DE102011083249B4

DE102011083249B4 - Drehfeldsensor

Info

Publication number: DE102011083249B4
Application number: DE102011083249.1A
Authority: DE
Inventors: Yosuke KOMASAKI; Hiraku Hirabayashi
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2010-10-13
Filing date: 2011-09-23
Publication date: 2020-12-31
Anticipated expiration: 2031-09-24
Also published as: US20120095712A1; US8589105B2; DE102011083249A1; CN102445221B; JP2012083257A; CN102445221A; JP5177197B2

Abstract

Drehfeldsensor zum Erfassen eines Winkels, den eine Richtung eines sich drehenden Magnetfelds an einer Bezugsposition in Bezug auf eine Bezugsrichtung bildet, dadurch gekennzeichnet, dass:der Drehfeldsensor (1) umfasst:eine Signalerzeugungseinheit (2), die eine Vielzahl von magnetischen Erfassungselementen zum Erfassen des sich drehenden Magnetfelds umfasst, und ein erstes Signal und ein zweites Signal auf der Basis von Ausgabesignalen aus der Vielzahl von magnetischen Erfassungselementen erzeugt, wobei das erste und das zweite Signal mit den Intensitäten von Komponenten des sich drehenden Magnetfelds in jeweils verschiedenen Richtungen assoziiert sind, undeine Winkelerfassungseinheit (3), die auf der Basis des ersten und des zweiten Signals aus der Signalerzeugungseinheit (2) einen erfassten Winkelwert berechnet, der eine Entsprechungsbeziehung zu dem Winkel aufweist, den die Richtung des sich drehenden Magnetfelds an der Bezugsposition in Bezug auf die Bezugsrichtung bildet,wobei das erste Signal eine erste ideale Komponente und eine erste Fehlerkomponente enthält,wobei das zweite Signal eine zweite ideale Komponente und eine zweite Fehlerkomponente enthält,wobei die erste ideale Komponente und die zweite ideale Komponente periodisch mit derselben Signalperiode in einer idealen Sinusform variieren,wobei sich die zweite ideale Komponente von der ersten idealen Komponente in der Phase unterscheidet,wobei die Summe des Quadrats der ersten idealen Komponente und des Quadrats der zweiten idealen Komponente einen konstanten Wert annimmt,wobei die erste Fehlerkomponente und die zweite Fehlerkomponente synchron zueinander mit jeweils einer Periode von 1/3 der Signalperiode variieren, undwobei die Winkelerfassungseinheit (3) umfasst:eine erste arithmetische Einheit (31), die ein Quadratsummensignal erzeugt, wobei das Quadratsummensignal aus der Summe des Quadrats des ersten Signals und des Quadrats des zweiten Signals besteht und eine Periode von 1/2 der Signalperiode aufweist,eine zweite arithmetische Einheit (32), die eine erste Fehlerkomponentenschätzung und eine zweite Fehlerkomponentenschätzung auf der Basis des Quadratsummensignals berechnet, wobei die erste Fehlerkomponentenschätzung ein geschätzter Wert der ersten Fehlerkomponente ist und die zweite Fehlerkomponentenschätzung ein geschätzter Wert der zweiten Fehlerkomponente ist, undeine dritte arithmetische Einheit (33), die ein erstes korrigiertes Signal erzeugt, indem sie die erste Fehlerkomponentenschätzung von dem ersten Signal subtrahiert, ein zweites korrigiertes Signal erzeugt, indem sie die zweite Fehlerkomponentenschätzung von dem zweiten Signal subtrahiert, und den erfassten Winkelwert auf der Basis des ersten und des zweiten korrigierten Signals berechnet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Drehfeldsensor zum Erfassen eines Winkels, den die Richtung eines sich drehenden Magnetfelds in Bezug auf eine Bezugsrichtung bildet.
Seit einigen Jahren werden verstärkt Drehfeldsensoren für die Erfassung der Drehposition eines Objekts in verschiedenen Anwendungen verwendet, etwa für das Erfassen der Drehposition eines Lenkrads in einem Kraftfahrzeug. Drehfeldsensoren werden nicht nur zum Erfassen der Drehposition eines Objekts, sondern auch zum Erfassen einer linearen Verschiebung eines Objekts verwendet. Drehsensoren verwendende Systeme sind gewöhnlich mit einer Einrichtung (z.B. einem Magneten) versehen, der ein sich drehendes Magnetfeld erzeugt, dessen Richtung sich in Verbindung mit der Drehung oder der Linearbewegung des Objekts dreht. Die Drehfeldsensoren verwenden magnetische Erfassungselemente, um den Winkel zu erfassen, den die Richtung des sich drehenden Magnetfelds in Bezug auf eine Bezugsrichtung bildet. Auf diese Weise wird die Drehposition oder lineare Verschiebung des Objekts erfasst.
Es ist ein Drehfeldsensor bekannt, der wie in dem US-Patent US 6 943 544 B2 in dem US-Patent US 6 633 462 B2 und in der US-Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer US 2009 / 0 206 827 A1 angegeben zwei Brückenschaltungen (Wheatstone-Brückenschaltungen) aufweist. In einem derartigen Drehfeldsensor umfasst jede der zwei Brückenschaltungen vier Magnetowiderstandselemente (nachfolgend als MR-Elemente bezeichnet), die als magnetische Erfassungselemente dienen. Jede der Brückenschaltungen erfasst die Intensität einer Komponente des sich drehenden Magnetfelds in einer Richtung und gibt ein die Intensität angebendes Signal aus. Die Ausgabesignale der zwei Brückenschaltungen unterscheiden sich in der Phase durch 1/4 der Periode der Ausgabesignale der Brückenschaltungen. Der Winkel, den die Richtung des sich drehenden Magnetfelds in Bezug auf eine Bezugsrichtung bildet, wird auf der Basis der Ausgabesignale der zwei Brückenschaltungen berechnet.
In einem Drehfeldsensor, der MR-Elemente als magnetische Erfassungselemente verwendet, folgen die Wellenformen der Ausgabesignale der MR-Elemente in Entsprechung zu den Widerstandswerten idealerweise einer sinusförmigen Kurve (einschließlich einer Sinuswellenform und einer Cosinuswellenform), wenn sich die Richtung des sich drehenden Magnetfels dreht. Es ist jedoch wie in dem US-Patent US 6 633 462 B2 beschrieben bekannt, dass die Wellenformen der Ausgabesignale aus MR-Elementen von einer sinusförmigen Kurve verzerrt werden können. Wenn die Wellenformen der Ausgabesignale der MR-Elemente verzerrt werden, kann der durch den Drehfeldsensor erfasste Winkel einen Fehler enthalten. Eine der Ursachen für die Verzerrung der Ausgabesignal-Wellenformen der MR-Elemente liegt in den MR-Elementen selbst.
Im Folgenden wird ein Beispiel beschrieben, in dem die Ausgabesignal-Wellenform eines MR-Elements durch das MR-Element selbst verzerrt wird. Es soll hier angenommen werden, dass das MR-Element ein Riesenmagnetowiderstandselement (GMR-Element) oder ein Tunnelmagnetowiderstandselement (TMR-Element) ist. Ein GMR- oder TMR-Element umfasst eine hinsichtlich der Magnetisierung gepinnte Schicht, deren Magnetisierungsrichtung fixiert ist, eine freie Schicht, deren Magnetisierungsrichtung in Übereinstimmung mit der Richtung des sich drehenden Magnetfelds variiert, und eine nicht-magnetische Schicht, die zwischen der hinsichtlich der Magnetisierung gepinnten Schicht und der freien Schicht angeordnet ist. Ein Beispiel für eine Situation, in der die Ausgabesignal-Wellenform eines MR-Elements durch das MR-Element selbst verzerrt wird, ist dann gegeben, wenn die freie Schicht eine induzierte magnetische Anisotropie aufweist. Eine induzierte magnetische Anisotropie der freien Schicht tritt zum Beispiel auf, wenn der Drehfeldsensor an einer vorbestimmten Position installiert wird und danach die Temperatur an der Installationsposition des Drehfeldsensors mit dem darin enthaltenen MR-Element ansteigt und dann abfällt, während ein externes Magnetfeld in einer bestimmten Richtung auf das MR-Element einwirkt. Wenn die freie Schicht eine induzierte magnetische Anisotropie aufweist, kann die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht nicht genau der Richtung des sich drehenden Magnetfelds folgen. Deshalb ist die Ausgabesignal-Wellenform des MR-Elements von einer sinusförmigen Kurve verzerrt.
Das US-Patent US 6 633 462 B2 gibt einen Magnetowiderstandssensor mit einem Haupterfassungselement, das eine Hauptbezugsmagnetisierungsachse aufweist, und mit zwei Korrekturerfassungselementen, deren entsprechende Bezugsmagnetisierungsachsen in Bezug auf die Hauptbezugsmagnetisierungsachse geneigt sind, an. Die zwei Korrekturerfassungselemente sind elektrisch mit dem Haupterfassungselement verbunden, um den erfassten Winkel zu korrigieren. Die in dem US-Patent US 6 633 462 B2 beschriebene Technik ist nützlich, um ein in dem Ausgabesignal des Haupterfassungselements enthaltenes Fehlersignal zu reduzieren, wenn eine Beziehung zwischen der Phase des Fehlersignals und der Phase eines idealen Ausgabesignals des Haupterfassungselements während der Entwurfsphase des Sensors bekannt ist.
Wenn jedoch eine induzierte magnetische Anisotropie der freien Schicht nach der Installation des Drehfeldsensors wie oben beschrieben auftritt, verursacht die induzierte magnetische Anisotropie, dass die Richtung der einfachen Magnetisierung in einer willkürlichen Richtung ausgerichtet ist. Deshalb ist in diesem Fall die Beziehung zwischen der Phase einer Fehlerkomponente in einem Ausgabesignal eines MR-Elements und der Phase eines idealen Ausgabesignals des MR-Elements nicht konstant und kann deshalb nicht während des Entwurfs des Drehfeldsensors bekannt sein. Aus diesem Grund kann die in dem US-Patent US 6 633 462 B2 beschriebene Technik nicht auf den Fall angewendet werden, in dem eine induzierte magnetische Anisotropie der freien Schicht nach der Installation des Drehfeldsensors auftritt.
Vorstehend wurde ein Drehfeldsensor beschrieben, der MR-Elemente als magnetische Erfassungselemente verwendet, wobei insbesondere das Problem geschildert wurde, dass eine Fehlerkomponente mit einer beliebigen Phase aufgrund einer induzierten magnetische Anisotropie der freien Schicht nach der Installation des Drehfeldsensors auftreten kann. Dieses Problem tritt in allen Fällen auf, in denen in einem Drehfeldsensor, der wenigstens ein darin enthaltenes magnetisches Erfassungselement enthält und einen Winkel erfasst, den die Richtung eines sich drehenden Magnetfelds in Bezug auf eine Bezugsposition bildet, eine Fehlerkomponente in dem Ausgabesignal des magnetischen Erfassungselements eine willkürliche Phase aufweist.
Die US 7 250 881 B2 offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Korrektur des Ausgangssignals eines Encoders.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Drehfeldsensor anzugeben, der wenigstens ein magnetisches Erfassungselement enthält und einen Winkel erfasst, den die Richtung eines sich drehenden Magnetfelds in Bezug auf eine Bezugsrichtung bildet, wobei der Drehfeldsensor einen Fehler in dem erfassten Winkel auch dann reduzieren kann, wenn eine Fehlerkomponente in dem Ausgabesignal des magnetischen Erfassungselements eine willkürliche Phase aufweist.
Ein Drehfeldsensor der vorliegenden Erfindung erfasst einen Winkel, den die Richtung eines sich drehenden Magnetfelds an einer Bezugsposition in Bezug auf eine Bezugsrichtung bildet. Der Drehfeldsensor umfasst eine Signalerzeugungseinheit und eine Winkelerfassungseinheit. Die Signalerzeugungseinheit enthält eine Vielzahl von magnetischen Erfassungselementen zum Erfassen des sich drehenden Magnetfelds und erzeugt ein erstes Signal und ein zweites Signal auf der Basis der Ausgabesignale aus der Vielzahl von magnetischen Erfassungselementen. Das erste und das zweite Signal sind mit den Intensitäten von Komponenten des sich drehenden Magnetfelds in jeweils verschiedenen Richtungen assoziiert. Die Winkelerfassungseinheit erfasst auf der Basis des ersten und des zweiten Signals aus der Signalerzeugungseinheit einen erfassten Winkelwert, der eine Entsprechungsbeziehung mit dem Winkel aufweist, den die Richtung des sich drehenden Magnetfelds an der Bezugsposition in Bezug auf die Bezugsrichtung bildet. Das erste Signal enthält eine erste ideale Komponente und eine erste Fehlerkomponente. Das zweite Signal enthält eine zweite ideale Komponente und eine zweite Fehlerkomponente. Die erste ideale Komponente und die zweite ideale Komponente variieren periodisch mit derselben Signalperiode in einer idealen Sinusform. Die zweite ideale Komponente unterscheidet sich in der Phase von der ersten idealen Komponente. Die Summe aus dem Quadrat der ersten idealen Komponente und dem Quadrat der zweiten idealen Komponente nimmt einen konstanten Wert an. Die erste Fehlerkomponente und die zweite Fehlerkomponente variieren in Synchronisation miteinander jeweils um eine Periode von 1/3 der Signalperiode.
Die Winkelerfassungseinheit umfasst eine erste, eine zweite und eine dritte arithmetische Einheit. Die erste arithmetische Einheit erzeugt ein Quadratsummensignal, das aus der Summe des Quadrats des ersten Signals und des Quadrats des zweiten Signals besteht und eine Periode von 1/2 der Signalperiode aufweist. Auf der Basis der Quadratsummensignals berechnet die zweite arithmetische Einheit eine erste Fehlerkomponentenschätzung, die ein geschätzter Wert der ersten Fehlerkomponente ist, und eine zweite Fehlerkomponentenschätzung, die ein geschätzter Wert der zweiten Fehlerkomponente ist. Die dritte arithmetische Einheit erzeugt ein erstes korrigiertes Signal, indem sie die erste Fehlerkomponentenschätzung von dem ersten Signal subtrahiert, erzeugt ein zweites korrigiertes Signal, indem sie die zweite Fehlerkomponentenschätzung von dem zweiten Signal subtrahiert, und berechnet den erfassten Winkelwert auf der Basis des ersten und des zweiten korrigierten Signals.
In dem Drehfeldsensor der vorliegenden Erfindung erzeugt die Signalerzeugungseinheit das erste und das zweite Signal, die mit den Intensitäten von Komponenten des sich drehenden Magnetfelds in jeweils verschiedenen Richtungen assoziiert sind. Die Winkelerfassungseinheit berechnet den erfassten Winkelwert auf der Basis des ersten und des zweiten Signals. In der Winkelerfassungseinheit erzeugt die erste arithmetische Einheit ein Quadratsummensignal, das aus der Summe des Quadrats des ersten Signals und des Quadrats des zweiten Signals besteht und eine Periode von 1/2 der Signalperiode aufweist. Wenn das erste Signal keine erste Fehlerkomponente enthält und das zweite Signal keine zweite Fehlerkomponente enthält, dann ist das Quadratsummensignal gleich der Summe des Quadrats der ersten idealen Komponente und des Quadrats der zweiten idealen Komponente und nimmt einen konstanten Wert an. Wenn dagegen die erste und die zweite Fehlerkomponente jeweils in dem ersten und dem zweiten Signal enthalten sind, variiert das Quadratsummensignal mit einer Periode von 1/2 der Signalperiode. Die Amplitude und die Anfangsphase des Quadratsummensignals hängen von der Amplitude und der Anfangsphase der ersten und der zweiten Fehlerkomponente ab. Unter Nutzung dieser Eigenschaft berechnet in der vorliegenden Erfindung die zweite arithmetische Einheit die erste Fehlerkomponentenschätzung und die zweite Fehlerkomponentenschätzung auf der Basis des Quadratsummensignals. Die dritte arithmetische Einheit subtrahiert die erste Fehlerkomponentenschätzung von dem ersten Signal, um das erste korrigierte Signal zu erzeugen, und subtrahiert die zweite Fehlerkomponentenschätzung von dem zweiten Signal, um das zweite korrigierte Signal zu erzeugen. Die dritte arithmetische Einheit berechnet dann den erfassten Winkelwert auf der Basis des ersten und des zweiten korrigierten Signals. Folglich kann gemäß der vorliegenden Erfindung ein Fehler in dem erfassten Wert auch dann reduziert werden, wenn die Fehlerkomponente in dem Ausgabesignal eines magnetischen Erfassungselements eine willkürliche Phase aufweist.
In dem Drehfeldsensor der vorliegenden Erfindung kann die erste arithmetische Einheit einen temporären erfassten Winkelwert auf der Basis des ersten und des zweiten Signals berechnen und kann das Quadratsummensignal als eine Funktion des temporären erfassten Winkelwerts ausdrücken. Die zweite arithmetische Einheit kann die Amplitude und die Anfangsphase des Quadratsummensignals, das als eine Funktion des temporären erfassten Winkelwerts ausgedrückt wird, erfassen. Dann kann die zweite arithmetische Einheit die erste und die zweite Fehlerkomponentenschätzung unter Verwendung der Amplitude und der Anfangsphase des Quadratsummensignals sowie des temporären erfassten Winkelwerts berechnen. In diesem Fall kann der temporäre erfasste Winkelwert als atan(S1/S2) berechnet werden, wobei S1 und S2 jeweils für das erste Signal und das zweite Signal stehen. Das Quadratsummensignal kann wie folgt ausgedrückt werden: 1 + Ft² + 2Ft*cos(2θt + Φt). Die erste Fehlerkomponentenschätzung kann als Ft*sin(3θt + Φt) berechnet werden. Und die zweite Fehlerkomponentenschätzung kann als Ft*cos(3θt + Φt) berechnet werden. Dabei steht θt für den temporären erfassten Winkelwert, steht 2Ft für die Amplitude des Quadratsummensignals und steht Φt für die Anfangsphase des Quadratsummensignals.
In dem Drehfeldsensor der vorliegenden Erfindung kann die Signalerzeugungseinheit eine erste Erfassungsschaltung und eine zweite Erfassungsschaltung enthalten, die die Intensitäten der Komponenten des sich drehenden Magnetfelds in jeweils verschiedenen Richtungen erfassen und diese Intensitäten angebende Signale ausgeben. Die erste und die zweite Erfassungsschaltung enthalten jeweils wenigstens ein magnetisches Erfassungselement. Die Ausgabesignale der ersten und der zweiten Erfassungsschaltung variieren periodisch mit der Signalperiode. Das Ausgabesignal der zweiten Erfassungsschaltung unterscheidet sich von dem Ausgabesignal der ersten Erfassungsschaltung in der Phase durch ein ungerades Vielfaches von 1/4 der Signalperiode. Das erste Signal wird auf der Basis des Ausgabesignals der ersten Erfassungsschaltung erzeugt, und das zweite Signal wird auf der Basis des Ausgabesignals der zweiten Erfassungsschaltung erzeugt.
Die erste und die zweite Erfassungsschaltung können als das wenigstens eine magnetische Erfassungselement ein Paar von in Reihe verbundenen magnetischen Erfassungselementen umfassen. In diesem Fall kann die erste und die zweite Erfassungsschaltung jeweils eine Wheatstone-Brückenschaltung aufweisen, die ein erstes Paar von in Reihe verbundenen magnetischen Erfassungselementen und ein zweites Paar von in Reihe verbundenen magnetischen Erfassungselementen umfasst. Die magnetischen Erfassungselemente können Magnetowiderstandselemente sein. Jedes der Magnetowiderstandselemente kann eine hinsichtlich der Magnetisierung gepinnte Schicht, deren Magnetisierungsrichtung fixiert ist, eine freie Schicht, deren Magnetisierungsrichtung in Übereinstimmung mit der Richtung des sich drehenden Magnetfelds variiert, und eine nicht-magnetische Schicht, die zwischen der hinsichtlich der Magnetisierung gepinnten Schicht und der freien Schicht angeordnet ist, umfassen. Die Magnetisierungsrichtungen der hinsichtlich der Magnetisierung gepinnten Schichten der Magnetowiderstandselemente in der zweiten Erfassungsschaltung können orthogonal zu den Magnetisierungsrichtungen der hinsichtlich der Magnetisierung gepinnten Schichten der Magnetowiderstandselemente in der ersten Erfassungsschaltung sein.
In dem Drehfeldsensor der vorliegenden Erfindung kann die Signalerzeugungseinheit eine erste Erfassungseinheit, die das sich drehende Magnetfeld an einer ersten Position erfasst, und eine zweite Erfassungseinheit, die das sich drehende Magnetfeld an einer zweiten Position erfasst, umfassen. Die erste Erfassungseinheit umfasst eine erste Erfassungsschaltung, die die Intensität einer Komponente des sich drehenden Magnetfelds in einer ersten Richtung erfasst und ein die Intensität angebendes Signal ausgibt, und eine zweite Erfassungsschaltung, die die Intensität einer Komponente des sich drehenden Magnetfelds in einer zweiten Richtung erfasst und ein die Intensität angebendes Signal ausgibt. Die zweite Erfassungseinheit umfasst eine dritte Erfassungsschaltung, die die Intensität einer Komponente des sich drehenden Magnetfelds in einer dritten Richtung erfasst und ein die Intensität angebendes Signal ausgibt, und eine vierte Erfassungsschaltung, die die Intensität einer Komponente des sich drehenden Magnetfelds in einer vierten Richtung erfasst und ein die Intensität angebendes Signal ausgibt. Jede der ersten bis vierten Erfassungsschaltungen enthält wenigstens ein magnetisches Erfassungselement. Die Ausgabesignale der ersten bis vierten Erfassungsschaltungen variieren periodisch mit der Signalperiode. Das Ausgabesignal der dritten Erfassungsschaltung unterscheidet sich von dem Ausgabesignal der ersten Erfassungsschaltung in der Phase. Das Ausgabesignal der vierten Erfassungsschaltung unterscheidet sich von dem Ausgabesignal der zweiten Erfassungsschaltung in der Phase. Die Ausgabesignale der ersten bis vierten Erfassungsschaltungen können jeweils dritte Fehlerkomponenten enthalten, die synchron mit den Ausgabesignalen der ersten bis vierten Erfassungsschaltungen jeweils mit einer Periode von 1/3 der Signalperiode variieren. Die Signalerzeugungseinheit kann weiterhin eine erste arithmetische Schaltung, die das erste Signal auf der Basis der Ausgabesignale der ersten und der dritten Erfassungsschaltung erzeugt, und eine zweite arithmetische Schaltung, die das zweite Signal auf der Basis der Ausgabesignale der zweiten und der vierten Erfassungsschaltung erzeugt, enthalten. Das erste Signal weist eine Entsprechungsbeziehung zu der Intensität der Komponente des sich drehenden Magnetfelds in der ersten Richtung und zu der Intensität der Komponente des sich drehenden Magnetfels in der dritten Richtung auf. Das erste Signal enthält eine dritte Fehlerkomponente, die kleiner ist als die dritten Fehlerkomponenten in den Ausgabesignalen der ersten und der dritten Erfassungsschaltung. Das zweite Signal weist eine Entsprechungsbeziehung zu der Intensität der Komponente des sich drehenden Magnetfelds in der zweiten Richtung und zu der Intensität der Komponente des sich drehenden Magnetfelds in der vierten Richtung auf. Das zweite Signal enthält eine dritte Fehlerkomponente, die kleiner ist als die dritten Fehlerkomponenten in den Ausgabesignalen der zweiten und der vierten Erfassungsschaltung.
Wenn die Ausgabesignale der ersten bis vierten Erfassungsschaltungen die entsprechenden dritten Fehlerkomponenten in der oben beschriebenen Konfiguration enthalten, erzeugt die erste arithmetische Schaltung das erste Signal, das eine dritte Fehlerkomponente enthält, die kleiner ist als die dritten Fehlerkomponenten in den Ausgabesignalen der ersten und der dritten Erfassungsschaltung, und erzeugt die zweite arithmetische Schaltung das zweite Signal, das eine dritte arithmetische Fehlerkomponente enthält, die kleiner ist als die dritten Fehlerkomponenten in den Ausgabesignalen der zweiten und der vierten Erfassungsschaltung. Dadurch kann ein aus den dritten Fehlerkomponenten resultierender Fehler in dem durch den Drehfeldsensor erfassten Winkel reduziert werden. Unter einer „kleineren dritten Fehlerkomponente“ ist hier zu verstehen, dass das Verhältnis zwischen der Amplitude der dritten Fehlerkomponente und der Amplitude des Signals niedriger ist.
Die erste und die zweite arithmetische Schaltung können das erste und das zweite Signal erzeugen, die normalisiert sind, sodass sie dieselbe Amplitude aufweisen.
Vorzugsweise unterscheidet sich das Ausgabesignal der zweiten Erfassungsschaltung von dem Ausgabesignal der ersten Erfassungsschaltung in der Phase durch ein ungerades Vielfaches von 1/4 der Signalperiode. Vorzugsweise unterscheidet sich das Ausgabesignal der dritten Erfassungsschaltung von dem Ausgabesignal der ersten Erfassungsschaltung in der Phase durch ein ganzzahliges Vielfaches von 1/6 der Signalperiode mit Ausnahme eines ganzzahligen Vielfachen von 1/2 der Signalperiode. Und vorzugsweise unterscheidet sich das Ausgabesignal der vierten Erfassungsschaltung von dem Ausgabesignal der dritten Erfassungsschaltung in der Phase durch ein ungerades Vielfaches von 1/4 der Signalperiode.
Jede der ersten bis vierten Erfassungsschaltungen kann als das wenigstens eine magnetische Erfassungselement ein Paar von in Reihe verbundenen magnetischen Erfassungselementen umfassen. In diesem Fall kann jede der ersten bis vierten Erfassungsschaltungen eine Wheatstone-Brückenschaltung aufweisen, die ein erstes Paar von in Reihe verbundenen magnetischen Erfassungselementen und ein zweites Paar von in Reihe verbundenen magnetischen Erfassungselementen umfasst. Die magnetischen Erfassungselemente können Magnetowiderstandselemente sein. Jedes der Magnetowiderstandselemente kann eine hinsichtlich der Magnetisierung gepinnte Schicht, deren Magnetisierungsrichtung fixiert ist, eine freie Schicht, deren Magnetisierungsrichtung in Übereinstimmung mit der Richtung des sich drehenden Magnetfelds variiert, und eine nicht-magnetische Schicht, die zwischen der hinsichtlich der Magnetisierung gepinnten Schicht und der freien Schicht angeordnet ist, umfassen. Die Magnetisierungsrichtungen der hinsichtlich der Magnetisierung gepinnten Schichten der Magnetowiderstandselemente in der zweiten Erfassungsschaltung können orthogonal zu den Magnetisierungsrichtungen der hinsichtlich der Magnetisierung gepinnten Schichten der Magnetowiderstandselemente in der ersten Erfassungsschaltung sein. Die Magnetisierungsrichtungen der hinsichtlich der gepinnten Schichten der Magnetowiderstandselemente in der vierten Erfassungsschaltung können orthogonal zu den Magnetisierungsrichtungen der hinsichtlich der Magnetisierung gepinnten Schichten der Magnetowiderstandselemente in der dritten Erfassungsschaltung sein.
Gemäß dem Drehfeldsensor der vorliegenden Erfindung erzeugt die Signalerzeugungseinheit das erste und das zweite Signal, die mit den Intensitäten von Komponenten der sich drehenden Magnetfelds in jeweils verschiedenen Richtungen assoziiert sind, und berechnet die Winkelerfassungseinheit den erfassten Winkelwert auf der Basis des ersten und des zweiten Signals. In der Winkelerfassungseinheit erzeugt die erste arithmetische Schaltung das Quadratsummensignal, das aus der Summe des Quadrats des ersten Signals und des Quadrats des zweiten Signals besteht und eine Periode von 1/2 der Signalperiode aufweist. Die zweite arithmetische Schaltung berechnet die erste Fehlerkomponentenschätzung und die zweite Fehlerkomponentenschätzung auf der Basis des Quadratsummensignals. Die dritte arithmetische Schaltung erzeugt das erste korrigierte Signal, indem sie die erste Fehlerkomponentenschätzung von dem ersten Signal subtrahiert, und erzeugt das zweite korrigierte Signal, indem sie die zweite Fehlerkomponentenschätzung von dem zweiten Signal subtrahiert. Auf der Basis des ersten und des zweiten korrigierten Signals, berechnet die dritte arithmetische Schaltung den erfassten Winkelwert. Folglich kann gemäß der vorliegenden Erfindung ein Fehler in dem erfassten Winkel auch dann reduziert werden, wenn die Fehlerkomponente in dem Ausgabesignal eines magnetischen Erfassungselement eine willkürliche Phase aufweist.
Weitere Aufgaben, Funktionen und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die folgende Beschreibung verdeutlicht.

1 ist eine perspektivische Ansicht, die die allgemeine Konfiguration eines Drehfeldsensors gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
2 ist ein schematisches Diagramm, das die Definitionen der Richtungen und Winkel in der ersten Ausführungsform der Erfindung erläutert.
3 ist ein Schaltungsdiagramm, das die Konfiguration des Drehfeldsensors gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
4 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration der Winkelerfassungseinheit von 3 zeigt.
5 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Teil eines MR-Elements von 3 zeigt.
6 ist ein Wellenformdiagramm, das ein Beispiel für die Wellenformen des Ausgabesignals einer ersten Erfassungsschaltung der ersten Ausführungsform und einer darin enthaltenen dritten Fehlerkomponente zeigt.
7 ist ein Wellenformdiagramm, das ein Beispiel für die Wellenformen des Ausgabesignals einer zweiten Erfassungsschaltung der ersten Ausführungsform und einer darin enthaltenen dritten Fehlerkomponente zeigt.
8 ist ein Wellenformdiagramm, das die Wellenform eines Winkelfehlers in einem erfassten Winkelwert, der auf der Basis der Wellenformen der Ausgabesignale von 6 und 7 berechnet wird, zeigt.
9 ist ein schematisches Diagramm, das die Aufhebung der dritten Fehlerkomponenten in den Ausgabesignalen der ersten und der dritten Erfassungsschaltung der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
10 ist ein schematisches Diagramm, das die Aufhebung der dritten Fehlerkomponenten in den Ausgabesignalen der zweiten und der vierten Erfassungsschaltung der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
11 ist ein Wellenformdiagramm, das die Wellenformen des ersten und des zweiten Signals der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
12 ist ein Wellenformdiagramm, das die Wellenformen des Ausgabesignals der ersten Erfassungsschaltung der ersten Ausführungsform und der darin enthaltenen ersten und dritten Fehlerkomponenten sowie die Wellenformen des Ausgabesignals der dritten Erfassungsschaltung der ersten Ausführungsform und der darin enthaltenen ersten und dritten Fehlerkomponenten zeigt.
13 ist ein Wellenformdiagramm, das die Wellenformen des Ausgabesignals der zweiten Erfassungsschaltung der ersten Ausführungsform und der darin enthaltenen zweiten und dritten Fehlerkomponenten sowie die Wellenformen des Ausgabesignals der vierten Erfassungsschaltung der ersten Ausführungsform und der darin enthaltenen zweiten und dritten Fehlerkomponenten zeigt.
14 ist ein Wellenformdiagramm, das die Wellenformen des ersten und des zweiten Signals und das erste und das zweite korrigierte Signal der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
15 ist ein Wellenformdiagramm, das die Wellenform eines Quadratsummensignals der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
16 ist ein Wellenformdiagramm, das die Wellenformen eines Winkelfehlers in dem erfassten Winkelwert, der auf der Basis des ersten und des zweiten Signals berechnet wird, sowie eines Winkelfehlers in dem erfassten Winkelwert, der auf der Basis des ersten und des zweiten korrigierten Signals berechnet wird, zeigt.
17 ist ein Wellenformdiagramm, das die Wellenformen der Ausgabesignale der ersten und der zweiten Erfassungsschaltung der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
18 ist ein Wellenformdiagramm, das die Wellenform des Quadratsummensignals der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
19 ist ein Wellenformdiagram, das die Wellenformen eines Winkelfehlers in dem erfassten Winkelwert, der auf der Basis des ersten und des zweiten Signals berechnet wird, und eines Winkelfehlers in dem erfassten Winkelwert, der auf der Basis des ersten und des zweiten korrigierten Signals berechnet wird, zeigt.
20 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine arithmetische Einheit in einer Signalerzeugungseinheit eines ersten Modifikationsbeispiels der ersten Ausführungsform zeigt.
21 ist ein Schaltungsdiagram, das eine arithmetische Einheit in einer Signalerzeugungseinheit eines zweiten Modifikationsbeispiels der ersten Ausführungsform zeigt.
22 ist ein Schaltungsdiagram, das eine arithmetische Einheit in einer Signalerzeugungseinheit eines dritten Modifikationsbeispiels der ersten Ausführungsform zeigt.
23 ist ein schematisches Diagramm, das die Konfiguration eines Drehfeldsensors gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
24 ist ein schematisches Diagramm, das die Konfiguration eines Drehfeldsensors eines ersten Modifikationsbeispiels der zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
25 ist ein schematisches Diagramm, das die Konfiguration eines Drehfeldsensors eines zweiten Modifikationsbeispiels der zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
26 ist ein schematisches Diagramm, das die Konfiguration eines Drehfeldsensors eines dritten Modifikationsbeispiels der zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
27 ist ein schematisches Diagramm, das die Konfiguration eines Drehfeldsensors gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
28 ist ein schematisches Diagramm, das die Konfiguration eines Drehfeldsensors eines Modifikationsbeispieles der dritten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
29 ist ein Schaltungsdiagramm, das die Konfiguration eines Drehfeldsensors gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
30 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration eines Drehfeldsensors gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung zeigt.
31 ist ein schematisches Diagramm, das die Konfiguration des Drehfeldsensors gemäß der fünften Ausführungsform der Erfindung zeigt.
32 ist ein schematisches Diagramm, das die Konfiguration eines Drehfeldsensors eines Modifikationsbeispiels der fünften Ausführungsform der Erfindung zeigt.
33 ist ein Wellenformdiagramm, das die Beziehung zwischen einem sich drehenden Magnetfeld, einem ersten erfassten Winkelwert und einem ersten Winkelfehler in der fünften Ausführungsform der Erfindung zeigt.
34 ist ein erläuterndes Diagramm, das den Betrieb zum Reduzieren eines Winkelfehlers in der fünften Ausführungsform der Erfindung zeigt.
35 ist ein Wellenformdiagramm, das die Beziehung zwischen einem erfassten Winkelwert und einem Winkelfehler in der fünften Ausführungsform der Erfindung zeigt.

Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Zuerst wird auf 1 und 2 Bezug genommen, um die allgemeine Konfiguration eines Drehfeldsensors gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung zu beschreiben. 1 ist eine perspektivische Ansicht, die die allgemeine Konfiguration des Drehfeldsensors gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. 2 ist eine schematische Ansicht, die die Definitionen der Richtungen und Winkel der ersten Ausführungsform erläutert.
Wie in 1 gezeigt, erfasst der Drehfeldsensor 1 gemäß der ersten Ausführungsform den Winkel, den die Richtung eines sich drehenden Magnetfelds MF an einer Bezugsposition in Bezug auf eine Bezugsrichtung bildet. In 1 ist ein zylindrischer Magnet 5 als beispielhafte Einrichtung zum Erzeugen des sich drehenden Magnetfelds MF, dessen Richtung sich dreht, gezeigt. Der Magnet 5 weist einen N-Pol und einen S-Pol auf, die symmetrisch in Bezug auf eine virtuelle Ebene, die die Mittelachse des Zylinders enthält, angeordnet sind. Der Magnet 5 dreht sich um die Mittelachse des Zylinders. Folglich dreht sich die Richtung des durch den Magneten 5 erzeugten, sich drehenden Magnetfelds MF um eine Drehmitte C, die die Mittelachse des Zylinders enthält. Der Drehfeldsensor 1 ist derart angeordnet, dass er einer Endfläche des Magneten 5 zugewandt ist. Die Einrichtung zum Erzeugen des sich drehenden Magnetfelds MF, dessen Richtung sich dreht, ist nicht auf den in 1 gezeigten Magneten 5 beschränkt, was weiter unten mit Bezug auf andere Ausführungsformen verdeutlicht wird.
Der Drehfeldsensor 1 umfasst eine erste Erfassungseinheit 10, die das sich drehende Magnetfeld MF an einer ersten Position erfasst, und eine zweite Erfassungseinheit 20, die das sich drehende Magnetfeld MF an einer zweiten Position erfasst. In 1 sind die erste Erfassungseinheit 10 und die zweite Erfassungseinheit 20 der Deutlichkeit halber als separate Glieder gezeigt. Die erste Erfassungseinheit 10 und die zweite Erfassungseinheit 20 können jedoch auch miteinander integriert sein.
Mit Bezug auf 2 werden im Folgenden die Definitionen der Richtungen und Winkel in dieser Ausführungsform erläutert. Eine Richtung, die parallel zu der Drehmitte C von 1 verläuft und sich von der einen Endfläche des Magneten 5 zu dem Drehfeldsensor 1 erstreckt, ist als die Z-Richtung definiert. Weiterhin sind zwei zueinander orthogonal ausgerichtete Richtungen in einer virtuellen Ebene senkrecht zu der Z-Richtung als die X-Richtung und die Y-Richtung definiert. In 2 erstreckt sich die X-Richtung nach rechts und erstreckt sich die Y-Richtung nach oben. Die zu der X-Richtung entgegen gesetzte Richtung ist als -X-Richtung definiert; und die zu der Y-Richtung entgegen gesetzte Richtung ist als -Y-Richtung definiert.
Die Bezugsposition PR ist die Position, an welcher der Drehfeldsensor 1 das sich drehende Magnetfeld MF erfasst. Zum Beispiel kann die Bezugsposition PR an der Position der ersten Erfassungseinheit 10 vorgesehen sein. Die Bezugsrichtung DR ist im Uhrzeigersinn um 30° von der Y-Richtung gedreht. Der Winkel, den die Richtung DM des sich drehenden Magnetfelds MF an der Bezugsposition PR in Bezug auf die Bezugsrichtung DR bildet, wird durch das Symbol θ angegeben. Die Richtung DM des sich drehenden Magnetfelds MF dreht sich im Uhrzeigersinn von 2. Der Winkel θ wird durch einen positiven Wert ausgedrückt, wenn er im Uhrzeigersinn von der Bezugsrichtung DR betrachtet wird, und durch einen negativen Winkel, wenn er gegen den Uhrzeigersinn von der Bezugsrichtung DR betrachtet wird.
Die erste Erfassungseinheit 10 erfasst an der ersten Position P1 eine Komponente des sich drehenden Magnetfelds MF in einer ersten Richtung D1 und eine Komponente des sich drehenden Magnetfelds MF in einer zweiten Richtung D2. Die zweite Erfassungseinheit 20 erfasst an der zweiten Position P2 eine Komponente des sich drehenden Magnetfelds MF in einer dritten Richtung D3 und eine Komponente des sich drehenden Magnetfelds MF in einer vierten Richtung D4. In dieser Ausführungsform sind die erste Richtung D1 und die zweite Richtung D2 orthogonal zueinander und sind die dritte Richtung D3 und die vierte Richtung D4 orthogonal zueinander. Die erste Position P1 und die zweite Position P2 entsprechen in der Drehrichtung des sich drehenden Magnetfelds MF einander und fallen mit der Bezugsposition PR zusammen. Die erste Richtung D1 und die dritte Richtung D3 unterscheiden sich durch 60° in der Drehrichtung des sich drehenden Magnetfelds MF.
In dieser Ausführungsform entspricht die zweite Richtung D2 einer um -30° von der Bezugsrichtung DR gedrehten Richtung und fällt mit der Y-Richtung zusammen. Der Winkel, den die Richtung DM des sich drehenden Magnetfelds MF an der ersten Position P1 in Bezug auf die zweite Richtung D2 bildet, wird als ein erster Winkel bezeichnet und durch das Symbol θ1 angegeben. Die Definition des Vorzeichens des Winkels θ1 ist dieselbe wie für den Winkel θ. In dieser Ausführungsform ist der Winkel θ1 um 30° größer als der Winkel θ. Die erste Richtung D1 ist eine Richtung, die um 90° von der zweiten Richtung D2 gedreht ist.
Die dritte Richtung D3 ist eine Richtung, die um 60° von der ersten Richtung D1 gedreht ist; und die vierte Richtung D4 ist eine Richtung, die um 60° von der zweiten Richtung D2 gedreht ist. Die vierte Richtung D4 ist weiterhin eine Richtung, die um 30° von der Bezugsrichtung DR gedreht ist. Der Winkel, den die Richtung DM des sich drehenden Magnetfelds MF an der zweiten Position P2 in Bezug auf die vierte Richtung D4 bildet, wird als ein zweiter Winkel bezeichnet und durch das Symbol θ2 angegeben. Die Definition des Vorzeichens des Winkels θ2 ist dieselbe wie für den Winkel θ. In dieser Ausführungsform ist der Winkel θ2 um 30° kleiner als der Winkel θ und um 60° kleiner als der Winkel θ1. Die dritte Richtung D3 ist eine Richtung, die um 90° von der vierten Richtung D4 gedreht ist.
Im Folgenden wird die Konfiguration des Drehfeldsensors 1 im Detail mit Bezug auf 3 bis 5 beschrieben. 3 ist ein Schaltungsdiagramm, das die Konfiguration des Drehfeldsensors 1 zeigt. Wie in 3 gezeigt, umfasst der Drehfeldsensor 1 eine Signalerzeugungseinheit 2 und eine Winkelerfassungseinheit 3. Die Signalerzeugungseinheit 2 umfasst eine Vielzahl von magnetischen Erfassungselementen zum Erfassen des sich drehenden Magnetfelds MF und erzeugt ein erstes Signal und ein zweites Signal auf der Basis der Ausgabesignale der Vielzahl von magnetischen Erfassungselementen. Das erste und das zweite Signal sind mit den Intensitäten von Komponenten des sich drehenden Magnetfelds MR in jeweils verschiedenen Richtungen assoziiert. Auf der Basis des ersten und des zweiten Signals aus der Signalerzeugungseinheit 2 berechnet die Winkelerfassungseinheit 3 einen erfassten Winkelwert, der eine Entsprechungsbeziehung mit dem Winkel θ aufweist, den die Richtung DM des sich drehenden Magnetfelds MF an der Bezugsposition PR in Bezug auf die Bezugsrichtung DR bildet.
Das erste Signal enthält eine erste ideale Komponente und eine erste Fehlerkomponente. Das zweie Signal enthält eine zweite ideale Komponente und eine zweite Fehlerkomponente. Die erste ideale Komponente und die zweite ideale Komponente variieren periodisch mit derselben Signalperiode in einer idealen Sinusform. Die zweite ideale Komponente unterscheidet sich von der ersten idealen Komponente in der Phase. Die Summe des Quadrats der ersten idealen Komponente und des Quadrats der zweiten idealen Komponente nimmt einen konstanten Wert an.
4 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration der Winkelerfassungseinheit 3 zeigt. Wie in 4 gezeigt, umfasst die Winkelerfassungseinheit 3 eine erste arithmetische Einheit 31, eine zweite arithmetische Einheit 32 und eine dritte arithmetische Einheit 33. Die erste arithmetische Einheit. 331 erzeugt ein Quadratsummensignal, das aus der Summe des Quadrats des ersten Signals und des Quadrats des zweiten Signals besteht und eine Periode von 1/2 der Signalperiode aufweist, was weiter unten näher beschrieben wird. Auf der Basis des Quadratsummensignals berechnet die zweite arithmetische Einheit 32 eine erste Fehlerkomponentenschätzung, die ein geschätzter Wert der ersten Fehlerkomponente ist, und eine zweite Fehlerkomponentenschätzung, die ein geschätzter Wert der zweiten Fehlerkomponente ist. Die dritte arithmetische Einheit 33 erzeugt ein erstes korrigiertes Signal, indem sie die erste Fehlerkomponentenschätzung von dem ersten Signal subtrahiert, und erzeugt ein zweites korrigiertes Signal, indem sie die zweite Fehlerkomponentenschätzung von dem zweiten Signal subtrahiert. Auf der Basis des ersten und des zweiten korrigierten Signals berechnet die dritte arithmetische Einheit 33 dann den erfassten Winkelwert θs, der eine Entsprechungsbeziehung zu dem Winkel θ aufweist, den die Richtung DM des sich drehenden Magnetfelds MF an der Bezugsposition PR in Bezug auf die Bezugsrichtung DR bildet. Das erste und das zweite Signal und das Verfahren zum Berechnen des erfassten Winkelwerts θs werden weiter unten ausführlicher beschrieben.
Die Signalerzeugungseinheit 2 umfasst die erste Erfassungseinheit 10 und die zweite Erfassungseinheit 20 wie zuvor beschrieben. Die erste Erfassungseinheit 10 umfasst eine erste Erfassungsschaltung 11 und eine zweite Erfassungsschaltung 12. Die erste Erfassungsschaltung 11 erfasst die Intensität der Komponente des sich drehenden Magnetfelds MF in der ersten Richtung D1 und gibt ein die Intensität angebendes Signal aus. Die zweite Erfassungsschaltung 12 erfasst die Intensität der Komponente des sich drehenden Magnetfelds MF in der zweiten Richtung D2 und gibt ein die Intensität angebendes Signal aus. Die zweite Erfassungseinheit 20 umfasst eine dritte Erfassungsschaltung 21 und eine vierte Erfassungsschaltung 22. Die dritte Erfassungsschaltung 21 erfasst die Intensität der Komponente des sich drehenden Magnetfelds MF in der dritten Richtung D3 und gibt ein die Intensität angebendes Signal aus. Die vierte Erfassungsschaltung 22 erfasst die Intensität der Komponente des sich drehenden Magnetfelds MF in der vierten Richtung D4 und gibt ein die Intensität angebendes Signal aus. Jede der ersten bis vierten Erfassungsschaltungen 11, 12, 21 und 22 enthält wenigstens ein magnetisches Erfassungselement.
Die Ausgabesignale der ersten bis vierten Erfassungsschaltungen 11, 12, 21 und 22 variieren periodisch mit derselben Signalperiode T. Das Ausgabesignal der dritten Erfassungsschaltung 21 unterscheidet sich von dem Ausgabesignal der ersten Erfassungsschaltung 11 in der Phase. Das Ausgabesignal der vierten Erfassungsschaltung 22 unterscheidet sich von dem Ausgabesignal der zweiten Erfassungsschaltung 12 in der Phase. In der vorliegenden Ausführungsform erfüllen die Phasen der Ausgabesignale der ersten bis vierten Erfassungsschaltungen 11, 12, 21 und 22 vorzugsweise die im Folgenden beschriebenen Beziehungen.
Vorzugsweise unterscheidet sich das Ausgabesignal der zweiten Erfassungsschaltung 12 von dem Ausgabesignal der ersten Erfassungsschaltung 11 in der Phase durch ein ungerades Vielfaches von 1/4 der Signalperiode T. Und vorzugsweise unterscheidet sich das Ausgabesignal der vierten Erfassungsschaltung 22 von dem Ausgabesignal der dritten Erfassungsschaltung 21 in der Phase durch ein ungerades Vielfaches von 1/4 der Signalperiode T. Aufgrund einer mangelnden Produktionsgenauigkeit der magnetischen Erfassungselemente und anderer Faktoren können sich die Differenz in der Phase zwischen dem Ausgabesignal der ersten Erfassungsschaltung 11 und dem Ausgabesignal der zweiten Erfassungsschaltung 12 und die Differenz in der Phase zwischen dem Ausgabesignal der dritten Erfassungsschaltung 21 und dem Ausgabesignal der vierten Erfassungsschaltung 22 jeweils geringfügig von einem ungeraden Vielfachen von 1/4 der Signalperiode T unterscheiden.
Vorzugsweise unterscheidet sich das Ausgabesignal der dritten Erfassungsschaltung 21 von dem Ausgabesignal der ersten Erfassungsschaltung 11 in der Phase durch ein ganzzahliges Vielfaches von 1/6 der Signalperiode T mit Ausnahme eines ganzzahligen Vielfachen von 1/2 der Signalperiode T. Unter einem „ganzzahligen Vielfachen von 1/6 der Signalperiode T mit Ausnahme eines ganzzahligen Vielfachen von 1/2 der Signalperiode T“ sind ganzahlige Vielfache von 1/6 der Signalperiode T unter Ausschluss von ganzzahligen Vielfachen (einschließlich des null-Vielfachen) von 1/2 der Signalperiode T zu verstehen. In der folgenden Beschreibung wird angenommen, dass die Phasen der Ausgabesignale der ersten bis vierten Erfassungsschaltungen 11, 12, 21 und 22 die oben beschriebenen bevorzugten Beziehungen erfüllen.
Jede der ersten bis vierten Erfassungsschaltungen 11, 12, 21 und 22 kann als das wenigstens eine magnetische Erfassungselement ein Paar von in Reihe verbundenen magnetischen Erfassungselementen enthalten. In diesem Fall kann jede der ersten bis vierten Erfassungsschaltungen 11, 12, 21 und 22 eine Wheatstone-Brückenschaltung aufweisen, die ein erstes Paar von in Reihe geschalteten magnetischen Erfassungselementen und ein zweites Paar von in Reihe geschalteten magnetischen Erfassungselementen umfasst. Die folgende Beschreibung nimmt auf einen Fall Bezug, in dem jede der ersten bis vierten Erfassungsschaltungen 11, 12, 21 und 22 eine derartige Wheatstone-Brückenschaltung aufweist.
Die erste Erfassungsschaltung 11 weist eine Wheatstone-Brückenschaltung 14 auf. Die Wheatstone-Brückenschaltung 14 umfasst einen Stromversorgungsanschluss V1, einen Erdungsanschluss G1, zwei Ausgangsanschlüsse E11 und E12, ein erstes Paar von in Reihe verbundenen magnetischen Erfassungselementen R11 und R12 und ein zweites Paar von in Reihe verbundenen magnetischen Erfassungselementen R13 und R14. Ein Ende jedes der magnetischen Erfassungselemente R11 und R13 ist mit dem Stromversorgungsanschluss V1 verbunden. Das andere Ende des magnetischen Erfassungselements R11 ist mit einem Ende des magnetischen Erfassungselements R12 und mit dem Ausgangsanschluss E11 verbunden. Das andere Ende des magnetischen Erfassungselements R13 ist mit einem Ende des magnetischen Erfassungselements R14 und mit dem Ausgangsanschluss E12 verbunden. Das andere Ende der magnetischen Erfassungselemente R12 und R14 ist mit dem Erdungsanschluss G1 verbunden. Eine Versorgungsspannung mit einer vorbestimmten Größe wird an dem Stromversorgungsanschluss V1 angelegt. Der Erdungsanschluss G1 ist geerdet.
Die zweite Erfassungsschaltung 12 weist eine Wheatstone-Brückenschaltung 16 auf. Die Wheatstone-Brückenschaltung 16 umfasst einen Stromversorgungsanschluss V2, einen Erdungsanschluss G2, zwei Ausgangsanschlüsse E21 und E22, ein erstes Paar von in Reihe verbundenen magnetischen Erfassungselementen R21 und R22 und ein zweites Paar von in Reihe verbundenen magnetischen Erfassungselementen R23 und R24. Ein Ende jedes der magnetischen Erfassungselemente R21 und R23 ist mit dem Stromversorgungsanschluss V2 verbunden. Das andere Ende des magnetischen Erfassungselements R21 ist mit einem Ende des magnetischen Erfassungselements R22 und mit dem Ausgangsanschluss E21 verbunden. Das andere Ende des magnetischen Erfassungselements R23 ist mit einem Ende des magnetischen Erfassungselements R24 und mit dem Ausgangsanschluss E22 verbunden. Das andere Ende jedes der magnetischen Erfassungselemente R22 und R24 ist mit dem Erdungsanschluss G2 verbunden. Eine Versorgungsspannung mit einer vorbestimmten Größe wird an dem Stromversorgungsanschluss V2 angelegt. Der Erdungsanschluss G2 ist geerdet.
Die dritte Erfassungsschaltung 21 weist eine Wheatstone-Brückenschaltung 24 auf. Die Wheatstone-Brückenschaltung 24 umfasst einen Stromversorgungsanschluss V3, einen Erdungsanschluss G3, zwei Ausgangsanschlüsse E31 und E32, ein erstes Paar von in Reihe verbundenen magnetischen Erfassungselementen R31 und R32 und ein zweites Paar von in Reihe verbundenen magnetischen Erfassungselementen R33 und R34. Ein Ende jedes der magnetischen Erfassungselemente R31 und R33 ist mit dem Stromversorgungsanschluss V3 verbunden. Das andere Ende des magnetischen Erfassungselements R31 ist mit einem Ende des magnetischen Erfassungselements R32 und mit dem Ausgangsanschluss E31 verbunden. Das andere Ende des magnetischen Erfassungselements R33 ist mit einem Ende des magnetischen Erfassungselements R34 und mit dem Ausgangsanschluss E32 verbunden. Das andere Ende jedes der magnetischen Erfassungselemente R32 und R34 ist mit dem Erdungsanschluss G3 verbunden. Eine Versorgungsspannung mit einer vorbestimmten Größe wird an dem Stromversorgungsanschluss V3 angelegt. Der Erdungsanschluss G3 ist geerdet.
Die vierte Erfassungsschaltung 22 weist eine Wheatstone-Brückenschaltung 26 auf. Die Wheatstone-Brückenschaltung 26 umfasst einen Stromversorgungsanschluss V4, einen Erdungsanschluss G4, zwei Ausgangsanschlüsse E41 und E42, ein erstes Paar von in Reihe verbundenen magnetischen Erfassungselementen R41 und R42 und ein zweites Paar von in Reihe verbundenen magnetischen Erfassungselementen R43 und R44. Ein Ende jedes der magnetischen Erfassungselemente R41 und R43 ist mit dem Stromversorgungsanschluss V4 verbunden. Das andere Ende des magnetischen Erfassungselements R41 ist mit einem Ende des magnetischen Erfassungselements R42 und mit dem Ausgangsanschluss E41 verbunden. Das andere Ende des magnetischen Erfassungselements R43 ist mit einem Ende des magnetischen Erfassungselements R44 und mit dem Ausgangsanschluss E42 verbunden. Das andere Ende jedes der magnetischen Erfassungselemente R42 und R44 ist mit dem Erdungsanschluss G4 verbunden. Eine Versorgungsspannung mit einer vorbestimmten Größe wird an dem Stromversorgungsanschluss V4 angelegt. Der Erdungsanschluss G4 ist geerdet.
In dieser Ausführungsform sind alle magnetischen Erfassungselemente in den Wheatstone-Brückenschaltungen (nachfolgend einfach als Brückenschaltungen bezeichnet) 14, 16, 24 und 26 jeweils MR-Elemente und insbesondere TMR-Elemente. Es können aber auch GMR-Elemente anstelle der TMR-Elemente verwendet werden. Die TMR-Elemente oder die GMR-Elemente enthalten eine hinsichtlich der Magnetisierung gepinnte Schicht, deren Magnetisierungsrichtung fixiert ist, eine freie Schicht, deren Magnetisierungsrichtung in Übereinstimmung mit der Richtung des sich drehenden Magnetfelds MF variiert, und eine nicht-magnetische Schicht, die zwischen der hinsichtlich der Magnetisierung gepinnten Schicht und der freien Schicht angeordnet ist. Bei TMR-Elementen ist die nicht-magnetische Schicht eine Tunnelgrenzschicht. Bei GMR-Elementen ist die nicht-magnetische Schicht eine nicht-magnetische, leitende Schicht. Die TMR-Elemente oder GMR-Elemente variieren in ihrem Widerstand in Abhängigkeit von dem Winkel, den die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht in Bezug auf die Magnetisierungsrichtung der hinsichtlich der Magnetisierung gepinnten Schicht bildet. Der Widerstand erreicht seinen minimalen Wert, wenn der Winkel bei 0° liegt. Der Widerstand erreicht seinen maximalen Wert, wenn der Winkel bei 180° liegt. In der folgenden Beschreibung werden die in den Brückenschaltungen 14, 16, 24 und 26 enthaltenen magnetischen Erfassungselemente als MR-Elemente bezeichnet. In 3 geben die gefüllten Pfeile die Magnetisierungsrichtungen der hinsichtlich der Magnetisierung gepinnten Schichten in den MR-Elementen an. Die hohlen Pfeile geben die Magnetisierungsrichtungen der freien Schichten in den MR-Elementen an.
In der ersten Erfassungsschaltung 11 werden die hinsichtlich der Magnetisierung gepinnten Schichten der MR-Elemente R11 und R14 in einer Richtung parallel zu der ersten Richtung D1 magnetisiert und werden die hinsichtlich der Magnetisierung gepinnten Schichten der MR-Elemente R12 und R13 in einer Richtung magnetisiert, die der Magnetisierungsrichtung der hinsichtlich der Magnetisierung gepinnten Schichten der MR-Elemente R11 und R14 entgegen gesetzt ist. In diesem Fall variiert die Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E11 und E12 in Übereinstimmung mit der Intensität der Komponente des sich drehenden Magnetfelds MF in der ersten Richtung D1. Die erste Richtung D1 dient also als Bezugsrichtung, wenn die erste Erfassungsschaltung 11 das sich drehende Magnetfeld MF erfasst. Die erste Erfassungsschaltung 11 erfasst die Intensität der Komponente des sich drehenden Magnetfelds MF in der ersten Richtung D1 und gibt ein die Intensität angebendes Signal aus. Insbesondere ist die Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E11 und E12 das Ausgabesignal der ersten Erfassungsschaltung 11. In dem in 3 gezeigten Beispiel sind die hinsichtlich der Magnetisierung gepinnten Schichten der MR-Elemente R11 und R14 in der X-Richtung magnetisiert und sind die hinsichtlich der Magnetisierung gepinnten Schichten der MR-Elemente R12 und R13 in der -X-Richtung magnetisiert. In diesem Beispiel entspricht die erste Richtung D1 der X-Richtung.
In der zweiten Erfassungsschaltung 12 werden die hinsichtlich der Magnetisierung gepinnten Schichten der MR-Elemente R21 und R24 in einer Richtung parallel zu der zweiten Richtung D2 magnetisiert und werden die hinsichtlich der Magnetisierung gepinnten Schichten der MR-Elemente R22 und R23 in einer Richtung magnetisiert, die der Magnetisierungsrichtung der hinsichtlich der Magnetisierung gepinnten Schichten der MR-Elemente R21 und R24 entgegen gesetzt ist. In diesem Fall variiert die Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E21 und E22 in Übereinstimmung mit der Intensität der Komponente des sich drehenden Magnetfelds MF in der zweiten Richtung D2. Die zweite Richtung D2 dient also als Bezugsrichtung, wenn die zweite Erfassungsschaltung 12 das sich drehende Magnetfeld MF erfasst. Die zweite Erfassungsschaltung 12 erfasst die Intensität der Komponente des sich drehenden Magnetfelds MF in der zweiten Richtung D2 und gibt ein die Intensität angebendes Signal aus. Insbesondere ist die Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E21 und E22 das Ausgabesignal der zweiten Erfassungsschaltung 12. In dem in 3 gezeigten Beispiel sind die hinsichtlich der Magnetisierung gepinnten Schichten der MR-Elemente R21 und R24 in der Y-Richtung magnetisiert und sind die hinsichtlich der Magnetisierung gepinnten Schichten der MR-Elemente R22 und R23 in der -Y-Richtung magnetisiert. In diesem Beispiel entspricht die erste Richtung D2 der Y-Richtung.
In der dritten Erfassungsschaltung 21 werden die hinsichtlich der Magnetisierung gepinnten Schichten der MR-Elemente R31 und R34 in einer Richtung parallel zu der dritten Richtung D3 magnetisiert und werden die hinsichtlich der Magnetisierung gepinnten Schichten der MR-Elemente R32 und R33 in einer Richtung magnetisiert, die der Magnetisierungsrichtung der hinsichtlich der Magnetisierung gepinnten Schichten der MR-Elemente R31 und R34 entgegen gesetzt ist. In diesem Fall variiert die Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E31 und E32 in Übereinstimmung mit der Intensität der Komponente des sich drehenden Magnetfelds MF in der dritten Richtung D3. Die dritte Richtung D3 dient also als Bezugsrichtung, wenn die dritte Erfassungsschaltung 21 das sich drehende Magnetfeld MF erfasst. Die dritte Erfassungsschaltung 21 erfasst die Intensität der Komponente des sich drehenden Magnetfelds MF in der dritten Richtung D3 und gibt ein die Intensität angebendes Signal aus. Insbesondere ist die Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E31 und E32 das Ausgabesignal der dritten Erfassungsschaltung 21. In dem in 3 gezeigten Beispiel sind die hinsichtlich der Magnetisierung gepinnten Schichten der MR-Elemente R31 und R34 in der dritten Richtung D3 von 2 magnetisiert und sind die hinsichtlich der Magnetisierung gepinnten Schichten der MR-Elemente R32 und R33 in einer der dritten Richtung D3 entgegen gesetzten Richtung magnetisiert.
In der vierten Erfassungsschaltung 22 werden die hinsichtlich der Magnetisierung gepinnten Schichten der MR-Elemente R41 und R44 in einer Richtung parallel zu der vierten Richtung D4 magnetisiert und werden die hinsichtlich der Magnetisierung gepinnten Schichten der MR-Elemente R42 und R43 in einer Richtung magnetisiert, die der Magnetisierungsrichtung der hinsichtlich der Magnetisierung gepinnten Schichten der MR-Elemente R41 und R44 entgegen gesetzt ist. In diesem Fall variiert die Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E41 und E42 in Übereinstimmung mit der Intensität der Komponente des sich drehenden Magnetfelds MF in der vierten Richtung D4. Die vierte Richtung D4 dient also als Bezugsrichtung, wenn die vierte Erfassungsschaltung 22 das sich drehende Magnetfeld MF erfasst. Die vierte Erfassungsschaltung 22 erfasst die Intensität der Komponente des sich drehenden Magnetfelds MF in der vierten Richtung D4 und gibt ein die Intensität angebendes Signal aus. Insbesondere ist die Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E41 und E42 das Ausgabesignal der vierten Erfassungsschaltung 22. In dem in 3 gezeigten Beispiel sind die hinsichtlich der Magnetisierung gepinnten Schichten der MR-Elemente R41 und R44 in der vierten Richtung D4 von 2 magnetisiert und sind die hinsichtlich der Magnetisierung gepinnten Schichten der MR-Elemente R42 und R43 in einer der vierten Richtung D4 entgegen gesetzten Richtung magnetisiert.
Aufgrund einer mangelnden Produktionsgenauigkeit der MR-Elemente und anderer Faktoren können die hinsichtlich der Magnetisierung gepinnten Schichten der Vielzahl von MR-Elementen in den Erfassungsschaltungen 11, 12, 21 und 22 in Richtungen magnetisiert werden, die sich geringfügig von den oben beschriebenen Richtungen unterscheiden.
Ein Beispiel für die Konfiguration der MR-Elemente wird im Folgenden mit Bezug auf 5 beschrieben. 5 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Teil eines MR-Elements in dem Drehfeldsensor 1 von 3 zeigt. In diesem Beispiel umfasst das MR-Element eine Vielzahl von unteren Elektroden, eine Vielzahl von MR-Filmen und eine Vielzahl von oberen Elektroden. Die Vielzahl von unteren Elektroden 42 ist auf einem nicht gezeigten Substrat angeordnet. Jede der unteren Elektroden 42 weist eine lange, schmale Form auf. Die unteren Elektroden 42 schließen in der Längsrichtung der unteren Elektroden 42 mit dazwischen einem Zwischenraum aneinander an. Wie in 5 gezeigt, sind MR-Filme 50 auf den oberen Flächen der unteren Elektroden 42 in der Nähe von gegenüberliegenden Enden in der Längsrichtung vorgesehen. Jeder der MR-Filme 50 umfasst eine freie Schicht 51, eine nicht-magnetische Schicht 52, eine hinsichtlich der Magnetisierung gepinnte Schicht 53 und eine antiferromagnetische Schicht 54, die in dieser Reihenfolge übereinander geschichtet sind, wobei die freie Schicht 51 der unteren Elektrode 42 am nächsten ist. Die freie Schicht 51 ist elektrisch mit der unteren Elektrode 42 verbunden. Die antiferromagnetische Schicht 54 ist aus einem antiferromagnetischen Material ausgebildet. Die antiferromagnetische Schicht 54 steht in einer Austauschkopplung mit der hinsichtlich der Magnetisierung gepinnten Schicht 53, um die Magnetisierungsrichtung der hinsichtlich der Magnetisierung gepinnten Schicht 53 zu fixieren. Die Vielzahl von oberen Elektroden 43 ist über der Vielzahl von MR-Filmen 50 angeordnet. Jede der oberen Elektroden 43 weist eine lange, schmale Form auf und stellt eine elektrische Verbindung zwischen den entsprechenden antiferromagnetischen Schichten 54 von zwei benachbarten MR-Filmen 50 her, die auf zwei in der Längsrichtung der unteren Elektroden 42 aneinander anschließenden unteren Elektroden 42 angeordnet sind. Bei dieser Konfiguration sind die Vielzahl von MR-Filmen 50 in dem MR-Element von 4 über die Vielzahl von unteren Elektroden 42 und die Vielzahl von oberen Elektroden 43 in Reihe verbunden. Es ist zu beachten, dass die Schichten 51 bis 54 der MR-Filme 50 auch in einer umgekehrten Reihenfolge als in 4 gezeigt übereinander geschichtet sein können.
Die Signalerzeugungseinheit 2 umfasst weiterhin eine arithmetische Einheit 30. Wie in 3 gezeigt, umfasst die arithmetische Einheit 30 eine erste arithmetische Schaltung 131 und eine zweite arithmetische Schaltung 132. Die erste arithmetische Schaltung 131 erzeugt auf der Basis der Ausgabesignale aus der ersten und der dritten Erfassungsschaltung 11 und 21 ein erstes Signal, das eine Entsprechungsbeziehung zu der Intensität der Komponente des sich drehenden Magnetfelds MF in der ersten Richtung D1 und zu der Intensität der Komponente des sich drehenden Magnetfelds MF in der dritten Richtung D3 aufweist. Die zweite arithmetische Schaltung 132 erzeugt auf der Basis der Ausgabesignale der zweiten und der vierten Erfassungsschaltung 12 und 22 ein zweites Signal, das eine Entsprechungsbeziehung zu der Intensität der Komponente des sich drehenden Magnetfelds MF in der zweiten Richtung D2 und zu der Intensität der Komponente des sich drehenden Magnetfelds MF in der vierten Richtung D4 aufweist. Die erste und die zweite arithmetische Schaltung 131 und 132 und die Winkelerfassungseinheit 3 können zum Beispiel durch einen einzelnen Mikrocomputer implementiert werden.
Die arithmetische Einheit 30 umfasst weiterhin acht Eingangsanschlüsse IN1 bis IN8 und zwei Ausgangsanschlüsse OUT1 und OUT2. Die Eingangsanschlüsse IN1 bis IN8 sind jeweils mit den Ausgangsanschlüssen E11, E12, E21, E22, E31, E32, E41 und E42 verbunden.
Die arithmetische Einheit 30 umfasst weiterhin acht Analog/Digital-Wandler (nachfolgend einfach als A/D-Wandler bezeichnet) AD1 bis AD8 und acht Schalter SW1 bis SW8. Jeder der Schalter SW1 bis SW8 weist einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss auf und gestattet, dass ein leitender oder ein nicht-leitender Zustand zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss gewählt wird. Die Eingänge der A/D-Wandler AD1 bis AD8 sind jeweils mit den Eingangsanschlüssen IN1 bis IN8 verbunden. Die A/D-Wandler AD1 bis AD8 wandeln die Potentiale an den entsprechenden Ausgangsanschlüssen E11, E12, E21, E22, E31, E32, E41 und E42 zu digitalen Signalen und geben die resultierenden digitalen Signale aus. Die ersten Anschlüsse der Schalter SW1 bis SW8 sind jeweils mit Ausgängen der A/D-Wandler AD1 bis AD8 verbunden.
Die arithmetische Einheit 30 umfasst weiterhin vier Differenzschaltungen 111, 112, 121 und 122. Jede der Differenzschaltungen 111, 112, 121 und 122 weist einen ersten und einen zweiten Eingang sowie einen Ausgang auf. Der erste Eingang der Differenzschaltung 111 ist mit dem zweiten Anschluss des Schalters SW1 verbunden. Der zweite Eingang der Differenzschaltung 111 ist mit dem zweiten Anschluss des Schalters SW2 verbunden. Der erste Eingang der Differenzschaltung 112 ist mit dem zweiten Anschluss des Schalters SW3 verbunden. Der zweite Eingang der Differenzschaltung 112 ist mit dem zweiten Anschluss des Schalters SW4 verbunden. Der erste Eingang der Differenzschaltung 121 ist mit dem zweiten Anschluss des Schalters SW5 verbunden. Der zweite Eingang der Differenzschaltung 121 ist mit dem zweiten Anschluss des Schalters SW6 verbunden. Der erste Eingang der Differenzschaltung 122 ist mit dem zweiten Anschluss des Schalters SW7 verbunden. Der zweite Eingang der Differenzschaltung 122 ist mit dem zweiten Anschluss des Schalters SW8 verbunden.
Jede der ersten und der zweiten arithmetischen Schaltung 131 und 132 weist einen ersten und einen zweiten Eingang sowie einen Ausgang auf. Der erste Eingang der ersten arithmetischen Schaltung 131 ist mit dem Ausgang der Differenzschaltung 111 verbunden. Der zweite Eingang der ersten arithmetischen Schaltung 131 ist mit dem Ausgang der Differenzschaltung 121 verbunden. Der Ausgang der ersten arithmetischen Schaltung 132 ist mit dem Ausgangsanschluss OUT1 verbunden. Der erste Eingang der zweiten arithmetischen Schaltung 132 ist mit dem Ausgang der Differenzschaltung 112 verbunden. Der zweite Eingang der zweiten arithmetischen Schaltung 132 ist mit dem Ausgang der Differenzschaltung 122 verbunden. Der Ausgang der zweiten arithmetischen Schaltung 132 ist mit dem Ausgangsanschluss OUT2 verbunden.
Die Winkelerfassungseinheit 3 weist einen ersten und einen zweiten Eingang sowie einen Ausgang auf. Der erste Eingang der Winkelerfassungseinheit 3 ist mit dem Ausgangsanschluss OUT 1 verbunden. Der zweite Eingang der Winkelerfassungseinheit 3 ist mit dem Ausgangsanschluss OUT2 verbunden.
In einem normalen Zustand befinden sich die Schalter SW1 bis SW8 alle in einem leitenden Zustand. In diesem Zustand gibt die Differenzschaltung 111 ein Signal in Entsprechung zu der Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E11 und E12 zu der ersten arithmetischen Schaltung 131 aus. Die Differenzschaltung 112 gibt ein Signal in Entsprechung zu der Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E21 und E22 zu der zweiten arithmetischen Schaltung 132 aus. Die Differenzschaltung 121 gibt ein Signal in Entsprechung zu der Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E31 und E32 zu der ersten arithmetischen Schaltung 131 aus. Die Differenzschaltung 122 gibt ein Signal in Entsprechung zu der Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E41 und E42 zu der zweiten arithmetischen Schaltung 132 aus.
Der Drehfeldsensor 1 weist eine Ausfallsicherungsfunktion auf. Der Drehfeldsensor 1 umfasst eine Steuereinheit 4, die die Ausfallsicherungsfunktion steuert. Die Steuereinheit 4 steuert die Schalter SW1 bis SW8. Die Steuereinheit 4 kann wie die erste und die zweite arithmetische Schaltungen 31 bis 33 durch einen Mikrocomputer implementiert werden. Die Ausfallsicherungsfunktion wird weiter unten im Detail beschrieben.
Im Folgenden werden die Ausgangssignale der Erfassungsschaltungen 11, 12, 21 und 22 mit Bezug auf 3, 6 und 8 beschrieben. In dem Beispiel von 3 sind die Magnetisierungsrichtungen der hinsichtlich der Magnetisierung gepinnten Schichten der MR-Elemente in der zweiten Erfassungsschaltung 12 idealerweise orthogonal zu den Magnetisierungsrichtungen der hinsichtlich der Magnetisierung gepinnten Schichten der MR-Elemente in der ersten Erfassungsschaltung 11. Das Ausgabesignal der Differenzschaltung 111 weist idealerweise eine Sinuswellenform auf, die von dem ersten Winkel θ1 abhängt. Und das Ausgabesignal der Differenzschaltung 112 weist idealerweise eine Cosinuswellenform auf, die von dem ersten Winkel θ1 abhängt. In diesem Fall unterscheidet sich das Ausgabesignal der Differenzschaltung 112 von dem Ausgabesignal der Differenzschaltung 111 in der Phase durch 1/4 der Signalperiode T, d.h. durch n/2 (90°).
Wenn der erste Winkel θ1 größer als 0° und kleiner als 180° ist, weist das Ausgabesignal der Differenzschaltung 111 einen positiven Wert auf. Wenn der erste Winkel θ1 größer als 180° und kleiner als 360° ist, weist das Ausgabesignal der Differenzschaltung 111 einen negativen Wert auf. Wenn der erste Winkel θ1 gleich oder größer als 0° und kleiner als 90° ist und wenn der erste Winkel θ1 größer als 270° und kleiner oder gleich 360° ist, weist das Ausgabesignal der Differenzschaltung 112 einen positiven Wert auf. Wenn der erste Winkel θ1 größer als 90° und kleiner als 270° ist, weist das Ausgabesignal der Differenzschaltung 112 einen negativen Wert auf. Im Folgenden wird das Ausgabesignal der Differenzschaltung 111 durch S11 angegeben und wird das Ausgabesignal der Differenzschaltung 112 durch S12 angegeben. Das Ausgabesignal S11 ist ein Signal, das die Intensität der Komponente des sich drehenden Magnetfelds MF in der ersten Richtung D1 angibt. Das Ausgabesignal S12 ist ein Signal, das die Intensität der Komponente des sich drehenden Magnetfelds MF in der zweiten Richtung D2 angibt.
In dem Beispiel von 3 sind die Magnetisierungsrichtungen der hinsichtlich der Magnetisierung gepinnten Schichten der MR-Elemente in der vierten Erfassungsschaltung 22 idealerweise orthogonal zu den Magnetisierungsrichtungen der hinsichtlich der Magnetisierung gepinnten Schichten der MR-Elemente in der dritten Erfassungsschaltung 21. Das Ausgabesignal der Differenzschaltung 121 weist idealerweise eine Sinuswellenform auf, die von dem zweiten Winkel θ2 abhängt. Und das Ausgabesignal der Differenzschaltung 122 weist idealerweise eine Cosinuswellenform auf, die von dem zweiten Winkel θ2 abhängt. In diesem Fall unterscheidet sich das Ausgabesignal der Differenzschaltung 122 von dem Ausgabesignal der Differenzschaltung 121 in der Phase durch 1/4 der Signalperiode T, d.h. durch π/2 (90°).
Wenn der zweite Winkel θ2 größer als 0° und kleiner als 180° ist, weist das Ausgabesignal der Differenzschaltung 121 einen positiven Wert auf. Wenn der zweite Winkel θ2 größer als 180° und kleiner als 360° ist, weist das Ausgabesignal der Differenzschaltung 121 einen negativen Wert auf. Wenn der zweite Winkel θ2 gleich oder größer als 0° und kleiner als 90° ist und wenn der zweite Winkel θ2 größer als 270° und kleiner oder gleich 360° ist, weist das Ausgabesignal der Differenzschaltung 122 einen positiven Wert auf. Wenn der zweite Winkel θ2 größer als 90° und kleiner als 270° ist, weist das Ausgabesignal der Differenzschaltung 122 einen negativen Wert auf. Im Folgenden wird das Ausgabesignal der Differenzschaltung 121 durch S21 angegeben und wird das Ausgabesignal der Differenzschaltung 122 durch S22 angegeben. Das Ausgabesignal S21 ist ein Signal, das die Intensität der Komponente des sich drehenden Magnetfelds MF in der dritten Richtung D3 angibt. Das Ausgabesignal S22 ist ein Signal, das die Intensität der Komponente des sich drehenden Magnetfelds MF in der vierten Richtung D4 angibt.
Wie oben beschrieben, weisen in dieser Ausführungsform die Ausgabesignale der Differenzschaltungen 111, 112, 121 und 122 in Entsprechung zu den Ausgabesignalen (die Potentialdifferenzen zwischen den zwei Ausgangsanschlüssen) der Erfassungsschaltungen 11, 12, 21 und 22 idealerweise sinusförmige Wellenformen (einschließlich einer Sinuswellenform und einer Cosinuswellenform) auf. Tatsächlich verzerrt jedoch die durch die MR-Elemente selbst verursachte Verzerrung der Ausgabesignal-Wellenformen der MR-Elemente die Wellenformen der Ausgabesignale der Differenzschaltungen 111, 112, 121 und 122 von einer sinusförmigen Kurve. Beispiele für eine Situation, in der die Ausgabesignalwellenformen der MR-Elemente durch die MR-Elemente selbst verzerrt werden, sind: wenn die Magnetisierungsrichtungen der hinsichtlich der Magnetisierung gepinnten Schichten in den MR-Elementen aufgrund des Einflusses des sich drehenden Magnetfels MF oder ähnlichem variieren; und wenn die Magnetisierungsrichtungen der freien Schichten in den MR-Elementen aufgrund des Einflusses von Faktoren wie etwa einer Formanisotropie oder einer Koerzivität der freien Schichten nicht mit der Richtung des sich drehenden Magnetfelds MF zusammenfallen. Ein von einer sinusförmigen Kurve verzerrtes Ausgabesignal enthält nicht nur eine ideale sinusförmige Komponente, sondern auch eine Fehlerkomponente.
6 und 7 zeigen Beispiele für Wellenformen von Ausgabesignalen, die von einer sinusförmigen Kurve verzerrt sind. 6 zeigt ein Beispiel für die Wellenform des Ausgabesignals S11 der Differenzschaltung 111. 7 zeigt ein Beispiel für die Wellenform des Ausgabesignals S12 der Differenzschaltung 112. In 6 und 7 gibt die horizontale Achse den Winkel θ1 an und gibt die vertikale Achse den Signalwert an, wobei der Maximalwert der idealen sinusförmigen Komponente als 1 angenommen wird. Die Bezugszeichen 60 und 70 geben jeweils eine ideale sinusförmige Kurve an. Das Bezugszeichen 61 gibt die Wellenform der Fehlerkomponente in dem Ausgabesignal S11 an. Das Bezugszeichen 62 gibt die Wellenform des Ausgabesignals S11 an, das durch die MR-Elemente verzerrt wird. Das Bezugszeichen 71 gibt die Wellenform der Fehlerkomponente in dem Ausgabesignal S12 an. Das Bezugszeichen 72 gibt die Wellenform des Ausgabesignals S12 an, das durch die MR-Elemente verzerrt wird. Die Wellenformen von 6 und 7 wurden durch eine Simulation erzeugt.
Wie in 6 gezeigt, variiert die Fehlerkomponente in dem Ausgabesignal S11 in Abhängigkeit von der Variation in dem Ausgabesignal S11. Wie in 7 gezeigt, variiert die Fehlerkomponente in dem Ausgabesignal S12 in Abhängigkeit von der Variation in dem Ausgabesignal S12. Entsprechend variiert die Fehlerkomponente in dem Ausgabesignal S21 in Abhängigkeit von der Variation in dem Ausgabesignal S21. Die Fehlerkomponente in dem Ausgabesignal S22 variiert in Abhängigkeit von der Variation in dem Ausgabesignal S22. Wenn die Ausgabesignale der Differenzschaltungen in der Wellenform wie in 6 und 7 gezeigt verzerrt werden, variieren die Fehlerkomponenten in den Ausgabesignalen der Differenzschaltungen in Synchronisation mit den entsprechenden Ausgabesignalen der Differenzschaltungen jeweils mit einer Periode von 1/3 der Signalperiode T, d.h. 2π/3(120°), wie aus den durch die Bezugszeichen 61 und 71 von 6 und 7 angegebenen Wellenformen hervorgeht. Im Folgenden werden diese Fehlerkomponenten als dritte Fehlerkomponenten bezeichnet.
Die durch die MR-Elemente verursachte Verzerrung der Ausgabesignale der Differenzschaltungen von einer sinusförmigen Kurve ist jedoch nicht auf die in 6 und 7 gezeigten Beispiele beschränkt. In den Beispielen von 6 und 7 sind die Ausgabesignale der Differenzschaltungen jeweils von einer idealen sinusförmigen Kurve verzerrt, sodass sie sich einer dreieckigen Wellenform nähern. Im Gegensatz zu den Beispielen von 6 und 7 können die Ausgabesignale der Differenzschaltungen von einer idealen sinusförmigen Kurve verzerrt sein, sodass sie sich einer rechteckigen Wellenform nähern. Auch in diesem Fall enthalten die Ausgabesignale der Differenzschaltungen die dritten Fehlerkomponenten. In jedem Fall weisen die in den Ausgabesignalen der Differenzschaltungen enthaltenen dritten Fehlerkomponenten eine Periode (nachfolgend als dritte Fehlerkomponentenperiode bezeichnet) von 1/3 der Signalperiode T auf, d.h. 2π/3 (120°).
Weil die Verzerrung der Ausgabesignal-Wellenformen der MR-Elemente durch die MR-Elemente selbst wie oben beschrieben verursacht wird, kann der erfasste Winkelwert θs, der eine Entsprechungsbeziehung zu dem Winkel θ aufweist, den die Richtung DM des sich drehenden Magnetfelds MF an der Bezugsposition PR in Bezug auf die Bezugsrichtung DR bildet, einen Winkelfehler in Bezug auf den theoretischen Wert des erfassten Winkelwerts θs aufweisen, der zu erwarten ist, wenn sich die Richtung des sich drehenden Magnetfelds ideal dreht. Der Winkelfehler variiert periodisch, wenn die Richtung des sich drehenden Magnetfelds variiert. Die Variation in dem Winkelfehler hängt von der Variation in dem erfassten Winkelwert θs ab.
Wenn ein Drehfeldsensor nur die erste Erfassungseinheit 10 und keine zweite Erfassungseinheit 20 enthält, wird der erfasste Winkelwert θs auf der Basis der Ausgabesignale S11 und S12 berechnet. Insbesondere wird der erfasste Winkelwert θs zum Beispiel unter Verwendung der folgenden Gleichung (1) berechnet. Es ist zu beachten, dass „atan“ für einen Arkustangens steht. $θ s = atan (S 11 /S 12)$
Der Term „atan(S11/S12)“ der Gleichung (1) gibt die Arkustangens-Berechnung für die Bestimmung von θs wieder. Innerhalb des Bereichs von 360° weist θs in der Gleichung (1) zwei Lösungen mit einer Differenz von 180° im Wert auf. Welche der zwei Lösungen von θs in der Gleichung (1) die wahre Lösung für θs ist, kann aus der Kombination von positiven und negativen Vorzeichen von S11 und S12 bestimmt werden. Insbesondere wenn S11 einen positiven Wert aufweist, ist θs größer als 0° und kleiner als 180°. Wenn S11 einen negativen Wert aufweist, ist θs größer als 180° und kleiner als 360°. Wenn S12 einen positiven Wert aufweist, ist θs gleich oder größer als 0° und kleiner als 90° oder größer als 270° und kleiner als oder gleich 360°. Wenn S12 einen negativen Wert aufweist, ist θs größer als 90° und kleiner als 270°. Unter Verwendung der Gleichung (1) und auf der Basis der vorstehend beschriebenen Bestimmung der Kombination von positiven und negativen Vorzeichen von S11 und S12 wird θs innerhalb des Bereichs von 360° bestimmt.
8 zeigt einen Winkelwert dθ1 in dem erfassten Winkelwert θs, der unter Verwendung der Gleichung (1) auf der Basis der Wellenform des Ausgabesignals S11 (Bezugszeichen 62) von 6 und der Wellenform des Ausgabesignals S12 (Bezugszeichen 72) von 7 berechnet wird. In 8 gibt die horizontale Achse den Winkel θ1 wieder und gibt die vertikale Achse den Winkelfehler wieder. Wenn die Ausgabesignale der Differenzschaltungen 111 und 112 wie in 6 und 7 gezeigt in der Wellenform verzerrt sind, weist der Winkelfehler d01 eine Periode von 1/4 der Signalperiode T auf, d.h. π/2(90°) wie in 8 gezeigt.
Im Folgenden wird ein Verfahren zum Berechnen des erfassten Winkelwerts θs für den Fall beschrieben, dass die Ausgabesignale der Differenzschaltungen 111, 112, 121 und 122 in Entsprechung zu den Ausgabesignalen der Erfassungsschaltungen 11, 12, 21 und 22 die dritten Fehlerkomponenten enthalten. Es werden auch der Betrieb und die Effekte des Drehfeldsensors 1 gemäß der vorliegenden Erfindung für diesen Fall beschrieben.
Zuerst wird mit Bezug auf 9 bis 11 ein Verfahren zum Erzeugen des ersten und des zweiten Signals unter normalen Bedingungen beschrieben. Die erste arithmetische Schaltung 131 erzeugt das erste Signal S1 auf der Basis des Ausgabesignals S11 der Differenzschaltung 111 und des Ausgabesignals S21 der Differenzschaltung 121. Das erste Signal S1 weist eine Entsprechungsbeziehung zu der Intensität der Komponente des sich drehenden Magnetfelds MF in der ersten Richtung D1 und der Intensität der Komponente des sich drehenden Magnetfelds MF in der dritten Richtung D3 auf. Das erste Signal S1 enthält eine dritte Fehlerkomponente, die kleiner ist als die dritten Fehlerkomponenten in den Ausgabesignalen S11 und S21. Zum Beispiel können das Ausgabesignal S11 und das Ausgabesignal S21 addiert werden, um ein noch zu normalisierendes erstes Signal S1 zu erzeugen, das dann zu einem normalisierten ersten Signal S1 normalisiert werden kann.
In dieser Ausführungsform unterscheiden sich das Ausgabesignal S11 und das Ausgabesignal S21 in der Phase durch 1/2 der dritten Fehlerkomponentenperiode (1/6 der Signalperiode T), d.h. durch π/3(60°). Um diese Differenz zu erzielen, ist diese Ausführungsform derart konfiguriert, dass sich die erste Richtung D1 und die dritte Richtung D3 durch 60° in der Drehrichtung des sich drehenden Magnetfelds MF unterscheiden. Diese Ausführungsform gestattet auch, dass sich die dritte Fehlerkomponente in dem Ausgabesignal S11 und die dritte Fehlerkomponente in dem Ausgabesignal S21 gegenseitig aufheben. Dies wird mit Bezug auf 9 beschrieben. Der Teil (a) von 9 zeigt ein Beispiel für die Wellenform des Ausgabesignals S11 der Differenzschaltung 111 wie in 6. Der Teil (b) von 9 zeigt ein Beispiel für die Wellenform des Ausgabesignals S21 der Differenzschaltung 121. Die horizontale Achse in jedem der Teile (a) und (b) von 9 gibt den Winkel θ an. Das Bezugszeichen 65 gibt eine ideale sinusförmige Kurve an. Das Bezugszeichen 66 gibt die Wellenform der dritten Fehlerkomponente in dem Ausgabesignal S21 an. Das Bezugszeichen 67 gibt die Wellenform des Ausgabesignals S21 an, die durch die MR-Elemente verzerrt wird. Es soll hier ein Fall betrachtet werden, in dem das Ausgabesignal S11 und das Ausgabesignal S21 addiert werden, um das erste Signal S1 zu erzeugen. Wenn in diesem Fall das erste Signal S1 erzeugt wird, befinden sich die dritte Fehlerkomponente in dem Ausgabesignal S11 und die dritte Fehlerkomponente in dem Ausgabesignal S21 in entgegen gesetzten Phasen. Folglich heben sich die dritten Fehlerkomponenten in den Ausgabesignalen S11 und S21 gegenseitig auf.
Die dritten Fehlerkomponenten in den Ausgabesignalen S11 und S21 von 9 können dieselbe Amplitude aufweisen oder nicht. Wenn die dritten Fehlerkomponenten in den Ausgabesignalen S11 und S21 dieselbe Amplitude aufweisen, heben sich diese dritten Fehlerkomponenten gegenseitig auf, wenn das erste Signal S1 erzeugt wird. Das erste Signal S1 enthält also theoretisch eine dritte Fehlerkomponente gleich null. Dies wird im Folgenden im Detail beschrieben. Dabei soll p für die Amplitude der dritten Fehlerkomponenten in den Ausgabesignalen S11 und S21 stehen und sollen θ1 und θ2 durch θ + π/6 und 0 - π/6 ausgedrückt werden, während das noch zu normalisierende erste Signal S1 durch die folgende Gleichung (2) ausgedrückt wird. $\begin{array}{l} S 1 = S 11 + S 21 \\ \begin{matrix} = sin θ 1 - p + sin 3 θ 1 + sin θ 2 - p * sin 3 θ 2 \\ = sin (θ + \prod / 6) - p * sin 3 (θ + \prod / 6) \end{matrix} \\ + sin (θ - \prod / 6) - p * sin 3 (θ - \prod / 6) \\ = sin θ * cos (\prod / 6) + cos θ * sin (\prod / 6) \\ + sin θ *cos (- \prod / 6) + cos θ * sin (- \prod / 6) \\ - p {sin (3 θ + \prod / 2) + sin (3 θ - \prod / 2)} \\ = 2 sin θ * cos (\prod / 6) - p (cos 3 θ - cos 3 θ) \\ = 1,73 sin θ \end{array}$
In der Gleichung (2) gibt sinθ1 die ideale sinusförmige Komponente in dem Ausgabesignal S11 wieder und gibt sin02 die ideale sinusförmige Komponente in dem Ausgabesignal S21 wieder. Der Term „-p * sin3θ1“ gibt die dritte Fehlerkomponente in dem Ausgabesignal S11 wieder. Der Term „-p * sin3θ2“ gibt die dritte Fehlerkomponente in dem Ausgabesignal S21 wieder. Wie aus der Gleichung (2) hervorgeht, führt eine Addition des Ausgabesignals S11 und des Ausgabesignals S21 dazu, dass sich die dritten Fehlerkomponenten in den Ausgabesignalen S11 und S21 gegenseitig aufheben, sodass das erste Signal S1 eine dritte Fehlerkomponente von theoretisch null enthält.
Die zweite arithmetische Schaltung 132 erzeugt das zweite Signal S2 auf der Basis des Ausgabesignals S12 und des Ausgabesignals S22. Das zweite Signal S2 weist eine Entsprechungsbeziehung zu der Intensität der Komponente des sich drehenden Magnetfels MF in der zweiten Richtung D2 und zu der Intensität der Komponente des sich drehenden Magnetfelds MF in der vierten Richtung D4 auf. Das zweite Signal S2 enthält eine dritte Fehlerkomponente, die kleiner ist als die dritten Fehlerkomponenten in den Ausgabesignalen S12 und S22. Zum Beispiel können das Ausgabesignal S12 und das Ausgabesignal S22 addiert werden, um ein noch zu normalisierendes zweites Signal S2 zu erzeugen, das zu einem normalisierten zweiten Signals S2 normalisiert werden kann. In dieser Ausführungsform erzeugen die erste und die zweite arithmetische Schaltung 131 und 132 das erste und das zweite Signal S1 und S2, die normalisiert werden, sodass sie dieselbe Amplitude aufweisen.
In dieser Ausführungsform unterscheiden sich das Ausgabesignals S12 und das Ausgabesignal S22 in der Phase durch 1/2 der dritten Fehlerkomponentenperiode (1/6 der Signalperiode T), d.h. durch π/3 (60°). Diese Ausführungsform gestattet, dass sich die dritte Fehlerkomponente in dem Ausgabesignal S12 und die dritte Fehlerkomponente in dem Ausgabesignal S22 wie die Fehlerkomponenten in den Ausgabesignalen S11 und S21 gegenseitig aufheben. Dies wird mit Bezug auf 10 beschrieben. Der Teil (a) von 10 zeigt ein Beispiel für die Wellenform des Ausgabesignals S12 aus der Differenzschaltung 112 wie in 7. Der Teil (b) von 10 zeigt ein Beispiel für die Wellenform des Ausgabesignals S22 der Differenzschaltung 122. Die horizontale Achse in den Teilen (a) und (b) von 10 gibt den Winkel θ wieder. Das Bezugszeichen 75 gibt eine ideale sinusförmige Kurve an. Das Bezugszeichen 76 gibt die Wellenform der dritten Fehlerkomponente in dem Ausgabesignal S22 an. Das Bezugszeichen 77 gibt die Wellenform des Ausgabesignals S22 an, die durch die MR-Elemente verzerrt wird. Es soll hier ein Fall betrachtet werden, in dem das Ausgabesignal S12 und das Ausgabesignal S22 addiert werden, um das zweite Signal S2 zu erzeugen. Wenn in diesem Fall das zweite Signal S2 erzeugt wird, befinden sich die dritte Fehlerkomponente in dem Ausgabesignals S12 und die dritte Fehlerkomponente in dem Ausgabesignal S22 in entgegen gesetzten Phasen. Folglich heben sich die Fehlerkomponenten in den Ausgabesignalen S12 und S22 gegenseitig auf.
Die dritten Fehlerkomponenten in den Ausgabesignalen S12 und S22 von 10 können dieselbe Amplitude aufweisen oder nicht. Wenn die dritten Fehlerkomponenten in den Ausgabesignalen S12 und S22 dieselbe Amplitude aufweisen, heben sich diese dritten Fehlerkomponenten gegenseitig auf, wenn das zweite Signal S2 erzeugt wird. Daraus resultiert, dass das zweite Signal S2 eine dritte Fehlerkomponente von theoretisch null enthält. Dies wird im Folgenden im Detail beschrieben. Wie zuvor soll p die Amplitude der dritten Fehlerkomponenten in den Ausgabesignalen S12 und S22 wiedergeben und sollen θ1 und θ2 jeweils durch θ + π/6 und θ - π/6 ausgedrückt werden, während das noch zu normalisierende zweite Signal S2 durch die folgende Gleichung (3) ausgedrückt wird. $\begin{array}{l} S 2 = S 12 + S 22 \\ = cos θ 1 + p * cos 3 θ 1 + cos θ 2 + p * cos 3 θ 2 \\ = cos (θ + \prod / 6) + p * cos 3 (θ + \prod / 6) \\ + cos (θ - \prod / 6) + p * cos 3 (θ - \prod / 6) \\ = cos θ * cos (\prod / 6) - sin θ * sin (\prod / 6) \\ + cos θ * cos (- \prod / 6) - sin θ * sin (- \prod / 6) \\ + p {cos (3 θ + \prod / 2) + cos (3 θ - \prod / 2)} \\ = 2 cos θ * cos (\prod / 6) + p (- sin 3 θ + sin 3 θ) \\ = 1,73 cos θ \end{array}$
In der Gleichung (3) gibt cosθ1 die ideale sinusförmige Komponente in dem Ausgabesignal S12 wieder und gibt cosθ2 die ideale sinusförmige Komponente in dem Ausgabesignal S22 wieder. Der Term „p * cos3(θ + π/6)“ gibt die dritte Fehlerkomponente in dem Ausgabesignal S12 wieder. Der Term „p * cos3 (θ - π/6)“ gibt die dritte Fehlerkomponente in dem Ausgabesignal S22 wieder. Wie aus der Gleichung (3) hervorgeht, führt das Addieren des Ausgabesignals S12 und des Ausgabesignals S22 dazu, dass sich die dritten Fehlerkomponenten in den Ausgabesignalen S12 und S22 gegenseitig aufheben, sodass das zweite Signal S2 eine dritte Fehlerkomponente von theoretisch null enthält.
11 zeigt die Wellenform des ersten Signals S1 (Bezugszeichen 81), das erhalten wird, indem die Ausgabesignale S11 und S21 von 9 addiert werden, und die Wellenform des zweiten Signals S2 (Bezugszeichen 82), das erhalten wird, indem die Ausgabesignale S12 und S22 von 10 addiert werden. Die horizontale Achse in 11 gibt den Winkel θ an. Weil sich wie in 11 gezeigt die dritten Fehlerkomponenten in den Ausgabesignalen S11 und S21 gegenseitig aufheben, weist das erste Signal S1 eine Sinuswellenform auf, die eine Reduktion in der Verzerrung, d.h. eine Reduktion in der dritten Fehlerkomponente, erzielt. Und weil sich die dritten Fehlerkomponenten in den Ausgabesignalen S12 und S22 gegenseitig aufheben, weist das zweite Signal S2 eine Sinuswellenform auf, die eine Reduktion in der Verzerrung, d.h. eine Reduktion in der dritten Fehlerkomponente erzielt.
Im Folgenden wird das Verfahren zum Berechnen des erfassten Winkelwerts θs beschrieben, wobei angenommen wird, dass das erste Signal S1 keine weiter unten beschriebene erste Fehlerkomponente enthält und das zweite Signal S2 keine weiter unten beschriebene zweite Fehlerkomponente enthält. In diesem Fall kann die folgende Gleichung (4) verwendet werden, um den erfassten Winkelwert θs mit einer Entsprechungsbeziehung zu dem Winkel θ zu berechnen, den die Richtung DM des sich drehenden Magnetfelds MF an der Bezugsposition PR in Bezug auf die Bezugsrichtung DR bildet. Es ist zu beachten, dass S1 und S2 in der Gleichung (4) jeweils das normalisierte erste Signal und das normalisierte zweite Signal wiedergeben. $θ s = atan (S 1 /S 2)$
Insbesondere kann wie bei dem Verfahren zum Bestimmen von θs unter Verwendung der Gleichung (1) hier θs innerhalb des Bereichs von 360° unter Verwendung der Gleichung (4) und auf der Basis der Bestimmung der Kombination von positiven und negativen Vorzeichen von S1 und S2 bestimmt werden.
Wenn das noch zu normalisierende erste Signal S1 und das noch zu normalisierte zweite Signal S2 durch die Gleichungen (2) und (3) ausgedrückt werden, sind S1 und S2 in der Gleichung (4) jeweils gleich sinθ und cosθ. Folglich wird θs durch die Gleichung (4) gleich 0 berechnet. In diesem Fall enthält der erfasste Winkelwert θs einen Winkelfehler von theoretisch null. Also auch wenn gemäß der vorliegenden Erfindung die Ausgabesignal-Wellenformen der MR-Elemente durch die MR-Elemente selbst verzerrt werden und die entsprechenden Ausgabesignale die dritten Fehlerkomponenten enthalten, kann der durch die MR-Elemente verursachte Fehler in dem erfassten Winkelwert θs reduziert werden.
In dieser Ausführungsform ist die Phasendifferenz zwischen den Ausgabesignalen S11 und S21 nicht auf 1/2 der dritten Fehlerkomponentenperiode (1/6 der Signalperiode T) beschränkt und kann ein beliebiges Vielfaches von 1/2 der dritten Fehlerkomponentenperiode (1/6 der Signalperiode T) (mit Ausnahme eines ganzzahligen Vielfachen von 1/2 der Signalperiode T sein). In diesen Fällen heben sich die dritte Fehlerkomponente in dem Ausgabesignal S11 und die dritte Fehlerkomponente in dem Ausgabesignal S21 gegenseitig auf, wenn das erste Signal S1 durch das Addieren des Ausgabesignals S11 und des Ausgabesignals S21 erzeugt wird. Dadurch wird der Fehler in dem erfassten Winkelwert 9s reduziert. Entsprechend ist die Phasendifferenz zwischen den Ausgabesignalen S12 und S22 nicht auf 1/2 der dritten Fehlerkomponentenperiode (1/6 der Signalperiode T) beschränkt und kann ein beliebiges Vielfaches von 1/2 der dritten Fehlerkomponentenperiode (1/6 der Signalperiode T)(mit Ausnahme eines ganzzahligen Vielfachen von 1/2 der Signalperiode T) sein. In diesen Fällen heben sich die dritte Fehlerkomponente in dem Ausgabesignal S12 und die dritte Fehlerkomponente in den Ausgabesignal S22 gegenseitig auf, wenn das zweite Signal S2 durch das Addieren des Ausgabesignals S12 und des Ausgabesignals S22 erzeugt wird. Dadurch kann der Fehler in dem erfassten Winkelwert θs reduziert werden.
In dieser Ausführungsform sind die erste Position P1 und die zweite Position P2 in der Drehrichtung des sich drehenden Magnetfelds MF identisch. In diesem Fall können sich die erste Richtung D1 und die dritte Richtung D3 voneinander in der Drehrichtung des sich drehenden Magnetfelds MF um einen Raumwinkel unterscheiden, der einem ungeraden Vielfachen von 1/2 der dritten Fehlerkomponentenperiode (1/6 der Signalperiode T) (mit Ausnahme eines ganzzahligen Vielfachen von 1/2 der Signalperiode T) entspricht. Deshalb können sich die Ausgabesignale S11 und S21 in der Phase durch ein ungerades Vielfaches von 1/2 der dritten Fehlerkomponentenperiode (1/6 der Signalperiode T) (mit Ausnahme eines ganzzahligen Vielfachen von 1/2 der Signalperiode T) unterscheiden. In dem Beispiel von 2 unterscheiden sich die erste Richtung D1 und die dritte Richtung D3 voneinander in der Drehrichtung des sich drehenden Magnetfelds MF um einen Raumwinkel, der 1/2 der dritten Komponentenfehlerperiode (1/6 der Signalperiode T) entspricht, d.h. um 60°.
Die Phasendifferenz zwischen den Ausgabesignalen S11 und S21 ist nicht auf ein ganzzahliges Vielfaches von 1/2 der dritten Fehlerkomponentenperiode (1/6 der Signalperiode T) beschränkt und kann auch ein gerades Vielfaches von 1/2 der dritten Fehlerkomponentenperiode (1/6 der Signalperiode T) (mit Ausnahme eines ganzzahligen Vielfachen von 1/2 der Signalperiode T) sein. In diesen Fällen weisen die dritte Fehlerkomponente in dem Ausgabesignal S11 und die dritte Fehlerkomponente in dem Ausgabesignal S21 dieselbe Phase auf, wenn das erste Signal S1 erzeugt wird. In diesem Fall wird zum Beispiel das Ausgabesignal S21 von dem Ausgabesignal S11 subtrahiert und wird das Ergebnis normalisiert, um als erstes Signal S1 zu dienen. Auf diese Weise können sich die dritte Fehlerkomponente in dem Ausgabesignal S11 und die dritte Fehlerkomponente in dem Ausgabesignal S21 gegenseitig aufheben. Entsprechend ist die Phasendifferenz zwischen den Ausgabesignalen S12 und S22 nicht auf ein ungerades Vielfaches von 1/2 der dritten Fehlerkomponentenperiode (1/6 der Signalperiode T) beschränkt und kann auch ein gerades Vielfaches von 1/2 der dritten Fehlerkomponentenperiode (1/6 der Signalperiode T) (mit Ausnahme eines ganzzahligen Vielfachen von 1/2 der Signalperiode T) sein. In diesen Fällen weisen die dritte Fehlerkomponente in dem Ausgabesignal S12 und die dritte Fehlerkomponente in dem Ausgabesignal S22 dieselbe Phase auf, wenn das zweite Signal S2 erzeugt wird. In diesem Fall wird zum Beispiel das Ausgabesignal S22 von dem Ausgabesignal S12 subtrahiert und wird das Ergebnis normalisiert, um als das zweite Signal S2 zu dienen. Auf diese Weise können sich die dritte Fehlerkomponente in dem Ausgabesignal S12 und die dritte Fehlerkomponente in dem Ausgabesignal S22 gegenseitig aufheben.
Vorzugsweise sind die Phasendifferenz zwischen den Ausgabesignalen S11 und S21 und die Phasendifferenz zwischen den Ausgabesignalen S12 und S22 jeweils ein ganzzahliges Vielfaches von 1/6 der Signalperiode mit Ausnahme eines ganzzahligen Vielfachen von 1/2 der Signalperiode T. Die Phasendifferenz zwischen den Ausgabesignalen S11 und S21 und die Phasendifferenz zwischen den Ausgabesignalen S12 und S22 können sich jedoch jeweils von einem ganzzahligen Vielfachen von 1/6 der Signalperiode T mit Ausnahme von einem ganzzahligen Vielfachen von 1/2 der Signalperiode T unterscheiden, solange das erste Signal S1 eine Reduktion in der dritten Fehlerkomponente im Vergleich zu den Ausgabesignalen S11 und S21 erzielen kann und das zweite Signal S2 eine Reduktion in der dritten Fehlerkomponente im Vergleich zu den Ausgabesignalen S12 und S22 erzielen kann.
In dieser Ausführungsform wird der erfasste Winkelwert unter Verwendung der zwei Erfassungseinheiten 10 und 20 bestimmt, die gleiche Konfigurationen mit Ausnahme der Magnetisierungsrichtungen der hinsichtlich der Magnetisierung gepinnten Schichten der MR-Elemente aufweisen. Also auch wenn die dritten Fehlerkomponenten in den jeweiligen Ausgabesignalen der Differenzschaltungen in Abhängigkeit von der Temperatur variieren, können sich die dritten Fehlerkomponenten, die Fluktuationen aufgrund der Temperatur enthalten, in den Ausgabesignalen der Differenzschaltungen gegenseitig aufheben, wenn der erfasste Winkelwert bestimmt wird. Folglich kann gemäß dieser Ausführungsform der erfasste Winkelwert mit weniger Temperatur-basierten Fehlervariationen erhalten werden.
Im Folgenden wird das Verfahren zum Berechnen des berechneten Winkelwerts θs für den Fall beschrieben, dass das erste Signal S1 die erste Fehlerkomponente enthält und das zweite Signal S2 die zweite Fehlerkomponente enthält. Außerdem werden der Betrieb und die Effekte des Drehfeldsensors 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform in einem derartigen Fall beschrieben.
Zuerst wird der Fall beschrieben, in dem das erste Signal S1 die erste Fehlerkomponente enthält und das zweite Signal S2 die zweite Fehlerkomponente enthält. Wie zuvor beschrieben, ist die Ausgabesignal-Wellenform eines MR-Elements verzerrt, wenn sich die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht des MR-Elements von der Drehrichtung des sich drehenden Magnetfelds MF unterscheidet. Eine derartige Situation kann aufgrund des Einflusses der induzierten magnetischen Anisotropie der freien Schicht oder auch aufgrund des Einflusses der Formanisotropie und der Koerzivität der freien Schicht wie zuvor beschrieben auftreten. Die induzierte magnetische Anisotropie tritt zum Beispiel auf, wenn der Drehfeldsensor 1 an einer vorbestimmten Position installiert wird und danach an dem Installationsort des Drehfeldsensors 1 die Temperatur ansteigt und fällt, während ein externes Magnetfeld in einer bestimmten Richtung an den MR-Elementen angelegt wird. Wenn die freien Schichten eine induzierte magnetische Anisotropie aufweisen, kann die Magnetisierungsrichtung der freien Schichten nicht genau der Richtung des sich drehenden Magnetfelds folgen. Dadurch werden die Ausgabesignal-Wellenformen der MR-Elemente von einer sinusförmigen Kurve verzerrt. In diesem Fall enthält das von einer sinusförmigen Kurve verzerrte Ausgabesignal nicht nur eine ideale sinusförmige Komponente, sondern auch eine Fehlerkomponente, die von der Variation in der Richtung des sich drehenden Magnetfelds MF abhängt.
12 und 13 zeigen Beispiele für Wellenformen von Ausgabesignalen, die von einer sinusförmigen Kurve verzerrt sind. Der Teil (a) von 12 zeigt die Wellenform des Ausgabesignals S11 der Differenzschaltung 111. Der Teil (b) von 12 zeigt die Wellenform des Ausgabesignals S22 der Differenzschaltung 121. In jedem der Teile (a) und (b) von 12 gibt die horizontale Achse den Winkel θ an, während die vertikale Achse den Signalwert wie in 6 und 7 angibt. In 12 werden identische Wellenformen wie in 9 durch gleiche Bezugszeichen wie in 9 angegeben. Die Bezugszeichen 60 und 65 geben jeweils eine ideale sinusförmige Kurve an. Die Bezugszeichen 61 und 66 geben die Wellenformen der dritten Fehlerkomponenten in den entsprechenden Ausgabesignalen an. Die Bezugszeichen 63 und 68 geben die Wellenformen der Fehlerkomponenten, die von der Variation in der Richtung des sich drehenden Magnetfelds MF abhängen, in den jeweiligen Ausgabesignalen an. Die Bezugszeichen 64 und 69 geben die Wellenformen der Ausgabesignale an, die aufgrund der MR-Elemente verzerrt werden. Die Wellenformen von 12 wurden durch eine Simulation erzeugt. Wie in 12 gezeigt, ist eine Variation in der durch das Bezugszeichen 63 angegebenen Fehlerkomponente in dem Ausgabesignal S11 identisch. mit der Variation der durch das Bezugszeichen 68 angegebenen Fehlerkomponente in dem Ausgabesignal S21. Die durch die Bezugszeichen 63 und 68 angegebenen Fehlerkomponenten werden wie oben beschrieben durch die induzierte magnetische Anisotropie der freien Schicht verursacht.
Der Teil (a) von 13 zeigt die Wellenform des Ausgabesignals S12 der Differenzschaltung 112. Der Teil (b) von 13 zeigt die Wellenform des Ausgabesignals S22 der Differenzschaltung 122. In jedem der Teile (a) und (b) von 13 gibt die horizontale Achse den Winkel θ an, während die vertikale Achse den Signalwert wie in 6 und 7 angibt. In 13 werden dieselben Wellenformen wie in 10 durch gleiche Bezugszeichen wie in 10 angegeben. Die Bezugszeichen 70 und 75 geben jeweils eine ideale sinusförmige Kurve an. Die Bezugszeichen 71 und 76 geben die Wellenformen der dritten Fehlerkomponenten in den entsprechenden Ausgabesignalen an. Die Bezugszeichen 73 und 78 geben die Wellenformen der Fehlerkomponenten, die von der Variation in der Richtung des sich drehenden Magnetfelds MF abhängen, in den jeweiligen Ausgabesignalen an. Die Bezugszeichen 74 und 79 geben die Wellenformen der Ausgabesignale an, die durch die MR-Elemente verzerrt werden. Die Wellenformen in 13 wurden durch eine Simulation erzeugt. Wie in 13 gezeigt, ist die Variation in der durch das Bezugszeichen 73 angegebenen Fehlerkomponente in dem Ausgabesignal S12 identisch mit der Variation in der durch das Bezugszeichen 78 angegebenen Fehlerkomponente in dem Ausgabesignal S22. Die durch die Bezugszeichen 73 und 78 angegebenen Fehlerkomponenten werden durch die induzierte magnetische Anisotropie der freien Schicht wie oben beschrieben verursacht.
Wie in 12 gezeigt, variieren die durch das Bezugszeichen 63 angegebene Fehlerkomponente und die durch das Bezugszeichen 68 angegebene Fehlerkomponente in einer Synchronisation miteinander jeweils mit einer Periode von 1/3 der Signalperiode T, d.h. 2π/3 (120°). Entsprechend variieren die durch das Bezugszeichen 73 angegebene Fehlerkomponente und die durch das Bezugszeichen 78 angegebene Fehlerkomponente in einer Synchronisation miteinander jeweils mit einer Periode von 1/3 der Signalperiode T, d.h. 2π/3 (120°). Die durch die Bezugszeichen 63, 68, 73 und 78 angegebenen Fehlerkomponenten weisen also dieselbe Periode auf wie die dritte Fehlerkomponente (dritte Fehlerkomponentenperiode). Die durch die Bezugszeichen 63, 68, 73 und 78 angegebenen Fehlerkomponenten weisen jedoch nicht notwendigerweise dieselbe Phase wie die durch die Bezugszeichen 60, 65, 70 und 75 angegebenen idealen sinusförmigen Kurven auf und weisen weiterhin nicht notwendigerweise dieselbe Phase auf wie die dritte Fehlerkomponente. Der Grund hierfür ist, dass es wie zuvor beschrieben Fälle gibt, in denen eine induzierte magnetische Anisotropie der freien Schicht nach der Installation des Drehfeldsensors 1 veranlasst, dass die Richtung der einfachen Magnetisierung in einer willkürlichen Richtung ausgerichtet ist. Im Folgenden werden die durch die Bezugszeichen 63, 68, 73 und 78 angegebenen Fehlerkomponenten als phasenverschobene Fehlerkomponenten bezeichnet. Der durch die phasenverschobenen Fehlerkomponenten verursachte Fehler in dem erfassten Winkelwert θs kann nicht durch das zuvor genannte Verfahren zum Reduzieren der dritten Fehlerkomponenten reduziert werden. In dieser Ausführungsform werden deshalb das erste und das zweite Signal S1 und S2 mit den reduzierten dritten Fehlerkomponenten durch die Winkelerfassungseinheit 3 wie nachfolgend beschrieben korrigiert. Dadurch wird der durch die phasenverschobenen Fehlerkomponenten verursachte Fehler in dem erfassten Winkelwert θs reduziert.
Die durch die Bezugszeichen 63, 68, 73 und 78 angegebenen phasenverschobenen Fehlerkomponenten können dieselbe Amplitude aufweisen oder nicht. Der Einfachheit halber wird in der folgenden Beschreibung angenommen, dass die durch die Bezugszeichen 63, 68, 73 und 78 angegebenen phasenverschobenen Fehlerkomponenten dieselbe Amplitude aufweisen.
Im Folgenden werden zuerst die Ausgabesignale S11, S12, S21 und S22 beschrieben, die jeweils die dritte Fehlerkomponente und die phasenverschobene Fehlerkomponente enthalten. Die Ausgabesignale S11, S12, S21 und S22 werden durch die folgenden Gleichungen (5) bis (8) ausgedrückt, wobei p die Amplitude der dritten Fehlerkomponente ist, f die Amplitude der phasenverschobenen Fehlerkomponente ist und Φ die Anfangsphase der phasenverschobenen Fehlerkomponente, d.h. die Phase der verschobenen Fehlerkomponente bei θ = 0 ist. Es ist zu beachten, dass Φ einen beliebigen Wert annimmt. $S 11 = sin θ 1 - p * sin 3 θ 1 + f * sin (3 θ + ϕ)$
$S 12 = cos θ 1 + p * cos 3 θ 1 + f * cos (3 θ + ϕ)$
$S 21 = sin θ 2 - p * sin 3 θ 2 + f * sin (3 θ + ϕ)$
$S 22 = cos θ 2 + p * cos 3 θ 2 + f * cos (3 θ + ϕ)$
Wenn θ1 und θ2 jeweils durch θ +π/6 und θ - π/6 ausgedrückt werden, wird das erste Signal S1 durch die folgende Gleichung (9) ausgedrückt. $\begin{array}{l} S 1 = S 11 + S 21 \\ = sin θ 1 - p * sin 3 θ 1 + f * sin (3 θ + ϕ) \\ + sin θ 2 - p * sin 3 θ 2 + f * sin (3 θ + ϕ) \\ = sin (θ + \prod / 6) - p * sin 3 (θ + \prod / 6) \\ + sin (θ - \prod / 6) - p * sin 3 (θ - \prod / 6) \\ + 2 f * sin (3 θ + ϕ) \\ = 1,73 sin θ + 2 f * sin (3 θ + ϕ) \end{array}$
Wie mit Bezug auf 9 und die Gleichung (2) beschrieben, verursacht das Addieren des Ausgabesignals S11 und des Ausgabesignals S21, dass sich die in den entsprechenden Ausgabesignalen S11 und S21 enthaltenen dritten Fehlerkomponenten gegenseitig aufheben. Die phasenverschobenen Fehlerkomponenten in den entsprechenden Ausgabesignalen S11 und S21 können sich jedoch nicht gegenseitig aufheben. Daraus resultiert, dass das erste Signal S1 eine Fehlerkomponente enthält, die aus den phasenverschobenen Fehlerkomponenten resultiert. Die Fehlerkomponente des ersten Signals S1, die aus den phasenverschobenen Fehlerkomponenten resultiert, wird nachfolgend als die erste Fehlerkomponente bezeichnet.
Das zweite Signal S2 wird durch die folgende Gleichung (10) ausgedrückt, die der Gleichung (9) ähnlich ist. $\begin{array}{l} S 2 = S 12 + S 22 \\ = cos θ 1 + p * cos 3 θ 1 + f * cos (3 θ + ϕ) \\ + cos θ 2 + p * cos 3 θ 2 + f * cos (3 θ + ϕ) \\ = cos (θ + \prod / 6) + p * cos 3 (θ + \prod / 6) \\ + cos (θ - \prod / 6) + p * cos 3 (θ - \prod / 6) \\ + 2 f * cos (3 θ + ϕ) \\ = 1,73 cos θ + 2 f * cos (3 θ + ϕ) \end{array}$
Wie mit Bezug auf 10 und die Gleichung (3) beschrieben, verursacht das Addieren des Ausgabesignals S12 und des Ausgabesignals S22, dass sich die in den entsprechenden Ausgabesignalen S12 und S22 enthaltenen dritten Fehlerkomponenten gegenseitig aufheben. Die phasenverschobenen Fehlerkomponenten in den entsprechenden Ausgabesignalen S12 und S22 können sich jedoch nicht gegenseitig aufheben. Daraus resultiert, dass das zweite Signal S2 eine Fehlerkomponente enthält, die aus den phasenverschobenen Fehlerkomponenten resultiert. Die Fehlerkomponente des zweiten Signals S2, die aus den phasenverschobenen Fehlerkomponenten resultiert, wird nachfolgend als die zweite Fehlerkomponente bezeichnet.
Im Folgenden wird das Verfahren zum Berechnen des erfassten Winkelwerts θs in dieser Ausführungsform beschrieben. Die erste und die zweite arithmetische Schaltung 131 und 132 erzeugen jeweils das erste und das zweite Signal S1 und S2, die mit den Intensitäten von Komponenten des sich drehenden Magnetfelds in jeweils verschiedenen Richtungen assoziiert sind und normalisiert werden, sodass sie dieselbe Amplitude aufweisen. Das normalisierte erste Signal S1 und das normalisierte zweite Signal S2 werden zu der Winkelerfassungseinheit 3 geführt. In der Winkelerfassungseinheit 3 erzeugt die erste arithmetische Einheit 31 ein Quadratsummensignal S1² + S2². Das Quadratsummensignal S1² + S2² besteht aus der Summe des Quadrats des ersten Signals S1 und des Quadrats des zweiten Signals S2 und weist eine Periode von 1/2 der Signalperiode T auf. Insbesondere berechnet die erste arithmetische Einheit 31 einen temporären erfassten Winkelwert θt auf der Basis des ersten und des zweiten Signals S1 und S2 und drückt das Quadratsummensignal S1² + S2² als eine Funktion des temporären erfassten Winkelwerts θt aus.
Im Folgenden wird auf 14 und 15 Bezug genommen, um den Prozess zum Erzeugen des Quadratsummensignals und die Eigenschaft des Quadratsummensignals zu beschreiben. 14 zeigt die Wellenformen des ersten und des zweiten Signals S1 und S2, die auf der Basis der Wellenformen der entsprechenden Ausgabesignale von 12 und 13 erzeugt werden. Der Teil (a) von 14 zeigt die Wellenform des noch zu normalisierenden ersten Signals S1 (Bezugszeichen 91), die Wellenform des normalisierten ersten Signals S1 (Bezugszeichen 92) und die Wellenform des ersten korrigierten Signals (Bezugszeichen 93). Der Teil (b) von 14 zeigt die Wellenform des noch zu normalisierenden zweiten Signals S2 (Bezugszeichen 94), die Wellenform des normalisierten zweiten Signals S2 (Bezugszeichen 95) und die Wellenform des zweiten korrigierten Signals S2 (Bezugszeichen 96). In jedem der Teile (a) und (b) von 14 gibt die horizontale Achse den Winkel θ an, während die vertikale Achse den Signalwert angibt, wobei der Maximalwert des normalisierten Signals als 1 angenommen wird. Das erste und das zweite korrigierte Signal werden weiter unten im Detail beschrieben. Weil das normalisierte erste Signal S1 und das normalisierte zweite Signal S2 jeweils die erste Fehlerkomponente und die zweite Fehlerkomponente enthalten, sind die Wellenformen des normalisierten ersten Signals S1 und des normalisierten zweiten Signals S2 wie in 14 gezeigt von einer sinusförmigen Kurve verzerrt.
Die erste arithmetische Einheit 31 berechnet den temporären erfassten Winkelwert θt auf der Basis des ersten und des zweiten Signals S1 und S2 unter Verwendung der folgenden Gleichung (11). Der temporäre erfasste Winkelwert θt ist ein temporärer erfasster Wert des Winkels θ, den die Richtung DM des sich drehenden Magnetfelds MR an der Bezugsposition PR in Bezug auf die Bezugsrichtung DR bildet. $θ t = atan (S 1 /S 2)$
Die erste arithmetische Einheit 31 drückt das Quadratsummensignal S1² + S2² als eine Funktion des temporären erfassten Winkelwerts θt aus. 15 zeigt die Wellenform des Quadratsummensignals S1² + S2², das als eine Funktion des temporären erfassten Winkelwerts θt ausgedrückt wird. In 15 gibt die horizontale Achse den temporären erfassten Winkelwert θt an, während die vertikale Achse den Wert des Quadratsummensignals S1² + S2² angibt.
Das erste Signal S1 enthält die erste ideale Komponente und die erste Fehlerkomponente. Das zweite Signal S2 enthält die zweite ideale Komponente und die zweite Fehlerkomponente. Die erste ideale Komponente und die zweite ideale Komponente variieren periodisch mit derselben Signalperiode T in einer idealen Sinusform. Die zweite ideale Komponente unterscheidet sich von der ersten idealen Komponente in der Phase. Insbesondere unterscheidet sich die zweite ideale Komponente von der ersten idealen Komponente in der Phase durch ein ungerades Vielfaches von 1/4 der Signalperiode T. Die Summe des Quadrats der ersten idealen Komponente und des Quadrats der zweiten idealen Komponente nimmt einen konstanten Wert an.
Wenn das erste Signal S1 die erste Fehlerkomponente nicht enthält und die das zweite Signal S2 die zweite Fehlerkomponente nicht enthält, dann ist das Quadratsummensignal S1² + S2² gleich der Summe des Quadrats der ersten idealen Komponente und des Quadrats der zweiten idealen Komponente und nimmt einen konstanten Wert an. Im Gegensatz dazu variiert bei der ersten und der zweiten Fehlerkomponente in dem ersten und dem zweiten Signal S1 und S2 das Quadratsummensignal S1² + S2² mit einer Periode von 1/2 der Signalperiode T wie in 15 gezeigt. Die Amplitude und die Anfangsphase des Quadratsummensignals S1² + S2² hängen von der Amplitude und der Anfangsphase der ersten und der zweiten Fehlerkomponente ab. Unter Nutzung dieser Eigenschaft gestattet die vorliegende Ausführungsform, dass die zweite arithmetische Einheit 32 die erste Fehlerkomponentenschätzung und die zweite Fehlerkomponentenschätzung auf der Basis des Quadratsummensignals S1² + S2² berechnet.
Wenn das erste Signal S1 die erste Fehlerkomponente enthält und das zweite Signal S2 die zweite Fehlerkomponente enthält, kann das erste Signal S1 als sin0 + F * sin(3θ + Φ) ausgedrückt werden und kann das zweite Signal S2 als cosθ + F * cos(3θ + ϕ) ausgedrückt werden. Dabei gibt F die Amplitude der ersten und der zweiten Fehlerkomponente in dem ersten und dem zweiten Signal S1 und S2 wieder und weist eine Entsprechungsbeziehung zu der Amplitude f der phasenverschobenen Komponenten in den Ausgabesignalen S11, S12, S21 und S22 auf, die durch die Gleichungen (5) bis (8) ausgedrückt werden. Insbesondere gilt, dass F = 2f / 1,73. Theoretisch wird das Quadratsummensignal durch die folgende Gleichung (12) ausgedrückt. $\begin{array}{l} S 1^{2} + S 2^{2} \\ = {sin θ + F * sin (3 θ + ϕ)}^{2} \\ + {cos θ + F * cos (3 θ + ϕ)}^{2} \\ = {sin}^{2} θ + {cos}^{2} θ \\ + F^{2} {{sin}^{2} (3 θ + ϕ) + {cos}^{2} (3 θ + ϕ)} \\ + 2 F {cos θ * cos (3 θ + ϕ) + sin θ * sin (3 θ + ϕ)} \\ = 1 + F^{2} + 2 F * cos (θ - 3 θ - ϕ) \\ = 1 + F^{2} + 2 F * cos (2 θ + ϕ) \end{array}$
Aus der Gleichung (12) geht hervor, dass die Amplitude und die Anfangsphase des theoretischen Quadratsummensignals S1² und S2² jeweils 2F und Φ sind. Die Amplitude und die Anfangsphase des theoretischen Quadratsummensignals S1² und S2² hängen von der Amplitude F und der Anfangsphase Φ der ersten und der zweiten Fehlerkomponente ab. Aus der Wellenform des tatsächlichen Quadratsummensignals S1² + S2², das als eine Funktion des temporären erfassten Winkelwerts θt von 15 ausgedrückt wird, erfasst die zweite arithmetische Einheit 32 die Amplitude 2Ft und die Anfangsphase Φt des tatsächlichen Quadratsummensignals. Die Anfangsphase Φt ist die Phase des tatsächlichen Quadratsummensignals S1² + S2² bei θt = 0. Der Term 2Ft entspricht einem geschätzten Wert von 2F in der Gleichung (12), und φt entspricht einem geschätzten Wert von φ in der Gleichung (12). In diesem Fall wird das tatsächliche Quadratsummensignal S1² + S2² als 1 + Ft² + 2Ft * cos (2θt + Φt) ausgedrückt. Dabei wird angenommen, dass das noch zu normalisierende erste Signal S1, das durch die Gleichung (9) ausgedrückt wird, durch Sa dividiert wird, um das normalisierte erste Signal S1 zu erzeugen, während das noch zu normalisierende zweite Signal S2, das durch die Gleichung (10) ausgedrückt wird, durch Sb dividiert wird, um das normalisierte zweite Signal S2 zu erzeugen. In diesem Fall ist Ft gleich f / (Sa + Sb). Das entspricht beinahe F, das aus 2f / 1,73 bestimmt wird.
Im Folgenden wird ein spezifisches Beispiel für das Verfahren zum Erfassen der Amplitude 2Ft und der Anfangsphase Φt des tatsächlichen Quadratsummensignals beschrieben. Zum Beispiel erfasst die zweite arithmetische Einheit 32 die Maximal- und Minimalwerte des Quadratsummensignals S1² + S2² aus der Wellenform des tatsächlichen Quadratsummensignals S1² + S2² und bestimmt 1/2 der Differenz zwischen dem Maximalwert und dem Minimalwert als die Amplitude 2Ft. Weiterhin erfasst die zweite arithmetische Einheit 32 aus der Wellenform des tatsächlichen Quadratsummensignals S1² + S2² einen temporären erfassten Winkelwert θt, bei dem die Summe der Quadratsignale S1² + S2² maximiert ist. Ein derartiger temporärer erfasster Winkelwert θt wird innerhalb des Bereichs zwischen 0 und weniger als 2nt erfasst. Wenn der erfasste Wert gleich oder größer als 0 und kleiner als n ist, dann wird der erfasste wert als θmax definiert. Wenn der erfasste Wert gleich oder größer als n und kleiner als 2n ist, dann wird π von dem Wert subtrahiert und wird der resultierende Wert als θmax definiert. Weil das Quadratsummensignal S1² + S2² den Maximalwert annimmt, wenn 2θmax + Φt = 2n ist, erfasst die zweite arithmetische Einheit 32 2π - 2θmax als die Anfangsphase Φt.
Die zweite arithmetische Einheit 32 berechnet die erste und die zweite Fehlerkomponentenschätzung et1 und et2 unter Verwendung der Amplitude 2Ft und der Anfangsphase Φt des tatsächlichen Quadratsummensignals sowie des temporären erfassten Winkelwerts θt. Insbesondere wird die erste Fehlerkomponentenschätzung et1 als Ft * sin (3θt + Φt) berechnet und wird die zweite Fehlerkomponente et2 als Ft * cos (3θt + Φt) berechnet. Die zweite arithmetische Einheit 32 kann 2Ft und Φt mit Intervallen von ein Mal pro Periode des Quadratsummensignals S1² + S2² oder mit Intervallen von ein Mal alle zwei oder mehr Perioden des Quadratsummensignals S1² + S2² berechnen, um die ersten und zweiten Fehlerkomponentenschätzungen et1 und et2 zu aktualisieren.
In der Winkelerfassungseinheit 3 subtrahiert dann die erste arithmetische Einheit 33 die erste Fehlerkomponentenschätzung et1 von dem ersten Signal S1, um das erste korrigierte Signal St1 zu erzeugen, und subtrahiert die zweite Fehlerkomponentenschätzung et2 von dem zweiten Signal S2, um das zweite korrigierte Signal St2 zu erzeugen. Insbesondere erzeugt die dritte arithmetische Einheit 33 das erste korrigierte Signal St1, indem sie die neueste erste Fehlerkomponentenschätzung etl, die an der zweiten arithmetischen Einheit 32 aktualisiert wurde, von dem neuesten ersten Signal S1 aus der Signalerzeugungseinheit 2 subtrahiert. Die dritte arithmetische Einheit 33 erzeugt weiterhin das zweite korrigierte Signal St2, indem sie die neueste zweite Fehlerkomponentenschätzung et2, die an der zweiten arithmetischen Einheit 32 aktualisiert wurde, von dem neuesten zweiten Signal S2 aus der Signalerzeugungseinheit 2 subtrahiert. Auf der Basis des ersten und des zweiten korrigierten Signals St1 und St2 berechnet die arithmetische Einheit 33 dann den erfassten Winkelwert θs, der eine Entsprechungsbeziehung zu dem Winkel θ aufweist, den die Richtung DM des sich drehenden Magnetfelds MF an der Bezugsposition PR in Bezug auf die Bezugsrichtung DR bildet. In 14 gibt das Bezugszeichen 93 die Wellenform des ersten korrigierten Signals St1 an und gibt das Bezugszeichen 96 die Wellenform des zweiten korrigierten Signals St2 an. Der erfasste Winkelwert θs wird durch die folgende Gleichung (13) berechnet. $\begin{array}{l} θ s = atan (St 1 /St 2) \\ = atan {(S 1 - et 1) / (S 2 - et 2)} \end{array}$
16 zeigt einen Winkelfehler dθ1, der in dem durch die Gleichung (11) auf der Basis der Wellenformen des ersten und des zweiten Signals S1 und S2 (Bezugszeichen 92 und 95) von 14 berechneten temporären erfassten Winkelwert θt enthalten ist, und einen Winkelfehler dθ, der in dem durch die Gleichung (13) auf der Basis der Wellenformen des ersten und des zweiten korrigierten Signals St1 und St2 (Bezugszeichen 93 und 96) von 14 berechneten erfassten Winkelwert θs enthalten ist. In 16 gibt die horizontale Achse den Winkel θ an, während die vertikale Achse den Winkelfehler angibt. Wie in 16 gezeigt, ist der Winkelfehler d0 kleiner als der Winkelfehler dθt.
Gemäß dieser Ausführungsform können auch dann, wenn das erste Signal S1 die aus der phasenverschobenen Fehlerkomponente resultierende erste Fehlerkomponente enthält und das zweite Signal S2 die aus der phasenverschobenen Fehlerkomponente resultierende zweite Fehlerkomponente enthält, die erste und die zweite Fehlerkomponentenschätzung et1 und et2 unter Nutzung der Eigenschaft des Quadratsummensignals S1² + S2² berechnet werden. Gemäß dieser Ausführungsform wird der erfasste Winkelwert θs auf der Basis des ersten korrigierten Signals St1, das durch das Subtrahieren der ersten Fehlerkomponentenschätzung et1 von dem ersten Signal S1 erzeugt wird, und des zweiten korrigierten Signals St2, das durch das Subtrahieren der zweiten Fehlerkomponentenschätzung et2 von dem zweiten Signal S2 erzeugt wird, berechnet. Dadurch kann der Fehler in dem erfassten Winkelwert θs reduziert werden.
Folglich kann gemäß dieser Ausführungsform der Fehler in dem erfassten Winkel auch dann reduziert werden, wenn eine Fehlerkomponente in dem Ausgabesignal eines magnetischen Erfassungselements eine willkürliche Phase aufweist.
Mit Bezug auf tatsächliche Messergebnisse wird im Folgenden die Tatsache beschrieben, dass diese Ausführungsform eine Reduktion des Fehlers in dem erfassten Winkel gestattet. 17 zeigt tatsächliche Messwerte der Ausgabesignale S11 und S12 der Differenzschaltungen 111 und 112. In 17 gibt die horizontale Achse den Winkel θ an, während die vertikale Achse den Signalwert ähnlich wie in 6 und 7 angibt. Obwohl nicht in der Zeichnung gezeigt, sind die tatsächlichen Messwerte der Ausgabesignals S21 und S22 der Differenzschaltungen 121 und 122 identisch mit denjenigen der Ausgabesignale S11 und S12, wobei sich jedoch die Ausgabesignale S21 und S22 von den Ausgabesignalen S11 und S12 in der Phase durch π/3 (60°) unterscheiden. Wie bereits beschrieben, erzeugt die erste arithmetische Schaltung 131 das erste Signal S1 auf der Basis der Ausgabesignale S11 und S21. Das erste Signal S1 weist eine Entsprechungsbeziehung zu der Intensität der Komponente des sich drehenden Magnetfelds MF in der ersten Richtung D1 und zu der Intensität des Komponente des sich drehenden Magnetfelds MF in der dritten Richtung D3 auf. Das erste Signal S1 enthält eine dritte Fehlerkomponente, die kleiner ist als die dritten Fehlerkomponenten in den Ausgabesignalen S11 und S21. Die zweite arithmetische Schaltung 132 erzeugt das zweite Signal S2 auf der Basis der Ausgabesignale S12 und S22. Das zweite Signal S2 weist eine Entsprechungsbeziehung zu der Intensität der Komponente des sich drehenden Magnetfelds MF in der zweiten Richtung D2 und zu der Intensität der Komponente des sich drehenden Magnetfelds MF in der vierten Richtung D4 auf. Das zweite Signal S2 umfasst eine dritte Fehlerkomponente, die kleiner ist als die dritten Fehlerkomponenten in den Ausgabesignalen S12 und S22. Das erste Signal S1 enthält die erste ideale Komponente und die erste Fehlerkomponente. Das zweite Signal S2 enthält die zweite ideale Komponente und die zweite Fehlerkomponente.
Die erste arithmetische Einheit 31 erzeugt das Quadratsummensignal S1² + S2². Die erste arithmetische Einheit berechnet den temporären erfassten Winkelwert θ1 auf der Basis des ersten und des zweiten Signals S1 und S2 und drückt das Quadratsummensignal S1² + S2² als eine Funktion des temporären erfasste Winkelwerts θt aus. 18 zeigt tatsächliche Messwerte des Quadratsummensignals S1² + S2². In 18 gibt die horizontale Achse den temporären erfassten Winkelwert θt an, während die vertikale Achse Werte des Quadratsummensignals S1² + S2² angibt.
Die zweite arithmetische Einheit 32 berechnet die erste und die zweite Fehlerkomponentenschätzung et1 und et2 auf der Basis der Summe des Quadratsignals S1² + S2² von 18. Die dritte arithmetische Einheit 33 erzeugt das erste korrigierte Signal St1, indem sie die erste Fehlerkomponentenschätzung et1 von dem ersten Signal S1 subtrahiert, und erzeugt das zweite korrigierte Signal St2, indem sie die zweite Fehlerkomponentenschätzung et2 von dem zweiten Signal S2 subtrahiert. Die dritte arithmetische Einheit 33 berechnet dann den erfassten Winkelwert θ2 auf der Basis des ersten und des zweiten korrigierten Signals St1 und St2.
19 zeigt einen Winkelfehler dθ, der in dem wie oben beschrieben berechneten erfassten Winkelwert θs enthalten ist. 19 zeigt weiterhin einen Winkelfehler dθt, der in dem auf der Basis des ersten und des zweiten Signals S1 und S2 berechneten temporären erfassten Winkelwert θt enthalten ist. In 19 gibt die horizontale Achse den Winkel θ an und gibt die vertikale Achse den Winkelfehler an. Wie in 19 gezeigt, ist der Winkelfehler d0 kleiner als der Winkelfehler dθt. In dem Beispiel von 19 weist der Winkelfehler dθt eine Amplitude von ±0,15° auf und weist der Winkelfehler dθ eine Amplitude von ±0,07° auf.
Gemäß dieser Ausführungsform wird wie oben besprochen der erfasste Winkelwert θs auf der Basis des ersten korrigierten Signals St1, das durch das Subtrahieren der ersten Fehlerkomponentenschätzung et1 von dem ersten Signal S1 erzeugt wird, und des zweiten korrigierten Signals St2, das durch das Subtrahieren der zweiten Fehlerkomponentenschätzung et2 von dem zweiten Signal St2 erzeugt wird, berechnet. Dadurch kann der Winkelfehler in dem erfassten Winkelwert θs reduziert werden.
Im Folgenden wird die Ausfallsicherungsfunktion des Drehfeldsensors 1 im Detail beschrieben. Die Ausfallsicherungsfunktion gestattet, dass die Winkelerfassungseinheit 3 den erfassten Winkelwert θs auch dann ausgibt, wenn eine der ersten bis vierten Erfassungsschaltungen 11, 12, 21 und 22 ausfallen sollte. Der Betrieb der Ausfallsicherungsfunktion, d.h. der Betrieb der Steuereinheit 4, wird im Folgenden mit Bezug auf 3 beschrieben. In einem normalen Zustand, d.h. wenn alle ersten bis vierten Erfassungsschaltungen 11, 12, 21 und 22 normal betrieben werden, versetzt die Steuereinheit 4 jeden der Schalter SW1 bis SW8 von 3 zu einem leitenden Zustand. In diesem Fall berechnet die Winkelerfassungseinheit 3 den erfassten Winkelwert θs durch das Verfahren, das mit Bezug auf die Gleichungen (5) bis (13) beschrieben wurde.
Wenn die dritte und/oder die vierte Schaltung 21 und 22 ausfallen sollten, versetzt die Steuereinheit 4 jeden der Schalter SW1 bis SW4 zu einem leitenden Zustand und jeden der Schalter SW5 bis SW8 zu einem nicht-leitenden Zustand. In diesem Fall wird nur das Ausgabesignal S11 der Differenzschaltung 111 zu der ersten arithmetischen Schaltung 131 zugeführt und wird nur das Ausgabesignal S12 der Differenzschaltung 112 zu der zweiten arithmetischen Schaltung 132 zugeführt. In diesem Fall ist das erste Signal S1 gleich dem Ausgabesignal S11 und ist das zweite Signal S2 gleich dem Ausgabesignal S12. Dann berechnet die Winkelerfassungseinheit 3 den erfassten Winkelwert θs unter Verwendung der folgenden Gleichung (14). $\begin{array}{l} θ s = atan (S 1 /S 2) - \prod / 6 \\ = atan (S 11 /S 12) - \prod / 6 \end{array}$
Wenn das Ausgabesignal S11 nur die ideale sinusförmige Komponente sinθ1 enthält und das Ausgabesignal S12 nur die ideale sinusförmige Komponente cosθ1 enthält, dann ist S11 / S12 in der Gleichung (14) gleich sinθ1 / cosθ1 und wird θs durch die Gleichung (14) gleich θ1 - n/6 berechnet.
Die Winkelerfassungseinheit 3 kann den erfassten Winkelwert θs auch durch das mit Bezug auf die Gleichungen (5) bis (13) beschriebene Verfahren berechnen. Gemäß diesem Verfahren erzeugt die erste arithmetische Einheit 31 ein Quadratsummensignal S11² + S12², das aus der Summe des Quadrats des normalisierten ersten Signals S1 oder des normalisierten Ausgabesignals S11 und des Quadrats des normalisierten zweiten Signals S2 oder des normalisierten Ausgabesignals S12 besteht. Das Quadratsummensignal S11² + S12² weist eine Periode von 1/2 der Signalperiode T auf. Die erste arithmetische Einheit 31 berechnet einen temporären erfassten Winkelwert auf der Basis der normalisierten Ausgabesignale S11 und S12 und drückt das Quadratsummensignal S11² + S12² als eine Funktion des temporären erfassten Winkelwerts aus. Die zweite arithmetische Einheit 32 berechnet die erste und die zweite Fehlerkomponentenschätzung auf der Basis des Quadratsummensignals S11² + S12². Die dritte arithmetische Einheit 33 erzeugt ein erstes korrigiertes Signal, indem sie die erste Fehlerkomponentenschätzung von dem normalisierten Ausgabesignal S11 subtrahiert, und erzeugt ein zweites korrigiertes Signal, indem sie die zweite Fehlerkomponentenschätzung von dem normalisierten Ausgabesignal S12 subtrahiert. Auf der Basis des ersten und des zweiten korrigierten Signals berechnet die dritte arithmetische Einheit 33 dann den erfassten Winkelwert θs.
Wenn die erste und/oder die zweite Erfassungsschaltung 11 und 12 ausfällt, versetzt die Steuereinheit 4 die Schalter SW1 bis SW4 zu einem nicht-leitenden Zustand und die Schalter SW5 bis SW8 zu einem leitenden Zustand. In diesem Fall wird nur das Ausgabesignal S21 der Differenzschaltung 121 zu der ersten arithmetischen Schaltung 131 zugeführt und wird nur das Ausgabesignal S22 der Differenzschaltung 122 zu der zweiten arithmetischen Schaltung 132 zugeführt. In diesem Fall ist das noch zu normalisierende erste Signal S1 gleich dem Ausgabesignal S21 und ist das noch zu normalisierende zweite Signal S2 gleich dem Ausgabesignal S22. Die Winkelerfassungseinheit 3 berechnet dann den erfassten Winkelwert θs unter Verwendung der folgenden Gleichung (15). $\begin{array}{l} θ s = atan (S 1 /S 2) + \prod / 6 \\ = atan (S 21 /S 22) + \prod / 6 \end{array}$
Wenn das Ausgabesignal S21 nur die ideale sinusförmige Komponente sinθ2 enthält und das Ausgabesignal S22 nur die ideale sinusförmige Komponente cosθ2 enthält, dann ist S21 / S22 in der Gleichung (15) gleich sinθ2/cosθ2 und wird θs durch die Gleichung (15) gleich θ2 + π/6 berechnet.
Die Winkelerfassungseinheit 3 kann den erfassten Winkelwert θs auch durch das mit Bezug auf die Gleichungen (5) bis (13) beschriebene Verfahren berechnen. Gemäß diesem Verfahren erzeugt die erste arithmetische Einheit 31 der Winkelerfassungseinheit 3 ein Quadratsummensignal S21² + S22², das aus der Summe des Quadrats des normalisierten ersten Signals S1 oder des normalisierten Ausgabesignals S21 und des Quadrats des normalisierten zweiten Signals S2 oder des normalisierten Ausgabesignals S22 besteht. Das Quadratsummensignal S21² + S22² weist eine Periode von 1/2 der Signalperiode T auf. Die erste arithmetische Einheit 31 berechnet einen temporären erfassten Winkelwert auf der Basis der normalisierten Ausgabesignale S21 und S22 und drückt das Quadratsummensignal S21² + S22² als eine Funktion des temporären erfassten Winkelwerts aus. Die zweite arithmetische Einheit 32 berechnet die erste und die zweite Fehlerkomponentenschätzung auf der Basis des Quadratsummensignals S21² + S22². Die dritte arithmetische Einheit 33 erzeugt ein erstes korrigiertes Signal, indem sie die erste Fehlerkomponentenschätzung von dem normalisierten Ausgabesignal S21 subtrahiert, und erzeugt ein zweites korrigiertes Signal, indem sie die zweite Fehlerkomponentenschätzung von dem normalisierten Ausgabesignal S22 subtrahiert. Auf der Basis des ersten und des zweiten korrigierten Signals berechnet die dritte arithmetische Einheit 33 dann den erfassten Winkelwert θs.
Die Steuereinheit 4 bestimmt den Ausfall der ersten bis vierten Erfassungsschaltungen 11, 12, 21 und 22 zum Beispiel wie folgt. Die Steuereinheit 4 überwacht den Widerstandswert der Brückenschaltung 14 von 3, die Potentiale an den Ausgangsanschlüssen E11 und E12 und/oder die Ausgabewerte der A/D-Wandler AD1 und AD2. Der Widerstandswert der Brückenschaltung 14 ist der Widerstandswert zwischen dem Stromversorgungsanschluss V1 und dem Erdungsanschluss G1. Die Steuereinheit 4 bestimmt, ob die erste Erfassungsschaltung 11 ausgefallen ist, aus der Basis davon, ob der durch die Steuereinheit 4 überwachte Wert in einen vorgegebenen normalen Wertebereich fällt oder ob der durch die Steuereinheit 4 überwachte Wert ein anormaler Wert ist. Es soll hier zum Beispiel angenommen werden, dass die Steuereinheit 4 die Potentiale der Ausgangsanschlüsse E11 und E12 überwacht. Wenn in diesem Fall die zu dem Stromversorgungsanschluss V1 zugeführte Versorgungsspannung gleich 5 Volt ist und die Potentiale an den Ausgangsanschlüssen E11 und E12 jeweils 0 Volt oder 5 Volt betragen, bestimmt die Steuereinheit 4, dass die Potential an den Ausgangsanschlüssen E11 und E12 anormale Werte aufweisen, und bestimmt dementsprechend, dass die erste Erfassungsschaltung 11 ausgefallen ist. Die Steuereinheit 4 bestimmt, ob die anderen Erfassungsschaltungen 12, 21 und 22 ausgefallen sind, unter Verwendung eines Verfahrens, das dem Verfahren zum Bestimmen eines Ausfalls der ersten Erfassungsschaltung 11 ähnlich ist.
Im Folgenden wird auf 20 bis 22 Bezug genommen, um erste bis dritte Modifikationsbeispiele dieser Ausführungsform zum beschreiben. Das erste Modifikationsbeispiel wird zuerst mit Bezug auf 20 beschrieben. 20 ist ein Schaltungsdiagramm, das die arithmetische Einheit des ersten Modifikationsbeispiels zeigt. Der Drehfeldsensor des ersten Modifikationsbeispiels weist die arithmetische Einheit 130 von 20 anstelle der arithmetischen Einheit 30 von 3 auf. Ansonsten ist die Konfiguration des Drehfeldsensors des ersten Modifikationsbeispiels identisch mit derjenigen des Drehfeldsensors 1 von 3.
Wie die arithmetische Einheit 30 von 3 umfasst die arithmetische Einheit 130 eine erste und eine zweite arithmetische Schaltung 131 und 132, Eingangsanschlüsse IN1 bis IN8 und Ausgangsanschlüsse OUT1 und OUT2. Die arithmetische Einheit 130 umfasst weiterhin A/D-Wandler AD11, AD12, AD21 und AD22, Schalter SW11, SW12, SW21 und SW22 und Differenzdetektoren (Differenzverstärker) 311, 312, 321 und 322 anstelle der A/D-Wandler AD1 bis AD8, der Schalter SW1 bis SW8 und der Differenzschaltungen 111, 112, 121 und 122 der arithmetischen Schaltung 30 von 3. Jeder der Schalter SW11, SW12, SW21 und SW22 weist einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss auf und gestattet, dass ein leitender oder ein nicht-leitender Zustand zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss gewählt wird. Jede der Differenzschaltungen 311, 312, 321 und 322 weist einen ersten und einen zweiten Eingang sowie einen Ausgang auf.
Der erste und der zweite Eingang des Differenzdetektors 311 sind jeweils mit den Eingangsanschlüssen IN1 und IN2 verbunden. Der erste und der zweite Eingang des Differenzdetektors 312 sind jeweils mit den Eingangsanschlüssen IN3 und IN4 verbunden. Der erste und der zweite Eingang des Differenzdetektors 321 sind jeweils mit den Eingangsanschlüssen IN5 und IN6 verbunden. Der erste und der zweite Eingang des Differenzdetektors 322 sind jeweils mit den Eingangsanschlüssen IN7 und IN8 verbunden. Die Eingänge der AD-Wandler AD11, AD12, AD21 und AD22 sind jeweils mit den Ausgängen der Differenzdetektoren 311, 312, 321 und 322 verbunden. Die ersten Anschlüsse der Schalter SW11, SW12, SW21 und SW22 sind jeweils mit den Ausgängen der A/D-Wandler AD11, AD12, AD21 und AD22 verbunden.
Der Differenzdetektor 311 gibt ein Signal aus, das der Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E11 und E12 von 3 entspricht. Der A/D-Wandler AD11 wandelt das aus dem Differenzdetektor 311 ausgegebene Signal zu einem digitalen Signal und gibt das resultierende digitale Signal aus. Der Differenzdetektor 312 gibt ein Signal aus, das der Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E21 und E22 von 3 entspricht. Der A/D-Wandler AD12 wandelt das aus dem Differenzdetektor 312 ausgegebene Signal zu einem digitalen Signal und gibt das resultierende digitale Signal aus. Der Differenzdetektor 321 gibt ein Signal aus, das der Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E31 und E32 von 3 entspricht. Der A/D-Wandler AD21 wandelt das aus dem Differenzdetektor 321 ausgegebene Signal zu einem digitalen Signal und gibt das resultierende digitale Signal aus. Der Differenzdetektor 322 gibt ein Signal aus, das der Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E41 und E42 von 3 entspricht. Der A/D-Wandler AD22 wandelt das aus dem Differenzdetektor 322 ausgegebene Signal zu einem digitalen Signal und gibt das resultierende digitale Signal aus. Idealerweise weisen die Ausgabesignale der A/D-Wandler AD11 und AD21 Sinuswellenformen auf, die jeweils von den Winkeln θ1 und θ2 abhängen. Idealerweise weisen die Ausgabesignale der A/D-Wandler AD12 und AD22 Cosinuswellenformen auf, die jeweils von den Winkeln θ1 und θ2 abhängen. Im Folgenden werden die Ausgabesignale der A/D-Wandler AD11, AD12, AD21 und AD22 jeweils durch S11, S12, S21 und S22 angegeben.
In dem ersten Modifikationsbeispiel ist der erste Eingang der ersten arithmetischen Schaltung 131 mit dem zweiten Anschluss des Schalters SW11 verbunden. Der zweite Eingang der ersten arithmetischen Schaltung 131 ist mit dem zweiten Anschluss des Schalters SW21 verbunden. Der erste Eingang der zweiten arithmetischen Schaltung 132 ist mit dem zweiten Anschluss des Schalters SW12 verbunden. Der zweite Eingang der zweiten arithmetischen Schaltung 132 ist mit dem zweiten Anschluss des Schalters SW22 verbunden.
In einem normalen Zustand befindet sich jeder der Schalter SW11, SW12, SW21 und SW22 in einem leitenden Zustand. In diesem Zustand gibt der A/D-Wandler AD11 ein Signal (S11), das der Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E11 und E12 entspricht, zu der ersten arithmetischen Schaltung 131 aus. Der A/D-Wandler AD12 gibt ein Signal (S12), das der Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E21 und E22 entspricht, zu der zweiten arithmetischen Schaltung 132 aus. Der A/D-Wandler AD21 gibt ein Signal (S21), das der Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E31 und E32 entspricht, zu der ersten arithmetischen Schaltung 131 aus. Der A/D-Wandler AD22 gibt ein Signal (S22), das der Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E41 und E42 entspricht, zu der zweiten arithmetischen Schaltung 132 aus.
In dem ersten Modifikationsbeispiel versetzt die Steuereinheit 4 in einem normalen Zustand, d.h. wenn alle ersten bis vierten Erfassungsschaltungen 11, 12, 21 und 22 von 3 normal betrieben werden, jeden der Schalter SW11, SW12, SW21 und SW22 in einen leitenden Zustand. Wenn eine oder beide der dritten und der vierten Erfassungsschaltung 21 und 22 von 3 ausgefallen sind, versetzt die Steuereinheit 4 jeden der Schalter SW11 und SW12 in einen leitenden Zustand und versetzt jeden der Schalter SW21 und SW22 in einen nicht-leitenden Zustand. Wenn eine oder beide der ersten und der zweiten Erfassungsschaltung 11 und 12 von 3 ausgefallen sind, versetzt die Steuereinheit 4 jeden der Schalter SW11 und SW12 zu einem nicht-leitenden Zustand und versetzt jeden der Schalter 21 und 22 zu einem leitenden Zustand.
In dem ersten Modifikationsbeispiel bestimmt die Steuereinheit 4 den Ausfall jeder der ersten bis vierten Erfassungsschaltungen 11, 12, 21 und 22 von 3 zum Beispiel wie folgt. Die Steuereinheit 4 überwacht den Widerstandswert der Brückenschaltung 14 von 3, die Potentiale an den Ausgangsanschlüssen E11 und E12, den Ausgabewert des Differenzdetektors 311 und den Ausgabewert des A/D-Wandlers AD11 und bestimmt, ob die erste Erfassungsschaltung 11 ausgefallen ist oder nicht. Die Steuereinheit 4 bestimmt, ob eine der anderen Erfassungsschaltungen 12, 21 und 22 ausgefallen ist, unter Verwendung eines Verfahrens, das dem Verfahren zum Bestimmen des Ausfalls der ersten Erfassungsschaltung 11 ähnlich ist.
Im Folgenden wird das zweite Modifikationsbeispiel dieser Ausführungsform mit Bezug auf 21 beschrieben. 21 ist ein Schaltungsdiagramm, das die arithmetische Einheit des zweiten Modifikationsbeispiels zeigt. Der Drehfeldsensor des zweiten Modifikationsbeispiels weist die arithmetische Einheit 230 von 21 anstelle der arithmetischen Einheit 30 von 3 auf. Ansonsten ist die Konfiguration des Drehfeldsensors des zweiten Modifikationsbeispiels derjenigen des Drehfeldsensors 1 von 3 ähnlich.
Wie die arithmetische Einheit 130 von 20 umfasst die arithmetische Einheit 230 eine erste und eine zweite arithmetische Schaltung 131 und 132, Eingangsanschlüsse IN1 bis IN8, Ausgabeanschlüsse OUT1 und OUT2, Schalter SW11, SW12, SW21 und SW22 und Differenzdetektoren 311, 312, 321 und 322. Die arithmetische Einheit 230 umfasst nicht die A/D-Wandler AD11, AD12, AD21 und AD22, die in der arithmetischen Einheit 130 von 20 vorgesehen sind.
In dem zweiten Modifikationsbeispiel sind der erste und der zweite Eingang des Differenzdetektors 311 jeweils mit den Eingangsanschlüssen IN1 und IN2 verbunden. Der erste und der zweite Eingang des Differenzdetektors 312 sind jeweils mit den Eingangsanschlüssen IN3 und IN4 verbunden. Der erste und der zweite Eingang des Differenzdetektors 321 sind jeweils mit den Eingangsanschlüssen IN6 und IN5 verbunden. Der erste und der zweite Eingang des Differenzdetektors 322 sind jeweils mit den Eingangsanschlüssen IN8 und IN7 verbunden. Die ersten Anschlüsse der Schalters SW11, SW12, SW21 und SW22 sind jeweils mit den Ausgängen der Differenzdetektoren 311, 312, 321 und 322 verbunden.
Der Differenzdetektor 311 gibt ein Signal in Entsprechung zu der Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E11 und E12 von 3 aus. Der Differenzdetektor 312 gibt ein Signal in Entsprechung zu der Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E21 und E22 von 3 aus. Der Differenzdetektor 321 gibt ein Signal in Entsprechung zu der Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E31 und E32 von 3 aus. Dieses Signal weist ein Vorzeichen auf, das dem Vorzeichen des Signals aus dem Differenzdetektor 321 des ersten Modifikationsbeispiels entgegen gesetzt ist. Der Differenzdetektor 322 gibt ein Signal in Entsprechung zu der Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E41 und E42 von 3 aus. Dieses Signal weist ein Vorzeichen auf, das dem Vorzeichen des Signals aus dem Differenzdetektor 322 des ersten Modifikationsbeispiels entgegen gesetzt ist. Im Folgenden werden die Ausgabesignale der Differenzdetektoren 311, 312, 321 und 322 jeweils durch S11, S12, -S21 und -S22 angegeben.
In dem zweiten Modifikationsbeispiel umfasst die erste arithmetische Schaltung 131 einen Differenzdetektor 313, einen A/D-Wandler AD31 und eine Normalisierungseinheit 314. Der Differenzdetektor 313 weist einen ersten und einen zweiten Eingang sowie einen Ausgang auf. Der A/D-Wandler AD31 weist einen Eingang und einen Ausgang auf. Die Normalisierungseinheit 314 weist einen Eingang und einen Ausgang auf. Der erste Eingang des Differenzdetektors 313 ist mit dem zweiten Anschluss des Schalters SW11 verbunden. Der zweite Eingang des Differenzdetektors 313 ist mit dem zweiten Anschluss des Schalters SW21 verbunden. Der Eingang des A/D-Wandlers AD31 ist mit dem Ausgang des Differenzdetektors 313 verbunden. Der Eingang der Normalisierungseinheit 314 ist mit dem Ausgang des A/D-Wandlers AD31 verbunden. Der Ausgang der Normalisierungseinheit 314 ist mit dem Ausgangsanschluss OUT1 verbunden.
In einem normalen Zustand befindet sich jeder der Schalter SW11 und SW21 in einem leitenden Zustand. In diesem Zustand gibt der Differenzdetektor 311 ein Signal (S11), das der Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E11 und E12 entspricht, zu dem Differenzdetektor 313 aus. Der Differenzdetektor 321 gibt ein Signal (-S21), das der Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E31 und E32 entspricht, zu dem Differenzdetektor 313 aus. Der Differenzdetektor 313 gibt ein Signal (S11 + S21) aus, das durch das Subtrahieren des Ausgabesignals des Differenzdetektors 321 von dem Ausgabesignal des Differenzdetektors 311 erhalten wird. Der A/D-Wandler AD31 wandelt das aus dem Differenzdetektor 313 ausgegebene Signal zu einem digitalen Signal und gibt das resultierende digitale Signal aus. Die Normalisierungseinheit 314 normalisiert das aus dem A/D-Wandler AD31 ausgegebene Signal und gibt das resultierende normalisierte Signal aus.
In dem zweiten Modifikationsbeispiel umfasst die zweite arithmetische Schaltung 132 einen Differenzdetektor 323, einen A/D-Wandler AD32 und eine Normalisierungseinheit 324. Der Differenzdetektor 323 weist einen ersten und einen zweiten Eingang sowie einen Ausgang auf. Der A/D-Wandler AD32 weist einen Eingang und einen Ausgang auf. Die Normalisierungseinheit 324 weist einen Eingang und einen Ausgang auf. Der erste Eingang des Differenzdetektors 323 ist mit dem zweiten Anschluss des Schalters SW12 verbunden. Der zweite Eingang des Differenzdetektors 323 ist mit dem zweiten Anschluss des Schalters SW22 verbunden. Der Eingang des A/D-Wandlers AD32 ist mit dem Ausgang des Differenzdetektors 323 verbunden. Der Eingang der Normalisierungseinheit 324 ist mit dem Ausgang des A/D-Wandlers AD32 verbunden. Der Ausgang der Normalisierungseinheit 324 ist mit dem Ausgangsanschluss OUT2 verbunden.
In einem normalen Zustand befindet sich jeder der Schalter SW12 und SW22 in einem leitenden Zustand. In diesem Zustand gibt der Differenzdetektor 312 ein Signal (S12), das der Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E21 und E22 entspricht, zu dem Differenzdetektor 323 aus. Der Differenzdetektor 322 gibt ein Signal (-S22), das der Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E41 und E42 entspricht, zu dem Differenzdetektor 323 aus. Der Differenzdetektor 323 gibt ein Signal (S12 + S22) aus, das durch das Subtrahieren des Ausgabesignals des Differenzdetektors 322 von dem Ausgabesignal des Differenzdetektors 312 erhalten wird. Der A/D-Wandler AD32 wandelt das aus dem Differenzdetektor 323 ausgegebene Signal zu einem digitalen Signal und gibt das resultierende digitale Signal aus. Die Normalisierungseinheit 324 normalisiert das aus dem A/D-Wandler AD32 ausgegebene Signal und gibt das resultierende normalisierte Signal aus.
In dem zweiten Modifikationsbeispiel bestimmt die Steuereinheit 4 den Ausfall jeder der ersten bis vierten Erfassungsschaltungen 11, 12, 21 und 22 von 3 zum Beispiel wie folgt. Die Steuereinheit 4 überwacht den Widerstandswert der Brückenschaltung 14 von 3, die Potentiale an den Ausgabeanschlüssen E11 und E12, den Ausgabewert des Differenzdetektors 311, den Ausgabewert des Differenzdetektors 313, den Ausgabewert des A/D-Wandlers AD31 und/oder den Ausgabewert der Normalisierungseinheit 314 und bestimmt auf diese Weise, ob die erste Erfassungsschaltung 11 ausgefallen ist oder nicht. Die Steuereinheit 4 bestimmt, ob eine der anderen Erfassungsschaltungen 12, 21 und 22 ausgefallen ist oder nicht, unter Verwendung eines Verfahrens, das dem Verfahren zum Bestimmen des Ausfalls der ersten Erfassungsschaltung 11 ähnlich ist.
Im Folgenden wird das dritte Modifikationsbeispiel der vorliegenden Ausführungsform mit Bezug auf 22 beschrieben. 22 ist ein Schaltungsdiagramm, das die arithmetische Einheit des dritten Modifikationsbeispiels zeigt. Der Drehfeldsensor des dritten Modifikationsbeispiels weist die arithmetische Einheit 330 von 22 anstelle der arithmetischen Einheit 30 von 3 auf. Ansonsten ist die Konfiguration des Drehfeldsensors des dritten Modifikationsbeispiels identisch mit derjenigen des Drehfeldsensors 1 von 3.
Wie die arithmetische Einheit 230 von 21 umfasst die arithmetische Einheit 330 eine erste und eine zweite arithmetische Schaltung 131 und 132, Eingangsanschlüsse IN1 bis IN8, Ausgangsanschlüsse OUT1 und OUT2, Schalter SW11, SW12, SW21 und SW22 und Differenzdetektoren 311, 312, 321 und 322. Die gleichen Eingangsanschlüsse wie in dem ersten Modifikationsbeispiel von 20 sind mit den entsprechenden Eingängen der Differenzdetektoren 311, 312, 321 und 322 verbunden. Die erste arithmetische Schaltung 132 umfasst einen Differenzdetektor 313, einen A/D-Wandler AD31, eine Normalisierungseinheit 314 und drei Widerstände R51, R52 und R53. Die zweite arithmetische Schaltung 132 umfasst einen Differenzdetektor 323, einen A/D-Wandler AD32, eine Normalisierungseinheit 324 und drei Widerstände R61, R62 und R63.
In dem dritten Modifikationsbeispiel sind die zweiten Anschlüsse der Schalter SW11 und SW21 mit dem ersten Eingang des Differenzdetektors 313 über die Widerstände R51 und R52 verbunden. Der Ausgang des Differenzdetektors 313 ist mit dem ersten Eingang des Differenzdetektors 313 über den Widerstand R53 verbunden. Der zweite Eingang des Differenzdetektors 313 ist mit der Erde verbunden. In einem normalen Zustand befindet sich jeder der Schalter SW11 und SW21 in einem leitenden Zustand. In diesem Zustand gibt der Differenzdetektor 311 ein Signal (S11), das der Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E11 und E12 entspricht, zu dem Differenzdetektor 313 aus. Der Differenzdetektor 321 gibt ein Signal (S21), das der Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E31 und E32 entspricht, zu dem Differenzdetektor 313 aus. Der Differenzdetektor 313 gibt ein Signal (S11 + S21) aus, das durch das Addieren des Ausgabesignals des Differenzdetektors 311 und des Ausgabesignals des Differenzdetektors 321 erhalten wird.
In dem dritten Modifikationsbeispiel sind die zweiten Anschlüsse der Schalter SW12 und SW22 mit dem ersten Eingang des Differenzdetektors 323 über die Widerstände R61 und R62 verbunden. Der Ausgang des Differenzdetektors 323 ist mit dem ersten Eingang des Differenzdetektors 323 über den Widerstand R63 verbunden. Der zweite Eingang des Differenzdetektors 323 ist mit der Erde verbunden. In einem normalen Zustand befindet sich jeder der Schalters SW12 und SW22 in einem leitenden Zustand. In diesem Zustand gibt der Differenzdetektor 312 ein Signal (S12), das der Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E21 und E22 entspricht, zu dem Differenzdetektor 323 aus. Der Differenzdetektor 322 gibt ein Signal (S22), das der Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E41 und E42 entspricht, zu dem Differenzdetektor 323 aus. Der Differenzdetektor 323 gibt ein Signal (S12 + S22) aus, das durch das Addieren des Ausgabesignals des Differenzdetektors 312 und des Ausgabesignals des Differenzdetektors 322 erhalten wird.
In dem dritten Modifikationsbeispiel bestimmt die Steuereinheit 4 den Ausfall jeder der ersten bis vierten Erfassungsschaltungen 11, 12, 21 und 22 von 3 zum Beispiel unter Verwendung desselben Verfahrens wie in dem zweiten Modifikationsbeispiel.
Im Folgenden wird ein Drehfeldsensor gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung mit Bezug auf 23 beschrieben. 23 ist eine schematische Ansicht, die die Konfiguration des Drehfeldsensors dieser Ausführungsform zeigt. In 23 ist ein Magnet 6 mit einem oder mehreren Paaren von alternierend in einer Ringform angeordneten N- und S-Polen als ein Beispiel für die Einrichtung zum Erzeugen eines sich drehenden Magnetfelds mit einer sich drehenden Richtung gezeigt. In dem Beispiel von 23 umfasst der Magnet 6 zwei Paare von N- und S-Polen. Der Drehfeldsensor 1 gemäß dieser Ausführungsform erfasst die Richtung des sich drehenden Magnetfelds, das von dem Außenumfang des Magneten 6 erzeugt wird. In dem Beispiel von 23 ist die Zeichnungsebene von 23 eine XY-Ebene und ist die Richtung senkrecht zu der Ebene die Z-Richtung. Die N- und S-Pole des Magneten 6 sind symmetrisch in Bezug auf die Drehmitte parallel zu der Z-Richtung angeordnet. Der Magnet 6 dreht sich um die Drehmitte. Deshalb tritt ein sich drehendes Magnetfeld auf der Basis des durch den Magneten 6 erzeugten Magnetfelds auf. Das sich drehende Magnetfeld dreht sich um die Drehmitte (Z-Richtung). In dem Beispiel von 23 dreht sich der Magnet 6 im Uhrzeigersinn, während sich das Drehfeld in der Richtung gegen den Uhrzeigersinn dreht.
In dem Beispiel von 23 ist die erste Richtung D1, die die durch die erste Erfassungseinheit 10 erfasste Richtung einer Komponente des sich drehenden Magnetfelds wiedergibt, auf eine Radialrichtung des Magneten 6 gesetzt. Die Dritte Richtung D3, die die durch die zweite Erfassungseinheit 20 erfasste Richtung einer Komponente des sich drehenden Magnetfelds wiedergibt, ist auf eine Richtung gesetzt, die von der ersten Richtung D1 um 60° in der Drehrichtung des sich drehenden Magnetfelds in der XY-Ebene gedreht ist. Die erste Richtung D1 und die dritte Richtung D3 unterscheiden sich deshalb jeweils um 60° in der Drehrichtung des sich drehenden Magnetfelds. Die dritte Richtung D3 kann auf eine Richtung gesetzt sein, die von der ersten Richtung D1 um -60° in der Drehrichtung des sich drehenden Magnetfelds in der XY-Ebene gedreht ist.
Die erste Richtung D1 und eine zweite Richtung (nicht gezeigt), die die durch die erste Erfassungseinheit 10 erfasste Richtung einer anderen Komponente des sich drehenden Magnetfelds wiedergibt, befinden sich in derselben Beziehung wie zwischen der ersten Richtung D1 und der zweiten Richtung D2 in der ersten Ausführungsform von 2. Entsprechend befinden sich die dritte Richtung D3 und eine vierte Richtung (nicht gezeigt), die die Richtung einer durch die zweite Erfassungseinheit 20 erfassten anderen Komponente des sich drehenden Magnetfelds wiedergibt, in derselben Beziehung wie zwischen der dritten Richtung D3 und der vierten Richtung D4 in der ersten Ausführungsform von 2. Anstatt der ersten Richtung D1 kann die zweite Richtung auf die Radialrichtung des Magneten 6 gesetzt sein. In diesem Fall ist die vierte Richtung die Richtung, die um 60° von der zweiten Richtung in der Drehrichtung des sich drehenden Magnetfelds in der XY-Ebene gedreht ist.
Im Folgenden wird auf 24 bis 26 Bezug genommen, um erste bis dritte Modifikationsbeispiele der vorliegenden Ausführungsform zu beschreiben. Das erste Modifikationsbeispiel wird zuerst mit Bezug auf 24 beschrieben. 24 ist eine schematische Ansicht, die die Konfiguration eines Drehfeldsensors des ersten Modifikationsbeispiels der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Die Konfiguration des Drehfeldsensors 1 des ersten Modifikationsbeispiels ist im wesentlichen identisch mit derjenigen des Drehfeldsensors von 23. In dem Beispiel von 24 unterscheiden sich die erste Richtung D1 und die dritte Richtung D3 voneinander um 60° in der Drehrichtung des sich drehenden Magnetfelds und sind beide in Bezug auf die Radialrichtung des Magneten 6 in der XY-Ebene geneigt. Vorzugsweise weisen die Winkel, die die erste Richtung D1 und die dritte Richtung D3 in Bezug auf die Radialrichtung des Magneten 6 bilden, den gleichen absoluten Wert auf und liegen insbesondere bei -30° und 30° (die Richtung, in der sich das sich drehende Magnetfeld dreht, ist positiv). Bei einer derartigen Konfiguration können die Positionsbeziehung zwischen der Erfassungseinheit 10 und dem sich drehenden Magnetfeld und die Positionsbeziehung zwischen der Erfassungseinheit 20 und dem sich drehenden Magnetfeld gleich sein, sodass keine Korrektur benötigt wird, die ansonsten erforderlich wäre, wenn die Positionsbeziehungen unterschiedlich wären.
Im Folgenden wird das zweite Modifikationsbeispiel der vorliegenden Ausführungsform mit Bezug auf 25 beschrieben. 25 ist eine schematische Ansicht, die die Konfiguration eines Drehfeldsensors des zweiten Modifikationsbeispiels zeigt. In 25 ist ein Magnet 7 mit einer Vielzahl von alternierend in einer Linie angeordneten Paaren von N- und S-Polen als ein Beispiel für die Einrichtung zum Erzeugen eines sich drehenden Magnetfelds mit einer sich drehenden Richtung gezeigt. Der Drehfeldsensor 1 des zweiten Modifikationsbeispiels erfasst die Richtung des sich drehenden Magnetfelds, das von dem Außenumfang des Magneten 7 erzeugt wird. In dem Beispiel von 25 ist die Zeichnungsebene von 25 eine XY-Ebene und ist die Richtung senkrecht zu der Ebene die Z-Richtung. Der Magnet 7 vollzieht eine gerade Bewegung in seiner Längsrichtung, wenn sich ein Objekt gerade bewegt. Deshalb tritt ein sich drehendes Magnetfeld auf der Basis des durch den Magneten 7 erzeugten Magnetfelds auf. Das sich drehende Magnetfeld dreht sich um die Z-Richtung.
In dem Beispiel von 25 ist die erste Richtung D1 auf eine Richtung orthogonal zu der Bewegungsrichtung des Magneten 7 in der XY-Ebene gesetzt. Die dritte Richtung D3 ist die Richtung, die von der ersten Richtung D1 um 60° in der Drehrichtung des sich drehenden Magnetfelds in der XY-Ebene gedreht ist. Die erste Richtung D1 und die dritte Richtung D3 unterscheiden sich deshalb voneinander um 60° in der Drehrichtung des sich drehenden Magnetfelds.
Im Folgenden wird das dritte Modifikationsbeispiel dieser Ausführungsform mit Bezug auf 26 beschrieben. 26 ist eine schematische Ansicht, die die Konfiguration eines Drehfeldsensors des dritten Modifikationsbeispiels zeigt. Die Konfiguration des Drehfeldsensors 1 des dritten Modifikationsbeispiels ist im wesentlichen identisch mit derjenigen des Drehfeldsensors 1 von 25. In dem Beispiel von 26 unterscheiden sich die erste Richtung D1 und die dritte Richtung D3 voneinander um 60° in der Drehrichtung des sich drehenden Magnetfelds und sind beide in Bezug auf die Richtung orthogonal zu der Bewegungsrichtung des Magneten 7 in der XY-Ebene geneigt. Vorzugsweise weisen wie in dem ersten Modifikationsbeispiel die Winkel, die die erste Richtung D1 und die dritte Richtung D3 in Bezug auf die Richtung orthogonal zu der Bewegungsrichtung des Magneten 7 bilden, einen gleichen absoluten Wert auf und betragen insbesondere -30° und 30° (die Richtung, in der sich das sich drehende Magnetfeld dreht, ist positiv).
Ansonsten sind die Konfiguration, der Betrieb und die Effekte dieser Ausführungsform identisch mit denjenigen der ersten Ausführungsform.
Im Folgenden wird ein Drehfeldsensor gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung mit Bezug auf 27 beschrieben. 27 ist eine schematische Ansicht, die die Konfiguration des Drehfeldsensors gemäß dieser Ausführungsform zeigt. Der Drehfeldsensor 1 gemäß dieser Ausführungsform erfasst die Richtung des sich drehenden Magnetfelds, die von dem Außenumfang des Magneten 6 erzeugt wird, wie in den Beispielen der ersten Ausführungsform von 23 und 24. In dem Drehfeldsensor 1 gemäß dieser Ausführungsform unterscheiden sich die erste Position P1, an der die erste Erfassungseinheit 10 das sich drehende Magnetfeld erfasst, und die zweite Position P2, an der die zweite Erfassungseinheit 20 das sich drehende Magnetfeld erfasst, voneinander. Insbesondere sind in dieser Ausführungsform die erste Erfassungseinheit 10 und die zweite Erfassungseinheit 20 an verschiedenen Positionen angeordnet. Die Differenz zwischen der ersten Position P1 und der zweiten Position P2 entspricht einem ganzzahligen Vielfachen von 1/6 der Signalperiode T mit Ausnahme eines ganzzahligen Vielfachen von 1/2 der Signalperiode T.
In dem Beispiel von 27 umfasst der Magnet 6 zwei Paare von N- und S-Polen, wobei eine Drehung des Magneten 6 zwei Drehungen des sich drehenden Magnetfelds erzeugt. In diesem Fall entspricht eine Periode der Ausgabesignale der Differenzschaltungen 111, 112, 121 und 122 von 3 in der ersten Ausführungsform, d.h. ein elektrischer Winkel von 360°, einer halben Drehung des Magneten 6, d.h. einem Drehwinkel von 180° des Magneten 6. Die dritten Fehlerkomponenten in den Ausgabesignalen der Differenzschaltungen weisen eine Periode (eine dritte Fehlerkomponentenperiode) von 1/3 der Signalperiode T auf. Die dritte Fehlerkomponentenperiode entspricht 120° im elektrischen Winkel und 60° im Drehwinkel des Magneten 6. In dieser Ausführungsform entspricht die Differenz zwischen der ersten Position P1 und der zweiten Position P2 einem ganzzahligen Vielfachen von 1/6 der Signalperiode T, d.h. einem ganzzahligen Vielfachen von 1/2 der dritten Fehlerkomponentenperiode (60° im elektrischen Winkel) (mit Ausnahme eines ganzzahligen Vielfachen von 1/2 der Signalperiode T). 27 zeigt ein Beispiel, in dem die Differenz zwischen der ersten Position P1 und der zweiten Position P2 einem ganzzahligen Vielfachen von 30° im Drehwinkel des Magneten 6 (mit Ausnahme eines ganzzahligen Vielfachen von 90° im Drehwinkel des Magneten 6) entspricht. In dem besonderen Beispiel von 27 unterscheiden sich die erste Position P1 und die zweite Position P2 voneinander durch 30° im Drehwinkel des Magneten 6.
In dem Beispiel von 27 sind die erste Richtung D1, die die durch die erste Erfassungseinheit 10 erfasste Richtung einer Komponente des sich drehenden Magnetfelds wiedergibt, und die dritte Richtung D3, die die durch die zweite Erfassungseinheit 20 erfasste Richtung einer Komponente des sich drehenden Magnetfelds wiedergibt, beide auf Radialrichtungen des Magneten 6 gesetzt. Die erste Richtung D1 und eine zweite Richtung (nicht gezeigt), die die durch die erste Erfassungseinheit 10 erfasste Richtung einer anderen Komponente des sich drehenden Magnetfelds wiedergibt, befinden sich in derselben Beziehung wie zwischen der ersten Richtung D1 und der zweiten Richtung D2 in der ersten Ausführungsform von 2. Entsprechend befinden sich die dritte Richtung D3 und eine vierte Richtung (nicht gezeigt), die die durch die zweite Erfassungseinheit 20 erfasste Richtung einer anderen Komponente des sich drehenden Magnetfelds wiedergibt, in derselben Beziehung wie zwischen der dritten Richtung D3 und der vierten Richtung D4 in der ersten Ausführungsform von 2. Folglich entsprechen die Phasendifferenz zwischen dem Ausgabesignal S11, das die Intensität der Komponente des sich drehenden Magnetfelds in der ersten Richtung D1 an der ersten Position P1 angibt, und dem Ausgabesignal S21, das die Intensität der Komponente des sich drehenden Magnetfelds in der dritten Richtung D3 an der zweiten Position P2 angibt, und die Phasendifferenz zwischen dem Ausgabesignal S12, das die Intensität der Komponente des sich drehenden Magnetfelds in der zweiten Richtung an der ersten Position P1 angibt, und dem Ausgabesignal S22, das die Intensität der Komponente des sich drehenden Magnetfelds in der vierten Richtung an der zweiten Position P2 angibt, beide einem ganzzahligen Vielfachen von 1/6 der Signalperiode T, d.h. einem ganzzahligen Vielfachen von 1/2 der dritten Fehlerkomponentenperiode (60° im elektrischen Winkel) (mit Ausnahme eines ganzzahligen Vielfachen von 1/2 der Signalperiode T).
Anstelle der ersten Richtung D1 und der dritten Richtung D3 können die zweite Richtung und die vierte Richtung auf Radialrichtungen des Magneten 6 gesetzt werden.
In dieser Ausführungsform unterscheiden sich wie in der ersten Ausführungsform die Ausgabesignals S11 und S21 in der Phase durch ein ganzzahliges Vielfaches von 1/2 der dritten Fehlerkomponentenperiode. Deshalb heben sich die dritte Fehlerkomponente in dem Ausgabesignal S11 und diejenige in dem Ausgabesignal S21 gegenseitig auf, wenn das erste Signal S1 erzeugt wird. In dieser Ausführungsform unterscheiden sich wie in der ersten Ausführungsform die Ausgabesignale S12 und S22 in der Phase durch ein ganzzahliges Vielfaches von 1/2 der dritten Fehlerkomponentenperiode. Deshalb heben sich die dritte Fehlerkomponentenperiode in dem Ausgabesignal S12 und diejenige in dem Ausgabesignal S22 gegenseitig auf, wenn das zweite Signal S2 erzeugt wird. Folglich kann gemäß dieser Ausführungsform der Fehler in dem erfassten Winkelwert θs reduziert werden.
Im Folgenden wird auf 28 Bezug genommen, um einen Drehfeldsensor eines Modifikationsbeispiels der vorliegenden Ausführungsform zu beschreiben. 28 ist eine schematische Ansicht, die die Konfiguration des Drehfeldsensors des Modifikationsbeispiels zeigt. Der Drehfeldsensor 1 des Modifikationsbeispiels erfasst die Richtung des sich drehenden Magnetfelds, das von dem Außenumfang des Magneten 7 erzeugt wird, wie in den Beispielen der zweiten Ausführungsform von 25 und 26. Während sich in dem Beispiel von 28 der Magnet 7 um einen Schritt, d.h. um ein Paar von N- und S-Polen bewegt, vollzieht das sich drehende Magnetfeld eine Drehung. In diesem Fall entspricht eine Periode der Ausgabesignale der Differenzschaltungen 111, 112, 121 und 122, d.h. ein elektrischer Winkel von 360°, einem Schritt des Magneten 7. Die dritten Fehlerkomponenten in den Ausgabesignalen weisen eine Periode (eine dritte Fehlerkomponentenperiode) von 1/3 der Signalperiode T auf. Die dritte Fehlerkomponente entspricht einem Drittel des Schritts. In dieser Ausführungsform entspricht die Differenz zwischen der ersten Position P1 und der zweiten Position P2 einem ganzzahligen Vielfachen von 1/6 der Signalperiode T, d.h. einem ganzzahligen Vielfachen von 1/2 der dritten Fehlerkomponentenperiode (60° im elektrischen Winkel) (mit Ausnahme eines ganzzahligen Vielfachen von 1/2 der Signalperiode T). 28 zeigt ein Beispiel, in dem die Differenz zwischen der ersten Position P1 und der zweiten Position P2 einem ganzzahligen Vielfachen von einem 1/6 des Schritts des Magneten 7 (mit Ausnahme eines ganzzahligen Vielfachen von 1/2 des Schritts des Magneten 7) entspricht. In dem Beispiel von 28 unterscheiden sich die erste Position P1 und die zweite Position P2 voneinander durch 1/6 eines Schritts.
In dem Beispiel von 28 sind die erste Richtung D1 und die dritte Richtung D3 auf eine Richtung orthogonal zu der Bewegungsrichtung des Magneten 7 in der XY-Ebene gesetzt. Folglich entsprechen die Phasendifferenz zwischen den Ausgabesignalen S11 und S21 und die Phasendifferenz zwischen den Ausgabesignalen S12 und S22 einem ganzzahligen Vielfachen von 1/6 der Signalperiode T, d.h. einem ganzzahligen Vielfachen von 1/2 der dritten Fehlerkomponentenperiode (60° im elektrischen Winkel) (mit Ausnahme eines ganzzahligen Vielfachen von 1/2 der Signalperiode T).
Ansonsten sind die Konfiguration, der Betrieb und die Effekte dieser Ausführungsform identisch mit denjenigen der zweiten Ausführungsform.
Im Folgenden wird ein Drehfeldsensor gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung mit Bezug auf 29 beschrieben. 29 ist ein Schaltungsdiagramm, das die Konfiguration des Drehfeldsensors gemäß dieser Ausführungsform zeigt. Der Drehfeldsensor 1 gemäß dieser Ausführungsform verwendet anisotropische Magnetowiderstandselemente (AMR-Elemente) für alle magnetischen Erfassungselemente in den Brückenschaltungen 14, 16, 24 und 26. In diesem Fall erzeugt eine Drehung des sich drehenden Magnetfelds zwei Variationsperioden der Ausgabesignale der Differenzschaltungen 111, 112, 121 und 122 in Entsprechung zu den Ausgabesignalen der Erfassungsschaltungen 11, 12, 21 und 22. Folglich weisen die Ausgabesignale der Differenzschaltungen 111, 112, 121 und 122 dieser Ausführungsform eine Periode auf, die einer halben Drehung des sich drehenden Magnetfelds entspricht, was wiederum 1/2 der Periode der Ausgabesignale der Differenzschaltungen 111, 112, 121 und 122 der ersten Ausführungsform entspricht. In dieser Ausführungsform weisen auch die dritten Fehlerkomponenten in den Ausgabesignalen eine Periode (eine dritte Fehlerkomponentenperiode) von 1/2 derjenigen in der ersten Ausführungsform auf.
29 zeigt weiterhin die erste Richtung D1, die als die Bezugsrichtung dient, wenn die erste Erfassungsschaltung 11 das sich drehende Magnetfeld erfasst, und die dritte Richtung D3, die als Bezugsrichtung dient, wenn die dritte Erfassungsschaltung 21 das sich drehende Magnetfeld erfasst. In dem Beispiel von 29 ist die dritte Richtung D3 die von der ersten Richtung D1 um 30° in der Drehrichtung des sich drehenden Magnetfelds in XY-Ebene gedrehte Richtung. Die erste Richtung D1 und die dritte Richtung D3 unterscheiden sich durch 30° in der Drehrichtung des sich drehenden Magnetfelds voneinander. In dieser Ausführungsform kann die dritte Richtung D3 die von der ersten Richtung D1 um -30° in der Drehrichtung des sich drehenden Magnetfelds in der XY-Ebene gedrehte Richtung sein. Die zweite Richtung (nicht gezeigt), die als Bezugsrichtung dient, wenn die zweite Erfassungsschaltung 12 das sich drehende Magnetfeld erfasst, ist die von der ersten Richtung D1 um -45° in der Drehrichtung des sich drehenden Magnetfelds gedrehte Richtung. Die vierte Richtung (nicht gezeigt), die als Bezugsrichtung dient, wenn die vierte Erfassungsschaltung 22 das sich drehende Magnetfeld erfasst, ist die von der dritten Richtung D3 um -45° in der Drehrichtung des sich drehenden Magnetfelds gedrehte Richtung.
In dieser Ausführungsform unterscheiden sich wie in der ersten Ausführungsform die Ausgabesignale S11 und S21 in der Phase voneinander durch ein ganzzahliges Vielfaches von 1/2 der dritten Fehlerkomponentenperiode. Deshalb heben sich die dritte Fehlerkomponentenperiode in dem Ausgabesignal S11 und diejenige in dem Ausgabesignal S21 gegenseitig auf, wenn das erste Signal S1 erzeugt wird. In dieser Ausführungsform unterscheiden sich auch die Ausgabesignale S12 und S22 in der Phase durch ein ganzzahliges Vielfaches von 1/2 der dritten Fehlerkomponentenperiode wie in der ersten Ausführungsform. Deshalb heben sich die dritte Fehlerkomponente in dem Ausgabesignal S12 und diejenige in dem Ausgabesignal S22 gegenseitig auf, wenn das zweite Signal S2 erzeugt wird. Folglich kann gemäß dieser Ausführungsform der Fehler in dem erfassten Winkelwert θs reduziert werden.
In der vorliegenden Ausführungsform können der Magnet 6 der zweiten Ausführungsform von 23 und 24 oder der Magnet 7 der zweiten Ausführungsform von 25 und 26 als die Einrichtung zum Erzeugen des sich drehenden Magnetfelds mit einer sich drehenden Richtung verwendet werden. In diesem Fall können die erste Richtung D1 und die dritte Richtung D3 derart vorgesehen sein, dass sie sich durch 30° in der Drehrichtung des sich drehenden Magnetfelds unterscheiden. Wenn die erste Richtung D1 und die dritte Richtung D3 wie in dem Beispiel von 24 geneigt sind, weisen die Winkel, die die erste Richtung D1 und die dritte Richtung D3 in Bezug auf die Radialrichtung des Magneten 6 bilden, vorzugsweise einen gleichen absoluten Wert auf und betragen insbesondere -15° und 15° (die Richtung, in der sich das sich drehende Magnetfeld dreht, ist positiv). Und wenn die erste Richtung D1 und die dritte Richtung D3 wie in dem Beispiel von 26 geneigt sind, weisen die Winkel, die die erste Richtung D1 und die dritte Richtung D3 in Bezug auf die Richtung orthogonal zu der Bewegungsrichtung des Magneten 7 bilden, vorzugsweise einen gleichen absoluten Wert auf und betragen insbesondere -15° und 15° (die Richtung, in der sich das sich drehende Magnetfeld dreht, ist positiv).
In dieser Ausführungsform können wie in der dritten Ausführungsform die erste Erfassungseinheit 10 und die zweite Erfassungseinheit 20 an verschiedenen Positionen angeordnet sein, sodass sich die erste Position P1 und die zweite Position P2 voneinander unterscheiden. In diesem Fall entspricht die Differenz zwischen der ersten Position P1 und der zweiten Position P2 einem ganzzahligen Vielfachen von 1/6 der Signalperiode T, d.h. einem ganzzahligen Vielfachen von 1/2 der dritten Fehlerkomponentenperiode (mit Ausnahme eines ganzzahligen Vielfachen von 1/2 der Signalperiode T). Insbesondere wenn der Drehfeldsensor die Richtung des sich drehenden Magnetfelds, das von dem Außenumfang des Magneten 6 von 27 erzeugt wird, erfassen soll, entspricht die Differenz zwischen der ersten Position P1 und der zweiten Position P2 einem ganzzahligen Vielfachen von 15° in dem Drehwinkel des Magneten 6 (mit Ausnahme eines ganzzahligen Vielfachen von 45° in dem Drehwinkel des Magneten 6). Wenn der Drehfeldsensor 1 die Richtung des sich drehenden Magnetfelds, das von dem Außenumfang des Magneten 7 von 28 erzeugt wird, erfassen soll, entspricht die Differenz zwischen der ersten Position P1 und der zweiten Position P2 einem ganzzahligen Vielfaches von 1/12 des Schritts des Magneten 7 (mit Ausnahme eines ganzzahligen Vielfachen von 1/4 des Schritts des Magneten 7).
Ansonsten entsprechen die Konfiguration, der Betrieb und die Effekte der vorliegenden Ausführungsform denjenigen der ersten, zweiten oder dritten Ausführungsform. In dieser Ausführungsform werden Hall-Elemente anstelle der AMR-Elemente verwendet.
Im Folgenden wird ein Drehfeldsensor gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung mit Bezug auf 30 bis 32 beschrieben. 30 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration des Drehfeldsensors gemäß dieser Ausführungsform zeigt. 31 ist eine schematische Ansicht, die die Konfiguration des Drehfeldsensors dieser Ausführungsform zeigt. 32 ist eine perspektivische Ansicht, die die allgemeine Konfiguration eines Drehfeldsensors eines Modifikationsbeispiels dieser Ausführungsform zeigt. Im Folgenden wird zuerst die Konfiguration des Drehfeldsensors 201 gemäß dieser Ausführungsform beschrieben. In 31 ist der Magnet 6 der zweiten Ausführungsform von 23 und 24 als ein Beispiel für die Einrichtung zum Erzeugen eines sich drehenden Magnetfelds mit einer sich drehenden Richtung gezeigt. Der Drehfeldsensor 201 erfasst die Richtung des sich drehenden Magnetfelds, das von dem Außenumfang des Magneten 6 erzeugt wird, wie in den Beispielen der zweiten Ausführungsform von 23 und 24.
Wie in 30 gezeigt umfasst der Drehfeldsensor 201 eine erste und eine zweite zusammengesetzte Erfassungseinheit 210A und 210B. Die erste zusammengesetzte Erfassungseinheit 210A erfasst einen Winkel θA, den die Richtung des sich drehenden Magnetfelds an einer ersten Bezugsposition PRA in Bezug auf eine erste Bezugsrichtung DRA bildet. Die zweite zusammengesetzte Erfassungseinheit 210B erfasst einen Winkel θB, den die Richtung des sich drehenden Magnetfelds an einer zweiten Bezugsposition PRB in Bezug auf eine zweite Bezugsrichtung DRB bildet. 31 zeigt die erste und die zweite Bezugsposition PRA und PRB und die erste und die zweite Bezugsrichtung DRA und DRB. Wie in 31 gezeigt, ist die zweite Bezugsposition PRB von der ersten Bezugsposition PRA um eine Größe versetzt, die 1/4 der Drehperiode des sich drehenden Magnetfelds entspricht, d.h. um 90° im elektrischen Winkel. Die erste und die zweite Bezugsrichtung DRA und DRB sind auf radiale Richtungen des Magneten 6 gesetzt. Der Winkel θB, den die Richtung des sich drehenden Magnetfelds an der zweiten Bezugsposition PRB in Bezug auf die zweite Bezugsrichtung DRB bildet, unterscheidet sich von dem Winkel θA, den die Richtung des sich drehenden Magnetfelds an der ersten Bezugsposition PRA in Bezug auf die erste Bezugsrichtung DRA bildet, um einen Winkel, der 90° im elektrischen Winkel entspricht.
Jede der zusammengesetzten Erfassungseinheiten 210A und 210B weist dieselbe Konfiguration auf wie der Drehfeldsensor 1 der ersten Ausführungsform. Insbesondere umfasst die erste zusammengesetzte Erfassungseinheit 210A eine Signalerzeugungseinheit 2A, eine Winkelerfassungseinheit 3A und eine Steuereinheit 4A, die jeweils dieselbe Konfiguration aufweisen wie die Signalerzeugungseinheit 2, die Winkelerfassungseinheit 3 und die Steuereinheit 4. Die Signalerzeugungseinheit 2A umfasst eine erste Erfassungseinheit 10A, eine zweite Erfassungseinheit 20A, eine erste arithmetische Schaltung 131A und eine zweite arithmetische Schaltung 132A, die jeweils dieselbe Konfiguration aufweisen wie die erste Erfassungseinheit 10, die zweite Erfassungseinheit 20, die erste arithmetische Schaltung 131 und die zweite arithmetische Schaltung 132. Entsprechend umfasst die zweite zusammengesetzte Einheit 210B eine Signalerzeugungseinheit 2B, eine Winkelerfassungseinheit 3B und eine Steuereinheit 4B, die jeweils dieselbe Konfiguration aufweisen wie die Signalerzeugungseinheit 2, die Winkelerfassungseinheit 3 und die Steuereinheit 4. Die Signalerzeugungseinheit 2B umfasst eine dritte Erfassungseinheit 10B, eine vierte Erfassungseinheit 20B, eine dritte arithmetische Schaltung 131B und eine vierte arithmetische Schaltung 132B, die jeweils dieselbe Konfiguration aufweisen wie die erste Erfassungseinheit 10, die zweite Erfassungseinheit 20, die erste arithmetische Schaltung 131 und die zweite arithmetische Schaltung 132. Obwohl nicht in 30 gezeigt, umfasst jede der ersten und der zweiten zusammengesetzten Erfassungseinheiten 210A und 210B die A/D-Wandler AD1 bis AD8, die Schalter SW1 bis SW8 und die Differenzschaltungen 111, 112, 121 und 122, die alle in 3 gezeigt sind. Die erste Erfassungseinheit 10A ist an einer ersten Position angeordnet. Die zweite Erfassungseinheit 20A ist an einer zweiten Position angeordnet. Die dritte Erfassungseinheit 10B ist an einer dritten Position angeordnet. Die vierte Erfassungseinheit 20B ist an einer vierten Position angeordnet.
Die relative Positionsbeziehung der ersten und der zweiten Erfassungseinheit 10A und 20A in Bezug auf den Magneten 6 entspricht derjenigen der ersten und der zweiten Erfassungseinheit 10 und 20 in Bezug auf den Magneten 6 in der zweiten Ausführungsform. Die relative Positionsbeziehung der dritten und der vierten Erfassungseinheit 10B und 20B in Bezug auf den Magneten 6 entspricht auch derjenigen der ersten und der zweiten Erfassungseinheit 10 und 20 in Bezug auf den Magneten 6 in der zweiten Ausführungsform. Die dritte und die vierte Erfassungseinheit 10B und 20B sind an Positionen angeordnet, die von den Positionen der ersten und der zweiten Erfassungseinheit 10A und 20A jeweils um eine Größe versetzt sind, die 1/4 der Drehperiode des sich drehenden Magnetfelds entspricht, d.h. um einen elektrischen Winkel von 90°.
Die Position, an der die erste Erfassungseinheit 10A angeordnet ist, ist die erste Position. Die Position, an der die zweite Erfassungseinheit 20A angeordnet ist, ist die zweite Position. Die Beziehungen zwischen der ersten Bezugsposition PRA und der ersten und der zweiten Position entsprechen den Beziehungen zwischen der Bezugsposition PR und der ersten und der zweiten Position P1 und P2 in der ersten Ausführungsform von 2. Die erste Bezugsposition PRA, die erste Position und die zweite Position entsprechen jeweils der Bezugsposition PR, der ersten Position P1 und der zweiten Position P2 von 2. Die erste Position und die zweite Position entsprechen einander in der Drehrichtung des sich drehenden Magnetfelds und fallen mit der ersten Bezugsposition PRA zusammen.
Die erste Erfassungseinheit 10A erfasst an der ersten Position eine Komponente des sich drehenden Magnetfelds in einer ersten Richtung und eine Komponente des sich drehenden Magnetfelds in einer zweiten Richtung. Die zweite Erfassungseinheit 20A erfasst an der zweiten Position eine Komponente des sich drehenden Magnetfelds in einer dritten Richtung und eine Komponente des sich drehenden Magnetfelds in einer vierten Richtung. Die Beziehungen zwischen der ersten Bezugsrichtung DRA und den ersten bis vierten Richtungen entsprechen den Beziehungen zwischen der Bezugsrichtung DR und den ersten bis vierten Richtungen D1 bis D4 in der ersten Ausführungsform von 2. Die erste Bezugsrichtung DRA, die erste Richtung, die zweite Richtung, die dritte Richtung und die vierte Richtung entsprechen jeweils der Bezugsrichtung DR, der ersten Richtung D1, der zweiten Richtung D2, der dritten Richtung D3 und der vierten Richtung D4 von 2. Die erste Richtung und die zweite Richtung sind orthogonal zueinander. Und die dritte Richtung und die vierte Richtung sind orthogonal zueinander. Die erste Richtung und die dritte Richtung unterscheiden sich voneinander durch 60° in der Drehrichtung des sich drehenden Magnetfelds. Die zweite Richtung ist die von der ersten Bezugsrichtung DRA um -30° gedrehte Richtung. Die vierte Richtung ist die von der ersten Bezugsrichtung um 30° gedrehte Richtung.
Die Position, an der die dritte Erfassungseinheit 10B angeordnet ist, ist die dritte Position. Die Position, an der die vierte Erfassungseinheit 20B angeordnet ist, ist die vierte Position. Die Beziehungen zwischen der zweiten Bezugsposition PRB und der dritten und der vierten Position sind identisch mit den Beziehungen zwischen der Bezugsposition PR und der ersten und der zweiten Position P1 und P2 in der Ausführungsform von 2. Die zweite Bezugsposition PRB, die dritte Position und die vierte Position entsprechen jeweils der Bezugsposition PR, der ersten Position P1 und der zweiten Position P2 von 2. Die dritte Position und die vierte Position entsprechen einander in der Drehrichtung des sich drehenden Magnetfelds und fallen mit der zweiten Bezugsposition PRB zusammen.
Die dritte Erfassungseinheit 10B erfasst an der dritten Position eine Komponente des sich drehenden Magnetfelds in einer fünften Richtung und eine Komponente des sich drehenden Magnetfelds in einer sechsten Richtung. Die vierte Erfassungseinheit 20B erfasst an der vierten Position eine Komponente des sich drehenden Magnetfelds in einer siebten Richtung und eine Komponente des sich drehenden Magnetfelds in einer achten Richtung. Die Beziehungen zwischen der zweiten Bezugsrichtung DRB und den fünften bis achten Richtungen entsprechen den Beziehungen zwischen der Bezugsrichtung DR und den ersten bis vierten Richtungen D1 bis D4 in der ersten Ausführungsform von 2. Die zweite Bezugsrichtung DRB, die fünfte Richtung, die sechste Richtung, die siebte Richtung und die achte Richtung entsprechen jeweils der Bezugsrichtung DR, der ersten Richtung D1, der zweiten Richtung D2, der dritten Richtung D3 und der vierten Richtung D4 von 2. Die fünfte Richtung und die sechste Richtung sind orthogonal zueinander. Und die siebte Richtung und die achte Richtung sind orthogonal zueinander. Die fünfte Richtung und die siebte Richtung unterscheiden sich durch 60° in der Drehrichtung des sich drehenden Magnetfelds voneinander. Die sechste Richtung ist die von der zweiten Bezugsrichtung DRB um -30° gedrehte Richtung. Die achte Richtung ist die von der zweiten Bezugsrichtung um 30° gedrehte Richtung.
Die erste Erfassungseinheit 10A umfasst eine erste Erfassungsschaltung 11A und eine zweite Erfassungsschaltung 12A. Die erste Erfassungsschaltung 11A und die zweite Erfassungsschaltung 12A weisen jeweils dieselbe Konfiguration auf wie die erste Erfassungsschaltung 11 und die zweite Erfassungsschaltung 12 der ersten Ausführungsform. Die erste Erfassungsschaltung 11A erfasst die Intensität der Komponente des sich drehenden Magnetfelds in der ersten Richtung und gibt ein die Intensität angebendes Signal aus. Die zweite Erfassungsschaltung 12A erfasst die Intensität der Komponente des sich drehenden Magnetfelds in der zweiten Richtung und gibt ein die Intensität angebendes Signal aus. Die erste Richtung dient als Bezugsrichtung, wenn die erste Erfassungsschaltung 11A das sich drehende Magnetfeld erfasst. Die zweite Richtung dient als Bezugsrichtung, wenn die zweite Erfassungsschaltung 12A das sich drehende Magnetfeld erfasst.
Die zweite Erfassungseinheit 20A umfasst eine dritte Erfassungsschaltung 21A und eine vierte Erfassungsschaltung 22A. Die dritte Erfassungsschaltung 21A und die vierte Erfassungsschaltung 22A weisen jeweils dieselbe Konfiguration auf wie die dritte Erfassungsschaltung 21 und die vierte Erfassungsschaltung 22 der ersten Ausführungsform. Die dritte Erfassungsschaltung 21A erfasst die Intensität der Komponente des sich drehenden Magnetfelds in der dritten Richtung und gibt ein die Intensität angebendes Signal aus. Die vierte Erfassungsschaltung 22A erfasst die Intensität der Komponente des sich drehenden Magnetfelds in der vierten Richtung und gibt ein die Intensität angebendes Signal aus. Die dritte Richtung dient als Bezugsrichtung, wenn die dritte Erfassungsschaltung 21A das sich drehende Magnetfeld erfasst. Die vierte Richtung dient als Bezugsrichtung, wenn die vierte Erfassungsschaltung 22A das sich drehende Magnetfeld erfasst.
Die dritte Erfassungseinheit 10B umfasst eine fünfte Erfassungsschaltung 11B und eine sechste Erfassungsschaltung 12B. Die fünfte Erfassungsschaltung 11B und die sechste Erfassungsschaltung 12B weisen jeweils dieselbe Konfiguration auf wie die erste Erfassungsschaltung 11 und die zweite Erfassungsschaltung 12 der ersten Ausführungsform. Die fünfte Erfassungsschaltung 11B erfasst die Intensität der Komponente des sich drehenden Magnetfelds in der fünften Richtung und gibt ein die Intensität angebendes Signal aus. Die sechste Erfassungsschaltung 12B erfasst die Intensität der Komponente des sich drehenden Magnetfelds in der sechsten Richtung und gibt ein die Intensität angebendes Signal aus. Die fünfte Richtung dient als Bezugsrichtung, wenn die fünfte Erfassungsschaltung 11B das sich drehende Magnetfeld erfasst. Die sechste Richtung dient als Bezugsrichtung, wenn die sechste Erfassungsschaltung 12b das sich drehende Magnetfeld erfasst.
Die vierte Erfassungseinheit 20B umfasst eine siebte Erfassungsschaltung 21B und eine achte Erfassungsschaltung 22B. Die siebte Erfassungsschaltung 21B und die achte Erfassungsschaltung 22B weisen dieselbe Konfiguration auf wie die dritte Erfassungsschaltung 21 und die vierte Erfassungsschaltung 22 der ersten Ausführungsform. Die siebte Erfassungsschaltung 21B erfasst die Intensität der Komponente des sich drehenden Magnetfelds in der siebten Richtung und gibt ein die Intensität angebendes Signal aus. Die achte Erfassungsschaltung 22B erfasst die Intensität der Komponente des sich drehenden Magnetfelds in der achten Richtung und gibt ein die Intensität angebendes Signal aus. Die siebte Richtung dient als Bezugsrichtung, wenn die siebte Erfassungsschaltung 21B das sich drehende Magnetfeld erfasst. Die achte Richtung dient als Bezugsposition, wenn die achte Erfassungsschaltung 22B das sich drehende Magnetfeld erfasst.
In dem Beispiel von 31 umfasst der Magnet 6 zwei Paare von N- und S-Polen, wobei eine Drehung des Magneten 6 zwei Drehungen des sich drehenden Magnetfelds erzeugt. In diesem Fall entspricht eine Periode der Ausgabesignale der Erfassungsschaltungen 11A, 12A, 21A, 22A, 11B, 12B, 21B und 22B, d.h. ein elektrischer Winkel von 360°, einer halben Drehung des Magneten 6, d.h. einem Drehwinkel von 180° des Magneten 6. Die Ausgabesignale der ersten bis achten Erfassungsschaltungen 11A, 12A, 21A, 22A, 11B, 12B, 21B und 22B durchlaufen periodische Änderungen mit derselben Signalperiode T. Das Ausgabesignal der dritten Erfassungsschaltung 21A unterscheidet sich von dem Ausgabesignal der ersten Erfassungsschaltung 11A in der Phase. Das Ausgabesignal der vierten Erfassungsschaltung 22A unterscheidet sich von dem Ausgabesignal der zweiten Erfassungsschaltung 12A in der Phase. Das Ausgabesignal der siebten Erfassungsschaltung 21B unterscheidet sich von dem Ausgabesignal der fünften Erfassungsschaltung 11B in der Phase. Das Ausgabesignal der achten Erfassungsschaltung 22B unterscheidet sich von dem Ausgabesignal der sechsten Erfassungsschaltung 12B in der Phase. In dieser Ausführungsform erfüllen die Phasen der Ausgabesignale der ersten bis achten Erfassungsschaltungen 11A, 12A, 21A, 22A, 11B, 12B, 21B und 22B vorzugsweise die folgenden Beziehungen.
Vorzugsweise unterscheidet sich das Ausgabesignal der zweiten Erfassungsschaltung 12A von dem Ausgabesignal der ersten Erfassungsschaltung 11A in der Phase durch ein ungerades Vielfaches von 1/4 der Signalperiode T. Und vorzugsweise unterscheidet sich das Ausgabesignal der vierten Erfassungsschaltung 22A von dem Ausgabesignal der dritten Erfassungsschaltung 21A in der Phase durch ein ungerades Vielfaches von 1/4 der Signalperiode T. Aufgrund einer mangelnden Produktionsgenauigkeit der magnetischen Erfassungselemente und anderer Faktoren können sich die Differenz in der Phase zwischen dem Ausgabesignal der ersten Erfassungsschaltung 11A und dem Ausgabesignal der zweiten Erfassungsschaltung 12A und die Differenz in der Phase zwischen dem Ausgabesignal der dritten Erfassungsschaltung 21A und dem Ausgabesignal der vierten Erfassungsschaltung 22A jeweils geringfügig von einem ungeraden Vielfachen von 1/4 der Signalperiode T unterscheiden. Vorzugsweise unterscheidet sich das Ausgabesignal der dritten Erfassungsschaltung 21A von dem Ausgabesignal der ersten Erfassungsschaltung 11A in der Phase durch ein ganzzahliges Vielfaches von 1/6 der Signalperiode T mit Ausnahme eines ganzzahligen Vielfachen von 1/2 der Signalperiode T.
Vorzugsweise unterscheidet sich das Ausgabesignal der sechsten Erfassungsschaltung 12B von dem Ausgabesignal der fünften Erfassungsschaltung 11B in der Phase durch ein ungerades Vielfaches von 1/4 der Signalperiode T. Und vorzugsweise unterscheidet sich das Ausgabesignal der achten Erfassungsschaltung 22B von dem Ausgabesignal der siebten Erfassungsschaltung 21B in der Phase durch ein ungerades Vielfaches von 1/4 der Signalperiode T. Aufgrund einer mangelnden Produktionsgenauigkeit der magnetischen Erfassungselemente und anderer Faktoren können sich die Differenz in der Phase zwischen dem Ausgabesignal der fünften Erfassungsschaltung 11B und dem Ausgabesignal der sechsten Erfassungsschaltung 12B und die Differenz in der Phase zwischen dem Ausgabesignal der siebten Erfassungsschaltung 21B und dem Ausgabesignal der achten Erfassungsschaltung 22B jeweils geringfügig von einem ungeraden Vielfachen von 1/4 der Signalperiode T unterscheiden. Vorzugsweise unterscheidet sich das Ausgabesignal der siebten Erfassungsschaltung 21B von dem Ausgabesignal der fünften Erfassungsschaltung 11B in der Phase durch ein ganzzahliges Vielfaches von 1/6 der Signalperiode T mit Ausnahme eines ganzzahligen Vielfachen von 1/2 der Signalperiode T. In der folgenden Beschreibung wird angenommen, dass die Phasen der Ausgabesignale der ersten bis achten Erfassungsschaltungen 11A, 12A, 21A, 22A, 11B, 12B, 21B und 22B die oben beschriebenen bevorzugten Beziehungen erfüllen.
Die erste arithmetische Schaltung 131A erzeugt auf der Basis der Ausgabesignale der ersten und der dritten Erfassungsschaltung 11A und 21A ein erstes Signal, das eine Entsprechungsbeziehung zu der Intensität der Komponente des sich drehenden Magnetfelds in der ersten Richtung und zu der Intensität der Komponente des sich drehenden Magnetfelds in der dritten Richtung aufweist. Das erste Signal enthält eine reduzierte Fehlerkomponente mit einer Periode von 1/3 der Signalperiode T im Vergleich zu den Ausgabesignalen der ersten und der dritten Erfassungsschaltung 11A und 21A. Die zweite arithmetische Schaltung 132A erzeugt auf der Basis der Ausgabesignale der zweiten und der vierten Erfassungsschaltung 12A und 22A ein zweites Signal, das eine Entsprechungsbeziehung zu der Intensität der Komponente des sich drehenden Magnetfelds in der zweiten Richtung und zu der Intensität der Komponente des sich drehenden Magnetfelds in der vierten Richtung aufweist. Das zweite Signal enthält eine reduzierte Fehlerkomponente mit einer Periode von 1/3 der Signalperiode T im Vergleich zu den Ausgabesignalen der zweiten und der vierten Erfassungsschaltung 12A und 22A. Die Verfahren, mit denen das erste und das zweite Signal erzeugt werden, sind dieselben wie in der ersten Ausführungsform.
Auf der Basis des ersten Signals und des zweiten Signals berechnet die Winkelerfassungseinheit 3A einen erfassten Wert des Winkels θA, den die Richtung des sich drehenden Magnetfelds an der ersten Bezugsposition PRA in Bezug auf die erste Bezugsrichtung DRA bildet. Im Folgenden wird der durch die Winkelerfassungseinheit 3A berechnete erfasste Wert als ein erster erfasster Winkelwert bezeichnet und durch das Bezugszeichen θAs angegeben. Wenn man von Fehlern absieht, weist der erste erfasste Winkelwert θAs eine Differenz mit einem konstanten Wert (einschließlich von 0) von dem Winkel auf, den die Richtung des sich drehenden Magnetfelds an einer Bezugsposition in Bezug auf eine Bezugsrichtung bildet. Der erste erfasste Winkelwert θAs weist also eine Entsprechungsbeziehung mit dem Winkel auf, den die Richtung des sich drehenden Magnetfelds an der Bezugsposition in Bezug auf die Bezugsrichtung bildet. Der erste erfasste Winkelwert θAs wird durch dasselbe Verfahren berechnet wie der erfasste Winkelwert θs in der ersten Ausführungsform.
Die dritte arithmetische Schaltung 131B erzeugt auf der Basis der Ausgabesignale der fünften und siebten Erfassungsschaltungen 11B und 21B ein drittes Signal, das eine Entsprechungsbeziehung zu der Intensität der Komponente des sich drehenden Magnetfelds in der fünften Richtung und zu der Intensität der Komponente des sich drehenden Magnetfelds in der siebten Richtung aufweist. Das dritte Signal enthält eine reduzierte Fehlerkomponente mit einer Periode von 1/3 der Signalperiode T im Vergleich zu den Ausgabesignalen der fünften und der siebten Erfassungsschaltung 11B und 21B. Die vierte arithmetische Schaltung 132B erzeugt auf der Basis der Ausgabesignale der sechsten und der achten Erfassungsschaltung 12B und 22B ein viertes Signal, das eine Entsprechungsbeziehung zu der Intensität der Komponente des sich drehenden Magnetfelds in der sechsten Richtung und zu der Intensität der Komponente des sich drehenden Magnetfelds in der achten Richtung aufweist. Das vierte Signal enthält eine reduzierte Fehlerkomponente mit einer Periode von 1/3 der Signalperiode T im Vergleich zu den Ausgabesignalen der sechsten und der achten Erfassungsschaltung 12B und 22B. Die Verfahren zum Erzeugen des dritten und des vierten Signals sind identisch mit den Verfahren zum Erzeugen des ersten und des zweiten Signals der ersten Ausführungsform.
Auf der Basis des dritten Signals und des vierten Signals berechnet die Winkelerfassungseinheit 3B einen erfassten Wert des Winkels θB, den die Richtung des sich drehenden Magnetfelds an der zweiten Bezugsposition PRB in Bezug auf die zweite Bezugsposition DRB bildet. Im Folgenden wird der durch die Winkelerfassungseinheit 3B berechnete erfasste Wert als ein zweiter erfasster Winkelwert bezeichnet und durch das Bezugszeichen θBs angegeben. Wenn man von Fehlern absieht, weist der zweite erfasste Winkelwert θBs eine Differenz mit einem konstanten Wert (einschließlich von 0) von dem Winkel auf, den die Richtung des sich drehenden Magnetfelds an der Bezugsrichtung in Bezug auf die Bezugsrichtung bildet. Der zweite erfasste Winkelwert θBs weist also eine Entsprechungsbeziehung zu dem Winkel auf, den die Richtung des sich drehenden Magnetfelds an der Bezugsposition in Bezug auf die Bezugsrichtung bildet. Der zweite erfasste Winkelwert θBs wird durch dasselbe Verfahren berechnet wie der erfasste Winkelwert θs in der ersten Ausführungsform.
Wie in 30 gezeigt, umfasst der Drehfeldsensor 201 weiterhin eine fünfte arithmetische Schaltung 211, die einen erfassten Winkelwert θs berechnet, der eine Entsprechungsbeziehung zu dem Winkel aufweist, den die Richtung des sich drehenden Magnetfelds an einer Bezugsposition des Drehfeldsensors 201 in Bezug auf eine Bezugsrichtung des Drehfeldsensors 201 bildet. Die fünfte arithmetische Schaltung 211 berechnet den erfassten Winkelwert θs auf der Basis des ersten erfassten Winkelwerts θAs, der durch die Winkelerfassungseinheit 3A berechnet wird, und auf der Basis des zweiten erfassten Winkelwerts θBs, der durch die Winkelerfassungseinheit 3B berechnet wird. Die fünfte arithmetische Schaltung 211 kann zum Beispiel durch einen Mikrocomputer implementiert werden. Die Bezugsposition und die Bezugsrichtung des Drehfeldsensors 201 können jeweils mit der ersten Bezugsposition PRA und der ersten Bezugsrichtung DRA oder mit der zweiten Bezugsposition PRB und der zweiten Bezugsrichtung DRB zusammenfallen. Es kann sich aber auch jeweils um beliebige andere Positionen und Richtungen handeln.
Im Folgenden wird auf 32 Bezug genommen, um die Konfiguration eines Drehfeldsensors 201 gemäß einem Modifikationsbeispiel dieser Ausführungsform zu beschreiben. In 32 ist der Magnet 7 der zweiten Ausführungsform von 25 und 26 als ein Beispiel für die Einrichtung zum Erzeugen des sich drehenden Magnetfelds mit einer sich drehenden Richtung gezeigt. Der Drehfeldsensor 201 des Modifikationsbeispiels erfasst die Richtung des sich drehenden Magnetfelds, das von dem Außenumfang des Magneten 7 erzeugt wird, wie in den Beispielen der zweiten Ausführungsform von 25 und 26.
32 zeigt die erste und die zweite Bezugsposition PRA und PRB und auch die erste und die zweite Bezugsrichtung DRA und DRB. Wie in 32 gezeigt, ist die zweite Bezugsposition PRB von der ersten Bezugsposition PRA um eine Größe versetzt, die 1/4 der Drehperiode des sich drehenden Magnetfelds oder 90° im elektrischen Winkel entspricht, d.h. um 1/4 des Schritts des Magneten 7. In dem Beispiel von 32 sind die erste und die zweite Bezugsrichtung DRA und DRB beide auf eine Richtung orthogonal zu der Bewegungsrichtung des Magneten 7 in der XY-Ebene gesetzt.
Die relative Positionsbeziehung der ersten und der zweiten Erfassungseinheit 10A und 20A in Bezug auf den Magneten 7 entspricht derjenigen der ersten und der zweiten Erfassungseinheit 10 und 20 in Bezug auf den Magneten 7 in der zweiten Ausführungsform. Die relative Positionsbeziehung der dritten und der vierten Erfassungseinheit 10B und 20B in Bezug auf den Magneten 7 entspricht ebenfalls derjenigen der ersten und der zweiten Erfassungseinheit 10 und 20 mit Bezug auf den Magneten 7 in der zweiten Ausführungsform. In dem Modifikationsbeispiel sind die dritte und die vierte Erfassungseinheit 10B und 20B an Positionen angeordnet, die von den Positionen der ersten und der zweiten Erfassungseinheit 10A und 20A jeweils um eine Größe versetzt sind, die 1/4 der Drehperiode des sich drehenden Magnetfelds oder 90° im elektrischen Winkel entspricht, d.h. um 1/4 des Schritts des Magneten 7.
Im Folgenden wird das Verfahren beschrieben, mit dem die fünfte arithmetische Schaltung 211 den erfassten Winkelwert θs berechnet. In dieser Ausführungsform berechnet die fünfte arithmetische Schaltung 211 den erfassten Winkelwert θs auf der Basis des ersten erfassten Winkelwerts θAs, der durch die Winkelerfassungseinheit 3A der zusammengesetzten Erfassungseinheit 210A berechnet wird, und des zweiten erfassten Winkelwerts θBs, der durch die Winkelerfassungseinheit 3B der zusammengesetzten Erfassungseinheit 210B berechnet wird. In den Beispielen von 31 und 32 sind die dritte und die vierte Erfassungseinheit 10B und 20B der zusammengesetzten Erfassungseinheit 210B an Positionen angeordnet, die von den Positionen der ersten und der zweiten Erfassungseinheit 10A und 20A der zusammengesetzten Erfassungseinheit 210A um eine Größe versetzt sind, die einem elektrischen Winkel von 90° entspricht. Der durch die zusammengesetzte Erfassungseinheit 210A erhaltene erste erfasste Winkelwert θAs und der durch die zusammengesetzte Erfassungseinheit 210B erhaltene zweite erfasste Winkelwert θBs unterscheiden sich also in der Phase durch einen elektrischen Winkel von 90°. In diesen Beispielen berechnet die fünfte arithmetische Schaltung 211 den erfassten Winkelwert θs unter Verwendung der folgenden Gleichung (6): $θ s = (θ As + θ Bs + \prod / 2) / 2$
Im Folgenden werden der Betrieb und die Effekte des Drehfeldsensors 201 beschrieben. In dem Drehfeldsensor 201 berechnet die Winkelerfassungseinheit 3A den ersten erfassten Winkelwert θAs auf der Basis des ersten Signals und des zweiten Signals. Das erste Signal wird auf der Basis der Ausgabesignale der ersten und der dritten Erfassungsschaltung 11A und 21A erzeugt. Und das zweite Signal wird auf der Basis der Ausgabesignale der zweiten und der vierten Erfassungsschaltung 12A und 22A erzeugt. In dem Drehfeldsensor 201 berechnet die Winkelerfassungseinheit 3B den zweiten erfassten Winkelwert θBs auf der Basis des dritten Signals und des vierten Signals. Das dritte Signal wird auf der Basis der Ausgabesignale der fünften und der siebten Erfassungsschaltungen 11B und 21B erzeugt. Und das vierte Signal wird auf der Basis der Ausgabesignale der sechsten und der achten Erfassungsschaltung 12B und 22B erzeugt. Auf der Basis des ersten erfassten Winkelwerts θAs und des zweiten erfassten Winkelwerts θBs berechnet die fünfte arithmetische Schaltung 211 unter Verwendung der Gleichung (6) den erfassten Winkelwert θs, der eine Entsprechungsbeziehung zu dem Winkel aufweist, den die Richtung des sich drehenden Magnetfelds an der Bezugsposition in Bezug auf die Bezugsrichtung bildet.
Der Drehfeldsensor 201 gemäß dieser Ausführungsform ist geeignet, um Winkelfehler zu reduzieren, die aus dem sich drehenden Magnetfeld resultieren. Im Folgenden wird auf 31 bis 33 Bezug genommen, um die Gründe für das Auftreten von Winkelfehlern in Verbindung mit dem sich drehenden Magnetfeld zu beschreiben. In dem Beispiel von 31 enthält das sich drehende Magnetfeld eine nicht gezeigte Komponente Hr in der Radialrichtung des Magneten 6 und eine nicht gezeigte Komponente Hθ in der Richtung orthogonal zu Hr in der XY-Ebene. In dem Beispiel von 32 enthält das sich drehende Magnetfeld eine nicht gezeigte Komponente Hr in der Richtung orthogonal zu der Bewegungsrichtung des Magneten 7 in der XY-Ebene und eine nicht gezeigte Komponente Hθ in der Richtung orthogonal zu Hr in der XY-Ebene.
Es soll in dem Beispiel von 31 oder 32 angenommen werden, dass das sich drehende Magnetfeld durch die erste und die zweite Erfassungseinheit 10A und 20A erfasst wird und dann der erste erfasste Winkelwert θAs auf der Basis der Ausgabesignale der Erfassungseinheiten 10A und 20A erhalten wird. 33 zeigt ein Beispiel für die Beziehung zwischen Hr, Hθ und θAs und einen ersten Winkelfehler dθA in einem derartigen Fall. In 33 gibt die horizontale Achse den Winkel θA wieder und gibt die vertikale Achse Hr, Hθ, θAs und dθA wieder. Der Einfachheit halber gibt 33 den ersten erfassten Winkelwert θAs auf der vertikalen Achse in Werten nach einer Subtraktion von 180° an, wenn der tatsächliche Wert sich in dem Bereich von 90° bis 270° befindet, und in Werten nach einer Subtraktion von 360° an, wenn der tatsächliche Wert sich in dem Bereich von 270° bis 360° befindet. In der weiteren Beschreibung werden ähnliche Diagramme wie 33 in der gleichen Weise wie in 33 dargestellt. Der Einfachheit halber zeigt 33 die Wellenform des ersten Winkelfehlers dθA mit einer übertrieben dargestellten Amplitude. In dem Beispiel von 31 oder 32 durchlaufen die Richtung des sich drehenden Magnetfelds und die Intensität einer Komponente des sich drehenden Magnetfelds in einer Richtung manchmal keine sinusförmige Änderung. In einem derartigen Fall enthält der erste erfasste Winkelwert θAs einen ersten Winkelfehler dθA in Bezug auf einen theoretischen Wert des ersten erfassten Winkelwerts θAs, der zu erwarten ist, wenn sich die Richtung des sich drehenden Magnetfels ideal dreht. Und wenn die dritte und die vierte Erfassungseinheit 10B und 20B das sich drehende Magnetfeld erfassen und dann der zweite erfasste Winkelwert θBs auf der Basis der Ausgabesignale der Erfassungseinheiten 10B und 20B erhalten wird, enthält der zweite erfasste Winkelwert θBs einen zweiten Winkelfehler dθB in Bezug auf einen theoretischen Wert des zweiten erfassten Winkelwerts θBs, der zu erwarten ist, wenn sich die Richtung des sich drehenden Magnetfelds ideal dreht. Der erste und der zweiten Winkelfehler dθA und dθB durchlaufen periodische Änderungen mit derselben Winkelfehlerperiode in Reaktion auf eine Änderung der Richtung des sich drehenden Magnetfelds. Die Änderung des ersten und des zweiten Winkelfehlers dθA und dθB hängt von der Variation der Richtung des sich drehenden Magnetfelds ab. Die Winkelfehlerperiode entspricht 1/2 der Drehperiode der Richtung des sich drehenden Magnetfelds.
Mit Bezug auf 34 und 35 wird im Folgenden beschrieben, wie der Drehfeldsensor 201 verwendet werden kann, um die Winkelfehler zu reduzieren, die aus dem sich drehenden Magnetfeld resultieren. Der Teil (a) von 34 zeigt die Beziehung zwischen dem ersten erfassten Winkelwert θAs und dem in dem ersten erfassten Winkelwert θAs enthaltenen ersten Winkelfehler dθA. Der Teil (b) von 34 zeigt die Beziehung zwischen dem zweiten erfassten Winkelwert θBs und dem in dem zweiten erfassten Winkelwert θBs enthaltenen zweiten Winkelfehler dθB. In dem Beispiel von 34 weisen der erste Winkelfehler dθA und der zweite Winkelfehler dθB jeweils eine Amplitude von ±0,17° auf. In dieser Ausführungsform sind die dritte Position und die vierte Position von der ersten Position und der zweiten Position jeweils um eine Größe versetzt, die 1/2 der Winkelfehlerperiode (90° im elektrischen Winkel) entspricht, und unterscheiden sich der erste und der zweite erfasste Winkelwert dθA und dθB in der Phase durch 1/2 der Winkelfehlerperiode (90° im elektrischen Winkel). Wenn also der erfasste Winkelwert θs berechnet wird, befinden sich der erste Winkelfehler dθA und der zweite Winkelfehler dθB in entgegen gesetzten Phasen. Folglich heben sich der erste Winkelfehler dθA und der zweite Winkelfehler dθB gegenseitig auf.
35 zeigt die Beziehung zwischen dem wie oben beschrieben berechneten erfassten Winkelwert θs und einem in dem erfassten Winkelwert θs enthaltenen Winkelfehler dθ. In 35 gibt das Bezugszeichen θ den Winkel an, den die Richtung des sich drehenden Magnetfelds an der Bezugsposition in Bezug auf die Bezugsrichtung bildet. Wie in 35 gezeigt, ist der Winkelfehler dθ wesentlich kleiner als der erste Winkelfehler dθA und der zweite Winkelfehler dθB. In dem Beispiel von 35 weist der Winkelfehler dθ eine Amplitude von ±0,03° auf.
In dieser Ausführungsform sind die dritte Position und die vierte Position jeweils von der ersten Position und der zweiten Position um eine Größe versetzt, die 1/2 der Winkelfehlerperiode entspricht. Die dritte und die vierte Position dagegen können jeweils von der ersten und der zweiten Position um eine Größe versetzt sein, die einem ungeraden Vielfachen von 1/2 der Winkelfehlerperiode entspricht. In einem derartigen Fall heben sich der Winkelfehler dθA und der Winkelfehler dθB gegenseitig auf, wodurch der in dem erfassten Winkelwert θs enthaltene Winkelfehler dθ wesentlich reduziert wird.
In dieser Ausführungsform ist die Phasendifferenz zwischen dem ersten erfassten Winkelwert θAs und dem zweiten erfassten Winkelwert θBs nicht auf 90° im elektrischen Winkel beschränkt, sondern kann einen beliebigen Wert aufweisen. Wenn die Phasendifferenz zwischen dem ersten erfassten Winkel θAs und dem zweiten erfassten Winkelwert θBs gleich β ist, berechnet die fünfte arithmetische Schaltung 211 den erfassten Winkelwert θs unter Verwendung der folgenden Gleichung (7): $θ s = (θ As + θ Bs + β) / 2$
In der vorliegenden Ausführungsform wird der erste erfasste Winkelwert θAs durch dasselbe Verfahren berechnet wie der erfasste Winkelwert θs in der ersten Ausführungsform. Wenn also wie mit Bezug auf die erste Ausführungsform erläutert die Ausgabesignal-Wellenformen der MR-Elemente durch die MR-Elemente selbst verzerrt werden und die Ausgabesignale der Erfassungsschaltungen jeweils die dritten Fehlerkomponenten enthalten, befinden sich die in dem Ausgabesignal der ersten Erfassungsschaltung 11A enthaltene dritte Fehlerkomponente und die in dem Ausgabesignal der dritten Erfassungsschaltung 21A enthaltene dritte Fehlerkomponente in entgegen gesetzten Phasen, wenn das erste Signal erzeugt wird, und befinden sich die in dem Ausgabesignal der zweiten Erfassungsschaltung 12A enthaltene dritte Fehlerkomponente und die in dem Ausgabesignal der vierten Erfassungsschaltung 22A enthaltene dritte Fehlerkomponente in entgegen gesetzten Phasen, wenn das zweite Signal erzeugt wird. Diese Ausführungsform kann in gleicher Weise wie für die erste Ausführungsform beschrieben den durch die MR-Elemente verursachten Fehler in dem ersten erfassten Winkelwert θAs reduzieren.
Und wenn wie mit Bezug auf die erste Ausführungsform beschrieben die Ausgabesignale der Erfassungsschaltungen jeweils die phasenverschobenen Fehlerkomponenten enthalten, enthält das erste Signal die erste Fehlerkomponente, die aus den phasenverschobenen Fehlerkomponenten resultiert, und enthält das zweite Signal die zweite Fehlerkomponente, die aus den phasenverschobenen Fehlerkomponenten resultiert. Wie in der ersten Ausführungsform berechnet diese Ausführungsform eine erste Fehlerkomponentenschätzung, die ein geschätzter Wert der ersten Fehlerkomponente ist, und eine zweite Fehlerkomponentenschätzung, die ein geschätzter Wert der zweiten Fehlerkomponente ist, indem sie die Eigenschaft eines Quadratsummensignals nutzt, das aus der Summe des Quadrats des ersten Signals und des Quadrats des zweiten Signals besteht und eine Periode von 1/2 der Signalperiode T aufweist. Gemäß dieser Ausführungsform wird der erste erfasste Winkelwert θAs auf der Basis eines ersten korrigierten Signals, das durch das Subtrahieren der ersten Fehlerkomponentenschätzung von dem ersten Signal erzeugt wird, und eines zweiten korrigierten Signals, das durch das Subtrahieren der zweiten Fehlerkomponentenschätzung von dem zweiten Signal erzeugt wird, berechnet. Auf diese Weise kann der Fehler in dem ersten erfassten Winkelwert θAs reduziert werden.
In dieser Ausführungsform wird der zweite erfasste Winkelwert θBs durch dasselbe Verfahren berechnet wie der erfasste Winkelwert θs in der ersten Ausführungsform. Wenn also, wie mit Bezug auf die erste Ausführungsform erläutert, die Ausgabesignal-Wellenformen der MR-Elemente durch die MR-Elemente selbst verzerrt werden und die Ausgabesignale der Erfassungsschaltungen jeweils die dritten Fehlerkomponenten enthalten, befinden sich die dritte Fehlerkomponente in dem Ausgabesignal der fünften Erfassungsschaltung 11B und diejenige in dem Ausgabesignal der siebten Erfassungsschaltung 21B in entgegen gesetzten Phasen, wenn das dritte Signal erzeugt wird, und befinden sich die dritte Fehlerkomponente in dem Ausgabesignal der sechsten Erfassungsschaltung 12B und diejenige in dem Ausgabesignal der achten Erfassungsschaltung 22B in entgegen gesetzten Phasen, wenn das vierte Signal erzeugt wird. Aus demselben Grund wie für die erste Ausführungsform besprochen, ermöglicht diese Ausführungsform, dass der durch die MR-Elemente verursachte Fehler in dem zweiten erfassten Winkelwert θBs reduziert wird.
Wenn die Ausgabesignale der Erfassungsschaltungen jeweils die phasenverschobenen Fehlerkomponenten enthalten, enthält das dritte Signal die erste Fehlerkomponente, die aus den phasenverschobenen Fehlerkomponenten resultiert, und enthält das vierte Signal die zweite Fehlerkomponente, die aus den phasenverschobenen Fehlerkomponenten resultiert, genauso wie bei dem ersten und dem zweiten Signal. Diese Ausführungsform berechnet eine erste Fehlerkomponentenschätzung, die ein geschätzter Wert der ersten Fehlerkomponente ist, und eine zweite Fehlerkomponentenschätzung, die ein geschätzter Wert der zweiten Fehlerkomponente ist, unter Nutzung der Eigenschaft eines Quadratsummensignals, das aus der Summe des Quadrats des dritten Signals und des Quadrats des vierten Signals besteht und eine Periode von 1/2 der Signalperiode T aufweist, wie bei dem ersten und dem zweiten Signal. Gemäß dieser Ausführungsform wird der zweite erfasste Winkelwert θBs auf der Basis eines dritten korrigierten Signals, das durch das Subtrahieren der erste Fehlerkomponentenschätzung von dem dritten Signal erzeugt wird, und eines vierten korrigierten Signals, das durch das Subtrahieren der zweiten Fehlerkomponentenschätzung von dem vierten Signal erzeugt wird, berechnet. Dadurch kann der Fehler in dem zweiten erfassten Winkelwert θBs reduziert werden.
Wie oben beschrieben kann gemäß dieser Ausführungsform der aus den MR-Elementen resultierende Fehler in dem ersten und in dem zweiten erfassten Winkelwert θAs und θBs reduziert werden. Deshalb kann auch der aus den MR-Elementen resultierende Fehler in dem erfassten Winkelwert θs, d.h. dem Endergebnis, reduziert werden.
Ansonsten sind die Konfiguration, der Betrieb und die Effekte dieser Ausführungsform identisch mit denjenigen der zweiten Ausführungsform.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, wobei verschiedene Modifikationen an denselben vorgenommen werden können. Zum Beispiel ist die Anordnung der Vielzahl von Erfassungseinheiten in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen nur beispielhaft aufzufassen. Es können verschiedene Änderungen an der Anordnung der Vielzahl von Erfassungseinheiten vorgenommen werden, ohne dass deshalb der durch die Ansprüche definierte Erfindungsumfang verlassen wird.
Es sollte deutlich sein, dass die vorliegende Erfindung auf verschiedene Weise realisiert werden kann und verschiedene Modifikationen an den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen vorgenommen werden können. Die vorliegende Erfindung kann also auf andere Weise als in den vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen realisiert werden, ohne dass deshalb der Erfindungsumfang verlassen wird.

Claims

Drehfeldsensor zum Erfassen eines Winkels, den eine Richtung eines sich drehenden Magnetfelds an einer Bezugsposition in Bezug auf eine Bezugsrichtung bildet, dadurch gekennzeichnet, dass: der Drehfeldsensor (1) umfasst: eine Signalerzeugungseinheit (2), die eine Vielzahl von magnetischen Erfassungselementen zum Erfassen des sich drehenden Magnetfelds umfasst, und ein erstes Signal und ein zweites Signal auf der Basis von Ausgabesignalen aus der Vielzahl von magnetischen Erfassungselementen erzeugt, wobei das erste und das zweite Signal mit den Intensitäten von Komponenten des sich drehenden Magnetfelds in jeweils verschiedenen Richtungen assoziiert sind, und eine Winkelerfassungseinheit (3), die auf der Basis des ersten und des zweiten Signals aus der Signalerzeugungseinheit (2) einen erfassten Winkelwert berechnet, der eine Entsprechungsbeziehung zu dem Winkel aufweist, den die Richtung des sich drehenden Magnetfelds an der Bezugsposition in Bezug auf die Bezugsrichtung bildet, wobei das erste Signal eine erste ideale Komponente und eine erste Fehlerkomponente enthält, wobei das zweite Signal eine zweite ideale Komponente und eine zweite Fehlerkomponente enthält, wobei die erste ideale Komponente und die zweite ideale Komponente periodisch mit derselben Signalperiode in einer idealen Sinusform variieren, wobei sich die zweite ideale Komponente von der ersten idealen Komponente in der Phase unterscheidet, wobei die Summe des Quadrats der ersten idealen Komponente und des Quadrats der zweiten idealen Komponente einen konstanten Wert annimmt, wobei die erste Fehlerkomponente und die zweite Fehlerkomponente synchron zueinander mit jeweils einer Periode von 1/3 der Signalperiode variieren, und wobei die Winkelerfassungseinheit (3) umfasst: eine erste arithmetische Einheit (31), die ein Quadratsummensignal erzeugt, wobei das Quadratsummensignal aus der Summe des Quadrats des ersten Signals und des Quadrats des zweiten Signals besteht und eine Periode von 1/2 der Signalperiode aufweist, eine zweite arithmetische Einheit (32), die eine erste Fehlerkomponentenschätzung und eine zweite Fehlerkomponentenschätzung auf der Basis des Quadratsummensignals berechnet, wobei die erste Fehlerkomponentenschätzung ein geschätzter Wert der ersten Fehlerkomponente ist und die zweite Fehlerkomponentenschätzung ein geschätzter Wert der zweiten Fehlerkomponente ist, und eine dritte arithmetische Einheit (33), die ein erstes korrigiertes Signal erzeugt, indem sie die erste Fehlerkomponentenschätzung von dem ersten Signal subtrahiert, ein zweites korrigiertes Signal erzeugt, indem sie die zweite Fehlerkomponentenschätzung von dem zweiten Signal subtrahiert, und den erfassten Winkelwert auf der Basis des ersten und des zweiten korrigierten Signals berechnet.
Drehfeldsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass: die erste arithmetische Einheit (31) einen temporären erfassten Winkelwert auf der Basis des ersten und des zweiten Signals berechnet und das Quadratsummensignal als eine Funktion des temporären erfassten Winkelwerts ausdrückt, und die zweite arithmetische Einheit (32) die Amplitude und die Anfangsphase des Quadratsummensignals, das als eine Funktion des temporären erfassten Winkelwerts ausgedrückt wird, erfasst und die erste und die zweite Fehlerkomponentenschätzung unter Verwendung der Amplitude und der Anfangsphase des Quadratsummensignals sowie des temporären erfassten Winkelwerts berechnet.
Drehfeldsensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der temporäre erfasste Winkelwert als atan(S1/S2) berechnet wird, das Quadratsummensignal als 1 + Ft² + 2Ft*cos(2θt + Φt) ausgedrückt wird, die erste Fehlerkomponentenschätzung als Ft*sin(3θt + Φt) berechnet wird und die zweite Fehlerkomponentenschätzung als Ft*cos(3θt + Φt) berechnet wird, wobei S1 und S2 jeweils das erste und das zweite Signal wiedergeben, θt den temporären erfassten Winkelwert wiedergibt, 2Ft die Amplitude des Quadratsummensignals wiedergibt und ϕt die Anfangsphase des Quadratsummensignals wiedergibt.
Drehfeldsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass: die Signalerzeugungseinheit (2) eine erste Erfassungsschaltung (11) und eine zweite Erfassungsschaltung (12) enthält, die die Intensitäten der Komponenten des sich drehenden Magnetfelds in jeweils verschiedenen Richtungen erfassen und entsprechende, die Intensitäten angebende Signale ausgeben, jede der ersten und der zweiten Erfassungsschaltung (11, 12) wenigstens ein magnetisches Erfassungselement enthält, die Ausgabesignale der ersten und der zweiten Erfassungsschaltung (11, 12) periodisch mit der Signalperiode variieren, sich das Ausgabesignal der zweiten Erfassungsschaltung (12) von dem Ausgabesignal der ersten Erfassungsschaltung (11) in der Phase durch ein ungerades Vielfaches von 1/4 der Signalperiode unterscheidet, und das erste Signal auf der Basis des Ausgabesignals der ersten Erfassungsschaltung (11) erzeugt wird und das zweite Signal auf der Basis des Ausgabesignals der zweiten Erfassungsschaltung (12) erzeugt wird.
Drehfeldsensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass jede der ersten und der zweiten Erfassungsschaltungen (12, 12) als das wenigstens eine magnetische Erfassungselement ein Paar von in Reihe verbundenen magnetischen Erfassungselementen enthält.
Drehfeldsensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass jede der ersten und der zweiten Erfassungsschaltungen (11, 12) eine Wheatstone-Brückenschaltung aufweist, die ein erstes Paar von in Reihe verbundenen magnetischen Erfassungselementen und ein zweites Paar von in Reihe verbundenen magnetischen Erfassungselementen enthält.
Drehfeldsensor nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetischen Erfassungselemente Magnetowiderstandselemente sind.
Drehfeldsensor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, das jedes der Magnetowiderstandselemente eine hinsichtlich der Magnetisierung gepinnte Schicht (53), deren Magnetisierungsrichtung fixiert ist, eine freie Schicht (51), deren Magnetisierungsrichtung in Übereinstimmung mit der Richtung des sich drehenden Magnetfelds variiert, und eine nicht-magnetische Schicht (52), die zwischen der hinsichtlich der Magnetisierung gepinnten Schicht (53) und der freien Schicht (51) angeordnet ist, umfasst.
Drehfeldsensor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetisierungsrichtungen der hinsichtlich der Magnetisierung gepinnten Schichten (53) der Magnetowiderstandselemente in der zweiten Erfassungsschaltung (12) orthogonal zu den Magnetisierungsrichtungen der hinsichtlich der Magnetisierung gepinnten Schichten (53) der Magnetowiderstandselemente in der ersten Erfassungsschaltung (11) sind.
Drehfeldsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass: die Signalerzeugungseinheit (2) eine erste Erfassungseinheit (10), die das sich drehende Magnetfeld an einer ersten Position erfasst, und eine zweite Erfassungseinheit (20), die das sich drehende Magnetfeld an einer zweiten Position erfasst, enthält, die erste Erfassungseinheit (10) eine erste Erfassungsschaltung (11), die die Intensität einer Komponente des sich drehenden Magnetfelds in einer ersten Richtung erfasst und ein die Intensität angebendes Signal ausgibt, und eine zweite Erfassungsschaltung (12), die die Intensität einer Komponente des sich drehenden Magnetfelds in einer zweiten Richtung erfasst und ein die Intensität angebendes Signal ausgibt, umfasst, die zweite Erfassungseinheit (20) eine dritte Erfassungsschaltung (21), die die Intensität einer Komponente des sich drehenden Magnetfelds in einer dritten Richtung erfasst und ein die Intensität angebendes Signal ausgibt, und eine vierte Erfassungsschaltung (22), die die Intensität einer Komponente des sich drehenden Magnetfelds in einer vierten Richtung erfasst und ein die Intensität angebendes Signal ausgibt, umfasst, jede der ersten bis vierten Erfassungsschaltungen (11, 12, 21, 22) wenigstens ein magnetisches Erfassungselement enthält, die Ausgabesignale der ersten bis vierten Erfassungsschaltungen (11, 12, 21, 22) periodisch mit der Signalperiode variieren, sich das Ausgabesignal der dritten Erfassungsschaltung (21) von dem Ausgabesignal der ersten Erfassungsschaltung (11) in der Phase unterscheidet, sich das Ausgabesignal der vierten Erfassungsschaltung (22) von dem Ausgabesignal der zweiten Erfassungsschaltung (12) in der Phase unterscheidet, die Ausgabesignale der ersten bis vierten Erfassungsschaltungen (11, 12, 21, 22) jeweils dritte Fehlerkomponenten enthalten, die synchron mit den Ausgabesignalen der ersten bis vierten Erfassungsschaltungen (11, 12, 21, 22) jeweils um eine Periode von 1/3 der Signalperiode variieren, und die Signalerzeugungseinheit (2) weiterhin umfasst: eine erste arithmetische Schaltung (131), die das erste Signal auf der Basis der Ausgabesignale aus der ersten und der dritten Erfassungsschaltung (11, 21) erzeugt, wobei das erste Signal eine Entsprechungsbeziehung zu der Intensität der Komponente des sich drehenden Magnetfelds in der ersten Richtung und zu der Intensität der Komponente des sich drehenden Magnetfelds in der dritten Richtung aufweist, wobei das erste Signal eine dritte Fehlerkomponente enthält, die kleiner als die dritten Fehlerkomponenten in den Ausgabesignalen der ersten und der dritten Erfassungsschaltung (11, 21) ist, und eine zweite arithmetische Schaltung (132), die das zweite Signal auf der Basis der Ausgabesignale aus der zweiten und der vierten Erfassungsschaltung (12, 22) erzeugt, wobei das zweite Signal eine Entsprechungsbeziehung zu der Intensität der Komponente des sich drehenden Magnetfelds in der zweiten Richtung und zu der Intensität der Komponente des sich drehenden Magnetfelds in der vierten Richtung aufweist, wobei das zweite Signal eine dritte Fehlerkomponente enthält, die kleiner als die dritten Fehlerkomponenten in den Ausgabesignalen der zweiten und der vierten Erfassungsschaltung (12, 24) ist.
Drehfeldsensor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite arithmetische Schaltung (131, 132) jeweils das erste und das zweite Signal erzeugen, die jeweils normalisiert sind, sodass sie dieselbe Amplitude aufweisen.
Drehfeldsensor nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass: sich das Ausgabesignal der zweiten Erfassungsschaltung (12) von dem Ausgabesignal der ersten Erfassungsschaltung (11) in der Phase um ein ungerades Vielfaches von 1/4 der Signalperiode unterscheidet, sich das Ausgabesignal der dritten Erfassungsschaltung (21) von dem Ausgabesignal der ersten Erfassungsschaltung (11) in der Phase durch ein ganzzahliges Vielfaches von 1/6 der Signalperiode mit Ausnahme eines ganzzahligen Vielfachen von 1/2 der Signalperiode unterscheidet, und sich das Ausgabesignal der vierten Erfassungsschaltung (22) von dem Ausgabesignal der dritten Erfassungsschaltung (21) in der Phase durch ein ganzzahliges Vielfaches von 1/4 der Signalperiode unterscheidet.
Drehfeldsensor nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, das jede der ersten bis vierten Erfassungsschaltungen (11, 12, 21, 22) als das wenigstens eine magnetische Erfassungselement ein Paar von in Reihe verbundenen magnetischen Erfassungselementen enthält.
Drehfeldsensor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass jede der ersten bis vierten Erfassungsschaltungen (11, 12, 21, 22) eine Wheatstone-Brückenschaltung aufweist, die ein erstes Paar von in Reihe verbundenen magnetischen Erfassungselementen und ein zweites Paar von in Reihe verbundenen magnetischen Erfassungselementen umfasst.
Drehfeldsensor nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, das die magnetischen Erfassungselemente Magnetowiderstandselemente sind.
Drehfeldsensor nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Magnetowiderstandselemente eine hinsichtlich der Magnetisierung gepinnte Schicht (53), deren Magnetisierungsrichtung fixiert ist, eine freie Schicht (51), deren Magnetisierungsrichtung in Übereinstimmung mit der Richtung des sich drehenden Magnetfelds variiert, und eine nicht-magnetische Schicht (52), die zwischen der hinsichtlich der Magnetisierung gepinnten Schicht (53) und der freien Schicht (51) angeordnet ist, umfasst.
Drehfeldsensor nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass: die Magnetisierungsrichtungen der hinsichtlich der Magnetisierung gepinnten Schichten (53) der Magnetowiderstandselemente in der zweiten Erfassungsschaltung (12) orthogonal zu den Magnetisierungsrichtungen der hinsichtlich der Magnetisierung gepinnten Schichten (53) der Magnetowiderstandselemente in der ersten Erfassungsschaltung (11) sind, und die Magnetisierungsrichtungen der hinsichtlich der Magnetisierung gepinnten Schichten (53) der Magnetowiderstandselemente in der vierten Erfassungsschaltung (22) orthogonal zu den Magnetisierungsrichtungen der hinsichtlich der Magnetisierung gepinnten Schichten (53) der Magnetowiderstandselemente in der dritten Erfassungsschaltung (21) sind.