DE102017105148A1 - Drehwinkeldetektionseinrichtung und Drehmaschineneinrichtung - Google Patents

Drehwinkeldetektionseinrichtung und Drehmaschineneinrichtung Download PDF

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Abstract

Eine Drehwinkeldetektionseinrichtung ist mit einem Magneten versehen, der so angeordnet ist, dass er einstückig mit einer Drehachse rotieren kann, eine bei Anbetracht entlang der Drehachse im Wesentlichen kreisförmige Form hat und eine Magnetisierungsvektorkomponente in einer Richtung orthogonal zur Drehachse beinhaltet; sowie mit einem Magnetsensor, der ein Sensorsignal auf Grundlage der Änderung in einem Magnetfeld ausgibt, die mit der Drehung des Magneten einhergeht; und mit einem Drehwinkeldetektor, der einen Drehwinkel des Drehkörpers auf Grundlage des Sensorsignals detektiert, das von dem Magnetsensor ausgegeben wird; wobei der Magnet eine gekrümmt geneigte Fläche mit einer konkaven Form entlang der Drehachse von einer vorbestimmten Position auf der Außenseite in einer radialen Richtung zur Drehachse hin aufweist, und bei Erstellung einer kreisförmigen, gedachten Ebene, die orthogonal zur Drehachse verläuft und an der Drehachse zentriert ist, in einer Position, die der gekrümmt geneigten Fläche entgegengesetzt ist, der Magnetsensor in einer Position angeordnet ist, in welcher die Amplituden einer Magnetfeldstärke Hr in radialer Richtung und einer Magnetfeldstärke Hθ in Umfangsrichtung auf der gedachten Ebene im Wesentlichen die gleichen sind, und zumindest eine der Magnetfeldstärken Hr und Hθ in radialer Richtung und/oder in Umfangsrichtung als Sensorsignal ausgegeben wird.

Description

  • [TECHNISCHES GEBIET]
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Drehwinkeldetektionseinrichtung zum Detektieren eines Drehwinkels eines Drehkörpers und eine Drehmaschineneinrichtung, die eine solche umfasst.
  • [HINTERGRUND]
  • Herkömmlicherweise wird eine Drehwinkeldetektionseinrichtung zum Detektieren des Drehwinkels eines Drehkörpers in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt. Als eine solche Art von Drehwinkeldetektionseinrichtung ist eine Einrichtung bekannt geworden, die mit einem Magneten versehen ist, der so befestigt ist, dass er einstückig mit dem Drehkörper rotiert, sowie mit einem Magnetsensorelement zum Detektieren von Änderungen in der Stärke eines Magnetfelds, die mit der Drehung des Magneten einhergehen. Bei einer solchen Drehwinkeldetektionseinrichtung gibt das Magnetsensorelement ein Signal aus, welches das relative Positionsverhältnis zwischen dem Drehkörper und dem Magnetsensorelement angibt.
  • Als herkömmliche Drehwinkeldetektionseinrichtung, wie in 37A und 37B gezeigt, ist eine Einrichtung bekannt geworden, bei welcher ein scheibenförmig ausgebildeter Magnet 200 von einer Welle S (Drehachse) gelagert wird und daran befestigt ist, so dass eine erste Fläche 201 und eine zweite Fläche 202 des Magneten 200 orthogonal zur Welle S (Drehachse) verlaufen und Magnetsensorelemente (Hall-Elemente) 300 direkt unter dem Außenumfang der zweiten Fläche 202 des Magneten 200 und in einer Umfangsrichtung zentriert an der Welle S (Drehachse) positioniert sind, (siehe Patentliteratur 1).
  • Bei der oben beschriebenen Drehwinkeldetektionseinrichtung kommt es vor, dass der Magnet 200, der von der Welle S (Drehachse) gelagert wird und daran befestigt ist, sich geringfügig in radialer Richtung bewegt, und zwar aufgrund von auftretenden, axialen Erschütterungen, bei welcher die Welle S (Drehachse) sich geringfügig in radialer Richtung bewegt. Andererseits ist das Magnetsensorelement (Hall-Element) 300 dazu vorgesehen, die magnetische Flussdichte in einer Richtung parallel zur Welle S (Drehachse) im Bereich des Außenumfangs des Magneten 200 zu messen. In der Folge besteht das Problem, dass mit Einhergehen von geringfügigen Bewegungen des Magneten 200 der Messwert der magnetischen Flussdichte, der von dem Magnetsensorelement (Hall-Element) 300 gemessen wird, maßgeblich schwankt und der Messfehler im Drehwinkel groß wird.
  • Daher wurde, wie in 38A und 38B gezeigt, herkömmlicherweise eine Drehwinkeldetektionseinrichtung vorgeschlagen, bei welcher ein Magnet 210 von der Welle S (Drehachse) gelagert wird und daran befestigt ist und der eine erste Fläche 211 und eine zweite Fläche 212 aufweist, die der ersten Fläche 211 entgegengesetzt ist, und ein Magnetsensorelement (Hall-Element) 310 direkt unter der Außenumfangskante des Magneten 210 positioniert ist. Der Magnet 210 beinhaltet eine Fase 213 (geneigte Fläche), die durch Entfernen eines Bereichs von der Außenumfangskante auf der Seite der ersten Fläche 211 über den gesamten Umfang ausgebildet ist. Der Magnet 210 ist so angeordnet, dass ein Abschnitt der Detektionsfläche des Magnetsensorelements (Hall-Element) 310 direkt unter der Fase 213 (geneigte Fläche) positioniert ist und der verbleibende Abschnitt auf der Außenseite der Außenumfangskante des Magneten 210 positioniert ist (siehe Patentliteratur 2).
  • [STAND DER TECHNIK]
  • [PATENT LITERATUR]
    • [PATENT LITERATUR 1] Offengelegte JP-Patentanmeldung Nr. 2003-75108
    • [PATENT LITERATUR 2] Internationale Patentanmeldung 2008/050581
  • [ZUSAMMENFASSUNG]
  • [AUFGABENSTELLUNG DER ERFINDUNG]
  • Bei der in der vorgenannten Patentliteratur 2 offenbarten Drehwinkeldetektionseinrichtung variiert jedoch die optimale Anordnungsstelle des Magnetsensorelements 310 zum Vermindern des Drehwinkeldetektionsfehlers in Abhängigkeit von dem Winkel der Neigung der Fase 213 (geneigte Fläche) des Magneten 210. In der Folge besteht das Problem, dass die Anordnungsstelle des Magnetsensorelements 310 in Übereinstimmung mit dem Neigungswinkel der Fase 213 (geneigte Fläche) des Magneten 210 feinabgestimmt werden muss.
  • Zudem ist im Allgemeinen eine Verminderung des Magnetvolumens erforderlich, um die Größe der Drehwinkeldetektionseinrichtung zu vermindern, jedoch ist es andererseits notwendig, dass der Magnet ein Magnetfeld erzeugt, das stark genug ist, damit Änderungen in der magnetischen Flussdichte mit dem Magnetsensorelement messbar sind. Bei der vorgenannten Patentliteratur 2 kann dadurch, dass die Fase 213 (geneigte Fläche) in der Außenumfangskante des Magneten 210 ausgebildet ist, das Volumen im Vergleich zu einem Magneten vermindert werden, bei dem die Fase 213 (geneigte Fläche) nicht ausgebildet ist, jedoch wird das in Richtung zur Seite der Fase 213 (geneigte Fläche) von dem Magneten 210 emittierte Magnetfeld (das Magnetfeld in Richtung der Drehachse) schwächer. Dagegen muss der Magnet 210 ein Magnetfeld emittieren, das stark genug ist, damit Änderungen in der magnetischen Flussdichte über das Magnetsensorelement 310 messbar sind und gleichzeitig müssen widersprüchliche Anforderungen, nämlich die Anforderung, die Magnetfeldstärke bzw. die magnetische Flussdichte eines Felds zu erhöhen, und die Anforderung, das Volumen des Magneten zu vermindern, erfüllt werden, was schwierig wird. Wenn nämlich das Volumen des Magneten 210 mit dem Ziel erhöht wird, die Magnetfeldstärke zu erhöhen, wodurch die Masse des Magneten 210 vergrößert wird, wird das mit der Drehung der Welle S (Drehachse) einhergehende Trägheitsmoment größer. Im Ergebnis wird die Kontrolle von Wellenerschütterungen schwierig, und es bestehen Bedenken, dass Drehwinkeldetektionsfehler größer werden könnten. Da es zudem erforderlich ist, die Masse des Magneten 210 auf ein bestimmtes Maß sicherzustellen, besteht auch das Problem, das die Herstellungskosten für die Drehwinkeldetektionseinrichtung steigen.
  • Bei der in der vorgenannten Patentliteratur 2 offenbarten Drehwinkeldetektionseinrichtung wird der Drehwinkel unter Verwendung der Stärke des Magnetfelds berechnet, das in Richtung zu der Seite der Fase (geneigte Fläche) 210 des Magneten 210 emittieret wird (das Magnetfeld in Richtung der Drehachse C). Wenn zudem das Magnetsensorelement 310 in einem extrem schmalen Bereich entgegengesetzt zur Fase 213 (geneigte Fläche) des Magneten 210 positioniert wird, wird der Drehwinkeldetektionsfehler geringer. Weiterhin schwankt die Relativposition des Bereichs bezüglich des Magneten 210 in Übereinstimmung mit dem Neigungswinkel der Fase 213 (geneigte Fläche). Um den Drehwinkel mit der in der Patentliteratur 2 offenbarten Drehwinkeldetektionseinrichtung präzise zu detektieren, muss das Magnetsensorelement 310 präzise in dem oben beschriebenen Bereich positioniert sein, der in Übereinstimmung mit dem Neigungswinkel der Fase 213 (geneigte Fläche) schwankt. Daher besteht das Problem, dass Drehwinkeldetektionsfehler, die sich aus Wellenerschütterungen ergeben, größer werden.
  • In Anbetracht der vorangehenden Erläuterung ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Drehwinkeldetektionseinrichtung vorzusehen, die in der Lage ist, den Drehwinkel auf Grundlage der Magnetfeldstärke in einer radialen Richtung und/oder in Umfangsrichtung präzise zu detektieren, sowie eine Drehmaschineneinrichtung, die eine solche umfasst.
  • [LÖSUNG FÜR DIE AUGABENSTELLUNG]
  • Um die oben beschriebene Aufgabe zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung eine Drehwinkeldetektionseinrichtung bereit, aufweisend: einen Magneten, der dazu vorgesehen ist, einstückig mit einer Drehachse rotieren zu können, welche sich mit der Drehung eines Drehkörpers mitdreht, der bei Anbetracht entlang der Drehachse eine im Wesentlichen kreisförmige Form hat, und eine Magnetisierungsvektorkomponente in einer Richtung orthogonal zur Drehachse beinhaltet; einen Magnetsensor, der ein Sensorsignal auf Grundlage einer Änderung in einem Magnetfeld ausgibt, die mit der Drehung des Magneten einhergeht; und einen Drehwinkeldetektor, der einen Drehwinkel des Drehkörpers auf Grundlage des Sensorsignals detektiert bzw. erfasst, das von dem Magnetsensor ausgegeben wird; wobei der Magnet eine gekrümmt geneigte Fläche hat, die abfallend verläuft und sich dabei im Wesentlichen in einer konkaven Form entlang der Drehachse von einer vorbestimmten Position auf der Außenseite in einer radialen Richtung des Magneten zur Drehachse hin krümmt; und bei Erstellen einer kreisförmigen, gedachten Ebene, die durch eine Position entgegengesetzt zur gekrümmt geneigten Fläche geht, orthogonal zur Drehachse verläuft und an der Drehachse zentriert ist ist der Magnetsensor in einer Position entgegensetzt zur gekrümmt geneigten Fläche und in einer Position angeordnet, in welcher die Amplituden einer Magnetfeldstärke Hr in radialer Richtung und einer Magnetfeldstärke Hθ in Umfangsrichtung auf der gedachten Ebene im Wesentlichen die gleichen sind. Eine Magnetfeldstärke Hr in radialer Richtung und/oder eine Magnetfeldstärke Hθ in Umfangsrichtung wird als Sensorsignal ausgegeben (Anspruch 1).
  • Bei der oben beschriebenen Erfindung (Anspruch 1) beinhaltet vorzugsweise die gekrümmt geneigte Fläche einen ersten bis n-ten gekrümmten Abschnitt (wobei n eine Ganzzahl von 1 oder größer ist), die jeweils aufeinanderfolgende Differenzwerte haben und sich in konkaver Form krümmen; und in einem Querschnitt des Magneten entlang einer axialen Richtung der Drehachse zumindest ein maximaler Abstand aus einem maximalen Abstand L von einem Liniensegment, das ein Ende einer in radialer Richtung äußersten Position einer Kurve, die der gekrümmt geneigten Fläche entspricht, und ein weiteres Ende in einer in radialer Richtung innersten Position einer Kurve verbindet, die der gekrümmt geneigten Fläche in einer Richtung orthogonal zum Liniensegment entspricht. Der Höchstwert der Abstände L1 bis LN von Liniensegmenten, die ein Ende in einer in radialer Richtung äußersten Position von Kurven, die jeweils der ersten bis n-ten Kurve entsprechen, und ein weiteres Ende in einer in radialer Richtung innersten Position von Kurven verbinden, die jedem der gekrümmten Abschnitte in einer Richtung orthogonal zum Liniensegment entsprechen, beträgt 0,5 bis 4 mm (Anspruch 2).
  • Bei der oben beschriebenen Erfindung (Anspruch 1), hat der Magnet vorzugsweise einen ersten Magnetabschnitt, der eine erste Fläche enthält, die eine bei Anbetracht entlang der axialen Richtung der Drehachse im Wesentlichen kreisförmige Form hat, wobei die gekrümmt geneigte Fläche an eine Außenkante der ersten Fläche anschließt und diese ist auf einer Seite der Drehachse positioniert ist, sowie einen zweiten Magnetabschnitt, der auf der anderen Seite der Drehachse positioniert ist und auf den ersten Magnetabschnitt abgestimmt ist; und wobei der Durchmesser des ersten Magnetabschnitts von der Seite der ersten Fläche zur Seite des zweiten Magnetabschnitts hin zunimmt (Anspruch 3).
  • Bei der oben beschriebenen Erfindung (Anspruch 3), enthält der zweite Magnetabschnitt vorzugsweise eine zweite Fläche, die der ersten Fläche des ersten Magnetabschnitts entgegengesetzt ist und eine bei Anbetracht entlang der axialen Richtung der Drehachse im Wesentlichen kreisförmige Form hat (Anspruch 4), und vorzugsweise einen konvexen Abschnitt hat, der von der zweiten Fläche entlang der axialen Richtung der Drehachse vorspringt (Anspruch 5).
  • Bei der oben beschriebenen Erfindung (Anspruch 5) springt der konvexe Abschnitt vorzugsweise weiter einwärts in radialer Richtung des Magneten vor als eine in radialer Richtung des Magneten äußerste Kante (Anspruch 6), und springt vorzugsweise so vor, dass er einwärts in radialer Richtung des Magneten abfällt (Anspruch 7).
  • Bei der oben beschriebenen Erfindung (Anspruch 1) ist es möglich, ein Element zu verwenden, das ein TMR-Element, ein GMR-Element oder ein AMR-Element als Magnetsensor enthält (Anspruch 8).
  • Bei der oben beschriebenen Erfindung (Anspruch 1) ist vorzugsweise eine Mehrzahl von Magnetsensoren vorgesehen, wobei zumindest zwei aus der Mehrzahl von Magnetsensoren entlang der Umfangsrichtung auf der gedachten Ebene positioniert sind und im Wesentlichen um (180/M)° (worin M eine Ganzzahl von 2 oder größer ist) um die Drehachse beabstandet sind (Anspruch 9).
  • Bei der oben beschriebenen Erfindung (Anspruch 9) gibt vorzugsweise jeder der Magnetsensoren die Magnetfeldstärke Hr in radialer Richtung bzw. die Magnetfeldstärke Hθ in Umfangsrichtung als Sensorsignal aus (Anspruch 10).
  • Zudem stellt die vorliegende Erfindung eine Drehmaschineneinrichtung bereit, aufweisend: die Drehwinkeldetektionseinrichtung nach der oben beschriebenen Erfindung (Anspruch 1), eine Wellenkupplung, die eine erste Welle und eine mit dem Drehkörper verbundene zweite Welle so verbindet, dass sie einstückig rotieren können, und ein Lager, das ein Ende der zweite Welle trägt; wobei der Magnet zwischen der Wellenkupplung und dem Lager positioniert ist und von der zweiten Welle gelagert wird und daran befestigt ist und dabei von der zweiten Welle durchsetzt wird; und die zweite Welle und/oder die Wellenkupplung und/oder das Lager aus magnetischen Materialien gefertigt ist (Anspruch 11).
  • [WIRKUNG DER ERFINGUNG]
  • Mit der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Drehwinkeldetektionseinrichtung bereitzustellen, die dazu geeignet ist, den Drehwinkel auf Grundlage der Magnetfeldstärke in radialer Richtung und/oder in Umfangsrichtung präzise zu detektieren, sowie eine Drehmaschineneinrichtung, die eine solche beinhaltet.
  • [KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN]
  • 1A ist eine Querschnittansicht, die eine schematische Auslegung einer Drehwinkeldetektionseinrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und 1B ist eine Draufsicht von der Seite einer zweiten Fläche eines Magneten bei der Drehwinkeldetektionseinrichtung nach der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 2 ist eine teilweise vergrößerte Seitenansicht, die einen Großteil des Magneten in der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 3A und 3B sind teilweise vergrößerte Seitenansichten, die eine weitere Auslegung (Teil 1) des Hauptabschnitts des Magneten in der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen.
  • 4A bis 4C sind teilweise vergrößerte Seitenansichten, die eine weitere Auslegung (Teil 2) des Hauptabschnitts des Magneten in der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen.
  • 5 ist eine teilweise vergrößerte Seitenansicht, die eine weitere Auslegung (Teil 3) des Hauptabschnitts des Magneten in der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 6 ist eine Querschnittansicht, die eine weitere Auslegung (Teil 1) des Magneten in der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 7 ist eine Querschnittansicht, die eine weitere Auslegung (Teil 2) des Magneten in der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 8 ist eine Querschnittansicht, die eine weitere Auslegung (Teil 3) des Magneten in der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 9 ist eine Querschnittansicht, die eine weitere Auslegung (Teil 4) des Magneten in der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 10 ist eine Querschnittansicht, die eine weitere Auslegung (Teil 5) des Magneten in der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 11 ist eine Querschnittansicht, die eine weitere Auslegung (Teil 6) des Magneten in der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 12A ist eine schematische Ansicht, die Magnetfeldstärken (Magnetfeldstärke in einer radialen Richtung und in einer Umfangsrichtung) zeigt, die von einem Magnetsensor in der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung detektiert werden, 12B ist eine schematische Ansicht, die eine weitere Auslegung der Magnetfeldstärke (Magnetfeldstärke in der radialen Richtung) zeigt, die von dem Magnetsensor detektiert wird, und 12C ist eine schematische Ansicht, die eine weitem Auslegung der Magnetfeldstärke (Magnetfeldstärke in der Umfangsrichtung) zeigt, die von dem Magnetsensor detektiert wird.
  • 13 ist eine Ansicht, die konzeptuell die Magnetfeldstärken in der radialen Richtung und in der Umfangsrichtung unter einer ersten Fläche des Magneten in der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 14A ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch den Magneten und den Magnetsensor in vorsehbaren Bereichen in der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und 14B ist eine Seitenansicht der 14A.
  • 15 ist eine Darstellung, die die Amplitude der Magnetfeldstärke zeigt, die bei der Drehwinkeldetektionseinrichtung nach der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung detektiert wird.
  • 16A und 16B sind Schaltbilder, die schematisch eine Auslegung einer Schaltanordnung des Magnetsensors in der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen.
  • 17 ist eine perspektivische Ansicht, die eine schematische Auslegung eines MR-Elements als magnetisches Detektionselement in der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 18 ist ein Schaltbild, das schematisch einen Aspekt einer Schaltanordnung eines Drehwinkeldetektors in der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 19A und 19B sind teilweise vergrößerte Seitenansichten, die eine weitere Auslegung (Teil 1) des Magneten in der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen.
  • 20A und 20B sind teilweise vergrößerte Seitenansichten, die eine weitere Auslegung (Teil 2) des Magneten in der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen.
  • 21 ist ein Diagramm, das Simulationsergebnisse einer ersten Ausführungsform zeigt.
  • 22 ist ein Diagramm, das Simulationsergebnisse einer zweiten Ausführungsform zeigt.
  • 23 ist ein Diagramm, das Simulationsergebnisse einer dritten Ausführungsform zeigt.
  • 24 ist ein Diagramm, das Simulationsergebnisse einer vierten Ausführungsform zeigt.
  • 25 ist ein Diagramm, das Simulationsergebnisse einer fünften Ausführungsform zeigt.
  • 26 ist ein Diagramm, das Simulationsergebnisse einer sechsten Ausführungsform zeigt.
  • 27 ist ein Diagramm, das Simulationsergebnisse einer siebten Ausführungsform zeigt.
  • 28 ist ein Diagramm, das Simulationsergebnisse einer achten Ausführungsform zeigt.
  • 29 ist ein Diagramm, das Simulationsergebnisse eines ersten Vergleichsbeispiels zeigt.
  • 30 ist ein Diagramm, das Simulationsergebnisse eines zweiten Vergleichsbeispiels zeigt.
  • 31 ist ein Diagramm, das Simulationsergebnisse eines dritten Vergleichsbeispiels zeigt.
  • 32 ist ein Diagramm, das Simulationsergebnisse eines vierten Vergleichsbeispiels zeigt.
  • 33 ist ein Diagramm, das Simulationsergebnisse eines fünften Vergleichsbeispiels zeigt.
  • 34 ist eine Querschnittansicht, die eine schematische Auslegung des Magneten in dem ersten Vergleichsbeispiel zeigt.
  • 35 ist eine Querschnittansicht, die eine schematische Auslegung des Magneten in dem zweiten Vergleichsbeispiel zeigt.
  • 36 ist eine Querschnittansicht, die eine schematische Auslegung des Magneten in dem dritten Vergleichsbeispiel zeigt.
  • 37A ist eine Querschnittansicht, die eine schematische Auslegung einer konventionellen Drehwinkeldetektionseinrichtung zeigt, und 37B ist eine ebene Ansicht einer konventionellen Drehwinkeldetektionseinrichtung von der Seite einer ersten Fläche eines Magneten aus gesehen.
  • 38A ist eine Querschnittansicht, die eine schematische Auslegung einer konventionellen Drehwinkeldetektionseinrichtung zeigt, und 38B ist eine ebene Ansicht der konventionellen Drehwinkeldetektionseinrichtung von der Seite einer ersten Fläche eines Magneten aus gesehen.
  • [NÄHERE BESCHREIBUNG]
  • Die beispielhafte Ausführungsform der vorlegenden Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher beschrieben. 1A ist eine Querschnittansicht, die eine schematische Auslegung einer Drehwinkeldetektionseinrichtung nach der beispielhaften Ausführungsform und einer Drehmaschineneinrichtung mit einer solchen zeigt, 1B ist eine Draufsicht, gesehen von der Seite einer ersten Fläche eines Magnets in der Drehwinkeldetektionseinrichtung nach der beispielhaften Ausführungsform, und 2 ist eine teilweise vergrößerte Seitenansicht, die einen Großteil des Magneten in der beispielhaften Ausführungsform zeigt.
  • Wie in 1A und 1B gezeigt ist, ist eine Drehmaschineneinrichtung 10 nach der beispielhaften Ausführungsform mit einer ersten Welle 6 versehen, die einstückig mit einer Drehwinkeldetektions-Zielvorrichtung (nicht dargestellt) rotiert, wie etwa einem Motor, einem Getriebe oder dergleichen, sowie mit einer zweiten Welle 7, deren Drehachse C mit der ersten Welle 6 zusammenfällt und in einer axialen Richtung durchgehend verläuft, eine Wellenkupplung 8, welche die erste Welle 6 und die zweite Welle 7 trägt und fixiert, ein Lager 9, das die zweite Welle 7 hält, und eine Drehwinkeldetektionseinrichtung 1 nach dieser beispielhaften Ausführungsform.
  • Die erste Welle 6 und die zweite Welle 7 sind aus magnetischem Metall ausgebildet, wie beispielsweise etwa Fe, Ni oder dergleichen, und haben eine säulenartige Form. Die Wellenkupplung 8 ist aus magnetischem Metall ausgebildet, wie etwa Fe, Ni oder dergleichen, und trägt und fixiert die erste Welle 6 und die zweite Welle 7, so dass diese einstückig rotieren können. Das Lager 9 ist aus magnetischem Metall ausgebildet, wie beispielsweise aus Fe, Ni oder dergleichen. Die erste Welle 6, die zweite Welle 7, die Wellenkupplung 8 und das Lager 9 können beispielsweise aus einem Kohlenstoffstahl für Maschinenbau gefertigt sein, wie etwa S45C, und aus einem kaltgewalzten Stahl, wie etwa SPCC oder dergleichen. Die Drehwinkeldetektionseinrichtung 1 gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform kann den Drehwinkel präzise detektieren, weil ein Element (zweite Welle 7 und/oder Wellenkupplung 8 und/oder Lager 9), das am Umfang des Magneten 2 angeordnet ist, aus einem magnetischen Material gefertigt ist, wie etwa aus einem magnetischen Metall oder dergleichen.
  • Die Drehwinkeldetektionseinrichtung 1 nach dieser beispielhaften Ausführungsform ist mit einem Magneten 2 versehen, der von der zweiten Welle 7 gelagert wird und daran befestigt ist und einstückig mit der zweiten Welle 7 rotiert, sowie mit einem Magnetsensor 3, der ein Sensorsignal auf Grundlage von Änderungen in Richtung eines Magnetfelds ausgibt, die mit der Rotation des Magneten 2 einhergehen, und mit einem Drehwinkeldetektor 4 (siehe 18), der den Drehwinkel des Drehkörpers auf Grundlage des Sensorsignals detektiert, das von dem Magnetsensor 3 ausgegeben wird.
  • Der Magnet 2 beinhaltet eine erste Fläche 2A, die im Wesentlichen orthogonal zur Drehachse C (Wellenmitte) der zweiten Welle 7 verläuft, und eine zweite Fläche 2B, die der ersten Fläche 2A entgegengesetzt ist. Bei Anbetracht entlang der axialen Richtung der Drehachse C der zweiten Welle 7 haben die erste Fläche 2A und die zweite Fläche 2B eine annähernd kreisrunde Form und die zweite Fläche 2B hat eine Größe, welche die erste Fläche 2A physisch umspannt.
  • Der Magnet 2 wird von der zweiten Welle 7 gelagert und ist daran befestigt, so dass die Schwerpunktsmittelpunkte (Mitten) der ersten Fläche 1A und der zweiten Fläche 2B des Magneten 2 mit Drehachse C der ersten Welle 6 und der zweiten Welle 7 zusammenfallen, und ist in einer Richtung orthogonal zur Drehachse C magnetisiert (eine In-Flächen-Richtung der ersten Fläche 2A und der zweiten Fläche 2B). Bei dieser beispielhaften Ausführungsform ist der in einer Richtung orthogonal zur Drehachse C magnetisierte Magnet 2 als Beispiel genannt, jedoch ist dies nicht auf einen solchen Zustand beschränkt. Beispielsweise kann der Magnet 2 eine Magnetisierungsvektorkomponente in einer Richtung orthogonal zur Drehachse C beinhalten, jedoch ist bevorzugt, dass die Magnetisierungsrichtung des Magneten 2 im Wesentlichen orthogonal (der Winkel der Magnetisierungsrichtung in Bezug auf die Drehachse C beträgt etwa 90 ± 10°) zur Drehachse C verläuft.
  • Der Magnet 2 in dieser beispielhaften Ausführungsform enthält einen ersten Magnetabschnitt 21, der auf einer Seite (auf der Seite des Lagers 9) der zweiten Welle 7 in der axialen Richtung positioniert ist, und einen zweiten Magnetabschnitt 22, der einstückig mit dem ersten Magnetabschnitt 21 ausgeführt ist und auf der anderen Seite der zweiten Welle 7 in der axialen Richtung positioniert ist. Der erste Magnetabschnitt 21 enthält eine erste Fläche 2A und eine gekrümmt geneigte Fläche 2D, die mit einer Außenumfangskante 21E der ersten Fläche 2A verbunden ist und im Wesentlichen in konkaver Form gekrümmt ist. Der zweite Magnetabschnitt 22 enthält eine zweite Fläche 2B und eine Seitenfläche 2C, die mit einer Außenumfangskante 22E der zweiten Fläche 2B verbunden ist, sowie die zweite gekrümmt geneigte Fläche 2D, die im Wesentlichen parallel zur Drehachse C der zweiten Welle 7 verläuft.
  • Eine Dicke T21 des ersten Magnetabschnitts 21 ist nicht in besonderer Weise beschränkt und kann beispielsweise auf etwa 1 bis 10 mm festgelegt sein. Eine Dicke T22 des zweiten Magnetabschnitts 22 ist ähnlich nicht besonders beschränkt und kann beispielsweise auf etwa 0 bis 10 mm festgelegt sein.
  • Ein Verhältnis zwischen einem Durchmesser D2A der ersten Fläche 2A und einem Durchmesser D2B der zweiten Fläche 2B des Magneten 2 liegt vorzugsweise bei 1:4 oder weniger. Wenn das Verhältnis zwischen dem Durchmesser D2A der ersten Fläche 2A und dem Durchmesser D2B der zweiten Fläche 2B über 1:4 liegt, wenn eine kreisförmige, gedachte Ebene Vf erstellt wird, die an der Drehachse C zentriert ist, orthogonal zur Drehachse C verläuft und durch einen Bereich unter der gekrümmt geneigten Fläche 2D geht, wird die Differenz zwischen den Amplituden eines Magnetfelds Hr in einer radialen Richtung und eines Magnetfelds Hθ in einer Umfangsrichtung an der vorbestimmten Position auf der gedachten Ebene Vf groß, wodurch die Sorge herrührt, dass Winkelfehler sich vergrößern könnten. Andererseits ist dann, wenn das Verhältnis zwischen dem Durchmesser D2A der ersten Fläche 2A und dem Durchmesser D2B der zweiten Fläche 2B innerhalb der obigen Spanne liegt, wenn die gedachte Ebene Vf, die an der Drehachse C zentriert ist, orthogonal zur Drehachse C verläuft und durch einen Bereich unter der gekrümmt geneigten Fläche 2D geht, erstellt wird, dann können die Amplituden des Magnetfelds Hr in der radialen Richtung und des Magnetfelds Hθ in der Umfangsrichtung an einer vorbestimmten Position auf der gedachten Ebene Vf im Wesentlichen gleich ausgebildet sein. Hier ist die gedachte Ebene Vf willkürlich erstellt, um durch einen vorbestimmten Raum unter der gekrümmt geneigten Fläche 2D des Magneten 2 zu verlaufen. Der Durchmesser D2A der ersten Fläche 2A ist beispielsweise auf etwa 0 bis 10 mm festgelegt und der Durchmesser D2B der zweiten Fläche 2B ist beispielsweise auf etwa 10 bis 60 mm festgelegt.
  • Im Querschnitt, der durch Schneiden des Magneten 2 auf einer Ebene entsteht, welche die Mitte der Achse C umfasst, und zwar außerhalb der Enden der Kurve, die der gekrümmt geneigten Fläche 2D entspricht, ist es für einen maximalen Abstand L von einem Liniensegment S, das ein Ende 2Da in einer in radialer Richtung äußersten Position des Magneten 2 und ein Ende 2Db in einer in radialer Richtung innersten Position (die äußerste Kante 21E der ersten Fläche 2A) der vorgenannten Kurve verbindet (die Kurve, die der gekrümmt geneigten Fläche 2D entspricht), in einer Richtung orthogonal zum Liniensegment S bevorzugt, dass er 0,5 bis 4 mm beträgt. Wenn der maximale Abstand L geringer als 0,5 mm oder größer als 4 mm ist, besteht die Sorge, dass die genaue Detektion des Drehwinkels auf Grundlage der Magnetfeldstärken Hr und Hθ in radialer Richtung und/oder in Umfangsrichtung schwierig werden könnte.
  • Die gekrümmt geneigte Fläche 2D des Magneten 2 in dieser beispielhaften Ausführungsform kann einen ersten bis n-ten gekrümmten Abschnitt (wobei n eine Ganzzahl von mindestens 1 ist) 2D 1-2D N beinhalten. Hier beinhaltet der erste bis n-te gekrümmte Abschnitt 2D 1–2D N jeweils kontinuierliche Differenzwerte, und im Querschnitt durch den Magneten 2 in einer Ebene, die die Drehachse C enthält, sind die Längen der Liniensegmente S1 bis SN, welche die beiden Enden eines jeden der gekrümmten Abschnitte 2D 1–2D N (das Ende in der in radialer Richtung äußersten Position des Magneten 2 und das Ende in der innersten Position in jedem der gekrümmten Abschnitte 2D 1 bis 2D N) verbinden, 3 mm oder mehr. In diesem Fall sind entweder die maximalen Abstände L1 bis LN von den Liniensegmenten S1 bis SN, welche die beiden Enden der Kurven verbinden, die jeweils dem ersten bis n-ten gekrümmten Abschnitt 2D 1–2D N entsprechen, bis zu vorgenannten Kurven in orthogonaler Richtung in Bezug auf die Liniensegmente S1 bis SN (die Kurven, die dem ersten bis n-ten gekrümmten Abschnitt 2D 1 bis 2D N entsprechen), oder der maximale Abstand L von der gekrümmt geneigten Fläche 2D, vorzugsweise 0,5 bis 4 mm und noch bevorzugter 1,5 bis 3 mm. Selbst wenn der maximale Abstand L von der gekrümmt geneigten Fläche 2D 0,1 mm beträgt, wenn der maximale Abstand LK des k-ten gekrümmten Abschnitts (wobei k eine Ganzzahl von mindestens 1 und nicht mehr als n ist) 2D K in dem Bereich von 0,5 bis 4 mm liegt, kann ein Bereich unter dem k-ten gekrümmten Abschnitt 2D K gebildet werden, bei welchen die Amplituden der Magnetfeldstärken Hr und Hθ in radialer Richtung und in Umfangsrichtung zueinander gleich sind.
  • Wie in 3A und 3B gezeigt ist, kann die gekrümmt geneigte Fläche 2D beispielsweise auch einen ersten gekrümmten Abschnitt 2D 1 und einen zweiten gekrümmten Abschnitt 2D 2 beinhalten, der als Ende einen Punkt 2Dc zwischen einem Ende 2Da in der in radialer Richtung äußersten Position des Magneten 2 und einem Ende 2Db in der in radialer Richtung innersten Position hat. In diesem Falle beträgt unter Annahme, der maximale Abstand L von der gekrümmt geneigten Fläche 2D der maximale Abstand von dem Liniensegment S ist, das die beiden Enden 2Da und 2Db verbindet, bis zu den Kurven, die dem ersten gekrümmten Abschnitt 2D 1 und dem zweiten gekrümmten Abschnitt 2D 2 in einer Richtung orthogonal zum Liniensegment S entsprechen, jeder Abstand aus maximalem Abstand L, maximalem Abstand L1 von einem Liniensegment S1, das die beiden Enden 2Da und 2Dc des ersten gekrümmten Abschnitts 2D 1 in einer Richtung orthogonal zum Liniensegment S1 verbindet, und maximalem Abstand L2 von einem Liniensegment S2, das die beiden Enden 2Db und 2Dc des zweiten gekrümmten Abschnitts 2D 2 in einer Richtung orthogonal zum Liniensegment S2 verbindet, vorzugsweise 0,5 bis 4 mm und noch bevorzugter 1,5 bis 3 mm.
  • Wie in 4A bis 4C gezeigt ist, kann zudem die gekrümmt geneigte Fläche 2D einen ebenen Abschnitt 2E, einen konkaven Abschnitt (Kerbe) 2F oder einen konvexen Abschnitt (Vorsprung) zwischen den Enden 2Da und 2Db der gekrümmt geneigten Fläche 2D beinhalten und den ersten gekrümmten Abschnitt 2D 1 und den zweiten gekrümmten Abschnitt 2D 2 aufweisen, die als jeweilige Enden die Ausgangspunkte 2Dc und 2Dd des ebenen Abschnitts 2E, des konkaven Abschnitts (Kerbe) 2F oder des konvexen Abschnitts (Vorsprung) 2G haben. Unter der Annahme, dass der maximale Abstand L von der gekrümmt geneigten Fläche 2D der maximale Abstand von dem Liniensegment S ist, das die beiden Enden 2Da und 2Db verbindet, bis zur gekrümmten Linie, die den jeweiligen Kurven entspricht, welche dem ersten gekrümmten Abschnitt 2D 1 bzw. dem zweiten gekrümmten Abschnitt 2D 2 in Richtung orthogonal zum Liniensegment S entsprechen, beträgt in diesem Fall jeder Abstand aus maximalem Abstand L, maximalem Abstand L1 von dem Liniensegment S1, das die beiden Enden 2Da und 2Dc des ersten gekrümmten Abschnitts 2D 1 verbindet, in einer Richtung orthogonal zum Liniensegment S1, und maximalem Abstand L2 von einem Liniensegment S2, das die beiden Enden 2Db und 2Dd des zweiten gekrümmten Abschnitts 2D 2 verbindet, in einer Richtung orthogonal zum Liniensegment S2, vorzugsweise 0,5 bis 4 mm und noch bevorzugter 1,5 bis 3 mm.
  • Wie in 5 gezeigt ist, wäre es für die gekrümmt geneigte Fläche 2D zudem vorteilhaft, so zu verlaufen, dass die der gekrümmt geneigten Fläche 2D entsprechende Kurve eine wellenartige Form hat und dass sie einen konvex gekrümmten Abschnitt 2H zwischen den Enden 2Da und 2Db der gekrümmt geneigten Fläche 2D und einen ersten gekrümmten Abschnitt 2D 1 und einen zweiten gekrümmten Abschnitt 2D 2 hat, der sandwichartig von beiden Seiten den konvex gekrümmten Abschnitt 2H umschließt. In diesem Falle ist der erste gekrümmte Abschnitt 2D 1 als ein konkaver Abschnitt zwischen dem Ende 2Da und einem Wendepunkt 2De definiert. Der zweite gekrümmte Abschnitt 2D 2 ist als konkaver Abschnitt zwischen dem Ende 2Db und einem Wendepunkt 2Df definiert. Der konvex gekrümmte Abschnitt 2H ist als konvexer Abschnitt zwischen den Wendepunkten 2De und 2Df definiert. Zudem ist jeder Abstand aus maximalem Abstand L von der gekrümmt geneigten Fläche 2D, maximalem Abstand L1 von einem Liniensegment S1, das den Abschnitt 2Da des ersten gekrümmten Abschnitts 2D 1 und den Wendepunkt 2De verbindet, in einer Richtung orthogonal zum Liniensegment S1, und maximalem Abstand L2 von einem Liniensegment S2, das das Ende 2Db des zweiten gekrümmten Abschnitts 2D 2 und den Wendepunkt 2Df verbindet, in einer Richtung orthogonal zum Liniensegment S2 vorzugsweise 0,5 bis 4 mm und noch bevorzugter 1,5 bis 3 mm.
  • Bei dem in 2 gezeigten Zustand ist n gleich 1 und die gekrümmt geneigte Fläche 2D wird nur von dem ersten gekrümmten Abschnitt 2D 1 gebildet.
  • Bei dem Magnet 2 dieser beispielhaften Ausführungsform ist ein Verhältnis zwischen einem Volumen V21 des ersten Magnetabschnitts 21 und einem Volumen V22 des zweiten Magnetabschnitts 22 vorzugsweise 1:4 oder weniger und noch bevorzugter 1:3 oder weniger und besonders bevorzugt 1:2 oder weniger. Wenn das Volumenverhältnis (V21:V22) innerhalb des vorgenannten Bereichs liegt, können die Amplituden der Magnetfeldstärke Hr in radialer Richtung und der Magnetfeldstärke Hθ in Umfangsrichtung im Wesentlichen gleich ausgebildet sein, wodurch es möglich ist, den Drehwinkel auf Grundlage derselben präzise zu detektieren.
  • Der Magnet 2 in dieser beispielhaften Ausführungsform ist nicht auf den in 1A und 2 gezeigten Zustand beschränkt. Beispielsweise kann der erste Magnetabschnitt 21 ohne die erste Fläche 2A aufgebaut und so ausgebildet sein, dass ein Ende (Ende auf der Seite des Lagers 9) der gekrümmt geneigten Fläche 2D an der zweiten Welle 7 anschlägt (siehe 6). Zudem kann er so aufgebaut sein, dass der zweite Magnetabschnitt 22 eine Seitenfläche 2C hat und vorspringt und dabei zur Seite der zweiten Fläche 2B hin von einer inneren Position mehr in radialer Richtung des Magneten 2 geneigt ist als die Seitenfläche 2C einer Basis, die einstückig mit dem ersten Magnetabschnitt 21 ausgebildet ist (siehe 7). Zudem kann der Magnet 2 so aufgebaut sein, dass er vorspringt und dabei zur Seite der zweiten Fläche 2B hin von dem Ende (Ende auf der Seite der Wellenkupplung 8) der Seitenfläche 2C geneigt ist (siehe 8). Zudem kann der zweite Magnetabschnitt 22 einen Aufbau haben, der nicht die Seitenfläche 2C umfasst (siehe 9). Ferner kann der Magnet 2 einen Aufbau haben, der vorspringt und dabei zur Seite der zweiten Fläche 2B hin von einer inneren Position mehr in radialer Richtung des Magneten 2 geneigt ist, als eine äußerste Kante des Magneten 2, oder aber von der äußersten Kante (siehe 10, 11).
  • Bei dieser beispielhaften Ausführungsform ist eine Länge (eine Länge entlang der Drehachse C) L28 zwischen der Wellenkupplung 8 und der zweiten Fläche 2B des Magneten 2 auf beispielsweise etwa 10 mm oder weniger und vorzugsweise auf etwa 5 mm oder weniger festgelegt. Zudem ist eine Länge (eine Länge entlang der Drehachse C) L29 zwischen dem Lager 9 und der ersten Fläche 2A des Magneten 2 auf etwa 8 mm oder weniger und vorzugsweise auf etwa 5 mm oder weniger festgelegt. Wenn die Wellenkupplung 8 und das Lager 9 mit dem oben beschriebenen Abstand bezüglich des Magneten 2 aus magnetischen Materialien ausgebildet sind, können die Magnetfeldstärke Hr in radialer Richtung und die Magnetfeldstärke Hθ in Umfangsrichtung in einer vorbestimmten Position auf der kreisförmigen, gedachten Ebene Vf, zentriert an der Drehachse C, orthogonal zur Drehachse C und durch den Bereich unter der gekrümmt geneigten Fläche 2D verlaufend, verstärkt werden und es können Fehler beim Detektieren des Drehwinkels verbessert werden. Zudem kann ein unten beschriebener, anzuordnender Magnetsensorbereich 5 (siehe 14A und 14B) vergrößert werden, der auch die Wirkung hat, die Gestaltungsfreiheit des Magnetsensors 3 in der Drehwinkeldetektionseinrichtung 1 zu erhöhen.
  • Der Magnetsensor 3 in dieser beispielhaften Ausführungsform ist in einer Position angeordnet, wo die Amplituden der Magnetfeldstärke Hr in radialer Richtung und die Magnetfeldstärke Hθ in Umfangsrichtung in einer vorbestimmten Position auf der kreisförmigen, gedachten Ebene Vf, die an der Drehachse C zentriert ist, orthogonal der Drehachse C verläuft und durch den Bereich unter der gekrümmt geneigten Fläche 2D geht, gedacht die gleichen sind. In dieser beispielhafter Ausführungsform ist, wie in 12A gezeigt, ein Zustand vorgesehen, bei dem ein Magnetsensor 3, der die Magnetfeldstärke Hr in radialer Richtung und die Magnetfeldstärke Hθ in Umfangsrichtung detektieren kann, und als ein Beispiel angegeben, jedoch nicht auf einen solchen Zustand beschränkt. Beispielsweise wäre es, wie in 12B und 12C gezeigt, vorteilhaft, zwei Magnetsensoren 3 vorzusehen, die mit einem 90°-Abstand an der Drehachse C der zweiten Welle 7 zentriert angeordnet sind. In diesem Fall können die beiden Magnetsensoren 3 jeweils die Magnetfeldstärke Hr in radialer Richtung (siehe 12B) detektieren und können jeweils die Magnetfeldstärke Hθ in Umfangsrichtung (siehe 12C) detektieren.
  • Ist eine Mehrzahl von Magnetsensoren 3 vorgesehen, können zumindest zwei aus der Mehrzahl von Magnetsensoren 3 mit einem Abstand von im Wesentlichen (180/M)° angeordnet sein (worin M eine Ganzzahl von mindestens 2, vorzugsweise eine Ganzzahl von 2 bis 5 ist), zentriert an der Drehachse C der zweiten Welle 7. Bei von den Magnetsensoren 3 ausgegebenen Signalen sind Hochfrequenzfehlerkomponenten M-ter Ordnung beinhalten. Durch Anordnen der Magnetsensoren 3 mit einem Abstand von (180/M)°, zentriert an der Drehachse C, ist es jedoch möglich, die Hochfrequenzfehlerkomponenten M-ter Ordnung zu beseitigen, wodurch es möglich wird, Fehler beim Detektieren des Drehwinkels weiter zu vermindern.
  • Bei dieser beispielhaften Ausführungsform können unter der gekrümmt geneigten Fläche 2D des Magneten 2 die Magnetfeldstärke Hr in radialer Richtung und die Magnetfeldstärke Hθ in Umfangsrichtung an einer vorbestimmten Position auf der kreisförmigen, gedachten Ebene Vf, die an der Drehachse C zentriert ist, orthogonal zur Drehachse C verläuft und durch den Bereich unter der gekrümmt geneigten Fläche 2D geht, jeweils als Summe von einem Magnetfeld Mr21 in radialer Richtung, das von dem ersten Magnetabschnitt 21 des Magneten 2 erzeugt wird, und von einem Magnetfeld Mr22 in radialer Richtung, das von dem zweiten Magnetabschnitt 22 erzeugt wird, und als Summe von einem Magnetfeld Mθ21 in Umfangsrichtung, das von dem ersten Magnetabschnitt 21 erzeugt wird, und von einem Magnetfeld Mθ22 in Umfangsrichtung, das von dem zweiten Magnetabschnitt 22 erzeugt wird verarbeitet werden (siehe 13).
  • Bei Magnetisierung des Magneten 2 in der In-Flächen-Richtung, wie bei dieser beispielhaften Ausführungsform, ist die Größe der Magnetfeldstärke Hr in radialer Richtung auf der kreisförmigen, gedachten Ebene Vf auf einem Höchstwert nahe eines N-Pol-seitigen Endes NP bzw. nahe eines S-Pol-seitigen Endes SP und auf einem Mindestwert in Positionen, die um 90° um die Welle 5 von dem N-Pol-seitigen Ende NP bzw. dem S-Pol-seitigen Ende SP gedreht sind. Andererseits ist die Größe der Magnetfeldstärke Hθ in Umfangsrichtung auf einem Höchstwert in Positionen, die um 90° um die Welle 5 von dem N-Pol-seitigen Ende NP bzw. dem S-Pol-seitigen Ende SP gedreht sind, und auf einem Mindestwert nahe des N-Pol-seitigen Endes NP bzw. nahe des S-Pol-seitigen Endes SP.
  • In dieser beispielhaften Ausführungsform verläuft die Richtung des Magnetfelds Mr21 in radialer Richtung, das von dem ersten Magnetabschnitt 21 erzeugt wird, parallel zu einer Magnetisierungsrichtung DM des Magneten 2 an dem N-Pol-seitigen Ende NP bzw. an dem S-Pol-seitigen Ende SP, jedoch ist die Richtung des Magnetfelds Mr22 in radialer Richtung, das von dem zweiten Magnetabschnitt 22 erzeugt wird, antiparallel zur Magnetisierungsrichtung DM des Magneten 2. Zudem ist die Größe des Magnetfelds Mr21 in radialer Richtung, das von dem ersten Magnetabschnitt 21 (Magnetfeldstärke Hr21) erzeugt wird, geringer als die Größe des Magnetfelds Mr22 in radialer Richtung, das von dem zweiten Magnetabschnitt 22 (Magnetfeldstärke Hr22) (Hr21 < Hr22) erzeugt wird. In 13 sind die Größen von verschiedenen Magnetfeldern Mr21, Mr22, Mθ21 und Mθ22 (Magnetfeldstärken Hr21, Hr22, Hθ21 und Hθ22) in Pfeillängen ausgedrückt.
  • Andererseits ist die Richtung des Magnetfelds Mθ21 in Umfangsrichtung, das von dem ersten Magnetabschnitt 21 erzeugt wird, in Positionen, die um 90° um die zweite Welle 7 von dem N-Pol-seitigen Ende NP und dem S-Pol-seitigen Ende SP gedreht sind, und die Richtung des Magnetfelds Mθ22 in Umfangsrichtung, das von dem zweiten Magnetabschnitt 22 erzeugt wird, beide antiparallel zur Magnetisierungsrichtung DM des Magneten 2, und die Größen dieser Magnetfelder Hθ21 und Hθ22 sind geringer als die Größe des Magnetfelds Mr22 (Magnetfeldstärke Hr22) in radialer Richtung, das von dem zweiten Magnetabschnitt 22 am N-Pol-seitigen Ende NP und S-Pol-seitigen Ende SP (Hr22 > Hθ21, Hθ22) erzeugt wird. Dadurch sind der Höchstwert und der Mindestwert der Magnetfeldstärke Hr in radialer Richtung im Wesentlichen die gleichen wie der Höchstwert und der Mindestwert der Magnetfeldstärke Hθ in Umfangsrichtung.
  • Wie oben erwähnt, wird unter der gekrümmt geneigten Fläche 2D des Magneten 2 bei dieser beispielhaften Ausführungsform ein Bereich (Bereich, in dem der Magnetsensor angeordnet werden kann) erzeugt, in welchen die Amplituden der Magnetfeldstärken Hr und Hθ in radialer Richtung und in Umfangsrichtung an einer vorbestimmten Position auf der kreisförmigen, gedachten Ebene Vf, die an der Drehachse C zentriert ist, orthogonal der Drehachse C verläuft und durch den Bereich unter der gekrümmt geneigten Fläche 2D geht, im Wesentlichen zueinander gleich. Dieser Bereich 5, in dem der Magnetsensor angeordnet werden kann, ist ein ringförmiger Bereich um die Welle 7, der von einer ersten gedachten Ebene VL1, die parallel zur Drehachse C verläuft und die Seitenfläche 2C des zweiten Magnetabschnitts 22 des Magneten 2 beinhaltet, einer zweiten gedachten Ebene VL2, die orthogonal zur Drehachse C verläuft und die erste Fläche 2A beinhaltet, und der gekrümmt geneigten Fläche 2D umgeben wird, wie in 14A und 14B gezeigt ist. Dementsprechend können durch Anordnen des Magnetsensors 3 in dem Bereich 5, in dem der Magnetsensor angeordnet werden kann, die Amplitude der Magnetfeldstärke Hr in radialer Richtung auf der kreisförmigen, gedachten Ebene V die an der Drehachse C zentriert ist, orthogonal zur Drehachse C verläuft und durch den Bereich geht, in dem der Magnetsensor angeordnet werden kann, und die Amplitude der Magnetfeldstärke Hθ in Umfangsrichtung des Magneten 2 im Wesentlichen gleich ausgeführt werden (siehe 15), wodurch es möglich wird, Fehler beim Detektieren des Drehwinkels über die Drehwinkeldetektionseinrichtung 1 gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform zu vermindern.
  • Der Magnetsensor 3 in dieser beispielhaften Ausführungsform beinhaltet zumindest ein Magnetdetektionselement. Der Magnetsensor 3 kann ein Paar von Magnetdetektionselementen, die in Reihe geschaltet sind, als das zumindest eine Magnetdetektionselement beinhalten. In diesem Falle hat der Magnetsensor 3 eine erste und eine zweite Detektionsschaltung, die ein erstes Paar von in Reihe geschalteten Magnetdetektionselementen und ein zweites Paar von in Reihe geschalteten Magnetdetektionselementen beinhalten.
  • Wie in 16A gezeigt ist, hat eine erste Detektionsschaltung 31, die in dem Magnetsensor 3 beinhaltet ist, einen Stromversorgungsanschluss V1, einen Masseanschluss G1, zwei Ausgangsanschlüsse E11 und E12 und eine erste Wheatstone-Brückenschaltung 311. Die erste Wheatstone-Brückenschaltung 311 hat einen ersten Signalgenerator 31A, der ein erstes Paar von in Reihe geschalteten, Magnetdetektionselementen R11 und R12 beinhaltet, und einen zweiten Signalgenerator 31B, der ein zweites Paar von in Reihe geschalteten, Magnetdetektionselementen R13 und R14 beinhaltet. Ein Anschlusspunkt J12 der Magnetdetektionselemente R11 und R13 ist mit dem Stromversorgungsanschluss V1 verbunden. Ein Anschlusspunkt J11 der Magnetdetektionselemente R11 und R12 ist mit dem Ausgangsanschluss E11 verbunden. Ein Anschlusspunkt J14 der Magnetdetektionselemente R13 und R14 ist mit dem Ausgangsanschluss E12 verbunden. Ein Anschlusspunkt J13 der Magnetdetektionselemente R12 und R14 ist mit dem Masseanschluss G1 verbunden. Eine Stromversorgungsspannung vorbestimmter Größe ist an den Stromversorgungsanschluss V1 angelegt und der Masseanschluss G1 ist mit der Erde verbunden. Ein erstes Signal S1, das von dem ersten Signalgenerator 31A erzeugt wird, wird von dem Ausgangsanschluss E11 ausgegeben, und ein zweites Signal S2, das von dem zweiten Signalgenerator 31B erzeugt wird, wird von dem Ausgangsanschluss E12 ausgegeben.
  • Wie in 16B gezeigt ist, hat zudem eine zweite Detektionsschaltung 32, die in dem Magnetsensor 3 beinhaltet ist, einen Stromversorgungsanschluss V2, einen Masseanschluss G2, zwei Ausgangsanschlüsse E21 und E22 und eine zweite Wheatstone-Brückenschaltung 312. Die zweite Wheatstone-Brückenschaltung 312 hat einen dritten Signalgenerator 32A, der ein drittes Paar von Magnetdetektionselementen R21 und R22 enthält, die in Reihe geschaltet sind, und einen vierten Signalgenerator 32B, der ein viertes Paar von Magnetdetektionselementen R23 und R24 enthält, die in Reihe geschaltet sind. Ein Anschlusspunkt J22 der Magnetdetektionselemente R21 und R23 ist mit dem Stromversorgungsanschluss V2 verbunden. Ein Anschlusspunkt J21 der Magnetdetektionselemente R21 und R22 ist mit dem Ausgangsanschluss E21 verbunden. Ein Anschlusspunkt J24 der Magnetdetektionselemente R23 und R24 ist mit dem Ausgangsanschluss E22 verbunden. Ein Anschlusspunkt J23 der Magnetdetektionselemente R22 und R24 ist mit dem Masseanschluss G2 verbunden. Eine Stromversorgungsspannung vorbestimmter Größe ist an den Stromversorgungsanschluss V2 angelegt und der Masseanschluss G2 ist mit der Erde verbunden. Ein drittes Signal S3, das von dem dritten Signalgenerator 32A erzeugt wird, wird von dem Ausgangsanschluss E21 ausgegeben, und ein viertes Signal S4, das von dem vierten Signalgenerator 32B erzeugt wird, wird von dem Ausgangsanschluss E22 ausgegeben.
  • Bei dieser beispielhaften Ausführungsform können magnetoresistive Effekt-Elemente (MR-Elemente), wie etwa TMR-Elemente, GMR-Elemente, AMR-Elemente oder dergleichen, als sämtliche der Magnetdetektionselemente R11 bis R14 und R21 bis R24 verwendet werden, die in der ersten und der zweiten Detektionsschaltung 31 und 32 enthalten sind, wobei die Verwendung von TMR-Elementen besonders bevorzugt ist. TMR-Elemente und GMR-Elemente haben eine Schicht mit fester Magnetisierung, bei welcher die Magnetisierungsrichtung festgelegt ist, eine freie Schicht, bei welcher sich die Magnetisierungsrichtung in Übereinstimmung mit der Richtung eines angelegten Magnetfelds ändert, und eine nichtmagnetische Schicht, die zwischen der Schicht mit fester Magnetisierung und der freien Schicht angeordnet ist.
  • Wie in 17 gezeigt ist, haben insbesondere TMR-Elemente und GMR-Elemente eine Mehrzahl von unteren Elektroden 61, eine Mehrzahl von MR-Folien 50 und eine Mehrzahl von oberen Elektroden 62. Die Mehrzahl von unteren Elektroden 61 ist auf einem Substrat angeordnet (nicht dargestellt). Jede der unteren Elektroden 61 hat eine lange, schlanke Form. Ein Spalt ist zwischen zwei unteren Elektroden 61 ausgebildet, die in Längsrichtung der unteren Elektroden 61 aneinandergrenzen. MR-Folien 50 sind jeweils nahe bei den beiden Enden in Längsrichtung auf der oberen Fläche der unteren Elektroden 61 angeordnet. Die MR-Folien 50 enthalten eine freie Schicht 51, eine nichtmagnetische Schicht 52, eine Schicht mit fester Magnetisierung 53 und eine antiferromagnetische Schicht 54, die in der Reihenfolge von der Seite der unteren Elektrode 61 her geschichtet sind. Die freie Schicht 51 ist elektrisch mit der unteren Elektrode 61 verbunden. Die antiferromagnetische Schicht 54 ist aus antiferromagnetischem Material ausgebildet und stellt die Festlegung der die Magnetisierung festlegenden Schicht 53 sicher, indem eine mit der die Magnetisierung festlegenden Schicht 53 eingehende Austauschkopplung hervorgerufen wird. Die Mehrzahl von oberen Elektroden 62 ist auf der Oberseite der Mehrzahl von MR-Folien 50 angeordnet. Jede der oberen Elektroden 62 hat eine lange, schlanke Form, ist auf der Oberseite von zwei unteren Elektroden 61 positioniert, die in Längsrichtung der oberen Elektroden 61 aneinandergrenzen, und verbindet elektrisch die antiferromagnetischen Schichten 54 der beiden aneinandergrenzenden MR-Folien 50. Die MR-Folien 50 können einen Aufbau haben, bei dem die freie Schicht 51, die nichtmagnetische Schicht 52, die die Magnetisierung festlegende Schicht 53 und die antiferromagnetische Schicht 54 in der Reihenfolge von der Seite der oberen Elektrode 62 her geschichtet sind.
  • Bei den TMR-Elementen ist die nichtmagnetische Schicht 52 eine Tunnelbarriere-Schicht. Bei den GMR-Elementen ist die nichtmagnetische Schicht 52 eine nichtmagnetische Leitungsschicht. Bei den TMR-Elementen und den GMR-Elementen ändert sich der Widerstandswert in Übereinstimmung mit einem Winkel, der von der Magnetisierungsrichtung der freien Schicht 51 in Bezug auf die Magnetisierungsrichtung der die Magnetisierung festlegenden Schicht 53 gebildet wird, und der Widerstandswert ist auf einem Mindestwert, wenn dieser Winkel 0° beträgt (wenn die Magnetisierungsrichtungen zueinander parallel verlaufen) und der Widerstandswert ist auf einem Höchstwert, wenn dieser Winkel 180° beträgt (wenn die Magnetisierungsrichtungen zueinander antiparallel verlaufen).
  • In 16A ist die Magnetisierungsrichtung der die Magnetisierung festlegenden Schichten der Magnetdetektionselemente R11 bis R14 mit vollen Pfeilen angegeben. Bei der ersten Detektionsschaltung 31 sind die Magnetisierungsrichtung der die Magnetisierung festlegenden Schichten 53 der Magnetdetektionselemente R11 und R14 und die Magnetisierungsrichtung der die Magnetisierung festlegenden Schichten 53 der Magnetdetektionselemente R12 und R13 zueinander antiparallele Richtungen und verlaufen orthogonal zur radialen Richtung des Magneten 2.
  • Bei dem ersten Signalgenerator 31A ändert sich dann, wenn die Magnetfeldstärke Hr in radialer Richtung durch Drehung des Magneten 2 sich ändert, die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht 51 der Magnetdetektionselemente R11 und R23 in Übereinstimmung damit, und das elektrische Potential des Anschlusspunkts J11 ändert sich auf Grundlage des relativen Winkels zwischen der Magnetisierungsrichtung der freien Schicht 51 und der Magnetisierungsrichtung der die Magnetisierung festlegenden Schicht 53. Zudem ändert sich auch bei dem zweiten Signalgenerator 31B ähnlich das elektrische Potential des Anschlusspunkts J14 auf Grundlage des relativen Winkels zwischen der Magnetisierungsrichtung der freien Schicht 51 der Magnetdetektionselemente R13 und R14 und die Magnetisierungsrichtung der die Magnetisierung festlegenden Schicht 53. Dementsprechend erzeugt der erste Signalgenerator 31A das erste Signal S1 in Übereinstimmung mit der Magnetfeldstärke Hr in radialer Richtung, und das erste Signal S1 wird von dem Ausgangsanschluss E11 ausgegeben. Der zweite Signalgenerator 31B erzeugt das zweite Signal S2 in Übereinstimmung mit der Magnetfeldstärke Hr in radialer Richtung und das zweite Signal S2 wird von dem Ausgangsanschluss E12 ausgegeben.
  • Ähnlich ist in 16B die Magnetisierungsrichtung der die Magnetisierung festlegenden Schicht der Magnetdetektionselemente R21–R24 mit vollen Pfeilen angegeben. Bei der zweiten Detektionsschaltung 32 sind die Magnetisierungsrichtung der die Magnetisierung festlegenden Schicht 53 der Magnetdetektionselemente R21 und R24 und die Magnetisierungsrichtung der die Magnetisierung festlegenden Schicht 53 der Magnetdetektionselemente R22 und R23 zueinander antiparallele Richtungen und verlaufen parallel zur Magnetisierungsrichtung DM des Magneten 2.
  • Bei dem dritten Signalgenerator 32A ändert sich dann, wenn die Magnetfeldstärke Hθ in Umfangsrichtung sich aufgrund der Drehung des Magneten 2 ändert, die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht 51 der Magnetdetektionselemente R21 und R22 in Übereinstimmung damit, und das elektrische Potential des Anschlusspunkts J21 ändert sich auf Grundlage des relativen Winkels zwischen der Magnetisierungsrichtung der freien Schicht 51 und der Magnetisierungsrichtung der die Magnetisierung festlegenden Schicht 53. Zudem ändert sich bei dem vierten Signalgenerator 32B ähnlich das elektrische Potential des Anschlusspunkts J24 auf Grundlage des relativen Winkels zwischen der Magnetisierungsrichtung der freien Schicht 51 der Magnetdetektionselemente R23 und R24 und der Magnetisierungsrichtung der die Magnetisierung festlegenden Schicht 53. Demgemäß erzeugt der dritte Signalgenerator 32A das dritte Signal S3 in Übereinstimmung mit der Magnetfeldstärke Hθ in Umfangsrichtung des Magneten 2, und das dritte Signal S3 wird von dem Ausgangsanschluss E21 ausgegeben. Der vierte Signalgenerator 32B erzeugt das vierte Signal S4 in Übereinstimmung mit der Magnetfeldstärke Hθ in Umfangsrichtung des Magneten 2, und das vierte Signal S4 wird von dem Ausgangsanschluss E22 ausgegeben.
  • Der Drehwinkeldetektor 4 in dieser beispielhaften Ausführungsform hat eine erste Operationsschaltung 41, eine zweite Operationsschaltung 42 und eine dritte Operationsschaltung 43, wie in 18 gezeigt ist, und erzeugt einen Drehwinkeldetektionswert θs auf Grundlage des ersten bis vierten Signals S1–S4.
  • Zwei Eingangsanschlüsse der ersten Operationsschaltung 41 sind jeweils mit den Ausgangsanschlüssen E11 bzw. E12 verbunden. Zwei Eingangsanschlüsse der zweiten Operationsschaltung 42 sind jeweils mit den Ausgangsanschlüsse E21 bzw. E22 verbunden. Zwei Eingangsanschlüsse der dritten Operationsschaltung 43 sind jeweils mit den Ausgangsenden der ersten bzw. der zweiten Operationsschaltung 41 bzw. 42 verbunden.
  • Die erste Operationsschaltung 41 erzeugt ein erstes Post-Operations-Signal Sa1 auf Grundlage des ersten und des zweiten Signals S1 und S2. Die zweite Operationsschaltung 42 erzeugt ein zweites Post-Operations-Signal Sa2 auf Grundlage des dritten und des vierten Signals S3 und S4. Die dritte Operationsschaltung 43 berechnet den Drehwinkeldetektionswert θs auf Grundlage des ersten und des zweiten Post-Operations-Signals Sa1 und Sa2.
  • Das erste Post-Operations-Signal Sa1 wird durch eine Operation erzeugt, bei welcher die Differenz zwischen dem ersten Signal S1 und dem zweiten Signal S2 (S1 – S2) festgestellt wird. Das zweite Post-Operations-Signal Sa2 wird durch eine Operation erzeugt, bei welcher die Differenz zwischen dem dritten Signal S3 und dem vierten Signal S4 (S3 – S4) festgestellt wird.
  • Die dritte Operationsschaltung 43 hat Normalisierungsschaltungen N1–N4. eine Additionsschaltung 43A, eine Subtraktionsschaltung 43B und einen Operator 43C. Die Normalisierungsschaltungen N1 bis N4 haben jeweils einen Eingangsanschluss und einen Ausgangsanschluss. Die Additionsschaltung 43A, die Subtraktionsschaltung 43B und der Operator 43C haben jeweils zwei Eingangsanschlüsse und einen Ausgangsanschluss.
  • Der Ausgangsanchluss der ersten Operationsschaltung 41 ist mit dem Eingangsanchluss der Normalisierungsschaltung N1 verbunden. Der Ausgangsanschluss der zweiten Operationsschaltung 42 ist mit dem Eingangsanschluss der Normalisierungsschaltung N2 verbunden. Jeder Ausgangsanschluss der Normalisierungsschaltungen N1 und N2 ist mit den beiden Eingangsanschlüssen der Additionsschaltung 43A verbunden, und jeder Ausgangsanchluss der Normalisierungsschaltungen N1 und N2 ist mit den beiden Eingangsanschlüssen der Subtraktionsschaltung 43B verbunden. Der Ausgangsanschluss der Additionsschaltung 43A ist mit dem Eingangsanschluss der Normalisierungsschaltung N3 verbunden, und der Ausgangsanschluss der Subtraktionsschaltung 43B ist mit dem Eingangsanschluss der Normalisierungsschaltung N4 verbunden. Jeder Ausgangsanschluss der Normalisierungsschaltungen N3 und N4 ist mit den beiden Eingangsanschlüssen des Operators 43C verbunden.
  • Die Normalisierungsschaltung N1 gibt einen normalisierten Wert des ersten Post-Operations-Signals Sa1 an die Additionsschaltung 43A und die Subtraktionsschaltung 43B aus. Die Normalisierungsschaltung N2 gibt einen normalisierten Wert des zweiten Post-Operations-Signals Sa2 an die Additionsschaltung 43A und die Subtraktionsschaltung 43B aus. Die Normalisierungsschaltungen N1 und N2 normalisieren das erste und das zweite Post-Operations-Signal Sa1 und Sa2 derart, dass beispielsweise die Höchstwerte des ersten und des zweiten Post-Operations-Signals Sa1 und Sa2 beide 1 werden und die Mindestwerte beide –1 werden. Bei dieser beispielhaften Ausführungsform wird der normalisierte Wert des ersten Post-Operations-Signals Sa1 zu sin(θ + π/4), und der normalisierte Wert des zweiten Post-Operations-Signals Sa2 wird zu sin(θ – π/4). Hierbei ist θ der Winkel, der zwischen dem Liniensegment, das die Anschlusspunkte J12 und J14 verbindet, und einem externen Magnetfeld gebildet wird.
  • Die Additionsschaltung 43A führt eine Operation durch, um die Summe des normalisierten Werts des ersten Post-Operations-Signals Sa1 und des normalisierten Werts des zweiten Post-Operations-Signals Sa2 festzustellen, und erzeugt ein Additionssignal S11. Die Subtraktionsschaltung 43B führt eine Operation durch, um die Differenz zwischen dem normalisierten Wert des ersten Post-Operations-Signals Sa1 und dem normalisierten Wert des zweiten Post-Operations-Signals Sa2 festzustellen, und erzeugt ein Subtraktionssignal S12. Das Additionssignal S11 und das Subtraktionssignal S12 werden durch die nachfolgenden Gleichungen ausgedrückt. S11 = sin(θ – π/4) + sin(θ + π/4) = 2sinθ·cos(–π/4) = 1.41sinθ S12 = sin(θ + π/4) – sin(θ – π/4) = 2cosθ·sin(π/4) = 1.41cosθ
  • Die Normalisierungsschaltung N3 gibt einen normalisierten Wert S21 des Additionssignals S11 an den Operator 43C aus. Die Normalisierungsschaltung N4 gibt einen normalisierten Wert S22 des Subtraktionssignals S12 an den Operator 43C aus. Die Normalisierungsschaltungen N3 und N4 normalisieren das Additionssignal S11 und das Subtraktionssignal S12 so, dass beispielsweise die Höchstwerte des Additionssignals S11 und des Subtraktionssignals S12 beide 1 werden und die Mindestwerte beide –1 werden. Bei dieser beispielhaften Ausführungsform ist der normalisierte Wert S21 des Additionssignals S11 sinθ und der normalisierte Wert S22 des Subtraktionssignals S12 ist cosθ.
  • Der Operator 43C berechnet einen Drehwinkeldetektionswert θs, der ein Verknüpfungsverhältnis mit dem Winkel θ auf Grundlage der Werte S21 und S22 hat. Beispielsweise berechnet der Operator 43C den Drehwinkeldetektionswert θs mit der nachfolgenden Gleichung: θs = arctan(S21/S22)
  • Wenn der Drehwinkeldetektionswert θs in dem Bereich von mindestens 0° und weniger als 360° liegt, wird die Lösung des Drehwinkeldetektionswerts θs aus der obigen Gleichung zwei Werte ergeben, die um 180° differieren. Jedoch ist es durch positive und negative Kombinationen der Werte S21 und S22 möglich, zu ermitteln, welcher der beiden Werte der wahre Wert des Drehwinkeldetektionswerts θs ist. Das bedeutet, dass dann, wenn der Wert S21 ein positiver Wert ist, der Drehwinkeldetektionswert θs größer als 0° und kleiner als 180° ist. Wenn der Wert S21 ein negativer Wert ist, dann ist der Drehwinkeldetektionswert θs größer als 180° und kleiner als 360°. Wenn der Wert S22 ein positiver Wert ist, dann liegt der Drehwinkeldetektionswert θs in dem Bereich von mindestens 0° und weniger als 90°, und ist größer als 270° und geringer als 360°. Wenn der Wert S22 ein negativer Wert ist, dann ist der Drehwinkeldetektionswert θs größer als 90° und kleiner als 270°. Der Operator 43C kann über den Drehwinkeldetektionswert θs, der mit der obigen Gleichung festgestellt wurde, und über positive und negative Kombinationen der Werte S21 und S22, den wahren Wert des Drehwinkeldetektionswerts θs in dem Bereich von mindestens 0° und weniger als 360° finden.
  • Wie oben erläutert, wird bei der Drehwinkeldetektionseinrichtung 1 gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform ein Bereich, in welchem die Amplituden der Magnetfeldstärken Hr und Hθ in radialer Richtung und Umfangsrichtung im Wesentlichen gleich sind (Bereich 5, in dem der Magnetsensor angeordnet werden kann) unter der gekrümmt geneigten Fläche 2D des Magneten 2 geschaffen. Da der Magnetsensor 3 in dem Bereich 5 angeordnet ist, in dem der Magnetsensor angeordnet werden kann, können zudem Fehler bei der Detektion des Drehwinkels vermindert werden. Da der Drehwinkel über die Magnetfeldstärke Hr in radialer Richtung und die Magnetfeldstärke Hθ in Umfangsrichtung detektiert wird kann zudem das Auftreten von Fehlern beim Detektieren des Drehwinkels, die durch Wellenerschütterungen der zweiten Welle 7 verursacht werden, beseitigt werden. Da der Drehwinkeldetektionswert θs aus der Magnetfeldstärke Hr in radialer Richtung und der Magnetfeldstärke Hθ in Umfangsrichtung berechnet wird, kann zudem das Volumen des Magneten 2 vermindert werden. Bei der Drehmaschineneinrichtung 10 in dieser beispielhaften Ausführungsform können dadurch, dass die erste und die zweite Welle 6 und 7, die Wellenkupplung 8 und das Lager 9 aus magnetischen Materialien ausgebildet sind, die von dem Magnetsensor 3 detektierten Magnetfeldstärken Hr und Hθ verstärkt werden und die Drehwinkeldetektionsgenauigkeit bei der Drehwinkeldetektionseinrichtung 1 kann verbessert werden.
  • Die oben beschriebene, beispielhafte Ausführungsform ist offenbart, um das Verständnis der vorliegenden Erfindung zu erleichtern, und sie versteht sich nicht als Einschränkung der vorliegenden Erfindung. Demgemäß sollen die verschiedenen Elemente, die in dieser beispielhafen Ausführungsform offenbart sind, auch sämtliche Abwandlungen und Entsprechungen umfassen, die in den technischen Umfang der vorliegenden Erfindung fallen.
  • Beispielsweise wäre es bei der oben beschriebenen, beispielhaften Ausführungsform für den Magnetsensor 3 vorteilhaft, eine Magnetfeldstärke aus der Magnetfeldstärke Hr in radialer Richtung, der Magnetfeldstärke Hθ in Umfangsrichtung und einer Magnetfeldstärke Hz in einer Richtung entlang der Drehachse C der zweiten Welle 7 zu detektieren, und für den Drehwinkeldetektionswert θs wäre es vorteilhaft, von dem Drehwinkeldetektor 4 auf Grundlage der Magnetfeldstärke Hz in einer Richtung entlang der Drehachse C der zweiten Welle 7 berechnet zu werden.
  • Bei der oben beschriebenen beispielhaften Ausführungsform wurde ein Beispiel genannt, bei dem die Außenform des zweiten Magnetabschnitts 22 des Magneten 2 im Wesentlichen eine Scheibenform ist, und das Ende 2Da in der äußersten Position in radialer Richtung der gekrümmt geneigten Fläche 2D des Magneten 2 auf der Seitenfläche 2C des Magneten 2 positioniert ist, d. h. an der äußersten Kante des Magneten 2, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Auslegung beschränkt. Wie in 19A gezeigt ist, wäre es beispielsweise für den zweiten Magnetabschnitt 22 des Magneten 2 vorteilhaft, eine Kerbe 2I zu enthalten, in welche ein Abschnitt der Unterseite (Seite des ersten Magnetabschnitts 21) der Seitenfläche 2C weggeschnitten ist, und für das Ende 2Da der gekrümmt geneigten Fläche 2D in der in radialer Richtung äußersten Position wäre es vorteilhaft, zur Innenseite in radialer Richtung von der Seitenfläche 2C des Magneten 2 positioniert zu werden. Wie in 19B gezeigt ist, wäre es zudem für den zweiten Magnetabschnitt 22 des Magneten 2 vorteilhaft, einen Vorsprung 2J aufzuweisen, der zur Unterseite (Seite des ersten Magnetabschnitts 21) der Seitenfläche 2C hin vorspringt, und für das Ende 2Da der gekrümmt geneigten Fläche 2D in der in radialer Richtung äußersten Position wäre es vorteilhaft, zur Innenseite in radialer Richtung von der Seitenfläche 2C des Magneten 2 hin positioniert zu werden. In diesen Fällen kann der maximale Abstand L von der gekrümmt geneigten Fläche 2D definiert werden als maximaler Abstand von dem Liniensegment S, das die beiden Enden 2Da und 2Db der Kurve verbindet, die der gekrümmt geneigten Fläche 2D entspricht, bis zu der oben beschriebenen Kurve in einer Richtung orthogonal zum Liniensegment S.
  • Bei der oben beschriebenen beispielhaften Ausführungsform ist eine Erläuterung angegeben, die in Bespiel anführt, bei dem die gekrümmt geneigte Fläche 2D des Magneten 2 eine gekrümmte Fläche hat, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf eine solche Auslegung beschränkt. Beispielsweise wäre es vorteilhaft für die gekrümmt geneigte Fläche 2D, so ausgeführt zu werden, dass eine Mehrzahl von Ebenen zu einer polygonalen Linie verbunden werden, die überall eine gekrümmte Fläche hat, wie in 20A gezeigt ist, und es wäre dafür auch vorteilhaft, minimale Stufen mit gekrümmten Flächen überall vorzusehen, wie in 20B gezeigt ist.
  • [AUSFÜHRUNGSFORMEN]
  • Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung näher durch Angeben von Ausführungsformen beschrieben, wobei jedoch die vorliegende Erfindung auf keine dieser nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist.
  • [Ausführungsform 1]
  • Bei der Drehmaschineneinrichtung 10 mit der in 1A und 2 gezeigten Auslegung wurden die Magnetfeldverteilung des Magneten 2 und die darauf basierende Winkelfehlerverteilung durch Simulationen unter Verwendung der Finite-Element-Methode (FEM) festgestellt. Es wurde angenommen, die Dicke T21 des ersten Magnetabschnitts 21 des Magneten 2 beträgt 4,25 mm, die Dicke T22 des zweiten Magnetabschnitt 22 beträgt 0,75 mm, der Durchmesser D2A der ersten Fläche 2A beträgt 10 mm, der Durchmesser D2B der zweiten Fläche 2B beträgt 28 mm, der maximale Abstand L von dem Liniensegment S, welches das Ende 2Da in der in radialer Richtung äußersten Position des Magneten 2 bei der Kurve, welche der gekrümmt geneigten Fläche 2D entspricht, und das Ende 2Db in der in radialer Richtung innersten Position (die äußerste Kante 21E der ersten Fläche 2A) verbindet, bis zu der oben beschriebenen Kurve (die der gekrümmt geneigten Fläche 2D entsprechende Kurve) in einer Richtung orthogonal zum Liniensegment S beträgt 1,3 mm, die Länge L28 zwischen der Wellenkupplung 8 und der zweiten Fläche 2B beträgt 8 mm, die Länge L29 zwischen dem Lager 9 und der ersten Fläche 2A beträgt 2 mm, das Material der zweiten Welle 7 und der Wellenkupplung 8 ist Kohlenstoffstahl für Maschinenbau S45C und das Material des Lagers 9 ist ein kaltgewalztes Stahlprodukt SPCC. Die Ergebnisse sind in 21 gezeigt.
  • [Ausführungsform 2]
  • Unter Verwendung eines Magneten 2 mit der in 11 gezeigten Auslegung und mit der gleichen Auslegung wie bei der Ausführungsform 1, abgesehen davon, dass die Dicke T21 des ersten Magnetabschnitts 21 des Magneten 2 mit 4,25 mm und die Dicke T22 des zweiten Magnetabschnitts 22 mit 3 mm angesetzt wurden, wurde die Magnetfeldverteilung des Magneten 2 und die darauf basierende Winkelfehlerverteilung durch Simulation festgestellt. Die Ergebnisse sind in 22 gezeigt.
  • [Ausführungsform 3]
  • Unter Verwendung der gleichen Auslegung wie bei der Ausführungsform 2, abgesehen davon, dass der maximale Abstand L von dem Liniensegment S, welches das Ende 2Da in der in radialer Richtung äußersten Position des Magneten 2 bei der Kurve, die der gekrümmt geneigten Fläche 2D entspricht, und das Ende 2Db in der in radialer Richtung innersten Position (äußerste Kante 21E der ersten Fläche 2A) verbindet, bis zu der oben beschriebenen Kurve (Kurve, die der gekrümmt geneigten Fläche 2D entspricht) in einer Richtung orthogonal zum Liniensegment S, mit 0,8 mm angesetzt wurde, wurden die Magnetfeldverteilung des Magneten 2 und die darauf basierende Winkelfehlerverteilung durch Simulation festgestellt. Die Ergebnisse sind in 23 gezeigt.
  • [Ausführungsform 4]
  • Unter Verwendung der gleichen Auslegung wie bei der Ausführungsform 1, abgesehen davon, dass die Auslegung nicht die erste Welle 6, die zweite Welle 7, die Wellenkupplung 8 bzw. das Lager 9 umfasst, wurden die Magnetfeldverteilung des Magneten 2 und die darauf basierende Winkelfehlerverteilung durch Simulation festgestellt. Die Ergebnisse sind in 24 gezeigt.
  • [Ausführungsform 5]
  • Unter Verwendung der gleichen Auslegung wie bei der Ausführungsform 1, abgesehen davon, dass die Auslegung nicht die erste Welle 6, die zweite Welle 7 bzw. die Wellenkupplung 8 umfasst, wurden die Magnetfeldverteilung des Magneten 2 und die darauf basierende Winkelfehlerverteilung durch Simulation festgestellt. Die Ergebnisse sind in 25 gezeigt.
  • [Ausführungsform 6]
  • Unter Verwendung der gleichen Auslegung wie bei Ausführungsform 1, abgesehen davon, dass die Auslegung nicht die Wellenkupplung 8 bzw. das Lager 9 umfasst, wurden die Magnetfeldverteilung des Magneten 2 und die darauf basierende Winkelfehlerverteilung durch Simulation festgestellt. Die Ergebnisse sind in 26 gezeigt.
  • [Ausführungsform 7]
  • Unter Verwendung der gleichen Auslegung wie bei Ausführungsform 1, abgesehen davon, dass die Auslegung nicht die erste Welle 6, die zweite Welle 7 bzw. das Lager 9 umfasst, wurden die Magnetfeldverteilung des Magneten 2 und die darauf basierende Winkelfehlerverteilung durch Simulation festgestellt. Die Ergebnisse sind in 27 gezeigt.
  • [Ausführungsform 8]
  • Unter Verwendung der gleichen Auslegung wie bei Ausführungsform 1, abgesehen davon, dass die Auslegung nicht die erste Welle 6, die zweite Welle 7, die Wellenkupplung 8 bzw. das Lager 9 umfasst, und dass eine Lochung, durch welche die zweite Welle 7 verläuft, nicht im Magneten 2 ausgebildet ist, wurden die Magnetfeldverteilung des Magneten 2 und die darauf basierende Winkelfehlerverteilung durch Simulation festgestellt. Die Ergebnisse sind in 28 gezeigt.
  • [Vergleichsbeispiel 1]
  • Unter Verwendung der gleichen Auslegung wie bei Ausführungsform 1, abgesehen davon, dass ein Magnet 220 mit einem zweiten Magnetabschnitt 222, einer Seitenfläche 220C, die an eine zweite Fläche 220B und an deren Außenumfangskante anschließt und im Wesentlichen parallel zur Drehachse C der Welle 7 verläuft, und mit einem ersten Magnetabschnitt 221 versehen ist, der eine erste Fläche 220A hat, zur Seite der ersten Fläche 221A hin von einer Position aus vorspringt, die näher bei der Innenseite in radialer Richtung als die Seitenfläche 220C des zweiten Magnetabschnitts 222 liegt, und der eine geneigte Seitenfläche 220D enthält, die unter einem vorbestimmten Winkel zur Innenseite in radialer Richtung gekrümmt ist, wie in 34 gezeigt ist, verwendet wurde, wurden die Magnetfeldverteilung des Magneten 220 und die darauf basierende Winkelfehlerverteilung durch Simulation festgestellt. Bei dem Magnet 220 wurde der Durchmesser der ersten Fläche 220A auf 12 mm festgelegt, der Durchmesser der zweiten Fläche 220B auf 28 mm, die Dicke des ersten Magnetabschnitts 221 auf 2,25 mm, die Dicke des zweiten Magnetabschnitts 222 auf 2,75 mm und der Neigungswinkel der geneigten Fläche 220D auf 25° festgelegt. Die Ergebnisse sind in 29 gezeigt.
  • [Vergleichsbeispiel 2]
  • Unter Verwendung der gleichen Auslegung wie bei Ausführungsform 1, abgesehen davon, dass ein Magnet 230 mit einem annähernd trapezförmigen Querschnitt, der mit einem zweiten Magnetabschnitt 232 mit einer zweiten Fläche 230B, einem ersten Magnetabschnitt 231 mit einer ersten Fläche 230A und einer geneigten Seitenfläche 230D versehen ist, die an die Außenumfangskante der zweiten Fläche 230B anschließt, wie in 35 gezeigt ist, verwendet wurde, wurden die Magnetfeldverteilung des Magneten 230 und die darauf basierende Winkelfehlerverteilung durch Simulation festgestellt. Die Dicke des Magneten 230 (Dicke des ersten Magnetabschnitts 231) wurde auf 5 mm festgesetzt, der Durchmesser der ersten Fläche 230A auf 12 mm, der Durchmesser der zweiten Fläche 230B auf 28 mm und der Neigungswinkel der geneigten Seitenfläche 2D auf 32° festgesetzt. Die Ergebnisse sind in 30 gezeigt.
  • [Vergleichsbeispiel 3]
  • Unter Verwendung der gleichen Auslegung wie bei der Ausführungsform 1, abgesehen davon, dass ein Magnet 240 mit einem annähernd stufenförmigen Querschnitt, der mit einem zweiten Magnetabschnitt 242 mit einer zweiten Fläche 240B und einer Seitenfläche 240C versehen ist, welche an die Außenumfangskante der zweiten Fläche 240B anschließt, und mit einem ersten Magnetabschnitt 241 mit einer ersten Fläche 240A und einer Seitenfläche 240E, die in einer Richtung im Wesentlichen parallel zur Drehachse der Welle 7 von einer Position weiter einwärts in radialer Richtung als die Seitenfläche 240C ansteigt, wie in 36 gezeigt ist, verwendet wurde, wurden die Magnetfeldverteilung des Magneten 240 und die darauf basierende Winkelfehlerverteilung durch Simulation festgestellt. Die Dicke des ersten Magnetabschnitts 241 und die des zweiten Magnetabschnitts 242 des Magneten 240 wurden jeweils auf 2,0 mm festgelegt, die Länge in radialer Richtung von der ansteigenden Position von der Seitenfläche 2C auf 4 mm, der Durchmesser der ersten Fläche 240A auf 20 mm und der Durchmesser der zweiten Fläche 240B auf 28 mm festgesetzt. Die Ergebnisse sind in 31 gezeigt.
  • [Vergleichsbeispiel 4]
  • Unter Verwendung der gleichen Auslegung wie bei Ausführungsform 1, abgesehen davon, dass ein Magnet 200 mit einer in 37A und 37B gezeigten Auslegung verwendet wurde, wurden die Magnetfeldverteilung des Magneten 200 und die darauf basierende Winkelfehlerverteilung durch Simulation festgestellt. Die Dicke des Magneten 200 wurde auf 3 mm und der Durchmesser auf 28 mm festgelegt. Die Ergebnisse sind in 32 gezeigt.
  • [Vergleichsbeispiel 5]
  • Unter Verwendung der gleichen Auslegung wie bei Ausführungsform 1, abgesehen davon, dass ein Magnet 210 mit einer in 38A und 38B gezeigten Auslegung verwendet wurde, wurden die Magnetfeldverteilung des Magneten 210 und die darauf basierende Winkelfehlerverteilung durch Simulation festgestellt. Die Dicke des Magneten 210 wurde auf 5 mm, der Durchmesser einer ersten Fläche 211 auf 14,0 mm, der Durchmesser einer zweiten Fläche 212 auf 28 mm und der Neigungswinkel einer geneigten Seitenfläche 213 auf 30° festgelegt. Die Ergebnisse sind in 33 gezeigt.
  • 21 bis 33 sind Diagramme, die die Winkelfehlerverteilung nahe bei der Außenumfangskante des Magneten 2 und 200 bis 240 zeigen, wie sie durch Simulationen mit den Ausführungsformen 1 bis 8 und den Vergleichsbeispielen 1 bis 5 festgestellt wurde. In 21 bis 33 sind Bereiche mit weniger Helligkeit (dunkelgraue Bereiche), die die Magnete 2 und 200 bis 240 umgeben, Bereiche, wo die Magnetfeldstärken Hr und Hθ in radialer Richtung und Umfangsrichtung geringer als 15 mT sind, Bereiche mit mehr Helligkeit (helle Bereiche) sind Bereiche, wo die Magnetfeldstärken Hr und Hθ in radialer Richtung und Umfangsrichtung geringer als 20 mT betragen, und Bereiche mit einer Helligkeit zwischen diesen beiden (hellgraue Bereiche) sind Bereiche, wo die Magnetfeldstärken Hr und Hθ in radialer Richtung und in Umfangsrichtung mindestens 15 mT und weniger als 20 mT betragen. Bereiche, die von gepunkteten Linien umgeben werden, sind Bereiche, wo die Winkelfehler gut sind, und Bereiche mit Magnetfeldstärken (Magnetfeldstärken Hr, Hθ = 20 bis 80 mT), die von dem Magnetsensor 3 detektierbar sind, und sind somit Bereiche, welche Bereiche 5 sind, in denen ein Magnetsensor angeordnet werden kann.
  • Aus den in 21–33 gezeigten Ergebnissen geht deutlich hervor, dass bei den Ausführungsformen 1–4 der Drehwinkel präzise auf Grundlage der Magnetfeldstärken Hr und Hθ in radialer Richtung und/oder Umfangsrichtung detektiert werden kann. Aus den Ergebnissen der Ausführungsformen 1, und 5–7 wurde weiter bestätigt, dass durch Vorsehen einer ersten und zweiten Welle 6 und 7, einer Wellenkupplung 8 und eines Lagers 9, die aus magnetischen Materialien gefertigt sind, die Magnetfeldstärken Hr und Hθ verstärkt werden, die Winkeldetektionsgenauigkeit verbessert wird und der Bereich 5, in dem der Magnetsensor angeordnet werden kann, vergrößert wird. Aus den Ergebnissen der Ausführungsformen 5 und 8 wurde weiterhin bestätigt, dass bei einem Magneten 2, in welcher keine Lochung ausgebildet ist, durch die die zweite Welle 7 geht, die Magnetfeldstärken Hr und Hθ verstärkt werden, die Winkeldetektionsgenauigkeit verbessert wird und der Bereich 5, in dem der Magnetsensor angeordnet werden kann, vergrößert wird. Andererseits wurde in den Vergleichsbeispielen 1–5 bestätigt, dass der Bereich, in dem der Magnetsensor angeordnet werden kann, in den Ausführungsformen 1–8 nicht unter dem Magnet (auf der Seite des Lagers 9) ausgebildet war. Daher wurde deutlich, dass in den Ausführungsformen 1–8 durch Sicherstellen, dass der Magnet 2 eine gekrümmt geneigte Fläche 2D hat, es möglich ist, den Drehwinkel unter der gekrümmt geneigten Fläche 2D präzise zu detektieren.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Drehwinkeldetektionseinrichtung
    2
    Magnet
    2A
    erste Fläche
    2B
    zweite Fläche
    2D
    gekrümmt geneigte Fläche
    3
    Magnetsensor
    4
    Drehwinkeldetektor

Claims (11)

  1. Drehwinkeldetektionseinrichtung, aufweisend: einen Magneten, der so angeordnet ist, dass er einstückig mit einer Drehachse rotieren kann, welche sich mit der Drehung eines Drehkörpers mitdreht, wobei der Magnet bei Anbetracht entlang der Drehachse eine im Wesentlichen kreisförmige Form hat, und wobei der Magnet eine Magnetisierungsvektorkomponente in einer Richtung orthogonal zur Drehachse aufweist; einen Magnetsensor, welcher ein Sensorsignal auf Grundlage einer Änderung in einem Magnetfeld ausgibt, die mit der Drehung des Magneten einhergeht; und einen Drehwinkeldetektor, welcher einen Drehwinkel des Drehkörpers auf Grundlage des Sensorsignals detektiert, das von dem Magnetsensor ausgegeben wird; wobei der Magnet eine gekrümmt geneigte Fläche hat, die abfallend verläuft und sich dabei im Wesentlichen in konkaver Form entlang der Drehachse von einer vorbestimmten Position an der Außenseite in einer radialen Richtung des Magneten zur Drehachse hin krümmt; und wobei bei Erstellung einer kreisförmigen, gedachten Ebene, die durch eine Position entgegengesetzt zur gekrümmt geneigten Fläche geht, orthogonal zur Drehachse verläuft und an der Drehachse zentriert ist, der Magnetsensor in einer Position entgegengesetzt zur gekrümmt geneigten Fläche und in einer Position angeordnet ist, in welcher die Amplituden einer Magnetfeldstärke Hr in radialer Richtung und einer Magnetfeldstärke Hθ in Umfangsrichtung auf der gedachten Ebene im Wesentlichen die gleichen sind, und die Magnetfeldstärke Hr in radialer Richtung und/oder die Magnetfeldstärke Hθ in Umfangsrichtung als Sensorsignal ausgegeben wird.
  2. Drehwinkeldetektionseinrichtung nach Anspruch 1, wobei: die gekrümmt geneigte Fläche einen ersten bis n-ten Abschnitt enthält (wobei n eine Ganzzahl von 1 oder größer ist), die jeweils aufeinanderfolgende Differenzwerte haben und sich in konkaver Form krümmen; und in einem Querschnitt des Magneten entlang einer axialen Richtung der Drehachse zumindest ein maximaler Abstand aus einem maximalen Abstand L von einem Liniensegment, das ein Ende einer in radialer Richtung äußersten Position einer Kurve, die der gekrümmt geneigten Flächen entspricht, und ein weiteres Ende in einer in radialer Richtung innersten Position einer Kurve verbindet, die der gekrümmt geneigten Fläche entspricht, in einer Richtung orthogonal zum Liniensegment, und aus maximalen Abständen L1 bis LN von Liniensegmenten, die ein Ende in einer in radialer Richtung äußersten Position von Kurven, die jeweils der ersten bis n-ten Kurve entsprechen, und ein weiteres Ende in einer in radialer Richtung innersten Position verbinden, bis zu Kurven, die jedem der gekrümmten Abschnitte in einer Richtung orthogonal zum Liniensegment entsprechen, 0,5 bis 4 mm beträgt.
  3. Drehwinkeldetektionseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei: der Magnet hat einen ersten Magnetabschnitt, der eine erste Fläche mit einer bei Anbetracht entlang der axialen Richtung der Drehachse im Wesentlichen kreisförmigen Form enthält, wobei die gekrümmt geneigte Fläche an eine äußere Kante der ersten Fläche anschließt und auf einer Seite der Drehachse positioniert ist, und einen zweiten Magnetabschnitt, der auf der anderen Seite der Drehachse positioniert ist und auf den ersten Magnetabschnitt abgestimmt ist; und wobei der Durchmesser des ersten Magnetabschnitts von der ersten Fläche zum zweiten Magnetabschnitt hin zunimmt.
  4. Drehwinkeldetektionseinrichtung nach Anspruch 3, wobei der zweite Magnetabschnitt eine zweite Fläche enthält, die der ersten Fläche des ersten Magnetabschnitts entgegengesetzt ist und bei Anbetracht entlang der axialen Richtung der Drehachse im Wesentlichen kreisförmig ist.
  5. Drehwinkeldetektionseinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, wobei der zweite Magnetabschnitt einen konvexen Abschnitt hat, der von der zweiten Fläche entlang der axialen Richtung der Drehachse vorspringt.
  6. Drehwinkeldetektionseinrichtung nach Anspruch 5, wobei der konvexe Abschnitt weiter einwärts in radialer Richtung des Magneten vorspringt als eine in radialer Richtung des Magneten äußerste Kante.
  7. Drehwinkeldetektionseinrichtung nach Anspruch 5 oder 6, wobei der konvexe Abschnitt so vorspringt, dass er einwärts in radialer Richtung des Magneten abfällt.
  8. Drehwinkeldetektionseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Magnetsensor ein TMR-Element, ein GMR-Element oder ein AMR-Element enthält.
  9. Drehwinkeldetektionseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, ferner aufweisend: eine Mehrzahl von Magnetsensoren; wobei zumindest zwei aus der Mehrzahl von Magnetsensoren entlang der Umfangsrichtung auf der gedachten Ebene positioniert sind und im Wesentlichen um (180/M)° (worin M eine Ganzzahl von 2 oder größer ist) an der Drehachse zentriert beabstandet sind.
  10. Drehwinkeldetektionseinrichtung nach Anspruch 9, wobei jeder der Magnetsensoren die Magnetfeldstärke Hr in der radialen Richtung bzw. die Magnetfeldstärke Hθ in der Umfangsrichtung als Sensorsignal ausgibt.
  11. Drehmaschineneinrichtung, aufweisend: die Drehwinkeldetektionseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, eine Wellenkupplung, die eine erste Welle und eine mit dem Drehkörper verbundene zweite Welle so verbindet, dass sie einstückig rotieren können, und ein Lager, das ein Ende der zweiten Welle trägt; wobei der Magnet zwischen der Wellenkupplung und dem Lager positioniert ist und von der zweiten Welle gelagert wird und daran befestigt ist und dabei von der zweiten Welle durchsetzt wird; und wobei die zweite Welle und/oder die Wellenkupplung und/oder Lager aus magnetischen Materialien gefertigt ist.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10697801B2 (en) * 2016-03-11 2020-06-30 Tdk Corporation Rotational angle detection apparatus and rotating machine apparatus

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6544374B2 (ja) * 2017-03-24 2019-07-17 Tdk株式会社 磁気センサ
JP6870639B2 (ja) * 2018-03-19 2021-05-12 Tdk株式会社 磁気検出装置
DE102018219979A1 (de) * 2018-11-22 2020-05-28 Robert Bosch Gmbh Elektromotorische Antriebeinrichtung, Bremsaktuator
JP7063307B2 (ja) * 2019-06-05 2022-05-09 Tdk株式会社 磁気センサおよび磁気センサシステム
JP7321075B2 (ja) * 2019-12-23 2023-08-04 株式会社東海理化電機製作所 磁気センサ
EP4206614B1 (de) * 2021-12-31 2024-05-01 Melexis Technologies SA Magnetische positionssensorvorrichtung, verfahren und system mit fehlererkennung
CN115452444B (zh) * 2022-11-14 2023-04-07 极限人工智能有限公司 一种医疗手术机器人角度性能检测装置及方法
CN116203480B (zh) * 2023-04-24 2023-08-18 麦格雷博电子(深圳)有限公司 一种转子表面磁场检测纠正补偿方法及系统

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003075108A (ja) 2001-09-04 2003-03-12 Asahi Kasei Corp 回転角度センサ
WO2008050581A1 (fr) 2006-10-26 2008-05-02 The Furukawa Electric Co., Ltd. Détecteur d'angle de rotation

Family Cites Families (45)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IT1293463B1 (it) * 1997-07-18 1999-03-01 Trw Sipea Spa Gruppo sensore di sterzata.
US6064197A (en) * 1997-07-26 2000-05-16 U.S. Philips Corporation Angle sensor having lateral magnetic field sensor element and axial magnetic field direction measuring element for determining angular position
US6396259B1 (en) * 1999-02-24 2002-05-28 Nartron Corporation Electronic throttle control position sensor
JP4378814B2 (ja) * 1999-07-16 2009-12-09 株式会社日本自動車部品総合研究所 回転角検出装置
US6584838B2 (en) * 2001-01-11 2003-07-01 Sensor Solutions Corporation Angular position sensor
US7208939B2 (en) * 2001-02-28 2007-04-24 Bvr Technologies Co. Methods and apparatus for sensing angular position and speed of a rotatable shaft utilizing linearized annular magnet and commutated ratiometric hall sensors
JP3726698B2 (ja) * 2001-04-19 2005-12-14 アイシン精機株式会社 角度センサ
EP1470393B1 (de) * 2002-01-23 2013-06-19 Robert Bosch Gmbh Wegsensor mit magnetoelektrischem wandlerelement
JP2003240602A (ja) * 2002-02-18 2003-08-27 Asahi Kasei Corp 回転角度センサ
JP4169536B2 (ja) * 2002-06-26 2008-10-22 株式会社日本自動車部品総合研究所 アクチュエータ
KR101173519B1 (ko) * 2003-02-14 2012-08-14 베이 센서스 앤드 시스템즈 캄파니, 인코포레이티드 선형 홀-효과 센서를 이용하고, 증가된 선형성을 위한 자기 배열을 갖는 위치 센서
JP2005291942A (ja) * 2004-03-31 2005-10-20 Asahi Kasei Electronics Co Ltd 回転角度センサ
JP2005345153A (ja) * 2004-05-31 2005-12-15 Denso Corp 回転角度検出装置
JP4376150B2 (ja) * 2004-08-06 2009-12-02 株式会社デンソー 回転角度検出装置
JP4679358B2 (ja) 2005-02-03 2011-04-27 株式会社デンソー 回転角度検出装置
JP4640708B2 (ja) * 2006-02-14 2011-03-02 株式会社デンソー 回転角度検出装置
US8030917B2 (en) * 2007-12-11 2011-10-04 Nippon Soken, Inc. Over one turn rotation angle sensor using rotating magnetic field
JP5137755B2 (ja) 2008-09-12 2013-02-06 古河電気工業株式会社 回転センサ
JP2010078366A (ja) * 2008-09-24 2010-04-08 Aisin Seiki Co Ltd 角度検出装置
JP2010160037A (ja) * 2009-01-08 2010-07-22 Mitsubishi Electric Corp 回転角検出器
JP5202343B2 (ja) * 2009-01-08 2013-06-05 三菱電機株式会社 回転角検出器
JP4985730B2 (ja) * 2009-01-29 2012-07-25 株式会社デンソー ストロークセンサおよび回転角センサ
JP5231365B2 (ja) * 2009-09-08 2013-07-10 Ｎｔｎ株式会社 回転角度検出センサ
JP5384267B2 (ja) * 2009-09-16 2014-01-08 株式会社ミクニ 回転角検出装置
JP4941847B2 (ja) * 2009-10-05 2012-05-30 株式会社デンソー 回転角検出装置
DE102009048389B4 (de) * 2009-10-06 2019-12-19 Asm Automation Sensorik Messtechnik Gmbh Anordnung zur Erfassung mehr als einer Umdrehung mitels Magneten als Positionsgeber
JP5293724B2 (ja) * 2010-11-02 2013-09-18 アイシン精機株式会社 角度検出装置
JP5141780B2 (ja) * 2011-01-12 2013-02-13 Ｔｄｋ株式会社 回転角度センサ
US8779760B2 (en) * 2011-06-09 2014-07-15 Infineon Technologies Ag Angle measurement system including magnet with substantially square face for through-shaft applications
JP5408508B2 (ja) * 2011-11-01 2014-02-05 株式会社デンソー 位置検出装置
JP5944703B2 (ja) * 2012-03-14 2016-07-05 株式会社ケーヒン 回転角度検出装置
DE102012211383A1 (de) * 2012-06-29 2014-01-02 Continental Automotive Gmbh Magnetfelderzeuger und Sensorvorrichtung für den Einsatz beim Ermitteln eines Rotationswinkels
JP5818104B2 (ja) * 2012-10-12 2015-11-18 株式会社デンソー 回転角度検出装置
CN103925933B (zh) * 2013-01-11 2016-12-28 江苏多维科技有限公司 一种多圈绝对磁编码器
JP5946796B2 (ja) * 2013-05-29 2016-07-06 ファナック株式会社 回転機械の回転を検出する回転検出器、および回転検出器を備えるシステム
DE102014200365A1 (de) * 2013-11-26 2015-05-28 Continental Teves Ag & Co. Ohg Sensoranordnung und Magnetisierungsvorrichtung sowie Verwendung der Sensoranordnung in einem Kraftfahrzeugsteuergerät
US9852832B2 (en) * 2014-06-25 2017-12-26 Allegro Microsystems, Llc Magnetic field sensor and associated method that can sense a position of a magnet
DE112015003183B4 (de) * 2014-07-09 2024-03-21 Hitachi Astemo, Ltd. Drehwinkelerfassungsvorrichtung und Servolenkvorrichtung.
CN104197827B (zh) * 2014-08-18 2017-05-10 江苏多维科技有限公司 一种双z轴磁电阻角度传感器
CN107407575A (zh) * 2015-01-23 2017-11-28 英飞凌科技股份有限公司 轴外磁性角度感测系统
JP6512141B2 (ja) * 2016-03-09 2019-05-15 Tdk株式会社 磁石および変位検出装置
JP6278050B2 (ja) * 2016-03-11 2018-02-14 Tdk株式会社 回転角度検出装置及び回転機械装置
JP6278051B2 (ja) * 2016-03-11 2018-02-14 Tdk株式会社 回転角度検出装置
JP6319348B2 (ja) * 2016-03-11 2018-05-09 Tdk株式会社 回転角度検出装置
US10648834B2 (en) * 2017-11-20 2020-05-12 Infineon Technologies Ag Magnet arrangement for angle detection

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003075108A (ja) 2001-09-04 2003-03-12 Asahi Kasei Corp 回転角度センサ
WO2008050581A1 (fr) 2006-10-26 2008-05-02 The Furukawa Electric Co., Ltd. Détecteur d'angle de rotation

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10697801B2 (en) * 2016-03-11 2020-06-30 Tdk Corporation Rotational angle detection apparatus and rotating machine apparatus
US11371863B2 (en) 2016-03-11 2022-06-28 Tdk Corporation Rotational angle detection apparatus and rotating machine apparatus
US11598653B2 (en) 2016-03-11 2023-03-07 Tdk Corporation Rotational angle detection apparatus and rotating machine apparatus

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Publication number Publication date
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JP6278050B2 (ja) 2018-02-14
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US20170261349A1 (en) 2017-09-14

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