DE102011006131A1

DE102011006131A1 - Rotationswinkelerfassungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102011006131A1
Application number: DE102011006131A
Authority: DE
Inventors: Koichiro Matsumoto; Yoshiyuki Kono
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2010-03-29
Filing date: 2011-03-25
Publication date: 2011-09-29
Also published as: JP5105263B2; JP2011208971A; US20110238367A1

Abstract

Eine Rotationswinkelerfassungsvorrichtung weist ein Magnetelement (12), einen magnetischen Sensor (20, 30) und eine Verarbeitungseinheit auf. Der magnetische Sensor (20, 30) weist ein Sensorelement (21, 31) auf, das angeordnet ist, um in Übereinstimmung mit einer Rotation eines rotierenden Objekts relativ zum magnetischen Element (12) zu rotieren und Signale in Übereinstimmung mit einer Änderung eines magnetischen Feldes bedingt durch eine Rotation relativ zum Magnetelement (12) auszugeben. Die Verarbeitungseinheit ist dazu ausgelegt, Ausgangswerte des Sensorelements (21, 31) zu verarbeiten. Die Verarbeitungseinheit erfasst den Ausgangswert bei jedem Winkel einer Rotation des rotierenden Objekts, schätzt eine Wellenform für eine Periode der Signale als eine Schätzwellenform (104, 208) aus den erfassten Ausgangswerten und normiert eine Amplitude der Schätzwellenform (104, 208). Ferner berechnet die Verarbeitungseinheit einen Rotationswinkel des rotierenden Objekts mittels einer Winkelfunktionsoperation auf der Grundlage des Ausgangswerts und der normierten Amplitude.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Rotationswinkelerfassungsvorrichtung zur Erfassung eines Rotationswinkels eines rotierenden Objekts.
Bei einer herkömmlichen Rotationswinkelerfassungsvorrichtung ist ein magnetisches Element, wie beispielsweise ein Magnet zur Erzeugung eines magnetischen Feldes, oder ein magnetischer Sensor, wie beispielsweise ein Hall-Element, auf einem rotierenden Objekt angeordnet. Das magnetische Feld des magnetischen Elements wird vom magnetischen Sensor erfasst, um einen Rotationswinkel des rotierenden Objekts zu erfassen.
Die JP 2008-051638 , welche der US 2008/0048651 entspricht, offenbart beispielsweise eine Rotationswinkelerfassungsvorrichtung, bei der ein Rotationswinkel eines rotierenden Objekts auf der Grundlage von Ausgangswerten, die von zwei Hall-Elementen ausgegeben werden, mittels einer Winkelfunktionsoperation berechnet wird. Obgleich Signale von beiden Hall-Elementen ausgegeben werden, kann dann, wenn die Rotationswinkelerfassungsvorrichtung zur Erfassung eines Rotationswinkels eines rotierenden Objekts mit einem verhältnismäßig geringen Betriebswinkel, wie beispielsweise einer elektronischen Drosselklappe und eines Gaspedals, verwendet wird, nicht jede der Wellenformen der ausgegebenen Signale für eine Periode erhalten werden. Folglich ist es schwierig, den Höchstwert der Wellenform, d. h. eine Amplitude der Wellenform zu erfassen. Ferner ist es schwierig, die Amplituden der zwei Wellenformen in Übereinstimmung zu bringen, so dass die Fehler in den erfassten Rotationswinkeln zunehmen werden. D. h., die Amplituden der zwei Wellenformen können nicht in jedem Produkt, in welchem das magnetische Element und der magnetische Sensor kombiniert werden, abgestimmt werden. Folglich ist es schwierig, eine Abweichung bzw. Ungleichmäßigkeit von Erfassungsfehlern in jedem Produkt zu verringern.
Ferner werden, gemäß der JP 2008-051638 , in einem durch eine Achse verlaufenden magnetischen Kreis, wenn magnetosensitive Oberflächen der Hall-Elemente auch nur leicht verschoben werden, die Phasen und Amplituden der ausgegebenen Signale deutlich geändert, wodurch die Abweichung der Erfassungsergebnisse in jedem Produkt zunimmt.
Die JP 2001-124511 , welche der US 6,498,479 entspricht, offenbart beispielsweise eine Rotationswinkelerfassungsvorrichtung, bei der ein Rotationswinkel eines rotierenden Objekts auf der Grundlage von Ausgangswerten, die von einem einzigen Hall-Element ausgegeben werden, mittels einer Winkelfunktionsoperation berechnet wird. Ferner wird der Rotationswinkel des rotierenden Objekts unter Verwendung des Höchstwertes der vom Hall-Element ausgegebenen Signale berechnet. Folglich ist es dann, wenn die Rotationswinkelerfassungsvorrichtung verwendet wird, um einen Rotationswinkel eines rotierenden Objekts mit einem verhältnismäßig geringen Rotationswinkel, wie beispielsweise einer elektronischen Drosselklappe oder eines Gaspedals, zu erfassen, schwierig, den Höchstwert der Signale zu erfassen. In solch einem Fall ist es schwierig, eine Wellenform der Signale zu normieren, so dass die Fehler in den erfassten Rotationswinkeln zunehmen werden. Folglich ist es, ähnlich wie bei der in der JP 2008-051638 beschriebenen Rotationswinkelerfassungsvorrichtung, schwierig, die Abweichung der Erfassungsergebnisse in jedem Produkt zu verringern.
Die vorliegende Erfindung ist angesichts der obigen Probleme geschaffen worden, und es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Rotationswinkelerfassungsvorrichtung bereitzustellen, die dazu ausgelegt ist, Fehler von Erfassungsergebnissen zu verringern und eine Erfassungsgenauigkeit zu verbessern.
Gemäß einer Ausgestaltung weist eine Rotationswinkelerfassungsvorrichtung ein magnetisches Element, einen magnetischen Sensor und eine Verarbeitungseinheit auf. Das magnetische Element erzeugt ein magnetisches Feld. Der magnetische Sensor weist ein Sensorelement auf, das angeordnet ist, um in Übereinstimmung mit einer Rotation des rotierenden Objekts relativ zum magnetischen Element zu rotieren und Signale in Übereinstimmung mit einer Änderung des magnetischen Feldes bedingt durch eine Rotation relativ zum magnetischen Element auszugeben. Die Verarbeitungseinheit ist dazu ausgelegt, Ausgangswerte des Sensorelements zu verarbeiten.
Die Verarbeitungseinheit erfasst den Ausgangswert bei jedem Winkel einer Rotation des rotierenden Objekts, schätzt eine Wellenform für eine Periode der vom Sensorelement ausgegebenen Signale als eine Schätzwellenform aus den erfassten Ausgangswerten und normiert eine Amplitude der Schätzwellenform. Ferner berechnet die Verarbeitungseinheit einen Rotationswinkel des rotierenden Objekts mittels einer Winkelfunktionsoperation auf der Grundlage des Ausgangswerts und der normierten Amplitude.
Da die Wellenform für eine Periode geschätzt wird, d. h. die Schätzwellenform erzeugt wird, und die Amplitude der Schätzwellenform normiert wird, bevor der Rotationswinkel berechnet wird, wird eine Abweichung der Erfassungsergebnissen jedes Produkts der Rotationswinkelerfassungsvorrichtung verringert. Folglich werden Fehler der Erfassungsergebnissen verringert und wird die Erfassungsgenauigkeit verbessert.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung weist eine Rotationswinkelerfassungsvorrichtung ein magnetisches Element, einen magnetischen Sensor und eine Verarbeitungseinheit auf. Das magnetische Element erzeugt ein magnetisches Feld. Der magnetische Sensor weist ein erstes Sensorelement und ein zweites Sensorelement auf, die angeordnet sind, um in Übereinstimmung mit einer Rotation des rotierenden Objekts relativ zum magnetischen Element zu rotieren und in Übereinstimmung mit einer Änderung eines magnetischen Feldes bedingt durch eine Rotation relativ zum magnetischen Element erste bzw. zweite Signale auszugeben. Die Verarbeitungseinheit ist dazu ausgelegt, erste Ausgangswerte des ersten Sensorelements und zweite Ausgangswerte des zweiten Sensorelements zu verarbeiten.
Die Verarbeitungseinheit erfasst den ersten Ausgangswert und den zweiten Ausgangswert bei jedem Winkel einer Rotation des rotierenden Objekts, schätzt eine Wellenform für eine Periode der ersten Signale als eine erste Schätzwellenform und eine Wellenform für eine Periode der zweiten Signale als eine zweite Schätzwellenform aus den erfassten ersten Ausgangswerten und den erfassten zweiten Ausgangswerten, und stimmt eine Amplitude der ersten Schätzwellenform und eine Amplitude der zweiten Schätzwellenform so ab, dass diese gleich sind. Ferner berechnet die Verarbeitungseinheit einen Rotationswinkel des rotierenden Objekts mittels einer Winkelfunktionsoperation auf der Grundlage des ersten Ausgangswerts, des zweiten Ausgangswerts und der abgestimmten Amplitude der ersten und der zweiten Schätzwellenform.
Da die erste Schätzwellenform und die zweite Schätzwellenform erzeugt und die Amplituden der ersten und der zweiten Schätzwellenform derart abgestimmt werden, dass sie gleich sind, bevor der Rotationswinkel berechnet wird, kann folglich eine Abweichung der Erfassungsergebnisse in jedem Produkt der Rotationswinkelerfassungsvorrichtung verringert werden. Dementsprechend werden Fehler bei den Erfassungsergebnissen verringert und wird die Erfassungsgenauigkeit verbessert.
Die obigen und weitere Aufgaben, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung, die unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren gemacht wurde, näher ersichtlich sein. In der Zeichnung zeigt:
1A eine schematische Abbildung zur Veranschaulichung einer Rotationswinkelerfassungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
1B eine Seitenansicht der Rotationswinkelerfassungsvorrichtung entlang eines Pfeils IB in der 1A betrachtet;
2 eine schematische Abbildung zur Veranschaulichung eines Magnetsensors der Rotationswinkelerfassungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform;
3 ein Diagramm zur Veranschaulichung von Ausgangssignalen eines Sensorelements des Magnetsensors gemäß der ersten Ausführungsform;
4A ein Diagramm zur Veranschaulichung einer magnetischen Flussdichte benachbart zum Sensorelement gemäß der ersten Ausführungsform;
4B ein Diagramm zur Veranschaulichung von Ausgangssignalen des Sensorelements gemäß der ersten Ausführungsform;
5A ein Diagramm zur Veranschaulichung von Ausgangssignalen des Sensorelements gemäß der ersten Ausführungsform;
5B ein Diagramm zur Veranschaulichung einer Schätzwellenform gemäß der ersten Ausführungsform;
6A ein Diagramm zur Veranschaulichung einer Schätzwellenform nach einer Amplitudennormierung gemäß der ersten Ausführungsform;
6B ein Diagramm zur Veranschaulichung eines berechneten Rotationswinkels gemäß der ersten Ausführungsform;
7A eine schematische Abbildung einer Rotationswinkelerfassungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
7B eine Seitenansicht der Rotationswinkelerfassungsvorrichtung entlang eines Pfeils VIIB in der 7A betrachtet;
8 ein Diagramm zur Veranschaulichung von Ausgangssignalen eines Sensorelements der Rotationswinkelerfassungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform;
9A ein Diagramm zur Veranschaulichung einer magnetischen Flussdichte benachbart zum Sensorelement gemäß der zweiten Ausführungsform;
9B ein Diagramm zur Veranschaulichung von Ausgangssignalen des Sensorelements gemäß der zweiten Ausführungsform;
10A ein Diagramm zur Veranschaulichung von Ausgangssignalen des Sensorelements gemäß der zweiten Ausführungsform;
10B ein Diagramm zur Veranschaulichung einer Schätzwellenform gemäß der zweiten Ausführungsform;
11A ein Diagramm zur Veranschaulichung einer Schätzwellenform nach einer Amplitudennormierung gemäß der zweiten Ausführungsform;
11B ein Diagramm zur Veranschaulichung eines berechneten Rotationswinkels gemäß der zweiten Ausführungsform;
12A eine schematische Abbildung zur Veranschaulichung einer Rotationswinkelerfassungsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
12B eine Seitenansicht einer Rotationswinkelerfassungsvorrichtung entlang eines Pfeils XIIB in der 12A betrachtet;
13 eine schematische Abbildung eines Magnetsensors der Rotationswinkelerfassungsvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform;
14A ein Diagramm zur Veranschaulichung von Ausgangssignalen eines ersten Sensorelements der Rotationswinkelerfassungsvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform;
14B ein Diagramm zur Veranschaulichung von Ausgangssignalen eines zweiten Sensorelements der Rotationswinkelerfassungsvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform;
15A ein Diagramm zur Veranschaulichung von magnetischen Flussdichten benachbart zum ersten und zum zweiten Sensorelement gemäß der dritten Ausführungsform;
15B ein Diagramm zur Veranschaulichung von Ausgangssignalen des ersten und des zweiten Sensorelements gemäß der dritten Ausführungsform;
16A ein Diagramm zur Veranschaulichung von Ausgangssignalen des ersten und des zweiten Sensorelements gemäß der dritten Ausführungsform;
16B ein Diagramm zur Veranschaulichung einer ersten Schätzwellenform und einer zweiten Schätzwellenform gemäß der dritten Ausführungsform;
17A ein Diagramm zur Veranschaulichung einer ersten Schätzwellenform und einer zweiten Schätzwellenform nach einer Amplitudennormierung gemäß der dritten Ausführungsform;
17B ein Diagramm zur Veranschaulichung eines berechneten Rotationswinkels gemäß der dritten Ausführungsform;
18A eine schematische Abbildung zur Veranschaulichung einer Rotationswinkelerfassungsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
18B eine Seitenansicht der Rotationswinkelerfassungsvorrichtung entlang eines Pfeils VXIIIB in der 18A betrachtet.
Nachstehend werden beispielhafte Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben. Gleiche Teile sind bei der Beschreibung der Ausführungsformen mit den gleichen Bezugszeichen versehen, wobei diese Teile nicht wiederholt beschrieben werden.
(Erste Ausführungsform)
Die 1A und 1B zeigen eine Rotationswinkelerfassungsvorrichtung 1 gemäß einer ersten Ausführungsform. Die Rotationswinkelerfassungsvorrichtung 1 ist dazu ausgelegt, einen Rotationswinkel einer Drosselklappenwelle einer elektronischen Drosselklappe als ein Beispiel für ein rotierendes Objekt zu erfassen. Die Rotationswinkelerfassungsvorrichtung 1 weist für gewöhnlich einen Permanentmagneten 12 als ein Beispiel für ein magnetisches Element, einen Hall-IC 20 als ein Beispiel für einen magnetischen Sensor, eine elektronische Steuerschaltung (ECU) 15 und dergleichen auf.
Der Permanentmagnet 12 ist auf einer Oberfläche eines scheibenförmigen Halteelements 13 angeordnet. Eine Rotationswelle 14 ist mit einer gegenüberliegenden Oberfläche des Halteelements 13 verbunden. Der Permanentmagnet 12 ist an einem äußeren Endabschnitt des Halteelements 13 angeordnet und in einer radialen Richtung des Halteelements 13 magnetisiert. Folglich rotiert der Permanentmagnet 12 in Übereinstimmung mit einer Rotation des rotierenden Objekts um eine Mittelachse 0 der Rotationswelle 14.
Der Hall-IC 20 ist im Wesentlichen in einer Mitte des Halteelements 13 angeordnet, und zwar auf der gleichen Seite wie der Permanentmagnet 12, d. h. auf der gegenüberliegenden Seite der Rotationswelle 14. Der Hall-IC 20 ist innerhalb eines kreisrunden Pfades des Permanentmagneten 12 angeordnet, der mit dem Halteelement 13 rotiert. D. h., der Hall-IC 20 ist angeordnet, um in Übereinstimmung mit der Rotation des rotierenden Objekts relativ zum Permanentmagnet 12 zu rotieren.
Der Hall-IC 20 weist ein Hall-Element 21 als ein Beispiel für ein Sensorelement zur Erfassung eines magnetischen Feldes auf. Der Hall-IC 20 ist ein magnetischer Sensor, in welchem das Hall-Element 21 und andere Komponenten in einem einzigen Halbleiterchip befestigt sind. Der Hall-IC 20 ist derart angeordnet, dass eine magnetosensitive Oberfläche des Hall-Elements 21 auf der Mittelachse 0 angeordnet ist. Das Hall-Element 21 gibt Signale in Übereinstimmung mit einer Änderung des magnetischen Feldes bedingt durch eine Rotation relativ zum Permanentmagneten 12 aus. In einem Zustand, in welchem das Hall-Element 21 im Halbleiterchip befestigt ist, wird es derart abgestimmt, dass sein Offset null ist.
Die ECU 15 weist eine CPU, einen Speicher und dergleichen auf. Die ECU 15 führt verschiedene Verarbeitungen aus, indem sie verschiedene Programme ausführt, die im Speicher gespeichert sind. Der Hall-IC 20 weist, wie in 2 gezeigt, das Hall-Element 21, einen A/D-Wandler 25, einen digitalen Signalprozessor (DSP) 26, einen Speicher 27 und einen D/A-Wandler 28 auf. Das Hall-Element 21, der A/D-Wandler 25, der DSP 26, der Speicher 27 und der D/A-Wandler 28 sind in dem einen Halbleiterchip befestigt.
Der A/D-Wandler 25 wandelt analoge Signale, die vom Hall-Element 21 ausgegeben werden, in digitale Signale und gibt die digitalen Signale an den DSP 26. Der DSP 26 verarbeitet Ausgangswerte, die vom Hall-Element 21 erhalten werden, indem er verschiedene Programme ausführt, die im Speicher 27 gespeichert sind. Der DSP 26 gibt die verarbeiteten Ergebnisse ferner an den D/A-Wandler 28. Der D/A-Wandler 28 wandelt die digitalen Signale vom DSP 26 in analoge Signale und gibt die analogen Signale an die ECU 15. Der Hall-IC 20 und die ECU 15 dienen beispielsweise als eine Verarbeitungseinheit. Verschiedene Verarbeitungen, die von der ECU 15 und dem DSP 26 ausgeführt werden, werden nachstehen noch näher beschrieben.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist das Hall-Element 21 auf der Mittelachse 0 angeordnet. Wenn der Permanentmagnet 12 beispielsweise 360 Grad um den Hall-IC 20 rotiert, gibt das Hall-Element 21 Signale gemäß einer Signalkurve 100 in der 3 aus. In diesem Fall stimmt die Signalkurve 100 mit einer Sinuswelle mit einer Periode von 360 Grad überein. D. h., es kann behauptet werden, dass die Signalkurve 100 eine exakte Sinuswelle ist. Folglich wird die Signalkurve 100 beispielsweise durch A × sin(kθ) beschrieben, wobei k = 1 ist.
Nachstehend wird eine Voreinstellung des Hall-IC 20 beschrieben. Bei der vorliegenden Ausführungsform werden eine „Ausgangswerterfassung”, eine „Wellenformschätzung” und eine „Amplitudennormierung” als Aufgaben der Voreinstellung ausgeführt.
<Ausgangswerterfassung>
In der Stufe der Ausgangswerterfassung erfasst die ECU 15 einen vom Hall-Element 21 ausgegebenen Wert bei jedem Winkel einer Rotation des rotierenden Objekts. In diesem Fall erfasst die ECU 15 die Werte vom Hall-Element 21 über den A/D-Wandler 25, den DSP 26 und den D/A-Wandler 28. Der A/D-Wandler 25, der DSP 26, der D/A-Wandler 28 und die ECU 15 bilden einen Ausgangswerterfassungsabschnitt. Bei dieser Anwendung wird der vom Hall-Element 21 ausgegebene Wert einfach als der Ausgangswert bezeichnet.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist das rotierende Objekt die Drosselklappenwelle der elektronischen Drosselklappe. Ein Bereich des Betriebswinkels der Drosselklappenwelle reicht beispielsweise von 0 bis 90 Grad. Folglich wird eine magnetische Flussdichte um das Hall-Element 21 gemäß einer Kurve 101 in der 4A erzeugt. Ferner sind die Ausgangswerte durch die Punkte auf einer Kurve 102 in der 4B gezeigt.
In der Stufe der Ausgangswerterfassung erfasst die ECU 15 den Ausgangswert jedes Winkels einer Rotation des rotierenden Objekts derart, dass „der Ausgangswert einen Wert von – 29 aufweist, wenn der Rotationswinkel des rotierenden Objekts 0 Grad ist”, „der Ausgangswert einen Wert von – 28 aufweist, wenn der Rotationswinkel des rotierenden Objekts 1 Grad ist”, usw. Da der Bereich des Betriebswinkels des rotierenden Objekts von 0 bis 90 Grad reicht, werden die Ausgangswerte, wie in 4B gezeigt, in einem Bereich von 0 bis 90 Grad erhalten.
Wenn der Bereich des Rotationswinkels des rotierenden Objekts ausreichend groß ist, kann eine Wellenform durch die Ausgangswerte über eine Periode angezeigt werden. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Wellenform jedoch für ¼ Periode angezeigt. Folglich ist der Höchstwert der Wellenform, d. h. eine Amplitude der Wellenform, die durch die Ausgangswerte angezeigt wird, in dieser Stufe unklar bzw. unbestimmt.
Bei der vorliegenden Ausführungsform werden der Permanentmagnet 12 und der Hall-IC 20 im Voraus angeordnet, um derart ein die Lage betreffendes Verhältnis aufzuweisen, dass ein Rotationswinkel, bei welchem der Ausgangswert null ist, enthalten ist. Folglich ist, wie durch einen Punkt 103 in der 4B gezeigt, der Wert „0” in den Ausgangswerten enthalten.
<Wellenformschätzung>
Die Amplitude der Wellenform, die durch die Ausgangswerte angezeigt wird, ist in der Stufe der Ausgangswerterfassung, wir vorstehend beschrieben, unbestimmt. Folglich schätzt die ECU 15 in der Stufe der Wellenformerfassung eine Periode der Wellenform, die durch die Ausgangswerte angezeigt wird, um die Amplitude der Wellenform zu berechnen. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Wellenform für eine Periode ebenso als „Schätzwellenform” bezeichnet. Die ECU 15 dient als Wellenformschätzabschnitt, d. h. als Schätzwellenformerzeugungsabschnitt.
Nachstehend wird ein Verfahren zum Schätzen der Wellenform für eine Periode, d. h. ein Verfahren zur Erzeugung der Schätzwellenform beschrieben.
Eine Phase der Schätzwellenform wird, wie in 5A gezeigt, von dem Punkt 103 berechnet, an welchem der Ausgangswert null ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird ein Winkel am Punkt 103 durch β beschrieben und die Phase der Schätzwellenform folglich als β definiert. In der Annahme, dass die Amplitude der Schätzwellenform durch A beschrieben wird, wird die Schätzwellenform durch A × sin(k(θ – β)) beschrieben. Hierbei beschreibt k einen Koeffizient zur Korrektur der Periode für den Fall, dass die vom Hall-Element 21 ausgegebenen Signale nicht die exakte Sinuswelle anzeigen.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Koeffizient k gleich eins (k = 1), da das Hall-Element 21 auf der Mittelachse 0 angeordnet ist und die Ausgangssignale des Hall-Elements 21 die exakte Sinuswelle mit der Periode von 360 Grad anzeigen, so wie es durch die Signalkurve 100 in der 3 gezeigt wird. In den nachfolgenden Gleichungen wird k folglich einfachheitshalber angezeigt.
Die Amplitude A der Schätzwellenform wird mittels einer Methode der kleinsten Quadrate berechnet. In der Annahme, dass das Ausgangssignal des Hall-Elements 21 durch Va(θi) und die Wellenform der Schätzwellenform durch A × sin(kθi) beschrieben wird, nähert sich A × sinθi am meisten Va(θi) an, wenn die folgende Gleichung (1) erfüllt wird:
Da K²(A) eine quadratische Funktion ist, ist K²(A) der minimale Wert (Min), wenn eine Neigung an einem Wendepunkt von K²(A) null ist, d. h. wenn die Differentiation von K²(A) null ist. Folglich ist:
Aus der Gleichung (2) ergibt sich: Σ(Va(θi)sin(kθi)) = AΣ(sin²(kθi) (3)
Aus der Gleichung (3) ergibt sich: A = Σ(Va(θi)sin(kθi))/Σ(sin²(kθi)) (4)
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Koeffizient k gleich 1. A = Σ(Va(θi)sinθi)/Σ(sin²θi) (5)
Folglich wird die Schätzwellenform gemäß einer Kurve 104 in der 5B erhalten.
<Amplitudennormierung>
In der Stufe der Amplitudennormierung normiert die ECU 15 die Amplitude der Schätzwellenform derart, dass die Amplitude der Schätzwellenform einen Wert von 1 annimmt. Hierbei dient die ECU 15 als ein Amplitudennormierungsabschnitt.
Die Schätzwellenform wird beispielsweise durch A geteilt, um zu bewirken, dass die Amplitude der Schätzwellenform einen Wert von 1 aufweist. Folglich wird die Schätzwellenform nach einer Normierung ihrer Amplitude durch eine Kurve 105 in der 6A gezeigt.
Auf diese Weise wird die Voreinstellung des Hall-IC 20 ausgeführt.
Nachstehend wird ein Verfahren zur Erfassung eines Rotationswinkels des rotierenden Objekts mittels der Rotationswinkelerfassungsvorrichtung 1 beschrieben. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die „Rotationswinkelberechnet” ausgeführt, um den Rotationswinkel des rotierenden Objekts zu erfassen.
<Rotationswinkelberechnung>
In der Stufe der Rotationswinkelberechnung berechnet der DSP 26 einen Rotationswinkel des rotierenden Objekts mittels einer Winkelfunktionsoperation auf der Grundlage des Ausgangswerts des Hall-Elements 21 und der Amplitude der Schätzwellenform, die vom Amplitudennormierungsabschnitt auf 1 normiert worden ist. Hierbei dient der DSP 26 als Rotationswinkelberechnungsabschnitt.
In der Annahme, dass der Ausgangswert des Hall-Elements 21 durch Va beschrieben wird, eine atmosphärische Temperatur des Hall-Elements 21 durch t beschrieben wird, ein Koeffizient der Temperaturcharakteristik durch K(t) beschrieben wird, ein Koeffizient der Temperaturcharakteristik bezüglich eines elektrischen Stroms durch I(t) beschrieben wird, ein Koeffizient der Temperaturcharakteristik bezüglich der magnetischen Flussdichte durch Ba(t) beschrieben wird und der Rotationswinkel des rotierenden Objekts durch θ beschrieben wird, ist Va = K(t) × I(t) × Ba(t) × sin(θ – β) (6)
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Schätzwellenform in der Stufe der Wellenformschätzung als A × sin(θ – β) geschätzt und die Amplitude der Schätzwellenform in der Stufe der Amplitudennormierung auf 1 normiert. Folglich wird der Rotationswinkel θ aus der folgenden Gleichung (7) berechnet: θ = 180°/Π × sin^–1(Va/A) + β (7)
Der DSP 26 empfängt den Ausgangswert Va vom Hall-Element 21 und berechnet den Rotationswinkel θ des rotierenden Objekts gemäß einer Linie 106 in der 6B mittels der Winkelfunktionsoperation unter Verwendung der Gleichung (7) auf der Grundlage des Ausgangswerts Va.
Es sollte beachtet werden, dass die Schätzwellenform bei der vorliegenden Ausführungsform als Kosinuswelle betrachtet werden kann. Folglich kann der Rotationswinkel θ mittels der folgenden Gleichung (8) berechnet werden: θ = 180°/Π × cos^–1(Va/A) + β (8)
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird der Rotationswinkel θ, wie vorstehend beschrieben, auf der Grundlage der Winkelfunktionsoperation mittels des Rotationswinkelberechnungsabschnitts berechnet, nachdem die Schätzwellenform vom Wellenformschätzabschnitt geschätzt und die Amplitude der Schätzwellenform vom Amplitudennormierungsabschnitt auf 1 normiert wurde. D. h., das Schätzen der Wellenform mittels des Wellenformschätzabschnitts und die Normierung der Amplitude mittels des Amplitudennormierungsabschnitts werden im Voraus ausgeführt. Folglich kann eine Abweichung bzw. Ungleichmäßigkeit der Erfassungsergebnisse jedes Produkts der Rotationswinkelerfassungsvorrichtung 1 verringert werden. Auf diese Weise kann der Fehler der Erfassungsergebnisse verringert und folglich die Erfassungsgenauigkeit verbessert werden.
Der Permanentmagnet 12 und der Hall-IC 20 weisen derart ein die Lage betreffendes Verhältnis auf, dass der Rotationswinkel, bei welchem der Ausgangswert des Hall-Elements 21 null ist, enthalten ist. Folglich können die Ausgangswerte von annähernd null dazu verwendet werden, die Schätzwellenform zu schätzen. Hierdurch kann ein S/N-Verhältnis des Hall-Elements 21 verbessert und die Phase der Schätzwellenform auf einfache Weise bestimmt werden. Folglich kann das Schätzen der Wellenform mittels des Wellenformschätzabschnitts genau ausgeführt werden.
Das Hall-Element 21 wird derart abgestimmt, dass es einen Offset von null aufweist. Folglich kann das Schätzen der Wellenform mittels des Wellenformschätzabschnitts noch genauer ausgeführt werden, da selbst bei einer Kombination mit dem Permanentmagneten 12 kein Offset vorhanden ist.
Bei einem Schätzen der Schätzwellenform berechnet der Wellenformschätzabschnitt die Phase der Schätzwellenform von dem Punkt, an welchem der Ausgangswert null ist, und die Amplitude der Schätzwellenform mittels der Methode der kleinsten Quadrate. Folglich kann die Schätzwellenform genau geschätzt werden. Dies führt dazu, dass der Rotationswinkel θ vom Rotationswinkelberechnungsabschnitt genau berechnet werden kann.
Das Hall-Element 21, der DSP 26, der als der Ausgangswerterfassungsabschnitt und der Rotationswinkelberechnungsabschnitt dient, und dergleichen sind in dem einen Halbleiterchip befestigt. Da das Hall-Element 21, der DSP 26 und dergleichen in dem einen Halbleiterchip befestigt sind, kann die Gesamtgröße der Rotationswinkelerfassungsvorrichtung verringert werden.
Auf diese Weise kann der Rotationswinkel selbst dann, wenn die Signale nicht über eine Periode erhalten werden können, da der Rotationswinkel des rotierenden Objekts gering ist, genau erfasst werden.
(Zweite Ausführungsform)
Nachstehend wird eine zweite Ausführungsform unter Bezugnahme auf die 7A bis 11B beschrieben. Eine Rotationswinkelerfassungsvorrichtung 2 der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich, wie in den 7A und 7B gezeigt, im physikalischen Aufbau von der Rotationswinkelerfassungsvorrichtung 1 der ersten Ausführungsform. D. h., die Rotationswinkelerfassungsvorrichtung 2 weist einen Hall-IC für eine Backup-Erfassung zusätzlich zum Hall-IC 20 zur Erfassung des Rotationswinkels auf, so dass die Hall-ICs auf eine andere Weise als bei der ersten Ausführungsform angeordnet sind.
Die Rotationswinkelerfassungsvorrichtung 2 weist, wie in den 7A und 7B gezeigt, einen Hall-IC 30 zusätzlich zum Hall-IC 20 auf. Der Hall-IC 20 und der Hall-IC 30 sind auf gegenüberliegenden Seiten der Mittelachse 0 angeordnet. Der Hall-IC 30 weist ein Hall-Element 31 auf. Das Hall-Element 31 ist bezüglich der Mittelachse 0 dem Hall-Element 21 gegenüberliegend angeordnet.
Der Hall-IC 30 wird als Backup des Hall-IC 20 verwendet. D. h., in einem normalen Zustand wird das magnetische Feld vom Hall-IC 20 erfasst. Wenn ein fehlerhafter Zustand auftritt und der Hall-IC 20 das magnetische Feld nicht erfassen kann, erfasst der Hall-IC 30 das magnetische Feld. Bei der vorliegenden Ausführungsform dient der Hall-IC 20 als der magnetische Sensor und dient das Hall-Element 21 als das Sensorelement. Der Hall-IC 30 weist einen internen Aufbau gleich dem internen Aufbau des Hall-IC 20 auf.
Sowohl der Hall-IC 20 als auch der Hall-IC 30 sind benachbart zur Mittelachse 0 angeordnet. Folglich ist die magnetosensitive Oberfläche des Hall-Elements 21 einen vorbestimmten Abstand d1 von der Mittelachse 0 beabstandet. Bei solch einem Aufbau werden beispielsweise dann, wenn der Permanentmagnet 12 360 Grad um den Hall-IC 20 rotiert, die vom Hall-Element 21 ausgegebenen Signale gemäß einer Signalkurve 200 in der 8 angezeigt.
In der 8 zeigen eine Kurve 201 und eine Kurve 202 Sinuswellen, die jeweils eine Periode von 360 Grad aufweisen. Die Signalkurve 200 stimmt weder mit der Kurve 201 noch mit der Kurve 202 überein. D. h., die Signalkurve 200 zeigt keine exakte Sinuskurve. In der 8 zeigt eine Kurve 203 eine Sinuswelle sin(kθ) mit einer Periode von 360/k Grad. Die Signalkurve 200 stimmt in einem Bereich von null bis zu ihrem Höchstwert annähernd mit der Kurve 203 überein.
In Anbetracht der obigen Bewandtnisse wird eine Voreinstellung des Hall-IC 20 der vorliegenden Ausführungsform auf die folgende Weise ausgeführt. Bei der vorliegenden Ausführungsform werden die „Ausgangswerterfassung”, die „Wellenformschätzung” und die „Amplitudennormierung”, gleich der ersten Ausführungsform, als Aufgaben der Voreinstellung ausgeführt.
<Ausgangswerterfassung>
In der Stufe der Ausgangswerterfassung erfasst die ECU 15 einen vom Hall-Element 21 ausgegebenen Wert bei jedem Winkel einer Rotation des rotierenden Objekts. Nachstehend wird der vom Hall-Element 21 ausgegebene Wert einfach als der Ausgangswert bezeichnet.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist das rotierende Objekt die Drosselklappenwelle der elektronischen Drosselklappe. Folglich reicht ein Bereich des Betriebswinkels der Drosselklappenwelle beispielsweise von 0 bis 90 Grad. Dementsprechend wird eine magnetische Flussdichte um das Hall-Element 21 gemäß einer Kurve 204 in der 9A erzeugt. Ferner werden die Ausgangswerte durch Punkte auf einer Kurve 205 in der 9B beschrieben.
Da der Bereich des Betriebswinkels des rotierenden Objekts von 0 bis 90 Grad reicht, werden die Ausgangswerte in einem Bereich von 0 bis 90 Grad erhalten, wie in 9B gezeigt. Wenn der Bereich des Rotationswinkels des rotierenden Objekts ausreichend groß ist, kann eine Wellenform durch die Ausgangswerte über eine Periode angezeigt werden. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Wellenform jedoch für eine ¼ Periode angezeigt. Folglich ist der Höchstwert der Wellenform, d. h. eine Amplitude der Wellenform, die durch die Ausgangswerte angezeigt wird, in dieser Stufe unbestimmt.
Bei der vorliegenden Ausführungsform werden der Permanentmagnet 12 und der Hall-IC 20 im Voraus derart angeordnet, dass der Rotationswinkel, bei welchem der Ausgangswert null ist, enthalten. Folglich ist der Wert „0”, wie durch einen Punkt 206 in der 9B gezeigt, in den Ausgangswerten enthalten.
<Wellenformschätzung>
Die Amplitude der Wellenform, die durch die Ausgangswerte angezeigt wird, ist in der Stufe der Ausgangswerterfassung, wie vorstehend beschrieben, unbestimmt. Folglich schätzt die ECU 15 in der Stufe der Wellenformschätzung eine Periode der Wellenform, die durch die Ausgangswerte angezeigt wird, um die Amplitude der Wellenform zu berechnen. Nachstehend wird die Wellenform für eine Periode auch als „Schätzwellenform” bezeichnet.
Nachstehend wird ein Verfahren zum Schätzen der Schätzwellenform, d. h. ein Verfahren zur Erzeugung der Schätzwellenform beschrieben.
Eine Phase der Schätzwellenform wird, wie in 10A gezeigt, von dem Punkt 206 berechnet, an welchem der Ausgangswert null ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird ein Winkel an dem Punkt 206 durch β beschrieben und die Phase der Schätzwellenform folglich als β definiert. In der Annahme, dass die Amplitude der Wellenform durch C beschrieben wird, wird die Schätzwellenform durch C × sin(k(θ – β)) beschrieben und durch eine Kurve 207 in der 10A gezeigt.
Hierbei ist k ein Koeffizient zur Korrektur der Periode für den Fall, dass die vom Hall-Elementen 21 ausgegebenen Signale nicht die exakte Sinuswelle anzeigen. Bei der vorliegenden Ausführungsform zeigen die vom Hall-Element 21 ausgegebenen Signale, wie durch die Signalkurve 200 in der 8 gezeigt, nicht die exakte Sinuswelle an, da das Hall-Element 21 nicht auf der Mittelachse 0 angeordnet ist. In diesem Fall wird die Periode folglich korrigiert, indem die Schätzwellenform als C × sin(k(θ – β)) definiert wird, wobei k ungleich eins ist (k ≠ 1).
Die Amplitude C der Schätzwellenform wird mittels der Methode der kleinsten Quadrate berechnet. In der Annahme, dass das Ausgangssignal des Hall-Elements 21 durch Va(θi) und die Wellenform der Schätzwellenform durch C × sin(kθi) beschrieben wird, wird die folgende Gleichung (9) auf der Grundlage der obigen Gleichungen (1) bis (4) erhalten: C = Σ(Va(θi)sin(kθi))/Σ(sin²(kθi)) (9)
Folglich wird die Schätzwellenform gemäß einer Kurve 208 in der 10B erhalten.
<Amplitudennormierung>
In der Stufe der Amplitudennormierung normiert die ECU 15 die Amplitude der Schätzwellenform auf 1.
Die Schätzwellenform wird beispielsweise durch C geteilt, um die Amplitude der Schätzwellenform auf 1 zu setzen. Folglich wird die Schätzwellenform nach einer Normierung der Amplitude der Wellenform durch eine Kurve 209 in der 11A geschrieben.
Auf diese Weise wird die Voreinstellung des Hall-IC 20 ausgeführt.
Nachstehend wird ein Verfahren zur Erfassung eines Rotationswinkels des rotierenden Objekts mittels der Rotationswinkelerfassungsvorrichtung 2 beschrieben. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die „Rotationswinkelberechnung” ausgeführt, um den Rotationswinkel des rotierenden Objekts zu erfassen.
<Rotationswinkelberechnung>
In der Stufe der Rotationswinkelberechnung berechnet der DSP 26 den Rotationswinkel des rotierenden Objekts mittels der Winkelfunktionsoperation auf der Grundlage des Ausgangswerts des Hall-Elements 21 und der vom Amplitudennormierungsabschnitt normierten Amplitude 1 der Schätzwellenform.
In der Annahme, dass der Ausgangswert des Hall-Elements 21 durch Va beschrieben wird, eine atmosphärische Temperatur des Hall-Elements 21 durch t beschrieben wird, ein Koeffizient der Temperaturcharakteristik durch K(t) beschrieben wird, ein Koeffizient der Temperaturcharakteristik bezüglich eines elektrischen Stroms durch I(t) beschrieben wird, ein Koeffizient der Temperaturcharakteristik bezüglich der magnetischen Flussdichte durch Ba(t) beschrieben wird und der Rotationswinkel des rotierenden Objekts durch θ beschrieben wird, ist Va = K(t) × I(t) × Ba(t) × sin(k(θ – β)) (10)
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Schätzwellenform in der Stufe der Wellenformschätzung als C × sin(k(θ – β)) geschätzt und die Amplitude der Schätzwellenform in der Stufe der Amplitudennormierung auf 1 abgestimmt. Folglich wird der Rotationswinkel θ über die folgende Gleichung (11) berechnet. θ = (180°/Π × sin^–1(Va/C))/k + β (11)
Der DSP 26 empfängt den Ausgangswert Va vom Hall-Element 21 und berechnet den Rotationswinkel θ des rotierenden Objekts, wie durch eine Linie 210 in der 11B gezeigt, mittels der Winkelfunktionsoperation der Gleichung (11) auf der Grundlage des Ausgangswerts Va.
Bei der vorliegenden Ausführungsform kann die Schätzwellenform als Kosinuswelle betrachtet werden. Folglich kann der Rotationswinkel θ über die folgende Gleichung (12) berechnet werden. θ = (180°/Π × cos^–1(Va/C))/k + β (12)
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird der Rotationswinkel des rotierenden Objekts, wie vorstehend beschrieben, auf der Grundlage der Winkelfunktionsoperation mittels der Rotationswinkelberechnungseinheit auf die Korrektur der Periode der vom Hall-Element 21 ausgegebenen Signale folgend berechnet. D. h., die Schätzwellenform wird auf die Korrektur der Periode folgend derart geschätzt, dass die vom Hall-Element 21 ausgegebenen Signale die exakte Sinuswelle anzeigen, woraufhin der Rotationswinkel unter Verwendung der Schätzwellenform erfasst wird. Folglich kann der Rotationswinkel des rotierenden Objekts bei der vorliegenden Ausführungsform genau erfasst werden, und zwar ungeachtet des die Lage betreffenden Verhältnisses zwischen dem Permanentmagnet 12 und dem Hall-IC 20.
Ferner kann das magnetische Feld für den Fall, dass der Hall-IC 20 das magnetische Feld aufgrund eines Fehlers oder dergleichen nicht erfassen kann, unter Verwendung des Backup-Hall-IC 30 erfasst werden, und zwar in einer Weise gleich der Erfassung durch den Hall-IC 20.
(Dritte Ausführungsform)
Nachstehend wird eine dritte Ausführungsform unter Bezugnahme auf die 12A bis 17B beschrieben. Eine Rotationswinkelerfassungsvorrichtung 3 der dritten Ausführungsform unterscheidet sich dahingehen von der Rotationswinkelerfassungsvorrichtung 1 der ersten Ausführungsform, dass ein einziger magnetischer Sensor zwei Sensorelemente aufweist.
Die Rotationswinkelerfassungsvorrichtung 3 weist beispielsweise einen Hall-IC 40 als ein Beispiel des magnetischen Sensors auf, und der Hall-IC 40 weist ein erstes Hall-Element 41 und ein zweites Hall-Element 42 als Beispiele für das erste und das zweite Sensorelement zur Erfassung von magnetischen Feldern auf.
Gleich dem Hall-IC 20 der ersten Ausführungsform ist der Hall-IC 40 im Wesentlichen in der Mitte des Halteelements 13 auf einer gegenüberliegenden Seite der Rotationswelle 14 angeordnet. Der Hall-IC 40 ist ein magnetischer Sensor, in welchem das erste Hall-Element 41, das zweite Hall-Element 42 und weitere Komponenten in einem einzigen Halbleiterchip befestigt sind.
Der Hall-IC 40 ist derart angeordnet, dass eine magnetosensitive Oberfläche des ersten Hall-Elements 41 und eine magnetosensitive Oberfläche des zweiten Hall-Elements 42 auf der Mittelachse 0 angeordnet sind. Ferner bilden die magnetosensitive Oberfläche des ersten Hall-Elements 41 und die magnetosensitive Oberfläche des zweiten Hall-Elements 42 einen vorbestimmten Winkel zwischen sich. Sowohl das erste Hall-Element 41 als auch das zweite Hall-Element 42 geben Signale in Übereinstimmung mit einer Änderung des magnetischen Feldes bedingt durch eine Rotation relativ zum Permanentmagnet 12 aus. Das erste Hall-Element 41 und das zweite Hall-Element 42 werden dann, wenn sie im Halbleiterchip befestigt sind, derart abgestimmt, dass ihre Offsets null sind.
Der Hall-IC 40 ist, wie in 13 gezeigt, als der eine Halbleiterchip aufgebaut, in welchem das erste Hall-Element 41, das zweite Hall-Element 42, der A/D-Wandler 25, der digitale Signalprozessor (DSP) 26, der Speicher 27 und der D/A-Wandler 28 befestigt sind. Der A/D-Wandler 25 wandelt analoge Signale, die vom ersten Hall-Element 41 und vorn zweiten Hall-Element 42 ausgegeben werden, in digitale Signale und gibt die digitalen Signale an den DSP 26. Der DSP 26 verarbeitet die Ausgangswerte des ersten Hall-Elements 41 und des zweiten Hall-Elements 42, indem er verschiedene im Speicher 27 gespeicherte Programme ausführt. Der DSP 26 gibt die verarbeiteten Ergebnisse ferner an den D/A-Wandler 28. Der D/A-Wandler 28 wandelt die digitalen Signale vom DSP 26 in analoge Signale und gibt die analogen Signale an die ECU 15. Der Hall-IC 40 und die ECU 15 dienen als Verarbeitungseinheit. Verschiedene von der ECU 15 und dem DSP 26 ausgeführte Verarbeitungen werden nachstehend noch näher beschrieben.
Die magnetosensitive Oberfläche des ersten Hall-Elements 41 und die magnetosensitive Oberfläche des zweiten Hall-Elements 42 sind auf der Mittelachse 0 angeordnet. Wenn der Permanentmagnet 12 beispielsweise 360 Grad um den Hall-IC 40 rotiert, gibt das erste Hall-Element 41 Signale gemäß einer Signalkurve 300 in der 14A aus. Ferner gibt das zweite Hall-Element 42 dann, wenn der Permanentmagnet 12 360 Grad um den Hall-IC 40 rotiert, Signale gemäß einer Signalkurve 301 in der 14B aus. Die Signalkurven 300, 301 stimmen jeweils mit einer Sinuswelle mit einer Periode von 360 Grad überein. Folglich kann behauptet werden, dass jede der Signalkurven 300, 301 die exakte Sinuskurve beschreibt. Dementsprechend werden die Signalkurve 300 und die Signalkurve 301 beispielsweise durch A × sin(kθ) bzw. B × sin(kθ) beschrieben, wobei k gleich eins ist (k = 1).
Nachstehend wird eine Voreinstellung des Hall-IC 40 beschrieben. Bei der vorliegenden Ausführungsform werden die „Ausgangswerterfassung”, die „Wellenformschätzung” und die „Amplitudenabstimmung” als Aufgabe der Voreinstellung ausgeführt.
<Ausgangswerterfassung>
In der Stufe der Ausgangswerterfassung erfasst die ECU 15 Werte, die vom ersten Hall-Element 41 und vom zweiten Hall-Element 42 ausgegeben werden, bei jedem Winkel einer Rotation des rotierenden Objekts. In diesem Fall empfängt die ECU 15 die vom ersten Hall-Element 41 und vom zweiten Hall-Element 42 ausgegebenen Werte über den A/D-Wandler 25, den DSP 26 und den D/A-Wandler 28. Der A/D-Wandler 25, der DSP 26, der D/A-Wandler 28 und die ECU 15 dienen als Ausgangswerterfassungsabschnitt. Nachstehend wird der vom ersten Hall-Element 41 ausgegebene Wert ebenso als der erste Ausgangswert und der vom zweiten Hall-Element 42 ausgegebene Wert auch als der zweite Ausgangswert bezeichnet.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist das rotierende Objekt die Drosselklappenwelle der elektronischen Drosselklappe. Ein Bereich des Betriebswinkels der Drosselklappenwelle reicht beispielsweise von 0 bis 90 Grad. Folglich wird eine magnetische Flussdichte benachbart zur magnetosensitiven Oberfläche des ersten Hall-Elements 41 gemäß einer Kurve 302 in der 15A erzeugt. Ferner wird eine magnetische Flussdichte benachbart zur magnetosensitiven Oberfläche des zweiten Hall-Elements 42 gemäß einer Kurve 303 in der 15A erzeugt. Folglich werden die ersten Ausgangswerte und die zweiten Ausgangswerte durch Punkte auf einer Kurve 304 bzw. einer Kurve 305 in der 15B beschrieben.
In der Stufe der Ausgangswerterfassung erfasst die ECU 15 den ersten Ausgangswert und den zweiten Ausgangswert von jedem Rotationswinkel des rotierenden Objekts derart, dass „der erste Ausgangswert –29 beträgt und der zweite Ausgangswert –26 beträgt, wenn der Rotationswinkel des rotierenden Objekts 0 Grad beträgt”, der erste Ausgangswert –28 beträgt und der zweite Ausgangswert –25 beträgt, wenn der Rotationswinkel des rotierenden Objekts 1 Grad beträgt”, usw.
Da der Bereich des Betriebswinkels des rotierenden Objekts von 0 bis 90 reicht, werden die ersten Ausgangswerte und die zweiten Ausgangswerte, wie in 15B gezeigt, jeweils in einem Bereich von 0 bis 90 Grad erhalten. Wenn der Bereich des Rotationswinkels des rotierenden Objekts ausreichend groß ist, wird die Sinuswelle durch sowohl die ersten Ausgangswerte als auch die zweiten Ausgangswerte über eine Periode gebildet. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Wellenform von sowohl den ersten Ausgangswerten als auch den zweiten Ausgangswerten jedoch für eine ¼ Periode gebildet. In dieser Stufe ist der Höchstwert, d. h. die Amplitude der Wellenform, die durch sowohl die ersten Ausgangswerte als auch die zweiten Ausgangswerte angezeigt wird, unbestimmt.
Bei der vorliegenden Ausführungsform werden der Permanentmagnet 12 und der Hall-IC 40 im Voraus derart angeordnet, dass Rotationswinkel, bei denen der erste Ausgangswert und der zweite Ausgangswert null sind, enthalten sind. Folglich ist der Wert „0”, wie durch die Punkte 306, 307 in der 15B gezeigt, in sowohl den ersten Ausgangswerten als auch den zweiten Ausgangswerten enthalten.
<Wellenformschätzung>
In der Stufe der Ausgangswerterfassung ist die Amplitude der Wellenform der ersten Ausgangswerte, wie vorstehend beschrieben, unbestimmt. In gleicher Weise ist die Amplitude der Wellenform der zweiten Ausgangswerte unbestimmt. Folglich schätzt die ECU 15 in der Stufe der Wellenformschätzung eine Periode von jeder Wellenform, um die Amplitude jeder Wellenform zu berechnen. Nachstehend wird die Wellenform für eine Periode der Signale, die vom ersten Hall-Element 41 ausgegeben werden, als erste Schätzwellenform bezeichnet. Die Wellenform für eine Periode der vom zweiten Hall-Element 42 ausgegebenen Signale wird als zweite Schätzwellenform bezeichnet. Die ECU 15 dient als Wellenformschätzabschnitt, d. h. als Schätzwellenformerzeugungsabschnitt.
Zunächst wird ein Verfahren zum Schätzen der ersten Schätzwellenform, d. h. ein Verfahren zur Erzeugung der ersten Schätzwellenform beschrieben.
Eine Phase der ersten Schätzwellenform wird vom Punkt 306 berechnet, an welchem der erste Ausgangswert null ist, wie in 16a gezeigt. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird ein Winkel am Punkt 306 durch β beschrieben und die Phase der ersten Schätzwellenform folglich als β definiert. In der Annahme, dass die Amplitude der ersten Schätzwellenform durch A beschrieben wird, wird die erste Schätzwellenform durch A × sin(k(θ – β)) beschrieben. Hierbei ist k ein Koeffizient zur Korrektur der Periode der Wellenform der Signale, die vom ersten Hall-Element 41 ausgegeben werden, für den Fall, dass die vom ersten Hall-Element 41 ausgegebenen Signale nicht die exakte Sinuswelle bilden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Koeffizient k gleich eins (k = 1), da das erste Hall-Element 41 auf der Mittelachse 0 angeordnet ist und die vom ersten Hall-Element 41 ausgegebenen Signale die exakte Sinuswelle mit der Periode von 360 Grad bilden, wie durch die Signalkurve 300 in der 14A gezeigt. Nachstehend wird k einfachheitshalber angezeigt.
Die Amplitude A der ersten Schätzwellenform wird mittels einer Methode der kleinsten Quadrate berechnet. In der Annahme, dass das Ausgangssignal des ersten Hall-Elements 41 durch Va(θi) und die Wellenform der ersten Schätzwellenform durch A × sin(kθi) beschrieben wird, wird die folgende Gleichung (13) auf der Grundlage der obigen Gleichungen (1) bis (4) erhalten: A = Σ(Va(θi)sin(kθi))/Σ(sin²(kθi)) (13)
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Gleichung (13), da der Koeffizient k gleich eins ist (k = 1), wie folgt modifiziert: A = Σ(Va(θi)sinθi)/Σ(sin²θi) (14)
Folglich wird die erste Schätzwellenform gemäß einer Kurve 308 in der 16B erhalten.
Nachstehend wird ein Verfahren zum Schätzen der zweiten Schätzwellenform, d. h. ein Verfahren zur Erzeugung der zweiten Schätzwellenform beschrieben.
Eine Phase der zweiten Schätzwellenform wird vom Punkt 307 berechnet, an welchem der zweite Ausgangswert null ist, wie in 16A gezeigt. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird ein Winkel am Punkt 307 durch γ beschrieben und die Phase der Schätzwellenform folglich als γ definiert. In der Annahme, dass die Amplitude der zweiten Schätzwellenform durch B beschrieben wird, wird die zweite Schätzwellenform durch B × sin(k(θ – γ)) beschrieben. Hierbei ist k ein Koeffizient zur Korrektur der Periode der Wellenform der vom zweiten Hall-Element 42 ausgegebenen Signale für den Fall, dass die zweiten Ausgangssignale vom zweiten Hall-Element 42 nicht die exakte Sinuswelle bilden. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Koeffizient k gleich eins (k = 1), da das zweite Hall-Element 42 auf der Mittelachse 0 angeordnet ist und die vom zweiten Hall-Element 42 ausgegebenen Signale die exakte Sinuswelle mit der Periode von 360 Grad bilden, wie durch die Signalkurve 301 in der 14B gezeigt. Bei den folgenden Gleichungen wird k einfachheitshalber angezeigt.
Die Amplitude B der zweiten Schätzwellenform wird mittels der Methode der kleinsten Quadrate berechnet, gleich der ersten Schätzwellenform. In der Annahme, dass das Ausgangssignal des zweiten Hall-Elements 42 durch Vb(θi) und die Wellenform der zweiten Schätzwellenform durch B × sin(kθi) beschrieben wird, wird die Amplitude B wie folgt beschrieben: B = Σ(Vb(θi)sin(kθi))/Σ(sin²(kθi)) (15)
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Gleichung (15), da der Koeffizient k gleich eins ist (k = 1), wie folgt modifiziert: B = Σ(Vb(θi)sinθi)/Σ(sin²θi) (16)
Folglich wird die zweite Schätzwellenform gemäß einer Kure 309 in der 16B erhalten.
An diesem Punkt weisen die Amplitude A der ersten Schätzwellenform gemäß der Kurve 308 und die Amplitude B der zweiten Schätzwellenform gemäß der Kurve 309, wie in 16B gezeigt, verschiedene Werte auf.
<Amplitudenabstimmung>
In der Stufe der Wellenformschätzung sind die Amplitude A der ersten Schätzwellenform und die Amplitude B der zweiten Schätzwellenform, wie vorstehend beschrieben, verschieden. Folglich stimmt die ECU 15 die Amplitude A der ersten Schätzwellenform und die Amplitude B der zweiten Schätzwellenform in der Stufe der Amplitudenabstimmung derart ab, dass sie zueinander gleich sind. Die ECU 15 dient als Amplitudenabstimmungsabschnitt.
Sowohl die erste Schätzwellenform als auch die zweite Schätzwellenform wird beispielsweise mit einem festen Wert multipliziert, um die Amplitude von sowohl der ersten Schätzwellenform als auch der zweiten Schätzwellenform auf V abzustimmen. Folglich werden die erste Schätzwellenform V × sin(θ – β) nach der Amplitudenabstimmung und die zweite Schätzwellenform V × sin(θ – γ) nach der Amplitudenabstimmung durch eine Kurve 310 bzw. eine Kurve 311 in der 17A beschrieben. Der Speicher 27 des Hall-IC 40 speichert den Wert V als die Amplitude der ersten und der zweiten Schätzwellenform auf die Amplitudenabstimmung folgend.
Auf diese Weise wird die Voreinstellung des Hall-IC 40 ausgeführt.
Nachstehend wird ein Verfahren zur Erfassung eines Rotationswinkels des rotierenden Objekts mittels der Rotationswinkelerfassungsvorrichtung 3 beschrieben. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die folgende „Rotationswinkelberechnung” ausgeführt, um den Rotationswinkel des rotierenden Objekts zu erfassen.
<Rotationswinkelberechnung>
In der Stufe der Rotationswinkelberechnung berechnet der DSP 26 den Rotationswinkel des rotierenden Objekts mittels einer Winkelfunktionsoperation auf der Grundlage des ersten Ausgangswerts des ersten Hall-Elements 41, des zweiten Ausgangswerts des zweiten Hall-Elements 42 und der abgestimmten Amplitude V der ersten und der zweiten Schätzwellenform, die im Speicher 27 gespeichert sind. Hierbei dient der DSP 26 als der Rotationswinkelberechnungsabschnitt.
In der Annahme, dass der erste Ausgangswert des ersten Hall-Elements 41 durch Va beschrieben wird, der zweite Ausgangswert des zweiten Hall-Elements 42 durch Vb beschrieben wird, eine Phasendifferenz zwischen der Wellenform, die durch die ersten Ausgangswerte beschrieben wird, und der Wellenform, die durch die zweiten Ausgangswerte beschrieben wird, durch α = γ – β beschrieben wird, eine atmosphärische Temperatur des ersten und des zweiten Hall-Elements 41, 42 durch t beschrieben wird, ein Koeffizient der Temperaturcharakteristik durch K(t) beschrieben wird, ein Koeffizient der Temperaturcharakteristik bezüglich eines elektrischen Stroms durch I(t) beschrieben wird, ein Koeffizient der Temperaturcharakteristik bezüglich der magnetischen Flussdichte des ersten Hall-Elements 41 durch Ba(t) beschrieben wird, ein Koeffizient der Temperaturcharakteristik bezüglich der magnetischen Flussdichte des zweiten Hall-Elements 42 durch Bb(t) beschrieben wird und der Rotationswinkel des rotierenden Objekts durch θ beschrieben wird, ist: Va = K(t) × I(t) × Ba(t) × sin(θ – β) (17) Vb = K(t) × I(t) × Bb(t) × sin(θ – γ) (18)
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die erste Schätzwellenform in der Stufe der Wellenformschätzung als A × sin(θ – β) und die zweite Schätzwellenform in der Stufe der Wellenformschätzung als B × sin(θ – γ) geschätzt. Ferner werden die Amplituden der ersten und der zweiten Schätzwellenform in der Stufe der Amplitudenabstimmung auf V abgestimmt. Hierauf basierend werden der erste Ausgangswert Va und der zweite Ausgangswert Vb wie folgt in den Amplituden abgestimmt: Va' = Va × V/A Vb' = Vb × V/B
Ferner wird der Rotationswinkel θ über die folgende Gleichung (19) berechnet. θ = 180°/Π × tan^–1(cot(α/2 × Π/180°) × (Va' – Vb')/(Va' + Vb')) (19)
Der DSP 26 erhält den ersten Ausgangswert Va und den zweiten Ausgangswert Vb vom ersten Hall-Element 41 und vom zweiten Hall-Element 42 und berechnet den Rotationswinkel θ des rotierenden Objekts, wie durch eine Linie 312 in der 17B gezeigt, mittels der Winkelfunktionsoperation unter Verwendung der Gleichung (19) aus dem ersten Ausgangswert Va und dem zweiten Ausgangswert Vb.
Für den Fall, dass α = 90° ist, kann der Rotationswinkel θ mittels der folgenden einfachen Gleichung (20) erhalten werden. θ = 180°/Π × tan^–1(Va'/Vb') (20)
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird der Einfluss der Temperaturcharakteristik bei der Berechnung des Rotationswinkels θ, wie in den Gleichungen (19) und (20) gezeigt, aufgehoben.
Der Rotationswinkel θ des rotierenden Objekts wird, wie vorstehend beschrieben, mittels der Winkelfunktionsoperation nach dem Schätzen der ersten Schätzwellenform und der zweiten Schätzwellenform und dem Abstimmen der Amplituden der ersten und der zweiten Schätzwellenform auf die Amplitude V berechnet. Bei der vorliegenden Ausführungsform werden das Schätzen der ersten und der zweiten Schätzwellenform mittels des Wellenformschätzabschnitts und das Abstimmen der Amplituden mittels des Amplitudenabstimmungsabschnitts im Voraus ausgeführt. Folglich kann eine Ungleichmäßigkeit bzw. Abweichung der Erfassungsergebnisse in jedem Produkt der Rotationswinkelerfassungsvorrichtung 3 verringert werden. Dementsprechend wird der Fehler der Erfassungsergebnisse verringert und die Erfassungsgenauigkeit verbessert.
Der Permanentmagnet 12 und der Hall-IC 40 weisen das derart die Lage betreffende Verhältnis auf, dass die Rotationswinkel, bei denen der erste Ausgangswert des ersten Hall-Elements 41 und der zweite Ausgangswert des zweiten Hall-Elements 42 null sind, enthalten sind. Folglich können die Werte von annähernd null in den vom ersten Hall-Element 41 und vom zweiten Hall-Element 42 ausgegebenen Signalen verwendet werden, um die erste Schätzwellenform und die zweite Schätzwellenform zu schätzen.
Ferner kann das Schätzen der Wellenform mittels des Wellenformschätzabschnitts genau ausgeführt werden, da die S/N-Verhältnisse des ersten Hall-Elements 41 und des zweiten Hall-Elements 42 verbessert und die Phasen der ersten und der zweiten Schätzwellenform auf einfache Weise bestimmt werden.
Das erste Hall-Element 41 und das zweite Hall-Element 42 werden derart abgestimmt, dass ihre Offsets null sind. Folglich kann, da auch bei einer Kombination des ersten und des zweiten Hall-Elements 41, 42 und des Permanentmagneten 12 kein Offset vorhanden ist, das Schätzen der Wellenform mittels des Wellenformschätzabschnitts noch genauer ausgeführt werden.
Der Wellenformschätzabschnitt berechnet die Phasen der ersten Schätzwellenform und der zweiten Sensorelement jeweils von den Punkten, an denen der erste Ausgangswert und der zweite Ausgangswert null sind. Ferner berechnet der Wellenformschätzabschnitt die Amplituden der ersten und der zweiten Schätzwellenform jeweils mittels der Methode der kleinsten Quadrate, um die erste Schätzwellenform und die zweite Schätzwellenform zu schätzen. Folglich werden die erste Schätzwellenform und die zweite Schätzwellenform genau geschätzt. Folglich kann der Rotationswinkel θ des rotierenden Objekts mittels des Rotationswinkelberechnungsabschnitts genau berechnet werden.
Ferner sind das erste Hall-Element 41, das zweite Hall-Element 42, der DSP 26, der als der Ausgangswerterfassungsabschnitt und der Rotationswinkelberechnungsabschnitt dient, und dergleichen in dem einen Halbleiterchip befestigt. Da das erste Hall-Element 41 und das zweite Hall-Element 42 in demselben Halbleiterchip befestigt sind, können die Eigenschaften des ersten Hall-Elements 41 und des zweiten Hall-Elements 42 abgeglichen bzw. ausgeglichen werden. Folglich kann der Rotationswinkel genau erfasst werden. Ferner kann die Gesamtgröße der Rotationswinkelerfassungsvorrichtung 3 verringert werden, da das erste Hall-Element 41, das zweite Hall-Element 42, der DSP 26 und dergleichen in dem einen Halbleiterchip befestigt sind.
(Vierte Ausführungsform)
Nachstehend wird eine vierte Ausführungsform unter Bezugnahme auf die 18A und 18B beschrieben. Eine Rotationswinkelerfassungsvorrichtung 4 der vierten Ausführungsform unterscheidet sich dahingehend von der Rotationswinkelerfassungsvorrichtung 3, dass ein Hall-IC zur Backup-Erfassung hinzugefügt ist und die Hall-ICs anders angeordnet sind.
Die Rotationswinkelerfassungsvorrichtung 4 weist, wie in den 18A und 18B gezeigt, einen Hall-IC 50 zusätzlich zum Hall-IC 40 auf.
Der Hall-IC 40 und der Hall-IC 50 sind auf gegenüberliegenden Seiten der Mittelachse 0 angeordnet. Der Hall-IC 50 weist ein erstes Hall-Element 51 und ein zweites Hall-Element 52 auf. Das erste Hall-Element 51 und das zweite Hall-Element 52 sind bezüglich der Mittelachse 0 gegenüberliegend dem ersten Hall-Element 41 und dem zweiten Hall-Element 42 angeordnet. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird der Hall-IC 50 als Backup verwendet. D. h., obgleich der Hall-IC 40 für gewöhnlich das magnetische Feld erfasst, erfasst dann, wenn der Hall-IC 40 das magnetische Feld aufgrund eines Fehlers oder dergleichen nicht erfassen kann, der Hall-IC 50 das magnetische Feld. Bei der vorliegenden Ausführungsform dient der Hall-IC 40 als der magnetische Sensor. Ferner dient das erste Hall-Element 41 als das erste Sensorelement und das zweite Hall-Element 42 als das zweite Sensorelement. Ein interner Aufbau des Hall-IC 50 gleicht dem internen Aufbau des Hall-IC 40.
Der Hall-IC 40 und der Backup-Hall-IC 50 sind benachbart zur Mittelachse 0 angeordnet. Folglich sind die magnetosensitive Oberfläche des ersten Hall-Elements 41 und die magnetosensitive Oberfläche des zweiten Hall-Elements 42 jeweils einen vorbestimmten Abstand d2 von der Mittelachse 0 beabstandet. Bei solch einem Aufbau bilden beispielsweise dann, wenn der Permanentmagnet 12 360 Grad um den Hall-IC 40 rotiert, die vom ersten Hall-Element 41 und die vom zweiten Hall-Element 42 ausgegebenen Signale nicht die exakten Sinuswellen.
Bei der vorliegenden Ausführungsform werden die Perioden der vom ersten Hall-Element 41 und vom zweiten Hall-Element 42 ausgegebenen Signale unter Verwendung des Koeffizienten k (k ≠ 1) korrigiert, gleich dem Verfahren der zweiten Ausführungsform. Auf die Korrektur der Perioden folgend werden die Wellenformschätzung, die Amplitudenabstimmung und die Rotationswinkelberechnung gleich denjenigen der dritten Ausführungsform ausgeführt.
D. h., bei der vorliegenden Ausführungsform wird der Rotationswinkel θ des rotierenden Objekts in der Stufe der Rotationswinkelberechnung über die folgende Gleichung (21) berechnet. θ = (180°/Π × tan^–1(cot(α/2 × Π/180°) × (Va' – Vb')/(Va' + Vb')))/k (21)
Für den Fall, dass die Phasendifferenz zwischen dem Signal vom ersten Hall-Element 41 und dem Signal vom zweiten Hall-Element 42 (γ – β = α) gleich 90 Grad ist, wird der Rotationswinkel θ über die folgende Gleichung (22) berechnet. θ = (180°/Π × tan^–1(Va'/Vb'))/k (22)
(Weitere Ausführungsformen)
Die Form und Anordnung des magnetischen Elements, wie beispielsweise des Permanentmagneten 12, kann auf verschiedene Weise modifiziert werden, solange Signale, die annähernd eine Sinuswelle anzeigen, von dem magnetischen Sensor, wie beispielsweise dem Hall-IC, erhalten werden.
Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen sind der Permanentmagnet und der Hall-IC derart angeordnet, dass sie das die Lage betreffende Verhältnis aufweisen, gemäß dem der Rotationswinkel, bei welchem der Ausgangswert des Sensorelements null ist, enthalten ist. Alternativ können der Permanentmagnet und der Hall-IC derart angeordnet werden, dass der Rotationswinkel, bei welchem der Ausgangswert des Hall-Elements null ist, nicht enthalten ist.
Ferner kann die ECU 15 zusammen mit den Hall-Elementen, dem DSP 26 und weiteren Komponenten in dem Halbleiterchip des Hall-IC befestigt sein. In solch einem Fall kann die gesamte Verarbeitung einschließlich der Voreinstellung im Hall-IC ausgeführt werden. Die als die Voreinstellung beschriebene Verarbeitung, wie beispielsweise die Wellenformschätzung, die Amplitudennormierung und die Amplitudenabstimmung, ist nicht darauf beschränkt, im Voraus ausgeführt zu werden, sondern kann jedes Mal ausgeführt werden, wenn der Rotationswinkel erfasst wird.
Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen wird die Rotationswinkelberechnung beispielhaft vom DSP 26 im Hall-IC ausgeführt. Alternativ kann die Rotationswinkelberechnung von der ECU 15 ausgeführt werden.
Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen werden die Wellenformschätzung, die Amplitudennormierung und die Amplitudenabstimmung der Voreinstellung beispielhaft von der ECU eines Fahrzeugs ausgeführt. Alternativ können die Wellenformschätzung, die Amplitudennormierung und die Amplitudenabstimmung im Voraus von einem Computer oder einer Verarbeitungseinheit, die nicht an einem Fahrzeug befestigt sind, ausgeführt werden. In solch einem Fall bildet der Computer oder die Verarbeitungseinheit einen Teil der Rotationswinkelerfassungsvorrichtung 1 bis 4.
Die Rotationswinkelerfassungsvorrichtung 1 bis 4 kann verwendet werden, um den Rotationswinkel von irgendeinem rotierenden Objekt, wie beispielsweise einer Rotationswelle eines Gaspedals oder einer Kurbelwelle, die sich von der elektronischen Drosselklappe unterscheiden, zu erfassen.
Fachleuten werden weitere Vorteile und Modifikationen ersichtlich sein. Der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung ist folglich nicht auf die bestimmten Details, repräsentativen Vorrichtungen und veranschaulichenden Beispiele beschränkt, die vorstehend beschrieben und aufgezeigt wurden.
Vorstehend wurde eine Rotationswinkelerfassungsvorrichtung offenbart.
Eine Rotationswinkelerfassungsvorrichtung weist ein Magnetelement 12, einen magnetischen Sensor 20, 30 und eine Verarbeitungseinheit auf. Der magnetische Sensor 20, 30 weist ein Sensorelement 21, 31 auf, das angeordnet ist, um in Übereinstimmung mit einer Rotation eines rotierenden Objekts relativ zum magnetischen Element 12 zu rotieren und Signale in Übereinstimmung mit einer Änderung eines magnetischen Feldes bedingt durch eine Rotation relativ zum Magnetelement 12 auszugeben. Die Verarbeitungseinheit ist dazu ausgelegt, Ausgangswerte des Sensorelements 21, 31 zu verarbeiten. Die Verarbeitungseinheit erfasst den Ausgangswert bei jedem Winkel einer Rotation des rotierenden Objekts, schätzt eine Wellenform für eine Periode der Signale als eine Schätzwellenform 104, 208 aus den erfassten Ausgangswerten und normiert eine Amplitude der Schätzwellenform 104, 208. Ferner berechnet die Verarbeitungseinheit einen Rotationswinkel des rotierenden Objekts mittels einer Winkelfunktionsoperation auf der Grundlage des Ausgangswerts und der normierten Amplitude.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2008-051638 [0003, 0004, 0005]
US 2008/0048651 [0003]
JP 2001-124511 [0005]
US 6498479 [0005]

Claims

Rotationswinkelerfassungsvorrichtung zur Erfassung eines Rotationswinkels eines rotierenden Objekts, wobei die Vorrichtung aufweist: – ein magnetisches Element (12), das ein magnetisches Feld erzeugt; – einen magnetischen Sensor (20, 30), der ein Sensorelement (21, 31) aufweist, das angeordnet ist, um in Übereinstimmung mit einer Rotation des rotierenden Objekts relativ zum magnetischen Element (12) zu rotieren, und Signale in Übereinstimmung mit einer Änderung des magnetischen Feldes bedingt durch eine Rotation relativ zum magnetischen Element (12) ausgibt; – eine Verarbeitungseinheit, die dazu ausgelegt ist, Ausgangswerte des Sensorelements zu verarbeiten, wobei die Verarbeitungseinheit aufweist: – Mittel zur Erfassung des Ausgangswerts bei jedem Winkel einer Rotation des rotierenden Objekts; – Mittel zur Erzeugung einer Schätzwellenform (104, 208) aus den vom Mitteln zur Erfassung des Ausgangswerts erfassten Ausgangswerten, wobei die Schätzwellenform einer Wellenform für eine Periode der vom Sensorelement (21, 31) ausgegebenen Signale entspricht; – Mittel zur Normierung einer Amplitude der Schätzwellenform (104); und – Mittel zur Berechnung eines Rotationswinkels (θ) des rotierenden Objekts mittels einer Winkelfunktionsoperation auf der Grundlage des Ausgangswerts und einer normierten Amplitude.
Rotationswinkelerfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das magnetische Element (12) und der magnetische Sensor (20, 30) angeordnet sind, um ein derart die Lage betreffendes Verhältnis zueinander aufzuweisen, dass ein Rotationswinkel, bei welchem der Ausgangswert des Sensorelements (21, 31) null ist, enthalten ist.
Rotationswinkelerfassungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (21) derart abgestimmt ist, dass sein Offset null ist.
Rotationswinkelerfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Erzeugung der Schätzwellenform die Schätzwellenform (104, 208) erzeugt, indem es eine Phase der Schätzwellenform von einem Punkt (103, 206) berechnet, an welchem der Ausgangswert null ist, und die Amplitude der Schätzwellenform (104, 208) mittels einer Methode der kleinsten Quadrate berechnet.
Rotationswinkelerfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Erzeugung der Schätzwellenform die Schätzwellenform (208) nach einer Korrektur einer Periode der vom Sensorelement (31) ausgegebenen Signale erzeugt.
Rotationswinkelerfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (21, 31) zusammen mit wenigstens entweder dem Mittel zur Erfassung des Ausgangswerts, dem Mittel zur Erzeugung der Schätzwellenform, dem Mittel zur Normierung der Amplitude oder dem Mittel zur Berechnung des Rotationswinkels in einem einzigen Halbleiterchip befestigt ist.
Rotationswinkelerfassungsvorrichtung zur Erfassung eines Rotationswinkels eines rotierenden Objekts, wobei die Vorrichtung aufweist: – ein magnetisches Element (12), das ein magnetisches Feld erzeugt; – einen magnetischen Sensor (40, 50), der ein erstes Sensorelement (41, 51) und ein zweites Sensorelement (42, 52) aufweist, die angeordnet sind, um in Übereinstimmung mit einer Rotation des rotierenden Objekts relativ zum magnetischen Element (12) zu rotieren und in Übereinstimmung mit einer Änderung des magnetischen Feldes bedingt durch eine Rotation relativ zum magnetischen Element (12) erste bzw. zweite Signale auszugeben; und – eine Verarbeitungseinheit, die dazu ausgelegt ist, erste Ausgangswerte des ersten Sensorelements (41, 51) und zweite Ausgangswerte des zweiten Sensorelements (42, 52) zu verarbeiten, wobei die Verarbeitungseinheit aufweist: – Mittel zur Erfassung des ersten Ausgangswerts und des zweiten Ausgangswerts bei jedem Winkel einer Rotation des rotierenden Objekts; – Mittel zur Erzeugung einer ersten Schätzwellenform (308) und einer zweiten Schätzwellenform (309) aus den ersten Ausgangswerten und den zweiten Ausgangswerten, die vom Mittel zur Erfassung des ersten Ausgangswerts und des zweiten Ausgangswerts erfasst werden, wobei die erste Schätzwellenform (308) einer Wellenform für eine Periode der ersten Signale und die zweite Schätzwellenform (309) einer Wellenform für eine Periode der zweiten Signale entspricht; – Mittel zur Abstimmung einer Amplitude der ersten Schätzwellenform (308) und einer Amplitude der zweiten Schätzwellenform (309), so dass diese gleich sind; und – Mittel zur Berechnung eines Rotationswinkels (θ) des rotierenden Objekts mittels einer Winkelfunktionsoperation auf der Grundlage des ersten Ausgangswerts, des zweiten Ausgangswerts und einer abgestimmten Amplitude der ersten Schätzwellenform und der zweiten Schätzwellenform.
Rotationswinkelerfassungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das magnetische Element (12) und der magnetische Sensor (40, 50) angeordnet sind, um ein derart die Lage betreffendes Verhältnis zueinander aufzuweisen, dass Rotationswinkel, bei denen der erste Ausgangswert und der zweite Ausgangswert null sind, enthalten sind.
Rotationswinkelerfassungsvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Sensorelement (41) und das zweite Sensorelement (42) jeweils derart abgestimmt sind, dass ihre Offsets null sind.
Rotationswinkelerfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Erzeugung der ersten Schätzwellenform und der zweiten Schätzwellenform die erste Schätzwellenform (308) und die zweite Schätzwellenform (309) erzeugt, indem es Phasen der ersten Schätzwellenform und der zweiten Schätzwellenform von Punkten (306, 307) berechnet, an welchen der erste Ausgangswert und der zweite Ausgangswert null sind, und die Amplituden der ersten Schätzwellenform und der zweiten Schätzwellenform mittels einer Methode der kleinsten Quadrate berechnet.
Rotationswinkelerfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Erzeugung der ersten Schätzwellenform und der zweiten Schätzwellenform die erste Schätzwellenform (308) und die zweite Schätzwellenform (309) nach einer Korrektur von Perioden der ersten Signale und der zweiten Signale erzeugt.
Rotationswinkelerfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Sensorelement (41, 51) und das zweite Sensorelement (42, 52) zusammen mit wenigstens entweder dem Mittel zur Erfassung des ersten Ausgangswerts und des zweiten Ausgangswerts, dem Mittel zur Erzeugung der ersten Schätzwellenform und der zweiten Schätzwellenform, dem Mittel zur Abstimmung der Amplituden oder dem Mittel zur Berechnung des Rotationswinkels in einem einzigen Halbleiterchip befestigt sind.