DE102014114679A1

DE102014114679A1 - Drehfeldsensor und Winkelbestimmungsverfahren mit seiner Verwendung

Info

Publication number: DE102014114679A1
Application number: DE102014114679.4A
Authority: DE
Inventors: c/o TDK Corporation Hirota Yohei; c/o TDK Corporation Hirabayashi Hiraku
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2014-01-20
Filing date: 2014-10-09
Publication date: 2015-07-23
Anticipated expiration: 2034-10-10
Also published as: US20150204696A1; DE102014114679B4; JP5822185B2; JP2015135312A; US9574905B2

Abstract

Ein Drehfeldsensor enthält vier Erfassungsschaltkreise, von denen jeder ein Ausgangssignal erzeugt, das auf die Richtung eines sich drehenden Magnetfelds reagiert, und eine Winkelberechnungseinheit, ausgelegt, vier Winkelwerte entsprechend vier Gruppen zu berechnen, die jeweils aus zwei Erfassungsschaltkreisen bestehen, die aus den vier Erfassungsschaltkreisen ausgewählt sind. Die Winkelberechnungseinheit berechnet jeden der vier Winkelwerte auf Grundlage von zwei Ausgangssignalen der beiden Erfassungsschaltkreise, aus denen eine entsprechende der vier Gruppen besteht.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Drehfeldsensor zum Erfassen eines Winkels, den die Richtung eines sich drehenden Magnetfelds bezüglich einer Bezugsrichtung bildet, und auf ein Winkelbestimmungsverfahren, das den Drehfeldsensor verwendet.
2. Beschreibung des Stands der Technik
In den letzten Jahren wurden verbreitet Drehfeldsensoren benutzt, um die Drehstellung eines Objekts in verschiedenen Anwendungen zu erfassen, wie etwa die Drehstellung eines Automobil-Lenkrads. In Systemen, die Drehfeldsensoren verwenden, sind typischerweise Einrichtungen (zum Beispiel ein Magnet) zum Erzeugen eines sich drehenden Magnetfelds vorgesehen, dessen Richtung sich als Reaktion auf die Drehung des Objekts dreht. Die Drehfeldsensoren verwenden magnetische Erfassungselemente zum Erfassen des Winkels, den die Richtung des sich drehenden Magnetfelds bezüglich einer Bezugsrichtung bildet. Die Drehstellung des Objekts wird so erfasst.
Unter bekannten Drehfeldsensoren befindet sich einer, der zwei Brückenschaltungen (Wheatstone-Brückenschaltungen) enthält, wie in DE 10 2011 081 389 A1 beschrieben. Bei dem dort offenbarten Drehfeldsensor enthält jede der beiden Brückenschaltungen vier magnetische Erfassungselemente und gibt ein auf die Richtung des sich drehenden Magnetfelds reagierendes Signal aus. Die Ausgangssignale der beiden Brückenschaltungen unterscheiden sich voneinander in der Phase um 1/4 der Periode der Ausgangssignale der Brückenschaltungen. Die Ausgangssignale der beiden Brückenschaltungen werden als Grundlage zum Bestimmen eines Winkelerfassungswerts benutzt, der dem Winkel entspricht, den die Richtung des sich drehenden Magnetfelds bezüglich einer Bezugsrichtung bildet.
DE 10 2011 081 389 A1 offenbart eine Technik zum Bestimmen eines Winkelerfassungswerts mit reduziertem Fehler, indem sie vier Erfassungsschaltkreise vorsieht, von denen jeder eine Brückenschaltung enthält, und eine arithmetische Operation unter Verwendung der Ausgangssignale der vier Erfassungsschaltkreise durchführt.
Ein bekanntes magnetisches Erfassungselement zur Verwendung in einer Brückenschaltung ist ein magnetoresistives Element (MR-Element), das durch Reihenschaltung einer Vielzahl von MR-Schichten gebildet ist, von denen jede einen magnetoresistiven Effekt aufweist, wie beispielsweise in DE 10 2011 081 389 A1 offenbart.
Im Fall eines Drehfeldsensors, der wie oben beschrieben zwei Brückenschaltungen enthält, ist der bestimmte Winkelerfassungswert nicht mehr korrekt, falls mindestens eine der beiden Brückenschaltungen ausfällt.
DE 10 2011 081 389 A1 offenbart ein Verfahren, das ein Überwachen der Widerstandswerte der Brückenschaltungen, der Potentiale an zwei Ausgangsanschlüssen jeder Brückenschaltung, des Betrags eines Signals, das einer Potentialdifferenz zwischen den beiden Ausgangsanschlüssen entspricht, oder dergleichen enthält. Gemäß dem Verfahren wird eine Brückenschaltung als ausgefallen bestimmt, wenn der überwachte Wert einen vorgegebenen Bereich des normalen Werts überschreitet.
Das vorstehende Verfahren kann einen solchen Ausfall einer Brückenschaltung erfassen, bei dem der überwachte Wert beispielsweise aufgrund des Auftretens einer Unterbrechung an beliebiger Stelle in der Brückenschaltung oder des Auftretens eines Kurzschlusses über einem magnetischen Erfassungselement stark vom normalen Wert abweicht. Leider kann das vorstehende Verfahren jedoch keinen solchen Ausfall einer Brückenschaltung erfassen, bei dem der überwachte Wert um einen relativ kleinen Betrag vom normalen Wert abweicht. Ein solcher Ausfall kann beispielsweise auftreten, wenn eine aus der Vielzahl zum Bilden eines MR-Elements in Reihe geschalteter MR-Schichten kurzgeschlossen ist, oder wenn die Vielzahl von MR-Schichten anisotrop wird.
DE 10 2011 081 389 A1 offenbart weiter eine Technik zum Bestimmen, im Fall eines Ausfalls einer der vier Brückenschaltungen, des Winkelerfassungswerts durch eine arithmetische Operation unter Verwendung der Ausgangssignale von zwei der vier Brückenschaltungen außer der ausgefallenen Brückenschaltung. Diese Technik kann jedoch keinen solchen Ausfall einer Brückenschaltung erfassen, bei dem der überwachte Wert um einen relativ kleinen Betrag vom normalen Wert abweicht, wie oben beschrieben. Wenn ein solcher Ausfall auftritt, ist es nicht möglich, zwei Brückenschaltungen zu erkennen, die anders als die ausgefallene Brückenschaltung sind, und folglich ist es nicht möglich, einen korrekten Winkelerfassungswert zu bestimmen.
Die Beschreibungen befassten sich bisher mit dem Problem eines Drehfeldsensors, der einen Winkelerfassungswert durch Verwendung der Ausgangssignale zweier Brückenschaltungen bestimmt. Jedoch gilt das vorstehende Problem für alle Drehfeldsensoren, die eine Vielzahl von Erfassungsschaltkreisen enthalten, die jeweils ausgelegt sind, ein auf die Richtung eines sich drehenden Magnetfelds reagierendes Signal auszugeben.
AUFGABE UND ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Drehfeldsensor zu schaffen, der eine Vielzahl von Erfassungsschaltkreisen enthält, die jeweils ausgelegt sind, ein auf die Richtung eines sich drehenden Magnetfelds reagierendes Signal auszugeben, wobei der Drehfeldsensor imstande ist, einen korrekten Winkelerfassungswert auszugeben, sogar wenn einer der Erfassungsschaltkreise ausfällt, und ein Winkelbestimmungsverfahren zu schaffen, das einen solchen Drehfeldsensor verwendet.
Ein Drehfeldsensor nach der vorliegenden Erfindung dient zum Erfassen eines Winkels, den die Richtung eines sich drehenden Magnetfelds in einer Bezugsposition bezüglich einer Bezugsrichtung bildet. Der Drehfeldsensor enthält n Erfassungsschaltkreise. Jeder der n Erfassungsschaltkreise enthält mindestens ein magnetisches Erfassungselement und erzeugt ein Ausgangssignal, das auf die Richtung des sich drehenden Magnetfelds reagiert. Der Drehfeldsensor enthält weiter eine Winkelberechnungseinheit, ausgelegt, g Winkelwerte entsprechend g Gruppen zu berechnen, die jeweils aus m Erfassungsschaltkreisen bestehen, ausgewählt aus den n Erfassungsschaltkreisen. Jeder der g Winkelwerte weist eine Entsprechungsbeziehung zu dem Winkel auf, den die Richtung des sich drehenden Magnetfelds in der Bezugsposition bezüglich der Bezugsrichtung bildet. Hier ist m eine ganze Zahl nicht kleiner als zwei, n ist eine um zwei oder mehr größere ganze Zahl als m, und g ist eine ganze Zahl nicht kleiner als drei und nicht größer als _nC_m. Die Winkelberechnungseinheit ist ausgelegt, jeden der g Winkelwerte auf Grundlage von m Ausgangssignalen der m Erfassungsschaltkreise zu berechnen, aus denen eine entsprechende der g Gruppen besteht. Jeder der n Erfassungsschaltkreise ist verwendet, mindestens eine und nicht mehr als (g – 2) der g Gruppen zu bilden.
Der Drehfeldsensor nach der vorliegenden Erfindung kann weiter eine Winkelbestimmungseinheit enthalten, ausgelegt, durch Verwendung der g Winkelwerte einen vom Drehfeldsensor auszugebenden Winkelerfassungswert zu bestimmen, wobei der Winkelerfassungswert eine Entsprechungsbeziehung mit dem Winkel aufweist, den die Richtung des sich drehenden Magnetfelds in der Bezugsposition bezüglich der Bezugsrichtung bildet.
Im Fall eines Ausfalls eines der n Erfassungsschaltkreise kann die Winkelbestimmungseinheit aus den g Winkelwerten eine Vielzahl korrekter Winkelwerte extrahieren, die einer Vielzahl solcher aus den g Gruppen entsprechen, die nicht den ausgefallenen Erfassungsschaltkreis enthalten, und den Winkelerfassungswert auf Grundlage mindestens eines aus der Vielzahl korrekter Winkelwerte bestimmen. In diesem Fall kann die Winkelbestimmungseinheit eine Winkeldifferenz-Berechnungseinheit und eine Bestimmungseinheit enthalten. Die Winkeldifferenz-Berechnungseinheit ist ausgelegt, mindestens g Winkeldifferenzen für jeweilige mindestens g Winkelwertpaare zu berechnen, von denen jedes aus zwei Winkelwerten besteht, die aus den g Winkelwerten gewählt sind. Jede der mindestens g Winkeldifferenzen ist eine Differenz zwischen den beiden Winkelwerten, aus denen ein entsprechendes der mindestens g Winkelwertpaare besteht. Die Bestimmungseinheit ist ausgelegt, eine oder mehr Winkeldifferenzen, die in einen vorgegebenen Bereich fallen, aus den mindestens g Winkeldifferenzen zu extrahieren und eine Vielzahl von Winkelwerten, aus denen ein oder mehr Winkelwertpaare bestehen, die der extrahierten einen oder den mehreren Winkeldifferenzen entsprechen, als die Vielzahl korrekter Winkelwerte zu bestimmen. In diesem Fall wird jeder der g Winkelwerte benutzt, um mindestens zwei der mindestens g Winkelwertpaare zu bilden.
Die Winkelbestimmungseinheit kann ausgelegt sein, den Winkelerfassungswert wiederholt in vorgegebenen Zeitintervallen zu bestimmen und einen Schätzwert für einen als Nächstes zu bestimmenden Winkelerfassungswert auf Grundlage einer Vielzahl von bereits bestimmten Winkelerfassungswerten zu erzeugen. Im Fall eines Ausfalls eines der n Erfassungsschaltkreise kann, wenn eine Vielzahl korrekter Winkelwerte, die einer Vielzahl solcher der g Gruppen entspricht, die nicht den ausgefallenen Erfassungsschaltkreis enthalten, aus den g Winkelwerten zu erkennen ist, die Winkelbestimmungseinheit den Winkelerfassungswert auf Grundlage mindestens eines aus der Vielzahl korrekter Winkelwerte bestimmen, und wenn die Vielzahl korrekter Winkelwerte nicht aus den g Winkelwerten zu erkennen ist, kann die Winkelbestimmungseinheit bestimmen, dass der Schätzwert der Winkelerfassungswert sein soll.
In dem vorgenannten Fall kann die Winkelbestimmungseinheit eine Winkeldifferenz-Berechnungseinheit, eine Behelfs-Normalwinkelwert-Bestimmungseinheit und eine Winkelausgabeeinheit enthalten. Die Winkeldifferenz-Berechnungseinheit ist ausgelegt, mindestens g Winkeldifferenzen für jeweilige mindestens g Winkelwertpaare zu berechnen, von denen jedes aus zwei Winkelwerten besteht, die aus den g Winkelwerten gewählt sind, wobei jede der mindestens g Winkeldifferenzen eine Differenz zwischen den beiden Winkelwerten ist, aus denen ein entsprechendes der mindestens g Winkelwertpaare besteht. Die Behelfs-Normalwinkelwert-Bestimmungseinheit ist ausgelegt, eine oder mehr Winkeldifferenzen, die in einen vorgegebenen Bereich fallen, aus den mindestens g Winkeldifferenzen zu extrahieren und eine Vielzahl von Winkelwerten, aus denen ein oder mehr Winkelwertpaare bestehen, die der extrahierten einen oder den mehreren Winkeldifferenzen entsprechen, als eine Vielzahl von Behelfs-Normalwinkelwerten zu bestimmen. Die Winkelausgabeeinheit ist ausgelegt, den Winkelerfassungswert wiederholt in vorgegebenen Zeitintervallen zu bestimmen und auszugeben. Die Winkelausgabeeinheit kann enthalten eine Winkelwert-Schätzeinheit, ausgelegt, den vorgenannten Schätzwert zu erzeugen; und eine Winkelerfassungswert-Bestimmungseinheit, ausgelegt, im Fall eines Ausfalls eines der n Erfassungsschaltkreise den Winkelerfassungswert auf Grundlage mindestens eines aus der genannten Vielzahl korrekter Winkelwerte zu bestimmen, wenn die Vielzahl korrekter Winkelwerte aus der Vielzahl von Behelfs-Normalwinkelwerten erkennbar ist, und, wenn die Vielzahl korrekter Winkelwerte nicht aus der Vielzahl von Behelfs-Normalwinkelwerten erkennbar ist, zu bestimmen, dass der Schätzwert der Winkelerfassungswert sein soll. In diesem Fall wird jeder der g Winkelwerte benutzt, um mindestens zwei der mindestens g Winkelwertpaare zu bilden.
Bei dem Drehfeldsensor nach der vorliegenden Erfindung kann g um zwei oder mehr größer als m und nicht kleiner als (n – m + 1) sein. Die g Gruppen können aus solchen Kombinationen von Erfassungsschaltkreisen gebildet sein, dass es im Fall eines Ausfalls eines beliebigen der n Erfassungsschaltkreise keinen anderen Erfassungsschaltkreis als den ausgefallenen Erfassungsschaltkreis gibt, der in allen solchen der g Gruppen enthalten ist, die den ausgefallenen Erfassungsschaltkreis enthalten, und in keiner der anderen der g Gruppen enthalten ist. In diesem Fall kann der Drehfeldsensor weiter eine Ausfallerfassungseinheit enthalten, ausgelegt, im Fall eines Ausfalls eines der n Erfassungsschaltkreise aus den g Winkelwerten alle inkorrekten Winkelwerte zu extrahieren, die allen solchen der g Gruppen entsprechen, die den ausgefallenen Erfassungsschaltkreis enthalten, und einen Erfassungsschaltkreis, der in allen solchen der g Gruppen enthalten ist, die allen inkorrekten Winkelwerten entsprechen, und in keiner derjenigen der g Gruppen enthalten ist, die beliebigen Winkelwerten außer allen inkorrekten Winkelwerten entsprechen, als den ausgefallenen Erfassungsschaltkreis zu erkennen.
Die Ausfallerfassungseinheit kann ausgelegt sein, einen aus dem Drehfeldsensor auszugebenden Winkelerfassungswert auf Grundlage eines oder mehrerer Winkelwerte außer allen inkorrekten Winkelwerten zu bestimmen, wobei der Winkelerfassungswert eine Entsprechungsbeziehung mit dem Winkel aufweist, den die Richtung des sich drehenden Magnetfelds in der Bezugsposition bezüglich der Bezugsrichtung bildet.
Die Ausfallerfassungseinheit kann eine Winkeldifferenz-Berechnungseinheit und eine Ausfallbestimmungseinheit enthalten. Die Winkeldifferenz-Berechnungseinheit ist ausgelegt, mindestens g Winkeldifferenzen für jeweilige mindestens g Winkelwertpaare zu berechnen, von denen jedes aus zwei Winkelwerten besteht, die aus den g Winkelwerten gewählt sind, wobei jede der mindestens g Winkeldifferenzen eine Differenz zwischen den beiden Winkelwerten ist, aus denen ein entsprechendes der mindestens g Winkelwertpaare besteht. Die Ausfallbestimmungseinheit ist ausgelegt, den ausgefallenen Erfassungsschaltkreis auf Grundlage der mindestens g Winkeldifferenzen zu erkennen. In diesem Fall wird jeder der g Winkelwerte benutzt, um mindestens zwei der mindestens g Winkelwertpaare zu bilden. Die Ausfallbestimmungseinheit ist ausgelegt, alle Winkeldifferenzen, die in einen vorgegebenen Bereich fallen, aus den mindestens g Winkeldifferenzen zu extrahieren und alle Winkelwerte, die in keinem aus allen Winkelwertpaaren enthalten sind, die allen der extrahierten Winkeldifferenzen entsprechen, als alle inkorrekten Winkelwerte zu bestimmen.
Ein Winkelbestimmungsverfahren nach der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Bestimmen eines Winkelerfassungswerts durch Verwendung eines Drehfeldsensors. Der Winkelerfassungswert weist eine Entsprechungsbeziehung zu dem Winkel auf, den die Richtung eines sich drehenden Magnetfelds in einer Bezugsposition bezüglich einer Bezugsrichtung bildet. Der Drehfeldsensor enthält n Erfassungsschaltkreise. Jeder der n Erfassungsschaltkreise enthält mindestens ein magnetisches Erfassungselement und erzeugt ein Ausgangssignal, das auf die Richtung des sich drehenden Magnetfelds reagiert.
Das Winkelbestimmungsverfahren nach der vorliegenden Erfindung enthält einen ersten Schritt und einen zweiten Schritt. Der erste Schritt berechnet g Winkelwerte entsprechend g Gruppen, die jeweils aus m Erfassungsschaltkreisen bestehen, die aus den n Erfassungsschaltkreisen ausgewählt sind. Jeder der g Winkelwerte weist eine Entsprechungsbeziehung zu dem Winkel auf, den die Richtung des sich drehenden Magnetfelds in der Bezugsposition bezüglich der Bezugsrichtung bildet. Der zweite Schritt bestimmt den Winkelerfassungswert durch Verwendung der g Winkelwerte. Hier ist m eine ganze Zahl nicht kleiner als zwei, n ist eine um zwei oder mehr größere ganze Zahl als m, und g ist eine ganze Zahl nicht kleiner als drei und nicht größer als _nC_m. Der erste Schritt berechnet jeden der g Winkelwerte auf Grundlage von m Ausgangssignalen der m Erfassungsschaltkreise, aus denen eine entsprechende der g Gruppen besteht. Jeder der n Erfassungsschaltkreise ist verwendet, mindestens eine und nicht mehr als (g – 2) der g Gruppen zu bilden.
Bei dem Winkelbestimmungsverfahren nach der vorliegenden Erfindung kann der zweite Schritt im Fall eines Ausfalls eines der n Erfassungsschaltkreise aus den g Winkelwerten eine Vielzahl korrekter Winkelwerte extrahieren, die einer Vielzahl solcher aus den g Gruppen entsprechen, die nicht den ausgefallenen Erfassungsschaltkreis enthalten, und den Winkelerfassungswert auf Grundlage mindestens eines aus der Vielzahl korrekter Winkelwerte bestimmen. In diesem Fall kann der zweite Schritt enthalten einen Schritt des Berechnens von mindestens g Winkeldifferenzen für jeweilige mindestens g Winkelwertpaare, von denen jedes aus zwei Winkelwerten besteht, die aus den g Winkelwerten gewählt sind, wobei jede der mindestens g Winkeldifferenzen eine Differenz zwischen den beiden Winkelwerten ist, aus denen ein entsprechendes der mindestens g Winkelwertpaare besteht; und einen Schritt des Extrahierens einer oder mehrerer Winkeldifferenzen, die in einen vorgegebenen Bereich fallen, aus den mindestens g Winkeldifferenzen und des Bestimmens einer Vielzahl von Winkelwerten, aus denen ein oder mehr Winkelwertpaare bestehen, die der extrahierten einen oder den mehreren Winkeldifferenzen entsprechen, als die Vielzahl korrekter Winkelwerte. In diesem Fall wird jeder der g Winkelwerte benutzt, um mindestens zwei der mindestens g Winkelwertpaare zu bilden.
Bei dem Winkelbestimmungsverfahren nach der vorliegenden Erfindung kann der zweite Schritt den Winkelerfassungswert wiederholt in vorgegebenen Zeitintervallen bestimmen und einen Schätzwert für einen als Nächstes zu bestimmenden Winkelerfassungswert auf Grundlage einer Vielzahl bereits bestimmter Winkelerfassungswerte erzeugen. Im Fall eines Ausfalls eines der n Erfassungsschaltkreise kann der zweite Schritt den Winkelerfassungswert auf Grundlage mindestens eines aus der Vielzahl korrekter Winkelwerte bestimmen, die einer Vielzahl solcher der g Gruppen entspricht, die nicht den ausgefallenen Erfassungsschaltkreis enthalten, wenn die Vielzahl korrekter Winkelwerte aus den g Winkelwerten zu erkennen ist, oder kann den Schätzwert als den Winkelerfassungswert bestimmen, wenn die Vielzahl korrekter Winkelwerte nicht aus den g Winkelwerten zu erkennen ist.
In dem vorgenannten Fall kann der zweite Schritt enthalten einen Schritt des Berechnens von mindestens g Winkeldifferenzen für jeweilige mindestens g Winkelwertpaare, von denen jedes aus zwei Winkelwerten besteht, die aus den g Winkelwerten gewählt sind, wobei jede der mindestens g Winkeldifferenzen eine Differenz zwischen den beiden Winkelwerten ist, aus denen ein entsprechendes der mindestens g Winkelwertpaare besteht; einen Schritt des Extrahierens einer oder mehrerer Winkeldifferenzen, die in einen vorgegebenen Bereich fallen, aus den mindestens g Winkeldifferenzen und des Bestimmens einer Vielzahl von Winkelwerten, aus denen ein oder mehr Winkelwertpaare bestehen, die der extrahierten einen oder den mehreren Winkeldifferenzen entsprechen, als eine Vielzahl von Behelfs-Normalwinkelwerten; und einen Winkelerfassungswert-Bestimmungsschritt des wiederholten Bestimmens des Winkelerfassungswerts in vorgegebenen Zeitintervallen. Der Winkelerfassungswert-Bestimmungsschritt kann enthalten: einen Schritt des Erzeugens des Schätzwerts; und im Fall eines Ausfalls eines der n Erfassungsschaltkreise einen Schritt des Bestimmens des Winkelerfassungswerts auf Grundlage mindestens eines aus der Vielzahl korrekter Winkelwerte, wenn die Vielzahl korrekter Winkelwerte aus der Vielzahl von Behelfs-Normalwinkelwerten erkennbar ist, oder des Bestimmens des Schätzwerts als den Winkelerfassungswert, wenn die Vielzahl korrekter Winkelwerte aus der Vielzahl von Behelfs-Normalwinkelwerten nicht erkennbar ist. In diesem Fall wird jeder der g Winkelwerte benutzt, um mindestens zwei der mindestens g Winkelwertpaare zu bilden.
Bei dem Winkelbestimmungsverfahren nach der vorliegenden Erfindung kann g um zwei oder mehr größer als m und nicht kleiner als (n – m + 1) sein. Die g Gruppen können aus solchen Kombinationen von Erfassungsschaltkreisen gebildet sein, dass es im Fall eines Ausfalls eines beliebigen der n Erfassungsschaltkreise keinen anderen Erfassungsschaltkreis als den ausgefallenen Erfassungsschaltkreis gibt, der in allen solchen der g Gruppen enthalten ist, die den ausgefallenen Erfassungsschaltkreis enthalten, und in keiner der anderen der g Gruppen enthalten ist. In diesem Fall kann der zweite Schritt im Fall eines Ausfalls eines der n Erfassungsschaltkreise aus den g Winkelwerten alle inkorrekten Winkelwerte extrahieren, die allen solchen der g Gruppen entsprechen, die den ausgefallenen Erfassungsschaltkreis enthalten, und einen Erfassungsschaltkreis, der in allen solchen der g Gruppen enthalten ist, die allen inkorrekten Winkelwerten entsprechen, und in keiner solcher der g Gruppen enthalten ist, die beliebigen Winkelwerten außer allen inkorrekten Winkelwerten entsprechen, als den ausgefallenen Erfassungsschaltkreis erkennen. In diesem Fall kann der zweite Schritt den Winkelerfassungswert auf Grundlage eines oder mehrerer Winkelwerte außer allen inkorrekten Winkelwerten bestimmen.
Der zweite Schritt kann enthalten einen Schritt des Berechnens von mindestens g Winkeldifferenzen für jeweilige mindestens g Winkelwertpaare, von denen jedes aus zwei Winkelwerten besteht, die aus den g Winkelwerten gewählt sind, wobei jede der mindestens g Winkeldifferenzen eine Differenz zwischen den beiden Winkelwerten ist, aus denen ein entsprechendes der mindestens g Winkelwertpaare besteht; und einen Schritt des Erkennens des ausgefallenen Erfassungsschaltkreises auf Grundlage der mindestens g Winkeldifferenzen. In diesem Fall wird jeder der g Winkelwerte benutzt, um mindestens zwei der mindestens g Winkelwertpaare zu bilden. Der Schritt des Erkennens des ausgefallenen Erfassungsschaltkreises kann alle Winkeldifferenzen, die in einen vorgegebenen Bereich fallen, aus den mindestens g Winkeldifferenzen extrahieren und alle Winkelwerte, die in keinem aus allen Winkelwertpaaren enthalten sind, die allen der extrahierten Winkeldifferenzen entsprechen, als alle inkorrekten Winkelwerte bestimmen.
Bei dem Drehfeldsensor und dem Winkelerfassungsverfahren nach der vorliegenden Erfindung kann das mindestens eine magnetische Erfassungselement mindestens ein magnetoresistives Element sein, enthaltend eine Schicht mit festliegender Magnetisierung, deren Magnetisierungsrichtung blockiert ist; eine freie Schicht, deren Magnetisierungsrichtung sich je nach der Richtung des sich drehenden Magnetfelds ändert; und eine nichtmagnetische Schicht, die zwischen der Schicht mit festliegender Magnetisierung und der freien Schicht angeordnet ist.
Bei dem Drehfeldsensor nach der vorliegenden Erfindung enthält sogar im Fall eines Ausfalls eines der n Erfassungsschaltkreise eine Vielzahl von Winkelwerten, die einer Vielzahl solcher aus den g Gruppen entsprechen, die nicht den ausgefallenen Erfassungsschaltkreis enthalten, korrekte Winkelwerte unter den g Winkelwerten. Die Vielzahl korrekter Winkelwerte ist miteinander identisch oder einander sehr nahe und daher extrahierbar. Der Winkelerfassungswert ist auf Grundlage mindestens eines aus der Vielzahl korrekter Winkelwerte bestimmbar. Folglich ist gemäß der vorliegenden Erfindung der Drehfeldsensor, der eine Vielzahl von Erfassungsschaltkreisen enthält, die jeweils ausgelegt sind, ein auf die Richtung des sich drehenden Magnetfelds reagierendes Signal auszugeben, imstande, einen korrekten Winkelerfassungswert auszugeben, sogar wenn einer der Erfassungsschaltkreise ausfällt.
Gemäß dem Winkelbestimmungsverfahren nach der vorliegenden Erfindung werden g Winkelwerte entsprechend g Gruppen von Erfassungsschaltkreisen berechnet, und der Winkelerfassungswert wird durch Verwendung der g Winkelwerte bestimmt. Wie oben beschrieben, ist sogar im Fall eines Ausfalls eines der n Erfassungsschaltkreise eine Vielzahl von Winkelwerten, die einer Vielzahl solcher aus den g Gruppen entspricht, die nicht den ausgefallenen Erfassungsschaltkreis enthalten, korrekte Winkelwerte unter den g Winkelwerten. Folglich wird es gemäß der vorliegenden Erfindung durch Verwendung des Drehfeldsensors, der eine Vielzahl von Erfassungsschaltkreisen enthält, die jeweils ausgelegt sind, ein auf die Richtung des sich drehenden Magnetfelds reagierendes Signal auszugeben, möglich, einen korrekten Winkelerfassungswert zu bestimmen, sogar wenn einer der Erfassungsschaltkreise ausfällt.
Andere und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich vollständiger aus der folgenden Beschreibung.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 ist eine perspektivische Ansicht, die die allgemeine Anordnung eines Drehfeldsensors gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung darstellt.
2 ist ein erläuterndes Diagramm, das die Definitionen von Richtungen und Winkeln darstellt, die in der ersten Ausführungsform der Erfindung benutzt sind.
3 ist ein Schaltbild, das einen Teil des Drehfeldsensors gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung darstellt.
4 ist ein Schaltbild, das den übrigen Teil des Drehfeldsensors gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung darstellt.
5 ist ein Blockschaltbild, das die Anordnung der in 3 gezeigten Winkelberechnungseinheit darstellt.
6 ist eine perspektivische Ansicht eines Teils eines in 3 gezeigten MR-Elements.
7 ist ein Flussdiagramm, das ein erstes praktisches Beispiel des Winkelbestimmungsverfahrens gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung darstellt.
8 ist ein Flussdiagramm, das ein zweites praktisches Beispiel des Winkelbestimmungsverfahrens gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung darstellt.
9 ist ein Wellenformdiagramm, das ein Beispiel von Wellenformen idealer Komponenten darstellt, die in den ersten bis vierten Ausgangssignalen in der ersten Ausführungsform der Erfindung enthalten sind.
10 ist ein Wellenformdiagramm, das ein Beispiel von Winkelfehlern darstellt, die in Winkelwerten in der ersten Ausführungsform der Erfindung enthalten sind.
11 ist ein Wellenformdiagramm, das ein Beispiel von Winkeldifferenzen in der ersten Ausführungsform der Erfindung darstellt.
12 ist ein erläuterndes Diagramm, das schematisch die Kombinationen zweier Winkelwerte zum Bilden von Winkelwertpaaren darstellt.
13 ist ein erläuterndes Diagramm, das schematisch ein Beispiel von Kombinationen von Erfassungsschaltkreisen zum Bilden einer Vielzahl von Gruppen aus zwei Erfassungsschaltkreisen darstellt, die aus vier Erfassungsschaltkreisen ausgewählt werden.
14 ist ein erläuterndes Diagramm, das schematisch zwei Beispiele von Kombinationen von Erfassungsschaltkreisen zum Bilden einer Vielzahl von Gruppen aus zwei Erfassungsschaltkreisen darstellt, die aus fünf Erfassungsschaltkreisen ausgewählt werden.
15 ist ein Schaltbild, das einen Teil eines Drehfeldsensors gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung darstellt.
16 ist ein Schaltbild, das einen Teil eines Drehfeldsensors gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung darstellt.
17 ist ein erläuterndes Diagramm, das die Anordnung eines Drehfeldsensors gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung darstellt.
18 ist ein erläuterndes Diagramm, das die Anordnung eines Drehfeldsensors gemäß einem Abänderungsbeispiel der vierten Ausführungsform der Erfindung darstellt.
19 ist ein erläuterndes Diagramm, das die Anordnung eines Drehfeldsensors gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung darstellt.
20 ist ein erläuterndes Diagramm, das die Anordnung eines Drehfeldsensors gemäß einem Abänderungsbeispiel der fünften Ausführungsform der Erfindung darstellt.
21 ist ein Schaltbild, das einen Teil eines Drehfeldsensors gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung darstellt.
22 ist ein Flussdiagramm, das einen Winkelerfassungswert-Bestimmungsschritt in der sechsten Ausführungsform der Erfindung darstellt.
GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
[Erste Ausführungsform]
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind nun mit Bezug auf die Zeichnung genau beschrieben. Zuerst ist auf 1 und 2 Bezug genommen, um die allgemeine Anordnung eines Drehfeldsensors gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung zu beschreiben. 1 ist eine perspektivische Ansicht, die die allgemeine Anordnung des Drehfeldsensors gemäß der ersten Ausführungsform darstellt. 2 ist ein erläuterndes Diagramm, das die Definitionen von Richtungen und Winkeln darstellt, die in der ersten Ausführungsform benutzt sind.
Wie in 1 gezeigt, ist der Drehfeldsensor 1 gemäß der ersten Ausführungsform ausgelegt, den Winkel zu erfassen, den die Richtung eines sich drehenden Magnetfelds MF in einer Bezugsposition bezüglich einer Bezugsrichtung bildet. Die Richtung des sich drehenden Magnetfelds MF in der Bezugsposition dreht sich, gesehen vom Drehfeldsensor 1 aus. In 1 ist ein Magnet 2 mit zylindrischer Form als Beispiel einer Einrichtung zum Erzeugen des sich drehenden Magnetfelds MF gezeigt. Der Magnet 2 weist einen N-Pol und einen S-Pol auf, die symmetrisch bezüglich einer virtuellen Ebene angeordnet sind, die die Mittelachse der zylindrischen Form einschließt. Der Magnet 2 dreht sich um die Mittelachse der zylindrischen Form. Folglich dreht sich die Richtung des sich drehenden Magnetfelds MF, das durch den Magneten 2 erzeugt ist, um eine Drehachse C, die die Mittelachse der zylindrischen Form einschließt.
Die Bezugsposition befindet sich in einer virtuellen Ebene parallel zu einer Endfläche des Magneten 2. Diese virtuelle Ebene ist nachstehend als die Bezugsebene bezeichnet. In der Bezugsebene dreht sich die Richtung des durch den Magneten 2 erzeugten, sich drehenden Magnetfelds MF um die Bezugsposition. Die Bezugsrichtung befindet sich in der Bezugsebene und schneidet die Bezugsposition. In der folgenden Beschreibung bezieht sich die Richtung des sich drehenden Magnetfelds MF in der Bezugsposition auf eine in der Bezugsebene befindliche Richtung. Der Drehfeldsensor 1 ist so angeordnet, dass er zur vorgenannten Endfläche des Magneten 2 weist. Wie weiter unten bezüglich anderer Ausführungsformen beschrieben, ist die Einrichtung zum Erzeugen des sich drehenden Magnetfelds MF nicht auf den in 1 gezeigten Magneten 2 beschränkt.
Definitionen von in der ersten Ausführungsform benutzten Richtungen und Winkeln sind nun mit Bezug auf 1 und 2 beschrieben. Als Erstes ist die Richtung parallel zu der in 1 gezeigten Drehachse C und von unten nach oben in 1 als die Z-Richtung definiert. In 2 ist die Z-Richtung als die Richtung aus der Ebene der 2 heraus gezeigt. Als Nächstes sind zwei Richtungen, die senkrecht zur Z-Richtung und rechtwinklig zueinander stehen, 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. Weiter ist die Richtung entgegengesetzt zur X-Richtung als die –X-Richtung definiert, und die Richtung entgegengesetzt zur Y-Richtung ist als die –Y-Richtung definiert.
Die Bezugsposition PR ist die Position, wo der Drehfeldsensor 1 das sich drehende Magnetfeld MF erfasst. Die Bezugsrichtung DR soll die –X-Richtung sein. Der Winkel, den die Richtung DM des sich drehenden Magnetfelds MF in der Bezugsposition PR bezüglich der Bezugsrichtung DR bildet, ist mit dem Symbol θ bezeichnet. Die Richtung DM des sich drehenden Magnetfelds MF soll sich in 2 gegen den Uhrzeigersinn drehen. Der Winkel θ ist in einem positiven Wert ausgedrückt, wenn er gegen den Uhrzeigersinn läuft, gesehen aus der Bezugsrichtung DR, und in einem negativen Wert, wenn er im Uhrzeigersinn läuft, gesehen aus der Bezugsrichtung DR. Der Drehfeldsensor 1 gibt einen Winkelerfassungswert θs mit einer Entsprechungsbeziehung mit dem Winkel θ aus.
Der Drehfeldsensor 1 gemäß der ersten Ausführungsform kann entweder in einem ersten Modus oder einem zweiten Modus gestaltet sein. Im ersten Modus enthält der Drehfeldsensor 1 n Erfassungsschaltkreise und eine Winkelberechnungseinheit. Jeder der n Erfassungsschaltkreise enthält mindestens ein magnetisches Erfassungselement und erzeugt ein Ausgangssignal, das auf die Richtung DM des sich drehenden Magnetfelds MF reagiert. Die Winkelberechnungseinheit berechnet g Winkelwerte entsprechend g Gruppen, die jeweils aus m Erfassungsschaltkreisen bestehen, die aus den n Erfassungsschaltkreisen ausgewählt sind. Jeder der g Winkelwerte weist eine Entsprechungsbeziehung mit dem Winkel θ auf. Hier erfüllen n, m und g die folgenden Bedingungen 1, 2 bzw. 3. Bedingung 1 ist, dass m eine ganze Zahl nicht kleiner als zwei sei. Bedingung 2 ist, dass n eine ganze Zahl um zwei oder mehr größer als m sei. Bedingung 3 ist, dass g eine ganze Zahl nicht kleiner als drei und nicht größer als _nC_m sei.
Die Winkelberechnungseinheit berechnet jeden der g Winkelwerte auf Grundlage von m Ausgangssignalen der m Erfassungsschaltkreise, aus denen eine entsprechende der g Gruppen besteht. Es ist erforderlich, dass jeder der n Erfassungsschaltkreise verwendet wird, um mindestens eine und nicht mehr als (g – 2) der g Gruppen zu bilden. Dies ist als Bedingung 4 bezeichnet. Die Bedeutungen der Bedingungen 1 bis 4 sind weiter unten genau beschrieben.
Der Drehfeldsensor 1 im ersten Modus enthält weiter eine Winkelbestimmungseinheit, ausgelegt, den Winkelerfassungswert θs durch Verwendung der oben erwähnten g Winkelwerte zu bestimmen. Im Fall eines Ausfalls eines der n Erfassungsschaltkreise extrahiert die Winkelbestimmungseinheit aus den g Winkelwerten eine Vielzahl korrekter Winkelwerte, die einer Vielzahl solcher aus den g Gruppen entspricht, die nicht den ausgefallenen Erfassungsschaltkreis enthalten, und bestimmt den Winkelerfassungswert θs auf Grundlage mindestens eines aus der Vielzahl korrekter Winkelwerte. In der ersten Ausführungsform schließen Ausfälle eines Erfassungsschaltkreises solche ein, bei denen das Ausgangssignal des Erfassungsschaltkreises von einem vorgegebenen Normalwert um einen relativ kleinen Betrag abweicht. Solche Ausfälle können beispielsweise auftreten, wenn eine aus der Vielzahl von weiter unten zu beschreibenden MR-Schichten kurzgeschlossen ist, oder wenn die Vielzahl von MR-Schichten anisotrop wird.
Die Winkelbestimmungseinheit kann eine Winkeldifferenz-Berechnungseinheit und eine Bestimmungseinheit enthalten. Die Winkeldifferenz-Berechnungseinheit berechnet mindestens g Winkeldifferenzen für jeweilige mindestens g Winkelwertpaare, von denen jedes aus zwei Winkelwerten besteht, die aus den g Winkelwerten gewählt sind. Jede der mindestens g Winkeldifferenzen ist eine Differenz zwischen den beiden Winkelwerten, aus denen ein entsprechendes der mindestens g Winkelwertpaare besteht. Jeder der g Winkelwerte wird benutzt, um mindestens zwei der mindestens g Winkelwertpaare zu bilden. Die Bestimmungseinheit extrahiert eine oder mehr Winkeldifferenzen, die in einen vorgegebenen Bereich fallen, aus den mindestens g Winkeldifferenzen. Die Bestimmungseinheit bestimmt dann eine Vielzahl von Winkelwerten, aus denen ein oder mehr Winkelwertpaare bestehen, die der extrahierten einen oder den mehreren Winkeldifferenzen entsprechen, als die Vielzahl korrekter Winkelwerte.
Auf solche Weise ist der Drehfeldsensor 1 im ersten Modus imstande, einen korrekten Winkelerfassungswert θs auszugeben, sogar wenn einer der n Erfassungsschaltkreise ausfällt. Im zweiten Modus ist der Drehfeldsensor 1 weiter imstande, den ausgefallenen Erfassungsschaltkreis zu erkennen.
Der Drehfeldsensor im zweiten Modus enthält eine Ausfallerfassungseinheit zum Erkennen eines ausgefallenen Erfassungsschaltkreises, anstelle der Winkelbestimmungseinheit des Drehfeldsensors 1 im ersten Modus. Im Fall eines Ausfalls eines der n Erfassungsschaltkreise extrahiert die Ausfallerfassungseinheit aus den g Winkelwerten alle inkorrekten Winkelwerte, die allen solchen aus den g Gruppen entsprechen, die den ausgefallenen Erfassungsschaltkreis enthalten. Die Ausfallerfassungseinheit erkennt dann einen Erfassungsschaltkreis, der in allen solchen der g Gruppen enthalten ist, die allen inkorrekten Winkelwerten entsprechen, und in keiner solcher der g Gruppen enthalten ist, die beliebigen Winkelwerten außer allen inkorrekten Winkelwerten entsprechen, als den ausgefallenen Erfassungsschaltkreis.
Bei dem Drehfeldsensor 1 im zweiten Modus erfüllt g nicht nur die Bedingung 3, sondern auch eine Bedingung, dass g um zwei oder mehr größer als m und nicht kleiner als (n – m + 1) sein soll. Eine solche Bedingung ist nachstehend als Bedingung 5 bezeichnet. Der Drehfeldsensor 1 im zweiten Modus erfüllt weiter eine Bedingung, dass die g Gruppen aus solchen Kombinationen von Erfassungsschaltkreisen gebildet sein sollen, dass es im Fall eines Ausfalls eines beliebigen der n Erfassungsschaltkreise keinen anderen Erfassungsschaltkreis als den ausgefallenen Erfassungsschaltkreis gibt, der in allen solchen der g Gruppen enthalten ist, die den ausgefallenen Erfassungsschaltkreis enthalten, und in keiner der anderen der g Gruppen enthalten ist. Eine solche Bedingung ist nachstehend als Bedingung 6 bezeichnet. Die Bedeutungen der Bedingungen 5 und 6 sind weiter unten genau beschrieben.
Bei dem Drehfeldsensor 1 im zweiten Modus bestimmt die Ausfallerfassungseinheit den Winkelerfassungswert θs. Der Winkelerfassungswert θs wird auf Grundlage eines oder mehrerer Winkelwerte außer allen inkorrekten Winkelwerten bestimmt.
Die Ausfallerfassungseinheit kann eine Winkeldifferenz-Berechnungseinheit und eine Ausfallbestimmungseinheit enthalten. Die Winkeldifferenz-Berechnungseinheit des Drehfeldsensors 1 im zweiten Modus weist dieselbe Funktion auf wie die der Winkeldifferenz-Berechnungseinheit des Drehfeldsensors 1 im ersten Modus. Die Ausfallbestimmungseinheit extrahiert alle Winkeldifferenzen, die in einen vorgegebenen Bereich fallen, aus den mindestens g Winkeldifferenzen und bestimmt alle Winkelwerte, die in keinem aus allen Winkelwertpaaren enthalten sind, die allen der extrahierten Winkeldifferenzen entsprechen, als alle inkorrekten Winkelwerte.
Eine Übersicht eines Winkelbestimmungsverfahrens gemäß der ersten Ausführungsform ist nun beschrieben. Das Winkelbestimmungsverfahren gemäß der ersten Ausführungsform kann entweder in einem ersten Modus oder einem zweiten Modus ablaufen. Im ersten Modus bestimmt das Winkelbestimmungsverfahren den Winkelerfassungswert θs durch Verwendung des Drehfeldsensors 1 im ersten Modus. Im zweiten Modus bestimmt das Winkelbestimmungsverfahren den Winkelerfassungswert θs durch Verwendung des Drehfeldsensors 1 im zweiten Modus. Wenn einer der n Erfassungsschaltkreise ausfällt, erkennt das Winkelbestimmungsverfahren im zweiten Modus weiter den ausgefallenen Erfassungsschaltkreis.
Die Winkelbestimmungsverfahren im ersten und im zweiten Modus enthalten jeweils einen ersten Schritt und einen zweiten Schritt. Der erste Schritt berechnet g Winkelwerte entsprechend g Gruppen, die jeweils aus m Erfassungsschaltkreisen bestehen, ausgewählt aus den n Erfassungsschaltkreisen. Jeder der g Winkelwerte weist eine Entsprechungsbeziehung mit dem Winkel θ auf. Jeder der g Winkelwerte wird auf Grundlage von m Ausgangssignalen der m Erfassungsschaltkreise berechnet, aus denen eine entsprechende der g Gruppen besteht. Der zweite Schritt bestimmt den Winkelerfassungswert θs durch Verwendung der g Winkelwerte. Die Winkelbestimmungsverfahren im ersten und im zweiten Modus erfüllen beide die vorstehenden Bedingungen 1 bis 4. Das Winkelbestimmungsverfahren im zweiten Modus erfüllt weiter die vorstehenden Bedingungen 5 und 6.
Wenn bei dem Winkelbestimmungsverfahren im ersten Modus einer der n Erfassungsschaltkreise ausfällt, extrahiert der zweite Schritt aus den g Winkelwerten eine Vielzahl korrekter Winkelwerte, die einer Vielzahl solcher aus den g Gruppen entsprechen, die nicht den ausgefallenen Erfassungsschaltkreis enthalten. Der zweite Schritt bestimmt dann den Winkelerfassungswert θs auf Grundlage mindestens eines aus der Vielzahl korrekter Winkelwerte.
Der zweite Schritt des Winkelbestimmungsverfahrens im ersten Modus kann enthalten: einen Schritt des Berechnens von mindestens g Winkeldifferenzen für jeweilige mindestens g Winkelwertpaare, von denen jedes aus zwei Winkelwerten besteht, die aus den g Winkelwerten gewählt sind, wobei jede der mindestens g Winkeldifferenzen eine Differenz zwischen den beiden Winkelwerten ist, aus denen ein entsprechendes der mindestens g Winkelwertpaare besteht; und einen Schritt des Extrahierens einer oder mehrerer Winkeldifferenzen, die in einen vorgegebenen Bereich fallen, aus den mindestens g Winkeldifferenzen und des Bestimmens einer Vielzahl von Winkelwerten, aus denen ein oder mehr Winkelwertpaare bestehen, die der extrahierten einen oder den mehreren Winkeldifferenzen entsprechen, als die Vielzahl korrekter Winkelwerte. Jeder der g Winkelwerte wird benutzt, um mindestens zwei der mindestens g Winkelwertpaare zu bilden.
Wenn bei dem Winkelbestimmungsverfahren im zweiten Modus einer der n Erfassungsschaltkreise ausfällt, extrahiert der zweite Schritt aus den g Winkelwerten alle inkorrekten Winkelwerte, die allen solchen aus den g Gruppen entsprechen, die den ausgefallenen Erfassungsschaltkreis enthalten. Der zweite Schritt erkennt dann einen Erfassungsschaltkreis, der in allen solchen der g Gruppen enthalten ist, die allen inkorrekten Winkelwerten entsprechen, und in keiner solcher der g Gruppen enthalten ist, die beliebigen Winkelwerten außer allen inkorrekten Winkelwerten entsprechen, als den ausgefallenen Erfassungsschaltkreis. Der Winkelerfassungswert θs wird auf Grundlage eines oder mehrerer Winkelwerte außer allen inkorrekten Winkelwerten bestimmt.
Der zweite Schritt des Winkelbestimmungsverfahrens im zweiten Modus kann enthalten: einen Schritt des Berechnens von mindestens g Winkeldifferenzen für jeweilige mindestens g Winkelwertpaare, von denen jedes aus zwei Winkelwerten besteht, die aus den g Winkelwerten gewählt sind, wobei jede der mindestens g Winkeldifferenzen eine Differenz zwischen den beiden Winkelwerten ist, aus denen ein entsprechendes der mindestens g Winkelwertpaare besteht; und einen Schritt des Erkennens des ausgefallenen Erfassungsschaltkreises auf Grundlage der mindestens g Winkeldifferenzen. Jeder der g Winkelwerte wird benutzt, um mindestens zwei der mindestens g Winkelwertpaare zu bilden. Der Schritt des Erkennens des ausgefallenen Erfassungsschaltkreises extrahiert alle Winkeldifferenzen, die in einen vorgegebenen Bereich fallen, aus den mindestens g Winkeldifferenzen und bestimmt alle Winkelwerte, die in keinem aus allen Winkelwertpaaren enthalten sind, die allen der extrahierten Winkeldifferenzen entsprechen, als alle inkorrekten Winkelwerte.
Um das Verständnis des Drehfeldsensors 1 und des Winkelbestimmungsverfahrens gemäß der ersten Ausführungsform zu erleichtern, sind nachstehend ein erstes und ein zweites praktisches Beispiel des Drehfeldsensors 1 und ein erstes und ein zweites praktisches Beispiel des Winkelbestimmungsverfahrens beschrieben. Der Drehfeldsensor 1 und das Winkelbestimmungsverfahren gemäß der ersten Ausführungsform sind anschließend konzeptuell beschrieben.
Der Drehfeldsensor 1 nach dem ersten praktischen Beispiel entspricht dem oben beschriebenen Drehfeldsensor 1 im ersten Modus und erfüllt die vorstehenden Bedingungen 1 bis 4. Der Drehfeldsensor 1 nach dem zweiten praktischen Beispiel entspricht dem oben beschriebenen Drehfeldsensor 1 im zweiten Modus und erfüllt die vorstehenden Bedingungen 1 bis 6. Bei den Drehfeldsensoren 1 des ersten und des zweiten praktischen Beispiels ist n gleich vier, ist m gleich zwei, ist g gleich vier, und ist jeder der vier Erfassungsschaltkreise verwendet, zwei der vier Gruppen zu bilden.
3 ist ein Schaltbild, das einen Teil des Drehfeldsensors 1 jedes der ersten und zweiten praktischen Beispiele darstellt. Wie in 3 gezeigt, enthält der Drehfeldsensor 1 jedes der ersten und zweiten praktischen Beispiele vier Erfassungsschaltkreise, das heißt, einen ersten Erfassungsschaltkreis 10, einen zweiten Erfassungsschaltkreis 20, einen dritten Erfassungsschaltkreis 30 und einen vierten Erfassungsschaltkreis 40. Um das Verständnis zu erleichtern, sind die ersten bis vierten Erfassungsschaltkreise 10, 20, 30 und 40 in 1 als getrennte Bestandteile dargestellt. Jedoch können die ersten bis vierten Erfassungsschaltkreise 10, 20, 30 und 40 in einem einzigen Bauelement integriert sein. Weiter ist, während in 1 die ersten bis vierten Erfassungsschaltkreise 10, 20, 30 und 40 in einer Richtung parallel zur Drehachse C gestapelt sind, die Stapelreihenfolge nicht auf das in 1 gezeigte Beispiel beschränkt.
Die Position, in der sich der erste Erfassungsschaltkreis 10 befindet, ist als die erste Position P1 bezeichnet, die Position, in der sich der zweite Erfassungsschaltkreis 20 befindet, ist als die zweite Position P2 bezeichnet, die Position, in der sich der dritte Erfassungsschaltkreis 30 befindet, ist als die dritte Position P3 bezeichnet, und die Position, in der sich der vierte Erfassungsschaltkreis 40 befindet, ist als die vierte Position P4 bezeichnet. Im ersten und im zweiten praktischen Beispiel sind die ersten bis vierten Positionen P1 bis P4 dieselben in der Drehrichtung des sich drehenden Magnetfelds MF und fallen mit der Bezugsposition PR zusammen.
Jeder aus den ersten bis vierten Erfassungsschaltkreisen 10, 20, 30 und 40 enthält mindestens ein magnetisches Erfassungselement. Die ersten bis vierten Erfassungsschaltkreise 10, 20, 30 und 40 erzeugen jeweils ein erstes bis viertes Ausgangssignal, wobei jedes aus den ersten bis vierten Ausgangssignalen auf die Richtung DM des sich drehenden Magnetfelds MF reagiert. Genauer erzeugt der erste Erfassungsschaltkreis 10 ein erstes Ausgangssignal S1, das dem relativen Winkel zwischen der Richtung DM des sich drehenden Magnetfelds MF und einer ersten Richtung D1 entspricht. Das erste Ausgangssignal S1 hat sein Maximum, wenn die Richtung DM des sich drehenden Magnetfelds MF dieselbe ist wie die erste Richtung D1. Der zweite Erfassungsschaltkreis 20 erzeugt ein zweites Ausgangssignal S2, das dem relativen Winkel zwischen der Richtung DM des sich drehenden Magnetfelds MF und einer zweiten Richtung D2 entspricht. Das zweite Ausgangssignal S2 hat sein Maximum, wenn die Richtung DM des sich drehenden Magnetfelds MF dieselbe ist wie die zweite Richtung D2. Der dritte Erfassungsschaltkreis 30 erzeugt ein drittes Ausgangssignal S3, das dem relativen Winkel zwischen der Richtung DM des sich drehenden Magnetfelds MF und einer dritten Richtung D3 entspricht. Das dritte Ausgangssignal S3 hat sein Maximum, wenn die Richtung DM des sich drehenden Magnetfelds MF dieselbe ist wie die dritte Richtung D3. Der vierte Erfassungsschaltkreis 40 erzeugt ein viertes Ausgangssignal S4, das dem relativen Winkel zwischen der Richtung DM des sich drehenden Magnetfelds MF und einer vierten Richtung D4 entspricht. Das vierte Ausgangssignal S4 hat sein Maximum, wenn die Richtung DM des sich drehenden Magnetfelds MF dieselbe ist wie die vierte Richtung D4.
Im ersten und im zweiten praktischen Beispiel ist, wie in 2 gezeigt, die erste Richtung D1 dieselbe wie die Bezugsrichtung DR (die –X-Richtung). Die zweite Richtung D2 ist die gegen den Uhrzeigersinn um θ2 gegenüber der ersten Richtung D1 (der Bezugsrichtung DR) gedrehte Richtung. Die dritte Richtung D3 ist die gegen den Uhrzeigersinn um θ3 gegenüber der ersten Richtung D1 gedrehte Richtung. Die vierte Richtung D4 ist die gegen den Uhrzeigersinn um θ4 gegenüber der ersten Richtung D1 gedrehte Richtung. Genauer betragen im ersten und im zweiten praktischen Beispiel θ2, θ3 und θ4 45°, 90° bzw. 135°. Die dritte Richtung D3 ist dieselbe wie die –Y-Richtung.
Die ersten bis vierten Ausgangssignale S1 bis S4 verändern sich periodisch mit einer vorgegebenen Signalperiode T und unterscheiden sich voneinander in der Phase. Idealerweise sollte die Wellenform jedes aus den ersten bis vierten Ausgangssignalen S1 bis S4 eine Sinuskurve beschreiben (einschließlich einer Sinus-Wellenform und einer Cosinus-Wellenform). Die Phasendifferenz zwischen dem ersten Ausgangssignal S1 und dem zweiten Ausgangssignal S2 weist einen Absolutwert von 45° auf. Die Phasendifferenz zwischen dem ersten Ausgangssignal S1 und dem dritten Ausgangssignal S3 weist einen Absolutwert von 90° auf. Die Phasendifferenz zwischen dem ersten Ausgangssignal S1 und dem vierten Ausgangssignal S4 weist einen Absolutwert von 135° auf. Die Phasendifferenz zwischen dem zweiten Ausgangssignal S2 und dem dritten Ausgangssignal S3 und die Phasendifferenz zwischen dem dritten Ausgangssignal S3 und dem vierten Ausgangssignal S4 weisen beide einen Absolutwert von 45° auf. In Anbetracht der Fertigungsgenauigkeit der magnetischen Erfassungselemente und anderer Faktoren können sich die Absolutwerte der oben genannten Phasendifferenzen leicht von den oben angegebenen unterscheiden.
Wie in 3 gezeigt, enthält der erste Erfassungsschaltkreis 10 einen Wheatstone-Brückenschaltkreis 14, einen Differenzdetektor 15, einen Stromversorgungsanschluss V1 und einen Masseanschluss G1. Der Wheatstone-Brückenschaltkreis 14 enthält ein erstes Paar in Reihe geschalteter magnetischer Erfassungselemente R11 und R12, ein zweites Paar in Reihe geschalteter magnetischer Erfassungselemente R13 und R14 und zwei Ausgangsanschlüsse E11 und E12. Jedes der magnetischen Erfassungselemente R11 und R13 weist ein erstes Ende auf, das mit dem Stromversorgungsanschluss V1 verbunden ist. Das magnetische Erfassungselement R11 weist ein zweites Ende auf, das mit einem ersten Ende des magnetischen Erfassungselements R12 und dem Ausgangsanschluss E11 verbunden ist. Das magnetische Erfassungselement R13 weist ein zweites Ende auf, das mit einem ersten Ende des magnetischen Erfassungselements R14 und dem Ausgangsanschluss E12 verbunden ist. Jedes der magnetischen Erfassungselemente R12 und R14 weist ein zweites Ende auf, das mit dem Masseanschluss G1 verbunden ist. Eine vorgegebene Spannung wird zwischen dem Stromversorgungsanschluss V1 und dem Masseanschluss G1 angelegt. Der Differenzdetektor 15 weist zwei Eingänge, die mit den Ausgangsanschlüssen E11 und E12 verbunden sind, und einen Ausgang auf. Der Differenzdetektor 15 gibt als das erste Ausgangssignal S1 ein Signal aus, das der Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E11 und E12 entspricht.
Die zweiten bis vierten Erfassungsschaltkreise 20, 30 und 40 sind auf dieselbe Weise gestaltet wie der erste Erfassungsschaltkreis 10. Genauer enthält der zweite Erfassungsschaltkreis 20 eine Wheatstone-Brückenschaltung 24, einen Differenzdetektor 25, einen Stromversorgungsanschluss V2 und einen Masseanschluss G2. Der Wheatstone-Brückenschaltkreis 24 enthält ein erstes Paar in Reihe geschalteter magnetischer Erfassungselemente R21 und R22, ein zweites Paar in Reihe geschalteter magnetischer Erfassungselemente R23 und R24 und zwei Ausgangsanschlüsse E21 und E22. Jedes der magnetischen Erfassungselemente R21 und R23 weist ein erstes Ende auf, das mit dem Stromversorgungsanschluss V2 verbunden ist. Das magnetische Erfassungselement R21 weist ein zweites Ende auf, das mit einem ersten Ende des magnetischen Erfassungselements R22 und dem Ausgangsanschluss E21 verbunden ist. Das magnetische Erfassungselement R23 weist ein zweites Ende auf, das mit einem ersten Ende des magnetischen Erfassungselements R24 und dem Ausgangsanschluss E22 verbunden ist. Jedes der magnetischen Erfassungselemente R22 und R24 weist ein zweites Ende auf, das mit dem Masseanschluss G2 verbunden ist. Eine vorgegebene Spannung wird zwischen dem Stromversorgungsanschluss V2 und dem Masseanschluss G2 angelegt. Der Differenzdetektor 25 weist zwei Eingänge, die mit den Ausgangsanschlüssen E21 und E22 verbunden sind, und einen Ausgang auf. Der Differenzdetektor 25 gibt als das zweite Ausgangssignal S2 ein Signal aus, das der Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E21 und E22 entspricht.
Der dritte Erfassungsschaltkreis 30 enthält eine Wheatstone-Brückenschaltung 34, einen Differenzdetektor 35, einen Stromversorgungsanschluss V3 und einen Masseanschluss G3. Der Wheatstone-Brückenschaltkreis 34 enthält ein erstes Paar in Reihe geschalteter magnetischer Erfassungselemente R31 und R32, ein zweites Paar in Reihe geschalteter magnetischer Erfassungselemente R33 und R34 und zwei Ausgangsanschlüsse E31 und E32. Jedes der magnetischen Erfassungselemente R31 und R33 weist ein erstes Ende auf, das mit dem Stromversorgungsanschluss V3 verbunden ist. Das magnetische Erfassungselement R31 weist ein zweites Ende auf, das mit einem ersten Ende des magnetischen Erfassungselements R32 und dem Ausgangsanschluss E31 verbunden ist. Das magnetische Erfassungselement R33 weist ein zweites Ende auf, das mit einem ersten Ende des magnetischen Erfassungselements R34 und dem Ausgangsanschluss E32 verbunden ist. Jedes der magnetischen Erfassungselemente R32 und R34 weist ein zweites Ende auf, das mit dem Masseanschluss G3 verbunden ist. Eine vorgegebene Spannung wird zwischen dem Stromversorgungsanschluss V3 und dem Masseanschluss G3 angelegt. Der Differenzdetektor 35 weist zwei Eingänge, die mit den Ausgangsanschlüssen E31 und E32 verbunden sind, und einen Ausgang auf. Der Differenzdetektor 35 gibt als das dritte Ausgangssignal S3 ein Signal aus, das der Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E31 und E32 entspricht.
Der vierte Erfassungsschaltkreis 40 enthält eine Wheatstone-Brückenschaltung 44, einen Differenzdetektor 45, einen Stromversorgungsanschluss V4 und einen Masseanschluss G4. Der Wheatstone-Brückenschaltkreis 44 enthält ein erstes Paar in Reihe geschalteter magnetischer Erfassungselemente R41 und R42, ein zweites Paar in Reihe geschalteter magnetischer Erfassungselemente R43 und R44 und zwei Ausgangsanschlüsse E41 und E42. Jedes der magnetischen Erfassungselemente R41 und R43 weist ein erstes Ende auf, das mit dem Stromversorgungsanschluss V4 verbunden ist. Das magnetische Erfassungselement R41 weist ein zweites Ende auf, das mit einem ersten Ende des magnetischen Erfassungselements R42 und dem Ausgangsanschluss E41 verbunden ist. Das magnetische Erfassungselement R43 weist ein zweites Ende auf, das mit einem ersten Ende des magnetischen Erfassungselements R44 und dem Ausgangsanschluss E42 verbunden ist. Jedes der magnetischen Erfassungselemente R42 und R44 weist ein zweites Ende auf, das mit dem Masseanschluss G4 verbunden ist. Eine vorgegebene Spannung wird zwischen dem Stromversorgungsanschluss V4 und dem Masseanschluss G4 angelegt. Der Differenzdetektor 45 weist zwei Eingänge, die mit den Ausgangsanschlüssen E41 und E42 verbunden sind, und einen Ausgang auf. Der Differenzdetektor 45 gibt als das vierte Ausgangssignal S4 ein Signal aus, das der Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E41 und E42 entspricht.
Im ersten und zweiten praktischen Beispiel sind alle magnetischen Erfassungselemente, die in den Wheatstone-Brückenschaltkreisen (nachstehend als Brückenschaltungen bezeichnet) 14, 24, 34 und 44 enthalten sind, magnetoresistive(MR-)Elemente, und genauer Spinventil-MR-Elemente. Die Spinventil-MR-Elemente können TMR-Elemente oder GMR-Elemente sein. GMR- und TMR-Elemente enthalten jeweils eine Schicht mit festliegender Magnetisierung, deren Magnetisierungsrichtung blockiert ist, eine freie Schicht, deren Magnetisierungsrichtung sich je nach der Richtung DM des sich drehenden Magnetfelds MF verändert, und eine nichtmagnetische Schicht, die zwischen der Schicht mit festliegender Magnetisierung und der freien Schicht angeordnet ist. Bei TMR-Elementen ist die nichtmagnetische Schicht eine Tunnelbarrierenschicht. Bei GMR-Elementen ist die nichtmagnetische Schicht eine nichtmagnetische leitfähige Schicht. Sowohl TMR- als auch GMR-Elemente verändern ihren Widerstandswert je nach dem Winkel, den die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht bezüglich der Magnetisierungsrichtung der Schicht mit festliegender Magnetisierung bildet, und weisen einen minimalen Widerstandswert auf, wenn der genannte Winkel 0° beträgt, und einen maximalen Widerstandswert, wenn der genannte Winkel 180° beträgt. In der folgenden Beschreibung sind die in den Brückenschaltungen 14, 24, 34 und 44 enthaltenen magnetischen Erfassungselemente als MR-Elemente bezeichnet. In 3 geben die ausgefüllten Pfeile die Magnetisierungsrichtungen der Schichten mit festliegender Magnetisierung der MR-Elemente an, und die hohlen Pfeile geben die Magnetisierungsrichtungen der freien Schichten der MR-Elemente an.
Im ersten Erfassungsschaltkreis 10 sind die Schichten mit festliegender Magnetisierung der MR-Elemente R11 und R14 in der in 2 gezeigten ersten Richtung D1 (der –X-Richtung) magnetisiert, und die Schichten mit festliegender Magnetisierung der MR-Elemente R12 und R13 sind in der entgegengesetzten Richtung zur Magnetisierungsrichtung der Schichten mit festliegender Magnetisierung der MR-Elemente R11 und R14 magnetisiert. In diesem Fall verändert sich die Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E11 und E12 je nach dem relativen Winkel zwischen der Richtung DM des sich drehenden Magnetfelds MF und der ersten Richtung D1. Auf diese Weise wird das erste Ausgangssignal S1, das auf die Richtung DM des sich drehenden Magnetfelds MF reagiert, durch den ersten Erfassungsschaltkreis 10 erzeugt.
Im zweiten Erfassungsschaltkreis 20 sind die Schichten mit festliegender Magnetisierung der MR-Elemente R21 und R24 in der in 2 gezeigten zweiten Richtung D2 magnetisiert, und die Schichten mit festliegender Magnetisierung der MR-Elemente R22 und R23 sind in der entgegengesetzten Richtung zur Magnetisierungsrichtung der Schichten mit festliegender Magnetisierung der MR-Elemente R21 und R24 magnetisiert. In diesem Fall verändert sich die Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E21 und E22 je nach dem relativen Winkel zwischen der Richtung DM des sich drehenden Magnetfelds MF und der zweiten Richtung D2. Auf diese Weise wird das zweite Ausgangssignal S2, das auf die Richtung DM des sich drehenden Magnetfelds MF reagiert, durch den zweiten Erfassungsschaltkreis 20 erzeugt.
Im dritten Erfassungsschaltkreis 30 sind die Schichten mit festliegender Magnetisierung der MR-Elemente R31 und R34 in der in 2 gezeigten dritten Richtung D3 (der –Y-Richtung) magnetisiert, und die Schichten mit festliegender Magnetisierung der MR-Elemente R32 und R33 sind in der entgegengesetzten Richtung zur Magnetisierungsrichtung der Schichten mit festliegender Magnetisierung der MR-Elemente R31 und R34 magnetisiert. In diesem Fall verändert sich die Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E31 und E32 je nach dem relativen Winkel zwischen der Richtung DM des sich drehenden Magnetfelds MF und der dritten Richtung D3. Auf diese Weise wird das dritte Ausgangssignal S3, das auf die Richtung DM des sich drehenden Magnetfelds MF reagiert, durch den dritten Erfassungsschaltkreis 30 erzeugt.
Im vierten Erfassungsschaltkreis 40 sind die Schichten mit festliegender Magnetisierung der MR-Elemente R41 und R44 in der in 2 gezeigten vierten Richtung D4 magnetisiert, und die Schichten mit festliegender Magnetisierung der MR-Elemente R42 und R43 sind in der entgegengesetzten Richtung zur Magnetisierungsrichtung der Schichten mit festliegender Magnetisierung der MR-Elemente R41 und R44 magnetisiert. In diesem Fall verändert sich die Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E41 und E42 je nach dem relativen Winkel zwischen der Richtung DM des sich drehenden Magnetfelds MF und der vierten Richtung D4. Auf diese Weise wird das vierte Ausgangssignal S4, das auf die Richtung DM des sich drehenden Magnetfelds MF reagiert, durch den vierten Erfassungsschaltkreis 40 erzeugt.
In Anbetracht der Fertigungsgenauigkeit der MR-Elemente und anderer Faktoren können sich die Magnetisierungsrichtungen der Schichten mit festliegender Magnetisierung der Vielzahl von MR-Elementen in den Erfassungsschaltkreisen 10, 20, 30 und 40 leicht von den oben beschriebenen unterscheiden.
Die Brückenschaltungen 14, 24, 34 und 44 können denselben mechanischen Aufbau aufweisen und in derselben Orientierung eingesetzt sein, wobei nur die Magnetisierungsrichtungen der Vielzahl darin enthaltener Schichten mit festliegender Magnetisierung unter den Brückenschaltungen 14, 24, 34 und 44 verändert ist, wie in 3 gezeigt. Alternativ können die Brückenschaltungen 14, 24, 34 und 44, außer dass sie denselben mechanischen Aufbau aufweisen, so angeordnet sein, dass die Magnetisierungen der Vielzahl darin enthaltener Schichten mit festliegender Magnetisierung in derselben relativen Richtung bezüglich des mechanischen Aufbaus liegen. In diesem Fall ermöglicht ein Platzieren der Brückenschaltungen 14, 24, 34 und 44 in zueinander unterschiedlichen Orientierungen, dass die Magnetisierungsrichtungen der Vielzahl darin enthaltener Schichten mit festliegender Magnetisierung unter den Brückenschaltungen 14, 24, 34 und 44 verändert sind, wie in 3 gezeigt.
Ein Beispiel der Anordnung der MR-Elemente ist nun mit Bezug auf 6 beschrieben. 6 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Teil eines in 3 gezeigten MR-Elements im Drehfeldsensor 1 darstellt. In diesem Beispiel enthalten die MR-Elemente eine Vielzahl von unteren Elektroden 142, eine Vielzahl von MR-Schichten 150 und eine Vielzahl von oberen Elektroden 143. Die Vielzahl von unteren Elektroden 142 ist auf einem Substrat (nicht dargestellt) angeordnet. Jede der unteren Elektroden 142 weist eine lange, schlanke Form auf. Jeweils zwei untere Elektroden 142, die in der Längsrichtung der unteren Elektroden 142 aneinander grenzen, weisen eine Lücke dazwischen auf. Wie in 6 gezeigt, sind MR-Schichten 150 auf den oberen Flächen der unteren Elektroden 142 nahe entgegengesetzten Enden in der Längsrichtung vorgesehen. Jede der MR-Schichten 150 enthält eine freie Schicht 151, eine nichtmagnetische Schicht 152, eine Schicht mit festliegender Magnetisierung 153 und eine antiferromagnetische Schicht 154, die in dieser Reihenfolge gestapelt sind, wobei sich die freie Schicht 151 am nächsten zur unteren Elektrode 142 befindet. Die freie Schicht 151 ist elektrisch mit der unteren Elektrode 142 verbunden. Die antiferromagnetische Schicht 154 ist aus einem antiferromagnetischen Material ausgebildet. Die antiferromagnetische Schicht 154 koppelt sich im Austausch mit der Schicht mit festliegender Magnetisierung 153, um die Magnetisierungsrichtung der Schicht mit festliegender Magnetisierung 153 zu blockieren. Die Vielzahl der oberen Elektroden 143 ist über der Vielzahl von MR-Schichten 150 angeordnet. Jede der oberem Elektroden 143 weist eine lange, schlanke Form auf und stellt eine elektrische Verbindung zwischen den jeweiligen antiferromagnetischen Schichten 154 zweier benachbarter MR-Schichten 150 her, die auf zwei unteren Elektroden 142 angeordnet sind, die in der Längsrichtung der unteren Elektroden 142 benachbart sind. Mit einer solchen Anordnung ist die Vielzahl von MR-Schichten 150 in dem in 6 gezeigten MR-Element durch die Vielzahl von unteren Elektroden 142 und die Vielzahl von oberen Elektroden 143 in Reihe geschaltet. Es sollte zu verstehen sein, dass die Schichten 151 bis 154 der MR-Schichten 150 in einer umgekehrten Reihenfolge zu der in 6 gezeigten gestapelt sein können.
Wie in 3 gezeigt, enthält der Drehfeldsensor 1 jedes der ersten und zweiten praktischen Beispiele weiter eine Winkelberechnungseinheit 50. 5 ist ein Blockschaltbild, das die Anordnung der Winkelberechnungseinheit 50 darstellt. Im ersten und zweiten praktischen Beispiel berechnet die Winkelberechnungseinheit 50 vier Winkelwerte. Die Winkelberechnungseinheit 50 enthält einen ersten Winkelberechnungs-Schaltkreis 51, einen zweiten Winkelberechnungs-Schaltkreis 52, einen dritten Winkelberechnungs-Schaltkreis 53 und einen vierten Winkelberechnungs-Schaltkreis 54. Jeder aus den ersten bis vierten Winkelberechnungs-Schaltkreisen 51 bis 54 weist zwei Eingänge und einen Ausgang auf. Die beiden Eingänge des ersten Winkelberechnungs-Schaltkreises 51 sind mit dem Ausgang des Differenzdetektors 15 des ersten Erfassungsschaltkreises 10 und dem Ausgang des Differenzdetektors 25 des zweiten Erfassungsschaltkreises 20 verbunden. Die beiden Eingänge des zweiten Winkelberechnungs-Schaltkreises 52 sind mit dem Ausgang des Differenzdetektors 25 des zweiten Erfassungsschaltkreises 20 und dem Ausgang des Differenzdetektors 35 des dritten Erfassungsschaltkreises 30 verbunden. Die beiden Eingänge des dritten Winkelberechnungs-Schaltkreises 53 sind mit dem Ausgang des Differenzdetektors 35 des dritten Erfassungsschaltkreises 30 und dem Ausgang des Differenzdetektors 45 des vierten Erfassungsschaltkreises 40 verbunden. Die beiden Eingänge des vierten Winkelberechnungs-Schaltkreises 54 sind mit dem Ausgang des Differenzdetektors 45 des vierten Erfassungsschaltkreises 40 und dem Ausgang des Differenzdetektors 15 des ersten Erfassungsschaltkreises 10 verbunden.
Der erste Winkelerfassungs-|Schaltkreis|[A1] 51 enthält Normalisierungsschaltkreise 511, 512, 515 und 516, einen Addierer-Schaltkreis 513, einen Subtrahierer-Schaltkreis 514 und eine Berechnungseinheit 517. Jeder der Normalisierungsschaltkreise 511, 512, 515 und 516 weist einen Eingang und einen Ausgang auf. Jeder aus dem Addierer-Schaltkreis 513, dem Subtrahierer-Schaltkreis 514 und der Berechnungseinheit 517 weist zwei Eingänge und einen Ausgang auf. Die beiden Eingänge des ersten Winkelberechnungs-Schaltkreises 51 sind durch die jeweiligen Eingänge der Normalisierungsschaltkreise 511 und 512 gebildet. Somit sind die jeweiligen Eingänge der Normalisierungsschaltkreise 511 und 512 mit den jeweiligen Ausgängen der Differenzdetektoren 15 und 25 verbunden. Die beiden Eingänge des Addierer-Schaltkreises 513 sind mit den jeweiligen Ausgängen der Normalisierungsschaltkreise 511 und 512 verbunden. Die beiden Eingänge des Subtrahierer-Schaltkreises 514 sind auch mit den jeweiligen Ausgängen der Normalisierungsschaltkreise 511 und 512 verbunden. Der Eingang des Normalisierungsschaltkreises 515 ist mit dem Ausgang des Addierer-Schaltkreises 513 verbunden. Der Eingang des Normalisierungsschaltkreises 516 ist mit dem Ausgang des Subtrahierer-Schaltkreises 514 verbunden. Die beiden Eingänge der Berechnungseinheit 517 sind mit den jeweiligen Ausgängen der Normalisierungsschaltkreise 515 und 516 verbunden. Der Ausgang des ersten Winkelberechnungs-Schaltkreises 51 ist durch den Ausgang der Berechnungseinheit 517 gebildet.
Die zweiten bis vierten Winkelberechnungs-Schaltkreise 52 bis 54 sind auf dieselbe Weise gestaltet wie der erste Winkelberechnungs-Schaltkreis 51. Genauer enthält der zweite Winkelberechnungs-Schaltkreis 52 Normalisierungsschaltkreise 521, 522, 525 und 526, einen Addierer-Schaltkreis 523, einen Subtrahierer-Schaltkreis 524 und eine Berechnungseinheit 527. Jeder der Normalisierungsschaltkreise 521, 522, 525 und 526 weist einen Eingang und einen Ausgang auf. Jeder aus dem Addierer-Schaltkreis 523, dem Subtrahierer-Schaltkreis 524 und der Berechnungseinheit 527 weist zwei Eingänge und einen Ausgang auf. Die beiden Eingänge des zweiten Winkelberechnungs-Schaltkreises 52 sind durch die jeweiligen Eingänge der Normalisierungsschaltkreise 521 und 522 gebildet. Somit sind die jeweiligen Eingänge der Normalisierungsschaltkreise 521 und 522 mit den jeweiligen Ausgängen der Differenzdetektoren 25 und 35 verbunden. Die beiden Eingänge des Addierer-Schaltkreises 523 sind mit den jeweiligen Ausgängen der Normalisierungsschaltkreise 521 und 522 verbunden. Die beiden Eingänge des Subtrahierer-Schaltkreises 524 sind auch mit den jeweiligen Ausgängen der Normalisierungsschaltkreise 521 und 522 verbunden. Der Eingang des Normalisierungsschaltkreises 525 ist mit dem Ausgang des Addierer-Schaltkreises 523 verbunden. Der Eingang des Normalisierungsschaltkreises 526 ist mit dem Ausgang des Subtrahierer-Schaltkreises 524 verbunden. Die beiden Eingänge der Berechnungseinheit 527 sind mit den jeweiligen Ausgängen der Normalisierungsschaltkreise 525 und 526 verbunden. Der Ausgang des zweiten Winkelberechnungs-Schaltkreises 52 ist durch den Ausgang der Berechnungseinheit 527 gebildet.
Der dritte Winkelberechnungs-Schaltkreis 53 enthält Normalisierungsschaltkreise 531, 532, 535 und 536, einen Addierer-Schaltkreis 533, einen Subtrahierer-Schaltkreis 534 und eine Berechnungseinheit 537. Jeder der Normalisierungsschaltkreise 531, 532, 535 und 536 weist einen Eingang und einen Ausgang auf. Jeder aus dem Addierer-Schaltkreis 533, dem Subtrahierer-Schaltkreis 534 und der Berechnungseinheit 537 weist zwei Eingänge und einen Ausgang auf. Die beiden Eingänge des dritten Winkelberechnungs-Schaltkreises 53 sind durch die jeweiligen Eingänge der Normalisierungsschaltkreise 531 und 532 gebildet. Somit sind die jeweiligen Eingänge der Normalisierungsschaltkreise 531 und 532 mit den jeweiligen Ausgängen der Differenzdetektoren 35 und 45 verbunden. Die beiden Eingänge des Addierer-Schaltkreises 533 sind mit den jeweiligen Ausgängen der Normalisierungsschaltkreise 531 und 532 verbunden. Die beiden Eingänge des Subtrahierer-Schaltkreises 534 sind auch mit den jeweiligen Ausgängen der Normalisierungsschaltkreise 531 und 532 verbunden. Der Eingang des Normalisierungsschaltkreises 535 ist mit dem Ausgang des Addierer-Schaltkreises 533 verbunden. Der Eingang des Normalisierungsschaltkreises 536 ist mit dem Ausgang des Subtrahierer-Schaltkreises 534 verbunden. Die beiden Eingänge der Berechnungseinheit 537 sind mit den jeweiligen Ausgängen der Normalisierungsschaltkreise 535 und 536 verbunden. Der Ausgang des dritten Winkelberechnungs-Schaltkreises 53 ist durch den Ausgang der Berechnungseinheit 537 gebildet.
Der vierte Winkelberechnungs-Schaltkreis 54 enthält Normalisierungsschaltkreise 541, 542, 545 und 546, einen Addierer-Schaltkreis 543, einen Subtrahierer-Schaltkreis 544 und eine Berechnungseinheit 547. Jeder der Normalisierungsschaltkreise 541, 542, 545 und 546 weist einen Eingang und einen Ausgang auf. Jeder aus dem Addierer-Schaltkreis 543, dem Subtrahierer-Schaltkreis 544 und der Berechnungseinheit 547 weist zwei Eingänge und einen Ausgang auf. Die beiden Eingänge des vierten Winkelberechnungs-Schaltkreises 54 sind durch die jeweiligen Eingänge der Normalisierungsschaltkreise 541 und 542 gebildet. Somit sind die jeweiligen Eingänge der Normalisierungsschaltkreise 541 und 542 mit den jeweiligen Ausgängen der Differenzdetektoren 45 und 15 verbunden. Die beiden Eingänge des Addierer-Schaltkreises 543 sind mit den jeweiligen Ausgängen der Normalisierungsschaltkreise 541 und 542 verbunden. Die beiden Eingänge des Subtrahierer-Schaltkreises 544 sind auch mit den jeweiligen Ausgängen der Normalisierungsschaltkreise 541 und 542 verbunden. Der Eingang des Normalisierungsschaltkreises 545 ist mit dem Ausgang des Addierer-Schaltkreises 543 verbunden. Der Eingang des Normalisierungsschaltkreises 546 ist mit dem Ausgang des Subtrahierer-Schaltkreises 544 verbunden. Die beiden Eingänge der Berechnungseinheit 547 sind mit den jeweiligen Ausgängen der Normalisierungsschaltkreise 545 und 546 verbunden. Der Ausgang des vierten Winkelberechnungs-Schaltkreises 54 ist durch den Ausgang der Berechnungseinheit 547 gebildet.
Die ersten bis vierten Winkelberechnungs-Schaltkreise 51, 52, 53 und 54 berechnen Winkelwerte θs1, θs2, θs3 bzw. θs4. Jeder der Winkelwerte θs1, θs2, θs3 und θs4 weist eine Entsprechungsbeziehung mit dem Winkel θ auf. Wie die Winkelwerte θs1 bis θs4 berechnet werden, ist weiter unten beschrieben.
4 ist ein Schaltbild, das den Drehfeldsensor 1 ausschließlich der Erfassungsschaltkreise 10, 20, 30 und 40 und der Winkelberechnungseinheit 50 darstellt. Wie in 4 gezeigt, enthält der Drehfeldsensor 1 jedes der ersten und zweiten praktischen Beispiele weiter eine Steuereinheit 60. Die Steuereinheit 60 entspricht sowohl der Winkelbestimmungseinheit des Drehfeldsensors 1 im ersten Modus als auch der Ausfallerfassungseinheit des Drehfeldsensors r im zweiten Modus. Die Steuereinheit 60 enthält eine Winkeldifferenz-Berechnungseinheit 61, eine Bestimmungseinheit 62 und eine Winkelausgabeeinheit 63. Die Bestimmungseinheit 62 entspricht sowohl der Bestimmungseinheit des Drehfeldsensors 1 im ersten Modus als auch der Ausfallerfassungseinheit des Drehfeldsensors 1 im zweiten Modus.
Im ersten und zweiten praktischen Beispiel berechnet die Winkeldifferenz-Berechnungseinheit 61 vier Winkeldifferenzen für jeweilige vier Winkelwertpaare. Die Winkeldifferenz-Berechnungseinheit 61 enthält einen ersten Subtrahierer-Schaltkreis 61A, einen zweiten Subtrahierer-Schaltkreis 61B, einen dritten Subtrahierer-Schaltkreis 61C und einen vierten Subtrahierer-Schaltkreis 61D. Jeder aus den ersten bis vierten Subtrahierer-Schaltkreisen 61A bis 61D weist zwei Eingänge und einen Ausgang auf. Die Bestimmungseinheit 62 weist vier Eingänge auf. Die Winkelausgabeeinheit 63 weist vier Eingänge und einen Ausgang auf.
Die beiden Eingänge des ersten Subtrahierer-Schaltkreises 61A sind mit dem Ausgang des ersten Winkelberechnungs-Schaltkreises 51 (dem Ausgang der Berechnungseinheit 517) und dem Ausgang des zweiten Winkelberechnungs-Schaltkreises 52 (dem Ausgang der Berechnungseinheit 527) verbunden. Die beiden Eingänge des zweiten Subtrahierer-Schaltkreises 61B sind mit dem Ausgang des zweiten Winkelberechnungs-Schaltkreises 52 (dem Ausgang der Berechnungseinheit 527) und dem Ausgang des dritten Winkelberechnungs-Schaltkreises 53 (dem Ausgang der Berechnungseinheit 537) verbunden. Die beiden Eingänge des dritten Subtrahierer-Schaltkreises 61C sind mit dem Ausgang des dritten Winkelberechnungs-Schaltkreises 53 (dem Ausgang der Berechnungseinheit 537) und dem Ausgang des vierten Winkelberechnungs-Schaltkreises 54 (dem Ausgang der Berechnungseinheit 547) verbunden. Die beiden Eingänge des vierten Subtrahierer-Schaltkreises 61D sind mit dem Ausgang des vierten Winkelberechnungs-Schaltkreises 54 (dem Ausgang der Berechnungseinheit 547) und dem Ausgang des ersten Winkelberechnungs-Schaltkreises 51 (dem Ausgang der Berechnungseinheit 517) verbunden.
Die vier Eingänge der Bestimmungseinheit 62 sind mit den jeweiligen Ausgängen der ersten bis vierten Subtrahierer-Schaltkreise 61A bis 61D verbunden. Die vier Eingänge der Winkelausgabeeinheit 63 sind mit den jeweiligen Ausgängen der ersten bis vierten Winkelberechnungs-Schaltkreise 51 bis 54 (den jeweiligen Ausgängen der Berechnungseinheiten 517, 527, 537 und 547) verbunden.
Der erste Subtrahierer-Schaltkreis 61A berechnet eine Winkeldifferenz θA, die eine Differenz (θs1 – θs2) zwischen zwei Winkelwerten θs1 und θs2 ist, aus denen ein Winkelwertpaar (θs1, θs2) besteht. Der zweite Subtrahierer-Schaltkreis 61B berechnet eine Winkeldifferenz θB, die eine Differenz (θs2 – θs3) zwischen zwei Winkelwerten θs2 und θs3 ist, aus denen ein Winkelwertpaar (θs2, θs3) besteht. Der dritte Subtrahierer-Schaltkreis 61C berechnet eine Winkeldifferenz θC, die eine Differenz (θs3 – θs4) zwischen zwei Winkelwerten θs3 und θs4 ist, aus denen ein Winkelwertpaar (θs3, θs4) besteht. Der vierte Subtrahierer-Schaltkreis 61D berechnet eine Winkeldifferenz θD, die eine Differenz (θs4 – θs1) zwischen zwei Winkelwerten θs4 und θs1 ist, aus denen ein Winkelwertpaar (θs4, θs1) besteht.
Die Bestimmungseinheit 62 arbeitet im ersten und zweiten praktischen Beispiel unterschiedlich, wie folgt. Im ersten praktischen Beispiel extrahiert die Bestimmungseinheit 62 eine Vielzahl korrekter Winkelwerte durch Verwendung der vier Winkeldifferenzen θA bis θD. Im zweiten praktischen Beispiel erkennt die Bestimmungseinheit 62 einen ausgefallenen Erfassungsschaltkreis auf Grundlage der vier Winkeldifferenzen θA bis θD. Die Arbeitsgänge der Bestimmungseinheit 62 sind weiter unten genau beschrieben.
Die Winkelausgabeeinheit 63 wird durch die Bestimmungseinheit 62 gesteuert, den Winkelerfassungswert θs zu bestimmen und aus dem Ausgang auszugeben. Die Bestimmungseinheit 62 und die Winkelausgabeeinheit 63 können beispielsweise durch einen einzigen Mikrocomputer ausgeführt sein. In einem solchen Fall sind die Bestimmungseinheit 62 und die Winkelausgabeeinheit 63 durch Software ausgeführt, nicht durch physisch getrennte Elemente. Wie die Winkelausgabeeinheit 63 den Winkelerfassungswert θs bestimmt, ist weiter unten beschrieben.
Die Arbeitsgänge der Winkelberechnungseinheit 50 und der Steuereinheit 60 sowie die Winkelbestimmungsverfahren des ersten und des zweiten praktischen Beispiels sind nun beschrieben. Das Winkelbestimmungsverfahren des ersten praktischen Beispiels verwendet den Drehfeldsensor 1 des ersten praktischen Beispiels. Das Winkelbestimmungsverfahren des ersten praktischen Beispiels entspricht dem Winkelbestimmungsverfahren im oben beschriebenen ersten Modus und erfüllt die vorstehenden Bedingungen 1 bis 4. Das Winkelbestimmungsverfahren des zweiten praktischen Beispiels verwendet den Drehfeldsensor 1 des zweiten praktischen Beispiels. Das Winkelbestimmungsverfahren des zweiten praktischen Beispiels entspricht dem Winkelbestimmungsverfahren im oben beschriebenen zweiten Modus und erfüllt die vorstehenden Bedingungen 1 bis 6. 7 ist ein Flussdiagramm, das das Winkelbestimmungsverfahren des ersten praktischen Beispiels darstellt. 8 ist ein Flussdiagramm, das das Winkelbestimmungsverfahren des zweiten praktischen Beispiels darstellt. Die Winkelbestimmungsverfahren des ersten und zweiten praktischen Beispiels enthalten beide einen ersten Schritt S101 und einen zweiten Schritt S102, die nachstehend beschrieben sind.
Im ersten Schritt S101 berechnet die Winkelberechnungseinheit 50 vier Winkelwerte θs1 bis θs4 entsprechend vier Gruppen, die jeweils aus zwei Erfassungsschaltkreisen bestehen, ausgewählt aus den vier Erfassungsschaltkreisen 10, 20, 30 und 40. Jeder der vier Winkelwerte θs1 bis θs4 weist eine Entsprechungsbeziehung mit dem Winkelerfassungswert θs auf. Jeder der vier Erfassungsschaltkreise 10, 20, 30 und 40 wird verwendet, mindestens eine und nicht mehr als zwei der vier Gruppen zu bilden. Bei dem ersten und zweiten praktischen Beispiel wird jeder der vier Erfassungsschaltkreise 10, 20, 30 und 40 verwendet, um insbesondere zwei der vier Gruppen zu bilden.
Nun ist ein bestimmtes Beispiel eines Verfahrens zum Berechnen der vier Winkelwerte θs1 bis θs4 beschrieben. In diesem Beispiel wird jeder der vier Winkelwerte θs1 bis θs4 auf Grundlage von zwei Ausgangssignalen der beiden Erfassungsschaltkreise berechnet, aus denen eine entsprechende der vier Gruppen besteht, wie nachstehend beschrieben. Der Winkelwert θs1 ist ein für eine erste, aus dem ersten und dem zweiten Erfassungsschaltkreis 10 und 20 bestehende Gruppe berechneter Winkelwert. Der Winkelwert θs1 wird durch den ersten Winkelberechnungs-Schaltkreis 51 auf Grundlage des ersten und des zweiten Ausgangssignals S1 und S2 berechnet. Der Winkelwert θs2 ist ein für eine zweite, aus dem zweiten und dem dritten Erfassungsschaltkreis 20 und 30 bestehende Gruppe berechneter Winkelwert. Der Winkelwert θs2 wird durch den zweiten Winkelberechnungs-Schaltkreis 52 auf Grundlage des zweiten und des dritten Ausgangssignals S2 und S3 berechnet. Der Winkelwert θs3 ist ein für eine dritte, aus dem dritten und dem vierten Erfassungsschaltkreis 30 und 40 bestehende Gruppe berechneter Winkelwert. Der Winkelwert θs3 wird durch den dritten Winkelberechnungs-Schaltkreis 53 auf Grundlage des dritten und des vierten Ausgangssignals S3 und S4 berechnet. Der Winkelwert θs4 ist ein für eine vierte, aus dem vierten und dem ersten Erfassungsschaltkreis 40 und 10 bestehende Gruppe berechneter Winkelwert. Der Winkelwert θs4 wird durch den vierten Winkelberechnungs-Schaltkreis 54 auf Grundlage des vierten und des ersten Ausgangssignals S4 und S1 berechnet.
Im zweiten Schritt S102 bestimmt die Steuereinheit 60 den Winkelerfassungswert θs durch Verwendung der vier Winkelwerte θs1 bis θs4. Wie in 7 gezeigt, enthält der zweite Schritt S102 des Winkelbestimmungsverfahrens des ersten praktischen Beispiels die Schritte S102A, S102B und S102C. Schritt S102A besteht darin, vier Winkeldifferenzen θA bis θD für die jeweiligen vier Winkelwertpaare zu berechnen, von denen jedes aus zwei Winkelwerten besteht, die aus den vier Winkelwerten θs1 bis θs4 gewählt sind, wobei jede der vier Winkeldifferenzen θA bis θD eine Differenz zwischen den beiden Winkelwerten ist, aus denen ein entsprechendes der mindestens vier Winkelwertpaare besteht. Schritt S102B besteht darin, eine Vielzahl korrekter Winkelwerte durch Verwendung der vier Winkeldifferenzen θA bis θD zu extrahieren. Schritt S102C besteht darin, den Winkelerfassungswert θs auf Grundlage mindestens eines aus der Vielzahl korrekter Winkelwerte zu bestimmen, die in Schritt S102B extrahiert wurden. Wenn in Schritt S102B einer der vier Erfassungsschaltkreise ausfällt, wird eine Vielzahl korrekter Winkelwerte, die einer Vielzahl von Gruppen entsprechen, die nicht den ausgefallenen Erfassungsschaltkreis enthalten, aus den vier Winkelwerten θs1 bis θs4 extrahiert. Weiter werden in Schritt S102B eine oder mehrere Winkeldifferenzen, die in einen vorgegebenen Bereich fallen, aus den vier Winkeldifferenzen θA bis θD extrahiert, und eine Vielzahl von Winkelwerten, aus denen ein oder mehr Winkelwertpaare bestehen, die der extrahierten einen oder den mehreren Winkeldifferenzen entsprechen, wird als die Vielzahl korrekter Winkelwerte bestimmt. Jeder der vier Winkelwerte θs1 bis θs4 wird benutzt, um mindestens zwei der vier Winkelwertpaare zu bilden. Schritt S102A wird durch die Winkeldifferenz-Berechnungseinheit 61 durchgeführt. Schritt S102B wird durch die Bestimmungseinheit 62 durchgeführt. Schritt S102C wird durch die Winkelausgabeeinheit 63 durchgeführt.
Wie in 8 gezeigt, enthält der zweite Schritt S102 des Winkelbestimmungsverfahrens des zweiten praktischen Beispiels die Schritte S102D, S102E und S102F. Schritt S102D besteht darin, die vier Winkeldifferenzen θA bis θD zu berechnen, wobei er derselbe ist wie der vorhergehende Schritt S102A. Schritt S102E besteht darin, einen ausgefallenen Erfassungsschaltkreis auf Grundlage der vier Winkeldifferenzen θA bis θD zu erkennen. Schritt S102F besteht darin, den Winkelerfassungswert θs zu bestimmen. Jeder der vier Winkelwerte θs1 bis θs4 wird benutzt, um mindestens zwei der vier Winkelwertpaare zu bilden. In Schritt S102E werden alle Winkeldifferenzen, die in einen vorgegebenen Bereich fallen, aus den vier Winkeldifferenzen extrahiert, und alle Winkelwerte, die in keinem aus allen Winkelwertpaaren enthalten sind, die allen der extrahierten Winkeldifferenzen entsprechen, werden als alle inkorrekten Winkelwerte bestimmt. Auf solche Weise werden, wenn einer der vier Erfassungsschaltkreise ausfällt, alle inkorrekten Winkelwerte, die allen Gruppen entsprechen, die den ausgefallenen Erfassungsschaltkreis enthalten, aus den vier Winkelwerten θs1 bis θs4 extrahiert. Weiter wird in Schritt S102E ein Erfassungsschaltkreis, der in allen Gruppen enthalten ist, die allen inkorrekten Winkelwerten entsprechen, und in keiner der Gruppen enthalten ist, die beliebigen Winkelwerten außer allen Inkorrekten Winkelwerten entsprechen, als der ausgefallene Erfassungsschaltkreis erkannt. In Schritt S102F wird der Winkelerfassungswert θs auf Grundlage eines oder mehrerer Winkelwerte außer allen in Schritt S102E extrahierten inkorrekten Winkelwerten bestimmt. Schritt S102D wird durch die Winkeldifferenz-Berechnungseinheit 61 durchgeführt. Schritt S102E wird durch die Bestimmungseinheit 62 durchgeführt. Schritt S102F wird durch die Winkelausgabeeinheit 63 durchgeführt.
Nun ist ein bestimmtes Beispiel der vier Winkelwertpaare und der vier Winkeldifferenzen beschrieben. In diesem Beispiel ist die Winkeldifferenz θA eine für ein Winkelwertpaar berechnete Winkeldifferenz, welches aus zwei Winkelwerten θs1 und θs2 besteht. Die Winkeldifferenz θB ist eine für ein Winkelwertpaar berechnete Winkeldifferenz, welches aus zwei Winkelwerten θs2 und θs3 besteht. Die Winkeldifferenz θC ist eine für ein Winkelwertpaar berechnete Winkeldifferenz, welches aus zwei Winkelwerten θs3 und θs4 besteht. Die Winkeldifferenz θD ist eine für ein Winkelwertpaar berechnete Winkeldifferenz, welches aus zwei Winkelwerten θs4 und θs1 besteht.
Wie die Winkelwerte θs1 bis θs4 in der Winkelberechnungseinheit 50 im ersten Schritt S101 berechnet werden, ist nun mit Bezug auf 5 beschrieben. In der folgenden Beschreibung sei angenommen, keiner der Erfassungsschaltkreise 10, 20, 30 und 40 falle aus. Der erste Winkelberechnungs-Schaltkreis 51 berechnet den Winkelwert θs1 auf folgende Weise. Der Normalisierungsschaltkreis 511 gibt ein Signal, das durch Normalisieren des ersten Ausgangssignals S1 erhalten ist, an den Addierer-Schaltkreis 513 und den Subtrahierer-Schaltkreis 514 aus. Der Normalisierungsschaltkreis 512 gibt ein Signal, das durch Normalisieren des zweiten Ausgangssignals S2 erhalten ist, an den Addierer-Schaltkreis 513 und den Subtrahierer-Schaltkreis 514 aus. Die Normalisierungsschaltkreise 511 und 512 normalisieren die Ausgangssignale S1 bzw. S2 derart, dass die Ausgangssignale S1 und S2 beide einen Maximalwert von 1 und einen Minimalwert von –1 aufweisen. Der Absolutwert der Phasendifferenz zwischen dem ersten Ausgangssignal S1 und dem zweiten Ausgangssignal S2 beträgt 45° (π/4). Somit wird das normalisierte Signal des ersten Ausgangssignals S1 als cosθ ausgedrückt, und das normalisierte Signal des zweiten Ausgangssignals S2 wird als cos(θ – π/4) ausgedrückt.
Der Addierer-Schaltkreis 513 erzeugt ein Additionssignal durch eine Berechnung, die ein Bestimmen der Summe des normalisierten Signals cosθ des ersten Ausgangssignals S1 und des normalisierten Signals cos(θ – π/4) des zweiten Ausgangssignals S2 enthält. Die Formulierung „eine Berechnung, die ein Bestimmen der Summe des normalisierten Signals cosθ des ersten Ausgangssignals S1 und des normalisierten Signals cos(θ – π/4) des zweiten Ausgangssignals S2 enthält” bedeutet, dass die Berechnung nicht nur ein Bestimmen der Summe der normalisierten Signale cosθ und cos(θ – π/4) enthalten kann, sondern auch danach ein Multiplizieren der Summe mit einem vorgegebenen Koeffizienten oder ein Addieren/Subtrahieren eines vorgegebenen Werts zu/von der Summe zum Zweck der Normalisierung oder dergleichen. Dies gilt auch für andere, ähnliche Formulierungen.
Der Subtrahierer-Schaltkreis 514 erzeugt ein Subtraktionssignal durch eine Berechnung, die ein Bestimmen einer Differenz zwischen dem normalisierten Signal cosθ des ersten Ausgangssignals S1 und dem normalisierten Signal cos(θ – π/4) des zweiten Ausgangssignals S2 enthält. Der Normalisierungsschaltkreis 512 gibt ein Signal S11, das durch Normalisieren des Additionssignals erhalten wird, an die Berechnungseinheit 517 aus. Der Normalisierungsschaltkreis 516 gibt ein Signal S12, das durch Normalisieren des Subtraktionssignals erhalten wird, an die Berechnungseinheit 517 aus. Die Normalisierungsschaltkreise 515 und 516 normalisieren das Additionssignal bzw. das Subtraktionssignal derart, dass das Additionssignal und das Subtraktionssignal beide einen Maximalwert von 1 und einen Minimalwert von –1 aufweisen. In diesem Fall beträgt das Signal S11 cos(θ – π/8), und das Signal S12 beträgt sin(θ – π/8).
Die Berechnungseinheit 517 berechnet den Winkelwert θs1 auf Grundlage der Signale S11 und S12. Hier ist θ – π/8 als θp1 ausgedrückt. Die Beziehung θs1 = θp1 + π/8 gilt zwischen θs1 und θp1. Die Berechnungseinheit 517 berechnet θs1 nach nachstehender Gleichung (1). Zu beachten ist, dass „atan” für Arkustangens steht. θs1 = θp1 + π/8 = atan(S12/S11) + π/8 = atan(sinθp1/cosθp1) + π/8 (1)
Der Ausdruck „atan(sinθp1/cosθp1)” von Gleichung (1) stellt die Arkustangens-Berechnung zum Bestimmen von θp1 dar. Für θp1 im Bereich von 0° bis weniger als 360° gibt es in Gleichung (1) zwei Lösungen von θp1 mit einer Differenz des Wertes von 180°. Welche der beiden Lösungen von Gleichung (1) der wahre Wert von θp1 ist, kann aus der Kombination positiver und negativer Vorzeichen bei S11 und S12 bestimmt werden. Genauer liegt, wenn der Wert von S11 positiv ist, θp1 zwischen 0° (inklusive) und 90° (exklusive) und zwischen 270° (exklusive) und 360° (inklusive). Wenn der Wert von S11 negativ ist, ist θp1 größer als 90° und kleiner als 270°. Wenn der Wert von S12 positiv ist, ist θp1 größer als 0° und kleiner als 180°. Wenn der Wert von S12 negativ ist, ist θp1 größer als 180° und kleiner als 360°. Unter Verwendung von Gleichung (1) und auf Grundlage der vorstehenden Bestimmung aus der Kombination positiver und negativer Vorzeichen bei S11 und S12 bestimmt die Berechnungseinheit 517 θp1 im Bereich von 0° bis weniger als 360°.
Die zweiten bis vierten Winkelberechnungs-Schaltkreise 52 bis 54 berechnen jeweils die Winkelwerte θs2 bis θs4 grundsätzlich auf dieselbe Weise, wie der erste Winkelberechnungs-Schaltkreis 51 den Winkelwert θs1 berechnet. Genauer gibt im zweiten Winkelberechnungs-Schaltkreis 52 der Normalisierungsschaltkreis 521, wie der Normalisierungsschaltkreis 511, ein Signal, das durch Normalisieren des zweiten Ausgangssignals S2 erhalten ist, an den Addierer-Schaltkreis 523 und den Subtrahierer-Schaltkreis 524 aus. Der Normalisierungsschaltkreis 522 gibt, wie der Normalisierungsschaltkreis 512, ein Signal, das durch Normalisieren des dritten Ausgangssignals S3 erhalten ist, an den Addierer-Schaltkreis 523 und den Subtrahierer-Schaltkreis 524 aus. Der Absolutwert der Phasendifferenz zwischen dem ersten Ausgangssignal S1 und dem dritten Ausgangssignal S3 beträgt 90° (π/2). Somit ist das normalisierte Signal des dritten Ausgangssignals S3 als cos(θ – π/2) ausgedrückt.
Der Addierer-Schaltkreis 523 erzeugt ein Additionssignal durch eine Berechnung, die ein Bestimmen der Summe des normalisierten Signals cos(θ – π/4) des zweiten Ausgangssignals S2 und des normalisierten Signals cos(θ – π/2) des dritten Ausgangssignals S3 enthält. Der Subtrahierer-Schaltkreis 524 erzeugt ein Subtraktionssignal durch eine Berechnung, die ein Bestimmen einer Differenz zwischen dem normalisierten Signal cos(θ – π/4) des zweiten Ausgangssignals S2 und dem normalisierten Signal cos(θ – π/2) des dritten Ausgangssignals S3 enthält. Der Normalisierungsschaltkreis 525 gibt, wie der Normalisierungsschaltkreis 515, ein Signal S21, das durch Normalisieren des Additionssignals erhalten wird, an die Berechnungseinheit 527 aus. Der Normalisierungsschaltkreis 526 gibt, wie der Normalisierungsschaltkreis 516, ein Signal S22, das durch Normalisieren des Subtraktionssignals erhalten wird, an die Berechnungseinheit 527 aus. In diesem Fall beträgt das Signal S21 cos(θ – 3π/8), und das Signal S22 beträgt sin(θ – 3π/8).
Die Berechnungseinheit 527 berechnet den Winkelwert θs2 auf Grundlage der Signale S21 und S22. Hier ist θ – 3π/8 als θp2 ausgedrückt. Die Beziehung θs2 = θp2 + 3π/8 gilt zwischen θs2 und θp2. Die Berechnungseinheit 527 berechnet θs2 nach nachstehender Gleichung (2). θs2 = θp2 + 3π/8 = atan(S22/S21) + 3π/8 = atan(sinθp2/cosθp2) + 3π/8 (2)
Der Ausdruck „atan(sinθp2/cosθp2)” von Gleichung (2) stellt die Arkustangens-Berechnung zum Bestimmen von θp2 dar. Wie die Berechnungseinheit 517 bestimmt die Berechnungseinheit 527 θp2 im Bereich von 0° bis weniger als 360° unter Verwendung von Gleichung (2) und auf Grundlage der vorstehenden Bestimmung aus der Kombination positiver und negativer Vorzeichen bei S21 und S22.
Im dritten Winkelberechnungs-Schaltkreis 53 gibt der Normalisierungsschaltkreis 531, wie der Normalisierungsschaltkreis 511, ein Signal, das durch Normalisieren des dritten Ausgangssignals S3 erhalten wird, an den Addierer-Schaltkreis 533 und den Subtrahierer-Schaltkreis 534 aus. Der Normalisierungsschaltkreis 532 gibt, wie der Normalisierungsschaltkreis 512, ein Signal, das durch Normalisieren des vierten Ausgangssignals S4 erhalten wird, an den Addierer-Schaltkreis 533 und den Subtrahierer-Schaltkreis 534 aus. Der Absolutwert der Phasendifferenz zwischen dem ersten Ausgangssignal S1 und dem vierten Ausgangssignal S4 beträgt 135° (3π/4). Somit ist das normalisierte Signal des vierten Ausgangssignals S4 als cos(θ – 3π/4) ausgedrückt.
Der Addierer-Schaltkreis 533 erzeugt ein Additionssignal durch eine Berechnung, die ein Bestimmen der Summe des normalisierten Signals cos(θ – π/2) des dritten Ausgangssignals S3 und des normalisierten Signals cos(θ – 3π/4) des vierten Ausgangssignals S4 enthält. Der Subtrahierer-Schaltkreis 534 erzeugt ein Subtraktionssignal durch eine Berechnung, die ein Bestimmen einer Differenz zwischen dem normalisierten Signal cos(θ – π/2) des dritten Ausgangssignals S3 und dem normalisierten Signal cos(θ – 3π/4) des vierten Ausgangssignals S4 enthält. Der Normalisierungsschaltkreis 535 gibt, wie der Normalisierungsschaltkreis 515, ein Signal S31, das durch Normalisieren des Additionssignals erhalten wird, an die Berechnungseinheit 537 aus. Der Normalisierungsschaltkreis 536 gibt, wie der Normalisierungsschaltkreis 516, ein Signal S32, das durch Normalisieren des Subtraktionssignals erhalten wird, an die Berechnungseinheit 537 aus. In diesem Fall beträgt das Signal S31 cos(θ – 5π/8), und das Signal S32 beträgt sin(θ – 5π/8).
Die Berechnungseinheit 537 berechnet den Winkelwert θs3 auf Grundlage der Signale S31 und S32. Hier ist θ – 5π/8 als θp3 ausgedrückt. Die Beziehung θs3 = θp3 + 5π/8 gilt zwischen θs3 und θp3. Die Berechnungseinheit 537 berechnet θs3 nach nachstehender Gleichung (3). θs3 = θp3 + 5π/8 = atan(S32/S31) + 5π/8 = atan(sinθp3/cosθp3) + 5π/8 (3)
Der Ausdruck „atan(sinθp3/cosθp3)” von Gleichung (3) stellt die Arkustangens-Berechnung zum Bestimmen von θp3 dar. Wie die Berechnungseinheit 517 bestimmt die Berechnungseinheit 537 θp3 im Bereich von 0° bis weniger als 360° unter Verwendung von Gleichung (3) und auf Grundlage der vorstehenden Bestimmung aus der Kombination positiver und negativer Vorzeichen bei S31 und S32.
Im vierten Winkelberechnungs-Schaltkreis 54 gibt der Normalisierungsschaltkreis 541, wie der Normalisierungsschaltkreis 511, ein Signal, das durch Normalisieren des vierten Ausgangssignals S4 erhalten wird, an den Addierer-Schaltkreis 543 und den Subtrahierer-Schaltkreis 544 aus. Der Normalisierungsschaltkreis 542 gibt, wie der Normalisierungsschaltkreis 512, ein Signal, das durch Normalisieren des ersten Ausgangssignals 51 erhalten wird, an den Addierer-Schaltkreis 543 und den Subtrahierer-Schaltkreis 544 aus.
Der Addierer-Schaltkreis 543 erzeugt ein Additionssignal durch eine Berechnung, die ein Bestimmen der Summe des normalisierten Signals cosθ – 3π/4) des vierten Ausgangssignals S4 und des normalisierten Signals cosθ des ersten Ausgangssignals 51 enthält. Der Subtrahierer-Schaltkreis 544 erzeugt ein Subtraktionssignal durch eine Berechnung, die ein Bestimmen einer Differenz zwischen dem normalisierten Signal cosθ – 3π/4) des vierten Ausgangssignals S4 und dem normalisierten Signal cosθ des ersten Ausgangssignals S1 enthält. Der Normalisierungsschaltkreis 545 gibt, wie der Normalisierungsschaltkreis 515, ein Signal S41, das durch Normalisieren des Additionssignals erhalten wird, an die Berechnungseinheit 547 aus. Der Normalisierungsschaltkreis 546 gibt, wie der Normalisierungsschaltkreis 516, ein Signal S42, das durch Normalisieren des Subtraktionssignals erhalten wird, an die Berechnungseinheit 547 aus. In diesem Fall beträgt das Signal S41 –sin(θ – 7π/8), und das Signal S42 beträgt –cos(θ – 7π/8).
Die Berechnungseinheit 547 berechnet den Winkelwert θs4 auf Grundlage der Signale S41 und S42. Hier ist θ – 7π/8 als θp4 ausgedrückt. Die Beziehung θs4 = θp4 + 7π/8 gilt zwischen θs4 und θp4. Die Berechnungseinheit 547 berechnet θs4 nach nachstehender Gleichung (4). θs4 = θp4 + 7π/8 = atan(S41/S42) + 7π/8 = atan(sinθp4/cosθp4) + 7π/8 (4)
Der Ausdruck „atan(sinθp4/cosθp4)” von Gleichung (4) stellt die Arkustangens-Berechnung zum Bestimmen von θp4 dar. Wenn der Wert von S41 positiv ist, ist θp4 größer als 180° und kleiner als 360°. Wenn der Wert von S41 negativ ist, ist θp4 größer als 0° und kleiner als 180°. Wenn der Wert von S42 positiv ist, ist θp4 größer als 90° und kleiner als 270°. Wenn der Wert von S42 negativ ist, liegt θp4 zwischen 0° (inklusive) und 90° (exklusive) und zwischen 270° (exklusive) und 360 (inklusive). Unter Verwendung von Gleichung (4) und auf Grundlage der vorstehenden Bestimmung aus der Kombination positiver und negativer Vorzeichen bei S41 und S42 bestimmt die Berechnungseinheit 547 θp4 im Bereich von 0° bis weniger als 360°.
Die Eigenschaften der ersten bis vierten Ausgangssignale S1 bis S4 und der ersten bis vierten Winkelwerte θs1 bis θs4 werden nun beschrieben. Idealerweise sollten, wie oben erwähnt, die Wellenformen der Ausgangssignale S1 bis S4 eine Sinuskurve beschreiben. Hier sei angenommen, dass jedes aus den ersten bis vierten Ausgangssignalen S1 bis S4 eine ideale Komponente, die sich periodisch so ändert, dass sie eine ideale Sinuskurve beschreibt, und außer der idealen Komponente eine Fehlerkomponente enthält. Die Fehlerkomponenten der ersten bis vierten Ausgangssignale S1 bis S4 können sogar auftreten, wenn keiner der ersten bis vierten Erfassungsschaltkreise 10, 20, 30 und 40 ausfällt.
9 ist ein Wellenformdiagramm, das ein Beispiel von Wellenformen der idealen Komponenten der ersten bis vierten Ausgangssignale S1 bis S4 darstellt. In 9 stellt die horizontale Achse den Winkel θ dar, und die vertikale Achse stellt den Betrag der idealen Komponenten dar. Die mit 81, 82, 83 und 84 bezeichneten Wellenformen geben die idealen Komponenten der Ausgangssignale S1, S2, S3 bzw. S4 an. In 9 wurden die idealen Komponenten normalisiert, um einen Maximalwert von 1 und einen Minimalwert von –1 zu erhalten.
Wenn die ersten bis vierten Ausgangssignale S1 bis S4 ihre jeweiligen Fehlerkomponenten enthalten, enthalten die auf Grundlage der ersten bis vierten Ausgangssignale S1 bis S4 berechneten Winkelwerte θs1 bis θs4 ihre jeweiligen Winkelfehler. Die Winkelfehler der Winkelwerte θs1 bis θs4 sind Fehler bezüglich theoretischer Werte der Winkelwerte θs1 bis θs4, die erwartet sind, wenn sich die Richtung DM des sich drehenden Magnetfelds MF ideal dreht.
Nun wird das Prinzip zum Bestimmen korrekter Winkelwerte in den in 7 gezeigten Schritten S102A und S102B und das Prinzip zum Bestimmen korrekter Winkelwerte und inkorrekter Winkelwerte zum Erkennen eines ausgefallenen Schaltkreises in den in 8 gezeigten Schritten S102D und S102E beschrieben. Wenn die ersten bis vierten Erfassungsschaltkreise 10, 20, 30 und 40 alle normal sind, sind die Winkelwerte θs1 bis θs4 identisch oder liegen sehr nahe beieinander, und die Winkelfehler der Winkelwerte θs1 bis θs4 sind auch identisch oder liegen sehr nahe beieinander.
Wenn einer aus den ersten bis vierten Erfassungsschaltkreisen 10, 20, 30 und 40 ausfällt, wird das Ausgangssignal des ausgefallenen Erfassungsschaltkreises verschieden von dem, wenn der Erfassungsschaltkreis normal ist. Als Ergebnis werden unter den vier Winkelwerten θs1 bis θs4 zwei Winkelwerte, die zwei Gruppen entsprechen, die den ausgefallenen Erfassungsschaltkreis enthalten, inkorrekte Winkelwerte, wogegen die anderen beiden Winkelwerte korrekte Winkelwerte sind. Die beiden korrekten Winkelwerte sind identisch oder liegen sehr nahe beieinander, wogegen sich die beiden inkorrekten Winkelwerte deutlich von den beiden korrekten Winkelwerten unterscheiden. Ähnlich sind die Winkelfehler der beiden korrekten Winkelwerte identisch oder liegen sehr nahe beieinander, wogegen sich die Winkelfehler der beiden inkorrekten Winkelwerte deutlich von denen der beiden korrekten Winkelwerten unterscheiden. Folglich sind die beiden inkorrekten Winkelwerte von den beiden korrekten Winkelwerten unterscheidbar. In dieser Hinsicht ist nachstehend eine konkrete Beschreibung durch Verwendung eines Beispiels gegeben, bei dem der erste Erfassungsschaltkreis 10 ausfällt.
Wenn der erste Erfassungsschaltkreis 10 ausfällt, werden die beiden Winkelwerte θs1 und θs4, die für die beiden Gruppen berechnet sind, die den ersten Erfassungsschaltkreis 10 enthalten, inkorrekte Winkelwerte, wogegen die beiden Winkelwerte θs2 und θs3, die für die beiden Gruppen berechnet sind, die den ersten Erfassungsschaltkreis 10 nicht enthalten, korrekte Winkelwerte sind. Mit anderen Worten, die Winkelwerte θs2 und θs3 sind identisch oder liegen sehr nahe beieinander, während sich die Winkelwerte θs1 und θs4 deutlich voneinander und deutlich von den Winkelwerten θs2 und θs3 unterscheiden. Ähnlich sind die Winkelfehler der Winkelwerte θs2 und θs3 identisch oder liegen sehr nahe beieinander, während sich die Winkelfehler der Winkelwerte θs1 und θs4 deutlich voneinander unterscheiden und deutlich von den Winkelfehlern der Winkelwerte θs2 und θs3 unterscheiden.
10 ist ein Wellenformdiagramm, das ein Beispiel der Winkelfehler der Winkelwerte θs1 bis θs4 darstellt, wenn der erste Erfassungsschaltkreis 10 ausfällt. In 10 stellt die horizontale Achse den Winkel θ dar, und die vertikale Achse stellt den Betrag der Winkelfehler dar. Die mit 91, 92, 93 und 94 bezeichneten Wellenformen geben die Winkelfehler der Winkelwerte θs1, θs2, θs3 bzw. θs4 an. In diesem Beispiel sind die Winkelfehler 92 und 93 der Winkelwerte θs2 und θs3 identisch miteinander. Dagegen unterscheiden sich die Winkelfehler 91 und 94 der Winkelwerte θs1 und θs4 deutlich voneinander und deutlich von den Winkelfehlern 92 und 93 der Winkelwerte θs2 und θs3.
Gemäß den Drehfeldsensoren 1 des ersten und des zweiten praktischen Beispiels und den Winkelbestimmungsverfahren des ersten und des zweiten praktischen Beispiels berechnet die Winkeldifferenz-Berechnungseinheit 61 (die Subtrahierer-Schaltkreise 61A bis 61D) die Winkeldifferenzen θA bis θD. Dies dient dem Zweck, zwei korrekte Winkelwerte von zwei inkorrekten Winkelwerten durch Verwendung der folgenden Eigenschaften der Winkeldifferenzen zu unterscheiden. Eine für ein Winkelwertpaar berechnete Winkeldifferenz, welches aus zwei korrekten Winkelwerten besteht, ist null oder liegt sehr nahe bei null. Dagegen ist eine für ein Winkelwertpaar berechnete Winkeldifferenz, bei dem mindestens einer der beiden Winkelwerte inkorrekt ist, größer als die für das Winkelwertpaar berechnete Winkeldifferenz, welches aus zwei korrekten Winkelwerten besteht. Die Drehfeldsensoren 1 des ersten und des zweiten praktischen Beispiels und die Winkelbestimmungsverfahren des ersten und des zweiten praktischen Beispiels verwenden solche Eigenschaften der Winkeldifferenzen, um eine Winkeldifferenz, die in einen vorgegebenen Bereich fällt, aus den vier Winkeldifferenzen θA bis θD zu extrahieren. Dann werden zwei Winkelwerte, aus denen ein Winkelwertpaar besteht, das der extrahierten Winkeldifferenz entspricht, als korrekte Winkelwerte bestimmt. Der Drehfeldsensor 1 des zweiten praktischen Beispiels und das Winkelbestimmungsverfahren des zweiten praktischen Beispiels bestimmen weiter die anderen beiden Winkelwerte außer den beiden korrekten Winkelwerten als inkorrekte Winkelwerte. Dann wird ein Erfassungsschaltkreis, der in zwei Gruppen enthalten ist, die den beiden inkorrekten Winkelwerten entsprechen, und nicht in den anderen beiden Gruppen enthalten ist, die den beiden korrekten Winkelwerten entsprechen, als der ausgefallene Erfassungsschaltkreis erkannt.
11 ist ein Wellenformdiagramm, das ein Beispiel der Winkeldifferenzen θA bis θD darstellt, wenn der erste Erfassungsschaltkreis 10 ausfällt. In 11 stellt die horizontale Achse den Winkel θ dar, und die vertikale Achse stellt den Betrag der Winkeldifferenzen dar. In diesem Beispiel bleibt die für das Winkelwertpaar, das aus den korrekten Winkelwerten θs2 und θs3 besteht, berechnete Winkeldifferenz θB bei null, unabhängig vom Winkel θ. Dagegen bleiben die für die Winkelwertpaare, die jeweils mindestens einen der inkorrekten Winkelwerte θs1 und θs4 enthalten, berechneten Winkeldifferenzen θA, θC und θD nicht unabhängig vom Winkel θ bei null, sondern verändern sich bei Änderungen des Winkels θ.
Die Bestimmungseinheit 62 extrahiert eine Winkeldifferenz, die in einen vorgegebenen Bereich fällt, aus den vier Winkeldifferenzen θA bis θD. Beispielsweise liegt der vorgegebene Bereich zwischen –0,01° und 0,01° inklusive. Die Bestimmungseinheit 62 bestimmt Winkelwerte, aus denen das Winkelwertpaar besteht, das der extrahierten Winkeldifferenz entspricht, als korrekte Winkelwerte und bestimmt die anderen Winkelwerte als inkorrekte Winkelwerte. Gemäß dem Winkelbestimmungsverfahren des zweiten praktischen Beispiels erkennt die Bestimmungseinheit 62 einen Erfassungsschaltkreis, der in zwei Gruppen enthalten ist, die den beiden inkorrekten Winkelwerten entsprechen, und nicht in den anderen beiden Gruppen enthalten ist, die den beiden korrekten Winkelwerten entsprechen, als den ausgefallenen Erfassungsschaltkreis.
In dem in 11 gezeigten Beispiel wird θB als die Winkeldifferenz extrahiert, die in den vorgegebenen Bereich fällt. Die Winkelwerte, aus denen das Winkelwertpaar besteht, das θB entspricht, sind θs2 und θs3. Somit werden θs2 und θs3 als korrekte Winkelwerte bestimmt, während θs1 und θs4, die von θs2 und θs3 abweichen, als inkorrekte Winkelwerte bestimmt werden. Die erste Gruppe, die θs1 entspricht, besteht aus dem ersten und dem zweiten Erfassungsschaltkreis 10 und 20. Die vierte Gruppe, die θs4 entspricht, besteht aus dem vierten und dem ersten Erfassungsschaltkreis 40 und 10. In diesem Fall wird der erste Erfassungsschaltkreis 10, der in den beiden Gruppen enthalten ist, die den beiden inkorrekten Winkelwerten θs1 und θs4 entsprechen, und nicht in den anderen beiden Gruppen enthalten ist, die den beiden korrekten Winkelwerten θs2 und θs3 entsprechen, als der ausgefallene Erfassungsschaltkreis erkannt.
Wenn keiner der Erfassungsschaltkreise 10, 20, 30 und 40 ausfällt, fallen alle vier Winkeldifferenzen θA bis θD immer in einen vorgegebenen Bereich, unabhängig vom Winkel θ. In diesem Fall bestimmt die Bestimmungseinheit 62 alle vier Winkelwerte θs1 bis θs4 als korrekte Winkelwerte.
Nun wird beschrieben, wie der Winkelerfassungswert θs durch die Winkelausgabeeinheit 63 in den in 7 und 8 gezeigten Schritten S102C und S102F bestimmt wird. Wenn keiner der Erfassungsschaltkreise 10, 20, 30 und 40 ausfällt, bestimmt die Bestimmungseinheit 62 alle vier Winkelwerte θs1 bis θs4 als korrekte Winkelwerte. Wenn einer aus den ersten bis vierten Erfassungsschaltkreisen 10, 20, 30 und 40 ausfällt, bestimmt die Bestimmungseinheit 62 zwei der vier Winkelwerte θs1 bis θs4 als inkorrekte Winkelwerte und die übrigen beiden als korrekte Winkelwerte. Die Winkelausgabeeinheit 63 bestimmt den Winkelerfassungswert θs nach einer vorgegebenen Regel auf Grundlage der Vielzahl korrekter Winkelwerte. Beispiele der vorgegebenen Regel umfassen eine Regel, dass ein Mittelwert der Vielzahl korrekter Winkelwerte der Winkelerfassungswert θs sein soll, und eine Regel, dass bei jedem als θsr (r ist eine ganze Zahl zwischen 1 und 4 inklusive) ausgedrückten Winkelwert einer aus der Vielzahl korrekter Winkelwerte, der das kleinste r aufweist, der Winkelerfassungswert θs sein soll. Wenn alle vier Winkelwerte θs1 bis θs4 als korrekte Winkelwerte bestimmt sind, kann die Winkelausgabeeinheit 63 einen Mittelwert von θs1 bis θs4 als den Winkelerfassungswert θs ausgeben oder beispielsweise θs1 als den Winkelerfassungswert θs ausgeben. Wenn beispielsweise θs1 und θs4 als inkorrekte Winkelwerte bestimmt sind, während θs2 und θs3 als korrekte Winkelwerte bestimmt sind, kann die Winkelausgabeeinheit 63 einen Mittelwert von θs2 und θs3 als den Winkelerfassungswert θs ausgeben oder beispielsweise θs2 als den Winkelerfassungswert θs ausgeben.
Bei den Drehfeldsensoren 1 des ersten und des zweiten praktischen Beispiels und den Winkelbestimmungsverfahren des ersten und des zweiten praktischen Beispiels, wie sie oben beschrieben sind, ist n vier, m ist zwei, und g ist vier. Jedoch brauchen der Drehfeldsensor 1 und das Winkelbestimmungsverfahren gemäß der ersten Ausführungsform nur die vorstehenden Bedingungen 1 bis 4 zu erfüllen, um imstande zu sein, einen korrekten Winkelerfassungswert θs sogar in dem Fall eines Ausfalls eines der Erfassungsschaltkreise auszugeben, oder brauchen nur die vorstehenden Bedingungen 1 bis 6 zu erfüllen, um weiter imstande zu sein, den ausgefallenen Erfassungsschaltkreis zu erkennen.
Wie oben beschrieben, berechnet die Winkelberechnungseinheit jeden der g Winkelwerte, die den g Gruppen entsprechen, auf Grundlage der m Ausgangssignale der m Erfassungsschaltkreise, aus denen eine entsprechende der g Gruppen besteht. Nun folgt eine Beschreibung eines Beispiels des Verfahrens zum Berechnen der g Winkelwerte, wenn m gleich drei oder größer ist. Gemäß diesem Verfahren werden g Winkelberechnungs-Schaltkreise mit derselben Anordnung wie die in 5 gezeigten Winkelberechnungs-Schaltkreise 51 bis 54 entsprechend den g Gruppen erstellt. In jeder Gruppe werden zwei Untergruppen gebildet, jeweils bestehend aus mindestens einem und nicht mehr als (m – 1) Erfassungsschaltkreisen. Jeder der m Erfassungsschaltkreise wird verwendet, mindestens eine der beiden Untergruppen zu bilden. Jede Untergruppe erzeugt ein Untergruppensignal. Wenn eine Untergruppe aus nur einem Erfassungsschaltkreis besteht, kann das Ausgangssignal des Erfassungsschaltkreises einfach als das Untergruppensignal der Untergruppe benutzt werden. Wenn eine Untergruppe aus einer Vielzahl von Erfassungsschaltkreisen besteht, wird das Untergruppensignal der Untergruppe durch eine Berechnung unter Verwendung der Ausgangssignale der Vielzahl von Erfassungsschaltkreisen erzeugt, wie etwa eine Berechnung zum Bestimmen der Summe, Differenz oder dergleichen. Auf solche Weise erzeugt jede Gruppe zwei Untergruppensignale. Gemäß einem solchen Verfahren werden die Untergruppensignale jeder Gruppe zwei Eingängen des Winkelberechnungs-Schaltkreises zugeführt, der der Gruppe entspricht. Auf Grundlage der beiden, den beiden Eingängen zugeführten Untergruppensignalen berechnet der Winkelberechnungs-Schaltkreis dann einen Winkelwert mit einer Entsprechungsbeziehung mit dem Winkel θ, wie die Winkelberechnungs-Schaltkreise 51 bis 54.
Um den Winkelwert genau zu berechnen, wenn m gleich zwei ist, weist die Phasendifferenz zwischen den beiden Ausgangssignalen der beiden Erfassungsschaltkreise, aus denen jede Gruppe besteht, vorzugsweise einen anderen Absolutwert als 0° und 180°, und jeweils etwas von 0° und 180° entfernt, auf. Genauer weist die erwähnte Phasendifferenz vorzugsweise einen Absolutwert im Bereich von 15° bis 165°, besser noch von 30° bis 150°, auf. In dem in 3 gezeigten Beispiel weisen die Phasendifferenz zwischen den Ausgangssignalen S1 und S2 des ersten und des zweiten Erfassungsschaltkreises 10 und 20, aus denen die erste Gruppe besteht, die Phasendifferenz zwischen den Ausgangssignalen S2 und S3 des zweiten und des dritten Erfassungsschaltkreises 20 und 30, aus denen die zweite Gruppe besteht, und die Phasendifferenz zwischen den Ausgangssignalen S3 und S4 des dritten und des vierten Erfassungsschaltkreises 30 und 40, aus denen die dritte Gruppe besteht, jeweils einen Absolutwert von 45° auf. Die Phasendifferenz zwischen den Ausgangssignalen S4 und S1 des vierten und des ersten Erfassungsschaltkreises 40 und 10, aus denen die vierte Gruppe besteht, weist einen Absolutwert von 135° auf. Alle diese Phasendifferenzen erfüllen die genannte Bedingung.
Ähnlich weist, wenn m gleich drei oder größer ist, die Phasendifferenz zwischen den beiden Untergruppensignalen jeder Gruppe vorzugsweise einen Absolutwert im Bereich von 15° bis 165°, besser noch von 30° bis 150°, auf. In diesem Fall können die m Erfassungsschaltkreise, aus denen eine Gruppe besteht, solche Erfassungsschaltkreise enthalten, dass die Phasendifferenz zwischen ihren Ausgangssignalen einen Absolutwert von 0° oder 180° aufweist, solange die beiden Untergruppensignale die erwähnte Bedingung erfüllen.
Wenn die Anzahl der Winkelwerte gleich g ist, kann die Anzahl der Winkelwertpaare gleich g oder größer als g sein. 12 ist ein erläuterndes Diagramm, das schematisch ein Beispiel von Kombinationen zweier Winkelwerte darstellt, die ein Winkelwertpaar bilden, wenn die Anzahl von Winkelwerten und die Anzahl von Winkelwertpaaren beide gleich g sind. In 12 stellen θs1, θs2, θsg – 1 und θsg den ersten Winkelwert, den zweiten Winkelwert, den (g – 1)-ten Winkelwert bzw. den g-ten Winkelwert unter den g Winkelwerten dar. Wie in 12 gezeigt, enthalten mögliche Kombinationen zweier Winkelwerte, aus denen ein Winkelwertpaar besteht, eine Kombination von θs1 und θs2, ..., eine Kombination von θsg – 1 und θsg und eine Kombination von θsg und θs1. In diesem Fall wird jeder der g Winkelwerte benutzt, um zwei der g Winkelwertpaare zu bilden. Wenn die Anzahl von Winkelwertpaaren größer als g ist, werden mindestens zwei der g Winkelwerte benutzt, um drei oder mehr Winkelwertpaare zu bilden.
Nun werden der Drehfeldsensor 1 und das Winkelbestimmungsverfahren gemäß der ersten Ausführungsform konzeptuell mit einer genauen Beschreibung der Bedeutungen der vorstehenden Bedingungen 1 bis 6 beschrieben. Die Bedingungen 1 bis 6 sind folgende. Bedingung 1 ist, dass m eine ganze Zahl nicht kleiner als zwei sei. Bedingung 2 ist, dass n eine ganze, um zwei oder mehr größere Zahl als m sei. Bedingung 3 ist, dass g eine ganze Zahl nicht kleiner als drei und nicht größer als _nC_m sei. Bedingung 4 ist, dass jeder der n Erfassungsschaltkreise verwendet werde, um mindestens eine und nicht mehr als (g – 2) der g Gruppen zu bilden. Bedingung 5 ist, dass g um zwei oder mehr größer als m und nicht kleiner als (n – m + 1) sei. Bedingung 6 ist, dass die g Gruppen aus solchen Kombinationen von Erfassungsschaltkreisen gebildet seien, dass es im Fall eines Ausfalls eines beliebigen der n Erfassungsschaltkreise keinen anderen Erfassungsschaltkreis als den ausgefallenen Erfassungsschaltkreis gibt, der in allen solchen der g Gruppen enthalten ist, die den ausgefallenen Erfassungsschaltkreis enthalten, und in keiner der anderen der g Gruppen enthalten ist.
Die Bedingungen 1 bis 4 sind erforderlich, damit ein korrekter Winkelerfassungswert θs ausgegeben werden kann, selbst wenn einer der n Erfassungsschaltkreise ausfällt, wie bei dem Drehfeldsensor 1 im ersten Modus und dem Winkelbestimmungsverfahren im ersten Modus. Die Bedingungen 1 bis 6 sind erforderlich, damit im Falle eines Ausfalls eines der n Erfassungsschaltkreise ein korrekter Winkelerfassungswert θs ausgegeben werden kann und ein ausgefallener Erfassungsschaltkreis erkannt werden kann, wie bei dem Drehfeldsensor 1 im zweiten Modus und dem Winkelbestimmungsverfahren im zweiten Modus.
Die Bedingung 1 ist erforderlich, um einen Winkelwert auf Grundlage der Ausgangssignale einer Vielzahl von Erfassungsschaltkreisen zu berechnen.
Wie nachstehend beschrieben, ist die Bedingung 2 erforderlich, um einen korrekten Winkelwert im Fall eines Ausfalls eines von n Erfassungsschaltkreisen zu erkennen. Um einen oder mehrere korrekte Winkelwerte selbst im Fall eines Ausfalls eines der n Erfassungsschaltkreise zu erhalten, muss n eine ganze Zahl größer als m sein. Wenn es nur einen korrekten Winkelwert gibt, der im Fall eines Ausfalls eines der n Erfassungsschaltkreise zu erhalten ist, ist es nicht möglich zu wissen, welcher der g Winkelwerte der korrekte Winkelwert ist. Wenn es eine Vielzahl von Winkelwerten gibt, die im Fall eines Ausfalls eines der n Erfassungsschaltkreise zu erhalten sind, ist es möglich, die Vielzahl korrekter Winkelwerte zu erkennen, indem die Eigenschaft benutzt wird, dass die korrekten Winkelwerte identisch sind oder sehr nahe beieinander liegen. Wenn n eine um zwei oder mehr größere ganze Zahl als m ist, ist es möglich, eine Vielzahl korrekter Winkelwerte zu erhalten, selbst wenn einer der n Erfassungsschaltkreise ausfällt. Die Bedingung 2 ist daher erforderlich, um zu ermöglichen, eine Vielzahl korrekter Winkelwerte zu erhalten und sie im Fall eines Ausfalls eines der n Erfassungsschaltkreise zu erkennen.
Angenommen, die Bedingungen 1 und 2 seien erfüllt, so ist es möglich, eine Vielzahl korrekter Winkelwerte zu erhalten, selbst im Fall eines Ausfalls eines der n Erfassungsschaltkreise, wenn die Bedingungen 3 und 4 weiter erfüllt sind. Die Bedingung 3 und 4 sind daher auch erforderlich, um zu ermöglichen, eine Vielzahl korrekter Winkelwerte zu erhalten und sie im Fall eines Ausfalls eines der n Erfassungsschaltkreise zu erkennen.
Anzumerken ist, dass _nC_m in der Bedingung 3 die Gesamtzahl von Kombinationen von m Erfassungsschaltkreisen ist, die aus den n Erfassungsschaltkreisen auszuwählen sind, und durch die folgende Gleichung ausgedrückt ist. _nC_m = {n × (n – 1) × ... × (n – m + 1)}/{m × (m – 1) × ... × 1}
Die Bedingungen 5 und 6 sind nachstehend genau beschrieben. Die Bedingung 6 ist als Erstes beschrieben. Angenommen, ein beliebiger der n Erfassungsschaltkreise fällt aus. Wenn es in diesem Fall eine Vielzahl von Erfassungsschaltkreisen gibt, die in allen solchen der g Gruppen enthalten sind, die den ausgefallenen Erfassungsschaltkreis enthalten, und in keiner der anderen der g Gruppen enthalten ist, ist es nicht möglich zu bestimmen, welcher aus der Vielzahl von Erfassungsschaltkreisen der ausgefallene Erfassungsschaltkreis ist. Wenn es andererseits keinen Erfassungsschaltkreis außer dem ausgefallenen Erfassungsschaltkreis gibt, der in allen solchen der g Gruppen enthalten ist, die den ausgefallenen Erfassungsschaltkreis enthalten, und in keiner der anderen der g Gruppen enthalten ist, ist es möglich, den ausgefallenen Erfassungsschaltkreis zu erkennen, unabhängig davon, welcher der n Erfassungsschaltkreise ausfällt. Die Bedingung 6 ist daher erforderlich, um im Fall eines Ausfalls eines der n Erfassungsschaltkreise das Erkennen des ausgefallenen Erfassungsschaltkreises zu ermöglichen.
Die Bedingung 5 ist nun mit Bezug auf eine Vielzahl besonderer Beispiele genau beschrieben. Die Bedingung 5 ist eine Bedienung, die g erfüllen muss, damit die Bedingung 6 erfüllt wird. Die Bedingung 5 erfordert ein Erfüllen sowohl einer Bedingung, dass g um zwei oder mehr größer als m ist (nachstehend als Bedingung 5-1 bezeichnet), als auch einer Bedingung, dass g nicht kleiner als (n – m + 1) ist (nachstehend als Bedingung 5-2 bezeichnet).
In der nachstehenden Beschreibung sind die n Erfassungsschaltkreise durch jeweilige ganze Zahlen von 1 bis n bezeichnet. Jede Gruppe von Erfassungsschaltkreisen ist durch die in Klammern gesetzten Nummern einer Vielzahl von Erfassungsschaltkreisen bezeichnet, aus denen die Gruppe besteht. Beispielsweise wird eine Gruppe aus zwei Erfassungsschaltkreisen mit den Nummern 1 und 2 als (1, 2) ausgedrückt. Eine Gruppe aus drei Erfassungsschaltkreisen mit den Nummern 1, 2 und 3 wird als (1, 2, 3) ausgedrückt.
[Wenn n gleich vier ist]
Nach den Bedingungen 1 und 2 ist der Minimalwert von n gleich vier. Zuerst ist der Fall betrachtet, bei dem n gleich vier ist. Wenn n gleich vier ist, ist der einzige mögliche Wert von m, der die Bedingungen 1 und 2 erfüllt, gleich zwei. Wenn n gleich vier ist und m gleich zwei ist, kann g gleich 3 keine Vielzahl von Gruppen bilden, die die Bedingungen 1 bis 4 und 6 erfüllen. Wenn n gleich vier ist und m gleich zwei ist, ermöglicht g gleich vier oder größer das Bilden einer Vielzahl von Gruppen, die die Bedingungen 1 bis 4 und 6 erfüllen. Wenn n gleich vier ist, m gleich zwei ist und g gleich drei ist, ist die Bedingung 5-2 erfüllt, aber die Bedingung 5-1 nicht. Wenn n gleich vier ist, m gleich zwei ist und g gleich vier oder größer ist, sind beide Bedingungen, 5-1 und 5-2, erfüllt.
Für den Fall, bei dem n gleich vier ist, m gleich zwei ist und g gleich vier ist, enthalten Beispiele der vier Gruppen das folgende Beispiel 1.
Beispiel 1: (1, 2), (2, 3), (3, 4) und (4, 1)
Der in 3 und 4 gezeigte Drehfeldsensor 1 ist gemäß Beispiel 1 ausgelegt.
Nun sind die Kombinationen von Erfassungsschaltkreisen in den vier Gruppen in Beispiel 1 mit Bezug auf 13 schematisch beschrieben. 13 ist ein erläuterndes Diagramm, das schematisch ein Beispiel von Kombinationen von Erfassungsschaltkreisen zum Bilden einer Vielzahl von Gruppen aus zwei Erfassungsschaltkreisen darstellt, die aus vier Erfassungsschaltkreisen ausgewählt werden. In 13 stellen die Kreise mit Zahlen die Erfassungsschaltkreise mit den Nummern dar, die den Zahlen entsprechen. In 13 sind zwei Erfassungsschaltkreise, die jede der vier Gruppen in Beispiel 1 bilden, durch eine durchgezogene Linie verbunden. Wie in 13 zu sehen, wird ein Rechteck gezeichnet, wenn zwei Kreise, die zwei Erfassungsschaltkreise darstellen, die jede Gruppe bilden, mit einer durchgezogenen Linie verbunden werden, wobei die Kreise in Punkte umgewandelt werden.
[Wenn n gleich fünf ist]
Als Nächstes ist der Fall betrachtet, bei dem n gleich fünf ist. Wenn n gleich fünf ist, sind mögliche Werte von m, die die Bedingungen 1 und 2 erfüllen, zwei und drei.
Wenn n gleich fünf ist und m gleich zwei ist, ermöglicht g gleich vier oder größer das Bilden einer Vielzahl von Gruppen, die die Bedingungen 1 bis 4 und 6 erfüllen. Wenn n gleich fünf ist, m gleich zwei ist und g gleich drei ist, ist keine der Bedingungen 5-1 und 5-2 erfüllt. Wenn n gleich fünf ist, m gleich zwei ist und g gleich vier oder größer ist, sind beide Bedingungen, 5-1 und 5-2, erfüllt.
Für den Fall, bei dem n gleich fünf ist, m gleich zwei ist und g gleich vier ist, enthalten Beispiele der vier Gruppen das folgende Beispiel 2.
Beispiel 2: (1, 2), (2, 3), (3, 4) und (4, 5)
Für den Fall, bei dem n gleich fünf ist, m gleich zwei ist und g gleich fünf ist, enthalten Beispiele der fünf Gruppen das folgende Beispiel 3.
Beispiel 3: (1, 2), (2, 3), (3, 4), (4, 5) und (5, 1)
Die Kombinationen von Erfassungsschaltkreisen in den vier oder fünf Gruppen in Beispiel 2 oder 3 sind mit Bezug auf 14 schematisch beschrieben. 14 ist ein erläuterndes Diagramm, das schematisch zwei Beispiele von Kombinationen von Erfassungsschaltkreisen zum Bilden einer Vielzahl von Gruppen aus zwei Erfassungsschaltkreisen darstellt, die aus fünf Erfassungsschaltkreisen ausgewählt werden. In 14 stellen die Kreise mit Zahlen die Erfassungsschaltkreise mit den Nummern dar, die den Zahlen entsprechen. In 14 sind zwei Kreise, die zwei Erfassungsschaltkreise darstellen, die jede der in den Beispielen 2 und 3 aufgeführten Gruppen (1, 2), (2, 3), (3, 4) und (4, 5) bilden, mit einer durchgehenden Linie verbunden, und zwei Kreise, die die beiden Erfassungsschaltkreise darstellen, die die in Beispiel 3 aufgeführte Gruppe (5, 1) bilden, sind durch eine unterbrochene Linie verbunden. Wie in 14 zu sehen, werden, wenn zwei Kreise, die zwei Erfassungsschaltkreise darstellen, die jede Gruppe bilden, mit einer durchgezogenen Linie verbunden und die Kreise in Punkte umgewandelt werden, für Beispiel 2 vier Seiten eines Fünfecks gezeichnet, und für Beispiel 3 wird ein Fünfeck gezeichnet.
In Beispiel 2 ist die Bedingung 4 wie folgt erfüllt. Drei der fünf Erfassungsschaltkreise werden jeweils benutzt, um zwei der vier Gruppen zu bilden. Die übrigen beiden der fünf Erfassungsschaltkreise werden jeweils benutzt, um eine der vier Gruppen zu bilden.
Wenn n gleich fünf ist und m gleich drei ist, ermöglicht g gleich fünf oder größer das Bilden einer Vielzahl von Gruppen, die die Bedingungen 1 bis 4 und 6 erfüllen. Wenn n gleich fünf ist, m gleich drei ist und g gleich vier ist, ist die Bedingung 5-2 erfüllt, aber die Bedingung 5-1 nicht. Wenn n gleich fünf ist, m gleich drei ist und g gleich fünf oder größer ist, sind beide Bedingungen, 5-1 und 5-2, erfüllt.
Für den Fall, bei dem n gleich fünf ist, m gleich drei ist und g gleich fünf ist, enthalten Beispiele der fünf Gruppen das folgende Beispiel 4.
Beispiel 4: (1, 2, 3), (2, 3, 4), (3, 4, 5), (4, 5, 1) und (5, 1, 2)
[Wenn n gleich sechs ist]
Als Nächstes ist der Fall betrachtet, bei dem n gleich sechs ist. Wenn n gleich sechs ist, sind mögliche Werte von m, die die Bedingungen 1 und 2 erfüllen, zwei, drei und vier.
Wenn n gleich sechs ist und m gleich zwei ist, ermöglicht g gleich fünf oder größer das Bilden einer Vielzahl von Gruppen, die die Bedingungen 1 bis 4 und 6 erfüllen. Wenn n gleich sechs ist, m gleich zwei ist und g gleich vier ist, ist die Bedingung 5-1 erfüllt, aber die Bedingung 5-2 nicht. Wenn n gleich sechs ist, m gleich zwei ist und g gleich fünf oder größer ist, sind beide Bedingungen, 5-1 und 5-2, erfüllt.
Wenn n gleich vier oder fünf ist, ist die Bedingung 5-2 erfüllt, wenn die Bedingung 5-1 erfüllt ist. Wenn n gleich sechs oder größer ist, ergibt sich ein Fall, in dem die Bedingung 5-1 erfüllt ist, aber die Bedingung 5-2 nicht, wie oben beschrieben. Wenn die Bedingung 5-1 erfüllt ist, aber die Bedingung 5-2 nicht, kann keine Vielzahl von Gruppen gebildet werden, die die Bedingungen 1 bis 4 und 6 erfüllen. Die Bedingung 5 erfordert daher die Erfüllung beider Bedingungen, 5-1 und 5-2.
Für den Fall, bei dem n gleich sechs ist, m gleich zwei ist und g gleich fünf ist, enthalten Beispiele der fünf Gruppen das folgende Beispiel 5.
Beispiel 5: (1, 2), (2, 3), (3, 4), (4, 5) und (5, 6)
Für den Fall, bei dem n gleich sechs ist, m gleich zwei ist und g gleich sechs ist, enthalten Beispiele der sechs Gruppen das folgende Beispiel 6.
Beispiel 6: (1, 2), (2, 3), (3, 4), (4, 5), (5, 6) und (6, 1)
Obwohl nicht dargestellt, kann ein Zeichnen einer Figur auf dieselbe Weise wie in 13 und 14 fünf Seiten eines Sechsecks für Beispiel 5 und ein Sechseck für Beispiel 6 zeichnen.
Angenommen, bei dem Fall, bei dem n gleich sechs ist und m gleich zwei ist, falle einer der n Erfassungsschaltkreise aus. Wenn in einem solchen Fall der ausgefallene Erfassungsschaltkreis nicht erkannt zu werden braucht und nur ein korrekter Winkelerfassungswert θs ausgegeben werden muss, ist es nicht erforderlich, die Bedingung 5 zu erfüllen, und g kann beispielsweise gleich drei sein. Ein Beispiel der drei Gruppen in einem solchen Fall ist (1, 2), (3, 4) und (5, 6).
Wenn n gleich sechs ist und m gleich drei ist, ermöglicht g gleich fünf oder größer das Bilden einer Vielzahl von Gruppen, die die Bedingungen 1 bis 4 und 6 erfüllen. Wenn n gleich sechs ist, m gleich drei ist und g gleich vier ist, ist die Bedingung 5-2 erfüllt, aber die Bedingung 5-1 nicht. Wenn n gleich sechs ist, m gleich drei ist und g gleich fünf oder größer ist, sind beide Bedingungen, 5-1 und 5-2, erfüllt.
Für den Fall, bei dem n gleich sechs ist, m gleich drei ist und g gleich fünf ist, enthalten Beispiele der fünf Gruppen das folgende Beispiel 7.
Beispiel 7: (1, 2, 3), (2, 3, 4), (3, 4, 5), (4, 5, 6) und (5, 6, 1)
Wenn n gleich sechs ist und m gleich vier ist, ermöglicht g gleich sechs oder größer das Bilden einer Vielzahl von Gruppen, die die Bedingungen 1 bis 4 und 6 erfüllen. Wenn n gleich sechs ist, m gleich vier ist und g gleich fünf ist, ist die Bedingung 5-2 erfüllt, aber die Bedingung 5-1 nicht. Wenn n gleich sechs ist, m gleich vier ist und g gleich sechs oder größer ist, sind beide Bedingungen, 5-1 und 5-2, erfüllt.
Für den Fall, bei dem n gleich sechs ist, m gleich vier ist und g gleich sechs ist, enthalten Beispiele der sechs Gruppen das folgende Beispiel 8.
Beispiel 8: (1, 2, 3, 4), (2, 3, 4, 5), (3, 4, 5, 6), (4, 5, 6, 1), (5, 6, 1, 2) und (6, 1, 2, 3)
[Wenn n gleich acht ist]
Als Nächstes ist der Fall betrachtet, bei dem n gleich acht ist. Wenn n gleich acht ist, sind mögliche Werte von m, die die Bedingungen 1 und 2 erfüllen, ganze Zahlen zwischen zwei und sechs inklusive.
Wenn n gleich acht ist und m gleich zwei ist, ermöglicht g gleich sieben oder größer das Bilden einer Vielzahl von Gruppen, die die Bedingungen 1 bis 4 und 6 erfüllen. Wenn n gleich acht ist, m gleich zwei ist und g gleich sechs ist, ist die Bedingung 5-1 erfüllt, aber die Bedingung 5-2 nicht. Wenn n gleich acht ist, m gleich zwei ist und g gleich sieben oder größer ist, sind beide Bedingungen, 5-1 und 5-2, erfüllt.
Für den Fall, bei dem n gleich acht ist, m gleich zwei ist und g gleich sieben ist, enthalten Beispiele der sieben Gruppen das folgende Beispiel 9.
Beispiel 9: (1, 2), (2, 3), (3, 4), (4, 5), (5, 6), (6, 7) und (7, 8)
Für den Fall, bei dem n gleich acht ist, m gleich zwei ist und g gleich acht ist, enthalten Beispiele der acht Gruppen das folgende Beispiel 10.
Beispiel 10: (1, 2), (2, 3), (3, 4), (4, 5), (5, 6), (6, 7), (7, 8) und (8, 1)
Obwohl nicht dargestellt, kann ein Zeichnen einer Figur auf dieselbe Weise wie in 13 und 14 sieben Seiten eines Achtecks für Beispiel 9 und ein Achteck für Beispiel 10 zeichnen.
Angenommen, bei dem Fall, bei dem n gleich acht ist und m gleich zwei ist, falle einer der n Erfassungsschaltkreise aus. Wenn in einem solchen Fall der ausgefallene Erfassungsschaltkreis nicht erkannt zu werden braucht und nur ein korrekter Winkelerfassungswert θs ausgegeben werden muss, ist es nicht erforderlich, die Bedingung 5 zu erfüllen, und g kann beispielsweise gleich vier sein. Ein Beispiel der vier Gruppen in einem solchen Fall ist (1, 2), (3, 4), (5, 6) und (7, 8).
Wenn n gleich acht ist und m gleich drei ist, ermöglicht g gleich sechs oder größer Bilden einer Vielzahl von Gruppen, die die Bedingungen 1 bis 4 und 6 erfüllen. Wenn n gleich acht ist, m gleich drei ist und g gleich fünf ist, ist die Bedingung 5-1 erfüllt, aber die Bedingung 5-2 nicht. Wenn n gleich acht ist, m gleich drei ist und g gleich sechs oder größer ist, sind beide Bedingungen, 5-1 und 5-2, erfüllt.
Für den Fall, bei dem n gleich acht ist, m gleich drei ist und g gleich sechs ist, enthalten Beispiele der sechs Gruppen das folgende Beispiel 11.
Beispiel 11: (1, 2, 3), (2, 3, 4), (3, 4, 5), (4, 5, 6), (5, 6, 7) und (6, 7, 8)
Wenn n gleich acht ist und m gleich vier ist, ermöglicht g gleich sechs oder größer Bilden einer Vielzahl von Gruppen, die die Bedingungen 1 bis 4 und 6 erfüllen. Wenn n gleich acht ist, m gleich vier ist und g gleich fünf ist, ist die Bedingung 5-2 erfüllt, aber die Bedingung 5-1 nicht. Wenn n gleich acht ist, m gleich vier ist und g gleich sechs oder größer ist, sind beide Bedingungen, 5-1 und 5-2, erfüllt.
Für den Fall, bei dem n gleich acht ist, m gleich vier ist und g gleich sechs ist, enthalten Beispiele der sechs Gruppen das folgende Beispiel 12.
Beispiel 12: (1, 2, 3, 4), (2, 3, 4, 5), (3, 4, 5, 6), (4, 5, 6, 7), (5, 6, 7, 8) und (6, 7, 8, 1)
Angenommen, n sei acht, und m sei fünf oder sechs. In einem solchen Fall kann auch eine Vielzahl von Gruppen gebildet werden, die die Bedingungen 1 bis 4 und 6 erfüllen, wenn beide Bedingungen, 5-1 und 5-2, erfüllt sind. Beispiele davon sind weggelassen.
Wenn n gleich sieben oder wenn n gleich neun oder größer ist, kann auch eine Vielzahl von Gruppen gebildet werden, die die Bedingungen 1 bis 4 und 6 erfüllen, wenn beide Bedingungen, 5-1 und 5-2, erfüllt sind. Beispiele davon sind weggelassen.
Sogar wenn die Bedingungen 1 bis 5 erfüllt sind, kann es eine Vielzahl solcher Gruppen geben, bei denen ein ausgefallener Erfassungsschaltkreis nicht erkennbar ist, wenn ein beliebiger der n Erfassungsschaltkreise ausfällt. Ein Beispiel solcher Gruppen ist (1, 2, 3), (1, 2, 4), (1, 2, 5), (1, 2, 6), (3, 7, 8) und (4, 7, 8), wobei n gleich acht ist, m gleich vier ist und g gleich sechs ist.
Es wird eine konzeptuelle Beschreibung gegeben, das Obige betreffend. Angenommen, eine Vielzahl von Gruppen sei derart ausgebildet, dass es, wenn ein beliebiger der n Erfassungsschaltkreise ausfällt, eine Vielzahl von Erfassungsschaltkreisen geben kann, die in allen Gruppen enthalten sind, die den ausgefallenen Erfassungsschaltkreis enthalten, und in keiner der anderen der g Gruppen enthalten sind. In einem solchen Fall kann der ausgefallene Erfassungsschaltkreis manchmal nicht erkennbar sein. Wenn im vorhergehenden Beispiel der Erfassungsschaltkreis mit der Nummer 1 oder 2 ausfällt, sind alle Gruppen, die den ausgefallenen Erfassungsschaltkreis enthalten, (1, 2, 3), (1, 2, 4), (1, 2, 5) und (1, 2, 6). Alle anderen Gruppen sind (3, 7, 8) und (4, 7, 8). In diesem Fall sind zwei Erfassungsschaltkreise, d. h. die Erfassungsschaltkreise mit den Nummern 1 und 2, in allen Gruppen enthalten, die den ausgefallenen Erfassungsschaltkreis enthalten, und nicht in den anderen Gruppen enthalten. Welcher der beiden Erfassungsschaltkreise der ausgefallene Erfassungsschaltkreis ist, ist somit nicht erkennbar.
Folglich ist, damit der ausgefallene Erfassungsschaltkreis erkennbar ist, wenn einer der Erfassungsschaltkreise ausfällt, die Bedingung 6 zusätzlich zu den Bedingungen 1 bis 5 erforderlich.
In der ersten Ausführungsform kann die Bedingung 4 zur nachstehenden Bedingung 4A eingeengt werden, und eine Vielzahl von Gruppen kann gebildet werden, um die Bedingungen 1 bis 3, 4A und 5 zu erfüllen.
Bedingung 4A: Jeder der n Erfassungsschaltkreise sei verwendet, mindestens zwei und nicht mehr als (g – 2) der g Gruppen zu bilden.
Wenn m gleich zwei ist, können g Gruppen gebildet werden, um die Bedingungen 1 bis 3, 4A und 5 unter der Vorbedingung zu erfüllen, dass die g Gruppen nicht zwei oder mehr Gruppen enthalten, die aus derselben Kombination von zwei Erfassungsschaltkreisen gebildet sind. Dies lässt die sich ergebenden g Gruppen die Bedingung 6 erfüllen, selbst wenn nicht auf das Erfüllen der Bedingung 6 geachtet ist. Folglich ermöglicht, wenn m gleich zwei ist, das Verwenden der Bedingung 4A anstelle der Bedingung 4 das Bilden einer Vielzahl solcher Gruppen, bei denen ein ausgefallener Erfassungsschaltkreis erkennbar ist, wenn einer der n Erfassungsschaltkreise ausfällt. Beispiele von Gruppen, die die Bedingungen 1 bis 3, 4A und 5 erfüllen, umfassen die vorhergehenden Beispiele 1, 3, 6 und 10.
Bei dem Drehfeldsensor 1 gemäß der ersten Ausführungsform besteht, selbst wenn einer der n Erfassungsschaltkreise ausfällt, eine Vielzahl von Winkelwerten, die einer Vielzahl solcher aus den g Gruppen entsprechen, die nicht den ausgefallenen Erfassungsschaltkreis enthalten, aus korrekten Winkelwerte unter den g Winkelwerten. Die Vielzahl korrekter Winkelwerte sind miteinander identisch oder liegen sehr nahe beieinander und sind daher extrahierbar. Der Winkelerfassungswert θs ist auf Grundlage mindestens eines aus der Vielzahl korrekter Winkelwerte bestimmbar. Der Drehfeldsensor 1 gemäß der ersten Ausführungsform ist somit imstande, einen korrekten Winkelerfassungswert θs auszugeben, sogar im Fall eines Ausfalls eines der n Erfassungsschaltkreise.
Gemäß dem Drehfeldsensor 1 im ersten Modus ist die Winkelbestimmungseinheit (die Steuereinheit 60) imstande, einen korrekten Winkelerfassungswert θs auszugeben, sogar wenn einer der Erfassungsschaltkreise ausfällt. Gemäß dem Drehfeldsensor 1 im zweiten Modus ist die Ausfallerfassungseinheit (die Steuereinheit 60) im Falle eines Ausfalls eines der Erfassungsschaltkreise imstande, einen korrekten Winkelerfassungswert θs auszugeben und den ausgefallenen Erfassungsschaltkreis zu erkennen.
Das Winkelbestimmungsverfahren gemäß der ersten Ausführungsform berechnet die g Winkelwerte entsprechend den g Gruppen und bestimmt den Winkelerfassungswert durch Verwendung der g Winkelwerte. Wie oben beschrieben, sind sogar im Fall eines Ausfalls eines der n Erfassungsschaltkreise eine Vielzahl von Winkelwerten, die einer Vielzahl solcher aus den g Gruppen entsprechen, die nicht den ausgefallenen Erfassungsschaltkreis enthalten, korrekte Winkelwerte unter den g Winkelwerten. Das Winkelbestimmungsverfahren gemäß der ersten Ausführungsform kann somit einen korrekten Winkelerfassungswert θs durch Verwendung des Drehfeldsensors 1 bestimmen, sogar wenn einer der n Erfassungsschaltkreise ausfällt. Das Winkelbestimmungsverfahren im zweiten Modus ermöglicht weiter das Erkennen des ausgefallenen Erfassungsschaltkreises, wenn einer der n Erfassungsschaltkreise ausfällt.
Ein ausgefallener Erfassungsschaltkreis erzeugt ein unterschiedliches Ausgangssignal zu dem, wenn der Erfassungsschaltkreis normal ist. Ein Verfahren zum Erfassen eines Ausfalls eines Erfassungsschaltkreises durch Überwachen von dessen Ausgangssignal ist nicht imstande, den Ausfall des Erfassungsschaltkreises mit hoher Empfindlichkeit zu erfassen. Genauer ist es nach einem solchen Verfahren schwierig, einen solchen Ausfall eines Erfassungsschaltkreises zu erfassen, bei dem das Ausgangssignal des Erfassungsschaltkreises von einem vorgegebenen Normalwert um einen relativ kleinen Betrag abweicht.
Gemäß der ersten Ausführungsform wird dagegen ein ausgefallener Erfassungsschaltkreis auf Grundlage einer Vielzahl von Winkelwerten erkannt, wobei jeder aus den Ausgangssignalen von m Erfassungsschaltkreisen berechnet ist. Selbst im Fall eines solchen Ausfalls eines Erfassungsschaltkreises, bei dem das Ausgangssignal des Erfassungsschaltkreises von einem vorgegebenen Normalwert um einen relativ kleinen Betrag abweicht, ändern sich die Winkelwerte in relativ erkennbarer Weise, verglichen mit normalen Zeiten. Die erste Ausführungsform ist somit imstande, einen Ausfall eines Erfassungsschaltkreises mit höherer Empfindlichkeit zu erfassen als das Verfahren zum Erfassen eines Ausfalls eines Erfassungsschaltkreises durch Überwachen von dessen Ausgangssignal.
[Zweite Ausführungsform]
Ein Drehfeldsensor gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ist nun mit Bezug auf 15 beschrieben. 15 ist ein Schaltbild, das die Anordnung eines Teils des Drehfeldsensors gemäß der zweiten Ausführungsform darstellt. In der zweiten Ausführungsform enthält der erste Erfassungsschaltkreis 10 einen Halbbrücken-Schaltkreis 16 anstelle des Wheatstone-Brückenschaltkreises 14 und des Differenzdetektors 15. Der Halbbrücken-Schaltkreis 16 enthält ein Paar in Reihe geschalteter MR-Elemente R111 und R112. Ein Ende des MR-Elements R111 entfernt vom MR-Element R112 ist mit dem Stromversorgungsanschluss V1 verbunden. Ein Ende des MR-Elements R112 entfernt vom MR-Element R111 ist mit dem Masseanschluss G1 verbunden. Das erste Ausgangssignal S1 wird von einer Verbindungsstelle J1 zwischen dem MR-Element R111 und dem MR-Element R112 ausgegeben.
Der zweite Erfassungsschaltkreis 20 enthält einen Halbbrücken-Schaltkreis 26 anstelle des Wheatstone-Brückenschaltkreises 24 und des Differenzdetektors 25. Der Halbbrücken-Schaltkreis 26 enthält ein Paar in Reihe geschalteter MR-Elemente R121 und R122. Ein Ende des MR-Elements R121 entfernt vom MR-Element R122 ist mit dem Stromversorgungsanschluss V2 verbunden. Ein Ende des MR-Elements R122 entfernt vom MR-Element R121 ist mit dem Masseanschluss G2 verbunden. Das zweite Ausgangssignal S2 wird von einer Verbindungsstelle J2 zwischen dem MR-Element R121 und dem MR-Element R122 ausgegeben.
Der dritte Erfassungsschaltkreis 30 enthält einen Halbbrücken-Schaltkreis 36 anstelle des Wheatstone-Brückenschaltkreises 34 und des Differenzdetektors 35. Der Halbbrücken-Schaltkreis 36 enthält ein Paar in Reihe geschalteter MR-Elemente R131 und R132. Ein Ende des MR-Elements R131 entfernt vom MR-Element R132 ist mit dem Stromversorgungsanschluss V3 verbunden. Ein Ende des MR-Elements R132 entfernt vom MR-Element R131 ist mit dem Masseanschluss G3 verbunden. Das dritte Ausgangssignal S3 wird von einer Verbindungsstelle J3 zwischen dem MR-Element R131 und dem MR-Element R132 ausgegeben.
Der vierte Erfassungsschaltkreis 40 enthält einen Halbbrücken-Schaltkreis 46 anstelle des Wheatstone-Brückenschaltkreises 44 und des Differenzdetektors 45. Der Halbbrücken-Schaltkreis 46 enthält ein Paar in Reihe geschalteter MR-Elemente R141 und R142. Ein Ende des MR-Elements R141 entfernt vom MR-Element R142 ist mit dem Stromversorgungsanschluss V4 verbunden. Ein Ende des MR-Elements R142 entfernt vom MR-Element R141 ist mit dem Masseanschluss G4 verbunden. Das vierte Ausgangssignal S4 wird von einer Verbindungsstelle J4 zwischen dem MR-Element R141 und dem MR-Element R142 ausgegeben.
Die MR-Elemente R111, R112, R121, R122, R131, R132, R141 und R142 sind auf dieselbe Weise angeordnet wie die MR-Elemente R11, R12, R21, R22, R31, R32, R41 und R42 der ersten Ausführungsform. Genauer ist im ersten Erfassungsschaltkreis 10 die Magnetisierungsrichtung der Schicht mit festliegender Magnetisierung des MR-Elements R111 dieselbe wie die in der 2 gezeigte und im Abschnitt der ersten Ausführungsform beschriebene erste Richtung D1 (die –X-Richtung), und die Magnetisierungsrichtung der Schicht mit festliegender Magnetisierung des MR-Elements R112 ist entgegengesetzt zu der der Schicht mit festliegender Magnetisierung des MR-Elements R111. In diesem Fall verändert sich das Potential an der Verbindungsstelle J1 in Abhängigkeit von dem relativen Winkel zwischen der Richtung DM des sich drehenden Magnetfelds MF und der ersten Richtung D1.
Im zweiten Erfassungsschaltkreis 20 ist die Magnetisierungsrichtung der Schicht mit festliegender Magnetisierung des MR-Elements R121 dieselbe wie die in der 2 gezeigte und im Abschnitt der ersten Ausführungsform beschriebene zweite Richtung D2, und die Magnetisierungsrichtung der Schicht mit festliegender Magnetisierung des MR-Elements R122 ist entgegengesetzt zu der der Schicht mit festliegender Magnetisierung des MR-Elements R121. In diesem Fall verändert sich das Potential an der Verbindungsstelle J2 in Abhängigkeit von dem relativen Winkel zwischen der Richtung DM des sich drehenden Magnetfelds MF und der zweiten Richtung D2.
Im dritten Erfassungsschaltkreis 30 ist die Magnetisierungsrichtung der Schicht mit festliegender Magnetisierung des MR-Elements R131 dieselbe wie die in der 2 gezeigte und im Abschnitt der ersten Ausführungsform beschriebene dritte Richtung D3 (die –Y-Richtung), und die Magnetisierungsrichtung der Schicht mit festliegender Magnetisierung des MR-Elements R132 ist entgegengesetzt zu der der Schicht mit festliegender Magnetisierung des MR-Elements R131. In diesem Fall verändert sich das Potential an der Verbindungsstelle J3 in Abhängigkeit von dem relativen Winkel zwischen der Richtung DM des sich drehenden Magnetfelds MF und der dritten Richtung D3.
Im vierten Erfassungsschaltkreis 40 ist die Magnetisierungsrichtung der Schicht mit festliegender Magnetisierung des MR-Elements R141 dieselbe wie die in der 2 gezeigte und im Abschnitt der ersten Ausführungsform beschriebene vierte Richtung D4, und die Magnetisierungsrichtung der Schicht mit festliegender Magnetisierung des MR-Elements R142 ist entgegengesetzt zu der der Schicht mit festliegender Magnetisierung des MR-Elements R141. In diesem Fall verändert sich das Potential an der Verbindungsstelle J4 in Abhängigkeit vondem relativen Winkel zwischen der Richtung DM des sich drehenden Magnetfelds MF und der vierten Richtung D4.
In der zweiten Ausführungsform sind die beiden Eingänge des ersten Winkelberechnungs-Schaltkreises 51 mit der Verbindungsstelle J1 des ersten Erfassungsschaltkreises 10 und der Verbindungsstelle J2 des zweiten Erfassungsschaltkreises 20 verbunden. Die beiden Eingänge des zweiten Winkelberechnungs-Schaltkreises 52 sind mit der Verbindungsstelle J2 des zweiten Erfassungsschaltkreises 20 und der Verbindungsstelle J3 des dritten Erfassungsschaltkreises 30 verbunden. Die beiden Eingänge des dritten Winkelberechnungs-Schaltkreises 53 sind mit der Verbindungsstelle J3 des dritten Erfassungsschaltkreises 30 und der Verbindungsstelle J4 des vierten Erfassungsschaltkreises 40 verbunden. Die beiden Eingänge des vierten Winkelberechnungs-Schaltkreises 54 sind mit der Verbindungsstelle J4 des vierten Erfassungsschaltkreises 40 und der Verbindungsstelle J1 des ersten Erfassungsschaltkreises 10 verbunden.
Die weitere Anordnung, die Arbeitsweise und die Wirkungen der zweiten Ausführungsform sind dieselben wie die der ersten Ausführungsform.
[Dritte Ausführungsform]
Ein Drehfeldsensor gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung ist nun mit Bezug auf 16 beschrieben. 16 ist ein Schaltbild, das die Anordnung eines Teils des Drehfeldsensors gemäß der dritten Ausführungsform darstellt. Der Drehfeldsensor 1 gemäß der dritten Ausführungsform enthält zwei Wheatstone-Brückenschaltkreise 5 und 6 anstelle der Wheatstone-Brückenschaltkreise 14, 24, 34 und 44 der ersten Ausführungsform. Der Drehfeldsensor 1 enthält weiter Stromversorgungsanschlüsse V5 und V6 und Masseanschlüsse G5 und G6.
Der Wheatstone-Brückenschaltkreis 5 enthält ein erstes Paar in Reihe geschalteter MR-Elemente R51 und R52 und ein zweites Paar in Reihe geschalteter MR-Elemente R53 und R54. Ein Ende des MR-Elements R51 entfernt vom MR-Element R52 ist mit einem Ende des MR-Elements R53 entfernt vom MR-Element R54 und mit dem Stromversorgungsanschluss V5 verbunden. Ein Ende des MR-Elements R52 entfernt vom MR-Element R51 ist mit einem Ende des MR-Elements R54 entfernt vom MR-Element R53 und mit dem Masseanschluss G5 verbunden. Eine vorgegebene Spannung wird zwischen dem Stromversorgungsanschluss V5 und dem Masseanschluss G5 angelegt. Als Ergebnis liegt eine vorgegebene Spannung zwischen dem Ende des MR-Elements R51 und dem Ende des MR-Elements R52 an, die entfernt voneinander sind, sowie zwischen dem Ende des MR-Elements R53 und dem Ende des MR-Elements R54, die entfernt voneinander sind.
Der Wheatstone-Brückenschaltkreis 6 enthält ein erstes Paar in Reihe geschalteter MR-Elemente R61 und R62 und ein zweites Paar in Reihe geschalteter MR-Elemente R63 und R64. Ein vom MR-Element R62 entferntes Ende des MR-Elements R61 ist mit einem vom MR-Element R64 entfernten Ende des MR-Elements R63 und mit dem Stromversorgungsanschluss V6 verbunden. Ein vom MR-Element R61 entferntes Ende des MR-Elements R62 ist mit einem vom MR-Element R63 entfernten Ende des MR-Elements R64 und mit dem Masseanschluss G6 verbunden. Eine vorgegebene Spannung wird zwischen dem Stromversorgungsanschluss V6 und dem Masseanschluss G6 angelegt. Als Ergebnis liegt eine vorgegebene Spannung zwischen dem Ende des MR-Elements R61 und dem Ende des MR-Elements R62 an, die entfernt voneinander sind, sowie zwischen dem Ende des MR-Elements R63 und dem Ende des MR-Elements R64, die entfernt voneinander sind.
In der dritten Ausführungsform besteht der erste Erfassungsschaltkreis 10 aus den MR-Elementen R51 und R52. Der zweite Erfassungsschaltkreis 20 besteht aus den MR-Elementen R53 und R54. Der dritte Erfassungsschaltkreis 30 besteht aus den MR-Elementen R61 und R62. Der vierte Erfassungsschaltkreis 40 besteht aus den MR-Elementen R63 und R64. Das erste Ausgangssignal S1 wird von einer Verbindungsstelle J51 zwischen dem MR-Element R51 und dem MR-Element R52 ausgegeben. Das zweite Ausgangssignal S2 wird von einer Verbindungsstelle J52 zwischen dem MR-Element R53 und dem MR-Element R54 ausgegeben. Das dritte Ausgangssignal S3 wird von einer Verbindungsstelle J61 zwischen dem MR-Element R61 und dem MR-Element R62 ausgegeben. Das vierte Ausgangssignal S4 wird von einer Verbindungsstelle J62 zwischen dem MR-Element R63 und dem MR-Element R64 ausgegeben.
Die MR-Elemente R51, R52, R53, R54, R61, R62, R63 und R64 sind auf dieselbe Weise angeordnet wie die MR-Elemente R11, R12, R21, R22, R31, R32, R41 und R42 der ersten Ausführungsform. Genauer ist im ersten Erfassungsschaltkreis 10 die Magnetisierungsrichtung der Schicht mit festliegender Magnetisierung des MR-Elements R51 dieselbe wie die in der 2 gezeigte und im Abschnitt der erste Ausführungsform beschriebene erste Richtung D1 (die –X-Richtung), und die Magnetisierungsrichtung der Schicht mit festliegender Magnetisierung des MR-Elements R52 ist entgegengesetzt zu der der Schicht mit festliegender Magnetisierung des MR-Elements R51. In diesem Fall verändert sich das Potential an der Verbindungsstelle J51 in Abhängigkeit von dem relativen Winkel zwischen der Richtung DM des sich drehenden Magnetfelds MF und der ersten Richtung D1.
Im zweiten Erfassungsschaltkreis 20 ist die Magnetisierungsrichtung der Schicht mit festliegender Magnetisierung des MR-Elements R53 dieselbe wie die in der 2 gezeigte und im Abschnitt der erste Ausführungsform beschriebene zweite Richtung D2, und die Magnetisierungsrichtung der Schicht mit festliegender Magnetisierung des MR-Elements R54 ist entgegengesetzt zu der der Schicht mit festliegender Magnetisierung des MR-Elements R53. In diesem Fall verändert sich das Potential an der Verbindungsstelle J52 in Abhängigkeit von dem relativen Winkel zwischen der Richtung DM des sich drehenden Magnetfelds MF und der zweiten Richtung D2.
Im dritten Erfassungsschaltkreis 30 ist die Magnetisierungsrichtung der Schicht mit festliegender Magnetisierung des MR-Elements R61 dieselbe wie die in der 2 gezeigte und im Abschnitt der ersten Ausführungsform beschriebene dritte Richtung D3 (die –Y-Richtung), und die Magnetisierungsrichtung der Schicht mit festliegender Magnetisierung des MR-Elements R62 ist entgegengesetzt zu der der Schicht mit festliegender Magnetisierung des MR-Elements R61. In diesem Fall verändert sich das Potential an der Verbindungsstelle J61 in Abhängigkeit von dem relativen Winkel zwischen der Richtung DM des sich drehenden Magnetfelds MF und der dritten Richtung D3.
Im vierten Erfassungsschaltkreis 40 ist die Magnetisierungsrichtung der Schicht mit festliegender Magnetisierung des MR-Elements R63 dieselbe wie die in der 2 gezeigte und im Abschnitt der ersten Ausführungsform beschriebene vierte Richtung D4, und die Magnetisierungsrichtung der Schicht mit festliegender Magnetisierung des MR-Elements R64 ist entgegengesetzt zu der der Schicht mit festliegender Magnetisierung des MR-Elements R63. In diesem Fall verändert sich das Potential an der Verbindungsstelle J62 in Abhängigkeit von dem relativen Winkel zwischen der Richtung DM des sich drehenden Magnetfelds MF und der vierten Richtung D4.
In der dritten Ausführungsform sind die beiden Eingänge des ersten Winkelberechnungs-Schaltkreises 51 mit den Verbindungsstellen J51 und J52 des Wheatstone-Brückenschaltkreises 5 verbunden. Die beiden Eingänge des zweiten Winkelberechnungs-Schaltkreises 52 sind mit der Verbindungsstelle J52 des Wheatstone-Brückenschaltkreises 5 und der Verbindungsstelle J61 des Wheatstone-Brückenschaltkreises 6 verbunden. Die beiden Eingänge des dritten Winkelberechnungs-Schaltkreises 53 sind mit den Verbindungsstellen J61 und J62 des Wheatstone-Brückenschaltkreises 6 verbunden. Die beiden Eingänge des vierten Winkelberechnungs-Schaltkreises 54 sind mit der Verbindungsstelle J62 des Wheatstone-Brückenschaltkreises 6 und der Verbindungsstelle J51 des Wheatstone-Brückenschaltkreises 5 verbunden.
Die weitere Anordnung, die Arbeitsweise und die Wirkungen der dritten Ausführungsform sind dieselben wie die der ersten Ausführungsform.
[Vierte Ausführungsform]
Ein Drehfeldsensor gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung ist nun mit Bezug auf 17 beschrieben. 17 ist ein erläuterndes Diagramm, das die Anordnung des Drehfeldsensors gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung darstellt. In 17 ist ein Magnet 102, der ein oder mehr Paare von abwechselnd in einer Ringform angeordneten N- und S-Polen enthält, als Beispiel einer Einrichtung zum Erzeugen des sich drehenden Magnetfelds gezeigt, dessen Richtung sich dreht. In dem in 17 gezeigten Beispiel enthält der Magnet 102 zwei Paare von N- und S-Polen. Der Drehfeldsensor 1 gemäß der vierten Ausführungsform ist ausgelegt, die Richtung des sich drehenden Magnetfelds zu erfassen, das von der äußeren Peripherie des Magneten 102 erzeugt ist. In dem in 17 gezeigten Beispiel ist die Ebene der Zeichnung von 17 eine XY-Ebene, und eine Richtung senkrecht zu der Ebene ist die Z-Richtung. Die N- und S-Pole des Magneten 102 sind symmetrisch bezüglich der Drehachse parallel zur Z-Richtung angeordnet. Der Magnet 102 dreht sich um die Drehachse. Als Ergebnis tritt auf Grundlage des durch den Magneten 102 erzeugten Magnetfelds ein sich drehendes Magnetfeld auf. Das sich drehende Magnetfeld dreht sich um die Drehachse (die Z-Richtung). In dem in 17 gezeigten Beispiel dreht sich der Magnet 102 in einer Richtung im Uhrzeigersinn, und das sich drehende Magnetfeld dreht sich in einer Richtung gegen den Uhrzeigersinn.
In der vierten Ausführungsform sind die erste Position P1, in der der erste Erfassungsschaltkreis 10 das sich drehende Magnetfeld erfasst, die zweite Position P2, in der der zweite Erfassungsschaltkreis 20 das sich drehende Magnetfeld erfasst, die dritte Position P3, in der der dritte Erfassungsschaltkreis 30 das sich drehende Magnetfeld erfasst, und die vierte Position P4, in der der vierte Erfassungsschaltkreis 40 das sich drehende Magnetfeld erfasst, dieselben in der Drehrichtung des Magneten 102. Somit befinden sich in der vierten Ausführungsform die ersten bis vierten Erfassungsschaltkreise 10, 20, 30 und 40 in derselben Position in der Drehrichtung des Magneten 102.
In dem in 17 gezeigten Beispiel ist die erste Richtung D1, die eine Richtung des sich drehenden Magnetfelds ist, die das erste, durch den ersten Erfassungsschaltkreis 10 erzeugte Ausgangssignal S1 maximiert, in eine radiale Richtung des Magneten 102 eingestellt. Die zweite Richtung D2, die eine Richtung des sich drehenden Magnetfelds ist, die das zweite, durch den zweiten Erfassungsschaltkreis 20 erzeugte Ausgangssignal S2 maximiert, ist die um θ2 gegen den Uhrzeigersinn gegenüber der ersten Richtung D1 in der XY-Ebene gedrehte Richtung. Die dritte Richtung D3, die eine Richtung des sich drehenden Magnetfelds ist, die das dritte, durch den dritten Erfassungsschaltkreis 30 erzeugte Ausgangssignal S3 maximiert, ist die um θ3 gegen den Uhrzeigersinn gegenüber der ersten Richtung D1 in der XY-Ebene gedrehte Richtung. Die vierte Richtung D4, die eine Richtung des sich drehenden Magnetfelds ist, die das vierte, durch den vierten Erfassungsschaltkreis 40 erzeugte Ausgangssignal S4 maximiert, ist die um θ4 gegen den Uhrzeigersinn gegenüber der ersten Richtung D1 in der XY-Ebene gedrehte Richtung. Genauer betragen in der vierten Ausführungsform θ2, θ3 und θ4 45°, 90° bzw. 135°.
Der in 17 gezeigte Drehfeldsensor 1 ist sonst auf dieselbe Weise ausgelegt wie ein beliebiger aus den ersten bis dritten Ausführungsformen.
[Abänderungsbeispiel]
Ein Abänderungsbeispiel der vierten Ausführungsform der Erfindung ist nun mit Bezug auf 18 beschrieben. 18 ist ein erläuterndes Diagramm, das die Anordnung eines Drehfeldsensors nach dem Abänderungsbeispiel der vierten Ausführungsform darstellt. In 18 ist ein Magnet 103, der ein oder mehr Paare von abwechselnd in einer linearen Anordnung angeordneten N- und S-Polen enthält, als Beispiel einer Einrichtung zum Erzeugen eines sich drehenden Magnetfelds gezeigt, dessen Richtung sich dreht. Der Drehfeldsensor 1 gemäß dem Abänderungsbeispiel ist ausgelegt, die Richtung des sich drehenden Magnetfelds zu erfassen, das von der äußeren Peripherie des Magneten 103 erzeugt ist. In dem in 18 gezeigten Beispiel ist die Ebene der Zeichnung von 18 die XY-Ebene, und eine Richtung senkrecht zu der Ebene ist die Z-Richtung. Der Magnet 103 bewegt sich linear in seiner Längsrichtung als Reaktion auf eine lineare Bewegung eines Objekts. Als Ergebnis tritt auf Grundlage des durch den Magneten 103 erzeugten Magnetfelds ein sich drehendes Magnetfeld auf. Das sich drehende Magnetfeld dreht sich um die Z-Richtung.
In dem in 18 gezeigten Beispiel ist die erste Richtung D1 in einer Richtung rechtwinklig zu der Bewegungsrichtung des Magneten 103 in der XY-Richtung eingestellt. Die zweite Richtung D2 ist die gegen den Uhrzeigersinn um θ2, das heißt, um 45°, gegenüber der ersten Richtung D1 in der XY-Richtung gedrehte Richtung. Die dritte Richtung D3 ist die gegen den Uhrzeigersinn um θ3, das heißt, um 90°, gegenüber der ersten Richtung D1 in der XY-Richtung gedrehte Richtung. Die vierte Richtung D4 ist die gegen den Uhrzeigersinn um θ4, das heißt, um 135°, gegenüber der ersten Richtung D1 in der XY-Richtung gedrehte Richtung. Der in 18 gezeigte Drehfeldsensor 1 ist sonst auf dieselbe Weise ausgelegt wie der in 17 gezeigte Drehfeldsensor 1.
Der Einfachheit halber sind in 17 und 18 die ersten bis vierten Erfassungsschaltkreise 10, 20, 30 und 40 mit Abstand voneinander in der Y Richtung dargestellt. Jedoch liegen die Orte der ersten bis vierten Erfassungsschaltkreise 10, 20, 30 und 40 in der Y-Richtung vorzugsweise nahe beieinander und sind noch besser identisch miteinander.
Die weitere Anordnung, die Arbeitsweise und die Wirkungen der vierten Ausführungsform sind dieselben wie die beliebiger der ersten bis dritten Ausführungsformen.
[Fünfte Ausführungsform]
Ein Drehfeldsensor gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung ist nun mit Bezug auf 19 beschrieben. 19 ist ein erläuterndes Diagramm, das die Anordnung des Drehfeldsensors gemäß der fünften Ausführungsform der Erfindung darstellt. Der Drehfeldsensor 1 gemäß der fünften Ausführungsform ist ausgelegt, die Richtung eines sich drehenden Magnetfelds zu erfassen, das von der äußeren Peripherie des Magneten 102 erzeugt ist, wie bei dem Beispiel der in 17 gezeigten vierten Ausführungsform. Bei dem Drehfeldsensor 1 gemäß der fünften Ausführungsform unterscheiden sich die erste Position P1, in der der erste Erfassungsschaltkreis 10 das sich drehende Magnetfeld erfasst, die zweite Position P2, in der der zweite Erfassungsschaltkreis 20 das sich drehende Magnetfeld erfasst, die dritte Position P3, in der der dritte Erfassungsschaltkreis 30 das sich drehende Magnetfeld erfasst, und die vierte Position P4, in der der vierte Erfassungsschaltkreis 40 das sich drehende Magnetfeld erfasst, voneinander in der Drehrichtung des Magneten 102. Genauer befinden sich in der fünften Ausführungsform die ersten bis vierten Erfassungsschaltkreise 10, 20, 30 und 40 an unterschiedlichen Positionen in der Drehrichtung des Magneten 102.
In dem in 19 gezeigten Beispiel enthält der Magnet 102 zwei Paare von N- und S-Polen. Das sich drehende Magnetfeld führt zwei Drehungen während einer Drehung des Magneten 102 aus. In diesem Fall ist eine Periode der ersten bis vierten Ausgangssignale S1 bis S4, d. h. ein elektrischer Winkel von 360°, gleichwertig mit einer halben Drehung des Magneten 102, d. h. einem 180-Grad-Drehwinkel des Magneten 102. In 19 betragen die Differenz zwischen der ersten Position P1 und der zweiten Position P2, die Differenz zwischen der zweiten Position P2 und der dritten Position P3 und die Differenz zwischen der dritten Position P3 und der vierten Position P4 alle 45° im elektrischen Winkel, d. h. 22,5° im Drehwinkel des Magneten 102. Weiter beträgt die Differenz zwischen der ersten Position P1 und der dritten Position P3 90° im elektrischen Winkel, d. h. 45° im Drehwinkel des Magneten 102, und die Differenz zwischen der ersten Position P1 und der vierten Position P4 beträgt 135° im elektrischen Winkel, d. h. 67,5° im Drehwinkel des Magneten 102.
In dem in 19 gezeigten Beispiel sind die erste Richtung D1, die eine Richtung des sich drehenden Magnetfelds ist, die das erste, durch den ersten Erfassungsschaltkreis 10 erzeugte Ausgangssignal S1 maximiert, die zweite Richtung D2, die eine Richtung des sich drehenden Magnetfelds ist, die das zweite, durch den zweiten Erfassungsschaltkreis 20 erzeugte Ausgangssignal S2 maximiert, die dritte Richtung D3, die eine Richtung des sich drehenden Magnetfelds ist, die das dritte, durch den dritten Erfassungsschaltkreis 30 erzeugte Ausgangssignal S3 maximiert, und die vierte Richtung D4, die eine Richtung des sich drehenden Magnetfelds ist, die das vierte, durch den vierten Erfassungsschaltkreis 40 erzeugte Ausgangssignal S4 maximiert, alle in radialen Richtungen des Magneten 102 eingestellt. Der in 19 gezeigte Drehfeldsensor 1 ist sonst auf dieselbe Weise ausgelegt wie ein beliebiger aus der ersten bis dritten Ausführungsform.
[Abänderungsbeispiel]
Ein Abänderungsbeispiel der fünften Ausführungsform der Erfindung ist nun mit Bezug auf 20 beschrieben. 20 ist ein erläuterndes Diagramm, das die Anordnung eines Drehfeldsensors nach dem Abänderungsbeispiel der fünften Ausführungsform darstellt. Der Drehfeldsensor 1 gemäß dem Abänderungsbeispiel ist ausgelegt, die Richtung eines sich drehenden Magnetfelds zu erfassen, das von der äußeren Peripherie des Magneten 103 erzeugt ist, wie bei dem Beispiel der in 18 gezeigten vierten Ausführungsform. In dem in 20 gezeigten Beispiel führt das sich drehende Magnetfeld eine Drehung aus, während sich der Magnet 103 um eine Teilung bewegt, d. h. um ein Paar von N- und S-Polen. In diesem Fall ist eine Periode der ersten bis vierten Ausgangssignale S1 bis S4, d. h. ein elektrischer Winkel von 360°, gleichwertig mit einer Teilung des Magneten 103. In 20 betragen die Differenz zwischen der ersten Position P1 und der zweiten Position P2, die Differenz zwischen der zweiten Position P2 und der dritten Position P3 und die Differenz zwischen der dritten Position P3 und der vierten Position P4 alle 1/8 Teilung. Weiter beträgt die Differenz zwischen der ersten Position P1 und der dritten Position P3 1/4 Teilung, und die Differenz zwischen der ersten Position P1 und der vierten Position P4 beträgt 3/8 Teilung.
In dem in 20 gezeigten Beispiel sind die erste bis vierte Richtungen D1 bis D4 alle in einer Richtung rechtwinklig zu der Bewegungsrichtung des Magneten 103 in der XY-Richtung eingestellt. Der in 20 gezeigte Drehfeldsensor 1 ist sonst auf dieselbe Weise ausgelegt wie der in 19 gezeigte Drehfeldsensor 1.
Die weitere Anordnung, die Arbeitsweise und die Wirkungen der fünften Ausführungsform sind dieselben wie die beliebiger der ersten bis vierten Ausführungsform.
[Sechste Ausführungsform]
Ein Drehfeldsensor gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung ist nun beschrieben. Der Drehfeldsensor 1 gemäß der sechsten Ausführungsform erfüllt die im Abschnitt der ersten Ausführungsform beschriebenen Bedingungen 1 bis 4. Der Drehfeldsensor 1 gemäß der sechsten Ausführungsform kann weiter die im Abschnitt der ersten Ausführungsform beschriebenen Bedingungen 5 und 6 erfüllen. Unterschiede des Drehfeldsensors 1 gemäß der sechsten Ausführungsform gegenüber dem Drehfeldsensor 1 gemäß der ersten Ausführungsform sind nachstehend beschrieben. Wie der Drehfeldsensor 1 gemäß der ersten Ausführungsform enthält der Drehfeldsensor 1 gemäß der sechsten Ausführungsform eine Winkelbestimmungseinheit, ausgelegt, den Winkelerfassungswert θs durch Verwendung von g Winkelwerten zu bestimmen. In der sechsten Ausführungsform unterscheiden sich jedoch die Anordnung und die Betriebsweise der Winkelbestimmungseinheit von denen in der ersten Ausführungsform.
Die Winkelbestimmungseinheit der sechsten Ausführungsform bestimmt den Winkelerfassungswert θs wiederholt in vorgegebenen Zeitintervallen dt und erzeugt einen Schätzwert θsd für einen als Nächstes zu bestimmenden Winkelerfassungswert θs auf Grundlage einer Vielzahl bereits bestimmter Winkelerfassungswerte θs. Wenn im Fall eines Ausfalls eines der n Erfassungsschaltkreise eine Vielzahl korrekter Winkelwerte, die einer Vielzahl solcher aus den g Gruppen entsprechen, die nicht den ausgefallenen Erfassungsschaltkreis enthalten, aus den g Winkelwerten erkennbar sind, bestimmt die Winkelbestimmungseinheit den Winkelerfassungswert θs auf Grundlage mindestens eines aus der Vielzahl korrekter Winkelwerte. Wenn die Vielzahl korrekter Winkelwerte nicht aus den g Winkelwerten erkennbar ist, bestimmt die Winkelbestimmungseinheit, dass der Schätzwert θsd der Winkelerfassungswert θs sein soll.
Die Winkelbestimmungseinheit kann eine Winkeldifferenz-Berechnungseinheit, eine Behelfs-Normalwinkelwert-Bestimmungseinheit und eine Winkelausgabeeinheit enthalten. Wie in der ersten Ausführungsform berechnet die Winkeldifferenz-Berechnungseinheit mindestens g Winkeldifferenzen für jeweilige mindestens g Winkelwertpaare, von denen jedes aus zwei Winkelwerten besteht, die aus den g Winkelwerten gewählt sind. Jede der mindestens g Winkeldifferenzen ist eine Differenz zwischen den beiden Winkelwerten, aus denen ein entsprechendes der mindestens g Winkelwertpaare besteht. Die Behelfs-Normalwinkelwert-Bestimmungseinheit extrahiert eine oder mehr Winkeldifferenzen, die in einen vorgegebenen Bereich fallen, aus den mindestens g Winkeldifferenzen und bestimmt eine Vielzahl von Winkelwerten, aus denen ein oder mehr Winkelwertpaare bestehen, die der extrahierten einen oder den mehreren Winkeldifferenzen entsprechen, als eine Vielzahl von Behelfs-Normalwinkelwerten. Die Winkelausgabeeinheit bestimmt den Winkelerfassungswert θs wiederholt in vorgegebenen Zeitintervallen dt und gibt ihn aus.
Die Winkelausgabeeinheit enthält eine Winkelwert-Schätzeinheit und eine Winkelerfassungswert-Bestimmungseinheit. Die Winkelwert-Schätzeinheit erzeugt den Schätzwert θsd für den als Nächstes zu bestimmenden Winkelerfassungswert θs auf Grundlage der Vielzahl von bereits bestimmten Winkelerfassungswerten θs. Wenn im Fall eines Ausfalls eines der n Erfassungsschaltkreise eine Vielzahl korrekter Winkelwerte, die einer Vielzahl solcher aus den g Gruppen entsprechen, die nicht den ausgefallenen Erfassungsschaltkreis enthalten, aus der Vielzahl von Behelfs-Normalwinkelwerten erkennbar ist, bestimmt die Winkelerfassungswert-Bestimmungseinheit den Winkelerfassungswert θs auf Grundlage mindestens eines aus der Vielzahl korrekter Winkelwerte. Wenn die Vielzahl korrekter Winkelwerte nicht aus der Vielzahl von Behelfs-Normalwinkelwerten erkennbar ist, bestimmt die Winkelerfassungswert-Bestimmungseinheit, dass der Schätzwert θsd der Winkelerfassungswert θs sein soll. Jeder der g Winkelwerte wird benutzt, um mindestens zwei der mindestens g Winkelwertpaare zu bilden.
Ein praktische Beispiel des Drehfeldsensors 1 gemäß der sechsten Ausführungsform ist nun mit Bezug auf 21 beschrieben. 21 ist ein Schaltbild, das einen Teil des Drehfeldsensors 1 gemäß der sechsten Ausführungsform darstellt. Nachstehend wird der Drehfeldsensor 1 dieses praktischen Beispiels als der Drehfeldsensor 1 des dritten praktischen Beispiels bezeichnet. Der Drehfeldsensor 1 des dritten praktischen Beispiels weist dieselbe Anordnung auf wie die des Drehfeldsensors 1 des ersten oder zweiten praktischen Beispiels, die im Abschnitt der ersten Ausführungsform beschrieben sind, bis auf die folgenden Unterschiede. Die Steuereinheit 60 des dritten praktischen Beispiels enthält eine Behelfs-Normalwinkelwert-Bestimmungseinheit 162 anstelle der Bestimmungseinheit 62 des ersten oder zweiten praktischen Beispiels. Die Anordnung und die Betriebsweise der Behelfs-Normalwinkelwert-Bestimmungseinheit 162 sind dieselben wie die der Bestimmungseinheit 62 des ersten oder zweiten praktischen Beispiels. Jedoch extrahiert die Behelfs-Normalwinkelwert-Bestimmungseinheit 162 eine Vielzahl weiter unten zu beschreibender Behelfs-Normalwinkelwerte statt einer Vielzahl korrekter Winkelwerte. Weiter unterscheidet sich die Winkelausgabeeinheit 63 des dritten praktischen Beispiels in der Anordnung von der des ersten oder zweiten praktischen Beispiels. Die Anordnung der Winkelausgabeeinheit 63 des dritten praktischen Beispiels ist nachstehend beschrieben.
Die Winkelausgabeeinheit 63 des dritten praktischen Beispiels enthält eine Winkelerfassungswert-Bestimmungseinheit 631, eine Winkelwert Speichereinheit 632, eine Winkelwert-Schätzeinheit 633 und eine Schätzwert-Speichereinheit 634. Die Winkelerfassungswert-Bestimmungseinheit 631 und die Winkelwert-Schätzeinheit 633 sind durch Software ausgeführt, nicht durch physisch getrennte Elemente. Die Winkelwert-Speichereinheit 632 und die Schätzwert-Speichereinheit 634 sind durch einen Arbeitsspeicher (RAM), beispielsweise eines Mikrocomputers, ausgeführt.
Die Winkelerfassungswert-Bestimmungseinheit 631 empfängt die vier Winkelwerte θs1 bis θs4, die in die vier Eingänge der Winkelausgabeeinheit 63 eingegeben sind. Im dritten praktischen Beispiel extrahiert die Behelfs-Normalwinkelwert-Bestimmungseinheit 162 eine Vielzahl von Behelfs-Normalwinkelwerten aus den vier Winkelwerten θs1 bis θs4. Die Vielzahl von Behelfs-Normalwinkelwerten kann nicht nur eine Vielzahl ursprünglich korrekter Winkelwerte enthalten, sondern auch eine Vielzahl inkorrekter Winkelwerte, die nicht von den korrekten Winkelwerten unterscheidbar sind. Ein Verfahren zum Extrahieren der Vielzahl von Behelfs-Normalwinkelwerten ist weiter unten beschrieben.
Die Winkelerfassungswert-Bestimmungseinheit 631 ist durch die Behelfs-Normalwinkelwert-Bestimmungseinheit 162 gesteuert, um zu bestimmen, ob eine Vielzahl korrekter Winkelwerte aus der Vielzahl von Behelfs-Normalwinkelwerten erkennbar ist. Wenn eine Vielzahl korrekter Winkelwerte erkennbar ist, bestimmt die Winkelerfassungswert-Bestimmungseinheit 631 den Winkelerfassungswert θs auf Grundlage der Vielzahl von Behelfs-Normalwinkelwerten beispielsweise nach einem ähnlichen Verfahren wie dem Verfahren, nach dem die Winkelausgabeeinheit 63 den Winkelerfassungswert θs in den im Abschnitt der ersten Ausführungsform beschriebenen Schritten S102C und S102F bestimmt. Der so bestimmte Winkelerfassungswert θs ist als der aktuelle Winkelerfassungswert θsa bezeichnet. Der aktuelle Winkelerfassungswert θsa wird in der Winkelwert-Speichereinheit 632 gespeichert.
Im dritten praktischen Beispiel führt die Winkelausgabeeinheit 63 wiederholt eine Reihe von Schritten zum Bestimmen des Winkelerfassungswerts θs aus, um den Winkelerfassungswert θs wiederholt in vorgegebenen Zeitintervallen dt zu bestimmen und auszugeben. Der letzte der wiederholt bestimmten Winkelerfassungswerte θs ist als der gegenwärtige Winkelerfassungswert bezeichnet. Ein oder mehr vergangene Winkelerfassungswerte θs werden als vorherige(r) Winkelwert(e) bezeichnet. Der gegenwärtige Winkelwert θsb und der eine oder die mehreren vorherigen Winkelwerte θsc werden in der Winkelwert-Speichereinheit 632 gespeichert.
Die Winkelwert-Schätzeinheit 633 erzeugt den Schätzwert θsd für den als Nächstes zu bestimmenden Winkelerfassungswert θs auf Grundlage der Vielzahl bereits bestimmter Winkelerfassungswerte θs. Genauer schätzt die Winkelwert-Schätzeinheit 633 einen als Nächstes nach dem gegenwärtigen Winkelwert θsb zu bestimmenden Winkelerfassungswert θs durch Durchführen der Reihe von oben beschriebenen Schritten auf Grundlage des gegenwärtigen Winkelwerts θsb und des in der Winkelwert-Speichereinheit 632 gespeicherten einen oder der mehreren vorhergehenden Winkelwerte θsc. Der so geschätzte Winkelerfassungswert θs ist der oben erwähnte Schätzwert θsd. Der Schätzwert θsd wird beispielsweise erhalten durch Bestimmen eines Näherungsausdrucks, der einen Winkelwert als abhängige Variable enthält, durch lineare Annäherung auf Grundlage des gegenwärtigen Winkelwerts θsb und des einen oder der mehreren vorhergehenden Winkelwerte θsc. Der Schätzwert θsd wird in der Schätzwert-Speichereinheit 634 gespeichert.
Die Winkelerfassungswert-Bestimmungseinheit 631 steuert die Winkelwert-Speichereinheit 632 und die Schätzwert-Speichereinheit 634, um den aktuellen Winkelerfassungswert θsa oder den Schätzwert θsd als den gegenwärtigen Winkelwert θsb in der Winkelwert-Speichereinheit 632 zu speichern. Die Winkelerfassungswert-Bestimmungseinheit 631 veranlasst weiter die Winkelwert-Speichereinheit 632, den in der Winkelwert-Speichereinheit 632 gespeicherten gegenwärtigen Winkelwert θsb als den Winkelerfassungswert θs zur Ausgabe durch die Winkelausgabeeinheit 63 auszugeben. Der Schritt des Speicherns des aktuellen Winkelerfassungswerts θsa oder des Schätzwerts θsd als den gegenwärtigen Winkelwert θsb ist weiter unten beschrieben.
Ein Winkelbestimmungsverfahren gemäß der sechsten Ausführungsform ist nun beschrieben. Das Winkelbestimmungsverfahren gemäß der sechsten Ausführungsform erfüllt die im Abschnitt der ersten Ausführungsform beschriebenen Bedingungen 1 bis 4. Das Winkelbestimmungsverfahren gemäß der sechsten Ausführungsform kann weiter die im Abschnitt der ersten Ausführungsform beschriebenen Bedingungen 5 und 6 erfüllen. Unterschiede des Winkelbestimmungsverfahrens gemäß der sechsten Ausführungsform gegenüber dem Winkelbestimmungsverfahren gemäß der ersten Ausführungsform sind nachstehend beschrieben. Bei dem Winkelbestimmungsverfahrens gemäß der sechsten Ausführungsform unterscheidet sich der zweite Schritt von dem in der ersten Ausführungsform. In der sechsten Ausführungsform bestimmt der zweite Schritt den Winkelerfassungswert θs wiederholt in vorgegebenen Zeitintervallen dt und erzeugt einen Schätzwert θsd für einen als Nächstes zu bestimmenden Winkelerfassungswert θs auf Grundlage einer Vielzahl bereits bestimmter Winkelerfassungswerte θs. Wenn im Fall eines Ausfalls eines der n Erfassungsschaltkreise eine Vielzahl korrekter Winkelwerte, die einer Vielzahl solcher aus den g Gruppen entsprechen, die nicht den ausgefallenen Erfassungsschaltkreis enthalten, aus den g Winkelwerten erkennbar ist, bestimmt der zweite Schritt den Winkelerfassungswert θs auf Grundlage mindestens eines aus der Vielzahl korrekter Winkelwerte. Wenn die Vielzahl korrekter Winkelwerte nicht aus den g Winkelwerten erkennbar ist, bestimmt der zweite Schritt, dass der Schätzwert θsd der Winkelerfassungswert θs sein soll.
In der sechsten Ausführungsform enthält der zweite Schritt einen Schritt des Berechnens von mindestens g Winkeldifferenzen für jeweilige mindestens g Winkelwertpaare, von denen jedes aus zwei Winkelwerten besteht, die aus den g Winkelwerten gewählt sind, wobei jede der mindestens g Winkeldifferenzen eine Differenz zwischen den beiden Winkelwerten ist, aus denen ein entsprechendes der mindestens g Winkelwertpaare besteht; einen Schritt des Extrahierens einer oder mehrerer Winkeldifferenzen, die in einen vorgegebenen Bereich fallen, aus den mindestens g Winkeldifferenzen und des Bestimmens einer Vielzahl von Winkelwerten, aus denen ein oder mehr Winkelwertpaare bestehen, die der extrahierten einen oder den mehreren Winkeldifferenzen entsprechen, als eine Vielzahl von Behelfs-Normalwinkelwerten; und einen Winkelerfassungswert-Bestimmungsschritt des wiederholten Bestimmens des Winkelerfassungswerts θs in vorgegebenen Zeitintervallen dt. Der Winkelerfassungswert-Bestimmungsschritt enthält: einen Schritt des Erzeugens des Schätzwerts θ sd für den als Nächstes zu bestimmenden Winkelerfassungswert θs auf Grundlage der Vielzahl bereits bestimmter Winkelerfassungswerte θs; und im Fall eines Ausfalls eines der n Erfassungsschaltkreise einen Schritt des Bestimmens des Winkelerfassungswerts θs auf Grundlage mindestens eines aus der Vielzahl korrekter Winkelwerte, die einer Vielzahl solcher der g Gruppen entspricht, die nicht den ausgefallenen Erfassungsschaltkreis enthalten, wenn die Vielzahl korrekter Winkelwerte aus der Vielzahl von Behelfs-Normalwinkelwerten erkennbar ist, oder des Bestimmens des Schätzwerts θsd als den Winkelerfassungswert θs, wenn die Vielzahl korrekter Winkelwerte aus der Vielzahl von Behelfs-Normalwinkelwerten nicht erkennbar ist.
Ein praktisches Beispiel des Winkelbestimmungsverfahrens gemäß der sechsten Ausführungsform ist nun beschrieben. Nachstehend ist das Winkelbestimmungsverfahren dieses praktischen Beispiels als das Winkelbestimmungsverfahren des dritten praktischen Beispiels bezeichnet. Das Winkelbestimmungsverfahren des dritten praktischen Beispiels verwendet den Drehfeldsensor 1 des dritten praktischen Beispiels.
Das Winkelbestimmungsverfahren des dritten praktischen Beispiels enthält einen ersten Schritt und einen zweiten Schritt. Der erste Schritt des Winkelbestimmungsverfahrens des dritten praktischen Beispiels ist derselbe wie der erste Schritt S101 (siehe 7 und 8) des Winkelbestimmungsverfahrens jedes der ersten und zweiten praktischen Beispiele, beschrieben im Abschnitt der ersten Ausführungsform. Der zweite Schritt des Winkelbestimmungsverfahrens des dritten praktischen Beispiels ist der Schritt, in dem die in 21 gezeigte Steuereinheit 60 den Winkelerfassungswert θs durch Verwendung der vier Winkelwerte θs1 bis θs4 bestimmt.
Der zweite Schritt des Winkelbestimmungsverfahrens des dritten praktischen Beispiels enthält: einen Schritt des Berechnens der Winkeldifferenzen θA bis θD; einen Schritt des Extrahierens einer Vielzahl von Behelfs-Normalwinkelwerten durch Verwendung der vier Winkeldifferenzen θA bis θD; und einen Winkelerfassungswert-Bestimmungsschritt des wiederholten Bestimmens des Winkelerfassungswerts θs in vorgegebenen Zeitintervallen dt. Der Schritt des Berechnens der vier Winkeldifferenzen θA bis θD ist derselbe wie der im Abschnitt der ersten Ausführungsform beschriebene Schritt S102A (siehe 7). Der Schritt des Extrahierens einer Vielzahl von Behelfs-Normalwinkelwerten extrahiert eine Vielzahl von Behelfs-Normalwinkelwerten durch Verwendung desselben Verfahrens wie das der im Abschnitt der ersten Ausführungsform beschriebenen Schritte S102B (siehe 7) oder S102E (siehe 8). Wenn der Schritt des Extrahierens einer Vielzahl von Behelfs-Normalwinkelwerten dasselbe Verfahren wie das des Schritts S102B zum Extrahieren einer Vielzahl von Behelfs-Normalwinkelwerten verwendet, entspricht die Vielzahl von Behelfs-Normalwinkelwerten der in Schritt S102B extrahierten Vielzahl korrekter Winkelwerte. Wenn der Schritt des Extrahierens einer Vielzahl von Behelfs-Normalwinkelwerten dasselbe Verfahren wie das des Schritts S102E zum Extrahieren einer Vielzahl von Behelfs-Normalwinkelwerten verwendet, dann werden wie im Schritt S102E alle inkorrekten Winkelwerte extrahiert, um den ausgefallenen Erfassungsschaltkreis zu erkennen, und alle anderen Winkelwerte als die inkorrekten Winkelwerte werden als die Vielzahl von Behelfs-Normalwinkelwerten bestimmt. Der Schritt des Extrahierens einer Vielzahl von Behelfs-Normalwinkelwerten wird von der Behelfs-Normalwinkelwert-Bestimmungseinheit 162 durchgeführt.
Der Winkelerfassungswert-Bestimmungsschritt des Winkelbestimmungsverfahrens des dritten praktischen Beispiels und die Arbeitsgänge der Winkelerfassungswert-Bestimmungseinheit 631, der Winkelwert-Speichereinheit 632, der Winkelwert-Schätzeinheit 633 und der Schätzwert-Speichereinheit 634 sind nun mit Bezug auf 21 und 22 beschrieben. 22 ist ein Flussdiagramm, das den Winkelerfassungswert-Bestimmungsschritt darstellt.
Der Winkelerfassungswert-Bestimmungsschritt beginnt mit Schritt S201, in dem die Winkelerfassungswert-Bestimmungseinheit 631 bestimmt, ob eine Vielzahl korrekter Winkelwerte aus der Vielzahl von Behelfs-Normalwinkelwerten erkennbar ist. Wenn keiner aus den ersten bis vierten Erfassungsschaltkreisen 10, 20, 30 und 40 (siehe 3) des Drehfeldsensors 1 ausfällt, sind die Vielzahl von Behelfs-Normalwinkelwerten alle identisch oder liegen sehr nahe beieinander. In einem solchen Fall bestimmt die Winkelerfassungswert-Bestimmungseinheit 631, dass eine Vielzahl korrekter Winkelwerte erkennbar ist.
Wenn einer aus den ersten bis vierten Erfassungsschaltkreisen 10, 20, 30 und 40 ausfällt, werden aus den vier Winkelwerten θs1 bis θs4 zwei Winkelwerte, die zwei Gruppen entsprechen, die den ausgefallenen Erfassungsschaltkreis enthalten, inkorrekte Winkelwerte. In diesem Fall kann eine Vielzahl von zu bestimmten Zeitpunkten extrahierten Behelfs-Normalwinkelwerten solche zwei inkorrekte Winkelwerte zusätzlich zu einer Vielzahl ursprünglich korrekter Winkelwerte enthalten. Genauer, wenn eine für ein Winkelwertpaar, das aus zwei inkorrekten Winkelwerten besteht, berechnete Winkeldifferenz zu bestimmten Zeitpunkten einen Wert von null oder einen Wert sehr nahe bei null aufweist, werden solche zwei inkorrekten Winkelwerte als eine Vielzahl von Behelfs-Normalwinkelwerten extrahiert.
Selbst wenn eine Vielzahl von Behelfs-Normalwinkelwerten inkorrekte Winkelwerte enthält, können die inkorrekten Winkelwerte sicher als korrekte Winkelwerte betrachtet werden, vorausgesetzt, dass alle aus der Vielzahl von Behelfs-Normalwinkelwerten identisch sind oder sehr nahe beieinander liegen. In einem solchen Fall bestimmt die Winkelerfassungswert-Bestimmungseinheit 631, dass eine Vielzahl korrekter Winkelwerte erkennbar ist.
Wenn andererseits alle aus der Vielzahl von Behelfs-Normalwinkelwerten weder identisch miteinander sind noch sehr nahe beieinander liegen, sind korrekte und inkorrekte Winkelwerte in der Vielzahl von Behelfs-Normalwinkelwerten nicht voneinander unterscheidbar. In einem solchen Fall bestimmt die Winkelerfassungswert-Bestimmungseinheit 631, dass eine Vielzahl korrekter Winkelwerte nicht erkennbar ist.
Wenn in Schritt S201 bestimmt ist, dass eine Vielzahl korrekter Winkelwerte erkennbar ist (J in Schritt S201), dann steuert in Schritt S202A die Winkelerfassungswert-Bestimmungseinheit 631 die Winkelwert-Speichereinheit 632 so, dass der darin gespeicherte gegenwärtige Winkelwert θsb als ein vorheriger Winkelwert θsc gesetzt wird. Als Nächstes bestimmt in Schritt S203A die Winkelerfassungswert-Bestimmungseinheit 631 den aktuellen Winkelerfassungswert θsa und steuert weiter die Winkelwert-Speichereinheit 632, den aktuellen Winkelerfassungswert θsa in der Winkelwert-Speichereinheit 632 als den gegenwärtigen Winkelwert θsb zu speichern.
Wenn in Schritt S201 bestimmt ist, dass eine Vielzahl korrekter Winkelwerte nicht erkennbar ist (N in Schritt S201), dann steuert in Schritt S202B die Winkelerfassungswert-Bestimmungseinheit 631 die Winkelwert-Speichereinheit 632 so, dass der darin gespeicherte gegenwärtige Winkelwert θsb als ein vorheriger Winkelwert θsc gesetzt wird. Als Nächstes steuert in Schritt S203B die Winkelerfassungswert-Bestimmungseinheit 631 die Winkelwert-Speichereinheit 632 und die Schätzwert-Speichereinheit 634 so, dass der in der Schätzwert-Speichereinheit 634 gespeicherte Schätzwert θsd in der Winkelwert-Speichereinheit 632 als der gegenwärtige Winkelwert θsb gespeichert wird.
Nach der Ausführung von Schritt S203A oder S203B veranlasst die Winkelerfassungswert-Bestimmungseinheit 631 in Schritt S204 die Winkelwert-Speichereinheit 632, den in der Winkelwert-Speichereinheit 632 gespeicherten gegenwärtigen Winkelwert θsb als den Winkelerfassungswert θs zur Ausgabe durch die Winkelausgabeeinheit 63 auszugeben. In diesem Schritt S204 wird entweder der in Schritt S203A gespeicherte aktuelle Winkelerfassungswert θsa oder der in Schritt S203B gespeicherte Schätzwert θsd als der Winkelerfassungswert θs ausgegeben.
Als Nächstes schätzt in Schritt S205 auf Grundlage des gegenwärtigen Winkelwerts θsb und des in der Winkelwert-Speichereinheit 632 gespeicherten einen oder der mehreren vorhergehenden Winkelwerte θsc die Winkelwert-Schätzeinheit 633 den als Nächstes nach dem gegenwärtigen Winkelwert θsb zu bestimmenden Winkelerfassungswert θs und erzeugt dadurch den Schätzwert θsd. Als Nächstes steuert in Schritt S206 die Winkelerfassungswert-Bestimmungseinheit 631 die Schätzwert-Speichereinheit 634 an, den Schätzwert θsd in der Schätzwert-Speichereinheit 634 zu speichern.
Als Nächstes bestimmt in Schritt S207 die Winkelerfassungswert-Bestimmungseinheit 631, ob der Winkelerfassungswert-Bestimmungsschritt zu beenden ist. Wenn in Schritt S207 bestimmt ist, dass der Winkelerfassungswert-Bestimmungsschritt zu beenden ist (J), beendet die Winkelerfassungswert-Bestimmungseinheit 631 den Winkelerfassungswert-Bestimmungsschritt. Beispielsweise wird der Winkelerfassungswert-Bestimmungsschritt durch Eingabe eines Signals, das ein Ende anweist, an die Winkelerfassungswert-Bestimmungseinheit 631 beendet. Wenn in Schritt S207 bestimmt ist, dass der Winkelerfassungswert-Bestimmungsschritt nicht zu beenden ist (N), kehrt die Winkelerfassungswert-Bestimmungseinheit 631 zu Schritt S201 zurück. Auf solche Weise wird der Winkelerfassungswert θs wiederholt in vorgegebenen Zeitintervallen dt bestimmt und von der Winkelausgabeeinheit 63 ausgegeben.
Bei dem Winkelbestimmungsverfahren des dritten praktischen Beispiels gründet der Winkelerfassungswert-Bestimmungsschritt darauf, dass der gegenwärtige Winkelwert θsb und der eine oder die mehreren vorhergehenden Winkelwerte θsc in der Winkelwert-Speichereinheit 632 gespeichert sind und der Schätzwert θsd in der Schätzwert-Speichereinheit 634 gespeichert ist. Somit kann der folgende Vorbereitungsschritt vor dem Ausführen des Winkelerfassungswert-Bestimmungsschritts durchgeführt werden. Im Vorbereitungsschritt bestimmt zuerst die Winkelerfassungswert-Bestimmungseinheit 631 den aktuellen Winkelerfassungswert θsa auf Grundlage einer Vielzahl von Behelfs-Normalwinkelwerten. Wenn alle Behelfs-Normalwinkelwerte weder identisch miteinander sind noch sehr nahe beieinander liegen und daher der aktuelle Winkelerfassungswert θsa nicht bestimmbar ist, kann die Winkelerfassungswert-Bestimmungseinheit 631 den Schritt des Bestimmens des aktuellen Winkelerfassungswerts θsa wiederholen, bis alle aus einer Vielzahl von Behelfs-Normalwinkelwerten miteinander identisch werden oder sehr nahe beieinander liegen. Sobald der aktuelle Winkelerfassungswert θsa bestimmt wurde, wird der aktuelle Winkelerfassungswert θsa in der Winkelwert-Speichereinheit 632 als der gegenwärtige Winkelwert θsb gespeichert.
Im Vorbereitungsschritt bestimmt zuerst die Winkelerfassungswert-Bestimmungseinheit 631 dann einen neuen aktuellen Winkelerfassungswert θsa auf Grundlage einer Vielzahl neuer Behelfs-Normalwinkelwerte. Als Nächstes wird der gegenwärtige Winkelwert θsb als ein vorheriger Winkelwert θsc gesetzt, und der neue aktuelle Winkelerfassungswert θsa wird als der gegenwärtige Winkelwert θsb in der Winkelwert-Speichereinheit 632 gespeichert. Als Nächstes wird wie in den Schritten S205 und S206 ein Schätzwert θsd auf Grundlage des gegenwärtigen Winkelwerts θsb und eines oder mehrerer vorheriger Winkelwerte θsc erzeugt und gespeichert. Durch Durchführen eines solchen Vorbereitungsschritts werden der gegenwärtige Winkelwert θsb und der eine oder die mehreren vorhergehenden Winkelwerte θsc in der Winkelwert-Speichereinheit 632 gespeichert, und der Schätzwert θsd wird in der Schätzwert-Speichereinheit 634 gespeichert. Dies schließt die Vorbereitungen zum Ausführen des Winkelerfassungswert-Bestimmungsschritts ab. Der Vorbereitungsschritt wird beispielsweise durchgeführt, unmittelbar nachdem der Drehfeldsensor 1 das Erfassen des Winkels θ begonnen hat.
Wie oben beschrieben, wird gemäß der sechsten Ausführungsform, wenn eine für ein Winkelwertpaar, das aus zwei inkorrekten Winkelwerten besteht, berechnete Winkeldifferenz zu bestimmten Zeitpunkten einen Wert von null oder einen Wert sehr nahe bei null aufweist, und es somit unmöglich ist, eine Vielzahl korrekter Winkelwerte zu erkennen, der Schätzwert θsd als der Winkelerfassungswert θs ausgegeben. Folglich ist es gemäß der sechsten Ausführungsform immer möglich, den Winkelerfassungswert θs auszugeben.
Die weitere Anordnung, die Arbeitsweise und die Wirkungen der sechsten Ausführungsform sind dieselben wie die der ersten Ausführungsform.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorangegangenen Ausführungsformen beschränkt, und verschiedene Modifikationen können daran vorgenommen werden. Beispielsweise sind die Anordnung der ersten bis vierten Erfassungsschaltkreise 10, 20, 30 und 40 und der ersten bis vierten Richtungen D1 bis D4 in den vorangehenden Ausführungsformen nur erläuternd. Verschiedene Abänderungen können an der Anordnung der ersten bis vierten Erfassungsschaltkreise 10, 20, 30 und 40 und der ersten bis vierten Richtungen D1 bis D4 in Anbetracht der in den Ansprüchen dargelegten Anforderungen vorgenommen werden.
In den zweiten bis sechsten Ausführungsformen können die ersten bis vierten Erfassungsschaltkreise 10, 20, 30 und 40 im Drehfeldsensor 1 durch n Erfassungsschaltkreise gemäß beliebigen der Beispiele von Gruppen ersetzt werden, die beim Beschreiben der Bedingung 5 im Abschnitt der ersten Ausführungsform aufgeführt sind.
Weiter sind in der vorliegenden Erfindung die magnetischen Erfassungselemente nicht auf Spinventil-MR-Elemente (GMR-Elemente oder TMR-Elemente) beschränkt, solange die Erfassungsschaltkreise, die die magnetischen Erfassungselemente enthalten, Ausgangssignale erzeugen können, die auf die Richtung DM des sich drehenden Magnetfelds MF reagieren. Beispielsweise können AMR-Elemente, Hall-Elemente, Fluxgate-Magnetsonden und dergleichen als die magnetischen Erfassungselemente verwendet werden.
Es ist ersichtlich, dass die vorliegende Erfindung im Lichte der vorhergehenden Beschreibungen in verschiedenen Formen und Abwandlungen ausgeführt sein kann. Demgemäß kann die vorliegende Erfindung innerhalb des Geltungsbereichs der folgenden Ansprüche und ihrer Äquivalente in anderen Formen ausgeführt sein als die vorhergehenden äußerst vorzuziehenden Ausführungsformen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011081389 A1 [0003, 0004, 0005, 0007, 0009]

Claims

Drehfeldsensor zum Erfassen eines Winkels, den eine Richtung eines sich drehenden Magnetfelds in einer Bezugsposition bezüglich einer Bezugsrichtung bildet, wobei der Drehfeldsensor umfasst: n Erfassungsschaltkreise, wobei jeder der n Erfassungsschaltkreise mindestens ein magnetisches Erfassungselement enthält und ein Ausgangssignal erzeugt, das auf die Richtung des sich drehenden Magnetfelds reagiert; und eine Winkelberechnungseinheit, ausgelegt, g Winkelwerte entsprechend g Gruppen zu berechnen, die jeweils aus m Erfassungsschaltkreisen bestehen, die aus den n Erfassungsschaltkreisen ausgewählt sind, wobei jeder der g Winkelwerte eine Entsprechungsbeziehung mit dem Winkel aufweist, den die Richtung des sich drehenden Magnetfelds in der Bezugsposition bezüglich der Bezugsrichtung bildet, wobei m eine ganze Zahl nicht kleiner als zwei ist, n eine um zwei oder mehr größere ganze Zahl als m ist, und g eine ganze Zahl nicht kleiner als drei und nicht größer als _nC_m ist, wobei die Winkelberechnungseinheit ausgelegt ist, jeden der g Winkelwerte auf Grundlage von m Ausgangssignalen der m Erfassungsschaltkreise zu berechnen, aus denen eine entsprechende der g Gruppen besteht, und jeder der n Erfassungsschaltkreise verwendet ist, mindestens eine und nicht mehr als (g – 2) der g Gruppen zu bilden.
Drehfeldsensor nach Anspruch 1, weiter umfassend eine Winkelbestimmungseinheit, ausgelegt, durch Verwendung der g Winkelwerte einen vom Drehfeldsensor auszugebenden Winkelerfassungswert zu bestimmen, wobei der Winkelerfassungswert eine Entsprechungsbeziehung mit dem Winkel aufweist, den die Richtung des sich drehenden Magnetfelds in der Bezugsposition bezüglich der Bezugsrichtung bildet.
Drehfeldsensor nach Anspruch 2, wobei, im Fall eines Ausfalls eines der n Erfassungsschaltkreise, die Winkelbestimmungseinheit aus den g Winkelwerten eine Vielzahl korrekter Winkelwerte extrahiert, die einer Vielzahl solcher aus den g Gruppen entsprechen, die nicht den ausgefallenen Erfassungsschaltkreis enthalten, und den Winkelerfassungswert auf Grundlage mindestens eines aus der Vielzahl korrekter Winkelwerte bestimmt.
Drehfeldsensor nach Anspruch 3, wobei die Winkelbestimmungseinheit enthält: eine Winkeldifferenz-Berechnungseinheit, ausgelegt, mindestens g Winkeldifferenzen für jeweilige mindestens g Winkelwertpaare zu berechnen, von denen jedes aus zwei Winkelwerten besteht, die aus den g Winkelwerten gewählt sind, wobei jede der mindestens g Winkeldifferenzen eine Differenz zwischen den beiden Winkelwerten ist, aus denen ein entsprechendes der mindestens g Winkelwertpaare besteht; und eine Bestimmungseinheit, ausgelegt, eine oder mehr Winkeldifferenzen, die in einen vorgegebenen Bereich fallen, aus den mindestens g Winkeldifferenzen zu extrahieren und eine Vielzahl von Winkelwerten, aus denen ein oder mehr Winkelwertpaare bestehen, die der extrahierten einen oder den mehreren Winkeldifferenzen entsprechen, als die Vielzahl korrekter Winkelwerte zu bestimmen, und wobei jeder der g Winkelwerte benutzt wird, um mindestens zwei der mindestens g Winkelwertpaare zu bilden.
Drehfeldsensor nach Anspruch 2, wobei die Winkelbestimmungseinheit ausgelegt ist, den Winkelerfassungswert wiederholt in vorgegebenen Zeitintervallen zu bestimmen und einen Schätzwert für einen als Nächstes zu bestimmenden Winkelerfassungswert auf Grundlage einer Vielzahl von bereits bestimmten Winkelerfassungswerten zu erzeugen, und im Fall eines Ausfalls eines der n Erfassungsschaltkreise, wenn eine Vielzahl korrekter Winkelwerte, die einer Vielzahl solcher der g Gruppen entspricht, die nicht den ausgefallenen Erfassungsschaltkreis enthalten, aus den g Winkelwerten zu erkennen ist, die Winkelbestimmungseinheit den Winkelerfassungswert auf Grundlage mindestens eines aus der Vielzahl korrekter Winkelwerte bestimmt, und wenn die Vielzahl korrekter Winkelwerte nicht aus den g Winkelwerten zu erkennen ist, die Winkelbestimmungseinheit bestimmt, dass der Schätzwert der Winkelerfassungswert sein soll.
Drehfeldsensor nach Anspruch 5, wobei die Winkelbestimmungseinheit enthält: eine Winkeldifferenz-Berechnungseinheit, ausgelegt, mindestens g Winkeldifferenzen für jeweilige mindestens g Winkelwertpaare zu berechnen, von denen jedes aus zwei Winkelwerten besteht, die aus den g Winkelwerten gewählt sind, wobei jede der mindestens g Winkeldifferenzen eine Differenz zwischen den beiden Winkelwerten ist, aus denen ein entsprechendes der mindestens g Winkelwertpaare besteht; eine Behelfs-Normalwinkelwert-Bestimmungseinheit, ausgelegt, eine oder mehr Winkeldifferenzen, die in einen vorgegebenen Bereich fallen, aus den mindestens g Winkeldifferenzen zu extrahieren und eine Vielzahl von Winkelwerten, aus denen ein oder mehr Winkelwertpaare bestehen, die der extrahierten einen oder den mehreren Winkeldifferenzen entsprechen, als eine Vielzahl von Behelfs-Normalwinkelwerten zu bestimmen; und eine Winkelausgabeeinheit, ausgelegt, den Winkelerfassungswert wiederholt in vorgegebenen Zeitintervallen zu bestimmen und auszugeben, wobei die Winkelausgabeeinheit enthält: eine Winkelwert-Schätzeinheit, ausgelegt, den Schätzwert zu erzeugen; und eine Winkelerfassungswert-Bestimmungseinheit, ausgelegt, im Fall eines Ausfalls eines der n Erfassungsschaltkreise den Winkelerfassungswert auf Grundlage mindestens eines aus der Vielzahl korrekter Winkelwerte zu bestimmen, wenn die Vielzahl korrekter Winkelwerte aus der Vielzahl von Behelfs-Normalwinkelwerten erkennbar ist, und, wenn die Vielzahl korrekter Winkelwerte nicht aus der Vielzahl von Behelfs-Normalwinkelwerten erkennbar ist, zu bestimmen, dass der Schätzwert der Winkelerfassungswert sein soll, und wobei jeder der g Winkelwerte benutzt wird, um mindestens zwei der mindestens g Winkelwertpaare zu bilden.
Drehfeldsensor nach Anspruch 1, wobei g um zwei oder mehr größer als m und nicht kleiner als (n – m + 1) ist, und die g Gruppen aus solchen Kombinationen von Erfassungsschaltkreisen gebildet sind, dass es im Fall eines Ausfalls eines beliebigen der n Erfassungsschaltkreise keinen anderen Erfassungsschaltkreis als den ausgefallenen Erfassungsschaltkreis gibt, der in allen solchen der g Gruppen enthalten ist, die den ausgefallenen Erfassungsschaltkreis enthalten, und in keiner der anderen der g Gruppen enthalten ist.
Drehfeldsensor nach Anspruch 7, weiter umfassend eine Ausfallerfassungseinheit, ausgelegt, im Fall eines Ausfalls eines der n Erfassungsschaltkreise aus den g Winkelwerten alle inkorrekten Winkelwerte zu extrahieren, die allen solchen der g Gruppen entsprechen, die den ausgefallenen Erfassungsschaltkreis enthalten, und einen Erfassungsschaltkreis, der in allen solchen der g Gruppen enthalten ist, die allen inkorrekten Winkelwerten entsprechen, und in keiner derjenigen der g Gruppen enthalten ist, die beliebigen Winkelwerten außer allen inkorrekten Winkelwerten entsprechen, als den ausgefallenen Erfassungsschaltkreis zu erkennen.
Drehfeldsensor nach Anspruch 8, wobei die Ausfallerfassungseinheit ausgelegt ist, einen aus dem Drehfeldsensor auszugebenden Winkelerfassungswert auf Grundlage eines oder mehrerer Winkelwerte außer allen inkorrekten Winkelwerten zu bestimmen, wobei der Winkelerfassungswert eine Entsprechungsbeziehung mit dem Winkel aufweist, den die Richtung des sich drehenden Magnetfelds in der Bezugsposition bezüglich der Bezugsrichtung bildet.
Drehfeldsensor nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Ausfallerfassungseinheit enthält: eine Winkeldifferenz-Berechnungseinheit, ausgelegt, mindestens g Winkeldifferenzen für jeweilige mindestens g Winkelwertpaare zu berechnen, von denen jedes aus zwei Winkelwerten besteht, die aus den g Winkelwerten gewählt sind, wobei jede der mindestens g Winkeldifferenzen eine Differenz zwischen den beiden Winkelwerten ist, aus denen ein entsprechendes der mindestens g Winkelwertpaare besteht; und eine Ausfallbestimmungseinheit, ausgelegt, den ausgefallenen Erfassungsschaltkreis auf Grundlage der mindestens g Winkeldifferenzen zu erkennen, wobei jeder der g Winkelwerte benutzt wird, um mindestens zwei der mindestens g Winkelwertpaare zu bilden, und die Ausfallbestimmungseinheit ausgelegt ist, alle Winkeldifferenzen, die in einen vorgegebenen Bereich fallen, aus den mindestens g Winkeldifferenzen zu extrahieren und alle Winkelwerte, die in keinem aus allen Winkelwertpaaren enthalten sind, die allen der extrahierten Winkeldifferenzen entsprechen, als alle inkorrekten Winkelwerte zu bestimmen.
Drehfeldsensor nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 10, wobei das mindestens eine magnetische Erfassungselement mindestens ein magnetoresistives Element ist, enthaltend: eine Schicht mit festliegender Magnetisierung, deren Magnetisierungsrichtung blockiert ist; eine freie Schicht, deren Magnetisierungsrichtung sich je nach der Richtung des sich drehenden Magnetfelds ändert; und eine nichtmagnetische Schicht, die zwischen der Schicht mit festliegender Magnetisierung und der freien Schicht angeordnet ist.
Winkelbestimmungsverfahren zum Bestimmen eines Winkelerfassungswerts durch Verwendung eines Drehfeldsensors, wobei der Winkelerfassungswert eine Entsprechungsbeziehung mit einem Winkel aufweist, den eine Richtung eines sich drehenden Magnetfelds in einer Bezugsposition bezüglich einer Bezugsrichtung bildet, wobei der Drehfeldsensor n Erfassungsschaltkreise enthält, wobei jeder der n Erfassungsschaltkreise mindestens ein magnetisches Erfassungselement enthält und ein Ausgangssignal erzeugt, das auf die Richtung des sich drehenden Magnetfelds reagiert, wobei das Winkelbestimmungsverfahren umfasst einen ersten Schritt des Berechnens von g Winkelwerten entsprechend g Gruppen, die jeweils aus m Erfassungsschaltkreisen bestehen, ausgewählt aus den n Erfassungsschaltkreisen, wobei jeder der g Winkelwerte eine Entsprechungsbeziehung mit dem Winkel aufweist, den die Richtung des sich drehenden Magnetfelds in der Bezugsposition bezüglich der Bezugsrichtung bildet; und einen zweiten Schritt des Bestimmens des Winkelerfassungswerts durch Verwendung der g Winkelwerte, wobei m eine ganze Zahl nicht kleiner als zwei ist, n eine um zwei oder mehr größere ganze Zahl als m ist, und g eine ganze Zahl nicht kleiner als drei und nicht größer als _nC_m ist, wobei der erste Schritt jeden der g Winkelwerte auf Grundlage von m Ausgangssignalen der m Erfassungsschaltkreise berechnet, aus denen eine entsprechende der g Gruppen besteht, und jeder der n Erfassungsschaltkreise verwendet ist, mindestens eine und nicht mehr als (g – 2) der g Gruppen zu bilden.
Winkelbestimmungsverfahren nach Anspruch 12, wobei im Fall eines Ausfalls eines der n Erfassungsschaltkreise der zweite Schritt aus den g Winkelwerten eine Vielzahl korrekter Winkelwerte extrahiert, die einer Vielzahl solcher aus den g Gruppen entsprechen, die nicht den ausgefallenen Erfassungsschaltkreis enthalten, und den Winkelerfassungswert auf Grundlage mindestens eines aus der Vielzahl korrekter Winkelwerte bestimmt.
Winkelbestimmungsverfahren nach Anspruch 13, wobei der zweite Schritt enthält: einen Schritt des Berechnens von mindestens g Winkeldifferenzen für jeweilige mindestens g Winkelwertpaare, von denen jedes aus zwei Winkelwerten besteht, die aus den g Winkelwerten gewählt sind, wobei jede der mindestens g Winkeldifferenzen eine Differenz zwischen den beiden Winkelwerten ist, aus denen ein entsprechendes der mindestens g Winkelwertpaare besteht; und einen Schritt des Extrahierens einer oder mehrerer Winkeldifferenzen, die in einen vorgegebenen Bereich fallen, aus den mindestens g Winkeldifferenzen und des Bestimmens einer Vielzahl von Winkelwerten, aus denen ein oder mehr Winkelwertpaare bestehen, die der extrahierten einen oder den mehreren Winkeldifferenzen entsprechen, als die Vielzahl korrekter Winkelwerte, und wobei jeder der g Winkelwerte benutzt wird, um mindestens zwei der mindestens g Winkelwertpaare zu bilden.
Winkelbestimmungsverfahren nach Anspruch 12, wobei der zweite Schritt den Winkelerfassungswert wiederholt in vorgegebenen Zeitintervallen bestimmt und einen Schätzwert für einen als Nächstes zu bestimmenden Winkelerfassungswert auf Grundlage einer Vielzahl bereits bestimmter Winkelerfassungswerte erzeugt, und im Fall eines Ausfalls eines der n Erfassungsschaltkreise der zweite Schritt den Winkelerfassungswert auf Grundlage mindestens eines aus der Vielzahl korrekter Winkelwerte bestimmt, die einer Vielzahl solcher der g Gruppen entspricht, die nicht den ausgefallenen Erfassungsschaltkreis enthalten, wenn die Vielzahl korrekter Winkelwerte aus den g Winkelwerten zu erkennen ist, oder den Schätzwert als den Winkelerfassungswert bestimmt, wenn die Vielzahl korrekter Winkelwerte nicht aus den g Winkelwerten zu erkennen ist.
Winkelbestimmungsverfahren nach Anspruch 15, wobei der zweite Schritt enthält: einen Schritt des Berechnens von mindestens g Winkeldifferenzen für jeweilige mindestens g Winkelwertpaare, von denen jedes aus zwei Winkelwerten besteht, die aus den g Winkelwerten gewählt sind, wobei jede der mindestens g Winkeldifferenzen eine Differenz zwischen den beiden Winkelwerten ist, aus denen ein entsprechendes der mindestens g Winkelwertpaare besteht; einen Schritt des Extrahierens einer oder mehrerer Winkeldifferenzen, die in einen vorgegebenen Bereich fallen, aus den mindestens g Winkeldifferenzen und des Bestimmens einer Vielzahl von Winkelwerten, aus denen ein oder mehr Winkelwertpaare bestehen, die der extrahierten einen oder den mehreren Winkeldifferenzen entsprechen, als eine Vielzahl von Behelfs-Normalwinkelwerten; und einen Winkelerfassungswert-Bestimmungsschritt des wiederholten Bestimmens des Winkelerfassungswerts in vorgegebenen Zeitintervallen, wobei der Winkelerfassungswert-Bestimmungsschritt enthält: einen Schritt des Erzeugens des Schätzwerts; und einen Schritt des Bestimmens des Winkelerfassungswerts im Fall eines Ausfalls eines der n Erfassungsschaltkreise auf Grundlage mindestens eines aus der Vielzahl korrekter Winkelwerte, wenn die Vielzahl korrekter Winkelwerte aus der Vielzahl von Behelfs-Normalwinkelwerten erkennbar ist, oder des Bestimmens des Schätzwerts als den Winkelerfassungswert, wenn die Vielzahl korrekter Winkelwerte aus der Vielzahl von Behelfs-Normalwinkelwerten nicht erkennbar ist, und wobei jeder der g Winkelwerte benutzt wird, um mindestens zwei der mindestens g Winkelwertpaare zu bilden.
Winkelbestimmungsverfahren nach Anspruch 12, wobei g um zwei oder mehr größer als m und nicht kleiner als (n – m + 1) ist, und die g Gruppen aus solchen Kombinationen von Erfassungsschaltkreisen gebildet sind, dass es im Fall eines Ausfalls eines beliebigen der n Erfassungsschaltkreise keinen anderen Erfassungsschaltkreis als den ausgefallenen Erfassungsschaltkreis gibt, der in allen solchen der g Gruppen enthalten ist, die den ausgefallenen Erfassungsschaltkreis enthalten, und in keiner der anderen der g Gruppen enthalten ist.
Winkelbestimmungsverfahren nach Anspruch 17, wobei der zweite Schritt enthält: im Fall eines Ausfalls eines der n Erfassungsschaltkreise aus den g Winkelwerten Extrahieren aller inkorrekten Winkelwerte, die allen solchen der g Gruppen entsprechen, die den ausgefallenen Erfassungsschaltkreis enthalten, und Erkennen eines Erfassungsschaltkreises, der in allen solchen der g Gruppen enthalten ist, die allen inkorrekten Winkelwerten entsprechen, und in keiner solchen der g Gruppen enthalten ist, die beliebigen Winkelwerten außer allen inkorrekten Winkelwerten entsprechen, als den ausgefallenen Erfassungsschaltkreis.
Winkelbestimmungsverfahren nach Anspruch 18, wobei der zweite Schritt den Winkelerfassungswert auf Grundlage eines oder mehrerer Winkelwerte außer allen inkorrekten Winkelwerten bestimmt.
Winkelbestimmungsverfahren nach Anspruch 18 oder 19, wobei der zweite Schritt enthält: einen Schritt des Berechnens von mindestens g Winkeldifferenzen für jeweilige mindestens g Winkelwertpaare, von denen jedes aus zwei Winkelwerten besteht, die aus den g Winkelwerten gewählt sind, wobei jede der mindestens g Winkeldifferenzen eine Differenz zwischen den beiden Winkelwerten ist, aus denen ein entsprechendes der mindestens g Winkelwertpaare besteht; und einen Schritt des Erkennens des ausgefallenen Erfassungsschaltkreises auf Grundlage der mindestens g Winkeldifferenzen, wobei jeder der g Winkelwerte benutzt wird, um mindestens zwei der mindestens g Winkelwertpaare zu bilden, und wobei der Schritt des Erkennens des ausgefallenen Erfassungsschaltkreises alle Winkeldifferenzen, die in einen vorgegebenen Bereich fallen, aus den mindestens g Winkeldifferenzen extrahiert und alle Winkelwerte, die in keinem aus allen Winkelwertpaaren enthalten sind, die allen der extrahierten Winkeldifferenzen entsprechen, als alle inkorrekten Winkelwerte bestimmt.
Winkelbestimmungsverfahren nach beliebigen der Ansprüche 12 bis 20, wobei das mindestens eine magnetische Erfassungselement mindestens ein magnetoresistives Element ist, enthaltend: eine Schicht mit festliegender Magnetisierung, deren Magnetisierungsrichtung blockiert ist; eine freie Schicht, deren Magnetisierungsrichtung sich je nach der Richtung des sich drehenden Magnetfelds ändert; und eine nichtmagnetische Schicht, die zwischen der Schicht mit festliegender Magnetisierung und der freien Schicht angeordnet ist.