DE102014111045B4

DE102014111045B4 - Drehfeldsensor

Info

Publication number: DE102014111045B4
Application number: DE102014111045.5A
Authority: DE
Inventors: c/o TDK Corporation Hirota Yohei; c/o TDK Corporation Tokida Homare; c/o TDK Corporation Hirabayashi Hiraku
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2013-08-27
Filing date: 2014-08-04
Publication date: 2023-10-26
Anticipated expiration: 2034-08-05
Also published as: JP2015045529A; US10648787B2; DE102014111045A1; US20190316894A1; US20150066426A1; US10386169B2

Abstract

Drehfeldsensor, welcher ausgelegt ist, einen Winkel zu detektieren, den eine Richtung eines Drehmagnetfelds in einer Referenzposition in Bezug auf eine Referenzrichtung bildet, wobei der Drehfeldsensor umfasst:eine erste bis sechste Signalgenerierungseinheit, die ausgelegt sind, jeweils ein erstes bis sechstes Signal zu generieren, wobei jedes des ersten bis sechsten Signals zu der Richtung des Drehmagnetfelds sensitiv ist, wobei jede der ersten bis sechsten Signalgenerierungseinheit wenigstens ein Magnetdetektionselement umfasst; undeine Winkeldetektionseinheit, die ausgelegt ist, einen detektierten Winkelwert auf der Basis des ersten bis sechsten Signals zu generieren, wobei der detektierte Winkelwert eine Entsprechungsbeziehung zu dem Winkel aufweist, den die Richtung des Drehmagnetfelds in der Referenzposition in Bezug auf die Referenzrichtung bildet, wobeijedes des ersten bis sechsten Signals enthält: eine Idealkomponente, die periodisch mit einer vorherbestimmten Signalperiode variiert; eine Fehlerkomponente mit einer Periode von 1/2 der vorherbestimmten Signalperiode; und eine Fehlerkomponente mit einer Periode von 1/3 der vorherbestimmten Signalperiode,sich die Idealkomponenten des ersten bis sechsten Signals in der Phase voneinander unterscheiden,ein Absolutwert einer Phasendifferenz zwischen der Idealkomponente des ersten Signals und der Idealkomponente des zweiten Signals, ein Absolutwert einer Phasendifferenz zwischen der Idealkomponente des dritten Signals und der Idealkomponente des vierten Signals, und ein Absolutwert einer Phasendifferenz zwischen der Idealkomponente des fünften Signals und der Idealkomponente des sechsten Signals alle größer als 150° und kleiner als 210° sind, unddie Winkeldetektionseinheit umfasst:eine erste Rechenschaltung, die ausgelegt ist, ein erstes Nachberechnungssignal auf der Basis des ersten und zweiten Signals zu generieren, wobei das erste Nachberechnungssignal eine reduzierte Fehlerkomponente mit der Periode von 1/2 der vorherbestimmten Signalperiode verglichen mit dem ersten und zweiten Signal enthält;eine zweite Rechenschaltung, die ausgelegt ist, ein zweites Nachberechnungssignal auf der Basis des dritten und vierten Signals zu generieren, wobei das zweite Nachberechnungssignal eine reduzierte Fehlerkomponente mit der Periode von 1/2 der vorherbestimmten Signalperiode verglichen mit dem dritten und vierten Signal enthält;eine dritte Rechenschaltung, die ausgelegt ist, ein drittes Nachberechnungssignal auf der Basis des fünften und sechsten Signals zu generieren, wobei das dritte Nachberechnungssignal eine reduzierte Fehlerkomponente mit der Periode von 1/2 der vorherbestimmten Signalperiode verglichen mit dem fünften und sechsten Signal enthält;eine vierte Rechenschaltung, die ausgelegt ist, ein viertes Nachberechnungssignal auf der Basis des ersten und zweiten Nachberechnungssignals zu generieren, wobei das vierte Nachberechnungssignal eine reduzierte Fehlerkomponente mit der Periode von 1/3 der vorherbestimmten Signalperiode verglichen mit dem ersten und zweiten Nachberechnungssignal enthält;eine fünfte Rechenschaltung, die ausgelegt ist, ein fünftes Nachberechnungssignal auf der Basis des zweiten und dritten Nachberechnungssignals zu generieren, wobei das fünfte Nachberechnungssignal eine reduzierte Fehlerkomponente mit der Periode von 1/3 der vorherbestimmten Signalperiode verglichen mit dem zweiten und dritten Nachberechnungssignal enthält; undeine sechste Rechenschaltung, die ausgelegt ist, den detektierten Winkelwert auf der Basis des vierten und fünften Nachberechnungssignals zu bestimmen,wobei PH1, PH2, PH3 und PH4 alle größer als 100° und kleiner als 140° sind, ein Absolutwert einer Phasendifferenz zwischen der Idealkomponente des ersten Signals und der Idealkomponente des fünften Signals PH1+PH2 ist, und ein Absolutwert einer Phasendifferenz zwischen der Idealkomponente des zweiten Signals und der Idealkomponente des sechsten Signals PH3+PH4 ist, wobei PH1 einen Absolutwert einer Phasendifferenz zwischen der Idealkomponente des ersten Signals und der Idealkomponente des dritten Signals angibt, PH2 einen Absolutwert einer Phasendifferenz zwischen der Idealkomponente des dritten Signals und der Idealkomponente des fünften Signals angibt, PH3 einen Absolutwert einer Phasendifferenz zwischen der Idealkomponente des zweiten Signals und der Idealkomponente des vierten Signals angibt, und PH4 einen Absolutwert einer Phasendifferenz zwischen der Idealkomponente des vierten Signals und der Idealkomponente des sechsten Signals angibt,das erste Nachberechnungssignal durch eine Berechnung generiert wird, die das Bestimmen einer Differenz zwischen dem ersten Signal und dem zweiten Signal umfasst,das zweite Nachberechnungssignal durch eine Berechnung generiert wird, die das Bestimmen einer Differenz zwischen dem dritten Signal und dem vierten Signal umfasst,das dritte Nachberechnungssignal durch eine Berechnung generiert wird, die das Bestimmen einer Differenz zwischen dem fünften Signal und dem sechsten Signal umfasst,das vierte Nachberechnungssignal durch eine Berechnung generiert wird, die das Bestimmen einer Differenz zwischen dem ersten Nachberechnungssignal und dem zweiten Nachberechnungssignal umfasst, unddas fünfte Nachberechnungssignal durch eine Berechnung generiert wird, die das Bestimmen einer Differenz zwischen dem zweiten Nachberechnungssignal und dem dritten Nachberechnungssignal umfasst.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Drehfeldsensor zum Detektieren eines Winkels, den die Richtung eines Drehmagnetfelds in Bezug auf eine Referenzrichtung bildet.
2. Beschreibung der verwandten Technik
In den letzten Jahren wurden Drehfeldsensoren verbreitet verwendet, um die Drehposition eines Objekts in verschiedenen Anwendungen zu detektieren, wie bei der Detektion der Drehposition eines Autolenkrads. Drehfeldsensoren verwendende Systeme sind typischerweise mit Mitteln (beispielsweise einem Magneten) zum Generieren eines Drehmagnetfelds versehen, dessen Richtung sich ansprechend auf die Drehung des Objekts dreht. Die Drehfeldsensoren verwenden magnetische Detektionselemente, um den Winkel zu detektieren, den die Richtung des Drehmagnetfelds in Bezug auf eine Referenzrichtung bildet. So wird die Drehposition des Objekts detektiert.
Unter bekannten Drehfeldsensoren ist einer, der zwei Brückenschaltungen (Wheatstone-Brückenschaltungen) umfasst, wie in der DE 10 2011 081 389 A1 und EP 1 232 400 A1 beschrieben. In einem solchen Drehfeldsensor umfasst jede der beiden Brückenschaltungen vier magnetoresistive (MR-) Elemente, die als Magnetdetektionselemente dienen, und gibt ein Signal korrespondierend zur Richtung des Drehmagnetfelds aus. Die Ausgangssignale der beiden Brückenschaltungen unterscheiden sich in der Phase voneinander um 1/4 der Periode der Ausgangssignale der Brückenschaltungen. Der Winkel, den die Richtung des Drehmagnetfelds in Bezug auf eine Referenzrichtung bildet, wird auf der Basis der Ausgangssignale der beiden Brückenschaltungen bestimmt.
Die JP S61 - 173 113 A offenbart einen Magnetdrehsensor, der zwei Gruppen von drei Sensorabschnitten umfasst. In diesem Sensor sind die drei Sensorabschnitte in jeder Gruppe parallel zueinander platziert und in Serie geschaltet, so dass der Abstand zwischen jedem benachbarten Sensorabschnitte 1/3 der Schreibwellenlänge eines Signalmagnetfelds beträgt. Eine Spannungsversorgungsspannung wird an jeder Gruppe von drei Sensorabschnitten angelegt, und Signale werden an zwei Knotenpunkten der drei Sensorabschnitte in jeder Gruppe ausgegeben. Die beiden Gruppen von drei Sensorabschnitten sind auf einem Substrat gebildet, so dass die entsprechenden Sensorabschnitte in den beiden Gruppen parallel zueinander mit einem Abstand dazwischen von 1/2 der Schreibwellenlänge des Signalmagentfelds sind.
Die JP H04 - 5 571 A offenbart eine Drehrichtungsdiskriminierungs- und Drehungsdetektionsvorrichtung, die drei magnetoresistive Elemente und zwei Differenzoperationsverstärker umfasst. In dieser Vorrichtung haben zwei der drei magnetoresistiven Elemente jeweilige Ausgänge, die mit ersten Eingängen der beiden Differenzoperationsverstärker verbunden sind, und das verbleibende eine der magnetoresistiven Elemente hat einen Ausgang, der mit zweiten Eingängen der beiden Differenzoperationsverstärker gemeinsam verbunden ist.
Die DE 10 2005 019 815 A1 offenbart eine Winkelgeschwindigkeits-Detektionsvorrichtung mit drei Hall-Elementen, welche drei Ausgangssignale ausgeben, die sich in der Phase um 90° voneinander unterscheiden.
In einem Drehfeldsensor, der Brückenschaltungen umfasst, die MR-Elemente als Magnetdetektionselemente verwenden, sollte idealerweise die Ausgangssignal-Wellenform jeder Brückenschaltung eine sinusförmige Kurve (einschließlich einer Sinus-Wellenform und einer Kosinus-Wellenform) verfolgen, während sich die Richtung des Drehmagnetfelds dreht. Wie in der DE 10 2011 081 389 A1 beschrieben, ist es jedoch bekannt, dass die Ausgangssignal-Wellenform jeder Brückenschaltung manchmal von einer sinusförmigen Kurve verzerrt wird. Eine Verzerrung der Ausgangssignal-Wellenform jeder Brückenschaltung kann zu einem bestimmten Fehler im vom Drehfeldsensor detektierten Winkel führen. Einer der Faktoren, der die Ausgangssignal-Wellenform jeder Brückenschaltung verzerren kann, sind die MR-Elemente.
Das Folgende beschreibt Beispiele von Situationen, wo die Ausgangssignal-Wellenform einer Brückenschaltung, die MR-Elemente verwendet, aufgrund der MR-Elemente verzerrt wird. Hier wird angenommen, dass die MR-Elemente Riesen-Magnetowiderstands- (GMR-) Elemente oder Tunnel-Magnetowiderstands- (TMR-) Elemente sind. GMR- und TMR-Elemente umfassen jeweils eine in ihrer Magnetisierung fixierte Schicht, deren Magnetisierungsrichtung fixiert ist, eine freie Schicht, deren Magnetisierungsrichtung in Abhängigkeit von der Richtung des Drehmagnetfelds variiert, und eine nicht-magnetische Schicht, die zwischen der in ihrer Magnetisierung fixierten Schicht und der freien Schicht angeordnet ist. Ein Beispiel der Situationen, wo die Ausgangssignal-Wellenform der Brückenschaltung aufgrund der MR-Elemente verzerrt wird, ist, wenn die Magnetisierungsrichtung der in ihrer Magnetisierung fixierten Schicht unter dem Einfluss des Drehmagnetfelds oder ähnlicher Faktoren variiert. Es ist wahrscheinlich, dass dies auftritt, wenn das Drehmagnetfeld eine relativ hohe Stärke aufweist. Ein weiteres Beispiel der Situationen, wo die Ausgangssignal-Wellenform der Brückenschaltung aufgrund der MR-Elemente verzerrt wird, ist, wenn sich die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht von der Richtung des Drehmagnetfelds aufgrund von Effekten wie der Formanisotropie und der Koerzitivkraft der freien Schicht unterscheidet. Es ist wahrscheinlich, dass dies auftritt, wenn das Drehmagnetfeld eine relativ geringe Stärke aufweist.
Hier wird angenommen, dass das Ausgangssignal der Brückenschaltung eine Idealkomponente, die periodisch so variiert, dass sie eine ideale sinusförmige Kurve verfolgt, und einen Signalfehler enthält, der die Ausgangssignal-Wellenform der Brückenschaltung verzerrt. Der Signalfehler besteht hauptsächlich aus einer zweiten harmonischen Komponente mit einer Periode von 1/2 der Periode der Idealkomponente, und einer dritten harmonischen Komponente mit einer Periode von 1/3 der Periode der Idealkomponente. Um einen Fehler im vom Drehfeldsensor detektierten Winkel zu reduzieren, ist es daher wichtig, die zweite harmonische Komponente und die dritte harmonische Komponente zu reduzieren.
Die DE 10 2011 081 389 A1 offenbart eine Technik zum Reduzieren der dritten harmonischen Komponente durch das Vorsehen von vier Detektionsschaltungen, von denen jede eine Wheatstone-Brückenschaltung umfasst und Berechnungen unter Verwendung der Ausgangssignale der vier Detektionsschaltungen vornimmt. Diese Technik erfordert jedoch zweimal so viele Wheatstone-Brückenschaltungen wie der herkömmliche Drehfeldsensor, der zwei Wheatstone-Brückenschaltungen verwendet. Die oben angegebene Technik bietet so Raum für eine Verbesserung hinsichtlich einer Verringerung der Größe und Strukturvereinfachung des Drehfeldsensors.
Die EP 1 232 400 A1 offenbart eine Technik zum Korrigieren eines detektierten Winkels durch das Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen einem Hauptsensorelement mit einer Hauptreferenzmagnetisierungsachse und zwei Korrektursensorelementen jeweils mit einer Referenzmagnetisierungsachse, die in Bezug auf die Hauptreferenzmagnetisierungsachse geneigt ist. Diese Technik erfordert jedoch, die Ausbildung der Korrektursensorelemente gemäß den Ausbildungsbedingungen, wie den Widerständen, Größen und Materialien des Hauptsensorelements und der Korrektursensorelemente und der Stärke des Drehmagnetfelds, zu optimieren, und hat so einen Nachteil, dass die Ausbildung des Sensors nicht einfach ist.
Keine der JP S61 - 173 113 A , JP H04 - 5 571 A und DE 10 2005 019 815 A1 behandelt spezifisch das Reduzieren der dritten harmonischen Komponente.
Wie beschrieben wurde, hat ein Drehfeldsensor, der MR-Elemente als Magnetdetektionselemente verwendet, das Problem, dass der vom Drehfeldsensor detektierte Winkel einen gewissen Fehler enthalten kann. Dieses Problem kann bei jedem Drehfeldsensor auftreten, der Magnetdetektionselemente umfasst, um einen Winkel zu detektieren, den die Richtung eines Drehmagnetfelds in Bezug auf eine Referenzrichtung bildet.
ZIEL UND ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Drehfeldsensor zum Detektieren eines Winkels, den die Richtung eines Drehmagnetfelds in Bezug auf eine Referenzrichtung bildet, vorzusehen, wobei der Drehfeldsensor einen Fehler im detektierten Winkel reduzieren kann.
Drehfeldsensoren gemäß des ersten und gemäß des zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung sind jeweils ausgelegt, einen Winkel zu detektieren, den die Richtung eines Drehmagnetfelds in einer Referenzposition in Bezug auf eine Referenzrichtung bildet. Die Drehfeldsensoren umfassen jeweils: eine erste bis sechste Signalgenerierungseinheit, die ausgelegt sind, jeweils ein erstes bis sechstes Signal zu generieren, wobei jedes des ersten bis sechsten Signals sensitiv auf die Richtung des Drehmagnetfelds ist, wobei jede der ersten bis sechsten Signalgenerierungseinheit wenigstens ein Magnetdetektionselement umfasst; und eine Winkeldetektionseinheit, die ausgelegt ist, einen detektierten Winkelwert auf der Basis des ersten bis sechsten Signals zu generieren, wobei der detektierte Winkelwert eine Entsprechungsbeziehung mit dem Winkel aufweist, den die Richtung des Drehmagnetfelds in der Referenzposition in Bezug auf die Referenzrichtung bildet. Jedes des ersten bis sechsten Signals enthält: eine Idealkomponente, die periodisch mit einer vorherbestimmten Signalperiode variiert; eine Fehlerkomponente mit einer Periode von 1/2 der vorherbestimmten Signalperiode; und eine Fehlerkomponente mit einer Periode von 1/3 der vorherbestimmten Signalperiode. Die Idealkomponenten des ersten bis sechsten Signals unterscheiden sich in der Phase voneinander. Der Absolutwert der Phasendifferenz zwischen der Idealkomponente des ersten Signals und der Idealkomponente des zweiten Signals, der Absolutwert der Phasendifferenz zwischen der Idealkomponente des dritten Signals und der Idealkomponente des vierten Signals, und der Absolutwert der Phasendifferenz zwischen der Idealkomponente des fünften Signals und der Idealkomponente des sechsten Signals sind alle größer als 150° und kleiner als 210°.
Im Drehfeldsensor des ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung umfasst die Winkeldetektionseinheit eine erste bis sechste Rechenschaltung. Die erste Rechenschaltung generiert ein erstes Nachberechnungssignal auf der Basis des ersten und zweiten Signals, wobei die Fehlerkomponente mit der Periode von 1/2 der vorherbestimmten Signalperiode des ersten Nachberechnungssignals reduziert ist verglichen mit dem ersten und zweiten Signal. Die zweite Rechenschaltung generiert ein zweites Nachberechnungssignal auf der Basis des dritten und vierten Signals, wobei die Fehlerkomponente mit der Periode von 1/2 der vorherbestimmten Signalperiode des zweiten Nachberechnungssignals reduziert ist verglichen mit dem dritten und vierten Signal. Die dritte Rechenschaltung generiert ein drittes Nachberechnungssignal auf der Basis des fünften und sechsten Signals, wobei die reduzierte Fehlerkomponente mit der Periode von 1/2 der vorherbestimmten Signalperiode des dritten Nachberechnungssignals reduziert ist verglichen mit dem fünften und sechsten Signal. Die vierte Rechenschaltung generiert ein viertes Nachberechnungssignal auf der Basis des ersten und zweiten Nachberechnungssignals, wobei die Fehlerkomponente mit der Periode von 1/3 der vorherbestimmten Signalperiode des vierten Nachberechnungssignals reduziert ist verglichen mit dem ersten und zweiten Nachberechnungssignal. Die fünfte Rechenschaltung generiert ein fünftes Nachberechnungssignal auf der Basis des zweiten und dritten Nachberechnungssignals, wobei die Fehlerkomponente mit der Periode von 1/3 der vorherbestimmten Signalperiode des fünften Nachberechnungssignals reduziert ist verglichen mit dem zweiten und dritten Nachberechnungssignal. Die sechste Rechenschaltung bestimmt den detektierten Winkelwert auf der Basis des vierten und fünften Nachberechnungssignals.
Im Drehfeldsensor des zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung umfasst die Winkeldetektionseinheit eine erste bis siebente Rechenschaltung. Die erste Rechenschaltung generiert ein erstes Nachberechnungssignal auf der Basis des ersten und dritten Signals, wobei die Fehlerkomponente mit der Periode von 1/3 der vorherbestimmten Signalperiode des ersten Nachberechnungssignal reduziert ist verglichen mit dem ersten und dritten Signal. Die zweite Rechenschaltung generiert ein zweites Nachberechnungssignal auf der Basis des zweiten und vierten Signals, wobei die Fehlerkomponente mit der Periode von 1/3 der vorherbestimmten Signalperiode des zweite Nachberechnungssignals reduziert ist verglichen mit dem zweiten und vierten Signal. Die dritte Rechenschaltung generiert ein drittes Nachberechnungssignal auf der Basis des dritten und fünften Signals, wobei die Fehlerkomponente mit der Periode von 1/3 der vorherbestimmten Signalperiode des dritten Nachberechnungssignals reduziert ist verglichen mit dem dritten und fünften Signal. Die vierte Rechenschaltung generiert ein viertes Nachberechnungssignal auf der Basis des vierten und sechsten Signals, wobei die Fehlerkomponente mit der Periode von 1/3 der vorherbestimmten Signalperiode des vierten Nachberechnungssignals reduziert ist verglichen mit dem vierten und sechsten Signal. Die fünfte Rechenschaltung generiert ein fünftes Nachberechnungssignal auf der Basis des ersten und zweiten Nachberechnungssignals, wobei die Fehlerkomponente mit der Periode von 1/2 der vorherbestimmten Signalperiode des fünften Nachberechnungssignals reduziert ist verglichen mit dem ersten und zweiten Nachberechnungssignal . Die sechste Rechenschaltung generiert ein sechstes Nachberechnungssignal auf der Basis des dritten und vierten Nachberechnungssignals, wobei die Fehlerkomponente mit der Periode von 1/2 der vorherbestimmten Signalperiode des sechsten Nachberechnungssignals reduziert ist verglichen mit dem dritten und vierten Nachberechnungssignal enthält. Die siebente Rechenschaltung bestimmt den detektierten Winkelwert auf der Basis des fünften und sechsten Nachberechnungssignals.
Es wird angenommen, dass PH1 der Absolutwert der Phasendifferenz zwischen der Idealkomponente des ersten Signals und der Idealkomponente des dritten Signals ist. Es wird angenommen, dass PH2 der Absolutwert der Phasendifferenz zwischen der Idealkomponente des dritten Signals und der Idealkomponente des fünften Signals ist. Es wird angenommen, dass PH3 der Absolutwert der Phasendifferenz zwischen der Idealkomponente des zweiten Signals und der Idealkomponente des vierten Signals ist. Es wird angenommen, dass PH4 der Absolutwert der Phasendifferenz zwischen der Idealkomponente des vierten Signals und der Idealkomponente des sechsten Signals ist.
In einem Vergleichsbeispiel eines Drehfeldsensors können PH1, PH2, PH3 und PH4 alle größer als 40° und kleiner als 80° sein. In einem solchen Fall ist der Absolutwert der Phasendifferenz zwischen der Idealkomponente des ersten Signals und der Idealkomponente des fünften Signals PH1+PH2, und der Absolutwert der Phasendifferenz zwischen der Idealkomponente des zweiten Signals und der Idealkomponente des sechsten Signals ist PH3+PH4. Ferner kann in diesem Fall das erste Nachberechnungssignal durch eine Berechnung generiert werden, die das Bestimmen einer Differenz zwischen dem ersten Signal und dem zweiten Signal umfasst. Das zweite Nachberechnungssignal kann durch eine Berechnung generiert werden, die das Bestimmen einer Differenz zwischen dem dritten Signal und dem vierten Signal umfasst. Das dritte Nachberechnungssignal kann durch eine Berechnung generiert werden, die das Bestimmen einer Differenz zwischen dem fünften Signal und dem sechsten Signal umfasst. Das vierte Nachberechnungssignal kann durch eine Berechnung generiert werden, die das Bestimmen der Summe des ersten Nachberechnungssignals und des zweiten Nachberechnungssignals umfasst. Das fünfte Nachberechnungssignal kann durch eine Berechnung generiert werden, die das Bestimmen der Summe des zweiten Nachberechnungssignals und des dritten Nachberechnungssignals umfasst.
Im Drehfeldsensor des ersten Aspekts der Erfindung sind PH1, PH2, PH3 und PH4 alle größer als 100° und kleiner als 140°. In einem solchen Fall ist der Absolutwert der Phasendifferenz zwischen der Idealkomponente des ersten Signals und der Idealkomponente des fünften Signals PH1+PH2, und der Absolutwert der Phasendifferenz zwischen der Idealkomponente des zweiten Signals und der Idealkomponente des sechsten Signals ist PH3+PH4. Ferner wird in diesem Fall das erste Nachberechnungssignal durch eine Berechnung generiert, die das Bestimmen der Differenz zwischen dem ersten Signal und dem zweiten Signal umfasst. Das zweite Nachberechnungssignal wird durch eine Berechnung generiert, die das Bestimmen der Differenz zwischen dem dritten Signal und dem vierten Signal umfasst. Das dritte Nachberechnungssignal wird durch eine Berechnung generiert, die das Bestimmen der Differenz zwischen dem fünften Signal und dem sechsten Signal umfasst. Das vierte Nachberechnungssignal wird durch eine Berechnung generiert, die das Bestimmen einer Differenz zwischen dem ersten Nachberechnungssignal und dem zweiten Nachberechnungssignal umfasst. Das fünfte Nachberechnungssignal wird durch eine Berechnung generiert, die das Bestimmen einer Differenz zwischen dem zweiten Nachberechnungssignal und dem dritten Nachberechnungssignal umfasst.
Im Drehfeldsensor des zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung können PH1, PH2, PH3 und PH4 alle größer als 40° und kleiner als 80° sein. In einem solchen Fall ist der Absolutwert der Phasendifferenz zwischen der Idealkomponente des ersten Signals und der Idealkomponente des fünften Signals PH1+PH2, und der Absolutwert der Phasendifferenz zwischen der Idealkomponente des zweiten Signals und der Idealkomponente des sechsten Signals ist PH3+PH4. Ferner kann in diesem Fall das erste Nachberechnungssignal durch eine Berechnung generiert werden, die das Bestimmen der Summe des ersten Signals und des dritten Signals umfasst. Das zweite Nachberechnungssignal kann durch eine Berechnung generiert werden, die das Bestimmen der Summe des zweiten Signals und des vierten Signals umfasst. Das dritte Nachberechnungssignal kann durch eine Berechnung generiert werden, die das Bestimmen der Summe des dritten Signals und des fünften Signals umfasst. Das vierte Nachberechnungssignal kann durch eine Berechnung generiert werden, die das Bestimmen der Summe des vierten Signals und des sechsten Signals umfasst. Das fünfte Nachberechnungssignal kann durch eine Berechnung generiert werden, die das Bestimmen der Differenz zwischen dem ersten Nachberechnungssignal und dem zweiten Nachberechnungssignal umfasst. Das sechste Nachberechnungssignal kann durch eine Berechnung generiert werden, die das Bestimmen einer Differenz zwischen dem dritten Nachberechnungssignal und dem vierten Nachberechnungssignal umfasst.
Alternativ dazu können im Drehfeldsensor des zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung PH1, PH2, PH3 und PH4 alle größer als 100° und kleiner als 140° sein. In einem solchen Fall ist der Absolutwert einer Phasendifferenz zwischen der Idealkomponente des ersten Signals und der Idealkomponente des fünften Signals PH1+PH2, und der Absolutwert einer Phasendifferenz zwischen der Idealkomponente des zweiten Signals und der Idealkomponente des sechsten Signals ist PH3+PH4. Ferner kann in diesem Fall das erste Nachberechnungssignal durch eine Berechnung generiert werden, die das Bestimmen einer Differenz zwischen dem ersten Signal und dem dritten Signal umfasst. Das zweite Nachberechnungssignal kann durch eine Berechnung generiert werden, die das Bestimmen einer Differenz zwischen dem zweiten Signal und dem vierten Signal umfasst. Das dritte Nachberechnungssignal kann durch eine Berechnung generiert werden, die das Bestimmen einer Differenz zwischen dem dritten Signal und dem fünften Signal umfasst. Das vierte Nachberechnungssignal kann durch eine Berechnung generiert werden, die das Bestimmen einer Differenz zwischen dem vierten Signal und dem sechsten Signal umfasst. Das fünfte Nachberechnungssignal kann durch eine Berechnung generiert werden, die das Bestimmen der Differenz zwischen dem ersten Nachberechnungssignal und dem zweiten Nachberechnungssignal umfasst. Das sechste Nachberechnungssignal kann durch eine Berechnung generiert werden, die das Bestimmen der Differenz zwischen dem dritten Nachberechnungssignal und dem vierten Nachberechnungssignal umfasst.
In den Drehfeldsensoren des ersten und zweiten Aspekts der vorliegend Erfindung kann das wenigstens eine Magnetdetektionselement wenigstens ein magnetoresistives Element sein, umfassend: eine in ihrer Magnetisierung fixierte Schicht, deren Magnetisierungsrichtung fixiert ist; eine freie Schicht, deren Magnetisierungsrichtung in Abhängigkeit von der Richtung des Drehmagnetfelds variiert; und eine nicht-magnetische Schicht, die zwischen der in ihrer Magnetisierung fixierten Schicht und der freien Schicht angeordnet ist.
In den Drehfeldsensoren des ersten und zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung kann jede der ersten bis sechsten Signalgenerierungseinheit, als das wenigstens eine Magnetdetektionselement, ein erstes magnetoresistives Element und ein zweites magnetoresistives Element umfassen, die in Serie geschaltet sind. Jedes des ersten und zweiten magnetoresistiven Elements kann umfassen: eine in ihrer Magnetisierung fixierte Schicht, deren Magnetisierungsrichtung fixiert ist; eine freie Schicht, deren Magnetisierungsrichtung in Abhängigkeit von der Richtung des Drehmagnetfelds variiert; und eine nicht-magnetische Schicht, die zwischen der in ihrer Magnetisierung fixierten Schicht und der freien Schicht angeordnet ist. In einem solchen Fall sind die Magnetisierungsrichtung der in ihrer Magnetisierung fixierten Schicht des ersten magnetoresistiven Elements und die Magnetisierungsrichtung der in ihrer Magnetisierung fixierten Schicht des zweiten magnetoresistiven Elements einander entgegengesetzt. Ferner sind in diesem Fall das erste und das zweite magnetoresistive Element so ausgelegt, dass eine vorherbestimmte Spannung zwischen demjenigen Ende des ersten magnetoresistiven Elements und demjenigen Ende des zweiten magnetoresistiven Elements angelegt wird, die am weitesten voneinander entfernt sind, und jedes des ersten bis sechsten Signals wird an einem Knotenpunkt zwischen dem ersten und zweiten magnetoresistiven Element in der entsprechenden der ersten bis sechsten Signalgenerierungseinheit ausgegeben.
Im Drehfeldsensor des ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung werden generiert: das erste Nachberechnungssignal, dessen Fehlerkomponente mit der Periode von 1/2 der vorherbestimmten Signalperiode verglichen mit dem ersten und zweiten Signal reduziert ist, das zweite Nachberechnungssignal, dessen Fehlerkomponente mit der Periode von 1/2 der vorherbestimmten Signalperiode verglichen mit dem dritten und vierten Signal reduziert ist, und das dritte Nachberechnungssignal, dessen Fehlerkomponente mit der Periode von 1/2 der vorherbestimmten Signalperiode verglichen mit dem fünften und sechsten Signal reduziert ist. Auf der Basis des ersten und zweiten Nachberechnungssignals wird das vierte Nachberechnungssignal generiert, dessen Fehlerkomponente mit der Periode von 1/3 der vorherbestimmten Signalperiode verglichen mit dem ersten und zweiten Nachberechnungssignal reduziert ist. Auf der Basis des zweiten und dritten Nachberechnungssignals wird das fünfte Nachberechnungssignal generiert, dessen Fehlerkomponente mit der Periode von 1/3 der vorherbestimmten Signalperiode verglichen mit dem zweiten und dritten Nachberechnungssignal reduziert ist. Auf der Basis des vierten und fünften Nachberechnungssignals wird der detektierte Winkelwert bestimmt. Die vorliegende Erfindung macht es dadurch möglich, einen Fehler im vom Drehfeldsensor detektierten Winkel zu reduzieren.
Im Drehfeldsensor des zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung werden generiert: das erste Nachberechnungssignal, dessen Fehlerkomponente mit der Periode von 1/3 der vorherbestimmten Signalperiode verglichen mit dem ersten und dritten Signal reduziert ist, das zweite Nachberechnungssignal, dessen Fehlerkomponente mit der Periode von 1/3 der vorherbestimmten Signalperiode verglichen mit dem zweiten und vierten Signal reduziert ist, das dritte Nachberechnungssignal, dessen Fehlerkomponente mit der Periode von 1/3 der vorherbestimmten Signalperiode verglichen mit dem dritten und fünften Signal reduziert ist, und das vierte Nachberechnungssignal, dessen Fehlerkomponente mit der Periode von 1/3 der vorherbestimmten Signalperiode verglichen mit dem vierten und sechsten Signal reduziert ist. Auf der Basis des ersten und zweiten Nachberechnungssignals wird das fünfte Nachberechnungssignal generiert, dessen Fehlerkomponente mit der Periode von 1/2 der vorherbestimmten Signalperiode verglichen mit dem ersten und zweiten Nachberechnungssignal reduziert ist. Auf der Basis des dritten und vierten Nachberechnungssignals wird das sechste Nachberechnungssignal generiert, dessen Fehlerkomponente mit der Periode von 1/2 der vorherbestimmten Signalperiode verglichen mit dem dritten und vierten Nachberechnungssignal reduziert ist. Auf der Basis des fünften und sechsten Nachberechnungssignals wird der detektierte Winkelwert bestimmt. Die vorliegende Erfindung macht es dadurch möglich, einen Fehler im vom Drehfeldsensor detektierten Winkel zu reduzieren.
Andere und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung vollständiger hervor.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist eine perspektivische Ansicht, welche den allgemeinen Aufbau eines Drehfeldsensors gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
2 ist eine erläuternde Darstellung, welche die Definitionen von Richtungen und Winkeln veranschaulicht, die in der ersten Ausführungsform der Erfindung verwendet werden.
3 ist ein Schaltbild, das den Aufbau des Drehfeldsensors gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
4 ist ein Blockbild, das den Aufbau der in 3 gezeigten sechsten Rechenschaltung veranschaulicht.
5 ist eine perspektivische Ansicht eines Bereichs eines in 3 gezeigten MR-Elements.
6 ist ein Wellenformdiagramm, das ein Beispiel von Wellenformen jeweiliger Idealkomponenten eines ersten bis dritten Nachberechnungssignals der ersten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
7 ist ein Wellenformdiagramm, das ein Beispiel von Wellenformen von Signalfehlern veranschaulicht, die im ersten bis dritten Nachberechnungssignal der ersten Ausführungsform der Erfindung enthalten sind.
8 ist ein Wellenformdiagramm, das ein Beispiel von Wellenformen von Signalfehlern veranschaulicht, die im vierten und fünften Nachberechnungssignal der ersten Ausführungsform der Erfindung enthalten sind.
9 ist ein Wellenformdiagramm, das ein Beispiel eines Winkelfehlers veranschaulicht, der in einem detektierten Winkelwert in der ersten Ausführungsform der Erfindung enthalten ist.
10 ist ein Schaltbild, das den Aufbau eines Drehfeldsensors gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
11 ist ein Schaltbild, das den Aufbau eines Drehfeldsensors gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
12 ist ein Schaltbild, das den Aufbau eines Drehfeldsensors gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
13 ist eine erläuternde Darstellung, welche den Aufbau eines Drehfeldsensors gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
14 ist eine erläuternde Darstellung, welche den Aufbau eines Drehfeldsensors eines ersten Modifikationsbeispiels der fünften Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
15 ist eine erläuternde Darstellung, welche den Aufbau eines Drehfeldsensors eines zweiten Modifikationsbeispiels der fünften Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
16 ist eine erläuternde Darstellung, welche den Aufbau eines Drehfeldsensors eines dritten Modifikationsbeispiels der fünften Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
17 ist eine erläuternde Darstellung, welche den Aufbau eines Drehfeldsensors gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
18 ist eine erläuternde Darstellung, welche den Aufbau eines Drehfeldsensors eines ersten Modifikationsbeispiels der sechsten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
19 ist eine erläuternde Darstellung, welche den Aufbau eines Drehfeldsensors eines zweiten Modifikationsbeispiels der sechsten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
20 ist eine erläuternde Darstellung, welche den Aufbau eines Drehfeldsensors eines dritten Modifikationsbeispiels der sechsten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
[Erste Ausführungsforml
Nun werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert beschrieben. Zuerst wird auf 1 und 2 Bezug genommen, um den allgemeinen Aufbau eines Drehfeldsensors gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung zu beschreiben. 1 ist eine perspektivische Ansicht, welche den allgemeinen Aufbau des Drehfeldsensors gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht. 2 ist eine erläuternde Darstellung, welche die Definitionen von Richtungen und Winkeln veranschaulicht, die in der ersten Ausführungsform verwendet werden.
Wie in 1 gezeigt, ist der Drehfeldsensor 1 gemäß der ersten Ausführungsform ausgelegt, den Winkel zu detektieren, den die Richtung eines Drehmagnetfelds MF in einer Referenzposition in Bezug auf eine Referenzrichtung bildet. Die Richtung des Drehmagnetfelds MF in der Referenzposition dreht sich, gesehen vom Drehfeldsensor 1. In 1 ist ein zylindrischer Magnet 2 als Beispiel eines Mittels zum Generieren des Drehmagnetfelds MF gezeigt. Der Magnet 2 hat einen Nord-Pol und einen Süd-Pol, die symmetrisch in Bezug auf eine virtuelle Ebene eingerichtet sind, welche die Mittelachse des Zylinders enthält. Der Magnet 2 dreht sich um die Mittelachse des Zylinders. Dementsprechend dreht sich die Richtung des Drehmagnetfelds MF, das vom Magneten 2 generiert wird, um ein Drehzentrum C, das die Mittelachse des Zylinders umfasst.
Die Referenzposition ist innerhalb einer virtuellen Ebene parallel zu einer Endfläche des Magneten 2 angeordnet. Diese virtuelle Ebene wird hier im Nachstehenden als Referenzebene bezeichnet. In der Referenzebene dreht sich die Richtung des vom Magneten 2 generierten Drehmagnetfelds MF um die Referenzposition. Die Referenzrichtung ist innerhalb der Referenzebene angeordnet und schneidet die Referenzposition. In der folgenden Beschreibung bezieht sich die Richtung des Drehmagnetfelds MF in der Referenzposition auf eine Richtung, die innerhalb der Referenzebene angeordnet ist. Der Drehfeldsensor 1 ist angeordnet, der oben angegebenen Endfläche des Magneten 2 zugewandt zu sein. Wie nachstehend in Bezug auf andere Ausführungsformen beschrieben wird, ist das Mittel zum Generieren des Drehmagnetfelds MF nicht auf den in 1 gezeigten Magneten 2 beschränkt.
Der Drehfeldsensor 1 umfasst eine erste Detektionsschaltung 10, eine zweite Detektionsschaltung 20 und eine dritte Detektionsschaltung 30. Für ein einfacheres Verständnis zeigt 1 die erste bis dritte Detektionsschaltung 10, 20 und 30 als getrennte Komponenten. Die erste bis dritte Detektionsschaltung 10, 20 und 30 können jedoch in eine einzelne Komponente integriert werden. Obwohl in 1 die erste bis dritte Detektionsschaltung 10, 20 und 30 in einer Richtung parallel zum Drehzentrum C gestapelt sind, ist ferner die Reihenfolge des Stapelns nicht auf das in 1 gezeigte Beispiel beschränkt.
Nun werden Definitionen von Richtungen und Winkeln, die in der ersten Ausführungsform verwendet werden, mit Bezugnahme auf 1 und 2 beschrieben. Zuerst wird die Richtung parallel zum Drehzentrum C, das in 1 gezeigt ist, und von unten nach oben in 1 als Z-Richtung definiert. In 2 ist die Z-Richtung als die Richtung aus der Ebene von 2 gezeigt. Als Nächstes werden zwei Richtungen, die rechtwinklig zur Z-Richtung und orthogonal zueinander sind, als die X-Richtung und die Y-Richtung definiert. In 2 ist die X-Richtung als die Richtung nach rechts gezeigt, und die Y-Richtung ist als die Richtung nach oben gezeigt. Ferner ist die zur X-Richtung entgegengesetzte Richtung als -X-Richtung definiert, und die zur Y-Richtung entgegengesetzte Richtung ist als -Y-Richtung definiert.
Die Referenzposition PR ist die Position, wo der Drehfeldsensor 1 das Drehmagnetfeld MF detektiert. Beispielsweise soll die Referenzposition PR dort sein, wo die erste Detektionseinheit 10 angeordnet ist. Die Referenzrichtung DR soll die X-Richtung sein. Der Winkel, den die Richtung DM des Drehmagnetfelds MF in der Referenzposition PR in Bezug auf die Referenzrichtung DR bildet, wird mit dem Symbol θ bezeichnet. Die Richtung DM des Drehmagnetfelds MF soll sich im Uhrzeigersinn in 2 drehen. Der Winkel θ wird in einem positiven Wert ausgedrückt, gesehen im Uhrzeigersinn aus der Referenzrichtung DR, und in einem negativen Wert, gesehen im Gegenuhrzeigersinn aus der Referenzrichtung DR.
Die Position, wo die erste Detektionsschaltung 10 angeordnet ist, wird als die erste Position P1 bezeichnet, die Position, wo die zweite Detektionsschaltung 20 angeordnet ist, wird als die zweite Position P2 bezeichnet, und die Position, wo die dritte Detektionsschaltung 30 angeordnet ist, wird als die dritte Position P3 bezeichnet. In der ersten Ausführungsform sind die erste bis dritte Position P1, P2 und P3 gleich in der Drehrichtung des Drehmagnetfelds MF, und identisch mit der Referenzposition PR.
Die erste Detektionsschaltung 10 umfasst eine erste Signalgenerierungseinheit und eine zweite Signalgenerierungseinheit. Die zweite Detektionsschaltung 20 umfasst eine dritte Signalgenerierungseinheit und eine vierte Signalgenerierungseinheit. Die dritte Detektionsschaltung 30 umfasst eine fünfte Signalgenerierungseinheit und eine sechste Signalgenerierungseinheit. Jede der ersten bis sechsten Signalgenerierungseinheit umfasst wenigstens ein Magnetdetektionselement. Die Aufbauten der ersten bis sechsten Signalgenerierungseinheit werden nachstehend detailliert beschrieben.
Die erste bis sechste Signalgenerierungseinheit generieren jeweils ein erstes bis sechstes Signal, wobei jedes des ersten bis sechsten Signals auf die Richtung DM des Drehmagnetfelds MF sensitiv ist. Insbesondere generiert die erste Signalgenerierungseinheit ein erstes Signal, das dem relativen Winkel zwischen der Richtung DM des Drehmagnetfelds MF und einer ersten Richtung D1 entspricht. Das erste Signal ist maximal, wenn die Richtung DM des Drehmagnetfelds MF mit der ersten Richtung D1 zusammenfällt. Die zweite Signalgenerierungseinheit generiert ein zweites Signal, das dem relativen Winkel zwischen der Richtung DM des Drehmagnetfelds MF und einer zweiten Richtung D2 entspricht. Das zweite Signal ist maximal, wenn die Richtung DM des Drehmagnetfelds MF mit der zweiten Richtung D2 zusammenfällt. Die dritte Signalgenerierungseinheit generiert ein drittes Signal, das dem relativen Winkel zwischen der Richtung DM des Drehmagnetfelds MF und einer dritten Richtung D3 entspricht. Das dritte Signal ist maximal, wenn die Richtung DM des Drehmagnetfelds MF mit der dritten Richtung D3 zusammenfällt. Die vierte Signalgenerierungseinheit generiert ein viertes Signal, das dem relativen Winkel zwischen der Richtung DM des Drehmagnetfelds MF und einer vierten Richtung D4 entspricht. Das vierte Signal ist maximal, wenn die Richtung DM des Drehmagnetfelds MF mit der vierten Richtung D4 zusammenfällt. Die fünfte Signalgenerierungseinheit generiert ein fünftes Signal, das dem relativen Winkel zwischen der Richtung DM des Drehmagnetfelds MF und einer fünften Richtung D5 entspricht. Das fünfte Signal ist maximal, wenn die Richtung DM des Drehmagnetfelds MF mit der fünften Richtung D5 zusammenfällt. Die sechste Signalgenerierungseinheit generiert ein sechstes Signal, das dem relativen Winkel zwischen der Richtung DM des Drehmagnetfelds MF und einer sechsten Richtung D6 entspricht. Das sechste Signal ist maximal, wenn die Richtung DM des Drehmagnetfelds MF mit der sechsten Richtung D6 zusammenfällt.
Der Winkel zwischen der ersten Richtung D1 und der zweiten Richtung D2, der Winkel zwischen der dritten Richtung D3 und der vierten Richtung D4, und der Winkel zwischen der fünften Richtung D5 und der sechsten Richtung D6 sind alle größer als 150° und kleiner als 210°. Alle dieser Winkel sind vorzugsweise 180°, wie in 2 gezeigt. Die folgende Beschreibung wird hauptsächlich den Fall diskutieren, wo diese Winkel alle 180° sind.
In der ersten Ausführungsform ist die dritte Richtung D3 die -Y-Richtung, das heißt die Richtung, die von der Referenzrichtung DR im Uhrzeigersinn um 90° gedreht ist. Hier wird angenommen, dass θ1 der Absolutwert des Winkels zwischen der ersten Richtung D1 und der dritten Richtung D3 ist, und es wird angenommen, dass θ2 der Absolutwert des Winkels zwischen der dritten Richtung D3 und der fünften Richtung D5 ist. Die erste Richtung D1 ist die Richtung, die im Uhrzeigersinn um θ1 von der dritten Richtung D3 gedreht ist. Die fünfte Richtung D5 ist die Richtung, die im Gegenuhrzeigersinn um θ2 von der dritten Richtung D3 gedreht ist. Der Absolutwert des Winkels zwischen der ersten Richtung D1 und der fünften Richtung D5 ist θ1+θ2.
Ferner ist in der ersten Ausführungsform die vierte Richtung D4 die Y-Richtung, das heißt die Richtung, die im Gegenuhrzeigersinn um 90° von der Referenzrichtung DR gedreht ist. Hier wird angenommen, dass θ3 der Absolutwert des Winkels zwischen der zweiten Richtung D2 und der vierten Richtung D4 ist, und es wird angenommen, dass θ4 der Absolutwert des Winkels zwischen der vierten Richtung D4 und der sechsten Richtung D6 ist. Die zweite Richtung D2 ist die Richtung, die im Uhrzeigersinn um θ3 von der vierten Richtung D4 gedreht ist. Die sechste Richtung D6 ist die Richtung, die im Gegenuhrzeigersinn um θ4 von der vierten Richtung D4 gedreht ist. Der Absolutwert des Winkels zwischen der zweiten Richtung D2 und der sechsten Richtung D6 ist θ3+θ4.
In der ersten Ausführungsform sind θ1 bis θ4 alle größer als 40° und kleiner als 80°. Alle Winkel θ1 bis θ4 sind vorzugsweise 60°, wie in 2 gezeigt. Die folgende Beschreibung wird hauptsächlich den Fall diskutieren, wo θ1 bis θ4 alle 60° sind. In diesem Fall sind θ1+θ2 und θ3+θ4 beide 120°.
Jedes des ersten bis sechsten Signals enthält eine Idealkomponente, die periodisch mit einer vorherbestimmten Signalperiode T variiert. Die Idealkomponenten des ersten bis sechsten Signals unterscheiden sich in der Phase voneinander. Der Absolutwert der Phasendifferenz zwischen der Idealkomponente des ersten Signals und der Idealkomponente des zweiten Signals, der Absolutwert der Phasendifferenz zwischen der Idealkomponente des dritten Signals und der Idealkomponente des vierten Signals, und der Absolutwert der Phasendifferenz zwischen der Idealkomponente des fünften Signals und der Idealkomponente des sechsten Signals sind alle größer als 150° und kleiner als 210°. Alle dieser Phasendifferenzen haben vorzugsweise einen Absolutwert von 180°. Die folgende Beschreibung wird hauptsächlich den Fall diskutieren, wo alle dieser Phasendifferenzen einen Absolutwert von 180° haben.
Es wird angenommen, dass PH1 der Absolutwert der Phasendifferenz zwischen der Idealkomponente des ersten Signals und der Idealkomponente des dritten Signals ist. Es wird angenommen, dass PH2 der Absolutwert der Phasendifferenz zwischen der Idealkomponente des dritten Signals und der Idealkomponente des fünften Signals ist. Es wird angenommen, dass PH3 der Absolutwert der Phasendifferenz zwischen der Idealkomponente des zweiten Signals und der Idealkomponente des vierten Signals ist. Es wird angenommen, dass PH4 der Absolutwert der Phasendifferenz zwischen der Idealkomponente des vierten Signals und der Idealkomponente des sechsten Signals ist. PH1, PH2, PH3 und PH4 sind alle größer als 40° und kleiner als 80°. PH1, PH2, PH3 und PH4 sind alle vorzugsweise 60°. Die folgende Beschreibung wird hauptsächlich den Fall diskutieren, wo PH1, PH2, PH3 und PH4 alle 60° sind.
Der Absolutwert der Phasendifferenz zwischen der Idealkomponente des ersten Signals und der Idealkomponente des fünften Signals ist PH1+PH2, und der Absolutwert der Phasendifferenz zwischen der Idealkomponente des zweiten Signals und der Idealkomponente des sechsten Signals ist PH3+PH4. Wenn PH1, PH2, PH3 und PH4 alle 60° sind, wie oben angegeben, sind PH1+PH2 und PH3+PH4 beide 120°.
Nun wird der Aufbau des Drehfeldsensors 1 mit Bezugnahme auf 3 detailliert beschrieben. 3 ist ein Schaltbild, das den Aufbau des Drehfeldsensors 1 veranschaulicht. Die erste Detektionsschaltung 10 umfasst eine Wheatstone-Brückenschaltung 14, einen Spannungsversorgungsanschluss V1, einen Masseanschluss G1 und zwei Ausgangsanschlüsse E11 und E12. Die Wheatstone-Brückenschaltung 14 umfasst die erste Signalgenerierungseinheit 14A und die zweite Signalgenerierungseinheit 14B. Die erste Signalgenerierungseinheit 14A umfasst zwei Magnetdetektionselemente R11 und R12, die in Serie geschaltet sind. Die zweite Signalgenerierungseinheit 14B umfasst zwei Magnetdetektionselemente R13 und R14, die in Serie geschaltet sind. Das erste Signal S1 wird aus einem Knotenpunkt J11 zwischen dem Magnetdetektionselement R11 und dem Magnetdetektionselement R12 ausgegeben. Das zweite Signal S2 wird aus einem Knotenpunkt J12 zwischen dem Magnetdetektionselement R13 und dem Magnetdetektionselement R14 ausgegeben.
Der Knotenpunkt J11 ist mit dem Ausgangsanschluss E11 verbunden. Der Knotenpunkt J12 ist mit dem Ausgangsanschluss E12 verbunden. Das Ende des Magnetdetektionselements R11, das weiter vom Magnetdetektionselement R12 entfernt ist, ist mit dem Spannungsversorgungsanschluss V1 und mit dem Ende des Magnetdetektionselements R13 verbunden, das weiter vom Magnetdetektionselement R14 entfernt ist. Das Ende des Magnetdetektionselements R12, das weiter vom Magnetdetektionselement R11 entfernt ist, ist mit dem Masseanschluss G1 und mit dem Ende des Magnetdetektionselements R14 verbunden, das weiter vom Magnetdetektionselement R13 entfernt ist. Eine vorherbestimmte Spannung wird zwischen dem Spannungsversorgungsanschluss V1 und dem Masseanschluss G1 angelegt. Als Ergebnis wird eine vorherbestimmte Spannung zwischen demjenigen Ende des Magnetdetektionselements R11 und demjenigen Ende des Magnetdetektionselements R12 angelegt, die am weitesten voneinander entfernt sind, und zwischen demjenigen Ende des Magnetdetektionselements R13 und demjenigen Ende des Magnetdetektionselements R14, die am weitesten voneinander entfernt sind.
Die zweite und dritte Detektionsschaltung 20 und 30 sind in der gleichen Weise wie die erste Detektionsschaltung 10 ausgelegt. Insbesondere umfasst die zweite Detektionsschaltung 20 eine Wheatstone-Brückenschaltung 24, einen Spannungsversorgungsanschluss V2, einen Masseanschluss G2 und zwei Ausgangsanschlüsse E21 und E22. Die Wheatstone-Brückenschaltung 24 umfasst die dritte Signalgenerierungseinheit 24A und die vierte Signalgenerierungseinheit 24B. Die dritte Signalgenerierungseinheit 24A umfasst zwei Magnetdetektionselemente R21 und R22, die in Serie geschaltet sind. Die vierte Signalgenerierungseinheit 24B umfasst zwei Magnetdetektionselemente R23 und R24, die in Serie geschaltet sind. Das dritte Signal S3 wird aus einem Knotenpunkt J21 zwischen dem Magnetdetektionselement R21 und dem Magnetdetektionselement R22 ausgegeben. Das vierte Signal S4 wird aus einem Knotenpunkt J22 zwischen dem Magnetdetektionselement R23 und dem Magnetdetektionselement R24 ausgegeben.
Der Knotenpunkt J21 ist mit dem Ausgangsanschluss E21 verbunden. Der Knotenpunkt J22 ist mit dem Ausgangsanschluss E22 verbunden. Das Ende des Magnetdetektionselements R21, das weiter vom Magnetdetektionselement R22 entfernt ist, ist mit dem Spannungsversorgungsanschluss V2 und mit dem Ende des Magnetdetektionselements R23 verbunden, das weiter vom Magnetdetektionselement R24 entfernt ist. Das Ende des Magnetdetektionselements R22, das weiter vom Magnetdetektionselement R21 entfernt ist, ist mit dem Masseanschluss G2 und mit dem Ende des Magnetdetektionselements R24 verbunden, das weiter vom Magnetdetektionselement R23 entfernt ist. Eine vorherbestimmte Spannung wird zwischen dem Spannungsversorgungsanschluss V2 und dem Masseanschluss G2 angelegt. Als Ergebnis wird eine vorherbestimmte Spannung zwischen demjenigen Ende des Magnetdetektionselements R21 und demjenigen Ende des Magnetdetektionselements R22 angelegt, die am weitesten voneinander entfernt sind, und zwischen demjenigen Ende des Magnetdetektionselements R23 und demjenigen Ende des Magnetdetektionselements R24, die weitesten voneinander entfernt sind.
Die dritte Detektionsschaltung 30 umfasst eine Wheatstone-Brückenschaltung 34, einen Spannungsversorgungsanschluss V3, einen Masseanschluss G3 und zwei Ausgangsanschlüsse E31 und E32. Die Wheatstone-Brückenschaltung 34 umfasst die fünfte Signalgenerierungseinheit 34A und die sechste Signalgenerierungseinheit 34B. Die fünfte Signalgenerierungseinheit 34A umfasst zwei Magnetdetektionselemente R31 und R32, die in Serie geschaltet sind. Die sechste Signalgenerierungseinheit 34B umfasst zwei Magnetdetektionselemente R33 und R34, die in Serie geschaltet sind. Das fünfte Signal S5 wird aus einem Knotenpunkt J31 zwischen dem Magnetdetektionselement R31 und dem Magnetdetektionselement R32 ausgegeben. Das sechste Signal S6 wird aus einem Knotenpunkt J32 zwischen dem Magnetdetektionselement R33 und dem Magnetdetektionselement R34 ausgegeben.
Der Knotenpunkt J31 ist mit dem Ausgangsanschluss E31 verbunden. Der Knotenpunkt J32 ist mit dem Ausgangsanschluss E32 verbunden. Das Ende des Magnetdetektionselements R31, das weiter vom Magnetdetektionselement R32 entfernt ist, ist mit dem Spannungsversorgungsanschluss V3 und mit dem Ende des Magnetdetektionselements R33 verbunden, das weiter vom Magnetdetektionselement R34 entfernt ist. Das Ende des Magnetdetektionselements R32, das weiter vom Magnetdetektionselement R31 entfernt ist, ist mit dem Masseanschluss G3 und mit dem Ende des Magnetdetektionselements R34 verbunden, das weiter vom Magnetdetektionselement R33 entfernt ist. Eine vorherbestimmte Spannung wird zwischen dem Spannungsversorgungsanschluss V3 und dem Masseanschluss G3 angelegt. Als Ergebnis wird eine vorherbestimmte Spannung zwischen demjenigen Ende des Magnetdetektionselements R31 und demjenigen Ende des Magnetdetektionselements R32 angelegt, die am weitesten voneinander entfernt sind, und zwischen demjenigen Ende des Magnetdetektionselements R33 und demjenigen Ende des Magnetdetektionselements R34, die am weitesten voneinander entfernt sind.
In der ersten Ausführungsform sind alle der Magnetdetektionselemente, die in der ersten bis sechsten Signalgenerierungseinheit 14A, 14B, 24A, 24B, 34A und 34B umfasst sind, magnetoresistive (MR-) Elemente, und spezifischer Spinventil-MR-Elemente. Die Spinventil-MR-Elemente können TMR-Elemente oder GMR-Elemente sein. GMR- und TMR-Element umfassen jeweils eine in ihrer Magnetisierung fixierte Schicht, deren Magnetisierungsrichtung fixiert ist, eine freie Schicht, die eine magnetische Schicht ist, deren Magnetisierungsrichtung in Abhängigkeit von der Richtung DM des Drehmagnetfelds MF variiert, und eine nicht-magnetische Schicht, die zwischen der in ihrer Magnetisierung fixierten Schicht und der freien Schicht angeordnet ist. Für TMR-Elemente ist die nicht-magnetische Schicht eine Tunnelbarriereschicht. Für GMR-Elemente ist die nicht-magnetische Schicht eine nicht-magnetische leitfähige Schicht. Jedes der TMR-und GMR-Elemente variiert im Widerstand in Abhängigkeit vom Winkel, den die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht in Bezug auf die Magnetisierungsrichtung der in ihrer Magnetisierung fixierten Schicht bildet, und hat einen minimalen Widerstand, wenn der obige Winkel 0° ist, und einen maximalen Widerstand, wenn der obige Winkel 180° ist. In der folgenden Beschreibung werden die Magnetdetektionselemente, die in der ersten bis sechsten Signalgenerierungseinheit 14A, 14B, 24A, 24B, 34A und 34B umfasst sind, als MR-Elemente bezeichnet. In 3 zeigen die ausgefüllten Pfeile die Magnetisierungsrichtungen der in ihrer Magnetisierung fixierten Schichten der MR-Elemente an, und die leeren Pfeile zeigen die Magnetisierungsrichtungen der freien Schichten der MR-Elemente an.
In der ersten Signalgenerierungseinheit 14A ist die Magnetisierungsrichtung der in ihrer Magnetisierung fixierten Schicht des MR-Elements R11 gleich wie die erste Richtung D1, und die Magnetisierungsrichtung der in ihrer Magnetisierung fixierten Schicht des MR-Elements R12 ist zu jener der in ihrer Magnetisierung fixierten Schicht des MR-Elements R11 entgegengesetzt. In diesem Fall variiert das Potenzial am Knotenpunkt J11 in Abhängigkeit vom relativen Winkel zwischen der Richtung DM des Drehmagnetfelds MF und der ersten Richtung D1. So generiert die erste Signalgenerierungseinheit 14A das erste Signal S1 sensitiv zu der Richtung DM des Drehmagnetfelds MF. Das erste Signal S1 wird schließlich aus dem Ausgangsanschluss E11 ausgegeben.
In der zweiten Signalgenerierungseinheit 14B ist die Magnetisierungsrichtung der in ihrer Magnetisierung fixierten Schicht des MR-Elements R13 gleich wie die zweite Richtung D2, und die Magnetisierungsrichtung der in ihrer Magnetisierung fixierten Schicht des MR-Elements R14 ist zu jener der in ihrer Magnetisierung fixierten Schicht des MR-Elements R13 entgegengesetzt. In diesem Fall variiert das Potenzial am Knotenpunkt J12 in Abhängigkeit vom relativen Winkel zwischen der Richtung DM des Drehmagnetfelds MF und der zweiten Richtung D2. So generiert die zweite Signalgenerierungseinheit 14B das zweite Signal S2 sensitiv zu der Richtung DM des Drehmagnetfelds MF. Das zweite Signal S2 wird schließlich aus dem Ausgangsanschluss E12 ausgegeben.
In der dritten Signalgenerierungseinheit 24A ist die Magnetisierungsrichtung der in ihrer Magnetisierung fixierten Schicht des MR-Elements R21 gleich wie die dritte Richtung D3, und die Magnetisierungsrichtung der in ihrer Magnetisierung fixierten Schicht des MR-Elements R22 ist zu jener der in ihrer Magnetisierung fixierten Schicht des MR-Elements R21 entgegengesetzt. In diesem Fall variiert das Potenzial am Knotenpunkt J21 in Abhängigkeit vom relativen Winkel zwischen der Richtung DM des Drehmagnetfelds MF und der dritten Richtung D3. So generiert die dritte Signalgenerierungseinheit 24A das dritte Signal S3 sensitiv zu der Richtung DM des Drehmagnetfelds MF. Das dritte Signal S3 wird schließlich aus dem Ausgangsanschluss E21 ausgegeben.
In der vierten Signalgenerierungseinheit 24B ist die Magnetisierungsrichtung der in ihrer Magnetisierung fixierten Schicht des MR-Elements R23 gleich wie die vierte Richtung D4, und die Magnetisierungsrichtung der in ihrer Magnetisierung fixierten Schicht des MR-Elements R24 ist zu jener der in ihrer Magnetisierung fixierten Schicht des MR-Elements R23 entgegengesetzt. In diesem Fall variiert das Potenzial am Knotenpunkt J22 in Abhängigkeit vom relativen Winkel zwischen der Richtung DM des Drehmagnetfelds MF und der vierten Richtung D4. So generiert die vierte Signalgenerierungseinheit 24B das vierte Signal S4 sensitiv zu der Richtung DM des Drehmagnetfelds MF. Das vierte Signal S4 wird schließlich aus dem Ausgangsanschluss E22 ausgegeben.
In der fünften Signalgenerierungseinheit 34A ist die Magnetisierungsrichtung der in ihrer Magnetisierung fixierten Schicht des MR-Elements R31 gleich wie die fünfte Richtung D5, und die Magnetisierungsrichtung der in ihrer Magnetisierung fixierten Schicht des MR-Elements R32 ist zu jener der in ihrer Magnetisierung fixierten Schicht des MR-Elements R31 entgegengesetzt. In diesem Fall variiert das Potenzial am Knotenpunkt J31 in Abhängigkeit vom relativen Winkel zwischen der Richtung DM des Drehmagnetfelds MF und der fünften Richtung D5. So generiert die fünfte Signalgenerierungseinheit 34A das fünfte Signal S5 sensitiv zu der Richtung DM des Drehmagnetfelds MF. Das fünfte Signal S5 wird schließlich aus dem Ausgangsanschluss E31 ausgegeben.
In der sechsten Signalgenerierungseinheit 34B ist die Magnetisierungsrichtung der in ihrer Magnetisierung fixierten Schicht des MR-Elements R33 gleich wie die sechste Richtung D6, und die Magnetisierungsrichtung der in ihrer Magnetisierung fixierten Schicht des MR-Elements R34 ist zu jener der in ihrer Magnetisierung fixierten Schicht des MR-Elements R33 entgegengesetzt. In diesem Fall variiert das Potenzial am Knotenpunkt J32 in Abhängigkeit vom relativen Winkel zwischen der Richtung DM des Drehmagnetfelds MF und der sechsten Richtung D6. So generiert die sechste Signalgenerierungseinheit 34B das sechste Signal S6 sensitiv zu der Richtung DM des Drehmagnetfelds MF. Das sechste Signal S6 wird schließlich aus dem Ausgangsanschluss E32 ausgegeben.
Unter Berücksichtigung der Produktionsgenauigkeit der MR-Elemente und anderer Faktoren können die Magnetisierungsrichtungen der in ihrer Magnetisierung fixierten Schichten der Vielzahl von MR-Elementen in der ersten bis sechsten Signalgenerierungseinheit 14A, 14B, 24A, 24B, 34A und 34B von den oben beschriebenen geringfügig verschieden sein.
Die Wheatstone-Brückenschaltungen 14, 24 und 34 können die gleiche mechanische Struktur aufweisen und in derselben Orientierung platziert sein, wobei nur die Magnetisierungsrichtungen der Vielzahl von in ihrer Magnetisierung fixierten Schichten, die darin umfasst sind, unter den Wheatstone-Brückenschaltungen 14, 24 und 34 variiert werden, wie in 3 gezeigt. Alternativ dazu können die Wheatstone-Brückenschaltungen 14, 24 und 34, zusätzlich dazu, dass sie die gleiche mechanische Struktur aufweisen, so ausgelegt sein, dass die Magnetisierungen der Vielzahl von in ihrer Magnetisierung fixierten Schichten, die darin umfasst sind, in derselben relativen Richtung in Bezug auf die mechanische Struktur verlaufen. In diesem Fall ermöglicht eine Platzierung der Wheatstone-Brückenschaltungen 14, 24 und 34 in voneinander verschiedenen Orientierungen, dass die Magnetisierungsrichtungen der Vielzahl von in ihrer Magnetisierung fixierten Schichten, die darin umfasst sind, unter den Wheatstone-Brückenschaltungen 14, 24 und 34 variiert werden, wie in 3 gezeigt.
Nun wird ein Beispiel der Auslegung der MR-Elemente mit Bezugnahme auf 5 beschrieben. 5 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Bereich eines MR-Elements im Drehfeldsensor 1 veranschaulicht, der in 3 gezeigt ist. In diesem Beispiel umfasst das MR-Element eine Vielzahl von unteren Elektroden 42, eine Vielzahl von MR-Filmen 50 und eine Vielzahl von oberen Elektroden 43. Die Vielzahl von unteren Elektroden 42 ist auf einem Substrat (nicht veranschaulicht) eingerichtet. Jede der unteren Elektroden 42 hat eine lange schlanke Form. Jeweils zwei untere Elektroden 42, die in der Längsrichtung der unteren Elektroden 42 aneinander anschließen, weisen einen Spalt dazwischen auf. Wie in 5 gezeigt, sind die MR-Filme 50 auf den oberen Flächen der unteren Elektroden 42 nahe bei entgegengesetzten Enden in der Längsrichtung vorgesehen. Jeder der MR-Filme 50 umfasst eine freie Schicht 51, eine nicht-magnetische Schicht 52, eine in ihrer Magnetisierung fixierte Schicht 53 und eine antiferromagnetische Schicht 54, die in dieser Reihenfolge gestapelt sind, wobei die freie Schicht 51 der unteren Elektrode 42 am nächsten liegt. Die freie Schicht 51 ist mit der unteren Elektrode 42 elektrisch verbunden. Die antiferromagnetische Schicht 54 ist aus einem antiferromagnetischen Material gebildet. Die antiferromagnetische Schicht 54 steht in einer Austauschkopplung mit der in ihrer Magnetisierung fixierten Schicht 53, um so die Magnetisierungsrichtung der in ihrer Magnetisierung fixierten Schicht 53 zu fixieren. Die Vielzahl oberer Elektroden 43 ist über der Vielzahl von MR-Filmen 50 angeordnet. Jede der oberen Elektroden 43 hat eine lange schlanke Form und stellt eine elektrische Verbindung zwischen den jeweiligen antiferromagnetischen Schichten 54 der beiden aneinander anschließenden MR-Filme 50 her, welche auf zwei unteren Elektroden 42 eingerichtet sind, die in der Längsrichtung der unteren Elektroden 42 aneinander anschließen. Mit einer derartigen Anordnung ist die Vielzahl von MR-Filmen 50 in dem in 5 gezeigten MR-Element durch die Vielzahl von unteren Elektroden 42 und die Vielzahl von oberen Elektroden 43 in Serie verbunden. Es ist klar, dass die Schichten 51 bis 54 der MR-Filme 50 in einer Reihenfolge gestapelt werden können, die umgekehrt ist zu jener, die in 5 gezeigt ist.
Der Drehfeldsensor 1 umfasst ferner eine Winkeldetektionseinheit 60, die ausgelegt ist, einen detektierten Winkelwert θs auf der Basis des ersten bis sechsten Signals S1 bis S6 zu generieren. Der detektierte Winkelwert θs hat eine Entsprechungsbeziehung mit dem Winkel θ, den die Richtung DM des Drehmagnetfelds MF in der Referenzposition PR in Bezug auf die Referenzrichtung DR bildet. Wie in 3 gezeigt, umfasst die Winkeldetektionseinheit 60 eine erste Rechenschaltung 61, eine zweite Rechenschaltung 62, eine dritte Rechenschaltung 63, eine vierte Rechenschaltung 64, eine fünfte Rechenschaltung 65 und eine sechste Rechenschaltung 66.
Jede der ersten bis sechsten Rechenschaltung 61 bis 66 hat einen ersten Eingang, einen zweiten Eingang und einen Ausgang. Der erste und zweite Eingang der ersten Rechenschaltung 61 sind mit den Ausgangsanschlüssen E11 bzw. E12 verbunden. Der erste und zweite Eingang der zweiten Rechenschaltung 62 sind mit den Ausgangsanschlüssen E21 bzw. E22 verbunden. Der erste und zweite Eingang der dritten Rechenschaltung 63 sind mit den Ausgangsanschlüssen E31 bzw. E32 verbunden. Der erste und zweite Eingang der vierten Rechenschaltung 64 sind mit den Ausgängen der zweiten und dritten Rechenschaltung 61 bzw. 62 verbunden. Der erste und zweite Eingang der fünften Rechenschaltung 65 sind mit den Ausgängen der zweiten und dritten Rechenschaltung 62 bzw. 63 verbunden. Der erste und zweite Eingang der sechsten Rechenschaltung 66 sind mit den Ausgängen der vierten und fünften Rechenschaltung 64 bzw. 65 verbunden.
Die erste Rechenschaltung 61 empfängt das erste und zweite Signal S1 und S2 und generiert ein erstes Nachberechnungssignal Sa1 auf der Basis des ersten und zweiten Signals S1 und S2. Die zweite Rechenschaltung 62 empfängt das dritte und vierte Signal S3 und S4 und generiert ein zweites Nachberechnungssignal Sa2 auf der Basis des dritten und vierten Signals S3 und S4. Die dritte Rechenschaltung 63 empfängt das fünfte und sechste Signal S5 und S6 und generiert ein drittes Nachberechnungssignal Sa3 auf der Basis des fünften und sechsten Signals S5 und S6. Die vierte Rechenschaltung 64 empfängt das erste und zweite Nachberechnungssignal Sa1 und Sa2 und generiert ein viertes Nachberechnungssignal Sa4 auf der Basis des ersten und zweiten Nachberechnungssignals Sa1 und Sa2. Die fünfte Rechenschaltung 65 empfängt das zweite und dritte Nachberechnungssignal Sa2 und Sa3 und generiert ein fünftes Nachberechnungssignal Sa5 auf der Basis des zweiten und dritten Nachberechnungssignals Sa2 und Sa3. Die sechste Rechenschaltung 66 empfängt das vierte und fünfte Nachberechnungssignal Sa4 und Sa5 und bestimmt den detektierten Winkelwert θs auf der Basis des vierten und fünften Nachberechnungssignals Sa4 und Sa5.
Die erste bis sechste Rechenschaltung 61 bis 66 können beispielsweise durch einen einzelnen Mikrocomputer implementiert werden.
Nun wird ein Verfahren zum Bestimmen des detektierten Winkelwerts θs beschrieben. Zunächst wird beschrieben, wie das erste bis dritte Nachberechnungssignal Sa1 bis Sa3 generiert werden. Das erste bis dritte Nachberechnungssignal Sa1 bis Sa3 werden auf der Basis des ersten bis sechsten Signals S1 bis S6 generiert. Idealerweise sollte jedes des ersten bis sechsten Signals S1 bis S6 nur die vorhergehend beschriebene Idealkomponente enthalten und eine Wellenform aufweisen, die eine sinusförmige Kurve (einschließlich einer Sinus-Wellenform und einer Kosinus-Wellenform) verfolgt. Tatsächlich sind jedoch die Wellenformen des ersten bis sechsten Signals S1 bis S6 aufgrund der MR-Elemente von einer sinusförmigen Kurve verzerrt. Ein Beispiel der Situationen, wo die Wellenformen des ersten bis sechsten Signals S1 bis S6 aufgrund der MR-Elemente verzerrt sind, ist, wenn die Magnetisierungsrichtungen der in ihrer Magnetisierung fixierten Schichten unter dem Einfluss des Drehmagnetfelds MF oder ähnlicher Faktoren variieren. Es ist wahrscheinlich, dass dies auftritt, wenn das Drehmagnetfeld MF eine relativ hohe Stärke aufweist. Ein weiteres Beispiel der Situationen, wo die Wellenformen des ersten bis sechsten Signals S1 bis S6 aufgrund der MR-Elemente verzerrt sind, ist, wenn sich die Magnetisierungsrichtungen der freien Schichten von der Richtung DM des Drehmagnetfelds MF aufgrund von Effekten wie der Formanisotropie und der Koerzitivkraft der freien Schichten unterscheiden. Es ist wahrscheinlich, dass dies auftritt, wenn das Drehmagnetfeld MF eine relativ geringe Stärke aufweist.
Das erste bis sechste Signal S1 bis S6, deren Wellenformen von einer sinusförmigen Kurve verzerrt sind, enthalten jeweils einen Signalfehler zusätzlich zur Idealkomponente. Der Signalfehler besteht hauptsächlich aus einer Fehlerkomponente mit einer Periode von 1/2 der vorherbestimmten Signalperiode T und einer Fehlerkomponente mit einer Periode von 1/3 der vorherbestimmten Signalperiode T. So enthält jedes des ersten bis sechsten Signals S1 bis S6 die Fehlerkomponente mit der Periode von 1/2 der vorherbestimmten Signalperiode T und die Fehlerkomponente mit der Periode von 1/3 der vorherbestimmten Signalperiode T. Hier im Nachstehenden wird die Fehlerkomponente mit der Periode von 1/2 der vorherbestimmten Signalperiode T als die zweite harmonische Komponente bezeichnet, und die Fehlerkomponente mit der Periode von 1/3 der vorherbestimmten Signalperiode T wird als die dritte harmonische Komponente bezeichnet.
In der ersten Ausführungsform, wie vorhergehend beschrieben, sind der Absolutwert PH1 der Phasendifferenz zwischen der Idealkomponente des ersten Signals S1 und der Idealkomponente des dritten Signals S3, und der Absolutwert PH2 der Phasendifferenz zwischen der Idealkomponente des dritten Signals S3 und der Idealkomponente des fünften Signals S5 beide vorzugsweise 60°, d.h. π/3. Die Idealkomponenten des ersten, dritten und fünften Signals S1, S3 und S5 werden so als sin(θ - π/3), sinθ bzw. sin(θ + π/3) ausgedrückt.
Der Absolutwert der Phasendifferenz zwischen der Idealkomponente des ersten Signals S1 und der Idealkomponente des zweiten Signals S2, der Absolutwert der Phasendifferenz zwischen der Idealkomponente des dritten Signals S3 und der Idealkomponente des vierten Signals S4, und der Absolutwert der Phasendifferenz zwischen der Idealkomponente des fünften Signals S5 und der Idealkomponente des sechsten Signals S6 sind alle vorzugsweise 180°. Der Absolutwert PH3 der Phasendifferenz zwischen der Idealkomponente des zweiten Signals S2 und der Idealkomponente des vierten Signals S4, und der Absolutwert PH4 der Phasendifferenz zwischen der Idealkomponente des vierten Signals S4 und der Idealkomponente des sechsten Signals S6 sind beide vorzugsweise 60°, d.h. π/3. Die Idealkomponenten des zweiten, vierten und sechsten Signals S2, S4 und S6 werden so als sin(θ - π/3 - π), sin(θ - π) bzw. sin(θ + π/3 - π) ausgedrückt. Diese Ausdrücke für die Idealkomponenten des zweiten, vierten und sechsten Signals S2, S4 und S6 können in -sin(θ - π/3), -sinθ bzw. -sin(θ + π/3) transformiert werden.
Die zweiten harmonischen Komponenten des ersten bis sechsten Signals S1, S2, S3, S4, S5 und S6 können als p·sin{2(θ - π/3)}, p·sin{2(θ - π/3 - π)}, p·sin2θ, p·sin{2(θ - π)}, p·sin{2(θ + π/3)} bzw. p·sin{2(θ + π/3 - π)} ausgedrückt werden. Das Transformieren der obigen Ausdrücke für die zweiten harmonischen Komponenten der Signale S2, S4 und S6 führt dazu, dass die zweiten harmonischen Komponenten des ersten und zweiten Signals S1 und S2 jeweils gleich p·sin(20 - 2π/3) sind, die zweiten harmonischen Komponente des dritten und vierten Signals S3 und S4 jeweils gleich p·sin2θ sind, und die zweiten harmonischen Komponenten des fünften und sechsten Signals S5 und S6 jeweils gleich p·sin(2θ + 2π/3) sind. Es ist zu beachten, dass p die Amplitude der zweiten harmonischen Komponenten des ersten bis sechsten Signals S1 bis S6 repräsentiert und ein beliebiger Wert ist, der 0 < |p| < 1 erfüllt.
Die dritten harmonischen Komponenten des ersten bis sechsten Signals S1, S2, S3, S4, S5 und S6 können ausgedrückt werden als q·sin{3(θ - π/3)}, q·sin{3(θ - π/3 - π)}, q·sin3θ, q·sin{3(θ - π)}, q·sin{3(θ + π/3)} bzw. q·sin{3(θ + π/3 - π)}. Das Transformieren der obigen Ausdrücke für die dritten harmonischen Komponenten der Signale S1, S2 und S4 bis S6 führt dazu, dass die dritten harmonischen Komponenten des ersten, vierten und fünften Signals S1, S4 und S5 jeweils gleich -q·sin3θ sind, und die dritten harmonischen Komponenten des zweiten, dritten und sechsten Signals S2, S3 und S6 jeweils gleich q·sin3θ sind. Es ist zu beachten, dass q die Amplitude der dritten harmonischen Komponenten des ersten bis sechsten Signals S1 bis S6 repräsentiert und ein beliebiger Wert ist, der 0 < |q| < 1 erfüllt.
In der ersten Ausführungsform wird das erste Nachberechnungssignal Sa1 durch eine Berechnung generiert, die das Bestimmen der Differenz (S1-S2) zwischen dem ersten Signal S1 und dem zweiten Signal S2 umfasst. Das Bestimmen der Differenz (S1-S2) zwischen dem ersten Signal S1 und dem zweiten Signal S2 ermöglicht, dass die Idealkomponente Sall, die zweite harmonische Komponente Sa12 und die dritte harmonische Komponente Sa13 des ersten Nachberechnungssignals Sa1 durch die folgenden Gleichungen (1A), (1B) bzw. (1C) ausgedrückt werden. Es ist zu beachten, dass der Ausdruck „Berechnung, die das Bestimmen der Differenz (S1-S2) zwischen dem ersten Signal S1 und dem zweiten Signal S2 umfasst“ bedeutet, dass die Berechnung nicht nur das Bestimmen der Differenz (S1-S2) zwischen dem ersten Signal S1 und dem zweiten Signal S2 umfassen kann, sondern auch das Multiplizieren von (S 1-S2) mit einem vorherbestimmten Koeffizienten oder Addieren/Subtrahieren eines vorherbestimmten Werts mit/von (S 1-S2) für eine Normalisierung oder dgl. nach der Bestimmung von (S 1-S2) umfassen kann. Dies gilt auch für andere ähnliche Ausdrücke. $\begin{matrix} Sa 11 = sin (θ - π / 3) - {- sin (θ - π / 3)} \\ = 2 sin (θ - π / 3) \end{matrix}$
$\begin{matrix} Sa 12 = p \cdot sin (2 θ - 2 π / 3) - p \cdot sin (2 θ - 2 π / 3) \\ = 0 \end{matrix}$
$\begin{matrix} Sa 13 = - q \cdot sin3 θ− q \cdot sin3 θ \\ = - 2 q \cdot sin 3 θ \end{matrix}$
Wie aus Gleichung (1B) ersichtlich ist, heben in der ersten Ausführungsform die zweite harmonische Komponente des ersten Signals S1 und die zweite harmonische Komponente des zweiten Signals S2 einander vollständig auf, wenn das erste Nachberechnungssignal Sa1 generiert wird. So ist die zweite harmonische Komponente Sa12 des ersten Nachberechnungssignals Sa1 Null. Wie im Nachstehenden beschrieben wird, ist der Absolutwert der Amplitude der zweiten harmonischen Komponente Sa12 des ersten Nachberechnungssignals Sa1 kleiner als der Absolutwert |p| der Amplitude der zweiten harmonischen Komponenten des ersten und zweiten Signals S1 und S2, nicht nur wenn der Absolutwert der Phasendifferenz zwischen der Idealkomponente des ersten Signals S1 und der Idealkomponente des zweiten Signals S2 180° ist, sondern solange der Absolutwert dieser Phasendifferenz größer als 150° und kleiner als 210° ist. Auf diese Weise generiert die erste Rechenschaltung 61, auf der Basis des ersten und zweiten Signals S1 und S2, das erste Nachberechnungssignal Sa1 mit der zweiten harmonischen Komponente, die verglichen mit dem ersten und zweiten Signal S1 und S2 reduziert ist.
Ferner wird in der ersten Ausführungsform das zweite Nachberechnungssignal Sa2 durch eine Berechnung generiert, die das Bestimmen der Differenz (S3-S4) zwischen dem dritten Signal S3 und dem vierten Signal S4 umfasst. Das Bestimmen der Differenz (S3-S4) zwischen dem dritten Signal S3 und dem vierten Signal S4 ermöglicht, dass die Idealkomponente Sa21, die zweite harmonische Komponente Sa22 und die dritte harmonische Komponente Sa23 des zweiten Nachberechnungssignals Sa2 durch die folgenden Gleichungen (2A), (2B) bzw. (2C) ausgedrückt werden. $\begin{matrix} Sa 21 = sin θ− {- sin θ} \\ = 2 sin θ \end{matrix}$
$\begin{matrix} Sa 22 = p \cdot sin 2 θ - p \cdot sin 2 θ \\ = 0 \end{matrix}$
$\begin{matrix} Sa 23 = q \cdot sin 3 θ - {- q \cdot sin 3 θ} \\ = 2 q \cdot sin 3 θ \end{matrix}$
Wie aus Gleichung (2B) ersichtlich ist, heben in der ersten Ausführungsform die zweite harmonische Komponente des dritten Signals S3 und die zweite harmonische Komponente des vierten Signals S4 einander vollständig auf, wenn das zweite Nachberechnungssignal Sa2 generiert wird. So ist die zweite harmonische Komponente Sa22 des zweiten Nachberechnungssignals Sa2 Null. Wie es bei der zweiten harmonischen Komponente Sa12 des ersten Nachberechnungssignals Sa1 der Fall ist, ist der Absolutwert der Amplitude der zweiten harmonischen Komponente Sa22 des zweiten Nachberechnungssignals Sa2 kleiner als der Absolutwert |p| der Amplitude der zweiten harmonischen Komponenten des dritten und vierten Signals S3 und S4, nicht nur wenn der Absolutwert der Phasendifferenz zwischen der Idealkomponente des dritten Signals S3 und der Idealkomponente des vierten Signals S4 180° ist, sondern solange der Absolutwert dieser Phasendifferenz größer als 150° und kleiner als 210° ist. Auf diese Weise generiert die zweite Rechenschaltung 62, auf der Basis des dritten und vierten Signals S3 und S4, das zweite Nachberechnungssignal Sa2 mit der zweiten harmonischen Komponente, die verglichen mit dem dritten und vierten Signal S3 und S4 reduziert ist.
Ferner wird in der ersten Ausführungsform das dritte Nachberechnungssignal Sa3 durch eine Berechnung generiert, die das Bestimmen der Differenz (S5-S6) zwischen dem fünften Signal S5 und dem sechsten Signal S6 umfasst. Das Bestimmen der Differenz (S5-S6) zwischen dem fünften Signal S5 und dem sechsten Signal S6 ermöglicht, dass die Idealkomponente Sa31, die zweite harmonische Komponente Sa32 und die dritte harmonische Komponente Sa33 des dritten Nachberechnungssignals Sa3 durch die folgenden Gleichungen (3A), (3B) bzw. (3C) ausgedrückt werden. $\begin{matrix} Sa 31 = sin (θ + π / 3) - {- sin (θ + π / 3)} \\ = 2 sin (θ + π / 3) \end{matrix}$
$\begin{matrix} Sa 32 = p \cdot sin (2 θ + 2 π / 3) - p \cdot sin (2 θ + 2 π / 3) \\ = 0 \end{matrix}$
$\begin{matrix} Sa 33 = - q \cdot sin 3 θ - q \cdot sin 3 θ \\ = - 2 q \cdot sin 3 θ \end{matrix}$
Wie aus Gleichung (3B) ersichtlich ist, heben in der ersten Ausführungsform die zweite harmonische Komponente des fünften Signals S5 und die zweite harmonische Komponente des sechsten Signals S6 einander vollständig auf, wenn das dritte Nachberechnungssignal Sa3 generiert wird. So ist die zweite harmonische Komponente Sa32 des dritten Nachberechnungssignals Sa3 Null. Wie es bei der zweiten harmonischen Komponente Sa12 des ersten Nachberechnungssignals Sa1 der Fall ist, ist der Absolutwert der Amplitude der zweiten harmonischen Komponente Sa32 des dritten Nachberechnungssignals Sa3 kleiner als der Absolutwert |p| der Amplitude der zweiten harmonischen Komponenten des fünften und sechsten Signals S5 und S6, nicht nur wenn der Absolutwert der Phasendifferenz zwischen der Idealkomponente des fünften Signals S5 und der Idealkomponente des sechsten Signals S6 180° ist, sondern solange der Absolutwert dieser Phasendifferenz größer als 150° und kleiner als 210° ist. Auf diese Weise generiert die dritte Rechenschaltung 63, auf der Basis des fünften und sechsten Signals S5 und S6, das dritte Nachberechnungssignal Sa3 mit der zweiten harmonischen Komponente, die verglichen mit dem fünften und sechsten Signal S5 und S6 reduziert ist.
Als Nächstes wird beschrieben, wie das vierte und fünfte Nachberechnungssignal Sa4 und Sa5 zu generieren sind. In der ersten Ausführungsform wird das vierte Nachberechnungssignal Sa4 durch eine Berechnung generiert, die das Bestimmen der Summe des ersten Nachberechnungssignals Sa1 und des zweiten Nachberechnungssignals Sa2 umfasst. Das Bestimmen der Summe des ersten Nachberechnungssignals Sa1 und des zweiten Nachberechnungssignals Sa2 ermöglicht, dass die Idealkomponente Sa41 und die dritte harmonische Komponente Sa43 des vierten Nachberechnungssignals Sa4 durch die folgenden Gleichungen (4A) bzw. (4B) ausgedrückt werden. Es ist zu beachten, dass, da die zweite harmonische Komponente Sa12 des ersten Nachberechnungssignals Sa1 und die zweite harmonische Komponente Sa22 des zweiten Nachberechnungssignals Sa2 beide Null sind, das vierte Nachberechnungssignal Sa4 keine zweite harmonische Komponente enthält. $\begin{matrix} Sa 41 = Sa 11 + Sa 21 \\ = 2 sin (θ - π / 3) + 2 sin θ \\ = 4 sin (θ - π / 6) \cdot cos (- π / 6) \\ = 3,46 sin (θ - π / 6) \end{matrix}$
$\begin{matrix} Sa 43 = Sa 13 + Sa 23 \\ = - 2 q \cdot sin 3 θ + 2 q \cdot sin 3 θ \\ = 0 \end{matrix}$
Wie aus Gleichung (4B) ersichtlich ist, heben in der ersten Ausführungsform die dritte harmonische Komponente Sa13 des ersten Nachberechnungssignals Sa1 und die dritte harmonische Komponente Sa23 des zweiten Nachberechnungssignals Sa2 einander vollständig auf, wenn das vierte Nachberechnungssignal Sa4 generiert wird. So ist die dritte harmonische Komponente Sa43 des vierten Nachberechnungssignals Sa4 Null. Wie im Nachstehenden beschrieben wird, ist der Absolutwert der Amplitude der dritten harmonischen Komponente Sa43 des vierten Nachberechnungssignals Sa4 kleiner als der Absolutwert |2q| der Amplitude der dritten harmonischen Komponenten Sa13 und Sa23, nicht nur wenn PH1 und PH3 beide 60° sind, sondern solange PH1 und PH3 beide größer als 40° und kleiner als 80° sind. Auf diese Weise generiert die vierte Rechenschaltung 64, auf der Basis des ersten und zweiten Nachberechnungssignals Sa1 und Sa2, das vierte Nachberechnungssignal Sa4 mit der dritten harmonischen Komponente, die verglichen mit dem ersten und zweiten Nachberechnungssignal Sa1 und Sa2 reduziert ist.
Ferner wird in der ersten Ausführungsform das fünfte Nachberechnungssignal Sa5 durch eine Berechnung generiert, die das Bestimmen der Summe des zweiten Nachberechnungssignals Sa2 und des dritten Nachberechnungssignals Sa3 umfasst. Das Bestimmen der Summe des zweiten Nachberechnungssignals Sa2 und des dritten Nachberechnungssignals Sa3 ermöglicht, dass die Idealkomponente Sa51 und die dritte harmonische Komponente Sa53 des fünften Nachberechnungssignals Sa5 durch die folgenden Gleichungen (5A) bzw. (5B) ausgedrückt werden. Es ist zu beachten, dass, da die zweite harmonische Komponente Sa22 des zweiten Nachberechnungssignals Sa2 und die zweite harmonische Komponente Sa32 des dritten Nachberechnungssignals Sa3 beide Null sind, das fünfte Nachberechnungssignal Sa5 keine zweite harmonische Komponente enthält. $\begin{matrix} Sa 51 = Sa 21 + Sa 31 \\ = 2 sin θ + 2 sin (θ + π / 3) \\ = 4 sin (θ + π / 6) \cdot cos (- π / 6) \\ = 3,46 sin (θ + π / 6) \end{matrix}$
$\begin{matrix} Sa 53 = Sa 23 + Sa 33 \\ = 2 q \cdot sin 3 θ - 2 q \cdot sin 3 θ \\ = 0 \end{matrix}$
Wie aus Gleichung (5B) ersichtlich ist, heben in der ersten Ausführungsform die dritte harmonische Komponente Sa23 des zweiten Nachberechnungssignals Sa2 und die dritte harmonische Komponente Sa33 des dritten Nachberechnungssignals Sa3 einander vollständig auf, wenn das fünfte Nachberechnungssignal Sa5 generiert wird. So ist die dritte harmonische Komponente Sa53 des fünften Nachberechnungssignals Sa5 Null. Wie es bei der dritten harmonischen Komponente Sa43 des vierten Nachberechnungssignals Sa4 der Fall ist, ist der Absolutwert der Amplitude der dritten harmonischen Komponente Sa53 des fünften Nachberechnungssignals Sa5 kleiner als der Absolutwert |2q| der Amplitude der dritten harmonischen Komponenten Sa23 und Sa33, nicht nur wenn PH2 und PH4 beide 60° sind, sondern solange PH2 und PH4 beide größer als 40° und kleiner als 80° sind. Auf diese Weise generiert die fünfte Rechenschaltung 65, auf der Basis des zweiten und dritten Nachberechnungssignals Sa2 und Sa3, das fünfte Nachberechnungssignal Sa5 mit der dritten harmonischen Komponente, die verglichen mit dem zweiten und dritten Nachberechnungssignal Sa2 und Sa3 reduziert ist.
Nun wird auf 4 Bezug genommen, um den Aufbau der sechsten Rechenschaltung 66 zu beschreiben, und wie die sechste Rechenschaltung 66 den detektierten Winkelwert θs bestimmt. 4 ist ein Blockbild, das den Aufbau der sechsten Rechenschaltung 66 veranschaulicht. Die sechste Rechenschaltung 66 umfasst Normalisierungsschaltungen N1, N2, N3 und N4, eine Addiererschaltung 66A, eine Subtrahiererschaltung 66B und eine Recheneinheit 66C.
Jede der Normalisierungsschaltungen N1, N2, N3 und N4 hat einen Eingang und einen Ausgang. Jede von der Addiererschaltung 66A, der Subtrahiererschaltung 66B und der Recheneinheit 66C hat zwei Eingänge und einen Ausgang. Der Eingang der Normalisierungsschaltung N1 ist mit dem Ausgang der vierten Rechenschaltung 64 verbunden, die in 3 gezeigt ist. Der Eingang der Normalisierungsschaltung N2 ist mit dem Ausgang der fünften Rechenschaltung 65 verbunden, die in 3 gezeigt ist. Die beiden Eingänge der Addiererschaltung 66A sind mit den jeweiligen Ausgängen der Normalisierungsschaltung N1 und N2 verbunden. Die beiden Eingänge der Subtrahiererschaltung 66B sind auch mit den jeweiligen Ausgängen der Normalisierungsschaltung N1 und N2 verbunden. Der Eingang der Normalisierungsschaltung N3 ist mit dem Ausgang der Addiererschaltung 66A verbunden. Der Eingang der Normalisierungsschaltung N4 ist mit dem Ausgang der Subtrahiererschaltung 66B verbunden. Die beiden Eingänge der Recheneinheit 66C sind mit den jeweiligen Ausgängen der Normalisierungsschaltung N3 und N4 verbunden.
Die Normalisierungsschaltung N1 gibt einen normalisierten Wert des vierten Nachberechnungssignals Sa4 an die Addiererschaltung 66A und die Subtrahiererschaltung 66B aus. Die Normalisierungsschaltung N2 gibt einen normalisierten Wert des fünften Nachberechnungssignals Sa5 an die Addiererschaltung 66A und die Subtrahiererschaltung 66B aus. Die Normalisierungsschaltung N1 und N2 normalisieren das Nachberechnungssignal Sa4 bzw. Sa5 so, dass die Nachberechnungssignale Sa4 und Sa5 beide einen Maximalwert von 1 und einen Minimalwert von -1 aufweisen. In diesem Fall ist aus der Gleichung (4A) der normalisierte Wert des vierten Nachberechnungssignals Sa4 sin(θ - π/6). Aus der Gleichung (5A) ist der normalisierte Wert des fünften Nachberechnungssignals Sa5 sin(θ + π/6).
Die Addiererschaltung 66A generiert ein Additionssignal S11 durch eine Berechnung, die das Bestimmen der Summe des normalisierten Werts des vierten Nachberechnungssignals Sa4 und des normalisierten Werts des fünften Nachberechnungssignals Sa5 umfasst. Die Subtrahiererschaltung 66B generiert ein Subtraktionssignal S12 durch eine Berechnung, die das Bestimmen der Differenz zwischen dem normalisierten Wert des vierten Nachberechnungssignals Sa4 und dem normalisierten Wert des fünften Nachberechnungssignals Sa5 umfasst. Das Additionssignal S11 und das Subtraktionssignal S12 werden durch die folgenden Gleichungen (6A) bzw. (6B) ausgedrückt. $\begin{matrix} S 11 = sin (θ - π / 6) + sin (θ + π / 6) \\ = 2 sin θ \cdot cos (- π / 6) \\ = 1,73 sin θ \end{matrix}$
$\begin{matrix} S 12 = sin (θ + π / 6) - sin (θ - π / 6) \\ = 2 sin (π / 6) \cdot cos θ \\ = cos θ \end{matrix}$
Die Normalisierungsschaltung N3 gibt einen normalisierten Wert S21 des Additionssignals S11 an die Recheneinheit 66C aus. Die Normalisierungsschaltung N4 gibt einen normalisierten Wert S22 des Subtraktionssignals S12 an die Recheneinheit 66C aus. Die Normalisierungsschaltung N3 und N4 normalisieren die Signale S11 bzw. S12 so, dass die Signale S11 und S12 beide einen Maximalwert von 1 und einen Minimalwert von -1 aufweisen. In diesem Fall ist der Wert S21 gleich sinθ, und der Wert S22 ist gleich cosθ.
Auf der Basis der Werte S21 und S22 bestimmt die Recheneinheit 66C den detektierten Winkelwert θs, der eine Entsprechungsbeziehung mit dem Winkel θ aufweist. Spezifischer bestimmt die Recheneinheit 66C beispielsweise θs durch die nachstehende Gleichung (6C), worin „atan“ Arkustangens repräsentiert. $θ s = atan (S 21 / S 22)$
Der Ausdruck ,,atan(S21/S22)" von Gleichung (6C) repräsentiert die Arkustangens-Berechnung zur Bestimmung von θs. Für θs im Bereich von 0° (einschließlich) bis 360° (ausschließlich) gibt es zwei Lösungen von θs in der Gleichung (6C) mit einer Differenz von 180° im Wert. Welche der beiden Lösungen von θs in der Gleichung (6C) der wahre Wert von θs ist, kann aus der Kombination positiver und negativer Vorzeichen an S21 und S22 bestimmt werden. Falls spezifischer S21 ein positiver Wert ist, ist θs größer als 0° und kleiner als 180°. Falls S21 ein negativer Wert ist, ist θs größer als 180° und kleiner als 360°. Falls S22 ein positiver Wert ist, ist θs zwischen 0° (einschließlich) und 90° (ausschließlich) oder zwischen 270° (ausschließlich) und 360° (einschließlich). Wenn S22 ein negativer Wert ist, ist θs größer als 90° und kleiner als 270°. Unter Verwendung der Gleichung (6C) und auf der Basis der obigen Bestimmung, die mit der Kombination positiver und negativer Vorzeichen an S21 und S22 vorgenommen wird, bestimmt die Recheneinheit 66C θs innerhalb des Bereichs von 0° (einschließlich) bis 360° (ausschließlich).
Die Recheneinheit 66C kann den detektierten Winkelwert θs auf folgende Weise bestimmen. Zuerst bestimmt die Recheneinheit 66C wenigstens einen ersten Kandidaten für den detektierten Winkelwert θs auf der Basis des normalisierten Werts S21 des Additionssignals S11. Spezifischer bestimmt die Recheneinheit 66C beispielsweise den wenigstens einen ersten Kandidaten für θs durch die nachstehende Gleichung (6D), worin „asin“ Arkussinus repräsentiert. $θ s = asin (S21)$
S21 nimmt einen einzelnen Wert für zwei unterschiedliche Werte von θ an, die in den Bereich von 0° (einschließlich) bis 360° (ausschließlich) fallen, außer wenn S21 ein Maximal- oder ein Minimalwert ist. So werden in den meisten Fällen gemäß der oben beschriebenen Methode zwei erste Kandidaten für den detektierten Winkelwert θs für einen einzelnen Wert von S21 erhalten.
Als Nächstes bestimmt die Recheneinheit 66C wenigstens einen zweiten Kandidaten für den detektierten Winkelwert θs auf der Basis des normalisierten Werts S22 des Subtraktionssignals S12. Spezifischer bestimmt die Recheneinheit 66C den wenigstens einen zweiten Kandidaten für θs durch die nachstehende Gleichung (6E), worin „acos“ Arkuskosinus repräsentiert. $θ s = acos (S22)$
Wie mit Gleichung (6D) werden in den meisten Fällen zwei zweite Kandidaten für den detektierten Winkelwert θs für einen einzelnen Wert von S22 erhalten. Einer der beiden ersten Kandidaten und einer der beiden zweiten Kandidaten sollten identisch miteinander oder sehr nahe beieinander sein. Falls ein Paar eines ersten und zweiten Kandidaten existiert, die miteinander identisch sind, nimmt die Recheneinheit 66C den identischen ersten und zweiten Kandidaten als detektierten Winkelwert θs. Falls ein Paar eines ersten und zweiten Kandidaten existiert, die nicht identisch mit-, aber sehr nahe beieinander sind, nimmt die Recheneinheit 66C den ersten Kandidaten in diesem Paar als detektierten Winkelwert θs.
Nun erfolgt eine Beschreibung des Grunds, warum die erste Ausführungsform spezifiziert, dass der Absolutwert der Phasendifferenz zwischen der Idealkomponente des ersten Signals S1 und der Idealkomponente des zweiten Signals S2, der Absolutwert der Phasendifferenz zwischen der Idealkomponente des dritten Signals S3 und der Idealkomponente des vierten Signals S4, und der Absolutwert der Phasendifferenz zwischen der Idealkomponente des fünften Signals S5 und der Idealkomponente des sechsten Signals S6 alle größer als 150° und kleiner als 210° sind. Es wird angenommen, dass PH5 der Absolutwert der Phasendifferenz zwischen der Idealkomponente des ersten Signals S1 und der Idealkomponente des zweiten Signals S2 ist, es wird angenommen, dass PH6 der Absolutwert der Phasendifferenz zwischen der Idealkomponente des dritten Signals S3 und der Idealkomponente des vierten Signals S4 ist, und es wird angenommen, dass PH7 der Absolutwert der Phasendifferenz zwischen der Idealkomponente des fünften Signals S5 und der Idealkomponente des sechsten Signals S6 ist. Hier erfolgt die Diskussion mit Bezugnahme auf PH6. Wenn PH6 150° ist, d.h. 5π/6, sind die zweiten harmonischen Komponenten des dritten und vierten Signals S3 und S4 gleich p·sin2θ bzw. p·sin{2(θ - 5π/6)}. In diesem Fall wird die zweite harmonische Komponente Sa22 des zweiten Nachberechnungssignals Sa2 durch die nachstehende Gleichung (7) ausgedrückt. $\begin{matrix} Sa22 = p \cdot sin2 θ− p \cdot sin {2 (θ - 5 π / 6)} \\ = 2 p \cdot sin (5 π / 6) \cdot cos (2 θ - 5 π / 6) \\ = p \cdot cos (2 θ - 5 π / 6) \end{matrix}$
Wenn PH6 210° ist, d.h. 7π/6, sind die zweiten harmonischen Komponenten des dritten und vierten Signals S3 und S4 gleich p·sin2θ bzw. p·sin{2(θ - 7π/6)}. Eine Berechnung ähnlich der Gleichung (7) bestimmt, dass die zweite harmonische Komponente Sa22 des zweiten Nachberechnungssignals Sa2 gleich -p·cos(2θ - 7π/6) ist.
Wenn PH6 150° oder 210° ist, ist somit der Absolutwert der Amplitude der zweiten harmonischen Komponente Sa22 |p|, der gleich dem Absolutwert |p| der Amplitude der zweiten harmonischen Komponenten des dritten und vierten Signals S3 und S4 ist. Falls PH6 größer als 150° und kleiner als 210° ist, ist der Absolutwert der Amplitude der zweiten harmonischen Komponente Sa22 kleiner als der Absolutwert |p| der Amplitude der zweiten harmonischen Komponenten des dritten und vierten Signals S3 und S4. Wenn PH6 180° ist, ist insbesondere die Amplitude der zweiten harmonischen Komponente Sa22 Null. So ist die Bedingung, dass PH6 größer als 150° und kleiner als 210° ist, eine notwendige Bedingung für das Generieren des zweiten Nachberechnungssignals Sa2 mit der zweiten harmonischen Komponente, die verglichen mit dem dritten und vierten Signal S3 und S4 reduziert ist.
Die obige Diskussion über PH6 gilt auch für PH5 und PH7. Falls spezifischer PH5 größer als 150° und kleiner als 210° ist, ist der Absolutwert der Amplitude der zweiten harmonischen Komponente Sa12 des ersten Nachberechnungssignals Sa1 kleiner als der Absolutwert |p| der Amplitude der zweiten harmonischen Komponenten des ersten und zweiten Signals S1 und S2. Wenn PH5 180° ist, ist insbesondere die Amplitude der zweiten harmonischen Komponente Sa12 Null. So ist die Bedingung, dass PH5 größer als 150° und kleiner als 210° ist, eine notwendige Bedingung für das Generieren des ersten Nachberechnungssignals Sa1 mit der zweiten harmonischen Komponente, die verglichen mit dem ersten und zweiten Signal S1 und S2 reduziert ist. Falls PH7 größer als 150° und kleiner als 210° ist, ist ähnlich der Absolutwert der Amplitude der zweiten harmonischen Komponente Sa32 des dritten Nachberechnungssignals Sa3 kleiner als der Absolutwert |p| der Amplitude der zweiten harmonischen Komponenten des fünften und sechsten Signals S5 und S6. Wenn PH7 180° ist, ist insbesondere die Amplitude der zweiten harmonischen Komponente Sa32 Null. So ist die Bedingung, dass PH7 größer als 150° und kleiner als 210° ist, eine notwendige Bedingung für das Generieren des dritten Nachberechnungssignals Sa3 mit der zweiten harmonischen Komponente, die verglichen mit dem fünften und sechsten Signal S5 und S6 reduziert ist.
Nun wird der Grund beschrieben, warum die erste Ausführungsform spezifiziert, dass PH1, PH2, PH3 und PH4 alle größer als 40° und kleiner als 80° sind. Hier erfolgt die Diskussion mit Bezugnahme auf PH1 und PH3. Um das Verständnis zu erleichtern, nimmt die folgende Beschreibung an, dass PH5, PH6 und PH7 alle 180° sind. Falls PH1 40° ist, d.h. 2π/9, dann ist PH3 40°, d.h. 2π/9, und die dritten harmonischen Komponenten des ersten und zweiten Signals S1 und S2 sind gleich q·sin{3(θ - 2π/9)} bzw. q·sin{3(θ - 2π/9 - π)}. Diese Ausdrücke für die dritten harmonischen Komponenten des ersten und zweiten Signals S1 und S2 können in q·sin(3θ - 2π/3) bzw. -q·sin(3θ - 2π/3) transformiert werden. Eine Berechnung ähnlich der Gleichung (1C) bestimmt, dass die dritte harmonische Komponente Sa13 des ersten Nachberechnungssignals Sa1 gleich 2q·sin(3θ - 2π/3) ist. Ferner wird aus Gleichung (2C) bestimmt, dass die dritte harmonische Komponente Sa23 des zweiten Nachberechnungssignals Sa2 gleich 2q·sin3θ ist. Dementsprechend wird auf der Basis von Gleichung (4B) die dritte harmonische Komponente Sa43 des vierten Nachberechnungssignals Sa4 durch die nachstehende Gleichung (8) ausgedrückt. $\begin{matrix} Sa43 = Sa13 + Sa23 \\ = 2 q \cdot sin (3 θ - 2 π / 3) + 2 q \cdot sin 3 θ \\ = 4 q \cdot sin (3 θ - π / 3) \cdot cos (- π / 3) \\ = 2 q \cdot sin (3 θ - π / 3) \end{matrix}$
Falls PH 1 80° ist, d.h. 4π/9, dann ist PH3 80°, d.h. 4π/9, und die dritten harmonischen Komponenten des ersten und zweiten Signals S1 und S2 sind gleich q·sin{3(θ - 4π/9)} bzw. q·sin{3(θ - 4π/9 - π)}. Diese Ausdrücke für die dritten harmonischen Komponenten des ersten und zweiten Signals S1 und S2 können in q·sin(3θ - 4π/3) bzw. -q·sin(3θ - 4π/3) transformiert werden. Eine Berechnung ähnlich der Gleichung (1C) bestimmt, dass die dritte harmonische Komponente Sa13 des ersten Nachberechnungssignals Sa1 gleich 2q·sin(3θ - 4π/3) ist. Dementsprechend bestimmt eine Berechnung ähnlich der Gleichung (8), dass die dritte harmonische Komponente Sa43 des vierten Nachberechnungssignals Sa4 gleich -2q·sin(3θ - 2π/3) ist.
Wenn PH1 und PH3 beide 40° oder 80° sind, ist somit der Absolutwert der Amplitude der dritten harmonischen Komponente Sa43 des vierten Nachberechnungssignals Sa4 |2q|, der gleich dem Absolutwert |2q| der Amplitude der dritten harmonischen Komponenten Sa13 und Sa23 des ersten und zweiten Nachberechnungssignals Sa1 und Sa2 ist. Falls PH1 und PH3 beide größer als 40° und kleiner als 80° sind, ist der Absolutwert der Amplitude der dritten harmonischen Komponente Sa43 des vierten Nachberechnungssignals Sa4 kleiner als der Absolutwert |2q|der Amplitude der dritten harmonischen Komponenten Sa13 und Sa23. Wenn PH1 und PH3 beide 60° sind, ist insbesondere die Amplitude der dritten harmonischen Komponente Sa43 des vierten Nachberechnungssignals Sa4 Null. So ist die Bedingung, dass PH1 und PH3 beide größer als 40° und kleiner als 80° sind, eine notwendige Bedingung für das Generieren des vierten Nachberechnungssignals Sa4 mit der dritten harmonischen Komponente, die verglichen mit dem ersten und zweiten Nachberechnungssignal Sa1 und Sa2 reduziert ist.
Die obige Diskussion über PH1 und PH3 gilt auch für PH2 und PH4. Falls spezifischer PH2 und PH4 beide größer als 40° und kleiner als 80° sind, ist der Absolutwert der Amplitude der dritten harmonischen Komponente Sa53 des fünften Nachberechnungssignals Sa5 kleiner als der Absolutwert |2q|der Amplitude der dritten harmonischen Komponenten Sa23 und Sa33 des zweiten und dritten Nachberechnungssignals Sa2 und Sa3. Wenn PH2 und PH4 beide 60° sind, ist insbesondere die Amplitude der dritten harmonischen Komponente Sa53 des fünften Nachberechnungssignals Sa5 Null. So ist die Bedingung, dass PH2 und PH4 beide größer als 40° und kleiner als 80° sind, eine notwendige Bedingung für das Generieren des fünften Nachberechnungssignals Sa5 mit der dritten harmonischen Komponente, die verglichen mit dem zweiten und dritten Nachberechnungssignal Sa2 und Sa3 reduziert ist.
Wie beschrieben wurde, umfasst der Drehfeldsensor 1 gemäß der ersten Ausführungsform die erste bis sechste Signalgenerierungseinheit 14A, 14B, 24A, 24B, 34A und 34B, die ausgelegt sind, jeweils das erste bis sechste Signal S1 bis S6 zu generieren, und die Winkeldetektionseinheit 60, die ausgelegt ist, den detektierten Winkelwert θs auf der Basis des ersten bis sechsten Signals S1 bis S6 zu generieren. Jedes des ersten bis sechsten Signals S1 bis S6 enthält die Idealkomponente, die zweite harmonische Komponente und die dritte harmonische Komponente. In der ersten Ausführungsform werden generiert: das erste Nachberechnungssignal Sa1 mit der zweiten harmonischen Komponente, die verglichen mit dem ersten und zweiten Signal S1 und S2 reduziert ist, das zweite Nachberechnungssignal Sa2 mit der zweiten harmonischen Komponente, die verglichen mit dem dritten und vierten Signal S3 und S4 reduziert ist, und das dritte Nachberechnungssignal Sa3 mit der zweiten harmonischen Komponente, die verglichen mit dem fünften und sechsten Signal S5 und S6 reduziert ist. Auf der Basis des ersten und zweiten Nachberechnungssignals Sa1 und Sa2 wird das vierte Nachberechnungssignal Sa4 mit der dritten harmonischen Komponente generiert, die verglichen mit dem ersten und zweiten Nachberechnungssignal Sa1 und Sa2 reduziert ist. Auf der Basis des zweiten und dritten Nachberechnungssignals Sa2 und Sa3 wird das fünfte Nachberechnungssignal Sa5 mit der dritten harmonischen Komponente generiert, die verglichen mit dem zweiten und dritten Nachberechnungssignal Sa2 und Sa3 reduziert ist. Auf der Basis des vierten und fünften Nachberechnungssignals Sa4 und Sa5 wird der detektierte Winkelwert θs bestimmt. Die erste Ausführungsform macht es dadurch möglich, einen Fehler im detektierten Winkelwert θs zu reduzieren, der durch die zweiten und dritten harmonischen Komponenten verursacht wird.
Nun wird eine Fehlerreduktion im detektierten Winkelwert θs, die durch die erste Ausführungsform erzielt wird, mit Bezugnahme auf tatsächliche Messergebnisse beschrieben. 6 ist ein Wellenformdiagramm, das die Idealkomponenten Sall, Sa21 und Sa31 des ersten bis dritten Nachberechnungssignals Sa1 bis Sa3 veranschaulicht. In 6 repräsentiert die horizontale Achse den Winkel θ, und die vertikale Achse repräsentiert den Betrag der Idealkomponenten. In 6 wurden die Idealkomponenten Sall, Sa21 und Sa31 normalisiert, um einen Maximalwert von 1 und einen Minimalwert von -1 aufzuweisen.
7 ist ein Wellenformdiagramm, das Signalfehler veranschaulicht, die im ersten bis dritten Nachberechnungssignal Sa1 bis Sa3 enthalten sind. In 7 repräsentiert die horizontale Achse den Winkel Θ, und die vertikale Achse repräsentiert den Betrag der Signalfehler. Die vertikale Achse ist in willkürlichen Einheiten. Die mit 81 markierte Wellenform zeigt den Signalfehler an, der im ersten Nachberechnungssignal Sa1 enthalten ist. Die mit 82 markierte Wellenform zeigt den Signalfehler an, der im zweiten Nachberechnungssignal Sa2 enthalten ist. Die mit 83 markierte Wellenform zeigt den Signalfehler an, der im dritten Nachberechnungssignal Sa3 enthalten ist.
Wie in 7 gezeigt, haben die Signalfehler 81 bis 83 eine Hauptperiode von 120°, das heißt 1/3 der Periode der Idealkomponenten Sall, Sa21 und Sa31. Wie aus 7 ersichtlich ist, ist daher der Hauptteil des Signalfehlers 81 des ersten Nachberechnungssignals Sa1 die dritte harmonische Komponente Sa13 (siehe Gleichung (1C)) des ersten Nachberechnungssignals Sa1. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die zweiten harmonischen Komponenten des ersten und zweiten Signals S1 und S2 einander aufheben, wenn das erste Nachberechnungssignal Sa1 generiert wird, wie vorhergehend beschrieben. Der in 7 gezeigte Signalfehler 81 enthält die dritte harmonische Komponente Sa13, wobei q in Gleichung (1C) ein negativer Wert ist. Ähnlich ist der Hauptteil des Signalfehlers 82 des zweiten Nachberechnungssignals Sa2 die dritte harmonische Komponente Sa23 (siehe Gleichung (2C)) des zweiten Nachberechnungssignals Sa2. Der in 7 gezeigte Signalfehler 82 enthält die dritte harmonische Komponente Sa23, wobei q in Gleichung (2C) ein negativer Wert ist. Ähnlich ist der Hauptteil des Signalfehlers 83 des dritten Nachberechnungssignals Sa3 die dritte harmonische Komponente Sa33 (siehe Gleichung (3C)) des dritten Nachberechnungssignals Sa3. Der in 7 gezeigte Signalfehler 83 enthält die dritte harmonische Komponente Sa33, wobei q in Gleichung (3C) ein negativer Wert ist. Der Absolutwert der Phasendifferenz zwischen dem Hauptteil des Signalfehlers 81 (der dritten harmonischen Komponente Sa13) und dem Hauptteil des Signalfehlers 82 (der dritten harmonischen Komponente Sa23), und der Absolutwert der Phasendifferenz zwischen dem Hauptteil des Signalfehlers 82 (der dritten harmonischen Komponente Sa23) und dem Hauptteil des Signalfehlers 83 (der dritten harmonischen Komponente Sa33) sind beide 60°, das heißt 1/2 der Periode der Hauptteile der Signalfehler 81 bis 83.
In der ersten Ausführungsform wird das vierte Nachberechnungssignal Sa4 durch eine Berechnung generiert, die das Bestimmen der Summe (Sa1+Sa2) des ersten Nachberechnungssignals Sa1 und des zweiten Nachberechnungssignals Sa2 umfasst. Wenn das vierte Nachberechnungssignal Sa4 generiert wird, haben der Hauptteil des Signalfehlers 81 des ersten Nachberechnungssignals Sa1 und der Hauptteil des Signalfehlers 82 des zweiten Nachberechnungssignals Sa2 entgegengesetzte Phasen. Demgemäß heben die dritte harmonische Komponente Sa13, die der Hauptteil des Signalfehlers 81 ist, und die dritte harmonische Komponente Sa23, die der Hauptteil des Signalfehlers 82 ist, einander auf. Ähnlich wird das fünfte Nachberechnungssignal Sa5 durch eine Berechnung generiert, die das Bestimmen der Summe (Sa2+Sa3) des zweiten Nachberechnungssignals Sa2 und des dritten Nachberechnungssignals Sa3 umfasst. Wenn das fünfte Nachberechnungssignal Sa5 generiert wird, haben der Hauptteil des Signalfehlers 82 des zweiten Nachberechnungssignals Sa2 und der Hauptteil des Signalfehlers 83 des dritten Nachberechnungssignals Sa3 entgegengesetzte Phasen. Demgemäß heben die dritte harmonische Komponente Sa23, die der Hauptteil des Signalfehlers 82 ist, und die dritte harmonische Komponente Sa33, die der Hauptteil des Signalfehlers 83 ist, einander auf.
8 ist ein Wellenformdiagramm, das Signalfehler veranschaulicht, die in dem vierten und fünften Nachberechnungssignal Sa4 und Sa5 enthalten sind. In 8 repräsentiert die horizontale Achse den Winkel θ, und die vertikale Achse repräsentiert den Betrag der Signalfehler. Die vertikale Achse von 8 ist in willkürlichen Einheiten mit derselben Basis wie die vertikale Achse von 7. Die mit 91 markierte Wellenform zeigt den Signalfehler an, der im vierten Nachberechnungssignal Sa4 enthalten ist. Die mit 92 markierte Wellenform zeigt den Signalfehler an, der im fünften Nachberechnungssignal Sa5 enthalten ist. Wie in 8 gezeigt, sind die Signalfehler 91 und 92 des vierten und fünften Nachberechnungssignals Sa4 und Sa5 signifikant kleiner als die Signalfehler 81, 82 und 83 des ersten bis dritten Nachberechnungssignals Sa1, Sa2 und Sa3.
9 ist eine Kennliniendarstellung, die einen Winkelfehler veranschaulicht, welcher im detektierten Winkelwert θs enthalten ist, der auf der Basis des vierten und fünften Nachberechnungssignals Sa4 und Sa5 bestimmt wird, welche die in 8 gezeigten Signalfehler enthalten. Der Winkelfehler bezieht sich auf einen Fehler in Bezug auf einen theoretischen Wert des detektierten Winkelwerts θs, der erwartet wird, wenn sich die Richtung DM des Drehmagnetfelds MF ideal dreht. In 9 repräsentiert die horizontale Achse den Winkel θ, und die vertikale Achse repräsentiert den Betrag des Winkelfehlers. 9 zeigt, dass der Winkelfehler nahezu Null ist.
Die erste Ausführungsform ermöglicht somit, dass der detektierte Winkelwert θs einen reduzierten Fehler aufweist, wenn das erste bis sechste Signal S1 bis S6 die zweiten und dritten harmonischen Komponenten enthalten.
Im Drehfeldsensor 1 gemäß der ersten Ausführungsform können die erste bis sechste Signalgenerierungseinheit 14A, 14B, 24A, 24B, 34A und 34B aus drei Wheatstone-Brückenschaltungen 14, 24 und 34 konstruiert sein. In dieser Hinsicht erzielt der Drehfeldsensor 1 gemäß der ersten Ausführungsform eine Verkleinerung der Größe und Strukturvereinfachung verglichen mit dem in der US-Patentanmeldung Veröffentlichungsnr. US 2012 / 0 053 865 A1 beschriebenen Drehfeldsensor, der vier Wheatstone-Brückenschaltungen umfasst.
[Zweite Ausführungsform]
Nun wird ein Drehfeldsensor gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung mit Bezugnahme auf 10 beschrieben. 10 ist ein Schaltbild, das den Aufbau des Drehfeldsensors gemäß der zweiten Ausführungsform veranschaulicht. In der zweiten Ausführungsform sind die erste, zweite, fünfte und sechste Richtung D1, D2, D5 und D6 von jenen der ersten Ausführungsform verschieden, wie nachstehend beschrieben.
Die erste Richtung D1, welche eine Richtung des Drehmagnetfelds MF ist, die das erste Signal S1 maximiert, das von der ersten Signalgenerierungseinheit 14A generiert wird, ist die Richtung, die im Uhrzeigersinn um einen Winkel θ1, der größer als 100° und kleiner als 140° ist, von der dritten Richtung D3 (der -Y-Richtung) der in 2 gezeigten ersten Ausführungsform gedreht ist. Die fünfte Richtung D5, welche eine Richtung des Drehmagnetfelds MF ist, die das fünfte Signal S5 maximiert, das von der fünften Signalgenerierungseinheit 34A generiert wird, ist die Richtung, die im Gegenuhrzeigersinn um einen Winkel θ2, der größer als 100° und kleiner als 140° ist, von der dritten Richtung D3 gedreht ist.
Die zweite Richtung D2, welche eine Richtung des Drehmagnetfelds MF ist, die das zweite Signal S2 maximiert, das von der zweiten Signalgenerierungseinheit 14B generiert wird, ist die Richtung, die im Uhrzeigersinn um einen Winkel θ3, der größer als 100° und kleiner als 140° ist, von der vierten Richtung D4 (der Y-Richtung) der in 2 gezeigten ersten Ausführungsform gedreht ist. Die sechste Richtung D6, welche eine Richtung des Drehmagnetfelds MF ist, die das sechste Signal S6 maximiert, das von der sechsten Signalgenerierungseinheit 34B generiert wird, ist die Richtung, die im Gegenuhrzeigersinn um einen Winkel θ4, der größer als 100° und kleiner als 140° ist, von der vierten Richtung D4 gedreht ist.
In der zweiten Ausführungsform sind θ1 bis θ4 alle vorzugsweise 120°. Die folgende Beschreibung wird hauptsächlich den Fall diskutieren, wo θ1 bis θ4 alle 120° sind. In diesem Fall sind θ1+θ2 und θ3+θ4 beide 240°.
Wie in 10 gezeigt, sind die erste bis dritte Detektionsschaltung 10, 20 und 30 des Drehfeldsensors 1 gemäß der zweiten Ausführungsform grundsätzlich in der gleichen Weise ausgelegt wie in der ersten Ausführungsform. Da in der zweiten Ausführungsform jedoch die erste, zweite, fünfte und sechste Richtung D1, D2, D5 und D6 von jenen der oben beschriebenen ersten Ausführungsform verschieden sind, sind die Magnetisierungsrichtungen der in ihrer Magnetisierung fixierten Schichten der Vielzahl von MR-Elementen in der ersten, zweiten, fünften und sechsten Signalgenerierungseinheit 14A, 14B, 34A und 34B von jenen in der ersten Ausführungsform verschieden.
In der zweiten Ausführungsform sind der Absolutwert PH1 der Phasendifferenz zwischen der Idealkomponente des ersten Signals S1 und der Idealkomponente des dritten Signals S3, der Absolutwert PH2 der Phasendifferenz zwischen der Idealkomponente des dritten Signals S3 und der Idealkomponente des fünften Signals S5, der Absolutwert PH3 der Phasendifferenz zwischen der Idealkomponente des zweiten Signals S2 und der Idealkomponente des vierten Signals S4, und der Absolutwert PH4 der Phasendifferenz zwischen der Idealkomponente des vierten Signals S4 und der Idealkomponente des sechsten Signals S6 von jenen der ersten Ausführungsform verschieden. In der zweiten Ausführungsform sind PH1, PH2, PH3 und PH4 alle größer als 100° und kleiner als 140°. Alle von PH1, PH2, PH3 und PH4 sind vorzugsweise 120°. Die folgende Beschreibung wird hauptsächlich den Fall diskutieren, wo PH1, PH2, PH3 und PH4 alle 120° sind. In diesem Fall sind PH1+PH2 und PH3+PH4 beide 240°.
Der Drehfeldsensor 1 gemäß der zweiten Ausführungsform umfasst eine Winkeldetektionseinheit 160 anstelle der Winkeldetektionseinheit 60 der ersten Ausführungsform. Wie die Winkeldetektionseinheit 60 ist die Winkeldetektionseinheit 160 ausgelegt, einen detektierten Winkelwert θs auf der Basis des ersten bis sechsten Signals S1 bis S6 zu generieren, wobei der detektierte Winkelwert θs eine Entsprechungsbeziehung mit dem Winkel θ hat, den die Richtung DM des Drehmagnetfelds MF in der Referenzposition PR in Bezug auf die Referenzrichtung DR bildet. Wie in 10 gezeigt, umfasst die Winkeldetektionseinheit 160 eine erste Rechenschaltung 161, eine zweite Rechenschaltung 162, eine dritte Rechenschaltung 163, eine vierte Rechenschaltung 164, eine fünfte Rechenschaltung 165 und eine sechste Rechenschaltung 166.
Jede der ersten bis sechsten Rechenschaltung 161 bis 166 hat zwei Eingänge und einen Ausgang. Die erste bis dritte Rechenschaltung 161 bis 163 sind mit der ersten bis dritten Detektionsschaltung 10, 20 und 30 in derselben Verbindungsbeziehung wie jener der ersten bis dritten Rechenschaltung 61 bis 63 mit der ersten bis dritten Detektionsschaltung 10, 20 und 30 in der ersten Ausführungsform verbunden. Die erste bis dritte Rechenschaltung 161 bis 163 sind mit der vierten und fünften Rechenschaltung 164 und 165 in derselben Verbindungsbeziehung wie jener der ersten bis dritten Rechenschaltung 61 bis 63 mit der vierten und fünften Rechenschaltung 64 und 65 in der ersten Ausführungsform verbunden. Die vierte und fünfte Rechenschaltung 164 und 165 sind mit der sechsten Rechenschaltung 166 in derselben Verbindungsbeziehung wie jener der vierten und fünften Rechenschaltung 64 und 65 mit der sechsten Rechenschaltung 66 in der ersten Ausführungsform verbunden.
Die erste Rechenschaltung 161 empfängt das erste und zweite Signal S1 und S2 und generiert ein erstes Nachberechnungssignal Sb1 auf der Basis des ersten und zweiten Signals S1 und S2. Die zweite Rechenschaltung 162 empfängt das dritte und vierte Signal S3 und S4 und generiert ein zweites Nachberechnungssignal Sb2 auf der Basis des dritten und vierten Signals S3 und S4. Die dritte Rechenschaltung 163 empfängt das fünfte und sechste Signal S5 und S6 und generiert ein drittes Nachberechnungssignal Sb3 auf der Basis des fünften und sechsten Signals S5 und S6. Die vierte Rechenschaltung 164 empfängt das erste und zweite Nachberechnungssignal Sb1 und Sb2 und generiert ein viertes Nachberechnungssignal Sb4 auf der Basis des ersten und zweiten Nachberechnungssignals Sb1 und Sb2. Die fünfte Rechenschaltung 165 empfängt das zweite und dritte Nachberechnungssignal Sb2 und Sb3 und generiert ein fünftes Nachberechnungssignal Sb5 auf der Basis des zweiten und dritten Nachberechnungssignals Sb2 und Sb3. Die sechste Rechenschaltung 166 empfängt das vierte und fünfte Nachberechnungssignal Sb4 und Sb5 und bestimmt den detektierten Winkelwert θs auf der Basis des vierten und fünften Nachberechnungssignals Sb4 und Sb5.
Die erste bis sechste Rechenschaltung 161 bis 166 können beispielsweise durch einen einzelnen Mikrocomputer implementiert werden.
Nun wird ein Verfahren zum Bestimmen des detektierten Winkelwerts θs in der zweiten Ausführungsform beschrieben. Zunächst wird beschrieben, wie das erste bis dritte Nachberechnungssignal Sb1 bis Sb3 zu generieren sind. In der zweiten Ausführungsform werden die Idealkomponenten des ersten, zweiten, fünften und sechsten Signals S1, S2, S5 und S6 als sin·(θ - 2π/3), sin(θ - 2π/3 - π), sin(θ + 2π/3) bzw. sin(θ + 2π/3 - π) ausgedrückt. Die obigen Ausdrücke für die Idealkomponenten der Signale S2 und S6 können in -sin(θ - 2π/3) bzw. -sin(θ + 2π/3) transformiert werden. Eine Berechnung ähnlich der Gleichung (1A) der ersten Ausführungsform bestimmt, dass die Idealkomponente Sb11 des ersten Nachberechnungssignals Sb1 gleich 2sin(θ - 2π/3) ist. Eine Berechnung ähnlich der Gleichung (3A) der ersten Ausführungsform bestimmt, dass die Idealkomponente Sb31 des dritten Nachberechnungssignals Sb3 gleich 2sin(θ + 2π/3) ist. Die Idealkomponenten des dritten und vierten Signals S3 und S4 sind die gleichen wie jene der ersten Ausführungsform, und die Idealkomponente Sb21 des zweiten Nachberechnungssignals Sb2 ist gleich 2sinθ.
Die zweiten harmonischen Komponenten des ersten, zweiten, fünften und sechsten Signals S1, S2, S5 und S6 können als p·sin{2(θ - 2π/3)}, p·sin{2(θ - 2π/3 - π)}, p·sin{2(θ + 2π/3)} bzw. p·sin{2(θ + 2π/3 - π)} ausgedrückt werden. Das Transformieren dieser Ausdrücke führt dazu, dass die zweiten harmonischen Komponenten des ersten und zweiten Signals S1 und S2 jeweils gleich p·sin(2θ - 4π/3) sind, und die zweiten harmonischen Komponenten des fünften und sechsten Signals S5 und S6 jeweils gleich p·sin(2θ + 4π/3) sind. Eine Berechnung ähnlich der Gleichung (1B) der ersten Ausführungsform bestimmt, dass die zweite harmonische Komponente Sb12 des ersten Nachberechnungssignals Sb1 Null ist. Eine Berechnung ähnlich der Gleichung (3B) der ersten Ausführungsform bestimmt, dass die zweite harmonische Komponente Sb32 des dritten Nachberechnungssignals Sb3 Null ist. Die zweiten harmonischen Komponenten des dritten und vierten Signals S3 und S4 sind gleich wie jene der ersten Ausführungsform, und die zweite harmonische Komponente Sb22 des zweiten Nachberechnungssignals Sb2 ist Null.
Die dritten harmonischen Komponenten des ersten, zweiten, fünften und sechsten Signals S1, S2, S5 und S6 können als q·sin{3(θ - 2π/3)}, q·sin{3(θ - 2π/3 - π)}, q·sin{3(θ + 2π/3)} bzw. q·sin{3(θ + 2π/3 - π)} ausgedrückt werden. Das Transformieren dieser Ausdrücke führt dazu, dass die dritten harmonischen Komponenten des ersten und fünften Signals S1 und S5 jeweils gleich q·sin3θ sind, und die dritten harmonischen Komponenten des zweiten und sechsten Signals S2 und S6 jeweils gleich -q·sin3θ sind. Eine Berechnung ähnlich der Gleichung (1C) der ersten Ausführungsform bestimmt, dass die dritte harmonische Komponente Sb13 des ersten Nachberechnungssignals Sb1 gleich 2q·sin3θ ist. Eine Berechnung ähnlich der Gleichung (3C) der ersten Ausführungsform bestimmt, dass die dritte harmonische Komponente Sb33 des dritten Nachberechnungssignals Sb3 gleich 2q·sin3θ ist. Die dritten harmonischen Komponenten des dritten und vierten Signals S3 und S4 sind gleich wie jene der erste Ausführungsform, und die dritte harmonische Komponente Sb23 des zweiten Nachberechnungssignals Sb2 ist gleich 2q·sin3θ.
Wie die erste Rechenschaltung 61 der ersten Ausführungsform generiert die erste Rechenschaltung 161 der zweiten Ausführungsform, auf der Basis des ersten und zweiten Signals S1 und S2, das erste Nachberechnungssignal Sb 1 mit der zweiten harmonischen Komponente, die verglichen mit dem ersten und zweiten Signal S1 und S2 reduziert ist. Wie die zweite Rechenschaltung 62 der ersten Ausführungsform generiert die zweite Rechenschaltung 162, auf der Basis des dritten und vierten Signals S3 und S4, das zweite Nachberechnungssignal Sb2 mit der zweiten harmonischen Komponente, die verglichen mit dem dritten und vierten Signal S3 und S4 reduziert ist. Wie die dritte Rechenschaltung 63 der ersten Ausführungsform generiert die erste Rechenschaltung 163, auf der Basis des fünften und sechsten Signals S5 und S6, das dritte Nachberechnungssignal Sb3 mit der zweiten harmonischen Komponente, die verglichen mit dem fünften und sechsten Signal S5 und S6 reduziert ist.
Nun wird beschrieben, wie das vierte und fünfte Nachberechnungssignal Sb4 und Sb5 zu generieren sind. In der zweiten Ausführungsform wird das vierte Nachberechnungssignal Sb4 durch eine Berechnung generiert, die das Bestimmen der Differenz zwischen dem ersten Nachberechnungssignal Sb1 und dem zweiten Nachberechnungssignal Sb2 umfasst. Das Bestimmen der Differenz zwischen dem ersten Nachberechnungssignal Sb1 und dem zweiten Nachberechnungssignal Sb2 ermöglicht, dass die Idealkomponente Sb41 und die dritte harmonische Komponente Sb43 des vierten Nachberechnungssignals Sb4 durch die folgenden Gleichungen (9A) bzw. (9B) ausgedrückt werden. Es ist zu beachten, dass, da die zweite harmonische Komponente Sb12 des ersten Nachberechnungssignals Sb1 und die zweite harmonische Komponente Sb22 des zweiten Nachberechnungssignals Sb2 beide Null sind, das vierte Nachberechnungssignal Sb4 keine zweite harmonische Komponente enthält. $\begin{matrix} Sb41 = Sb11 - Sb21 \\ = 2 sin (θ - 2 π / 3) - 2 sin θ \\ = 4 sin (- π / 3) \cdot cos (θ - π / 3) \\ = - 3,46 cos (θ - π / 3) \end{matrix}$
$\begin{matrix} Sb43 = Sb13 - Sb23 \\ = 2 q \cdot sin3 θ - 2 q \cdot sin θ \\ = 0 \end{matrix}$
Wie aus Gleichung (9B) ersichtlich ist, heben in der zweiten Ausführungsform die dritte harmonische Komponente Sb13 des ersten Nachberechnungssignals Sb1 und die dritte harmonische Komponente Sb23 des zweiten Nachberechnungssignals Sb2 einander vollständig auf, wenn das vierte Nachberechnungssignal Sb4 generiert wird. So ist die dritte harmonische Komponente Sb43 des vierten Nachberechnungssignals Sb4 Null. Wie im Nachstehenden beschrieben wird, ist der Absolutwert der Amplitude der dritten harmonischen Komponente Sb43 des vierten Nachberechnungssignals Sb4 kleiner als der Absolutwert |2q|der Amplitude der dritten harmonischen Komponenten Sb 13 und Sb23 des ersten und zweiten Nachberechnungssignals Sb1 und Sb2, nicht nur wenn PH1 und PH3 beide 120° sind, sondern solange PH1 und PH3 beide größer als 100° und kleiner als 140° sind. Auf diese Weise generiert die vierte Rechenschaltung 164, auf der Basis des ersten und zweiten Nachberechnungssignals Sb1 und Sb2, das vierte Nachberechnungssignal Sb4 mit der dritten harmonischen Komponente, die verglichen mit dem ersten und zweiten Nachberechnungssignal Sb 1 und Sb2 reduziert ist.
Ferner wird in der zweiten Ausführungsform das fünfte Nachberechnungssignal Sb5 durch eine Berechnung generiert, die das Bestimmen der Differenz zwischen dem zweiten Nachberechnungssignal Sb2 und dem dritten Nachberechnungssignal Sb3 umfasst. Das Bestimmen der Differenz zwischen dem zweiten Nachberechnungssignal Sb2 und dem dritten Nachberechnungssignal Sb3 ermöglicht, dass die Idealkomponente Sb51 und die dritte harmonische Komponente Sb53 des fünften Nachberechnungssignals Sb5 durch die folgenden Gleichungen (10A) bzw. (10B) ausgedrückt werden. Es ist zu beachten, dass, da die zweite harmonische Komponente Sb22 des zweiten Nachberechnungssignals Sb2 und die zweite harmonische Komponente Sb32 des dritten Nachberechnungssignals Sb3 beide Null sind, das fünfte Nachberechnungssignal Sb5 keine zweite harmonische Komponente enthält. $\begin{matrix} Sb51 = Sb21 - Sb31 \\ = 2 sin θ - 2 sin (θ + 2 π / 3) \\ = 4 sin (- π / 3) \cdot cos (θ + π / 3) \\ = - 3,46 cos (θ + π / 3) \end{matrix}$
$\begin{matrix} Sb53 = Sb23 - Sb33 \\ = 2 q \cdot sin3 θ - 2 q \cdot sin3 θ \\ = 0 \end{matrix}$
Wie aus Gleichung (10B) ersichtlich ist, heben in der zweiten Ausführungsform die dritte harmonische Komponente Sb23 des zweiten Nachberechnungssignals Sb2 und die dritte harmonische Komponente Sb33 des dritten Nachberechnungssignals Sb3 einander vollständig auf, wenn das fünfte Nachberechnungssignal Sb5 generiert wird. So ist die dritte harmonische Komponente Sb53 des fünften Nachberechnungssignals Sb5 Null. Wie im Fall mit der dritten harmonischen Komponente Sb43 des vierten Nachberechnungssignals Sb4, ist der Absolutwert der Amplitude der dritten harmonischen Komponente Sb53 des fünften Nachberechnungssignals Sb5 kleiner als der Absolutwert |2q|der Amplitude der dritten harmonischen Komponenten Sb23 und Sb33 des zweiten und dritten Nachberechnungssignals Sb2 und Sb3, nicht nur wenn PH2 und PH4 beide 120° sind, sondern solange PH2 und PH4 beide größer als 100° und kleiner als 140° sind. Auf diese Weise generiert die fünfte Rechenschaltung 165, auf der Basis des zweiten und dritten Nachberechnungssignals Sb2 und Sb3, das fünfte Nachberechnungssignal Sb5 mit der dritten harmonischen Komponente, die verglichen mit dem zweiten und dritten Nachberechnungssignal Sb2 und Sb3 reduziert ist.
Nun wird die Auslegung der sechsten Rechenschaltung 166 beschrieben, und wie die sechste Rechenschaltung 166 den detektierten Winkelwert θs bestimmt. Die sechste Rechenschaltung 166 ist auf die gleiche Weise ausgelegt wie die sechste Rechenschaltung 66 der ersten Ausführungsform. Spezifischer umfasst die sechste Rechenschaltung 166 die Normalisierungsschaltungen N1, N2, N3 und N4, die Addiererschaltung 66A, die Subtrahiererschaltung 66B und eine Recheneinheit 66C, die in 4 gezeigt und im Abschnitt der ersten Ausführungsform beschrieben sind.
In der zweiten Ausführungsform wird der detektierte Winkelwert θ grundsätzlich auf die gleiche Weise bestimmt wie in der ersten Ausführungsform. In der zweiten Ausführungsform ist, aus den Gleichungen (9A) und (9B), der normalisierte Wert des vierten Nachberechnungssignals Sb4 -cos(θ - π/3). Aus den Gleichungen (10A) und (10B) ist der normalisierte Wert des fünften Nachberechnungssignals Sb5 -cos(θ + π/3). Eine Berechnung ähnlich der Gleichung (6A) der ersten Ausführungsform bestimmt, dass das Additionssignal S11, das von der Addiererschaltung 66A in der zweiten Ausführungsform generiert wird, gleich -cosθ ist. Eine Berechnung ähnlich der Gleichung (6B) der ersten Ausführungsform bestimmt, dass das Subtraktionssignal S12, das von der Subtrahiererschaltung 66B in der zweiten Ausführungsform generiert wird, gleich -1,73sinθ ist.
In der zweiten Ausführungsform ist der normalisiert Wert S21 des Additionssignals S11 -cosθ, und der normalisierte Wert S22 des Subtraktionssignals S12 ist -sinθ. Die Recheneinheit 66C der zweiten Ausführungsform bestimmt den detektierten Winkelwert θs mit einer Entsprechungsbeziehung mit dem Winkel θ beispielsweise durch die nachstehende Gleichung (11A). $θ s = atan (S22 / S21)$
Der Ausdruck „atan(S22/S21)“ von Gleichung (11A) repräsentiert die Arkustangens-Berechnung zur Bestimmung von θs. Für θs im Bereich von 0° (einschließlich) bis 360° (ausschließlich) gibt es zwei Lösungen von θs in Gleichung (11A) mit einer Differenz von 180° im Wert. Welche der beiden Lösungen von θs in Gleichung (11A) der wahre Wert von θs ist, kann aus der Kombination positiver und negativer Vorzeichen an S21 und S22 bestimmt werden. Wenn spezifischer S21 ein positiver Wert ist, ist θs größer als 90° und kleiner als 270°. Falls S21 ein negativer Wert ist, ist θs zwischen 0° (einschließlich) und 90° (ausschließlich) oder zwischen 270° (ausschließlich) und 360°( einschließlich). Falls S22 ein positiver Wert ist, ist θs größer als 180° und kleiner als 360°. Falls S22 ein negativer Wert ist, ist θs größer als 0° und kleiner als 180°. Unter Verwendung der Gleichung (11A) und auf der Basis der obigen Bestimmung, die mit der Kombination positiver und negativer Vorzeichen an S21 und S22 vorgenommen wird, bestimmt die Recheneinheit 66C θs innerhalb des Bereichs von 0° (einschließlich) bis 360° (ausschließlich).
Die Recheneinheit 66C kann den detektierten Winkelwert θs auf folgende Weise bestimmen. Zuerst bestimmt die Recheneinheit 66C wenigstens einen ersten Kandidaten für den detektierten Winkelwert θs auf der Basis der nachstehende Gleichung (11B). $θ s = acos (- S21)$
S21 nimmt einen einzelnen Wert für zwei unterschiedliche Werte von θ an, die in den Bereich von 0° (einschließlich) bis 360° (ausschließlich) fallen, außer wenn S21 ein Maximal- oder ein Minimalwert ist. So werden in den meisten Fällen gemäß der oben beschriebenen Methode zwei erste Kandidaten für den detektierten Winkelwert θs für einen einzelnen Wert von S21 erhalten.
Als Nächstes bestimmt die Recheneinheit 66C wenigstens einen zweiten Kandidaten für den detektierten Winkelwert θs durch die nachstehende Gleichung (11C). $θ s = asin (- S22)$
Wie mit Gleichung (11B) werden in den meisten Fällen zwei zweite Kandidaten für den detektierten Winkelwert θs für einen einzelnen Wert von S22 erhalten. Falls ein Paar eines ersten und zweiten Kandidaten existiert, die miteinander identisch sind, nimmt die Recheneinheit 66C den identischen ersten und zweiten Kandidaten als detektierten Winkelwert θs. Falls ein Paar eines ersten und zweiten Kandidaten existiert, die nicht identisch mit-, aber sehr nahe beieinander sind, nimmt die Recheneinheit 66C den ersten Kandidaten in diesem Paar als detektierten Winkelwert θs.
Nun wird der Grund beschrieben, warum die zweite Ausführungsform spezifiziert, dass PH1, PH2, PH3 und PH4 alle größer als 100° und kleiner als 140° sind. Hier erfolgt die Diskussion mit Bezugnahme auf PH1 und PH3. Um das Verständnis zu erleichtern, nimmt die folgende Beschreibung an, dass der Absolutwert PH5 der Phasendifferenz zwischen der Idealkomponente des ersten Signals S1 und der Idealkomponente des zweiten Signals S2, der Absolutwert PH6 der Phasendifferenz zwischen der Idealkomponente des dritten Signals S3 und der Idealkomponente des vierten Signals S4, und der Absolutwert PH7 der Phasendifferenz zwischen der Idealkomponente des fünften Signals S5 und der Idealkomponente des sechsten Signals S6 alle 180° sind. Wenn PH1 100° ist, d.h. 5π/9, dann ist PH3 100°, d.h. 5π/9, und die dritten harmonischen Komponenten des ersten und zweiten Signals S1 und S2 sind gleich q·sin{3(θ - 5π/9)} bzw. q·sin{3(θ - 5π/9 - π)}. Diese Ausdrücke für die dritten harmonischen Komponenten des ersten und zweiten Signals S1 und S2 können in q·sin(3θ - 5π/3) bzw. -q·sin(3θ - 5π/3) transformiert werden. Eine Berechnung ähnlich der Gleichung (1C) der ersten Ausführungsform bestimmt, dass die dritte harmonische Komponente Sb13 des ersten Nachberechnungssignals Sb1 gleich 2q·sin(3θ - 5π/3) ist. Ferner wird aus Gleichung (2C) der ersten Ausführungsform bestimmt, dass die dritte harmonische Komponente Sb23 des zweiten Nachberechnungssignals Sb2 gleich 2q·sin3θ ist. Dementsprechend wird auf der Basis von Gleichung (9B) die dritte harmonische Komponente Sb43 des vierten Nachberechnungssignals Sb4 durch die nachstehende Gleichung (12) ausgedrückt. $\begin{matrix} Sb43 = Sb13 - Sb23 \\ = 2 q \cdot sin (3 θ - 5 π / 3) - 2 q \cdot sin 3 θ \\ = 4 q \cdot sin (- 5 π / 6) \cdot cos (3 θ - 5 π / 6) \\ = - 2 q \cdot cos (3 θ - 5 π / 6) \end{matrix}$
Wenn PH1 140° ist, d.h. 7π/9, dann ist PH3 140°, d.h. 7π/9, und die dritten harmonischen Komponenten des ersten und zweiten Signals S1 und S2 sind gleich q·sin{3(θ - 7π/9)} bzw. q·sin{3(θ - 7π/9 - π)}. Diese Ausdrücke für die dritten harmonischen Komponenten des ersten und zweiten Signals S1 und S2 können in q·sin(3θ - 7π/3) bzw. -q·sin(3θ - 7π/3) transformiert werden. Eine Berechnung ähnlich der Gleichung (1C) der ersten Ausführungsform bestimmt, dass die dritte harmonische Komponente Sb13 des ersten Nachberechnungssignals Sb1 gleich 2q·sin(3θ - 7π/3) ist. Dementsprechend bestimmt eine Berechnung ähnlich der Gleichung (12), dass die dritte harmonische Komponente Sb43 des vierten Nachberechnungssignals Sb4 gleich 2q·cos(3θ - 7π/6) ist.
Wenn PH1 und PH3 beide 100° oder 140° sind, ist somit der Absolutwert der Amplitude der dritten harmonischen Komponente Sb43 des vierten Nachberechnungssignals Sb4 |2q|, der gleich dem Absolutwert |2q| der Amplitude der dritten harmonischen Komponenten Sb 13 und Sb23 des ersten und zweiten Nachberechnungssignals Sb1 und Sb2 ist. Falls PH1 und PH3 beide größer als 100° und kleiner als 140° sind, ist der Absolutwert der Amplitude der dritten harmonischen Komponente Sb43 des vierten Nachberechnungssignals Sb4 kleiner als der Absolutwert |2q|der Amplitude der dritten harmonischen Komponenten Sb13 und Sb23. Wenn PH1 und PH3 beide 120° sind, ist insbesondere die Amplitude der dritten harmonischen Komponente Sb43 des vierten Nachberechnungssignals Sb4 Null. So ist die Bedingung, dass PH1 und PH3 beide größer als 100° und kleiner als 140° sind, eine notwendige Bedingung für das Generieren des vierten Nachberechnungssignals Sb4 mit der dritten harmonischen Komponente, die verglichen mit dem ersten und zweiten Nachberechnungssignal Sb1 und Sb2 reduziert ist.
Die obige Diskussion über PH1 und PH3 gilt auch für PH2 und PH4. Falls spezifischer PH2 und PH4 beide größer als 100° und kleiner als 140° sind, ist der Absolutwert der Amplitude der dritten harmonischen Komponente Sb53 des fünften Nachberechnungssignals Sb5 kleiner als der Absolutwert |2q|der Amplitude der dritten harmonischen Komponenten Sb23 und Sb33 des zweiten und dritten Nachberechnungssignals Sb2 und Sb3. Wenn PH2 und PH4 beide 120° sind, ist insbesondere die Amplitude der dritten harmonischen Komponente Sb53 des fünften Nachberechnungssignals Sb5 Null. So ist die Bedingung, dass PH2 und PH4 beide größer als 100° und kleiner als 140° sind, eine notwendige Bedingung für das Generieren des fünften Nachberechnungssignals Sb5 mit der dritten harmonischen Komponente, die verglichen mit dem zweiten und dritten Nachberechnungssignal Sb2 und Sb3 reduziert ist.
Die anderen Auslegungen, Operationen und Effekte der zweiten Ausführungsform sind gleich wie jene der ersten Ausführungsform.
[Dritte Ausführungsform]
Nun wird ein Drehfeldsensor gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung mit Bezugnahme auf 11 beschrieben. 11 ist ein Schaltbild, das den Aufbau des Drehfeldsensors gemäß der dritten Ausführungsform veranschaulicht. In der dritten Ausführungsform sind die erste bis dritte Detektionsschaltung 10, 20 und 30 des Drehfeldsensors 1 in der gleichen Weise ausgelegt wie in der ersten Ausführungsform. Der Drehfeldsensor 1 gemäß der dritten Ausführungsform umfasst eine Winkeldetektionseinheit 70 anstelle der Winkeldetektionseinheit 60 der ersten Ausführungsform. Wie die Winkeldetektionseinheit 60 ist die Winkeldetektionseinheit 70 ausgelegt, einen detektierten Winkelwert θs auf der Basis des ersten bis sechsten Signals S1 bis S6 zu generieren, wobei der detektierte Winkelwert θs eine Entsprechungsbeziehung mit dem Winkel θ hat, den die Richtung DM des Drehmagnetfelds MF in der Referenzposition PR in Bezug auf die Referenzrichtung DR bildet. Wie in 11 gezeigt, umfasst die Winkeldetektionseinheit 70 eine erste Rechenschaltung 71, eine zweite Rechenschaltung 72, eine dritte Rechenschaltung 73, eine vierte Rechenschaltung 74, eine fünfte Rechenschaltung 75, eine sechste Rechenschaltung 76 und eine siebente Rechenschaltung 77.
Jede der ersten bis siebenten Rechenschaltung 71 bis 77 hat einen ersten Eingang, einen zweiten Eingang und einen Ausgang. Der erste und zweite Eingang der ersten Rechenschaltung 71 sind mit dem Ausgangsanschluss E11 bzw. E21 verbunden. Der erste und zweite Eingang der zweiten Rechenschaltung 72 sind mit dem Ausgangsanschluss E12 bzw. E22 verbunden. Der erste und zweite Eingang der dritten Rechenschaltung 73 sind mit dem Ausgangsanschluss E21 bzw. E31 verbunden. Der erste und zweite Eingang der vierten Rechenschaltung 74 sind mit dem Ausgangsanschluss E22 bzw. E32 verbunden. Der erste und zweite Eingang der fünften Rechenschaltung 75 sind mit den Ausgängen der ersten und zweiten Rechenschaltung 71 bzw. 72 verbunden. Der erste und zweite Eingang der sechsten Rechenschaltung 76 sind mit den Ausgängen der dritten und vierten Rechenschaltung 73 bzw. 74 verbunden. Der erste und zweite Eingang der siebenten Rechenschaltung 77 sind mit den Ausgängen der fünften und sechsten Rechenschaltung 75 bzw. 76 verbunden.
Die erste Rechenschaltung 71 empfängt das erste und dritte Signal S1 und S3 und generiert ein erstes Nachberechnungssignal Sc1 auf der Basis des ersten und dritten Signals S1 und S3. Die zweite Rechenschaltung 72 empfängt das zweite und vierte Signal S2 und S4 und generiert ein zweites Nachberechnungssignal Sc2 auf der Basis des zweiten und vierten Signals S2 und S4. Die dritte Rechenschaltung 73 empfängt das dritte und fünfte Signal S3 und S5 und generiert ein drittes Nachberechnungssignal Sc3 auf der Basis des dritten und fünften Signals S3 und S5. Die vierte Rechenschaltung 74 empfängt das vierte und sechste Signal S4 und S6 und generiert ein viertes Nachberechnungssignal Sc4 auf der Basis des vierten und sechsten Signals S4 und S6. Die fünfte Rechenschaltung 75 empfängt das erste und zweite Nachberechnungssignal Sc1 und Sc2 und generiert ein fünftes Nachberechnungssignal Sc5 auf der Basis des ersten und zweiten Nachberechnungssignals Sc1 und Sc2. Die sechste Rechenschaltung 76 empfängt das dritte und vierte Nachberechnungssignal Sc3 und Sc4 und generiert ein sechstes Nachberechnungssignal Sc6 auf der Basis des dritten und vierten Nachberechnungssignals Sc3 und Sc4. Die siebente Rechenschaltung 77 empfängt das fünfte und sechste Nachberechnungssignal Sc5 und Sc6 und bestimmt den detektierten Winkelwert θs auf der Basis des fünften und sechsten Nachberechnungssignals Sc5 und Sc6.
Die erste bis siebente Rechenschaltung 71 bis 77 können beispielsweise durch einen einzelnen Mikrocomputer implementiert werden.
Nun wird ein Verfahren zum Bestimmen des detektierten Winkelwerts θs beschrieben. Zunächst wird beschrieben, wie das erste bis vierte Nachberechnungssignal Sc1 bis Sc4 zu generieren sind. Die Idealkomponenten, die zweiten harmonischen Komponenten und die dritten harmonischen Komponenten des ersten bis sechsten Signals S1 bis S6 in der dritten Ausführungsform sind gleich wie jene in der ersten Ausführungsform. In der dritten Ausführungsform wird das erste Nachberechnungssignal Sc1 durch eine Berechnung generiert, die das Bestimmen der Summe (S1+S3) des ersten Signals S1 und des dritten Signals S3 umfasst. Das Bestimmen der Summe (S1+S3) des ersten Signals S1 und des dritten Signals S3 ermöglicht, dass die Idealkomponente Sell, die zweite harmonische Komponente Sc12 und die dritte harmonische Komponente Sc13 des ersten Nachberechnungssignals Sc1 durch die folgenden Gleichungen (13A), (13B) bzw. (13C) ausgedrückt werden. $\begin{matrix} Sc11 = sin (θ - π / 3) + sin θ \\ = 2 sin (θ - π / 6) \cdot cos (- π / 6) \\ = 1,73 sin (θ - π / 6) \end{matrix}$
$\begin{matrix} Sc12 = p \cdot sin (2 θ - 2 π / 3) + p \cdot sin2 θ \\ = 2 p \cdot sin (2 θ - π / 3) \cdot cos (- π / 3) \\ = p \cdot sin (2 θ - π / 3) \end{matrix}$
$\begin{matrix} Sc13 = - q \cdot sin3 θ + q \cdot sin3 θ \\ = 0 \end{matrix}$
Wie aus Gleichung (13C) ersichtlich ist, heben in der dritten Ausführungsform die dritte harmonische Komponente des ersten Signals S1 und die dritte harmonische Komponente des dritten Signals S3 einander vollständig auf, wenn das erste Nachberechnungssignal Sc1 generiert wird. So ist die dritte harmonische Komponente Sc13 des ersten Nachberechnungssignals Sc1 Null. Wie in der ersten Ausführungsform ist der Absolutwert der Amplitude der dritten harmonischen Komponente Sc13 des ersten Nachberechnungssignals Sc1 kleiner als der Absolutwert |q|der Amplitude der dritten harmonischen Komponenten des ersten und dritten Signals S1 und S3, nicht nur wenn PH 1 60° ist, sondern solange PH1 größer als 40° und kleiner als 80° ist. Auf diese Weise generiert die erste Rechenschaltung 71, auf der Basis des ersten und dritten Signals S1 und S3, das erste Nachberechnungssignal Sc1 mit der dritten harmonischen Komponente, die verglichen mit dem ersten und dritten Signal S1 und S3 reduziert ist.
In der dritten Ausführungsform wird das zweite Nachberechnungssignal Sc2 durch eine Berechnung generiert, die das Bestimmen der Summe (S2+S4) des zweiten Signals S2 und des vierten Signals S4 umfasst. Das Bestimmen der Summe (S2+S4) des zweiten Signals S2 und des vierten Signals S4 ermöglicht, dass die Idealkomponente Sc21, die zweite harmonische Komponente Sc22 und die dritte harmonische Komponente Sc23 des zweiten Nachberechnungssignals Sc2 durch die folgenden Gleichungen (14A), (14B) bzw. (14C) ausgedrückt werden. $\begin{matrix} Sc21 = - sin (θ−π / 3) + {- sin θ} \\ = - 2 sin (θ−π / 6) \cdot cos {- π / 6} \\ = - 1,73 sin (θ−π / 6) \end{matrix}$
$\begin{matrix} Sc22 = p \cdot sin (2 θ - 2 π / 3) + p \cdot sin2 θ \\ = 2 p \cdot sin (2 θ - π / 3) \cdot cos (- π / 3) \\ = p \cdot sin (2 θ - π / 3) \end{matrix}$
$\begin{matrix} Sc23 = q \cdot sin3 θ + (- q \cdot sin3 θ) \\ = 0 \end{matrix}$
Wie aus Gleichung (14C) ersichtlich ist, heben in der dritten Ausführungsform die dritte harmonische Komponente des zweiten Signals S2 und die dritte harmonische Komponente des vierten Signals S4 einander vollständig auf, wenn das zweite Nachberechnungssignal Sc2 generiert wird. So ist die dritte harmonische Komponente Sc23 des zweiten Nachberechnungssignals Sc2 Null. Wie in der ersten Ausführungsform ist der Absolutwert der Amplitude der dritten harmonischen Komponente Sc23 des zweiten Nachberechnungssignals Sc2 kleiner als der Absolutwert |q|der Amplitude der dritten harmonischen Komponenten des zweiten und vierten Signals S2 und S4, nicht nur wenn PH3 60° ist, sondern solange PH3 größer als 40° und kleiner als 80° ist. Auf diese Weise generiert die zweite Rechenschaltung 72, auf der Basis des zweiten und vierten Signals S2 und S4, das zweite Nachberechnungssignal Sc2 mit der dritten harmonischen Komponente, die verglichen mit dem zweiten und vierten Signal S2 und S4 reduziert ist.
In der dritten Ausführungsform wird das dritte Nachberechnungssignal Sc3 durch eine Berechnung generiert, die das Bestimmen der Summe (S3+S5) des dritten Signals S3 und des fünften Signals S5 umfasst. Das Bestimmen der Summe (S3+S5) des dritten Signals S3 und des fünften Signals S5 ermöglicht, dass die Idealkomponente Sc31, die zweite harmonische Komponente Sc32 und die dritte harmonische Komponente Sc33 des dritten Nachberechnungssignals Sc3 durch die folgenden Gleichungen (15A), (15B) bzw. (15C) ausgedrückt werden. $\begin{matrix} Sc31 = sin θ + sin (θ + π / 3) \\ = 2 sin (θ + π / 6) \cdot cos (- π / 6) \\ = 1,73 sin (θ + π / 6) \end{matrix}$
$\begin{matrix} Sc32 = p \cdot sin2 θ + p \cdot sin (2 θ + π / 3) \\ = 2 p \cdot sin (2 θ + π / 3) \cdot cos (- π / 3) \\ = p \cdot sin (2 θ + π / 3) \end{matrix}$
$\begin{matrix} Sc33 = q \cdot sin3 θ + (- q \cdot sin3 θ) \\ = 0 \end{matrix}$
Wie aus Gleichung (15C) ersichtlich ist, heben in der dritten Ausführungsform die dritte harmonische Komponente des dritten Signals S3 und die dritte harmonische Komponente des fünften Signals S5 einander vollständig auf, wenn das dritte Nachberechnungssignal Sc3 generiert wird. So ist die dritte harmonische Komponente Sc33 des dritten Nachberechnungssignals Sc3 Null. Wie in der ersten Ausführungsform ist der Absolutwert der Amplitude der dritten harmonischen Komponente Sc33 des dritten Nachberechnungssignals Sc3 kleiner als der Absolutwert |q|der Amplitude der dritten harmonischen Komponenten des dritten und fünften Signals S3 und S5, nicht nur wenn PH2 60° ist, sondern solange PH2 größer als 40° und kleiner als 80° ist. Auf diese Weise generiert die dritte Rechenschaltung 73, auf der Basis des dritten und fünften Signals S3 und S5, das dritte Nachberechnungssignal Sc3 mit der dritten harmonischen Komponente, die verglichen mit dem dritten und fünften Signal S3 und S5 reduziert ist.
In der dritten Ausführungsform wird das vierte Nachberechnungssignal Sc4 durch eine Berechnung generiert, die das Bestimmen der Summe (S4+S6) des vierten Signals S4 und des sechsten Signals S6 umfasst. Das Bestimmen der Summe (S4+S6) des vierten Signals S4 und des sechsten Signals S6 ermöglicht, dass die Idealkomponente Sc41, die zweite harmonische Komponente Sc42 und die dritte harmonische Komponente Sc43 des vierten Nachberechnungssignals Sc4 durch die folgenden Gleichungen (16A), (16B) bzw. (16C) ausgedrückt werden. $\begin{matrix} Sc41 = - sin θ + {- sin (θ + π / 3)} \\ = - 2 sin (θ + π / 6) \cdot cos (- π / 6) \\ = - 1,73 sin (θ + π / 6) \end{matrix}$
$\begin{matrix} Sc42 = p \cdot sin2 θ + p \cdot sin (2 θ + π / 3) \\ = 2 p \cdot sin (2 θ + π / 3) \cdot cos (- π / 3) \\ = p \cdot sin (2 θ + π / 3) \end{matrix}$
$\begin{matrix} Sc43 = - q \cdot sin3 θ + q \cdot sin3 θ \\ = 0 \end{matrix}$
Wie aus Gleichung (16C) ersichtlich ist, heben in der dritten Ausführungsform die dritte harmonische Komponente des vierten Signals S4 und die dritte harmonische Komponente des sechsten Signals S6 einander vollständig auf, wenn das vierte Nachberechnungssignal Sc4 generiert wird. So ist die dritte harmonische Komponente Sc43 des vierten Nachberechnungssignals Sc4 Null. Wie in der ersten Ausführungsform ist der Absolutwert der Amplitude der dritten harmonischen Komponente Sc43 des vierten Nachberechnungssignals Sc4 kleiner als der Absolutwert |q|der Amplitude der dritten harmonischen Komponenten des vierten und sechsten Signals S4 und S6, nicht nur wenn PH4 60° ist, sondern solange PH4 größer als 40° und kleiner als 80° ist. Auf diese Weise generiert die vierte Rechenschaltung 74, auf der Basis des vierten und sechsten Signals S4 und S6, das vierte Nachberechnungssignal Sc4 mit der dritten harmonischen Komponente, die verglichen mit dem vierten und sechsten Signal S4 und S6 reduziert ist.
Als Nächstes wird beschrieben, wie das fünfte und sechste Nachberechnungssignal Sc5 und Sc6 zu generieren sind. In der dritten Ausführungsform wird das fünfte Nachberechnungssignal Sc5 durch eine Berechnung generiert, die das Bestimmen der Differenz zwischen dem ersten Nachberechnungssignal Sc1 und dem zweiten Nachberechnungssignal Sc2 umfasst. Das Bestimmen Differenz zwischen dem ersten Nachberechnungssignal Sc1 und dem zweiten Nachberechnungssignal Sc2 ermöglicht, dass die Idealkomponente Sc51 und die zweite harmonische Komponente Sc52 des fünften Nachberechnungssignals Sc5 durch die folgenden Gleichungen (17A) bzw. (17B) ausgedrückt werden. Es ist zu beachten, dass, da die dritte harmonische Komponente Sc13 des ersten Nachberechnungssignals Sc1 und die dritte harmonische Komponente Sc23 des zweiten Nachberechnungssignals Sc2 beide Null sind, das fünfte Nachberechnungssignal Sc5 keine dritte harmonische Komponente enthält. $\begin{matrix} Sc51 = Sc11 - Sc21 \\ = 1,73 sin (θ−π / 6) - {- 1,73 sin (θ−π / 6)} \\ = 3,46 sin (θ−π / 6) \end{matrix}$
$\begin{matrix} Sc52 = Sc12 - Sc22 \\ = p \cdot sin (2 θ−π / 3) - p \cdot sin (2 θ−π / 3) \\ = 0 \end{matrix}$
Wie aus Gleichung (17B) ersichtlich ist, heben in der dritten Ausführungsform die zweite harmonische Komponente Sc12 des ersten Nachberechnungssignals Sc1 und die zweite harmonische Komponente Sc22 des zweiten Nachberechnungssignals Sc2 einander vollständig auf, wenn das fünfte Nachberechnungssignal Sc5 generiert wird. So ist die zweite harmonische Komponente Sc52 des fünften Nachberechnungssignals Sc5 Null. Wie in der ersten Ausführungsform ist der Absolutwert der Amplitude der zweiten harmonischen Komponente Sc52 des fünften Nachberechnungssignals Sc5 kleiner als der Absolutwert |p|der Amplitude der zweiten harmonischen Komponenten Sc12 und Sc22 des ersten und zweiten Nachberechnungssignals Sc1 und Sc2, nicht nur wenn der Absolutwert PH5 der Phasendifferenz zwischen der Idealkomponente des ersten Signals S1 und der Idealkomponente des zweiten Signals S2 und der Absolutwert PH6 der Phasendifferenz zwischen der Idealkomponente des dritten Signals S3 und der Idealkomponente des vierten Signals S4 beide 180° sind, sondern solange PH5 und PH6 beide größer als 150° und kleiner als 210° sind. Auf diese Weise generiert die fünfte Rechenschaltung 75, auf der Basis des ersten und zweiten Nachberechnungssignals Sc1 und Sc2, das fünfte Nachberechnungssignal Sc5 mit der zweiten harmonischen Komponente, die verglichen mit dem ersten und zweiten Nachberechnungssignal Sc1 und Sc2 reduziert ist.
In der dritten Ausführungsform wird das sechste Nachberechnungssignal Sc6 durch eine Berechnung generiert, die das Bestimmen der Differenz zwischen dem dritten Nachberechnungssignal Sc3 und dem vierten Nachberechnungssignal Sc4 umfasst. Das Bestimmen der Differenz zwischen dem dritten Nachberechnungssignal Sc3 und dem vierten Nachberechnungssignal Sc4 ermöglicht, dass die Idealkomponente Sc61 und die zweite harmonische Komponente Sc62 des sechsten Nachberechnungssignals Sc6 durch die folgenden Gleichungen (18A) bzw. (18B) ausgedrückt werden. Es ist zu beachten, dass, da die dritte harmonische Komponente Sc33 des dritten Nachberechnungssignals Sc3 und die dritte harmonische Komponente Sc43 des vierten Nachberechnungssignals Sc4 beide Null sind, das sechste Nachberechnungssignal Sc6 keine dritte harmonische Komponente enthält. $\begin{matrix} Sc61 = Sc31 - Sc41 \\ = 1,73 sin (θ+π / 6) - {- 1,73 sin (θ+π / 6)} \\ = 3,46 sin (θ+π / 6) \end{matrix}$
$\begin{matrix} Sc62 = Sc32 - Sc42 \\ = p \cdot sin (2 θ+π / 3) - p \cdot sin (2 θ+π / 3) \\ = 0 \end{matrix}$
Wie aus Gleichung (18B) ersichtlich ist, heben in der dritten Ausführungsform die zweite harmonische Komponente Sc32 des dritten Nachberechnungssignals Sc3 und die zweite harmonische Komponente Sc42 des vierten Nachberechnungssignals Sc4 einander vollständig auf, wenn das sechste Nachberechnungssignal Sc6 generiert wird. So ist die zweite harmonische Komponente Sc62 des sechsten Nachberechnungssignals Sc6 Null. Wie es beim fünften Nachberechnungssignal Sc5 der Fall ist, ist der Absolutwert der Amplitude der zweiten harmonischen Komponente Sc62 des sechsten Nachberechnungssignals Sc6 kleiner als der Absolutwert |p|der Amplitude der zweiten harmonischen Komponenten Sc32 und Sc42 des dritten und vierten Nachberechnungssignals Sc3 und Sc4, nicht nur wenn PH6 und der Absolutwert PH7 der Phasendifferenz zwischen der Idealkomponente des fünften Signals S5 und der Idealkomponente des sechsten Signals S6 beide 180° sind, sondern solange PH6 und PH7 beide größer als 150° und kleiner als 210° sind. Auf diese Weise generiert die sechste Rechenschaltung 76, auf der Basis des dritten und vierten Nachberechnungssignals Sc3 und Sc4, das sechste Nachberechnungssignal Sc6 mit der zweiten harmonischen Komponente, die verglichen mit dem dritten und vierten Nachberechnungssignal Sc3 und Sc4 reduziert ist.
Nun wird ein Verfahren zum Bestimmen des detektierten Winkelwerts θs in der dritten Ausführungsform kurz beschrieben. Die siebente Rechenschaltung 77 hat die gleiche Auslegung wie die sechste Rechenschaltung 66 der ersten Ausführungsform, die in 4 gezeigt ist. Aus den Gleichungen (17A) und (17B) ist das fünfte Nachberechnungssignal Sc5 gleich 3,46sin(θ - π/6). Dies ist gleich wie das vierte Nachberechnungssignal Sa4, das aus den Gleichungen (4A) und (4B) in der ersten Ausführungsform erhalten wird. Ferner ist aus den Gleichungen (18A) und (18B) das sechste Nachberechnungssignal Sc6 gleich 3,46sin(θ + π/6). Dies ist gleich wie das fünfte Nachberechnungssignal Sa5, das aus den Gleichungen (5A) und (5B) in der ersten Ausführungsform erhalten wird. Daher dient die Beschreibung des Verfahrens zum Bestimmen des detektierten Winkelwerts θs in der ersten Ausführungsform als Beschreibung des Verfahrens zum Bestimmen des detektierten Winkelwerts θs in der dritten Ausführungsform, wenn das vierte und fünfte Nachberechnungssignal Sa4 und Sa5 durch das fünfte und sechste Nachberechnungssignal Sc5 bzw. Sc6 ersetzt werden.
Wie beschrieben wurde, werden in der dritten Ausführungsform generiert: das erste Nachberechnungssignal Sc1 mit der dritten harmonischen Komponente, die verglichen mit dem ersten und dritten Signal S1 und S3 reduziert ist, das zweite Nachberechnungssignal Sc2 mit der dritten harmonischen Komponente, die verglichen mit dem zweiten und vierten Signal S2 und S4 reduziert ist, das dritte Nachberechnungssignal Sc3 mit der dritten harmonischen Komponente, die verglichen mit dem dritten und fünften Signal S3 und S5 reduziert ist, und das vierte Nachberechnungssignal Sc4 mit der dritten harmonischen Komponente, die verglichen mit dem vierten und sechsten Signal S4 und S6 reduziert ist. Auf der Basis des ersten und zweiten Nachberechnungssignals Sc1 und Sc2 wird das fünfte Nachberechnungssignal Sc5 mit der zweiten harmonischen Komponente generiert, die verglichen mit dem ersten und zweiten Nachberechnungssignal Sc1 und Sc2 reduziert ist. Auf der Basis des dritten und vierten Nachberechnungssignals Sc3 und Sc4 wird das sechste Nachberechnungssignal Sc6 mit der zweiten harmonischen Komponente generiert, die verglichen mit dem dritten und vierten Nachberechnungssignal Sc3 und Sc4 reduziert ist. Auf der Basis des fünften und sechsten Nachberechnungssignals Sc5 und Sc6 wird der detektierte Winkelwert θs bestimmt. Die dritte Ausführungsform macht es dadurch möglich, einen Fehler im detektierten Winkelwert θs zu reduzieren, der durch die zweiten und dritten harmonischen Komponenten verursacht wird.
Die anderen Auslegungen, Operationen und Effekte der zweiten Ausführungsform sind gleich wie jene der ersten Ausführungsform.
[Vierte Ausführungsform]
Nun wird ein Drehfeldsensor gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung mit Bezugnahme auf 12 beschrieben. 12 ist ein Schaltbild, das den Aufbau des Drehfeldsensors gemäß der vierten Ausführungsform veranschaulicht. In der vierten Ausführungsform sind die erste bis dritte Detektionsschaltung 10, 20 und 30 des Drehfeldsensors 1 in der gleichen Weise ausgelegt wie in der zweiten Ausführungsform. Der Drehfeldsensor 1 gemäß der vierten Ausführungsform umfasst eine Winkeldetektionseinheit 170 anstelle der Winkeldetektionseinheit 70 der dritten Ausführungsform. Wie die Winkeldetektionseinheit 70 ist die Winkeldetektionseinheit 170 ausgelegt, einen detektierten Winkelwert θs auf der Basis des ersten bis sechsten Signals S1 bis S6 zu generieren, wobei der detektierte Winkelwert θs eine Entsprechungsbeziehung mit dem Winkel θ hat, den die Richtung DM des Drehmagnetfelds MF in der Referenzposition PR in Bezug auf die Referenzrichtung DR bildet. Wie in 12 gezeigt, umfasst die Winkeldetektionseinheit 170 eine erste Rechenschaltung 171, eine zweite Rechenschaltung 172, eine dritte Rechenschaltung 173, eine vierte Rechenschaltung 174, eine fünfte Rechenschaltung 175, eine sechste Rechenschaltung 176 und eine siebente Rechenschaltung 177.
Jede der ersten bis siebenten Rechenschaltung 171 bis 177 hat zwei Eingänge und einen Ausgang. Die erste bis vierte Rechenschaltung 171 bis 174 sind mit der ersten bis dritten Detektionsschaltung 10, 20 und 30 in derselben Verbindungsbeziehung wie jener der ersten bis vierten Rechenschaltung 71 bis 74 mit der ersten bis dritten Detektionsschaltung 10, 20 und 30 in der dritten Ausführungsform verbunden. Die erste bis vierte Rechenschaltung 171 bis 174 sind mit der fünften und sechsten Rechenschaltung 175 und 176 in derselben Verbindungsbeziehung wie jener der ersten bis vierten Rechenschaltung 71 bis 74 mit der fünften und sechsten Rechenschaltung 75 und 76 in der dritten Ausführungsform verbunden. Die fünfte und sechste Rechenschaltung 175 und 176 sind mit der siebenten Rechenschaltung 177 in derselben Verbindungsbeziehung wie jener der fünften und sechsten Rechenschaltung 75 und 76 mit der siebenten Rechenschaltung 77 in der dritten Ausführungsform verbunden.
Die erste Rechenschaltung 171 empfängt das erste und dritte Signal S1 und S3 und generiert ein erstes Nachberechnungssignal Sd1 auf der Basis des ersten und dritten Signals S1 und S3. Die zweite Rechenschaltung 172 empfängt das zweite und vierte Signal S2 und S4 und generiert ein zweites Nachberechnungssignal Sd2 auf der Basis des zweiten und vierten Signals S2 und S4. Die dritte Rechenschaltung 173 empfängt das dritte und fünfte Signal S3 und S5 und generiert ein drittes Nachberechnungssignal Sd3 auf der Basis des dritten und fünften Signals S3 und S5. Die vierte Rechenschaltung 174 empfängt das vierte und sechste Signal S4 und S6 und generiert ein viertes Nachberechnungssignal Sd4 auf der Basis des vierten und sechsten Signals S4 und S6. Die fünfte Rechenschaltung 175 empfängt das erste und zweite Nachberechnungssignal Sd1 und Sd2 und generiert ein fünftes Nachberechnungssignal Sd5 auf der Basis des ersten und zweiten Nachberechnungssignals Sd1 und Sd2. Die sechste Rechenschaltung 176 empfängt das dritte und vierte Nachberechnungssignal Sd3 und Sd4 und generiert ein sechstes Nachberechnungssignal Sd6 auf der Basis des dritten und vierten Nachberechnungssignals Sd3 und Sd4. Die siebente Rechenschaltung 177 empfängt das fünfte und sechste Nachberechnungssignal Sd5 und Sd6 und bestimmt den detektierten Winkelwert θs auf der Basis des fünften und sechsten Nachberechnungssignals Sd5 und Sd6.
Die erste bis siebente Rechenschaltung 171 bis 177 können beispielsweise durch einen einzelnen Mikrocomputer implementiert werden.
Nun wird ein Verfahren zum Bestimmen des detektierten Winkelwerts θs in der vierten Ausführungsform beschrieben. Zunächst wird beschrieben, wie das erste bis vierte Nachberechnungssignal Sd1 bis Sd4 zu generieren sind. Die Idealkomponenten, die zweiten harmonischen Komponenten und die dritten harmonischen Komponenten des ersten bis sechsten Signals S1 bis S6 in der vierten Ausführungsform sind gleich wie jene in der zweiten Ausführungsform. In der vierten Ausführungsform wird das erste Nachberechnungssignal Sd1 durch eine Berechnung generiert, die das Bestimmen der Differenz (S 1-S3) zwischen dem ersten Signal S1 und dem dritten Signal S3 umfasst. Das Bestimmen der Differenz (S1-S3) zwischen dem ersten Signal S1 und dem dritten Signal S3 ermöglicht, dass die Idealkomponente Sd11, die zweite harmonische Komponente Sd12 und die dritte harmonische Komponente Sd13 des ersten Nachberechnungssignals Sd1 durch die folgenden Gleichungen (19A), (19B) bzw. (19C) ausgedrückt werden. $\begin{matrix} Sd11 = sin (θ− 2 π / 3) - sin θ \\ = 2 sin (−π / 3) \cdot cos (θ−π / 3) \\ =− 1,73 cos (θ− 2 π / 3) \end{matrix}$
$\begin{matrix} Sd12 = p \cdot sin (2 θ− 4 π / 3) - p \cdot sin2 θ \\ = 2 p \cdot sin (- 2 π / 3) \cdot cos (2 θ−π / 3) \\ =− 1,73 p \cdot cos (2 θ− 2 π / 3) \end{matrix}$
$\begin{matrix} Sd13 = q \cdot sin3 θ− q \cdot sin3 θ \\ = 0 \end{matrix}$
Wie aus Gleichung (19C) ersichtlich ist, heben in der vierten Ausführungsform die dritte harmonische Komponente des ersten Signals S1 und die dritte harmonische Komponente des dritten Signals S3 einander vollständig auf, wenn das erste Nachberechnungssignal Sd1 generiert wird. So ist die dritte harmonische Komponente Sd13 des ersten Nachberechnungssignals Sd1 Null. Wie in der zweiten Ausführungsform ist der Absolutwert der Amplitude der dritten harmonischen Komponente Sd13 des ersten Nachberechnungssignals Sd1 kleiner als der Absolutwert |q|der Amplitude der dritten harmonischen Komponenten des ersten und dritten Signals S1 und S3, nicht nur wenn PH1 120° ist, sondern solange PH1 größer als 100° und kleiner als 140° ist. Auf diese Weise generiert die erste Rechenschaltung 171, auf der Basis des ersten und dritten Signals S1 und S3, das erste Nachberechnungssignal Sd1 mit der dritten harmonischen Komponente, die verglichen mit dem ersten und dritten Signal S1 und S3 reduziert ist.
In der vierten Ausführungsform wird das zweite Nachberechnungssignal Sd2 durch eine Berechnung generiert, die das Bestimmen der Differenz (S2-S4) zwischen dem zweiten Signal S2 und dem vierten Signal S4 umfasst. Das Bestimmen der Differenz (S2-S4) zwischen dem zweiten Signal S2 und dem vierten Signal S4 ermöglicht, dass die Idealkomponente Sd21, die zweite harmonische Komponente Sd22 und die dritte harmonische Komponente Sd23 des zweiten Nachberechnungssignals Sd2 durch die folgenden Gleichungen (20A), (20B) bzw. (20C) ausgedrückt werden. $\begin{matrix} Sd21 = - sin (θ− 2 π / 3) - {- sin θ} \\ = - 2 sin (- π / 3) \cdot cos (θ−π / 3) \\ = 1,73 cos (θ− 2 π / 3) \end{matrix}$
$\begin{array}{l} Sd 22 = p \cdot sin (20 - 4 π / 3) - p \cdot sin 2 θ \\ = 2 p \cdot sin (- 2 π / 3) \cdot cos (2 θ - 2 π / 3) \\ = - 1,73 p \cdot cos (2 θ - 2 π / 3) \end{array}$
$\begin{array}{l} Sd 23 = - q \cdot sin 3 θ− (- q \cdot sin 3 θ) \\ = 0 \end{array}$
Wie aus Gleichung (20C) ersichtlich ist, heben in der vierten Ausführungsform die dritte harmonische Komponente des zweiten Signals S2 und die dritte harmonische Komponente des vierten Signals S4 einander vollständig auf, wenn das zweite Nachberechnungssignal Sd2 generiert wird. So ist die dritte harmonische Komponente Sd23 des zweiten Nachberechnungssignals Sd2 Null. Wie in der zweiten Ausführungsform ist der Absolutwert der Amplitude der dritten harmonischen Komponente Sd23 des zweiten Nachberechnungssignals Sd2 kleiner als der Absolutwert |q|der Amplitude der dritten harmonischen Komponenten des zweiten und vierten Signals S2 und S4, nicht nur wenn PH3 120° ist, sondern solange PH3 größer als 100° und kleiner als 140° ist. Auf diese Weise generiert die zweite Rechenschaltung 172, auf der Basis des zweiten und vierten Signals S2 und S4, das zweite Nachberechnungssignal Sd2 mit der dritten harmonischen Komponente, die verglichen mit dem zweiten und vierten Signal S2 und S4 reduziert ist.
In der vierten Ausführungsform wird das dritte Nachberechnungssignal Sd3 durch eine Berechnung generiert, die das Bestimmen der Differenz (S3-S5) zwischen dem dritten Signal S3 und dem fünften Signal S5 umfasst. Das Bestimmen der Differenz (S3-S5) zwischen dem dritten Signal S3 und dem fünften Signal S5 ermöglicht, dass die Idealkomponente Sd31, die zweite harmonische Komponente Sd32 und die dritte harmonische Komponente Sd33 des dritten Nachberechnungssignals Sd3 durch die folgenden Gleichungen (21A), (21B) bzw. (21C) ausgedrückt werden. $Sd 31 = sin θ - sin (θ + 2 π/ 3)$
$\begin{array}{l} = 2 sin (- π / 3) \cdot cos (θ + π / 3) \\ = - 1,73 cos (0 + π / 3) \end{array}$
$\begin{array}{l} Sd 32 = p \cdot sin 2 θ− p \cdot sin (2 θ + 4 π / 3) \\ = 2 p \cdot sin (- 2 π / 3) \cdot cos (\cdot sin (2 θ + 4 π / 3)) \\ = - 1,73 p \cdot cos (2 θ + 2 π / 3) \end{array}$
$\begin{array}{l} Sd 33 = q \cdot sin3 θ− q \cdot sin3 θ \\ = 0 \end{array}$
Wie aus Gleichung (21C) ersichtlich ist, heben in der vierten Ausführungsform die dritte harmonische Komponente des dritten Signals S3 und die dritte harmonische Komponente des fünften Signals S5 einander vollständig auf, wenn das dritte Nachberechnungssignal Sd3 generiert wird. So ist die dritte harmonische Komponente Sd33 des dritten Nachberechnungssignals Sd3 Null. Wie in der zweiten Ausführungsform ist der Absolutwert der Amplitude der dritten harmonischen Komponente Sd33 des dritten Nachberechnungssignals Sd3 kleiner als der Absolutwert |q|der Amplitude der dritten harmonischen Komponenten des dritten und fünften Signals S3 und S5, nicht nur wenn PH2 120° ist, sondern solange PH2 größer als 100° und kleiner als 140° ist. Auf diese Weise generiert die dritte Rechenschaltung 173, auf der Basis des dritten und fünften Signals S3 und S5, das dritte Nachberechnungssignal Sd3 mit der dritten harmonischen Komponente, die verglichen mit dem dritten und fünften Signal S3 und S5 reduziert ist.
In der vierten Ausführungsform wird das vierte Nachberechnungssignal Sd4 durch eine Berechnung generiert, die das Bestimmen der Differenz (S4-S6) zwischen dem vierten Signal S4 und dem sechsten Signal S6 umfasst. Das Bestimmen der Differenz (S4-S6) zwischen dem vierten Signal S4 und dem sechsten Signal S6 ermöglicht, dass die Idealkomponente Sd41, die zweite harmonische Komponente Sd42 und die dritte harmonische Komponente Sd43 des vierten Nachberechnungssignals Sd4 durch die folgenden Gleichungen (22A), (22B) bzw. (22C) ausgedrückt werden. $\begin{array}{l} Sd 41 = - sin θ− {- sin (θ + 2 π / 3)} \\ = - 2 sin (- π / 3) \cdot cos (θ + π / 3) \\ = 1,73 cos (θ + π / 3) \end{array}$
$\begin{array}{l} Sd 42 = p \cdot sin 2 θ− p \cdot sin (2 θ + 4 π / 3) \\ = 2 p \cdot sin (- 2 π / 3) \cdot cos (2 θ + 2 π / 3) \\ = - 1,73 p \cdot cos (2 θ + 2 π / 3) \end{array}$
$\begin{array}{l} Sd 43 = - q \cdot sin 3 θ− (- q \cdot sin 3 θ) \\ = 0 \end{array}$
Wie aus Gleichung (22C) ersichtlich ist, heben in der vierten Ausführungsform die dritte harmonische Komponente des vierten Signals S4 und die dritte harmonische Komponente des sechsten Signals S6 einander vollständig auf, wenn das vierte Nachberechnungssignal Sd4 generiert wird. So ist die dritte harmonische Komponente Sd43 des vierten Nachberechnungssignals Sd4 Null. Wie in der zweiten Ausführungsform ist der Absolutwert der Amplitude der dritten harmonischen Komponente Sd43 des vierten Nachberechnungssignals Sd4 kleiner als der Absolutwert |q|der Amplitude der dritten harmonischen Komponenten des vierten und sechsten Signals S4 und S6, nicht nur wenn PH4 120° ist, sondern solange PH4 größer als 100° und kleiner als 140° ist. Auf diese Weise generiert die vierte Rechenschaltung 174, auf der Basis des vierten und sechsten Signals S4 und S6, das vierte Nachberechnungssignal Sd4 mit der dritten harmonischen Komponente, die verglichen mit dem vierten und sechsten Signal S4 und S6 reduziert ist.
Als Nächstes wird beschrieben, wie das fünfte und sechste Nachberechnungssignal Sd5 und Sd6 zu generieren sind. Das fünfte und sechste Nachberechnungssignal Sd5 und Sd6 werden grundsätzlich auf die gleiche Weise wie das fünfte und sechste Nachberechnungssignal Sc5 und Sc6 in der dritten Ausführungsform generiert. Spezifischer bestimmt eine Berechnung ähnlich der Gleichung (17A) der dritten Ausführungsform, dass die Idealkomponente Sd51 des fünften Nachberechnungssignals Sd5 gleich -3,46cos(θ - π/3) ist. Eine Berechnung ähnlich der Gleichung (17B) der dritten Ausführungsform bestimmt, dass die zweite harmonische Komponente Sd52 des fünften Nachberechnungssignals Sd5 Null ist. Eine Berechnung ähnlich der Gleichung (18A) der dritten Ausführungsform bestimmt, dass die Idealkomponente Sd61 des sechsten Nachberechnungssignals Sd6 gleich -3,46cos(θ + π/3) ist. Eine Berechnung ähnlich der Gleichung (18B) der dritten Ausführungsform bestimmt, dass die zweite harmonische Komponente Sd62 des sechsten Nachberechnungssignals Sd6 Null ist.
Es ist zu beachten, dass der Absolutwert der Amplitude der zweiten harmonischen Komponente Sd52 des fünften Nachberechnungssignals Sd5 kleiner ist als der Absolutwert |1,73p|der Amplitude der zweiten harmonischen Komponenten Sd12 und Sd22 des ersten und zweiten Nachberechnungssignals Sd1 und Sd2, nicht nur wenn der Absolutwert PH5 der Phasendifferenz zwischen der Idealkomponente des ersten Signals S1 und der Idealkomponente des zweiten Signals S2 und der Absolutwert PH6 der Phasendifferenz zwischen der Idealkomponente des dritten Signals S3 und der Idealkomponente des vierten Signals S4 beide 180° sind, sondern solange PH5 und PH6 beide größer als 150° und kleiner als 210° sind. Auf diese Weise generiert die fünfte Rechenschaltung 175, auf der Basis des ersten und zweiten Nachberechnungssignals Sd1 und Sd2, das fünfte Nachberechnungssignal Sd5 mit der zweiten harmonischen Komponente, die verglichen mit dem ersten und zweiten Nachberechnungssignal Sd1 und Sd2 reduziert ist.
Ferner ist der Absolutwert der Amplitude der zweiten harmonischen Komponente Sd62 des sechsten Nachberechnungssignals Sd6 kleiner als der Absolutwert |1,73p|der Amplitude der zweiten harmonischen Komponenten Sd32 und Sd42 des dritten und vierten Nachberechnungssignals Sd3 und Sd4, nicht nur wenn PH6 und der Absolutwert PH7 der Phasendifferenz zwischen der Idealkomponente des fünften Signals S5 und der Idealkomponente des sechsten Signals S6 beide 180° sind, sondern solange PH6 und PH7 beide größer als 150° und kleiner als 210° sind. Auf diese Weise generiert die sechste Rechenschaltung 176, auf der Basis des dritten und vierten Nachberechnungssignals Sd3 und Sd4, das sechste Nachberechnungssignal Sd6 mit der zweiten harmonischen Komponente, die verglichen mit dem dritten und vierten Nachberechnungssignal Sd3 und Sd4 reduziert ist.
Nun wird kurz beschrieben, wie die siebente Rechenschaltung 177 den detektierten Winkelwert θs bestimmt. Das fünfte Nachberechnungssignal Sd5 ist gleich -3,46cos(θ - π/3), was gleich ist wie das vierte Nachberechnungssignal Sb4, das aus den Gleichungen (9A) und (9B) in der zweiten Ausführungsform erhalten wird. Das sechste Nachberechnungssignal Sd6 ist gleich -3,46cos(θ + π/3), was gleich ist wie das das fünfte Nachberechnungssignal Sb5, das aus den Gleichungen (10A) und (10B) in der zweiten Ausführungsform erhalten wird. Daher dient die Beschreibung des Verfahrens zum Bestimmen des detektierten Winkelwerts θs in der zweiten Ausführungsform als Beschreibung des Verfahrens zum Bestimmen des detektierten Winkelwerts θs in der vierten Ausführungsform, wenn das vierte und fünfte Nachberechnungssignal Sb4 und Sb5 durch das fünfte und sechste Nachberechnungssignal Sd5 bzw. Sd6 ersetzt werden.
Die anderen Auslegungen, Operationen und Effekte der vierten Ausführungsform sind gleich wie jene der zweiten oder dritten Ausführungsform.
[Fünfte Ausführungsform]
Nun wird ein Drehfeldsensor gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung mit Bezugnahme auf 13 beschrieben. 13 ist eine erläuternde Darstellung, welche den Aufbau des Drehfeldsensors gemäß der fünften Ausführungsform veranschaulicht. In 13 ist ein Magnet 102 mit einem oder mehreren Paaren von Nord- und Süd-Polen, die alternierend in einer Ringform eingerichtet sind, als Beispiel des Mittels zum Generieren eines Drehmagnetfelds gezeigt, dessen Richtung sich dreht. In dem in 13 gezeigten Beispiel umfasst der Magnet 102 zwei Paare von Nord- und Süd-Polen. Der Drehfeldsensor 1 gemäß der fünften Ausführungsform detektiert die Richtung des Drehmagnetfelds, das von der äußeren Peripherie des Magneten 102 generiert wird. In dem in 13 gezeigten Beispiel ist die Ebene der Zeichnung von 13 eine XY-Ebene, und eine Richtung rechtwinklig zu der Ebene ist die Z-Richtung. Die Nord- und Süd-Pole des Magneten 102 sind symmetrisch in Bezug auf das Drehzentrum parallel zur Z-Richtung eingerichtet. Der Magnet 102 dreht sich um das Drehzentrum. Als Ergebnis tritt ein Drehmagnetfeld auf der Basis des vom Magneten 102 generierten Magnetfelds auf. Das Drehmagnetfeld dreht sich um das Drehzentrum (die Z-Richtung). In dem in 13 gezeigten Beispiel dreht sich der Magnet 102 in einer Richtung im Gegenuhrzeigersinn, und das Drehmagnetfeld dreht sich in einer Richtung im Uhrzeigersinn.
In der fünften Ausführungsform sind die erste Position P1, wo die erste Detektionsschaltung 10 das Drehmagnetfeld detektiert, die zweite Position P2, wo die zweite Detektionsschaltung 20 das Drehmagnetfeld detektiert, und die dritte Position P3, wo die dritte Detektionsschaltung 30 das Drehmagnetfeld detektiert, gleich in der Drehrichtung des Magneten 102. So sind in der fünften Ausführungsform die erste bis dritte Detektionsschaltung 10, 20 und 30 in der gleichen Position in der Drehrichtung des Magneten 102 angeordnet.
In dem in 13 gezeigten Beispiel ist die dritte Richtung D3, welche eine Richtung des Drehmagnetfelds ist, die das dritte Signal S3 maximiert, das von der dritten Signalgenerierungseinheit 24A (siehe 3) der zweiten Detektionsschaltung 20 generiert wird, in einer radialen Richtung des Magneten 102 eingestellt. Die erste Richtung D1, welche eine Richtung des Drehmagnetfelds ist, die das erste Signal S1 maximiert, das von der ersten Signalgenerierungseinheit 14A (siehe 3) der ersten Detektionsschaltung 10 generiert wird, ist die Richtung, die im Uhrzeigersinn um θ1 von der dritten Richtung D3 in der XY-Ebene gedreht ist. Die fünfte Richtung D5, welche eine Richtung des Drehmagnetfelds ist, die das fünfte Signal S5 maximiert, das von der fünften Signalgenerierungseinheit 34A (siehe 3) der dritten Detektionsschaltung 30 generiert wird, ist die Richtung, die im Gegenuhrzeigersinn um θ2 von der dritten Richtung D3 in der XY-Ebene gedreht ist. θ1 und θ2 sind beide größer als 40° und kleiner als 80°. θ1 und θ2 sind beide vorzugsweise 60°, wie in 13 gezeigt.
Ansonsten ist der in 13 gezeigte Drehfeldsensor 1 in der gleichen Weise ausgelegt wie in der ersten oder dritten Ausführungsform.
[Modifikationsbeispiel]
Nun werden ein erstes, ein zweites und ein dritten Modifikationsbeispiel der fünften Ausführungsform mit Bezugnahme auf 14 bis 16 beschrieben. Zuerst wird auf 14 Bezug genommen, um das erste Modifikationsbeispiel der fünften Ausführungsform zu beschreiben. 14 ist eine erläuternde Darstellung, welche den Aufbau eines Drehfeldsensors des ersten Modifikationsbeispiels der fünften Ausführungsform veranschaulicht. Die Auslegung des Drehfeldsensors 1 des ersten Modifikationsbeispiels ist grundsätzlich gleich wie jene des in 13 gezeigten Drehfeldsensors. Im ersten Modifikationsbeispiel sind θ1 und θ2 beide größer als 100° und kleiner als 140°. θ1 und θ2 sind beide vorzugsweise 120°, wie in 14 gezeigt. Der in 14 gezeigte Drehfeldsensor 1 ist ansonsten auf die gleiche Weise ausgelegt wie in der zweiten oder vierten Ausführungsform.
Als Nächstes wird das zweite Modifikationsbeispiel der fünften Ausführungsform mit Bezugnahme auf 15 beschrieben. 15 ist eine erläuternde Darstellung, welche den Aufbau eines Drehfeldsensors des zweiten Modifikationsbeispiels der fünften Ausführungsform veranschaulicht. In 15 ist ein Magnet 103 mit einer Vielzahl von Paaren von Nord- und Süd-Polen, die alternierend in einer linearen Auslegung eingerichtet sind, als Beispiel des Mittels zum Generieren eines Drehmagnetfelds gezeigt, dessen Richtung sich dreht. Der Drehfeldsensor 1 des zweiten Modifikationsbeispiels detektiert die Richtung des Drehmagnetfelds, das von der äußeren Peripherie des Magneten 103 generiert wird. In dem in 15 gezeigten Beispiel ist die Ebene der Zeichnung von 15 die XY-Ebene, und eine Richtung rechtwinklig zu der Ebene ist die Z-Richtung. Der Magnet 103 bewegt sich linear in seiner Längsrichtung ansprechend auf eine lineare Bewegung eines Objekts. Als Ergebnis tritt ein Drehmagnetfeld auf der Basis des vom Magneten 103 generierten Magnetfelds auf. Das Drehmagnetfeld dreht sich um die Z-Richtung.
In dem in 15 gezeigten Beispiel ist die dritte Richtung D3 in einer Richtung orthogonal zur Bewegungsrichtung des Magneten 103 in der XY-Ebene eingestellt. Die erste Richtung D1 ist die Richtung, die im Uhrzeigersinn um θ1 von der dritten Richtung D3 in der XY-Ebene gedreht ist. Die fünfte Richtung D5 ist die Richtung, die im Gegenuhrzeigersinn um θ2 von der dritten Richtung D3 in der XY-Ebene gedreht ist. Im zweiten Modifikationsbeispiel sind θ1 und θ2 beide größer als 40° und kleiner als 80°. θ1 und θ2 sind beide vorzugsweise 60°, wie in 15 gezeigt. Der in 15 gezeigte Drehfeldsensor 1 ist ansonsten in der gleichen Weise ausgelegt wie in der in 13 gezeigte Drehfeldsensor 1.
Als Nächstes wird das dritte Modifikationsbeispiel der fünften Ausführungsform mit Bezugnahme auf 16 beschrieben. 16 ist eine erläuternde Darstellung, welche den Aufbau eines Drehfeldsensors des dritten Modifikationsbeispiels der fünften Ausführungsform veranschaulicht. Die Auslegung des Drehfeldsensors 1 des dritten Modifikationsbeispiels ist grundsätzlich gleich wie jene des in 15 gezeigten Drehfeldsensors 1. Im dritten Modifikationsbeispiel sind θ1 und θ2 beide größer als 100° und kleiner als 140°. θ1 und θ2 sind vorzugsweise beide 120°, wie in 16 gezeigt. Der in 16 gezeigte Drehfeldsensor 1 ist ansonsten in der gleichen Weise ausgelegt wie in der in 14 gezeigte Drehfeldsensor 1 des ersten Modifikationsbeispiels.
Der Zweckmäßigkeit halber sind in 13 bis 16 die erste bis dritte Detektionsschaltung 10, 20 und 30, in einem Abstand voneinander in der Y-Richtung angeordnet, gezeigt. Die örtlichen Anordnungen der ersten bis dritten Detektionsschaltung 10, 20 und 30 in der Y-Richtung sind jedoch vorzugsweise nahe beieinander, und bevorzugter miteinander identisch.
Die anderen Auslegungen, Operationen und Effekte der fünften Ausführungsform sind gleich wie jene der ersten bis vierten Ausführungsform.
[Sechste Ausführungsform]
Nun wird ein Drehfeldsensor gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung mit Bezugnahme auf 17 beschrieben. 17 ist eine erläuternde Darstellung, welche die Auslegung des Drehfeldsensors gemäß der sechsten Ausführungsform veranschaulicht. Der Drehfeldsensor 1 gemäß der sechsten Ausführungsform detektiert die Richtung eines Drehmagnetfelds, das von der äußeren Peripherie des Magneten 102 generiert wird, wie in den Beispielen der fünften Ausführungsform, die in 13 und 14 gezeigt sind. Der Drehfeldsensor 1 gemäß der sechsten Ausführungsform ist so ausgelegt, dass die erste Position P1, wo die erste Detektionsschaltung 10 das Drehmagnetfeld detektiert, die zweite Position P2, wo die zweite Detektionsschaltung 20 das Drehmagnetfeld detektiert, und die dritte Position P3, wo die dritte Detektionsschaltung 30 das Drehmagnetfeld detektiert, voneinander in der Drehrichtung des Magneten 102 verschieden sind. Spezifischer sind in der sechsten Ausführungsform die erste bis dritte Detektionsschaltung 10, 20 und 30 an unterschiedlichen Positionen in der Drehrichtung des Magneten 102 angeordnet. Die Differenz zwischen der erste Position P1 und der zweiten Position P2 ist äquivalent zum Absolutwert PH1 der Phasendifferenz zwischen der Idealkomponente des ersten Signals S1 und der Idealkomponente des dritten Signals S3. Die Differenz zwischen der zweiten Position P2 und der dritten Position P3 ist äquivalent zum Absolutwert PH2 der Phasendifferenz zwischen der Idealkomponente des dritten Signals S3 und der Idealkomponente des fünften Signals S5. Die Differenz zwischen der ersten Position P1 und der dritten Position P3 ist äquivalent zu PH1+PH2.
In dem in 17 gezeigten Beispiel umfasst der Magnet 102 zwei Paare von Nord- und Süd-Polen. Das Drehmagnetfeld macht zwei Drehungen während einer Drehung des Magneten 102. In diesem Fall ist eine Periode des ersten bis sechsten Detektionssignals S1 bis S6, d.h. ein elektrischer Winkel von 360°, äquivalent zu einer halben Drehung des Magneten 102, d.h. einem 180-Grad-Drehwinkel des Magneten 102. PH1 und PH2 sind beide größer als 40° und kleiner als 80°. PH1 und PH2 sind beide vorzugsweise 60°. 17 zeigt ein Beispiel, in dem PH1 und PH2 beide 60° sind. In diesem Beispiel sind die Differenz zwischen der ersten Position P1 und der zweiten Position P2 und die Differenz zwischen der zweiten Position P2 und der dritten Position P3 beide 60° im elektrischen Winkel, d.h. 30° im Drehwinkel des Magneten 102. Ferner ist die Differenz zwischen der ersten Position P1 und der dritten Position P3 120° im elektrischen Winkel, d.h. 60° im Drehwinkel des Magneten 102.
In dem in 17 gezeigten Beispiel sind die erste Richtung D1, welche eine Richtung des Drehmagnetfelds ist, die das erste Signal S1 maximiert, das von der ersten Signalgenerierungseinheit 14A (siehe 3) der ersten Detektionsschaltung 10 generiert wird, die dritte Richtung D3, welche eine Richtung des Drehmagnetfelds ist, die das dritte Signal S3 maximiert, das von der dritten Signalgenerierungseinheit 24A (siehe 3) der zweiten Detektionsschaltung 20 generiert wird, und die fünfte Richtung D5, welche eine Richtung des Drehmagnetfelds ist, die das fünfte Signal S5 maximiert, das von der fünften Signalgenerierungseinheit 34A (siehe 3) der dritten Detektionsschaltung 30 generiert wird, alle in radialen Richtungen des Magneten 102 eingestellt. Der in 17 gezeigte Drehfeldsensor 1 ist ansonsten in der gleichen Weise ausgelegt wie in der ersten oder dritten Ausführungsform.
[Modifikationsbeispiele]
Nun werden ein erstes, ein zweites und ein dritten Modifikationsbeispiel der sechsten Ausführungsform mit Bezugnahme auf 18 bis 20 beschrieben. Zuerst wird auf 18 Bezug genommen, um das erste Modifikationsbeispiel der sechsten Ausführungsform zu beschreiben. 18 ist eine erläuternde Darstellung, welche die Auslegung eines Drehfeldsensors des ersten Modifikationsbeispiels der sechsten Ausführungsform veranschaulicht. Die Auslegung des Drehfeldsensors 1 des ersten Modifikationsbeispiels ist grundsätzlich gleich wie jene des in 17 gezeigten Drehfeldsensors. Im ersten Modifikationsbeispiel sind PH1 und PH2 beide größer als 100° und kleiner als 140°. PH1 und PH2 sind beide vorzugsweise 120°. 18 zeigt ein Beispiel, in dem PH1 und PH2 beide 120° sind. In diesem Beispiel sind die Differenz zwischen der ersten Position P1 und der zweiten Position P2 und die Differenz zwischen der zweiten Position P2 und der dritten Position P3 beide 120° im elektrischen Winkel, d.h. 60° im Drehwinkel des Magneten 102. Ferner ist die Differenz zwischen der ersten Position P1 und der dritten Position P3 240° im elektrischen Winkel, d.h. 120° im Drehwinkel des Magneten 102. Der in 18 gezeigte Drehfeldsensor 1 ist ansonsten auf die gleiche Weise ausgelegt wie in der zweiten oder vierten Ausführungsform.
Als Nächstes wird das zweite Modifikationsbeispiel der sechsten Ausführungsform mit Bezugnahme auf 19 beschrieben. 19 ist eine erläuternde Darstellung, welche die Auslegung eines Drehfeldsensors des zweiten Modifikationsbeispiels der sechsten Ausführungsform veranschaulicht. Der Drehfeldsensor 1 des zweiten Modifikationsbeispiels detektiert die Richtung eines Drehmagnetfelds, das von der äußeren Peripherie des Magneten 103 generiert wird, wie in dem in 15 und 16 gezeigten Beispiel der fünften Ausführungsform. In dem in 19 gezeigten Beispiel macht das Drehmagnetfeld eine Drehung, während sich der Magnet 103 um eine Schrittweite bewegt, d.h. so viel wie ein Paar eines Nord- und Süd-Pols. In diesem Fall ist eine Periode des ersten bis sechsten Signals S1 bis S6, d.h. 360° im elektrischen Winkel, äquivalent zu einer Schrittweite des Magneten 103. Im zweiten Modifikationsbeispiel ist die Differenz zwischen der ersten Position P1 und der zweiten Position P2 äquivalent zu PH1, die Differenz zwischen der zweiten Position P2 und der dritten Position P3 ist äquivalent zu PH2, und PH1 und PH2 sind beide größer als 40° und kleiner als 80°. PH1 und PH2 sind beide vorzugsweise 60°. 19 zeigt ein Beispiel, in dem PH1 und PH2 beide 60° sind. In diesem Beispiel sind die Differenz zwischen der ersten Position P1 und der zweiten Position P2 und die Differenz zwischen der zweiten Position P2 und der dritten Position P3 beide 1/6 der Schrittweite. Ferner ist die Differenz zwischen der ersten Position P1 und der dritten Position P3 1/3 der Schrittweite.
In dem in 19 gezeigten Beispiel sind die erste, dritte und fünfte Richtung D1, D3 und D5 alle in einer Richtung orthogonal zur Bewegungsrichtung des Magneten 103 in der XY-Ebene eingestellt. Der in 19 gezeigte Drehfeldsensor 1 ist ansonsten in der gleichen Weise ausgelegt wie der in 17 gezeigte Drehfeldsensor 1.
Als Nächstes wird das dritte Modifikationsbeispiel der sechsten Ausführungsform mit Bezugnahme auf 20 beschrieben. 20 ist eine erläuternde Darstellung, welche die Auslegung eines Drehfeldsensors des dritten Modifikationsbeispiels der sechsten Ausführungsform veranschaulicht. Die Auslegung des Drehfeldsensors 1 des dritten Modifikationsbeispiels ist grundsätzlich gleich wie jene des in 19 gezeigten Drehfeldsensors. Im dritten Modifikationsbeispiel sind PH1 und PH2 beide größer als 100° und kleiner als 140°. PH1 und PH2 sind beide vorzugsweise 120°. 20 zeigt ein Beispiel, in dem PH1 und PH2 beide 120° sind. In diesem Beispiel sind die Differenz zwischen der ersten Position P1 und der zweiten Position P2 und die Differenz zwischen der zweiten Position P2 und der dritten Position P3 beide 1/3 der Schrittweite. Ferner ist die Differenz zwischen der ersten Position P1 und der dritten Position P3 2/3 der Schrittweite.
In dem in 20 gezeigten Beispiel sind die erste, dritte und fünfte Richtung D1, D3 und D5 alle in einer Richtung orthogonal zur Bewegungsrichtung des Magneten 103 in der XY-Ebene eingestellt. Der in 20 gezeigte Drehfeldsensor 1 ist ansonsten in der gleichen Weise ausgelegt wie der Drehfeldsensor 1 des in 18 gezeigten ersten Modifikationsbeispiels.
Die anderen Auslegungen, Operationen und Effekte der sechsten Ausführungsform sind gleich wie jene einer beliebigen der ersten bis dritten Ausführungsform.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehenden Ausführungsformen begrenzt, und es können verschiedene Modifikationen daran vorgenommen werden. Beispielsweise dient die Anordnung der ersten bis dritten Detektionsschaltung 10, 20 und 30 und der ersten bis sechsten Richtung D1 bis D6 in den vorstehenden Ausführungsformen nur der Veranschaulichung. Verschiedene Modifikationen können an der Anordnung der ersten bis dritten Detektionsschaltung 10, 20 und 30 und der ersten bis sechsten Richtung D1 bis D6 innerhalb des Umfangs der in den Ansprüchen ausgeführten Anforderungen vorgenommen werden.
Es ist klar, dass die vorliegende Erfindung in verschiedensten Formen und Modifikationen im Licht der obigen Beschreibungen ausgeführt werden kann. Demgemäß kann, innerhalb des Umfangs der folgenden Ansprüche und Äquivalente davon, die vorliegende Erfindung in anderen Formen als den vorstehenden am meisten bevorzugten Ausführungsformen ausgeführt werden.

Claims

Drehfeldsensor, welcher ausgelegt ist, einen Winkel zu detektieren, den eine Richtung eines Drehmagnetfelds in einer Referenzposition in Bezug auf eine Referenzrichtung bildet, wobei der Drehfeldsensor umfasst: eine erste bis sechste Signalgenerierungseinheit, die ausgelegt sind, jeweils ein erstes bis sechstes Signal zu generieren, wobei jedes des ersten bis sechsten Signals zu der Richtung des Drehmagnetfelds sensitiv ist, wobei jede der ersten bis sechsten Signalgenerierungseinheit wenigstens ein Magnetdetektionselement umfasst; und eine Winkeldetektionseinheit, die ausgelegt ist, einen detektierten Winkelwert auf der Basis des ersten bis sechsten Signals zu generieren, wobei der detektierte Winkelwert eine Entsprechungsbeziehung zu dem Winkel aufweist, den die Richtung des Drehmagnetfelds in der Referenzposition in Bezug auf die Referenzrichtung bildet, wobei jedes des ersten bis sechsten Signals enthält: eine Idealkomponente, die periodisch mit einer vorherbestimmten Signalperiode variiert; eine Fehlerkomponente mit einer Periode von 1/2 der vorherbestimmten Signalperiode; und eine Fehlerkomponente mit einer Periode von 1/3 der vorherbestimmten Signalperiode, sich die Idealkomponenten des ersten bis sechsten Signals in der Phase voneinander unterscheiden, ein Absolutwert einer Phasendifferenz zwischen der Idealkomponente des ersten Signals und der Idealkomponente des zweiten Signals, ein Absolutwert einer Phasendifferenz zwischen der Idealkomponente des dritten Signals und der Idealkomponente des vierten Signals, und ein Absolutwert einer Phasendifferenz zwischen der Idealkomponente des fünften Signals und der Idealkomponente des sechsten Signals alle größer als 150° und kleiner als 210° sind, und die Winkeldetektionseinheit umfasst: eine erste Rechenschaltung, die ausgelegt ist, ein erstes Nachberechnungssignal auf der Basis des ersten und zweiten Signals zu generieren, wobei das erste Nachberechnungssignal eine reduzierte Fehlerkomponente mit der Periode von 1/2 der vorherbestimmten Signalperiode verglichen mit dem ersten und zweiten Signal enthält; eine zweite Rechenschaltung, die ausgelegt ist, ein zweites Nachberechnungssignal auf der Basis des dritten und vierten Signals zu generieren, wobei das zweite Nachberechnungssignal eine reduzierte Fehlerkomponente mit der Periode von 1/2 der vorherbestimmten Signalperiode verglichen mit dem dritten und vierten Signal enthält; eine dritte Rechenschaltung, die ausgelegt ist, ein drittes Nachberechnungssignal auf der Basis des fünften und sechsten Signals zu generieren, wobei das dritte Nachberechnungssignal eine reduzierte Fehlerkomponente mit der Periode von 1/2 der vorherbestimmten Signalperiode verglichen mit dem fünften und sechsten Signal enthält; eine vierte Rechenschaltung, die ausgelegt ist, ein viertes Nachberechnungssignal auf der Basis des ersten und zweiten Nachberechnungssignals zu generieren, wobei das vierte Nachberechnungssignal eine reduzierte Fehlerkomponente mit der Periode von 1/3 der vorherbestimmten Signalperiode verglichen mit dem ersten und zweiten Nachberechnungssignal enthält; eine fünfte Rechenschaltung, die ausgelegt ist, ein fünftes Nachberechnungssignal auf der Basis des zweiten und dritten Nachberechnungssignals zu generieren, wobei das fünfte Nachberechnungssignal eine reduzierte Fehlerkomponente mit der Periode von 1/3 der vorherbestimmten Signalperiode verglichen mit dem zweiten und dritten Nachberechnungssignal enthält; und eine sechste Rechenschaltung, die ausgelegt ist, den detektierten Winkelwert auf der Basis des vierten und fünften Nachberechnungssignals zu bestimmen, wobei PH1, PH2, PH3 und PH4 alle größer als 100° und kleiner als 140° sind, ein Absolutwert einer Phasendifferenz zwischen der Idealkomponente des ersten Signals und der Idealkomponente des fünften Signals PH1+PH2 ist, und ein Absolutwert einer Phasendifferenz zwischen der Idealkomponente des zweiten Signals und der Idealkomponente des sechsten Signals PH3+PH4 ist, wobei PH1 einen Absolutwert einer Phasendifferenz zwischen der Idealkomponente des ersten Signals und der Idealkomponente des dritten Signals angibt, PH2 einen Absolutwert einer Phasendifferenz zwischen der Idealkomponente des dritten Signals und der Idealkomponente des fünften Signals angibt, PH3 einen Absolutwert einer Phasendifferenz zwischen der Idealkomponente des zweiten Signals und der Idealkomponente des vierten Signals angibt, und PH4 einen Absolutwert einer Phasendifferenz zwischen der Idealkomponente des vierten Signals und der Idealkomponente des sechsten Signals angibt, das erste Nachberechnungssignal durch eine Berechnung generiert wird, die das Bestimmen einer Differenz zwischen dem ersten Signal und dem zweiten Signal umfasst, das zweite Nachberechnungssignal durch eine Berechnung generiert wird, die das Bestimmen einer Differenz zwischen dem dritten Signal und dem vierten Signal umfasst, das dritte Nachberechnungssignal durch eine Berechnung generiert wird, die das Bestimmen einer Differenz zwischen dem fünften Signal und dem sechsten Signal umfasst, das vierte Nachberechnungssignal durch eine Berechnung generiert wird, die das Bestimmen einer Differenz zwischen dem ersten Nachberechnungssignal und dem zweiten Nachberechnungssignal umfasst, und das fünfte Nachberechnungssignal durch eine Berechnung generiert wird, die das Bestimmen einer Differenz zwischen dem zweiten Nachberechnungssignal und dem dritten Nachberechnungssignal umfasst.
Drehfeldsensor nach Anspruch 1, bei welchem das wenigstens eine Magnetdetektionselement wenigstens ein magnetoresistives Element ist, umfassend: eine in ihrer Magnetisierung fixierte Schicht, deren Magnetisierungsrichtung fixiert ist; eine freie Schicht, deren Magnetisierungsrichtung in Abhängigkeit von der Richtung des Drehmagnetfelds variiert; und eine nicht-magnetische Schicht, die zwischen der in ihrer Magnetisierung fixierten Schicht und der freien Schicht angeordnet ist.
Drehfeldsensor nach Anspruch 1, bei welchem jede der ersten bis sechsten Signalgenerierungseinheit, als das wenigstens eine Magnetdetektionselement, ein erstes magnetoresistives Element und ein zweites magnetoresistives Element umfasst, die in Serie geschaltet sind, jedes des ersten und zweiten magnetoresistiven Elements umfasst: eine in ihrer Magnetisierung fixierte Schicht, deren Magnetisierungsrichtung fixiert ist; eine freie Schicht, deren Magnetisierungsrichtung in Abhängigkeit von der Richtung des Drehmagnetfelds variiert; und eine nicht-magnetische Schicht, die zwischen der in ihrer Magnetisierung fixierten Schicht und der freien Schicht angeordnet ist, die Magnetisierungsrichtung der in ihrer Magnetisierung fixierten Schicht des ersten magnetoresistiven Elements und die Magnetisierungsrichtung der in ihrer Magnetisierung fixierten Schicht des zweiten magnetoresistiven Elements einander entgegengesetzt sind, das erste und das zweite magnetoresistive Element so ausgelegt sind, dass eine vorherbestimmte Spannung zwischen demjenigen Ende des ersten magnetoresistiven Elements und demjenigen Ende des zweiten magnetoresistiven Elements angelegt wird, die am weitesten voneinander entfernt sind, und jedes des ersten bis sechsten Signals an einem Knotenpunkt zwischen dem ersten und zweiten magnetoresistiven Element in der entsprechenden der ersten bis sechsten Signalgenerierungseinheit ausgegeben wird.
Drehfeldsensor, welcher ausgelegt ist, einen Winkel zu detektieren, den eine Richtung eines Drehmagnetfelds in einer Referenzposition in Bezug auf eine Referenzrichtung bildet, wobei der Drehfeldsensor umfasst: eine erste bis sechste Signalgenerierungseinheit, die ausgelegt sind, jeweils ein erstes bis sechstes Signal zu generieren, wobei jedes des ersten bis sechsten Signals auf die Richtung des Drehmagnetfelds anspricht, wobei jede der ersten bis sechsten Signalgenerierungseinheit wenigstens ein Magnetdetektionselement umfasst; und eine Winkeldetektionseinheit, die ausgelegt ist, einen detektierten Winkelwert auf der Basis des ersten bis sechsten Signals zu generieren, wobei der detektierte Winkelwert eine Entsprechungsbeziehung mit dem Winkel aufweist, den die Richtung des Drehmagnetfelds in der Referenzposition in Bezug auf die Referenzrichtung bildet, wobei jedes des ersten bis sechsten Signals enthält: eine Idealkomponente, die periodisch mit einer vorherbestimmten Signalperiode variiert; eine Fehlerkomponente mit einer Periode von 1/2 der vorherbestimmten Signalperiode; und eine Fehlerkomponente mit einer Periode von 1/3 der vorherbestimmten Signalperiode, sich die Idealkomponenten des ersten bis sechsten Signals in der Phase voneinander unterscheiden, ein Absolutwert einer Phasendifferenz zwischen der Idealkomponente des ersten Signals und der Idealkomponente des zweiten Signals, ein Absolutwert einer Phasendifferenz zwischen der Idealkomponente des dritten Signals und der Idealkomponente des vierten Signals, und ein Absolutwert einer Phasendifferenz zwischen der Idealkomponente des fünften Signals und der Idealkomponente des sechsten Signals alle größer als 150° und kleiner als 210° sind, und die Winkeldetektionseinheit umfasst: eine erste Rechenschaltung, die ausgelegt ist, ein erstes Nachberechnungssignal auf der Basis des ersten und dritten Signals zu generieren, wobei das erste Nachberechnungssignal eine reduzierte Fehlerkomponente mit der Periode von 1/3 der vorherbestimmten Signalperiode verglichen mit dem ersten und dritten Signal enthält; eine zweite Rechenschaltung, die ausgelegt ist, ein zweites Nachberechnungssignal auf der Basis des zweiten und vierten Signals zu generieren, wobei das zweite Nachberechnungssignal eine reduzierte Fehlerkomponente mit der Periode von 1/3 der vorherbestimmten Signalperiode verglichen mit dem zweiten und vierten Signal enthält; eine dritte Rechenschaltung, die ausgelegt ist, ein drittes Nachberechnungssignal auf der Basis des dritten und fünften Signals zu generieren, wobei das dritte Nachberechnungssignal eine reduzierte Fehlerkomponente mit der Periode von 1/3 der vorherbestimmten Signalperiode verglichen mit dem dritten und fünften Signal enthält; eine vierte Rechenschaltung, die ausgelegt ist, ein viertes Nachberechnungssignal auf der Basis des vierten und sechsten Signals zu generieren, wobei das vierte Nachberechnungssignal eine reduzierte Fehlerkomponente mit der Periode von 1/3 der vorherbestimmten Signalperiode verglichen mit dem vierten und sechsten Signal enthält; eine fünfte Rechenschaltung, die ausgelegt ist, ein fünftes Nachberechnungssignal auf der Basis des ersten und zweiten Nachberechnungssignals zu generieren, wobei das fünfte Nachberechnungssignal eine reduzierte Fehlerkomponente mit der Periode von 1/2 der vorherbestimmten Signalperiode verglichen mit dem ersten und zweiten Nachberechnungssignal enthält; eine sechste Rechenschaltung, die ausgelegt ist, ein sechstes Nachberechnungssignal auf der Basis des dritten und vierten Nachberechnungssignals zu generieren, wobei das sechste Nachberechnungssignal eine reduzierte Fehlerkomponente mit der Periode von 1/2 der vorherbestimmten Signalperiode verglichen mit dem dritten und vierten Nachberechnungssignal enthält; und eine siebente Rechenschaltung, die ausgelegt ist, den detektierten Winkelwert auf der Basis des fünften und sechsten Nachberechnungssignals zu bestimmen.
Drehfeldsensor nach Anspruch 4, bei welchem PH1, PH2, PH3 und PH4 alle größer als 40° und kleiner als 80° sind, ein Absolutwert einer Phasendifferenz zwischen der Idealkomponente des ersten Signals und der Idealkomponente des fünften Signals PH1+PH2 ist, und ein Absolutwert einer Phasendifferenz zwischen der Idealkomponente des zweiten Signals und der Idealkomponente des sechsten Signals PH3+PH4 ist, wobei PH1 einen Absolutwert einer Phasendifferenz zwischen der Idealkomponente des ersten Signals und der Idealkomponente des dritten Signals angibt, PH2 einen Absolutwert einer Phasendifferenz zwischen der Idealkomponente des dritten Signals und der Idealkomponente des fünften Signals angibt, PH3 einen Absolutwert einer Phasendifferenz zwischen der Idealkomponente des zweiten Signals und der Idealkomponente des vierten Signals angibt, und PH4 einen Absolutwert einer Phasendifferenz zwischen der Idealkomponente des vierten Signals und der Idealkomponente des sechsten Signals angibt, das erste Nachberechnungssignal durch eine Berechnung generiert wird, die das Bestimmen einer Summe des ersten Signals und des dritten Signals umfasst, das zweite Nachberechnungssignal durch eine Berechnung generiert wird, die das Bestimmen einer Summe des zweiten Signals und des vierten Signals umfasst, das dritte Nachberechnungssignal durch eine Berechnung generiert wird, die das Bestimmen einer Summe des dritten Signals und des fünften Signals umfasst, das vierte Nachberechnungssignal durch eine Berechnung generiert wird, die das Bestimmen einer Summe des vierten Signals und des sechsten Signals umfasst, das fünfte Nachberechnungssignal durch eine Berechnung generiert wird, die das Bestimmen einer Differenz zwischen dem ersten Nachberechnungssignal und dem zweiten Nachberechnungssignal umfasst, und das sechste Nachberechnungssignal durch eine Berechnung generiert wird, die das Bestimmen einer Differenz zwischen dem dritten Nachberechnungssignal und dem vierten Nachberechnungssignal umfasst.
Drehfeldsensor nach Anspruch 4, bei welchem PH1, PH2, PH3 und PH4 alle größer als 100° und kleiner als 140° sind, ein Absolutwert einer Phasendifferenz zwischen der Idealkomponente des ersten Signals und der Idealkomponente des fünften Signals PH1+PH2 ist, und ein Absolutwert einer Phasendifferenz zwischen der Idealkomponente des zweiten Signals und der Idealkomponente des sechsten Signals PH3+PH4 ist, wobei PH1 einen Absolutwert einer Phasendifferenz zwischen der Idealkomponente des ersten Signals und der Idealkomponente des dritten Signals angibt, PH2 einen Absolutwert einer Phasendifferenz zwischen der Idealkomponente des dritten Signals und der Idealkomponente des fünften Signals angibt, PH3 einen Absolutwert einer Phasendifferenz zwischen der Idealkomponente des zweiten Signals und der Idealkomponente des vierten Signals angibt, und PH4 einen Absolutwert einer Phasendifferenz zwischen der Idealkomponente des vierten Signals und der Idealkomponente des sechsten Signals angibt, das erste Nachberechnungssignal durch eine Berechnung generiert wird, die das Bestimmen einer Differenz zwischen dem ersten Signal und dem dritten Signal umfasst, das zweite Nachberechnungssignal durch eine Berechnung generiert wird, die das Bestimmen einer Differenz zwischen dem zweiten Signal und dem vierten Signal umfasst, das dritte Nachberechnungssignal durch eine Berechnung generiert wird, die das Bestimmen einer Differenz zwischen dem dritten Signal und dem fünften Signal umfasst, das vierte Nachberechnungssignal durch eine Berechnung generiert wird, die das Bestimmen einer Differenz zwischen dem vierten Signal und dem sechsten Signal umfasst, das fünfte Nachberechnungssignal durch eine Berechnung generiert wird, die das Bestimmen einer Differenz zwischen dem ersten Nachberechnungssignal und dem zweiten Nachberechnungssignal umfasst, und das sechste Nachberechnungssignal durch eine Berechnung generiert wird, die das Bestimmen einer Differenz zwischen dem dritten Nachberechnungssignal und dem vierten Nachberechnungssignal umfasst.
Drehfeldsensor nach einem der Ansprüche 4 bis 6, bei welchem das wenigstens eine Magnetdetektionselement wenigstens ein magnetoresistives Element ist, umfassend: eine in ihrer Magnetisierung fixierte Schicht, deren Magnetisierungsrichtung fixiert ist; eine freie Schicht, deren Magnetisierungsrichtung in Abhängigkeit von der Richtung des Drehmagnetfelds variiert; und eine nicht-magnetische Schicht, die zwischen der in ihrer Magnetisierung fixierten Schicht und der freien Schicht angeordnet ist.
Drehfeldsensor nach einem der Ansprüche 4 bis 6, bei welchem jede der ersten bis sechsten Signalgenerierungseinheit, als das wenigstens eine Magnetdetektionselement, ein erstes magnetoresistives Element und ein zweites magnetoresistives Element umfasst, die in Serie geschaltet sind, jedes des ersten und zweiten magnetoresistiven Elements umfasst: eine in ihrer Magnetisierung fixierte Schicht, deren Magnetisierungsrichtung fixiert ist; eine freie Schicht, deren Magnetisierungsrichtung in Abhängigkeit von der Richtung des Drehmagnetfelds variiert; und eine nicht-magnetische Schicht, die zwischen der in ihrer Magnetisierung fixierten Schicht und der freien Schicht angeordnet ist, die Magnetisierungsrichtung der in ihrer Magnetisierung fixierten Schicht des ersten magnetoresistiven Elements und die Magnetisierungsrichtung der in ihrer Magnetisierung fixierten Schicht des zweiten magnetoresistiven Elements einander entgegengesetzt sind, das erste und das zweite magnetoresistive Element so ausgelegt sind, dass eine vorherbestimmte Spannung zwischen demjenigen Ende des ersten magnetoresistiven Elements und demjenigen Ende des zweiten magnetoresistiven Elements angelegt wird, die am weitesten voneinander entfernt sind, und jedes des ersten bis sechsten Signals an einem Knotenpunkt zwischen dem ersten und zweiten magnetoresistiven Element in der entsprechenden der ersten bis sechsten Signalgenerierungseinheit ausgegeben wird.