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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Drehwinkeldetektor, der einen Drehwinkel eines Erfassungssubjekts erfasst.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Herkömmlicherweise weist ein Drehwinkeldetektor einen Magnet, der ein Magnetfeld erzeugt, und ein Magnetismuserfassungselement, das sich relativ zu dem Magnet dreht, um eine Änderung eines Magnetfelds zu erfassen, auf. Auf der Grundlage von Ausgangssignalen des Magnetismuserfassungselements erfasst der Detektor den Drehwinkel des Erfassungssubjekts.
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Die
JP-2007-256121A zeigt einen Drehwinkeldetektor, bei dem ein Magnet und ein Führungselement derart angeordnet sind, dass sie derart einander gegenüberliegen, dass das Magnetfeld dazwischen homogen ist. Ein Magnetfeldmesselement ist zwischen dem Magnet und dem Führungselement angeordnet. Es sollte beachtet werden, dass das Führungselement, das aus einem Permeabilitätsmaterial besteht, einem Joch und das Magnetfeldmesselement einem Magnetismuserfassungselement entspricht.
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Die
JP-2003-177004A (
US-2003-0080732A1 ) zeigt einen Winkelsensor, bei dem Hall-Elemente derart angeordnet sind, dass sie einem Magnet über einer Drehmitte in einem zylindrischen Joch gegenüberliegen, wodurch eine lineare Änderung des Magnetflusses vergrößert wird.
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Das
japanische Patent Nr. 4321665 (
US-2004-0189288A ) zeigt einen Drehwinkeldetektor, bei dem Magnete derart angeordnet sind, dass sie über ein Magnetismuserfassungselement einander gegenüberliegen. Jeder Magnet weist eine gekrümmte Außenfläche und eine gekrümmte Innenfläche auf, wodurch der Magnetfluss, der durch das Magnetismuserfassungselement verläuft, stabil gemacht wird.
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In dem Detektor, der in der
JP-2007-256121A gezeigt ist, wird die Genauigkeit des Detektors durch ein Störmagnetfeld verschlechtert, da kein Joch um das Magnetfeldmesselement vorhanden ist. In dem Sensor, der in der
JP-2003-17700A gezeigt ist, ist das Joch im Umfang um die Hall-Elemente vorgesehen, so dass die Genauigkeit des Sensors durch ein Störmagnetfeld nicht immer verschlechtert wird. Bei diesem Sensor ist der Magnetflussvektor jedoch aufgrund eines Leckmagnetflusses gekrümmt, so dass der Bereich, in dem der Magnetflussvektor einheitlich ist, kleiner wird. Somit weicht die Position des Magnetismuserfassungselements ab, und es ändert sich die Erfassungsflussdichte, so dass ein Erfassungsfehler auftritt und sich die „Robustheit” verschlechtert. Das heißt, die Systemeigenschaft des Aufrechterhaltens einer derzeitigen Bedingung in Bezug auf eine Störung oder einen Entwicklungsfehler ist unterlegen.
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In dem Drehwinkeldetektor, der in dem
japanischen Patent Nr. 4321665 gezeigt ist, ist der Magnetflussvektor einheitlich, und die „Robustheit” ist verbessert. Die Gestalt des Magneten ist jedoch kompliziert, was eine Erhöhung der Herstellungskosten bewirken kann.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung entstand im Hinblick auf die obigen Probleme, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Drehwinkeldetektor zu schaffen, der eine hohe Robustheit und eine einfache Konfiguration aufweist.
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Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche sind auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung gerichtet.
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Drehwinkeldetektor, der einen Drehwinkel eines Erfassungssubjekts erfasst. In der vorliegenden Erfindung wird eine beliebige Ebene, die eine Drehachse des Erfassungssubjekts enthält, als eine Symmetrieebene bezeichnet, und eine Ebene, die die Drehachse des Erfassungssubjekts enthält und orthogonal zu der symmetrischen Ebene ist, wird als eine Bezugsebene bezeichnet. Der Drehwinkeldetektor ist mit einer Magnetflussübertragungseinrichtung, einer Magnetflusserzeugungseinrichtung und einer Magnetismuserfassungsvorrichtung versehen.
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Die Magnetflussübertragungseinrichtung ist wie ein Rahmen gestaltet, der in Bezug auf die Symmetrieebene symmetrisch ist. Die Drehachse des Erfassungssubjekts erstreckt sich innerhalb der rahmenförmigen Magnetflussübertragungseinrichtung. Die Magnetflussübertragungseinrichtung besteht aus einer ersten Wand, einer zweiten Wand, einer dritten Wand und einer vierten Wand, die aus einem Magnetmaterial bestehen. Die erste Wand und die zweite Wand sind in Bezug auf die Bezugsebene einander gegenüberliegend angeordnet. Die dritte Wand verbindet die erste Wand und die zweite Wand an einem Ende miteinander. Die vierte Wand verbindet die erste Wand und die zweite Wand an dem anderen Ende miteinander.
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Die Magnetflusserzeugungseinrichtung ist auf einer Innenfläche der Magnetflussübertragungseinrichtung symmetrisch in Bezug auf die Symmetrieebeneangeordnet. Die Magnetismuserfassungsvorrichtung ist zwischen der ersten Wand und der zweiten Wand derart angeordnet, dass sie sich in Bezug auf die Magnetfelderzeugungseinrichtung und die Magnetflussübertragungseinrichtung entsprechend einer Drehung des Erfassungssubjekts drehen kann. Die Magnetismuserfassungsvorrichtung weist eine Erfassungsfläche auf, die einen Magnetfluss erfasst. Die Magnetfelderzeugungseinrichtung ist nur auf einer Innenfläche der ersten Wand angeordnet und in einer Richtung orthogonal zu der ersten Wand magnetisiert.
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Da die Magnetflussübertragungseinrichtung wie ein Rahmen gestaltet ist, wobei sich die Drehachse des Erfassungssubjekts durch dessen Innenseite erstreckt, weist die Magnetübertragung einen hohen Abschirmungseffekt gegenüber magnetischen Störungen auf. Außerdem wird die Permeanz der Magnetschaltung vergrößert und eine Entmagnetisierung der Magnetfelderzeugungseinrichtung eingeschränkt. Die Magnetflussdichte, die von der Magnetismuserfassungsvorrichtung erfasst wird, wird erhöht, so dass das SR-Verhältnis (Signal-Rausch-Verhältnis) verbessert wird. Die Magnetflussübertragungseinrichtung enthält ein Joch.
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Da die Magnetflussübertragungseinrichtung und die Magnetfelderzeugungseinrichtung in Bezug auf die Symmetrieebenesymmetrisch ausgebildet sind, wird ein Gleichgewicht des Magnetflusses verbessert. Der Magnetvektor ist einheitlicher, und die Robustheit ist verbessert.
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Da die Magnetfelderzeugungseinrichtung nur auf der Innenfläche der ersten Wand angeordnet ist, ist die Konfiguration außerdem einfach gestaltet.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen, in denen dieselben Teile mit denselben Bezugszeichen bezeichnet sind, beschrieben. Es zeigen:
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1A eine schematische Ansicht eines Drehwinkeldetektors gemäß einer ersten Ausführungsform;
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1B eine Querschnittsansicht entlang einer Linie Ib-Ib der 1A;
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1C eine Querschnittsansicht entlang einer Linie Ic-Ic der 1A;
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2 ein Blockdiagramm, das ein System zeigt, für das ein Drehwinkeldetektor gemäß der ersten Ausführungsform verwendet wird;
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3 ein Schaltungsblockdiagramm einer Magnetismuserfassungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform;
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4 eine schematische Ansicht eines Drehwinkeldetektors gemäß einer zweiten Ausführungsform;
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5A einen Grafik, die eine Magnetflussdichte, die von einer Magnetismuserfassungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform erfasst wird, zeigt;
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5B eine Grafik, die einen korrigierten Ausgang der Magnetismuserfassungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
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5C eine Grafik, die eine Magnetflussdichte, die von der Magnetismuserfassungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform erfasst wird, zeigt;
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6 eine schematische Ansicht eines Drehwinkeldetektors gemäß einer dritten Ausführungsform;
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7 ein Schaltungsblockdiagramm einer Magnetismuserfassungsvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform;
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8A eine Grafik, die eine Magnetflussdichte, die von der Magnetismuserfassungsvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform erfasst wird, zeigt;
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8B eine Grafik, die einen Rechenwinkel gemäß der Berechnung einer trigonometrischen Funktion zeigt;
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9 eine schematische Ansicht eines Drehwinkeldetektors gemäß einer vierten Ausführungsform;
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10A eine Grafik, die eine Magnetflussdichte, die von der Magnetismuserfassungsvorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform erfasst wird, zeigt;
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10B eine Grafik, die einen Rechenwinkel gemäß einer Berechnung einer trigonometrischen Funktion zeigt;
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10C eine Grafik, die einen linear korrigierten Ausgang zeigt;
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11A eine schematische Ansicht eines Drehwinkeldetektors gemäß einer fünften Ausführungsform;
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11B eine Querschnittsansicht entlang einer Linie XIb-XIb der 11A;
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11C eine Querschnittsansicht entlang einer Linie XIc-XIc der 11A;
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12 eine schematische Ansicht eines Drehwinkeldetektors gemäß einer sechsten Ausführungsform;
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13 eine schematische Ansicht eines Drehwinkeldetektors gemäß einer siebten Ausführungsform;
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14 eine schematische Ansicht eines Drehwinkeldetektors gemäß einer achten Ausführungsform;
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15A eine schematische Ansicht eines Drehwinkeldetektors gemäß einer neunten Ausführungsform;
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15B eine schematische Ansicht eines Drehwinkeldetektors gemäß einer zehnten Ausführungsform;
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16A eine schematische Ansicht eines Drehwinkeldetektors gemäß einer elften Ausführungsform;
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16B eine schematische Ansicht eines Drehwinkeldetektors gemäß einer zwölften Ausführungsform;
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17A eine schematische Ansicht eines Drehwinkeldetektors gemäß einer dreizehnten Ausführungsform;
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17B eine schematische Ansicht eines Drehwinkeldetektors gemäß einer vierzehnten Ausführungsform;
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18 eine schematische Ansicht eines Drehwinkeldetektors gemäß einer weiteren Ausführungsform;
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19A eine schematische Ansicht eines Drehwinkeldetektors gemäß einer weiteren Ausführungsform;
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19B eine schematische Ansicht eines Drehwinkeldetektors gemäß einer weiteren Ausführungsform;
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20 eine schematische Ansicht eines Drehwinkeldetektors gemäß einer weiteren Ausführungsform;
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21 eine schematische Ansicht eines Drehwinkeldetektors gemäß einer weiteren Ausführungsform;
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22A eine schematische Ansicht eines Drehwinkeldetektors gemäß einer weiteren Ausführungsform;
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22B eine schematische Ansicht eines Drehwinkeldetektors gemäß einer weiteren Ausführungsform;
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23 eine schematische Ansicht eines Drehwinkeldetektors gemäß einer weiteren Ausführungsform; und
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24 eine schematische Ansicht eines Vergleichsbeispiels eines Drehwinkeldetektors.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Im Folgenden werden verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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[Erste Ausführungsform]
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Ein Drehwinkeldetektor erfasst einen Drehwinkel eines Erfassungssubjekts wie beispielsweise eines elektronischen Drosselventils, eines Abgasrückführungsventils und eines Gaspedals.
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Wie es in 2 gezeigt ist, ist ein Drehwinkeldetektor 2, der einen Drehwinkel eines Drehabschnitts 4a eines Drehaktuators 4 erfasst, mit einem Hall-Element 5 als einem ersten Magnetismuserfassungselement versehen. Ein Magnet 21 zum Erzeugen eines Magnetfelds ist für den Drehabschnitt 4a vorgesehen. Der Drehabschnitt 4a entspricht einem Erfassungssubjekt. Der Magnet 21 dreht sich zusammen mit dem Drehabschnitt 4a. Das Hall-Element 5 erfasst einen Drehwinkel des Drehabschnitts 4a. Der erfasste Drehwinkel wird an eine elektronische Steuereinheit (ECU) 10 übertragen. Die ECU 10 führt eine Rückkopplungssteuerung des Drehaktuators 4 auf der Grundlage des Drehwinkels, der von dem Drehwinkeldetektor 2 erfasst wird, durch.
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Im Folgenden wird mit Bezug auf die 1A bis 1C eine Konfiguration des Drehwinkeldetektors 2 beschrieben. Der Drehwinkeldetektor 2 besteht aus einem rechteckigen Magneten 21, einem Hall-Element 5 und einem Joch 40, das einen Magnetfluss dadurch überträgt.
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Das Joch 40 weist eine Rahmengestalt auf und besteht aus einem Magnetmaterial. Das Joch 40 weist eine Drehachse auf, um die es sich dreht. Das Joch 40 besteht aus ersten und zweiten Wänden 41, 42, die parallel zueinander sind, und dritten und vierten Wänden 43, 44, die die erste Wand 41 und die zweite Wand 42 miteinander verbinden. Die dritte Wand 43 und die vierte Wand 44 sind um die Drehachse bogenförmig. Mit anderen Worten sind die dritte Wand 43 und die vierte Wand 44 Teile (Kreisbögen) eines einzelnen Kreises.
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Wie es in den 1A und 1C gezeigt ist, wird die Drehachse als „z-Achse” bezeichnet. Eine Achse orthogonal zu der z-Achse und parallel zu den ersten und zweiten Wänden 41, 42 wird als „x-Achse” bezeichnet. Eine Achse orthogonal zu der z-Achse und der x-Achse wird als „y-Achse” bezeichnet. Außerdem wird eine xy-Ebene, die die x-Achse und die y-Achse enthält, als Bezugsebene „Sx” bezeichnet, und eine yz-Ebene, die die y-Achse und die z-Achse enthält, wird als Symmetrieebene „Sy” bezeichnet.
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Das Joch 40 ist in Bezug auf die Symmetrieebene „Sy” symmetrisch ausgebildet. Eine Innenfläche 41a der ersten Wand 41 und eine Innenfläche 42a der zweiten Wand 42 erstrecken sich parallel zu der Bezugsebene „Sx”.
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Der Magnet 21 ist auf der Innenfläche 41a der ersten Wand 41 angeordnet. Der Magnet 21 ist in Bezug auf die Symmetrieebene „Sy” symmetrisch angeordnet. Der N-Pol des Magneten 21 befindet sich in Kontakt zu der ersten Wand 41, und der S-Pol des Magneten 21 liegt der zweiten Wand 42 gegenüber.
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Das Hall-Element 5 ist zwischen dem Magneten 21 und der zweiten Wand 42 angeordnet. Das Hall-Element 5 führt eine Drehung relativ zu dem Magneten 21 und dem Joch 40 um die z-Achse durch, wenn sich der Drehabschnitt 4a dreht. Gemäß der ersten Ausführungsform ist das Hall-Element 5 auf der z-Achse angeordnet. Das Hall-Element 5 weist eine Erfassungsfläche 5a auf, die eine Magnetflussdichte erfasst.
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In einem Fall, in dem ein Abstand zwischen der Bezugsebene „Sx” und der Innenfläche 41a der ersten Wand 41 mit „Y1” und ein Abstand zwischen der Bezugsebene „Sx” und der Innenfläche 42a der zweiten Wand 42 mit „Y2” bezeichnet wird, ist der Abstand „Y2” kürzer als der Abstand „Y1”. Eine Länge „X2” der Innenfläche 42a der zweiten Wand 42 ist größer als eine Länge „X1” der Innenfläche 41a der ersten Wand 41. Da das Hall-Element 5 auf der z-Achse angeordnet ist, entspricht der Abstand „Y1” einem Abstand zwischen dem Hall-Element 5 und der Innenfläche 41a der ersten Wand 41, und der Abstand „Y2” entspricht einem Abstand zwischen dem Hall-Element 5 und der Innenfläche 42a der zweiten Wand 42.
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Das Hall-Element 5 ist auf einem Hall-IC-Chip 7 angeordnet. Wie es in 3 gezeigt ist, enthält der Hall-IC-Chip 7 das Hall-Element 5, eine Verstärkerschaltung 11, die Ausgänge des Hall-Elements 5 verstärkt, einen A/D-Wandler 13, der die verstärkten analogen Signale in digitale Signale umwandelt, einen digitalen Signalprozessor (DSP) 14, der die umgewandelten digitalen Signale verarbeitet, und einen D/A-Wandler 19, der die digitalen Signale in analoge Signale umwandelt. Der Hall-IC-Chip 7 entspricht einem „Halbleiterchip” der vorliegenden Erfindung.
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Der DSP 14 enthält eine Versatz- bzw. Offset-Korrekturschaltung 15, eine Amplitudenkorrekturschaltung 16 und eine Linear-Korrekturschaltung 18, die die Ausgangssignale des Hall-Elements 5 in Bezug auf einen Drehwinkel linearisiert. Die Linear-Korrekturschaltung 18 entspricht einer Linear-Korrektureinrichtung der vorliegenden Erfindung.
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(Betrieb)
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Wenn sich das Hall-Element 5 in Bezug auf den Magneten 21 zusammen mit einer Drehung des Drehabschnitts 4a dreht, ändert sich die Magnetflussdichte, die von der Erfassungsfläche 5a erfasst wird, sinusförmig, wie es in 5A gezeigt ist. Man beachte, dass der Drehwinkel, bei dem die erfasste Magnetflussdichte gleich null ist, als „Drehwinkel 0°” definiert ist. Die Linear-Korrekturschaltung 18 linearisiert den erfassten Magnetfluss in dem Drehwinkelbereich von ±90° und gibt den linear korrigierten Ausgang aus, wie es in 5B gezeigt ist.
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(Vorteil der ersten Ausführungsform)
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Gemäß der ersten Ausführungsform können die folgenden Vorteile (1) bis (8) erzielt werden.
- (1) Da das Joch 40 eine Rahmengestalt mit der darin ausgebildeten z-Achse aufweist, weist das Joch 40 einen Abschirmungseffekt gegenüber magnetischen Störungen auf. Außerdem ist die Permeanz der Magnetschaltung erhöht, und eine Entmagnetisierung des Magneten 21 wird eingeschränkt. Die Magnetflussdichte, die von dem Hall-Element 5 erfasst wird, wird vergrößert, so dass das SR-Verhältnis verbessert wird.
- (2) Da das Joch 40 in Bezug auf die Symmetrieebene „Sy” symmetrisch ausgebildet ist, wird das Gleichgewicht des Magnetflusses verbessert. Somit ist der Magnetflussvektor einheitlich, und die Robustheit ist verbessert. Da der Magnet nur auf der Innenfläche 41a der ersten Wand 41 angeordnet ist, ist die Konfiguration einfach ausgestaltet.
- (3) Da sich die zweite Wand 42 parallel zu der ersten Wand 41, an der der Magnet 21 vorgesehen ist, erstreckt, ist der Magnetflussvektor in einer Richtung der y-Achse, die orthogonal zu der ersten Wand 41 ist, einheitlich. Sogar wenn die Position des Hall-Elements 5 von der Ursprungsposition abweicht, ändert sich die erfasste Magnetflussdichte kaum. Die Robustheit des Drehwinkeldetektors 2 ist verbessert.
- (4) Die dritten und vierten Wände 43, 44 sind bogenförmig. Deren Mittelachsen entsprechen der z-Achse. Die Abstände zwischen dem Hall-Element 5 und den dritten und vierten Wänden 43, 44 sind relativ lang, so dass der Magnetflussvektor weniger gekrümmt ist, wodurch der Magnetflussvektor einheitlich ist und die Robustheit verbessert wird. Außerdem ist das Äußere des Jochs 40 derart ausgebildet, dass es einem Drehradius entspricht, wodurch der Raum besser genutzt wird.
- (5) Der Abstand zwischen dem Hall-Element 5 und der Innenfläche 42a der zweiten Wand ist kürzer als derjenige zwischen dem Hall-Element 5 und der Innenfläche 41a der ersten Wand 41. Die Länge „X2” der Innenfläche 42a ist größer als die Länge „X1” der Innenfläche 41a. Daher kann in einer Nähe des Hall-Elements 5 der Bereich, in dem der Magnetflussvektor einheitlich ist, vergrößert werden. Der Magnetvektor ist einheitlicher, und die Robustheit ist verbessert.
- (6) Der Magnet 21 ist rechteckig ausgebildet. Eine Streuung bei der Herstellung und dem Zusammenbau kann eingeschränkt werden. Somit wird der Magnetflussvektor weiter vereinheitlicht, und die Robustheit gegenüber einer Positionsabweichung wird verbessert. Da die Gestalt des Magneten 21 einfach ist, können die Herstellungskosten verringert werden.
- (7) Da die Linear-Korrekturschaltung 18 die Magnetflussdichte, die von dem Hall-Element 5 erfasst wird, linear korrigiert, kann die Linearität der erfassten Magnetflussdichte verbessert werden.
- (8) Das Hall-Element 5 und die Linear-Korrekturschaltung 18 sind auf einem einzelnen Hall-IC-Chip 7 ausgebildet. Somit kann die Größe der Magnetismuserfassungsvorrichtung verringert werden.
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(Vergleichsbeispiel)
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Im Folgenden wird ein Vergleichsbeispiel, das eine Kombination aus dem Stand der Technik, der in der
JP-2007-256121A und der
JP-2003-177004A beschrieben ist, beschrieben. Wie es in
24 gezeigt ist, bilden ein ringförmiges Joch
48 und ein anderes Joch
49, das auf einer Innenfläche des ringförmigen Jochs
48 vorgesehen ist, eine Magnetflussübertragungseinrichtung. Außerdem ist ein Magnet
29 auf der Innenfläche des ringförmigen Jochs
48 derart vorgesehen, dass er dem anderen Joch
49 gegenüberliegt. Das Hall-Element
5 ist auf einer Drehachse zwischen dem Magneten
29 und dem Joch
49 angeordnet.
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Wenn das ringförmige Joch 48 nicht vorgesehen ist, wird ein gerader Magnetfluss zwischen dem Magneten 29 und dem Joch 49 erzeugt. Dieser Magnetfluss wird jedoch leicht durch ein Störmagnetfeld gestört. In dem Fall, in dem das ringförmige Joch 48 wie in 24 gezeigt vorgesehen ist, ist, obwohl der Magnetfluss weniger durch das Störmagnetfeld gestört wird, der Magnetflussvektor aufgrund eines Leckens eines Magnetflusses von einer Innenfläche des ringförmigen Jochs 48 gekrümmt. Der Magnetflussvektor ist weniger einheitlich. Wenn die Position des Hall-Elements 5 abweicht, wird die erfasste Magnetflussdichte ebenfalls geändert, so dass die Erfassungseigenschaft nicht aufrechterhalten werden kann. Das heißt, die Robustheit wird verschlechtert.
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Gemäß der ersten Ausführungsform wird, da das Joch 40 die erste Wand 41, an der Magnet 21 vorgesehen ist, und die zweite Wand 42 parallel zu der ersten Wand 41 aufweist, der Magnetflussvektor in einer Richtung der y-Achse, die orthogonal zu der ersten Wand 41 ist, vereinheitlicht. Sogar wenn die Position des Hall-Elements 5 abweicht, wird somit die erfasste Magnetflussdichte weniger geändert. Die Robustheit gegenüber einer Positionsabweichung wird im Vergleich zu dem obigen Vergleichsbeispiel verbessert.
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Mit Bezug auf die Zeichnungen werden im Folgenden zweite bis vierte Ausführungsformen beschrieben. Die im Wesentlichen gleichen Teile und die Komponenten wie in der ersten Ausführungsform werden mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, und deren Beschreibung wird nicht wiederholt.
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[Zweite Ausführungsform]
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Wie es in 4 gezeigt ist, weist der Drehwinkeldetektor gemäß der zweiten Ausführungsform das Hall-Element 5 auf, das zu der z-Achse in Richtung der zweiten Wand 42 mit einem bestimmten Abstand „Yh” beabstandet ist. Man beachte, dass der bestimmte Abstand „Yh” größer als ein oberer Wert Δmax der Herstellungs- und Zusammenbautoleranz ist.
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Dadurch liegt der Ort der relativen Drehung des Hall-Elements 5 in dem Bereich von ±90° immer in einem Bereich benachbart zu der zweiten Wand 42 relativ zu der z-Achse. Da die Magnetflussdichte in einem Bereich erfasst wird, in dem der Magnetflussvektor am einheitlichsten ist, wird die Robustheit signifikant verbessert.
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Außerdem weist die zweite Ausführungsform dieselben Vorteile wie die erste Ausführungsform auf.
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Die Magnetflussdichte, die von dem Hall-Element 5 erfasst wird, wird durch eine Wellenform, die in 5C gezeigt ist, angegeben. In dieser Wellenform ist die Änderung der erfassten Magnetflussdichte in einem Drehwinkelbereich von –90° bis +90° linearer als bei der genauen Sinuswelle.
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[Dritte Ausführungsform]
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Gemäß der dritten Ausführungsform, die in 6 gezeigt ist, sind zwei Hall-Elemente vorgesehen. Ein erstes Hall-Element 5 und ein zweites Hall-Element 6 sind nahe beieinander in einem einzigen Hall-IC-Chip 9 angeordnet. Eine Erfassungsfläche 5a des ersten Hall-Elements 5 und eine Erfassungsfläche 6a des zweiten Hall-Elements 6 bilden zwischen sich einen bestimmten Winkel „α” aus. Der Hall-IC-Chip 9 entspricht einem „Halbleiterchip” der vorliegenden Erfindung.
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Wie es in 7 gezeigt ist, enthält der Hall-IC-Chip 9 das erste Hall-Element 5, das zweite Hall-Element 6, eine erste Verstärkerschaltung 11, die Ausgänge des ersten Hall-Elements 5 verstärkt, eine zweite Verstärkerschaltung 12, die Ausgänge des zweiten Hall-Elements 6 verstärkt, einen A/D-Wandler 13, der die beiden verstärkten analogen Signale in digitale Signale umwandelt, einen digitalen Signalprozessor (DSP) 14, der die beiden umgewandelten digitalen Signale verarbeitet, und einen D/A-Wandler 19, der die digitalen Signale in analoge Signale umwandelt.
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Der DSP 14 enthält eine Versatz- bzw. Offset-Korrekturschaltung 15, eine Amplitudenkorrekturschaltung 16, eine Rechenschaltung 17, die die Berechnung einer trigonometrischen Funktion in Bezug auf die Erfassungssignale des ersten Hall-Elements 5 und des zweiten Hall-Elements 6 durchführt, und eine Linear-Korrekturschaltung 18, die den berechneten Winkel, der von der Rechenschaltung 17 berechnet wird, in Bezug auf den Drehwinkel linearisiert. Die Rechenschaltung 17 entspricht einer Recheneinrichtung der vorliegenden Erfindung.
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Die Berechnung der trigonometrischen Funktion, die die Rechenschaltung 17 durchführt, wird im Folgenden beschrieben. Die verwendeten Zeichen sind wie folgt definiert:
- V1:
- Ausgangsspannung des ersten Hall-Elements 5 (mV),
- V2:
- Ausgangsspannung des zweiten Hall-Elements 6 (mV),
- K(t):
- Hall-Koeffizient,
- I(t):
- Hall-Strom (mA),
- B(t):
- Maximalwert (1/2 der Amplitude der Sinuswelle) der Magnetflussdichte, die erfasst werden kann,
- B1(t):
- Magnetflussdichte (mT), die von dem ersten Hall-Element 5 erfasst wird,
- B2(t):
- Magnetflussdichte (mT), die von dem zweiten Hall-Element 6 erfasst wird,
- θ:
- Drehwinkel (°), θ(°) = πθ/180 (rad),
- α = γ – β:
- Differenzphase (°) zwischen dem ersten Hall-Element 5 und dem zweiten Hall-Element 6,
- β:
- Differenzphase (°) zwischen dem ersten Hall-Element 5 und einem Bezugswinkel, und
- γ:
- Differenzphase (°) zwischen dem zweiten Hall-Element 6 und einem Bezugswinkel. Man beachte, dass „(t)” darstellt, dass das Zeichen bzw. die Größe eine Temperaturcharakteristik in Bezug auf eine Umgebungstemperatur „t” aufweist.
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Die Ausgangsspannung „V1” des ersten Hall-Elements 5 und die Ausgangsspannung „V2” des zweiten Hall-Elements 6 werden durch die folgenden Formeln ausgedrückt. V1 = K(t)·I(t)·B1(t)
= K(t)·I(t)·B(t)·sin(θ – β) (1) V2 = K(t)·I(t)·B2(t)
= K(t)·I(t)·B(t)·sin(θ – γ) (2)
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Wie oben angegeben, hängt die Ausgangsspannung des ersten und zweiten Hall-Elements 5, 6 von der Umgebungstemperatur „t” ab. Wenn die Ausgangsspannung „V” auf der Grundlage der Umgebungstemperatur „t”, des Hall-Koeffizienten K(t), des Hall-Stroms I(t) und der Magnetflussdichte B(t) korrigiert wird, wird eine komplizierte Korrekturschaltung benötigt.
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Somit werden die folgenden Formeln (3), (4) aus den obigen Formeln (1), (2) hergeleitet. Die folgenden Formeln (3), (4) weisen keinen von der Umgebungstemperatur „t” abhängigen Term auf. θ = (180/π) × arctan{cot(π·α/360)·Cv} (3) Cv = (V1 – V2)/(V1 + V2) (4)
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In dem Fall, dass α = 90° gilt, gilt die folgende Formel (5). θ = (180/π) × arctan(V1/V2) (5)
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Ein Rechenwinkel wird durch Addieren einer Versatz- bzw. Offsetgröße zu dem obigen Rechenergebnis entsprechend der Differenzphase α erhalten.
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Die 8A und 8B sind Kennliniendiagramme gemäß der dritten Ausführungsform. In 8A ist definiert, dass β = 0° und γ = 90° gilt. Die erfasste Magnetflussdichte B2 des zweiten Hall-Elements 6 wird durch eine Sinuswelle repräsentiert, die um α = 90° in Bezug auf eine andere Sinuswelle, die die erfasste Magnetflussdichte B1 des ersten Hall-Elements 5 repräsentiert, verzögert ist. Die Rechenschaltung 17 berechnet den Rechenwinkel auf der Grundlage der erfassten Magnetflussdichten B1, B2, wie es in 8B gezeigt ist.
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(Vorteile der dritten Ausführungsform)
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Gemäß der dritten Ausführungsform können die Vorteile (7) bis (8) zusätzlich zu den obigen Vorteilen (1) bis (6) der ersten Ausführungsform erzielt werden.
- (7) Es sind zwei Hall-Elemente 5, 6 vorgesehen, und die Rechenschaltung 17 führt eine Berechnung einer trigonometrischen Funktion durch, wodurch die Temperaturcharakteristik der Ausgangsspannung „V” beseitigt werden kann, so dass der Drehwinkel mittels einer einfachen Konfiguration genau erfasst werden kann. Da die Linear-Korrekturschaltung 18 den Rechenwinkel linear korrigiert, kann die Linearität der erfassten Magnetflussdichte verbessert werden.
- (8) Das erste Hall-Element 5, das zweite Hall-Element 6, die Rechenschaltung 17 und die Linear-Korrekturschaltung 18 sind auf einem einzelnen Hall-IC-Chip 9 ausgebildet. Da das erste Hall-Element 5 und das zweite Hall-Element 6 nahe beieinander angeordnet sind, sind die Umgebungstemperatur „t” und die Magneteigenschaften für diese beiden nahezu dieselben. Der Drehwinkel kann noch genauer erfasst werden. Die Größe der Magnetismuserfassungsvorrichtung verringert werden.
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[Vierte Ausführungsform]
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Wie es in 9 gezeigt ist, weicht der Hall-IC-Chip 9 gemäß der vierten Ausführungsform im Vergleich zu der dritten Ausführungsform von der z-Achse in Richtung der zweiten Wand 42 um einen bestimmten Abstand „Yh” ab. Die Konfiguration des Hall-IC-Chips 9 ist dieselbe wie diejenige der dritten Ausführungsform, und der bestimmte Abstand „Yh” wird auf dieselbe Weise wie in der zweiten Ausführungsform ausgebildet.
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Die 10A bis 10C sind Kennliniendiagramme gemäß der vierten Ausführungsform. In 10A ist definiert, dass β = 0° und γ = 90° gilt. Der erfasste Magnetfluss B2 des zweiten Hall-Elements 6 wird durch eine Sinuswelle repräsentiert, die um α = 90° in Bezug auf eine andere Sinuswelle, die den erfassten Magnetfluss B1 des ersten Hall-Elements 5 repräsentiert, verzögert ist. In dieser Wellenform ist die Änderung der erfassten Magnetflussdichte in einem Drehwinkelbereich von –90° bis +90° im Vergleich zu der genauen Sinuswelle linearer.
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Die Rechenschaltung 17 berechnet den Rechenwinkel auf der Grundlage der erfassten Magnetflussdichten B1, B2, wie es in 10B gezeigt ist. Außerdem korrigiert die Linear-Korrekturschaltung 18 den Rechenwinkel linear, um den linear korrigierten Ausgang auszugeben, wie es in 10C gezeigt ist. Die vierte Ausführungsform weist dieselben Vorteile wie die dritte Ausführungsform auf.
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[Fünfte Ausführungsform]
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Wie es in 11 gezeigt ist, ist der Drehwinkeldetektor 2 gemäß der fünften Ausführungsform mit einem ersten Magneten 211 und einem zweiten Magneten 212 versehen. Der erste und der zweite Magnet 211, 212 sind auf der Innenfläche 41a der ersten Wand 41 symmetrisch in Bezug auf die Symmetrieebene „Sy” angeordnet. Jeder N-Pol des ersten und zweiten Magneten 211, 212 weist einen Kontakt zu der ersten Wand 41 auf, und jeder S-Pol der Magnete 211, 212 liegt der zweiten Wand 42 gegenüber. Das Hall-Element 5 ist auf der z-Achse angeordnet
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Ein Abstand „Y2” zwischen der Bezugsebene „Sx” und der Innenfläche 42a der zweiten Wand 42 ist kürzer als ein Abstand „Y1” zwischen der Bezugsebene „Sx” und der Innenfläche 41a der ersten Wand 41. Die Länge „X2” der Innenfläche 42a ist größer als die Länge „X1” der Innenfläche 41a. Da sich die Innenfläche 41a der ersten Wand 41 und die Innenfläche 42a der zweiten Wand 42 parallel zu der Bezugsebene „Sx” erstrecken, entspricht der Abstand „Y1” einem Abstand „D1” zwischen der z-Achse und der Innenfläche 41a der ersten Wand 41, und der Abstand „Y2” entspricht einem Abstand „D2” zwischen der z-Achse und der Innenfläche 42a der zweiten Wand 42.
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Die erste Wand 41 besteht aus einer rechten Halbwand 411, auf der der erste Magnet 211 angeordnet ist, und einer linken Halbwand 412, auf der der zweite Magnet 212 angeordnet ist. Der erste Magnet 211 ist in einer Richtung orthogonal zu der rechten Halbwand 411 magnetisiert, und der zweite Magnet 212 ist in einer Richtung orthogonal zu der linken Halbwand 412 magnetisiert. Eine Innenfläche 411a der rechten Halbwand 411 und eine Innenfläche 412a der linken Halbwand 412 bilden eine Ebene, die parallel zu der Bezugsebene „Sx” ist.
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In der ersten Ausführungsform wird der Magnetflussvektor in der Richtung der y-Achse vereinheitlicht, da der Detektor 2 mit einem einzelnen Magneten 21 versehen ist. In der Nähe der dritten Wand 43 und der vierten Wand 44, welche durch „P1” in 1 eingekreist ist, ist der Magnetflussvektor jedoch gekrümmt. Gemäß der fünften Ausführungsform kann, da zwei Magnete 211, 212 vorgesehen sind, der Bereich, in dem der Magnetflussvektor in der Richtung der y-Achse einheitlich ist, vergrößert werden, welcher durch „P2” in 11 eingekreist ist. Somit wird die Robustheit weiter verbessert.
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[Sechste Ausführungsform]
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Wie es in 12 gezeigt ist, weicht das Hall-Element 5 gemäß der sechsten Ausführungsform von der z-Achse in Richtung der zweiten Wand 42 um einem bestimmten Abstand „Yh” ab. Dadurch liegt der Ort der relativen Drehung des Hall-Elements 5 in dem Bereich von ±90° stets in einem Bereich benachbart zu der zweiten Wand 42 relativ zu der z-Achse. Da die Magnetflussdichte in einem Bereich erfasst wird, in dem der Magnetflussvektor am einheitlichsten ist, wird die Robustheit signifikant verbessert.
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[Siebte Ausführungsform]
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Wie es in 13 gezeigt ist, ist gemäß der siebten Ausführungsform eine Magnetismuserfassungsvorrichtung mit zwei Hall-Elementen 5, 6 auf der z-Achse vorgesehen, so dass der Drehwinkel durch Durchführen einer trigonometrischen Berechnung genau erfasst werden kann.
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[Achte Ausführungsform]
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Wie es in 14 gezeigt ist, weicht gemäß der achten Ausführungsform eine Magnetismuserfassungsvorrichtung, die zwei Hall-Elemente 5, 6 enthält, von der z-Achse in Richtung der zweiten Wand 42 um einem bestimmten Abstand „Yh” ab. Dadurch weist die achte Ausführungsform dieselben Vorteile wie die sechste und siebte Ausführungsform auf.
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In den folgenden neunten bis vierzehnten Ausführungsformen besteht die erste Wand 41 aus einer rechten Halbwand 411 und einer linken Halbwand 412, die in Bezug auf die Bezugsebene „Sx” geneigt sind.
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[Neunte Ausführungsform]
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Wie es in 15A gezeigt ist, ist die erste Wand 41 gemäß der neunten Ausführungsform radial auswärts konvex. Das heißt, die rechte Halbwand 411 und die linke Halbwand 412 sind in Bezug auf die Bezugsebene „Sx” derart geneigt, dass sich die Wände 411, 412 in Richtung der Symmetrieebene „Sy” von der Bezugsebene „Sx” entfernen. Die zweite Wand 42 ist parallel zu der Bezugsebene „Sx” ausgebildet.
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Dadurch wird der gekrümmte Magnetflussvektor, der von der Symmetrieebene „Sy” entfernt ist, in die Richtung der y-Achse korrigiert. Der Bereich, in dem der Magnetflussvektor in der Richtung der y-Achse einheitlich ist, wird vergrößert. Somit wird die Robustheit in dem gesamten Drehwinkelbereich des Erfassungssubjekts weiter verbessert.
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Ein Abstand „D2” zwischen der z-Achse und der Innenfläche 42a der zweiten Wand 42 ist kürzer als ein Abstand „D1” zwischen der z-Achse und der Innenfläche 411a der rechten Halbwand 411 oder der Innenfläche 412a der linken Halbwand 412. Daher kann in der Nähe des Hall-Elements 5 der Bereich, in dem der Magnetflussvektor einheitlich ist, vergrößert werden, und die Robustheit wird verbessert. Man beachte, dass der Abstand „D2” in der vorliegenden Ausführungsform dem Abstand „Y2” (11) der fünften Ausführungsform entspricht.
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[Zehnte Ausführungsform]
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Wie es in 15B gezeigt ist, ist die erste Wand 41 gemäß der zehnten Ausführungsform in radialer Richtung einwärts konkav. Das heißt, die rechte Halbwand 411 und die linke Halbwand 412 sind in Bezug auf die Bezugsebene „Sx” derart geneigt, dass die Wände 411, 412 in Richtung der Symmetrieebene „Sy” der Bezugsebene „Sx” näher kommen. Die zweite Wand 42 ist parallel zu der Bezugsebene „Sx” ausgebildet.
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Gemäß der obigen Konfiguration ist der Magnetflussvektor, der von der Symmetrieebene „Sy” entfernt ist, mehr gekrümmt. Unter Verwendung dieses gekrümmten Magnetflussvektors fließt jedoch weniger Magnetfluss durch die Erfassungsfläche 5a des Hall-Elements 5 an einer Position, bei der der Magnetfluss relativ hoch ist, und der Magnetfluss fließt einfach durch die Erfassungsfläche 5a des Hall-Elements 5 an einer Position, bei der der Magnetfluss relativ niedrig ist, wodurch ein Erfassungsgleichgewicht verbessert wird.
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Da der Abstand „D2” kürzer als der Abstand „D1” ist, kann der Magnetflussvektor in der Nähe des Hall-Elements 5 weiter vereinfacht werden. Die Robustheit wird ebenfalls verbessert.
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[Elfte bis vierzehnte Ausführungsform]
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Gemäß den elften bis vierzehnten Ausführungsformen besteht die zweite Wand 42 aus einer rechten Halbwand 421 und einer linken Halbwand 422, die in Bezug auf die Symmetrieebene „Sy” symmetrisch sind. Eine Innenfläche 421a der rechten Halbwand 421 und eine Innenfläche 422a der linken Halbwand 422 sind in Bezug auf die Bezugsebene „Sx” geneigt.
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Wie es in 16A gezeigt ist, ist die elfte Ausführungsform eine Modifikation der neunten Ausführungsform, bei der die zweite Wand 42 in radialer Richtung auswärts konvex ist. Das heißt, die rechte Halbwand 421 und die linke Halbwand 422 sind in Bezug auf die Bezugsebene „Sx” derart geneigt, dass sich die Wände 421, 422 in Richtung der Symmetrieebene „Sy” von der Bezugsebene „Sx” entfernen.
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Wie es in 16B gezeigt ist, ist eine zwölfte Ausführungsform eine Modifikation der zehnten Ausführungsform, bei der die zweite Wand 42 in radialer Richtung einwärts konvex ist.
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Wie es in 17A gezeigt ist, ist die dreizehnte Ausführungsform eine Modifikation der neunten Ausführungsform, bei der die zweite Wand 42 in radialer Richtung einwärts konkav ist. Das heißt, die rechte Halbwand 421 und die linke Halbwand 422 sind in Bezug auf die Bezugsebene „Sx” derart geneigt, dass die Innenflächen 421a, 422a in Richtung der Symmetrieebene „Sy” der Bezugsebene „Sx” näher kommen.
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Wie es in 17B gezeigt ist, ist die zweite Wand 42 gemäß der vierzehnten Ausführungsform in radialer Richtung einwärts konkav.
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Gemäß den elften bis vierzehnten Ausführungsformen wird der Magnetflussvektor weiter vereinheitlicht, und das Erfassungsgleichgewicht des Magnetismuserfassungselements kann genau eingestellt werden.
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Außerdem ist in jeder Ausführungsform der Abstand „D2” kürzer als der Abstand „D1”. Daher kann in der Nähe des Hall-Elements 5 der Bereich, in dem der Magnetflussvektor einheitlich ist, vergrößert werden, und die Robustheit wird verbessert.
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[Weitere Ausführungsformen]
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- (a) In den obigen Ausführungsformen weist jeder N-Pol der Magnete 21, 211, 212 einen Kontakt zu der ersten Wand 41, 411, 412 auf. Alternativ können die Magnete 21, 211, 212 derart angeordnet sein, dass jeder S-Pol der Magnete einen Kontakt zu der ersten Wand 41, 411, 412 aufweist.
- (b) Wie es in 18 gezeigt ist, kann der Magnet in mehrere Magnetteile 27 unterteilt sein. Alternativ können, wie es in 21 gezeigt ist, zwei Gruppen von unterteilten Magneten 271, 272 vorgesehen sein.
- (c) Die dritte Wand und die vierte Wand des Jochs 40 sind nicht auf eine Bogengestalt beschränkt. Wie es in 19A und 22A gezeigt ist, kann das Joch 40 eine rechteckige Gestalt aufweisen. Alternativ kann das Joch 40, wie es in 19B und 22B gezeigt ist, eine Trapezform aufweisen.
- (d) Wie es in 20 und 23 gezeigt ist, kann das Joch 40 eine hexagonale Gestalt aufweisen. Die dritte Wand 453 und die vierte Wand 463 sind auf der Bezugsebene „Sx” am weitesten voneinander entfernt.
- (e) In den 15 bis 17 kann eine weitere Wand zwischen der rechten Halbwand 411 und der linken Halbwand 412 ausgebildet sein. Außerdem kann eine weitere Wand zwischen der rechten Halbwand 421 und der linken Halbwand 422 zwischen der ersten Wand 41 und der zweiten Wand 42 oder zwischen der dritten Wand 43 und der vierten Wand 44 ausgebildet sein.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern wird nur durch die zugehörigen Ansprüche definiert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2007-256121 A [0003, 0006, 0069]
- JP 2003-177004 A [0004, 0069]
- US 2003-0080732 A1 [0004]
- JP 4321665 [0005, 0007]
- US 2004-0189288 A [0005]
- JP 2003-17700 A [0006]
