingesetzt werden kann, um Beträge
eines Drehwinkels von anderen Typen einer Drehwelle zu detektieren,
die sich drehen können
und zwar über
eine begrenzte Anzahl von Drehungen von einer Bezugswinkelposition
aus.
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Das
Joch 3 ist fest an (oder ist zusammenhängend oder einstückig mit)
einer Magnet-Rotorwelle 2 verbunden bzw. an dieser angebracht,
die ein umfangsmäßig ausgebildetes
Schraubengewinde 5 aufweist. Ein Gehäuse 1, welches das
Joch 3 aufnimmt, und auch andere Komponenten aufnimmt, umfasst
ein konisch ausgebildetes Teil 6, welches darin fest angebracht
ist und welches mit einem konischen Loch ausgestattet ist, in welchem
ein Schraubengewinde vorhanden ist entsprechend dem Schraubengewinde 5 und
mit einer Öffnung
oder einem Hohlraum, der in dem Gehäuse 1 ausgebildet
ist und sich unterhalb von dem unteren Ende des konischen Loches
in dem konisch ausgebildeten Teil 6 erstreckt. Das Schraubengewinde 5 des
Joches 3 greift in das Loch des konisch ausgebildeten Teiles 6 ein, so
dass das Joch 3 dadurch drehbar innerhalb von dem Gehäuse 1 gehaltert
wird und auch seiner Drehachse bewegt werden kann und zwar als ein
Ergebnis der Drehung desselben.
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Das
Joch 3 ist als Flansch gestaltet und besitzt einen Magneten 4,
der in der gezeigten Weise daran fest angebracht ist. Der Magnet 4 besitzt
eine grundlegend ringförmige
Form und besitzt eine innere Fläche
mit einem kreisförmigen
Umfang, die koaxial zur Drehachse des Joches 3 verläuft und
die entlang der Richtung der Drehachse des Joches 3 konisch
ausgebildet ist, das heißt
deren Durchmesser nimmt sukzessive entlang der axialen Richtung
zu (das heißt
von einer unteren Seite zu einer oberen Seite des Magneten 4 hin,
wenn man wie in 1 blickt).
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Eine
Magnet-Sensoreinheit 7 ist innerhalb des Umfangs der Innenfläche des
Joches 3 gelegen und wird ortsfest an einer Position auf
einer Linie festgehalten, die mit der Drehachse des Joches 3 koinzidiert
(als Achse M bezeichnet), um Schwankungen in der Magnetflussdichte
des Magneten 4 zu detektieren, wenn sich dieser dreht.
Die Magnet-Sensoreinheit 7 wird durch eine Halterungsstange 12 festgehalten,
die an einer Schaltungsplatine 13 angebracht ist. Die Schaltungsplatine 13 ist
fest in Bezug auf das Gehäuse 1 angebracht
und hält
einen Signalverarbeitungsabschnitt 8, um Ausgangssignale
zu verarbeiten, die von der Magnet-Sensoreinheit 7 erzeugt werden,
wie dies noch weiter unten mehr in Einzelheiten beschrieben werden
soll.
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Die äußere Umfangsfläche des
Joches 3 ist mit Zahnradzähnen 11 ausgestattet,
die mit den Zähnen
eines Zahnrades 10 kämmen,
welches fest und koaxial auf der Lenkwelle 9 montiert ist.
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Im
Folgenden wird die Kombination aus dem konischen Teil 6 und
dem Schraubengewinde 5 der Magnet-Rotorwelle 2 als
Schneckenmechanismus bezeichnet, welcher das Joch 3 entlang
von dessen Drehachse bewegt. Die Kombination aus den Zahnrädern 10 und 11 wird
im Folgenden auch als Getriebemechanismus bezeichnet. Das Zahnradverhältnis oder Übersetzungsverhältnis des
Zahnradmechanismus sei angenommenermaßen 2:1 bei dieser Ausführungsform.
Der Schneckenmechanismus ist in solcher Weise konfiguriert, dass
dann, wenn das Joch 3 eine vollständige Umdrehung ausführt, dieses entlang
der axialen Richtung um eine vorbestimmte Strecke, zum Beispiel
0,5 mm, verschoben wird.
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Die
Magnet-Rotorwelle 2, das Joch 3, der Magnet 4,
das Schraubengewinde 5 und das Zahnrad 11 werden
kollektiv als Magnet-Drehanordnung bezeichnet. Das Joch 3 ist
aus einem magnetischen Material hergestellt und dient dazu die Magnetflussdichte
des Magneten 4 an Stellen der Magnetsensoren (die im Folgenden
noch beschrieben werden) der Magnetsensoreinheit 7 zu erhöhen und
um auch eine Abschirmung gegen das Eindringen von externen Magnetfeldern
in die Magnet-Sensoreinheit 7 zu erreichen.
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Wenn
man eine Ebene bezeichnet, die in rechten Winkeln zur Drehachse
des Joches 3 verläuft und
diese als X-Y-Ebene definiert, wobei die X- und Y-Richtungen dieser
Ebene orthogonal verlaufen, wie dies in 2 veranschaulicht
ist, so wird der Magnet 4 entlang einer einzigen Richtung,
parallel zu dieser X-Y-Ebene magnetisiert. Somit kann das Joch 3 beispielsweise
zu einer Position gedreht werden, in welcher die Magnetisierungsrichtung
so verläuft,
wie in 2 gezeigt ist, das heißt in solcher Weise, dass der
Magnetfluss des Magneten 4 auf die Magnet-Sensoreinheit 7 entlang
der X-Richtung trifft.
Bei irgendeinem bestimmten Drehwinkel des Magneten 4 kann
die Vektorlänge
der Magnetflussdichte B in Form einer Kombination einer X-Richtungs-Magnetflussdichte
bzw. Komponente Bx und in Form einer Y-Richtungs-Magnetflussdichte
bzw. Komponente By ausgedrückt
werden, das heißt
mit einer Vektorlänge, die
aus der mittleren quadratischen Wurzel der Werte Bx und By besteht,
wie in 2 gezeigt ist.
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Die
Magnet-Sensoreinheit 7 enthält einen Halbleiterchip, der
Hall-Effekt-Sensorelemente und Pufferschaltungen enthält. Die
Pufferschaltungen empfangen die jeweiligen Ausgangssignale von den Hall-Effekt-Sensorelementen
und schicken diese zu dem Signalverarbeitungsabschnitt 8 in
Form von Sensorsignalen Vx bzw. Vy. Eines der Hall-Effekt-Sensorelemente
ist auf der zuvor erwähnten Drehachse
M gelegen und ist entlang der X-Achse gemäß der Darstellung in 2 orientiert
und dient dazu das Sensorsignal Vx abzuleiten, dessen Spannung in
Einklang mit dem Wert der X-Richtungs-Magnetflussdichte
bzw. Komponente Bx variiert. Das andere Hall-Effekt-Sensorelement ist
auf der Drehachse M gelegen und ist entlang der Y-Achse gemäß der Darstellung
in 2 orientiert und dient dazu das Sensorsignal Vy
abzuleiten, dessen Spannung in Übereinstimmung
mit dem Wert der Y-Richtungs-Magnetflussdichte bzw. Komponente By
variiert.
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3 zeigt
die Wellenformen der Sensorsignale Vx und Vy. Wie in 3 gezeigt
ist, wird bei dieser Ausführungsform
angenommen, dass der Winkelbereich, für welchen eine Messung durchgeführt werden
kann, sich von –720° bis +720° des Drehwinkels θs der Lenkwelle 9 erstreckt,
das heißt über zwei komplette
Drehungen der Lenkwelle 9 in einer ersten Richtung und
zwei komplette Drehungen in der entgegengesetzten Richtung und zwar
von der Bezugsposition gemäß 0°. Daher beträgt bei dem
Zahnradübersetzungsverhältnis zwischen
dem Zahnrad 10 und dem Joch 3, welches oben beschrieben
wurde, der vollständige
Winkelbereich der Messung –1400° bis +1440° der Variation
des Drehwinkels des Magneten 4, der im Folgenden auch als
Eingangswinkel θi
bezeichnet wird.
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Die
allgemeine Schaltungskonfiguration dieser Ausführungsform ist in Form eines
Blockschaltbildes in 12 gezeigt. Die X-Richtungs-
und Y-Richtungs-Hall-Effekt-Sensorelemente
sind jeweils mit den Bezugszeichen 20 und 21 versehen
und sind mit den jeweiligen Pufferschaltungen 18 und 19 gekoppelt,
wobei ein entsprechendes X-Richtungs-Sensorsignal
Vx (dessen Spannungspegel die Größe der X-Richtungs-Magnetflussdichte-Komponente
Bx ausdrückt,
wie weiter oben beschrieben wurde) und das Y-Richtungs-Fluss-Sensorsignal
Vy (dessen Spannungspegel die Größe der V-richtungs-Magnetflussdichte-Komponente
By ausdrückt)
dadurch aus den Ausgangsgrößen der
Elemente 20 bzw. 21 abgeleitet werden können.
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Diese
Signale Vx, Vy werden dem Signalverarbeitungsabschnitt 8 eingespeist,
dessen Operation auf einer CPU (zentrale Prozessoreinheit) 22 basiert, die
eine Verarbeitung durchführt
und zwar unter Verwendung von Daten (Werte für Konstante, die bei den Berechnungen
verwendet werden und so weiter), die im Voraus in einem ROM (Nur-Lese-Speicher) 23 abgespeichert
wurden.
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Berechnung
von Winkelwerten
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Die
Operationen, die zum Berechnen der Winkelwerte durchgeführt werden
und zwar in Verbindung mit den folgenden Ausführungsformen, werden nachfolgend
beschrieben.
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Aufgrund
der Tatsache, dass die innere Umfangsfläche des Magneten 4 mit
einer konischen Gestalt geformt ist und zwar entlang der axialen
Richtung, wie dies weiter oben beschrieben wurde und auch in der
Querschnittsansicht von 1 gezeigt ist, wird der Magnet 4,
wenn dieser in einer Richtung gedreht wird, in der Abwärtsrichtung
verschoben (wenn man wie in 1 blickt)
und zwar aufgrund der Wirkung des Schneckenmechanismus. Dies führt zu einer
Reduzierung der Lange des Magnetvektors der Magnetflussdichte B,
die auf die Magnet-Sensoreinheit 7 auftrifft. Umgekehrt,
wenn sich der Magnet 4 in der entgegengesetzten Richtung
dreht, wird dieser in der Aufwärtsrichtung
verschoben (wenn man wie in 1 blickt),
wodurch dann die Länge
des Magnetvektors vergrößert wird.
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Damit
sind bei einer X-Richtung und einer V-Richtung, die in der oben
erläuterten
Weise definiert sind und zwar entsprechend 2, und wenn die
X-Achse dem Bezugswert (θ!)
des Drehwinkels des Magneten 4 entspricht (Eingangs-Drehwinkel θi), die
Größen der
X-Richtungs-Magnetflussdichte-Komponente Bx und der Y-Richtungs- Magnetflussdichte-Komponente
By, die auf die Magnet-Sensoreinheit 7 wirken, wie folgt: Bx = f(θi)·cosθi By = f(θi)·sinθi.
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Hierbei
ist f(θi)
eine Funktion, welche die Länge
des Magnetvektors der Flussdichte B an der Stelle der Magnet-Sensoreinheit 7 ausdrückt, wobei de
Vektorlänge
Monoton variiert, wenn der Magnet 4 entlang der Richtung
von dessen Drehachse verschoben wird. Die Form der Funktion f(θi) hängt von solchen
Faktoren ab wie beispielsweise der Konfiguration des Magneten 4 und
des Joches 3, den Typen der Materialien, die für diese
verwendet werden, und so weiter. Der Wert der Magnetvektorlänge wird
im Folgenden als erster Berechnungsbetrag θ1 bezeichnet.
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In
dem ROM 23 des Signalverarbeitungsabschnitts 8 sind
im Voraus Daten gespeichert, die f(θi) ausdrücken, das heißt die Beziehung
zwischen relativen (idealen) Werten des ersten Berechnungsbetrages θ1 und entsprechenden
Werten des Eingangs-Drehwinkels θi, wie dies
im Folgenden noch beschrieben wird.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht auf die Verwendung
der Werte der Magnetvektorlänge
als erster Berechnungsbetrag θ1
beschränkt
ist. Es ist in äquivalenter
Weise nämlich möglich einige
andere Parameter abzuleiten, die monoton variieren, wenn der Eingangsdrehwinkel
variiert und zwar über
einen erforderlichen Bereich von Werten.
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Der
Signalverarbeitungsabschnitt 8 berechnet den mittleren
Quadratwurzelwert der X-Richtungs-Magnetflussdichte-Komponente Bx
und der Y-Richtungs-Magnetflussdichte-Komponente By, wie dies in 2 veranschaulicht
ist (spezifischer ausgedrückt
durch eine Operation an den Werten der Sensorsignale Vx, Vy, die
jeweils die Werte von Bx und By ausdrücken), um die Vektorlänge der
Magnetflussdichte B als erste Berechnungsbetrag θ1 zu erhalten.
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Der
Signalverarbeitungsabschnitt 8 führt auch eine Verarbeitung
durch, um den umgekehrten Tangenswert (arctan) des Verhältnisses
aus der Y-Richtungs-Magnetflussdichte-Komponente By zu der X-Richtungs-Magnetflussdichte-Komponente
Bx zu berechnen (wiederum durch die jeweiligen Werte der Signale
Vx, Vy) wiedergegeben, das heißt: θ2
= arctan(By/Bx).
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Um
die Beschreibung einfach zu halten werden die Werte, die für θ2 aus der
umgekehrten Tangensberechnung erhalten werden, in einem Bereich von –180° bis +180° ausgedrückt. θ2 wird dann
als zweiter Berechnungsbetrag bezeichnet und wird dazu verwendet,
um die Winkelposition des Magneten 4 innerhalb eines Bereiches
von weniger als 360° zu
spezifizieren. Der Wert von θ2
ist Null (das Zentrum von dessen Bereich), wenn der Eingangswinkel θi 0° erreicht
oder ein Vielfaches von 360° erreicht.
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Der
gemessene Drehwinkel des Magneten 4, der durch die Vorrichtung
erhalten werden kann, wird im Folgenden als Ausgangswinkelwert θ0 bezeichnet
(das heißt
der gemessene Betrag der Drehung des Magneten 4 von der
zuvor erwähnten
Bezugsposition von 0°).
Es kann damit der entsprechende Drehwinkel der Lenkwelle 9 als θ0/2 bei
dieser Ausführungsform
erhalten werden.
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4 veranschaulicht
graphisch die Beziehungen zwischen den Werten des ersten Berechnungsbetrages θ1 und der
Zahl N der vollständigen Umdrehungen
des Magneten 4, zwischen den Werten des zweiten Berechnungsbetrages θ2 und dem Eingangsdrehwinkel θi, und zwischen
dem Ausgangswinkelwert θ0
und dem Eingangsdrehwinkel θi. Um
die Zeichnung einfach zu halten, ist lediglich der zentrale Bereich
von –720° bis +720° gezeigt.
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Es
sei nun bei dieser Ausführungsform
angenommen, dass ein Wertebereich des ersten Berechnungsbetrages θ1 zwischen
10 bis 20 liegt entsprechend dem Bereich von –720° bis +720° des Eingangsdrehwinkels θi, und dass
dann, wenn θ1
aus einem idealen Wert θ1r
besteht (das heißt
frei ist von einem Fehler), die folgende Beziehung gilt: θi
= (θ1r – 15)·144.
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Damit
leitet das Gerät
einen Ausgangsdrehwinkelwert θ0
ab, der exakt als identisch mit dem aktuellen Eingangsdrehwinkel θi betrachtet
werden kann, es kann dann θ0
in den äquivalenten
idealen Wert θ1r
des ersten Berechnungsbetrages θ1
umgewandelt werden und zwar in den gleichen Einheiten wie θ1, indem
man die folgende Skalierungsberechnung durchführt: θ1r = θ0/144 +
15.
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Die
Beziehungswerte (15, 144) für
die Verwendung bei der oben erläuterten
Berechnung werden im Voraus in dem ROM 23 gespeichert,
um sie auszulesen, wenn dies erforderlich wird.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass es in äquivalenter Weise auch möglich ist
die Werte von θ1r
zu speichern und auch die entsprechenden Werte von θi und zwar
im Voraus in dem ROM, in Form eines Datenplanes und dann die gespeicherten
Daten dazu zu verwenden, um die oben erläuterten Umsetzungen, oder Umwandlungen
durchzuführen.
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Bei
dieser Ausführungsform,
wie sie in 4 veranschaulicht ist, ändert sich
mit der Änderung
des zweiten Berechnungsbetrages θ2
von seinem minimalen (meist negativen) Wert zu dem maximalen (meist
positiven) Wert der Eingangswinkel θi um 180°. Bezeichnet man "eine Variationsperiode" von θ2 als eine Änderung
von deren Minimalwert (–180°) zu deren
Maximalwert (+180°), ändert sich
die Zahl der Variationsperioden von θ2 entsprechend einer 360°-Änderung
in dem Eingangswinkel θi,
welche Zahl im Folgenden dann als k bezeichnet wird.
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Der Änderungsbetrag
in dem ersten Berechnungsbetrag θ1,
welcher der Variationsperiode des zweiten Berechnungsbetrages θ2 entspricht,
sei im Folgenden als α bezeichnet.
Bei dieser Ausführungsform
ist das Gerät
so konfiguriert, dass für
jeden Wert des ersten Berechnungsbetrages θ1, der abgeleitet wird, der
Betrag der Abweichung von θ1
(das heißt von
dem idealen Wert) innerhalb des Bereiches von –α/2 bis +α/2 liegt. Als ein Ergebnis kann
der erhaltene Wert von θ1
in Verbindung mit dem Winkeldrehbetrag verwendet werden, der durch θ2 ausgedrückt ist, um
in exakter Weise die gesamte Zahl N der Umdrehungen des Magneten 4 zu
erhalten, das heißt
aufeinanderfolgende 360°-Winkelverschiebungen
von der zentralen Bezugsposition (0°) aus, in dem Bereich von –720° bis +720°. Der Ausgangswinkelwert θ0 kann dadurch
erhalten werden, indem man den Winkelwert, der durch N repräsentiert
wird zu dem Drehbetrag, der durch θ2 wiedergegeben wird (das heißt θ2/k) zu
dem Ergebnis addiert. (Wenn θ2
als ein arctan-Wert in dem Bereich von –90° bis +90° ausgedrückt wird, dann liegt der Drehbetrag,
der durch θ2 repräsentiert
wird, bei θ2/k
multipliziert mit 2).
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Wenn
somit beispielsweise der Wert von N als +1 erhalten wird, und 02
einen Winkelwert (Drehbetrag) von +55° repräsentiert, wird der Ausgangswert θ0 mit +415° erhalten.
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Es
wird der Betrieb der Ausführungsform
nun spezifischer unter Hinweis auf das Flussdiagramm von 5 beschrieben,
welche eine Verarbeitungsroutine zeigt, die wiederholt durch den
Signalverarbeitungsabschnitt 8 ausgeführt wird.
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Zuerst
werden (bei dem Schritt S100) die kürzlichen Werte der oben beschriebenen
Sensorsignale Vx, Vy erworben und es werden die momentanen Werte
des ersten Berechnungsbetrages θ1
und des zweiten Berechnungsbetrages θ2 berechnet und zwar basierend
auf den Magnetflusswerten, die durch die Signale Vx, Vy ausgedrückt werden
(Schritt S102).
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Die
momentanen Werte von θ1
und θ2
werden dann dazu verwendet, um den Ausgangswinkel θ zu berechnen
(Schritt S107). Im Folgenden bezeichnet β den Wert des ersten Berechnungsbetrages θ1, wenn
der Rotor 4 sich in der zuvor erwähnten Bezugsposition von 0° befindet
(im Zentrum innerhalb des Bereiches von –720° bis +720°). Dies kann anhand der zuvor
erläuterten
Beziehung zwischen den idealen Wer ten von θ1 und dem Drehwinkel des Magneten 4 berechnet
werden und kann im Voraus in dem ROM abgespeichert werden.
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Zuerst
wird dann ein Wert t als ein ganzzahliger Wert berechnet, indem
die Ziffern unterhalb des Dezimalpunktes in dem Ergebnis abgerundet
werden, welches anhand der folgenden Gleichung (1) erhalten wird. t = (θ1 – β)/α – (θ2/360) + ½ (1)
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Der
exakte Wert von t wird gesichert, wenn der Fehlerbetrag in dem ersten
Berechnungsbetrag 1 nicht die oben beschriebenen zulässigen Grenzen (–α/2 bis +α/2) überschreitet.
Der Ausgangswinkelwert θ0
wird dann mit Hilfe der folgenden Gleichung (2) erhalten: θ0 = (360·t + θ2)/k (2)
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Wie
aus dem oben Dargelegten ersehen werden kann, ist (t/k) eine ganze
Zahl von Umdrehungen und der Ausgangswinkelwert θ0 wird dadurch erhalten, indem
man den Drehbetrag, der durch (t/k) wiedergegeben ist, zu demjenigen
addiert, der durch θ2
wiedergegeben wird (das heißt θ2/k). Die
Inhalte des Schrittes S107 sind in dem Teil-Flussdiagramm von 6 gezeigt.
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Der
erhaltene Wert des Ausgangswinkels θ0 wird dann ausgegeben (Schritt
S112).
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Es
kann somit ersehen werden, dass mit dieser Ausführungsform ein Magnet-Verschiebemechanismus
verwendet wird, um einen Magneten entlang seiner Drehachse zu bewegen,
wenn der Magnet gedreht wird, und dass es diese Ausführungsform
ermöglicht
in exakter Weise die Drehwinkel zu detektieren, die größer sind
als 360°,
wobei eine Magnet-Anordnung verwendet wird, bei der lediglich ein
einzelner Magnet erforderlich ist, der gedreht werden muss. Somit
kann die mechanische Konfiguration einfach gehalten werden, so dass
das Gerät
kostengünstig
in der Herstellung ausgeführt
werden kann.
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Zweite Ausführungsform
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Bei
der obigen Beschreibung ist angenommen, dass der berechnete Wert
des ersten Berechnungsbetrages θ1
(abgeleitet basierend auf dem detektierten Wert des Magnetflusses)
direkt verwendet wird und zwar in Verbindung mit dem zweiten Berechnungsbetrag θ2, um den
Ausgangswinkelwert θ0 zu
erhalten. Jedoch ist es in der Praxis, selbst dann, wenn der Fehlerbetrag
in jedem berechneten Wert von θ1
zu Beginn innerhalb des zuvor erläuterten zulässigen Bereiches (–α/2 bis +α/2) liegt,
zum Beispiel innerhalb dieses Bereiches liegt, wenn das Gerät zu Beginn
verwendet wird, möglich,
dass der Betrag des Fehlers in den berechneten Werten von θ1 eventuell diesen
Bereich überschreiten
kann. Dies kann durch Faktoren verursacht werden wie beispielsweise
allmähliche Änderungen
in den Eigenschaften der Schaltungskomponenten, Änderungen in der Betriebstemperatur
des Gerätes
und so weiter.
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Es
wird nun eine zweite Ausführungsform beschrieben,
welche diese Möglichkeit
eliminiert, indem eine Kompensation von jedem berechneten Wert von θ1 zur Anwendung
gebracht wird und zwar in solcher Weise, um sicherzustellen, dass
(wenn der Anfangswert des Fehlerbetrages innerhalb des zuvor erläuterten
zulässigen
Bereiches liegt) irgendwelche nachfolgende allmähliche Zunahme in dem Fehler, selbst
in einem Ausmaß,
welches den zulässigen
Bereich überschreitet,
nicht in nachteiliger Weise die exakte Berechnung des Ausdrehwinkels θ0 beeinflusst.
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Eine
andere Maßnahme
als bei dieser Kompensation wird für Fehler in den Werten des
ersten Berechnungsbetrages θ1
angewendet, wobei ein wiederbeschreibbarer nichtflüchtiger
Speicher zusätzlich
in dem Signalverarbeitungsabschnitt 8 inkorporiert wird,
der diesem Zweck dient, wobei die zweite Ausführungsform in ähnlicher
Weise wie die erste Ausführungsform,
die oben beschrieben wurde, konfiguriert ist und arbeitet. 13 zeigt
ein allgemeines System-Blockschaltbild der zweiten Ausführungsform,
wobei der wiederbeschreibbare nichtflüchtige Speicher mit dem Bezugszeichen 24 versehen
ist.
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Die
durch den Signalverarbeitungsabschnitt 8 dieser Ausführungsform
ausgeführte
Verarbeitung wird nun unter Hinweis auf das Flussdiagramm von 7 beschrieben,
welches die Grund-Operationssequenz darstellt, die wiederholt durch
den Signalverarbeitungsabschnitt 8 ausgeführt wird.
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Zuerst
werden die kürzlichen
Werte der X-Richtungs-Magnetflusskomponente Bx und der Y-Richtungs-Magnetflusskomponente,
die durch die Magnet-Sensoreinheit 7 detektiert wurden,
ausgedrückt
durch die Sensorsignale Vx, Vy, erworben (Schritt S100). Die jeweiligen
Werte des ersten Berechnungsbetrages θ1 und des zweiten Berechnungsbetrages
werden in der oben beschriebenen Weise berechnet (Schritt S102).
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Als
nächstes
wird der Fehlerbetrag Δθ entsprechend
dem Wert, der momentan für θ1 erhalten wird
(der an früherer
Stelle in einem Datenplan in dem wiederbeschreibbaren nichtflüchtigen
Speicher 24 gespeichert wurde, der mit diesem Wert von θ1 verkettet
ist) aus dem wiederbeschreibbaren nichtflüchtigen Speicher 24 ausgelesen
(Schritt S104). Dieser Fehlerbetrag Δθ wird dann zu θ1 hinzuaddiert, um
einen Kompensationswert von θ1
zu erhalten, wobei dieser Kompensationswert mit θ1' bezeichnet ist (Schritt S108).
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Es
wird dann der Ausgangswinkelwert θ0 (Drehgrade des Magneten 4 aus
der Bezugs-Zentrumsposition von 0° in
dem Bereich von –720° bis +720°) unter Verwendung
der Gleichungen (1) und (2), die oben erläutert wurden, berechnet und
zwar in der gleichen Weise wie dies in Verbindung mit der ersten
Ausführungsform
beschrieben wurde, jedoch mit dem Kompensationswert θ1', der anstelle des momentan
erhaltenen Wertes von θ1
verwendet wird (Schritt S110).
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Auf
diese Weise kann die Kompensation angewendet werden und zwar basierend
auf dem vorausgehend abgeleiteten Fehlerbetrag Δθ, der aus dem wiederbeschreibbaren
nichtflüchtigen
Speicher 24 ausgelesen wurde, was die Möglichkeit schafft, den Winkelwert θ0 exakt
zu berechnen. Der erhaltene Wert θ0 wird dann ausgegeben (Schritt
S112).
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Als
nächstes
(Schritt S114) wird der Fehlerbetrag Δθ in dem momentan erhaltenen
(das heißt unkompensierten)
Wert von θ1
basierend auf diesem Wert von θ1
und dem berechneten Winkelwert θ0
berechnet. Dieser neu berechnete Fehlerbetrag Δθ wird dann als ein upgedateter
Wert in dem Datenplan in dem wiederbeschreibbaren nichtflüchtigen
Speicher 24 gespeichert, der mit dem momentan erhaltenen Wert
von θ1
verkettet ist (Schritt S116).
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Wenn
bei dieser Ausführungsform
der Fehlerbetrag von jedem der möglichen
Werte von θ1 (das
heißt
zu dem Zeitpunkt des Beginns des Betriebes des Gerätes) nicht
die weiter oben angeführten zulässigen Grenzen
(–α/2 bis +α/2) überschreitet, wird
selbst dann, wenn der Fehlerbetrag entsprechend irgendeinem spezifischen
Wert des ersten berechneten Betrages θ1 nachfolgend diese Grenzen überschreiten
sollte, der gespeicherte Fehlerbetrag Δθ entsprechend diesem Wert von θ1 demzufolge
an früherer
Stelle auf den neuesten Stand gebracht. Somit kann der Ausgabewinkelwert θ0 exakt
erhalten werden, basierend auf dem kompensierten Wert θ1' und zwar selbst
dann, wenn der Fehlerbetrag in dem ersten berechneten Betrag θ1 in einem
Ausmaß zugenommen
hat, welches die zulässigen
Grenzen überschreitet.
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8A zeigt
Einzelheiten der Inhalte des Schrittes S110 der Verarbeitungssequenz
von 7. Zuerst werden (Schritt S110a) die Werte der
weiter oben genannten Konstanten β, α und k aus
dem wiederbeschreibbaren nichtflüchtigen
Speicher 24 ausgelesen. Als nächstes (Schritt S110b) werden
diese Konstanten verwendet und zwar zusammen mit dem momentan kompensierten
Wert θ1' und dem momentan
erhaltenen Wert θ2,
und zwar in den Gleichungen (1) und (2), die oben beschrieben wurden
(wobei θ1' anstelle von θ1 verwendet
wird), um den Ausgangswinkelwert θ0 zu berechnen.
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8B zeigt
Einzelheiten der Inhalte des Schrittes S114 der Verarbeitungssequenz
von 7. Zuerst wird (Schritt S114a) der Winkelwert,
der für θ0 erhalten
worden ist (das heißt
eine Anzahl oder Nummer innerhalb des Bereiches von –760 bis
+760) in eine entsprechende Zahl innerhalb des Bereiches der Werte
von θ1
konvertiert, das heißt
wird auf einen entsprechenden idealen Wert θ1r konvertiert und zwar durch
die oben beschriebene Skalier-Berechnung. Als nächstes (Schritt S114b) wird
ein upgedateter Fehlerbetrag Δθ in Form
einer Differenz zwischen θ1r
und dem momentan erhaltenen Wert von θ1 erhalten.
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Bei
dem oben beschriebenen Vorgang wurde zum Zwecke der Vereinfachung
der Beschreibung angenommen, dass bei jeder Gelegenheit, wenn der Schritt
S104 von 7 ausgeführt wird, ein entsprechender
Wert des Fehlerbetrages Δθ an früherer Stelle
in dem wiederbeschreibbaren nichtflüchtigen Speicher 24 gespeichert
worden ist und somit auch ausgelesen werden kann. Wenn jedoch das
Gerät zu Beginn
mit seinem Betrieb anfängt,
ist dies noch nicht der Fall. 9 zeigt
ein Teil-Flussdiagramm, welches Einzelheiten der Inhalte des Schrittes
S104 wiedergibt. Zuerst (Schritt S104a) wird eine Entscheidung getroffen,
ob ein entsprechender Wert des Fehlerbetrages Δθ an früherer Stelle in dem wiederbeschreibbaren
nichtflüchtigen
Speicher 24 gespeichert worden ist. Wenn die Entscheidung
JA lautet, dann wird der entsprechende Wert ausgelesen (Schritt
S104b) und des wird dann der Schritt S108 ausgeführt. Wenn die Entscheidung
NEIN lautet, wird Δθ auf einen
Fehlerwert gesetzt zum Beispiel Null (Schritt S104c), bevor der
Schritt S108 ausgeführt
wird.
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Alternativ
können
die Inhalte des Schrittes S104 auch in dem Teil-Flussdiagramm von 10 gezeigt
werden. Wenn in diesem Fall bei dem Schritt S104a beurteilt wird,
dass ein entsprechender Wert des Fehlers Δθ noch nicht gespeichert worden
ist, wird eine Entscheidung getroffen (Schritt S104d), ob die Werte
des Fehlers Δθ bereits
gespeichert worden sind, die jeweils den Werten θ1 unmittelbar benachbart zu
dem momentan erhaltenen Wert von θ1 entsprechen. Wenn beispielsweise
dieser momentan erhaltene Wert von θ1 bei 15 liegt und angenommen wird,
dass die möglichen
Werte von θ1
beschränkt sind
auf diskrete Werte von 10, 11, 12, und so weiter, wird eine Entscheidung
getroffen, ob die Werte des Fehlers Δθ bereits gespeichert worden
sind, die jeweils θ1
mit den Werten 14 und 16 entsprechen.
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Wenn
die Entscheidung JA lautet, wird der Schritt S104e ausgeführt, bei
dem ein Wert des Fehlers Δθ entsprechend
dem momentan erhaltenen Wert von θ1 durch Interpolation der Δθ-Werte berechnet
wird, entsprechend den unmittelbar benachbarten Werten von θ1. Dieser
interpolierte Wert wird dann bei dem Schritt S108 verwendet. Wenn
die Entscheidung bei dem Schritt S104d NEIN lautet, wird Δθ auf einen
Fehlerwert gesetzt, zum Beispiel Null (Schritt S104c), bevor der
Schritt S108 ausgeführt wird.
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Bei
der oben erläuterten
Ausführungsform führt der
Signalverarbeitungsabschnitt 8 auch eine Verarbeitung durch
(in den Zeichnungen gezeigt), wobei bei der ersten Gelegenheit,
dass ein Fehlerbetrag Δθ für einen
spezifischen Wert von θ1
abgeleitet wird (bei dem Schritt S102) Adressenstellen zum Speichern
dieses Wertes von θ1
und des entsprechenden Fehlerbetrages in den wiederbeschreibbaren
nichtflüchtigen
Speicher 24 in dem Datenplan in dem wiederbeschreibbaren
nichtflüchtigen
Speicher 24 zugeordnet werden und auch Informationen über die
Adressenzuordnungen in dem wiederbeschreibbaren nichtflüchtigen
Speicher 24 gespeichert werden. Auf diese Weise stehen
Informationen für
die Verwendung bei dem auszuführenden
Schritt S104 von 7 in der oben beschriebenen
Weise zur Verfügung.
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Bei
der obigen Beschreibung wird der Fehlerbetrag Δθ zu dem erhaltenen Wert des
ersten Berechnungsbetrages θ1
hinzuaddiert, um den kompensierten Wert θ1' zu erhalten (zum Beispiel bei dem Schritt
S108 von 7). Es ist jedoch ebenso oder
in äquivalenter
Weise möglich
den Fehlerbetrag in dem unkompensierten Wert θ1 als ein Fehlerverhältnis R
auszudrücken,
welches als Verhältnis
aus dem idealen Wert θ1r
zu dem unkompensierten Wert von θ1
berechnet wird. In diesem Fall wird dann das Fehlerverhältnis R
in dem Datenplan gespeichert, der mit demjenigen entsprechend dem
Wert von θ1 verkettet
ist und zwar in der gleichen Weise, wie dies für den Fehlerbetrag Δθ beschrieben
wurde und auch für
den kompensierten Wert θ1', der dann berechnet wird
(zum Beispiel bei dem Schritt S108 von 7) und zwar
als Produkt (R·θ1).
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Dritte Ausführungsform
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Bei
dem Kompensationsverfahren gemäß der zweiten
oben beschriebenen Ausführungsform wird
jedes Mal, wenn die Verarbeitungssequenz ausgeführt wird, um neue Werte des
ersten Berechnungsbetrages θ1
zu erlangen und auch von dem zweiten berechneten Betrag θ2 zu erlangen,
ein kompensierter Wert θ1' des ersten Berechnungsbetrages θ1 abgeleitet
und wird bei der Berechnung eines auf den neuesten Stand gebrachten
Wertes des entsprechenden Fehlerbetrages Δθ verwendet. Wenn jedoch in
der Praxis der Fehlerbetrag unterhalb eines vorbestimmten Schwellenwertes
für einige
Werte von θ1
liegt, kann es auch möglich
sein, die Verarbeitung zum Berechnen des kompensierten Wertes θ1' wegzulassen.
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11 ist
ein Flussdiagramm der Verarbeitung, die bei der dritten Ausführungsform
ausgeführt wird,
die eine modifizierte Form der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform
darstellt. Wie dargestellt ist, unterscheidet sich diese von dem
Flussdiagramm der 7 für die zweite Ausführungsform durch
den Zusatz von:
- (a) einen Beurteilungsschritt
S106, bei dem eine Entscheidung getroffen wird, ob die absolute
Größe des (gespeicherten)
Fehlerbetrages entsprechend dem momentan erhaltenen Wert von θ1 den weiter
oben beschriebenen Schwellenwert überschreitet, und
- (b) einen Verarbeitungsschritt S107, bei dem der Wert des Ausgangswinkelwertes θ0 berechnet wird
und zwar unter Verwendung des momentan erhaltenen Wertes von θ1 direkt
(wie bei der ersten Ausführungsform)
in Verbindung mit dem zweiten Berechnungswert oder Berechnungsbetrag θ2.
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Lediglich
die Merkmale des Unterschiedes bei der Verarbeitung von 7 werden
im Folgenden beschrieben.
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Bei
dieser Ausführungsform
wird bei dem Schritt S106 von 11 eine
Entscheidung getroffen, ob der absolute Wert des entsprechenden
an früherer
Stelle gespeicherten Fehlerbetrages Δθ den vorbestimmten Schwellenwert überschreitet.
Wenn der ab solute Wert von Δθ den Schwellenwert überschreitet,
wird die Verarbeitung der Schritte S108, S110 (die weiter oben für 7 beschrieben
wurden) ausgeführt,
um den Ausgangswinkelwert θ0
zu berechnen und zwar unter Verwendung des kompensierten Wertes θ1' des ersten Berechnungsbetrages θ1.
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Wenn
jedoch bei dem Schritt S106 beurteilt wird, dass der absolute Wert
des entsprechenden an früherer
Stelle gespeicherten Fehlerbetrages Δθ den vorbestimmten Schwellenwert
nicht überschreitet, wird
der Schritt S107 ausgeführt,
bei dem der momentan erhaltene Wert des ersten Berechnungsbetrages θ1 direkt
bei der Berechnung des Ausgangswinkelwertes θ0 verwendet wird, wie dies
bei der ersten Ausführungsform
der Fall ist.
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Auf
diese Weise wird es möglich
den Aufwand der Berechnungsverarbeitung zu reduzieren, die durch
den Signalverarbeitungsabschnitt 8 ausgeführt werden
muss.
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Es
ist auch in der gleichen Weise, wie dies für die zweite Ausführungsform
beschrieben wurde, möglich
ein Fehlerverhältnis
R anstelle des Fehlerwertes Δθ bei dieser
Ausführungsform
zu verwenden. Alternativ ist es in äquivalenter Weise möglich eine
Kompensation von θ1
durchzuführen
und zwar durch Anwenden einer ersten Stufe einer Kompensation, bei
der der Fehlerbetrag Δθ verwendet
wird, dann eine zweite Stufe einer Kompensation zur Anwendung gebracht
wird, bei der das Fehlerverhältnis R
verwendet wird.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass die oben beschriebenen Prinzipien der
jeweiligen Ausführungsformen
nicht auf die Anwendung bei einem spezifischen Gerät oder Gerätekonfigurationen
dieser Ausführungsformen
beschränkt
sind, sondern auch auf vielfältige
andere Typen von Drehwinkel-Detektorgeräten entsprechend Winkelwerten über –360° anwendbar
sind, bei denen ein Drehbetrag gemessen wird und zwar basierend
auf abgeleiteten Werten eines sich monoton ändernden oder variierenden
Berechnungsbetrages (θ1),
der dazu verwendet werden kann, um einen angenäherten Wert des Drehbetrages
innerhalb eines Bereiches zu spezifizieren, der 360° überschreitet,
und einen zyk lisch variierenden Berechnungsbetrag (θ2) zu spezifizieren,
der dazu verwendet werden kann, um einen Drehbetrag oder ein Drehausmaß innerhalb
eines Bereiches von weniger als 360° zu spezifizieren.
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Darüber hinaus
sind vielfältige
Abwandlungen der beschriebenen Ausführungsformen möglich, die
in den Rahmen der Erfindung fallen, wie er sich aus den anhängenden
Ansprüchen
ergibt.