DE102017119668A1

DE102017119668A1 - Winkelsensor und Winkelsensorsystem

Info

Publication number: DE102017119668A1
Application number: DE102017119668.4A
Authority: DE
Inventors: Keisuke Uchida; Kazuya Watanabe; Hiraku Hirabayashi
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2016-09-30
Filing date: 2017-08-28
Publication date: 2018-04-05
Also published as: JP6350834B2; US20180095146A1; US20200309871A1; US11119162B2; JP2018054584A; CN107883864B; US10712404B2; CN107883864A

Abstract

Ein Winkelsensor umfasst eine erste und eine zweite Erfassungseinheit und eine Winkelerfassungseinheit. Jede der ersten und zweiten Erfassungseinheiten erzeugt zwei Erfassungssignale. Die erste und zweite Erfassungseinheit sind in einem Positionsverhältnis angeordnet, das vorgegebene Phasenverhältnisse zwischen den von ihnen erzeugten Signalen begründet. Die Winkelerfassungseinheit umfasst eine erste und eine zweite Berechnungsschaltung und eine Winkelberechnungseinheit. Die ersten und zweiten Berechnungsschaltungen erzeugen ein erstes und zweites Signal, bei denen jeweils eine einer fünften Harmonischen entsprechende Fehlerkomponente, die in den Erfassungssignalen enthalten ist, verringert ist. Die Winkelberechnungseinheit berechnet auf Grundlage des ersten und zweiten Signals einen Erfassungswinkelwert. Die Winkelberechnungseinheit führt eine Korrekturverarbeitung zur Verringerung eines Fehlers durch, welcher aufgrund einer Fehlerkomponente, die einer in den Erfassungssignalen enthaltenen dritten Harmonischen entspricht, im Erfassungswinkelwert auftritt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Winkelsensor und Winkelsensorsystem zum Erzeugen eines Erfassungswinkelwerts mit einer Entsprechung zu einem Winkel, den die Richtung eines Drehmagnetfelds bezüglich einer Referenzrichtung bildet.
2. Beschreibung der verwandten Technik
In den letzten Jahren wurden Winkelsensoren weitverbreitet in verschiedenen Anwendungen eingesetzt, wie etwa bei der Erfassung der Drehposition eines Lenkrads oder einem Motor einer Servolenkung in einem Kraftfahrzeug. Die Winkelsensoren erzeugen einen Erfassungswinkelwert mit einer Entsprechung zu einem zu erfassenden Winkel. Beispiele der Winkelsensoren umfassen einen Magnetwinkelsensor. Ein Winkelsensorsystem, bei dem ein Magnetwinkelsensor zum Einsatz kommt, ist üblicherweise mit einer Magnetfeld-Erzeugungseinheit zum Erzeugen eines Drehmagnetfelds versehen, dessen Richtung sich als Reaktion auf die Drehung oder Linearbewegung eines Objekts dreht. Die Magnetfeld-Erzeugungseinheit ist beispielsweise ein Magnet. Der durch den Magnetwinkelsensor zu erfassende Winkel hat eine Entsprechung zu einem Winkel, den die Richtung des Drehmagnetfelds in einer Referenzposition bezüglich einer Referenzrichtung bildet.
Zu den bekannten Magnetwinkelsensoren zählt ein Magnetwinkelsensor, der eine Vielzahl von Erfassungsschaltungen zum Erzeugen einer Vielzahl von Erfassungssignalen unterschiedlicher Phasen umfasst und mittels Ausführen einer Operation mithilfe der Vielzahl von Erfassungssignalen einen Erfassungswinkelwert erzeugt, wie in der DE 102011081389 A1 offenbart. Jede der Vielzahl von Erfassungsschaltungen umfasst zumindest ein Magneterfassungselement. Das Magneterfassungselement umfasst beispielsweise ein magnetoresistives (MR) Element vom Spin-Valve-Typ, umfassend eine Schicht mit festgelegter Magnetisierung, deren Magnetisierungsrichtung festgelegt ist, eine freie Schicht, deren Magnetisierungsrichtung in Abhängigkeit von der Richtung des Drehmagnetfelds variiert, und eine nicht-magnetische Schicht, die sich zwischen der Schicht mit festgelegter Magnetisierung und der freien Schicht befindet.
Für die Magnetwinkelsensoren hat die Vielzahl von Erfassungssignalen idealerweise jeweils eine Wellenform einer sinusförmigen Kurve (umfassend eine Sinus-Wellenform und eine Cosinus-Wellenform), wenn die Richtung des Drehmagnetfelds mit einer vorgegebenen Periode variiert. Es gibt jedoch Fälle, bei denen die Wellenform jedes Erfassungssignals bezüglich einer Sinuskurve verzerrt ist. Eine Verzerrung der Wellenform von jedem Erfassungssignal kann zu einem Fehler in dem Erfassungswinkelwert führen. Der Fehler, der in dem Erfassungswinkelwert auftritt, wird nachfolgend als Winkelfehler bezeichnet.
Wenn jedes Erfassungssignal hinsichtlich einer Wellenform verzerrt ist, enthält jedes Erfassungssignal eine Idealkomponente und eine oder mehr Fehlerkomponente(n). Die Idealkomponente variiert derart, dass sie eine ideale Sinuskurve abbildet. Die eine oder mehr Fehlerkomponente(n) entsprechen einer oder mehr Harmonischen der Idealkomponente. Wenn jedes Erfassungssignal lediglich aus der Idealkomponente besteht, entspricht der durch Berechnung bestimmte Erfassungswinkelwert einem wahren, durch den Winkelsensor zu erfassenden Winkel. Der durch Berechnung ermittelte Erfassungswinkelwert, wenn jedes Erfassungssignal lediglich aus der Idealkomponente besteht, wird nachfolgend als Idealwinkel bezeichnet. Der Winkelfehler ist die Differenz zwischen dem Idealwinkel und dem Erfassungswinkelwert.
Die Ursachen für eine Verzerrung der Wellenform von jedem Erfassungssignal werden grob in eine erste Ursache, die mit dem durch die Magnetfelderzeugungseinheit erzeugten Drehmagnetfeld zusammenhängt, und eine zweite Ursache, die mit dem Magneterfassungselement zusammenhängt, unterteilt. Im Fall eines idealen Winkelsensorsystems ist, wenn der zu erfassende Winkel mit einer vorgegebenen Periode variiert, eine Wellenform, die die Stärke einer Komponente des Drehmagnetfelds in einer Richtung an der Position von jeder Erfassungsschaltung angibt, die nachfolgend als Feldstärken-Wellenform bezeichnet wird, sinusförmig, und die Wellenform von jedem Erfassungssignal, das durch jede Erfassungsschaltung erzeugt wird, ist ebenfalls sinusförmig. Wenn die Wellenform von jedem Erfassungssignal aufgrund der ersten Ursache verzerrt ist, wird die Feldstärken-Wellenform bezüglich einer Sinuskurve selbst dann verzerrt, wenn der zu erfassende Winkel mit einer vorgegebenen Periode variiert. Falls eine Verzerrung der Wellenform von jedem Signal durch die zweite Ursache bewirkt wird, ist die Wellenform von jedem Erfassungssignal bezüglich einer Sinuskurve verzerrt, selbst wenn die Feldstärken-Wellenform sinusförmig ist. Eine Verzerrung der Wellenform von jedem Erfassungssignal kann auch durch die Kombination der ersten Ursache und der zweiten Ursache verursacht werden.
DE 10 2011 081 389 A1 beschreibt eine Technik zur Verringerung eines Winkelfehlers, der aus einer Fehlerkomponente entsteht, die einer dritten Harmonischen der Idealkomponente entspricht, mittels Ausführen einer Operation mithilfe von zumindest vier Erfassungssignalen.
JP H05-346329A beschreibt eine Technik zur Entfernung von einer oder mehr Harmonischen aus einem ausgelesenen Signal in einem Magnetsensor, der aus einem MR-Element gebildet ist, welches sich relativ entlang der Kalibrierungsrichtung einer Magnetskala bewegen lässt. Bei dem Magnetsensor sind eine Vielzahl von Teilen von MR-Elementen, die an voneinander verschiedenen Positionen entlang der Kalibrierungsrichtung vorgesehen sind, in Reihe geschaltet, um das magnetoresistive Element zu bilden, um das Entfernen der einen oder mehr Harmonischen aus dem ausgelesenen Signal zu erreichen.
Bei dem Magnetwinkelsensor entsprechen die eine oder mehr Fehlerkomponente(n), die in jedem Erfassungssignal enthalten sind, hauptsächlich einer oder mehr Harmonischen dritter Ordnung oder höher, insbesondere ungeraden Harmonischen dritter oder höherer Ordnung. Ferner kann bei den Magnetwinkelsensoren jedes Erfassungssignal zwei Fehlerkomponenten enthalten, die zwei Harmonischen unterschiedlicher Ordnungen entsprechen.
Als Verfahren zur Verringerung eines Winkelfehlers, wenn jedes Erfassungssignal zwei Fehlerkomponenten enthält, ist es denkbar, jedes Erfassungssignal durch Signalverarbeitung zu korrigieren, um die beiden Fehlerkomponenten, die in jedem Erfassungssignal enthalten sind, zu verringern.
Ein solches Verfahren erfordert jedoch eine komplizierte Signalverarbeitung.
Als Verfahren zur Verringerung eines Winkelfehlers, wenn jedes Erfassungssignal zwei Fehlerkomponenten enthält, ist es auch denkbar, zwei Signale zu erzeugen, bei denen die beiden Fehlerkomponenten durch Operationen mithilfe einer Vielzahl von Erfassungssignalen verringert werden, wie dies in der DE 10 2011 081 389 A1 offenbart ist. Das Verfahren erfordert jedoch eine hohe Anzahl von Erfassungsschaltungen und verkompliziert die Ausgestaltung des Winkelsensors.
Die in der JP H05-346329A beschriebene Technik erfordert das Ausgestalten des MR-Elements dahingehend, dass die Positionen der Vielzahl von Stücken von linearen MR-Elementen gemäß Kalibrierungsintervallen der Magnetskala variieren, was Schwierigkeiten beim Entwurf des MR-Elements verursacht.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Winkelsensor und ein Winkelsensorsystem anzugeben, die in der Lage sind, auf einfache Weise einen Winkelfehler zu verringern, der aus zwei Fehlerkomponenten resultiert, die in jedem einer Vielzahl von Erfassungssignalen enthalten sind.
Ein Winkelsensor der vorliegenden Erfindung ist eingerichtet, einen Erfassungswinkelwert mit einer Entsprechung zu einem Winkel zu erzeugen, den die Richtung des Drehmagnetfelds in einer Referenzposition bezüglich einer Referenzrichtung bildet. Ein Winkelsensorsystem der vorliegenden Erfindung umfasst den Winkelsensor der vorliegenden Erfindung und eine Magnetfelderzeugungseinheit zur Erzeugung eines Drehmagnetfelds.
Der Winkelsensor der vorliegenden Erfindung umfasst eine erste Erfassungseinheit, eine zweite Erfassungseinheit und eine Winkelerfassungseinheit. Die erste Erfassungseinheit umfasst eine erste Erfassungssignalerzeugungseinheit zum Erzeugen eines ersten Erfassungssignals und eine zweite Erfassungssignalerzeugungseinheit zum Erzeugen eines zweiten Erfassungssignals. Das erste und zweite Erfassungssignal haben jeweils eine Entsprechung zu einem Winkel, den die Richtung des Drehmagnetfelds in einer ersten Position bezüglich einer ersten Richtung bildet. Die zweite Erfassungseinheit umfasst eine dritte Erfassungssignalerzeugungseinheit zum Erzeugen eines dritten Erfassungssignals und eine vierte Erfassungssignalerzeugungseinheit zum Erzeugen eines vierten Erfassungssignals. Das dritte und vierte Erfassungssignal haben jeweils eines Entsprechung zu einem Winkel, den die Richtung des Drehmagnetfelds in einer zweiten Position bezüglich einer zweiten Richtung bildet.
Wenn die Richtung des Drehmagnetfelds mit einer vorgegebenen Periode variiert, enthält jedes der ersten bis vierten Erfassungssignale eine Idealkomponente, eine erste Fehlerkomponente und eine zweite Fehlerkomponente. Die Idealkomponente variiert periodisch derart, dass sie eine ideale Sinuskurve abbildet. Die erste Fehlerkomponente ist eine Fehlerkomponente, die einer n-ten Harmonischen der Idealkomponente entspricht, und die zweite Fehlerkomponente ist eine Fehlerkomponente, die einer m-ten Harmonischen der Idealkomponente entspricht, wobei n größer als m ist. Die Idealkomponente des ersten und zweiten Erfassungssignals sind zueinander phasenverschoben. Die Idealkomponenten des dritten und vierten Erfassungssignals sind zueinander phasenverschoben.
Die erste Erfassungseinheit und die zweite Erfassungseinheit sind in einem Positionsverhältnis angeordnet, welches ein erstes Phasenverhältnis zwischen den Idealkomponenten des ersten und dritten Erfassungssignals, und ein zweites Phasenverhältnis zwischen den Idealkomponenten des zweiten und vierten Erfassungssignals aufbaut. Das erste Phasenverhältnis ist ein Verhältnis dergestalt, dass das Ausführen einer ersten Operation zum Erhalt der Summe oder der Differenz zwischen den ersten und dritten Erfassungssignalen ein erstes Signal ergibt, welches eine kleinere erste Fehlerkomponente hat als das erste und dritte Erfassungssignal. Das zweite Phasenverhältnis ist ein Verhältnis dergestalt, dass das Ausführen einer zweiten Operation zum Erhalt der Summe oder der Differenz zwischen dem zweiten und vierten Erfassungssignal ein zweites Signal ergibt, welches eine kleinere erste Fehlerkomponente hat als das zweite und vierte Erfassungssignal.
Die Winkelerfassungseinheit umfasst eine erste Berechnungsschaltung zum Erzeugen des ersten Signals mittels Ausführen der ersten Operation, eine zweite Berechnungsschaltung zum Erzeugen des zweiten Signals mittels Ausführen der zweiten Operation, und eine Winkelberechnungseinheit zum Berechnen des Erfassungswinkelwerts auf Grundlage des ersten Signals und des zweiten Signals. Die Winkelberechnungseinheit führt eine Korrekturverarbeitung durch, vermittels der ein aufgrund der zweiten Fehlerkomponente in dem Erfassungswinkelwert auftretender Fehler verglichen mit dem Fall, bei dem die Korrekturverarbeitung nicht ausgeführt wird, verringert ist.
Das Positionsverhältnis zwischen der ersten Erfassungseinheit und der zweiten Erfassungseinheit kann ein Verhältnis derart sein, dass sich die erste Position und die zweite Position voneinander unterscheiden, so dass sich die Richtung des Drehmagnetfelds in der ersten Position und die Richtung des Drehmagnetfelds in der zweiten Position voneinander unterscheiden.
Wenn das Positionsverhältnis zwischen der ersten Erfassungseinheit und der zweiten Erfassungseinheit ein Verhältnis derart ist, dass sich die erste Position und die zweite Position wie oben beschrieben voneinander unterscheiden, kann die Magnetfeld-Erzeugungseinheit des Winkelsensorsystems eingerichtet sein, ihre Relativposition bezüglich der ersten und zweiten Erfassungseinheit in einer vorgegeben Richtung zu variieren, und die erste Position und die zweite Position können sich in der vorgegeben Richtung voneinander unterscheiden. Die Magnetfeld-Erzeugungseinheit kann eingerichtet sein, sich um eine Mittelachse zu drehen. In einem solchen Fall ist die vorgenannte vorgegebene Richtung die Drehrichtung der Magnetfeld-Erzeugungseinheit. Ferner können in einem solchen Fall die erste Position und die zweite Position in einer gedachten Ebene senkrecht zur Mittelachse liegen und sich im gleichen Abstand zur Mittelachse befinden. Alternativ können die erste Position und die zweite Position auf einer gedachten Geraden liegen und sich voneinander unterscheiden. In einem solchen Fall ist die vorgenannte vorgegebene Richtung parallel zu der gedachten Geraden.
Das Positionsverhältnis zwischen der ersten Erfassungseinheit und der zweiten Erfassungseinheit kann ein Verhältnis derart sein, dass die erste Richtung und die zweite Richtung sich voneinander unterscheiden, wohingegen die Richtung des Drehmagnetfelds in der ersten Position und die Richtung des Drehmagnetfelds in der zweiten Position gleich sind.
Bei dem Winkelsensor der vorliegenden Erfindung kann das erste Phasenverhältnis ein Verhältnis sein, bei dem die Idealkomponenten des ersten Erfassungssignals und des dritten Erfassungssignals eine Phasendifferenz von 180°/n haben, und das zweite Phasenverhältnis kann ein Verhältnis sein, bei dem die Idealkomponenten des zweiten Erfassungssignals und des vierten Erfassungssignals eine Phasendifferenz von 180°/n haben. In einem solchen Fall kann die erste Operation eine Operation sein, um die Summe des ersten und dritten Erfassungssignals zu erhalten, und die zweite Operation kann eine Operation sein, um die Summe des zweiten und vierten Erfassungssignals zu erhalten.
Bei dem Winkelsensor der vorliegenden Erfindung kann das erste Phasenverhältnis ein Verhältnis sein, bei dem die Idealkomponenten der ersten und dritten Erfassungssignale eine Phasendifferenz von 360°/n haben, und das zweite Phasenverhältnis kann ein Verhältnis sein, bei dem die Idealkomponenten der zweiten und vierten Erfassungssignale eine Phasendifferenz von 360°/n haben. In einem solchen Fall kann die erste Operation eine Operation sein, um die Differenz zwischen dem ersten und dritten Erfassungssignal zu erhalten, und die zweite Operation kann eine Operation sein, um die Differenz zwischen dem zweiten und vierten Erfassungssignal zu erhalten.
Die Phasendifferenz zwischen den Idealkomponenten des ersten und zweiten Erfassungssignals und die Phasendifferenz zwischen den Idealkomponenten des dritten und vierten Erfassungssignals können beide 90° sein.
Jede der ersten bis vierten Erfassungssignal-Erzeugungseinheiten kann zumindest ein Magneterfassungselement umfassen. Das zumindest eine Magneterfassungselement kann zumindest ein MR-Element umfassen. Das zumindest eine MR-Element kann eine Schicht mit festgelegter Magnetisierung, deren Magnetisierungsrichtung festgelegt ist, eine freie Schicht, deren Magnetisierungsrichtung abhängig von der Richtung des Drehmagnetfeldes variiert, und eine nicht-magnetische Schicht, die sich zwischen der Schicht mit festgelegter Magnetisierung und der freien Schicht befindet, umfassen.
Bei dem Winkelsensor der vorliegenden Erfindung kann m gleich 3 sein, und n gleich 5 sein.
Bei dem Winkelsensor der vorliegenden Erfindung kann es sich bei der Korrekturverarbeitung um eine Verarbeitung zum Subtrahieren eines Schätzwerts der enthaltenen zweiten Fehlerkomponente von dem ersten bzw. dem zweiten Signal handeln.
Bei dem Winkelsensor der vorliegenden Erfindung kann m gleich 3 sein. Wenn die Richtung des Drehmagnetfelds mit der vorgegebenen Periode variiert, kann der aufgrund der zweiten Fehlerkomponente in dem Erfassungswinkelwert auftretende Fehler eine Komponente enthalten, die mit einer Periode variiert, die halb so groß ist wie die vorgegebene Periode. In einem solchen Fall kann die Korrekturverarbeitung das Ausführen von Umwandlungsoperationen umfassen, um das erste und zweite Signal in erste und zweite Rechensignale umzuwandeln, die zur Winkelberechnung zum Berechnen des Erfassungswinkelwerts verwendet werden. Die Umwandlungsoperationen wandeln die ersten und zweiten Signale in die ersten und zweiten Berechnungssignale um, so dass die Komponente, die mit einer Periode der Hälfte der vorgegebenen Periode variiert, gegenüber dem Fall verringert wird, bei dem der Erfassungswinkelwert mittels Ausführen der Winkelberechnung mithilfe der ersten und zweiten Signale berechnet wird.
Gemäß dem Winkelsensor und dem Winkelsensorsystem der vorliegenden Erfindung sind die erste Erfassungseinheit und die zweite Erfassungseinheit in einem vorgegebenen Positionsverhältnis angeordnet, und die erste und zweite Berechnungsschaltung führen die ersten und die zweiten Operationen durch, bei denen es sich um vergleichsweise simple Operationen handelt, wodurch die ersten und zweiten Signale erzeugt werden, in denen die erste Fehlerkomponente jeweils verringert ist. Ferner führt die Winkelberechnungseinheit die Korrekturverarbeitung durch, um den aufgrund der zweiten Fehlerkomponente in dem Erfassungswinkelwert auftretenden Fehler zu verringern. Die vorliegende Erfindung ermöglicht somit eine einfache Verringerung des Winkelfehlers, der sich aus den beiden Fehlerkomponenten ergibt, die in jedem der Vielzahl von Erfassungssignalen enthalten sind.
Andere und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung besser ersichtlich.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Seitenansicht, die die allgemeine Ausgestaltung eines Winkelsensorsystems gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
2 ist eine Draufsicht, die die allgemeine Ausgestaltung des Winkelsensorsystems gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
3 ist ein Erläuterungsdiagramm, das die Definitionen der in der ersten Ausführungsform der Erfindung verwendeten Richtungen und Winkel veranschaulicht.
4 ist ein Schaltungsdiagramm, das die Ausgestaltungen einer ersten und zweiten Erfassungseinheit eines Winkelsensors gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
5 ist ein Funktionsblockdiagramm, das die Ausgestaltung einer Winkelerfassungseinheit des Winkelsensors gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
6 ist eine perspektivische Ansicht eines Teils eines in 4 dargestellten Magneterfassungs-Elements.
7 ist ein Ablaufdiagramm einer durch eine in 5 dargestellte Winkelberechnungseinheit durchzuführenden Verarbeitung.
8 ist ein Wellenformdiagramm, das eine beispielhafte Wellenform eines Winkelfehlers veranschaulicht, der in einem Erfassungswinkelwert eines ersten Vergleichsbeispiels auftritt.
9 ist ein Wellenformdiagramm, das eine beispielhafte Wellenform eines Winkelfehlers veranschaulicht, der in einem Erfassungswinkelwert eines zweiten Vergleichsbeispiels auftritt.
10 ist ein Wellenformdiagramm, das eine beispielhafte Wellenform eines Winkelfehlers veranschaulicht, der entsteht, wenn in einem ersten Beispiel der ersten Ausführungsform der Erfindung keine zweite Korrekturverarbeitung ausgeführt wird.
11 ist ein Wellenformdiagramm, das eine beispielhafte Wellenform eines Winkelfehlers veranschaulicht, der entsteht, wenn in dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung eine erste Korrekturverarbeitung und eine zweite Korrekturverarbeitung ausgeführt werden.
12 ist ein Wellenformdiagramm, das eine beispielhafte Wellenform eines Winkelfehlers veranschaulicht, der in einem Erfassungswinkelwert eines dritten Vergleichsbeispiels auftritt.
13 ist ein Wellenformdiagramm, das eine beispielhafte Wellenform eines Winkelfehlers veranschaulicht, der in einem Erfassungswinkelwert eines vierten Vergleichsbeispiels auftritt.
14 ist ein Wellenformdiagramm, das eine beispielhafte Wellenform eines Winkelfehlers veranschaulicht, der entsteht, wenn Korrekturverarbeitung in einem ersten Beispiel einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ausgeführt wird.
15 ist eine perspektivische Ansicht, die die allgemeine Ausgestaltung eines Winkelsensorsystems gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
16 ist ein Erläuterungsdiagramm, das die Definitionen von in der dritten Ausführungsform der Erfindung verwendeten Richtungen und Winkeln veranschaulicht.
17 ist ein Erläuterungsdiagramm, das die allgemeine Ausgestaltung eines Winkelsensorsystems gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
18 ist ein Erläuterungsdiagramm, das die Definitionen von Richtungen und Winkeln veranschaulicht, die in der vierten Ausführungsform der Erfindung verwendet wurden.
19 ist ein Erläuterungsdiagramm, das die allgemeine Ausgestaltung eines Winkelsensorsystems gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
20 ist ein Erläuterungsdiagramm, das die Definitionen von Richtungen und Winkeln veranschaulicht, die in einer sechsten Ausführungsform der Erfindung verwendet wurden.
21 ist ein Erläuterungsdiagramm, das die Definitionen von Richtungen und Winkeln veranschaulicht, die in einer siebten Ausführungsform der Erfindung verwendet wurden.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
[Erste Ausführungsform]
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun detailliert unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Zunächst erfolgt eine Bezugnahme auf die 1 und 2, um die allgemeine Ausgestaltung eines Winkelsensorsystems gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu beschreiben. Das Winkelsensorsystem 1 gemäß der ersten Ausführungsform umfasst einen Winkelsensor 2 gemäß der ersten Ausführungsform. Der Winkelsensor 2 gemäß der ersten Ausführungsform ist insbesondere ein Magnetwinkelsensor. Wie in 1 und 2 dargestellt umfasst das Winkelsensorsystem 1 ferner eine Magnetfeld-Erzeugungseinheit 5 zum Erzeugen eines Drehmagnetfelds MF, dessen Richtung sich dreht. Der Winkelsensor 2 ist eingerichtet, um einen Erfassungswinkelwert mit einer Entsprechung zu einem Winkel, den die Richtung des Drehmagnetfelds MF in einer Referenzposition bezüglich einer Referenzrichtung bildet, zu erzeugen. Nachfolgend wird der Winkel, den die Richtung des Drehmagnetfelds MF in einer Referenzposition bezüglich einer Referenzrichtung bildet, als Drehfeldwinkel bezeichnet und mit dem Bezugszeichen θM versehen.
Die Magnetfelderzeugungseinheit 5 der vorliegenden Erfindung ist ein ringförmiger Magnet, der auf einer Drehwelle 6 gelagert ist, wobei es sich um einen Gegenstand handelt, dessen Drehposition zu erfassen ist. Als Reaktion auf die Drehung der Drehwelle 6 dreht sich die Magnetfeld-Erzeugungseinheit 5 in einer Drehrichtung D um eine Mittelachse C.
Die Magnetfeld-Erzeugungseinheit 5 umfasst einen ersten Abschnitt 5A und einen zweiten Abschnitt 5B, die in zueinander unterschiedlichen Richtungen magnetisiert sind. Der erste Abschnitt 5A und der zweite Abschnitt 5B sind symmetrisch bezüglich einer ersten gedachten Ebene angeordnet, einschließlich der Mittelachse C. In den 1 und 2 stellt das Symbol 5AM die Magnetisierungsrichtung des ersten Abschnitts 5A dar, und das Symbol 5BM stellt die Magnetisierungsrichtung des zweiten Abschnitts 5B dar. Die Magnetisierungsrichtung 5AM des ersten Abschnitts 5A ist parallel zur Mittelachse C. Die Magnetisierungsrichtung 5AM in 1 verläuft nach oben. Die Magnetisierungsrichtung 5BM des zweiten Abschnitts 5B ist entgegengesetzt zur Richtung 5AM.
Die Referenzposition befindet sich in einer zweiten gedachten Ebene parallel zu einer Endfläche der Magnetfeld-Erzeugungseinheit 5 und senkrecht zur Mittelachse C. Die zweite gedachte Ebene wird nachfolgend als Referenzebene P bezeichnet. In der Referenzebene P dreht sich die Richtung des Drehmagnetfelds MF, das durch die Magnetfeld-Erzeugungseinheit 5 erzeugt wird, um die Referenzposition. Die Referenzrichtung befindet sich innerhalb der Referenzebene P und schneidet die Referenzposition. In der folgenden Beschreibung bezieht sich die Richtung des Drehmagnetfelds MF in der Referenzposition auf eine Richtung, die sich innerhalb der Referenzebene P befindet.
Der Winkelsensor 2 umfasst eine erste Erfassungseinheit 10 und eine zweite Erfassungseinheit 20. Die erste Erfassungseinheit 10 und die zweite Erfassungseinheit 20 sind derart angeordnet, dass sie die Referenzebene P berühren bzw. schneiden. Die Magnetfeld-Erzeugungseinheit 5 variiert ihre Relativposition bezüglich den ersten und zweiten Erfassungseinheiten 10 und 20 in der Drehrichtung D um die Mittelachse C.
Nun werden unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 die Anordnung der ersten und zweiten Erfassungseinheiten 10, 20 und die Definitionen von Richtungen und Winkeln beschrieben, die in der vorliegenden Ausführungsform verwendet werden. Zunächst ist die Z-Richtung die Richtung parallel zur in 1 dargestellten Drehachse C und verläuft in 1 nach oben. In 2 und 3 liegt die Z-Richtung außerhalb der Zeichnungsebene. Weiterhin sind die X-Richtung und Y-Richtung zwei Richtungen, die senkrecht zur Z-Achse und orthogonal zueinander sind. In 1 liegt die X-Richtung rechterhand, und die Y-Richtung verläuft in die Zeichnungsebene. In 2 und 3 liegt die X-Richtung rechterhand, und die Y-Richtung verläuft aufwärts. Ferner ist die -X-Richtung die Richtung entgegengesetzt zur X-Richtung, und die -Y-Richtung ist die Richtung entgegengesetzt zur Y-Richtung.
Die erste Erfassungseinheit 10 erfasst das Drehmagnetfeld MF in einer ersten Position P1. Die zweite Erfassungseinheit 20 erfasst das Drehmagnetfeld MF in einer zweiten Position P2. Die ersten und zweiten Positionen P1 und P2 befinden sich in der ersten bzw. zweiten Erfassungseinheit 10 und 20. In der vorliegenden Ausführungsform unterscheiden sich die erste und zweite Position P1, P2 voneinander in der Drehrichtung D, so dass sich die Richtung des Drehmagnetfelds MF in der ersten Position P1 und die Richtung des Drehmagnetfelds MF in dem zweiten Abschnitt P2 voneinander unterscheiden.
Wie in 3 dargestellt liegen die erste Position P1 und zweite Position P2 innerhalb der Referenzebene P und haben den gleichen Abstand von der Mittelachse C. Die ersten und zweiten Positionen P1 und P2 liegen somit auf dem Umfang eines Kreises um die Mittelachse C, der sich innerhalb der Referenzebene P befindet. Die Referenzebene P ist auch die XY-Ebene, welche die erste Position P1 und die zweite Position P2 umfasst. In den 1 bis 3 verläuft die X-Richtung von der Mittelachse C zur ersten Position P1.
Die zweite Position P2 ist eine Position, die gegen den Uhrzeigersinn um einen Winkel θ1 bezüglich der ersten Position P1 auf dem Umfang verschoben ist. Der spezifische Wert des Winkels θ1 wird später beschrieben.
Die ersten und zweiten Erfassungseinheiten 10, 20 befinden sich an voneinander verschiedenen Positionen, so dass die ersten und zweiten Positionen P1 und P2 die obenbeschriebene Beziehung zueinander haben. Das Positionsverhältnis zwischen der ersten und zweiten Erfassungseinheit 10, 20 wird später genauer beschrieben.
Wie in 3 dargestellt wird die Referenzposition mit dem Bezugszeichen PR bezeichnet, die Referenzrichtung wird mit dem Bezugszeichen DR bezeichnet, und die Richtung des Drehmagnetfelds MF wird mit dem Bezugszeichen DM bezeichnet. In der vorliegenden Ausführungsform ist die erste Position P1 die Referenzposition PR, und die X-Richtung ist die Referenzrichtung DR. Angenommen, die Richtung DM des Drehmagnetfelds MF dreht sich im Uhrzeigersinn in 3. Der Drehfeldwinkel θM wird im Uhrzeigersinn aus der Referenzrichtung DR betrachtet in positiven Werten ausgedrückt, und gegen den Uhrzeigersinn aus der Referenzrichtung DR betrachtet in negativen Werten ausgedrückt.
Eine erste Richtung D11, eine zweite Richtung D21, eine dritte Richtung D12 und eine vierte Richtung D22 sind wie in 3 dargestellt definiert. Die erste bis vierte Richtung D11, D21, D12 und D22 sind jeweils parallel zur Referenzebene P. Die erste Richtung D11 verläuft von der Mittelachse C zur ersten Position P1. Die erste Richtung D11 ist die gleiche wie die X-Richtung und die Referenzrichtung DR. Die zweite Richtung D21 verläuft von der Mittelachse C zur zweiten Position P2.
Die dritten und vierten Richtung D12 und D22 sind Richtungen, die um einen vorgegebenen Winkel bezüglich der ersten bzw. zweiten Richtung D11 und D21 gedreht sind. In der vorliegenden Ausführungsform sind die dritte und vierte Richtung D12 und D22 Richtungen, die im Uhrzeigersinn um 90° aus der ersten Richtung D11 bzw. der zweiten Richtung D21 gedreht sind.
Die Ausgestaltung des Winkelsensors 2 wird nun ausführlich unter Bezugnahme auf 4 beschrieben. 4 ist ein Schaltungsdiagramm, das die Ausgestaltung des Winkelsensors 2 beschreibt. Die erste Erfassungseinheit 10 umfasst eine erste Erfassungssignal-Erzeugungseinheit 11 und eine zweite Erfassungssignal-Erzeugungseinheit 12. Die zweite Erfassungseinheit 20 umfasst eine dritte Erfassungssignal-Erzeugungseinheit 21 und eine vierte Erfassungssignal-Erzeugungseinheit 22. Jede der ersten bis vierten Erfassungssignal-Erzeugungseinheiten 11, 12, 21 und 22 umfasst zumindest ein Magnet-Erfassungselement zum Erfassen des Drehmagnetfelds MF. Das zumindest eine Magnet-Erfassungselement kann zumindest ein magnetoresistives Element umfassen. Das magnetoresistive Element kann ein Riesenmagnetowiderstand(GMR)-Element, ein Tunnelmagnetowiderstand(TMR)-Element oder ein anisotropes magnetoresistives (AMR-)Element sein. Das zumindest eine Magnet-Erfassungselement kann ferner zumindest ein Element zum Erfassen eines Magnetfelds neben dem magnetoresistiven Element, beispielsweise ein Hall-Element, umfassen.
Die erste Erfassungssignal-Erzeugungseinheit 11 erzeugt ein erstes Erfassungssignal S1. Die zweite Erfassungssignal-Erzeugungseinheit 12 erzeugt ein zweites Erfassungssignal S2. Das erste und zweite Erfassungssignal S1 und S2 haben jeweils eine Entsprechung zu dem Winkel, den die Richtung DM des Drehmagnetfelds MF in der ersten Position P1 bezüglich der ersten Richtung D11 bildet.
Die dritte Erfassungssignal-Erzeugungseinheit 21 erzeugt ein drittes Erfassungssignal S3. Die vierte Erfassungssignal-Erzeugungseinheit 22 erzeugt ein viertes Erfassungssignal S4. Das dritte und vierte Erfassungssignal S3 und S4 haben eine Entsprechung zu dem Winkel, den die Richtung DM des Drehmagnetfelds MF in der zweiten Position P2 bezüglich der zweiten Richtung D21 bildet.
Da sich die Richtung DM des Drehmagnetfelds MF mit einer vorgegebenen Periode dreht, variiert die ersten bis vierten Erfassungssignale S1 bis S4 jeweils periodisch mit einer Signalperiode, die gleich der vorgegebenen Periode ist. Das zweite und vierte Erfassungssignal S2 und S4 sind jeweils bezüglich dem ersten und dritten Erfassungssignal S1 bzw. S3 phasenverschoben. In der vorliegenden Ausführungsform unterscheiden sich die Phasen der Erfassungssignale S2 und S4 jeweils von den Phasen der Erfassungssignale S1 bzw. S3 um ein ungerades Vielfaches eines Viertels der Signalperiode. Jedoch kann sich in Anbetracht der Herstellungsgenauigkeit des Magnet-Erfassungselements und anderen Faktoren die Phasendifferenz zwischen den jeweiligen zwei Erfassungssignalen von einem ungeraden Vielfachen eines Viertels der Signalperiode geringfügig unterscheiden. Die folgende Beschreibung legt nahe, dass die Phasen der Erfassungssignale die vorgenannte, bevorzugte Beziehung erfüllen.
4 veranschaulicht ein Beispiel der spezifischen Ausgestaltung der ersten bis vierten Erfassungssignal-Erzeugungseinheit 11, 12, 21 und 22. Dieses Beispiel wird untenstehend ausführlich beschrieben.
Die erste Erfassungssignal-Erzeugungseinheit 11 umfasst eine Wheatstone Brückenschaltung 14 und einen Differenzdetektor 15. Die zweite Erfassungssignal-Erzeugungseinheit 12 umfasst eine Wheatstone Brückenschaltung 16 und einen Differenzdetektor 17. Die dritte Erfassungssignal-Erzeugungseinheit 21 umfasst eine Wheatstone-Brückenschaltung 24 und einen Differenzdetektor 25. Die vierte Erfassungssignal-Erzeugungseinheit 22 umfasst eine Wheatstone Brückenschaltung 26 und einen Differenzdetektor 27.
Jede der Wheatstone-Brückenschaltungen 14, 16, 24 und 26 umfasst einen Stromversorgungsanschluss V, einen Masseanschluss G, zwei Ausgangsanschlüsse E1 und E2, ein erstes Paar in Reihe geschalteter Magneterfassungselemente R1 und R2, und ein zweites Paar in Reihe geschalteter Magneterfassungselemente R3 und R4. Ein Ende von jedem Magnet-Erfassungselement R1 und R3 ist mit dem Stromversorgungsanschluss V verbunden. Das andere Ende des Magneterfassungselements R1 ist mit einem Ende des Magnet-Erfassungselements R2 und dem Ausgangsanschluss E1 verbunden. Das andere Ende des Magnet-Erfassungselements R3 ist mit einem Ende des Magnet-Erfassungselements R4 und dem Ausgangsanschluss E2 verbunden. Das andere Ende von jedem Magnet-Erfassungselement R2 und R4 ist mit dem Masseanschluss G verbunden. An den Stromversorgungsanschluss V wird eine Versorgungsspannung vorgegebener Größe angelegt. Der Massenschluss G ist geerdet.
Jedes der Magneterfassungselemente R1 bis R4 umfasst eine Vielzahl in Reihe geschalteter magnetoresistiver (MR-)Elemente. Jedes der Vielzahl der MR-Element ist beispielsweise ein Spin-Valve-MR-Element. Das Spin-Valve MR-Element umfasst eine Schicht mit festgelegter Magnetisierung, deren Magnetisierungsrichtung festgelegt ist, eine freie Schicht, deren Magnetisierungsrichtung in Abhängigkeit von der Richtung DM des Drehmagnetfelds MF variiert, und eine nicht-magnetische Schicht, die sich zwischen der Schicht mit festgelegter Magnetisierung und der freien Schicht befindet. Das Spin-Valve-MR-Element kann ein TMR-Element oder ein GMR-Element sein. Bei dem TMR-Element ist die nichtmagnetische Schicht eine Tunnelbarriereschicht. Bei dem GMR-Element ist die nichtmagnetische Schicht eine leitfähige, nichtmagnetische Schicht. Der Widerstand des Spin-Valve-MR-Element variiert in Abhängigkeit des Winkels, den die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht bezüglich der Magnetisierungsrichtung der Schicht mit festgelegter Magnetisierung bildet, und hat einen Minimalwiderstand, wenn der vorgenannte Winkel 0° beträgt, und einen Maximalwiderstand, wenn der vorgenannte Winkel 180° beträgt. In 4 geben die gefüllten Pfeile die Magnetisierungsrichtungen der Schichten mit festgelegter Magnetisierung der MR-Elemente an, und die leeren Pfeile geben die Magnetisierungsrichtung der freien Schichten der MR-Elemente an.
Bei der ersten Erfassungssignal-Erzeugungseinheit 11 sind die Schichten mit festgelegter Magnetisierung der MR-Elemente, die in den Magneterfassungs-Elementen R1 und R4 enthalten sind, in der ersten Richtung D11 magnetisiert, und die Schichten mit festgelegter Magnetisierung der MR-Elemente, die in den Magneterfassungs-Elementen R2 und R3 enthalten sind, sind in der der ersten Richtung D11 entgegengesetzten Richtung magnetisiert. In diesem Fall variiert die Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E1 und E2 der Wheatstone-Brückenschaltung 14 in Abhängigkeit von der Stärke einer Komponente in der ersten Richtung D11 des Drehmagnetfelds MF in der ersten Position P1. Der Differenzdetektor 15 gibt ein Signal als erstes Erfassungssignal S1 aus, welches der Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E1 und E2 der Wheatstone-Brückenschaltung 14 entspricht. Die erste Erfassungssignal-Erzeugungseinheit 11 erfasst somit die Stärke der Komponente in der ersten Richtung D11 des Drehmagnetfelds MF in der ersten Position P1 und erzeugt das erste Erfassungssignal S1, welches die Stärke angibt. Diese Stärke und das erste Erfassungssignal S1 haben jeweils eine Entsprechung zu dem Winkel, den die Richtung DM des Drehmagnetfelds MF in der ersten Position P1 bezüglich der ersten Richtung D11 bildet.
Bei der zweiten Erfassungssignal-Erzeugungseinheit 12 sind die Schichten mit festgelegter Magnetisierung der MR-Elemente, die in den Magneterfassungs-Elementen R1 und R4 enthalten sind, in der dritten Richtung D12 magnetisiert, und die Schichten mit festgelegter Magnetisierung der MR-Elemente, die in den Magneterfassungs-Elementen R2 und R3 enthalten sind, sind in der der dritten Richtung D12 entgegengesetzten Richtung magnetisiert. In diesem Fall variiert die Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E1 und E2 der Wheatstone-Brückenschaltung 16 in Abhängigkeit von der Stärke einer Komponente in der dritten Richtung D12 des Drehmagnetfelds MF in der ersten Position P1. Der Differenzdetektor 17 gibt ein Erfassungssignal als zweites Erfassungssignal S2 aus, welches der Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E1 und E2 der Wheatstone-Brückenschaltung 16 entspricht. Die zweite Signal-Erzeugungseinheit 12 erfasst somit die Stärke der Komponente in der dritten Richtung D12 des Drehmagnetfelds MF in der ersten Position P1 und erzeugt das zweite Erfassungssignal S2, welches die Stärke angibt. Diese Stärke und das zweite Erfassungssignal S2 haben jeweils eine Entsprechung zu dem Winkel, den die Drehrichtung DM des Drehmagnetfelds MF in der ersten Position P1 bezüglich der ersten Richtung D11 bildet.
Bei der dritten Erfassungssignal-Erzeugungseinheit 21 sind die Schichten mit festgelegter Magnetisierung der MR-Elemente, die in den Magneterfassungs-Elementen R1 und R4 enthalten sind, in der zweiten Richtung D21 magnetisiert, und die Schichten mit festgelegter Magnetisierung der MR-Elemente, die in den Magneterfassungs-Elementen R2 und R3 enthalten sind, sind in der der zweiten Richtung D21 entgegengesetzten Richtung magnetisiert. In diesem Fall variiert die Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E1 und E2 der Wheatstone-Brückenschaltung 24 in Abhängigkeit von der Stärke einer Komponente in der zweiten Richtung D21 des Drehmagnetfelds MF in der zweiten Position P2. Der Differenzdetektor 25 gibt ein Signal als drittes Erfassungssignal S3 aus, welches der Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E1 und E2 der Wheatstone-Brückenschaltung 24 entspricht. Die dritte Signal-Erzeugungseinheit 21 erfasst somit die Stärke der Komponente in der zweiten Richtung D21 des Drehmagnetfelds MF in der zweiten Position P2 und erzeugt das dritte Erfassungssignal S3, welches die Stärke angibt. Diese Stärke und das dritte Erfassungssignal S3 haben jeweils eine Entsprechung zu dem Winkel, den die Drehrichtung DM des Drehmagnetfelds MF in der zweiten Position P2 bezüglich der zweiten Richtung D21 bildet.
Bei der vierten Erfassungssignal-Erzeugungseinheit 22 sind die Schichten mit festgelegter Magnetisierung der MR-Elemente, die in den Magneterfassungs-Elementen R1 und R4 enthalten sind, in der vierten Richtung D22 magnetisiert, und die Schichten mit festgelegter Magnetisierung der MR-Elemente, die in den Magneterfassungs-Elementen R2 und R3 enthalten sind, sind in der der vierten Richtung D22 entgegengesetzten Richtung magnetisiert. In diesem Fall variiert die Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E1 und E2 der Wheatstone-Brückenschaltung 26 in Abhängigkeit von der Stärke einer Komponente in der vierten Richtung D22 des Drehmagnetfelds MF in der zweiten Position P2. Der Differenzdetektor 27 gibt ein Signal als viertes Erfassungssignal S4 aus, welches der Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E1 und E2 der Wheatstone-Brückenschaltung 26 entspricht. Die vierte Erfassungssignal-Erzeugungseinheit 22 erfasst somit die Stärke der Komponente in der vierten Richtung D22 des Drehmagnetfelds MF in der zweiten Position P2 und erzeugt das vierte Erfassungssignal S4, welches die Stärke angibt. Diese Stärke und das vierte Erfassungssignal S4 haben jeweils eine Entsprechung zu dem Winkel, den die Drehrichtung DM des Drehmagnetfelds MF in der zweiten Position P2 bezüglich der zweiten Richtung D21 bildet.
Die erste und zweite Erfassungseinheit 10 und 20 können aus zwei diskreten Bauteilen gebildet sein. Die zwei diskreten Bauteile können den gleichen mechanischen Aufbau haben und derart eingerichtet sein, dass die Magnetisierungen der Vielzahl von Schichten mit festgelegter Magnetisierung bezüglich dem mechanischen Aufbau in der gleichen Relativrichtung liegen. In einem solchen Fall können die Magnetisierungsrichtungen der Schichten mit festgelegter Magnetisierung der oben beschriebenen MR-Elemente auf einfache Weise durch Anpassen der Bauart und der Ausrichtungen der beiden diskreten Bauteile definiert werden.
In Anbetracht der Herstellungsgenauigkeit der MR-Elemente und anderen Faktoren können sich die Magnetisierungsrichtungen der Schichten mit festgelegter Magnetisierung der Vielzahl von MR-Elementen in den Erfassungssignal-Erzeugungseinheiten 11, 12, 21 und 22 geringfügig von den oben beschriebenen Richtungen unterscheiden.
Es wird nun ein Beispiel der Ausgestaltung der Magnet-Erfassungselemente unter Bezugnahme auf 6 beschrieben. 6 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Teil eines Magneterfassungs-Elements in dem in 4 dargestellten Winkelsensor 2 veranschaulicht. In diesem Beispiel umfasst das Magneterfassungs-Element eine Vielzahl unterer Elektroden 162, eine Vielzahl von MR-Elementen 150 und eine Vielzahl oberer Elektroden 163. Die Vielzahl unterer Elektroden 162 sind auf einem (nicht dargestellten) Substrat angeordnet. Jede der unteren Elektroden 162 hat eine längliche, schlanke Form. Jeweils zwei untere Elektroden 162, die in der Längsrichtung der unteren Elektroden 162 aneinander angrenzen, haben einen Spalt zwischen sich. Wie in 6 dargestellt sind MR-Elemente 150 an den Oberseiten der unteren Elektroden 162 vorgesehen, nahe gegenüberliegender Enden in der Längsrichtung. Jedes der MR-Elemente 150 umfasst eine freie Schicht 151, eine nicht-magnetische Schicht 152, eine Schicht 153 mit festgelegter Magnetisierung, und eine antiferromagnetische Schicht 154, die in dieser Reihenfolge aufgeschichtet sind, wobei die freie Schicht 151 der unteren Elektrode 162 am nächsten ist. Die freie Schicht 151 ist elektrisch mit der unteren Elektrode 162 verbunden. Die antiferromagnetische Schicht 154 ist aus einem antiferromagnetischen Material gebildet. Die antiferromagnetische Schicht 154 ist in Austauschkopplung mit der Schicht 153 festgelegter Magnetisierung, um die Magnetisierungsrichtung der Schicht 153 mit festgelegter Magnetisierung festzulegen. Die Vielzahl oberer Elektroden 163 ist über der Vielzahl der MR-Elemente 150 angeordnet. Jede der oberen Elektroden 163 hat eine längliche, schlanke Form und baut eine elektrische Verbindung zwischen den jeweiligen antiferromagnetischen Schichten 154 zweier angrenzender MR-Elemente 150 auf, die an zwei unteren Elektroden 162 angeordnet sind, die in der Längsrichtung der unteren Elektroden 162 aneinander angrenzen. Bei einer solchen Ausgestaltung ist die Vielzahl der MR-Elemente 150 in dem in 6 dargestellten Magneterfassungs-Element durch die Vielzahl unterer Elektroden 162 und die Vielzahl oberer Elektroden 163 in Reihe geschaltet. Es wird angemerkt, dass die Schichten 151 bis 154 der MR-Elemente 150 in umgekehrter Reihenfolge bezüglich der in 6 dargestellten Reihenfolge aufgeschichtet sein können.
Wie zuvor erwähnt variiert jedes des ersten bis vierten Erfassungssignale S1 bis S4 periodisch mit einer Signalperiode, die gleich der vorgegebenen Periode ist, da sich die Richtung DM des Drehmagnetfelds MF mit einer vorgegebenen Periode dreht. Idealerweise haben das erste bis vierte Erfassungssignal S1 bis S4 jeweils eine Wellenform einer sinusförmigen Kurve (umfassend eine Sinuswellenform und eine Cosinuswellenform). Tatsächlich gibt es jedoch Fälle, bei denen die Wellenformen des ersten bis vierten Erfassungssignals S1 bis S4 bezüglich einer Sinuskurve verzerrt sind. Die Ursachen der Verzerrung der Wellenformen des ersten bis vierten Erfassungssignals S1 bis S4 können grob in die folgenden beiden Ursachen unterteil werden: eine erste Ursache, die mit dem durch die Magnetfelderzeugungseinheit 5 erzeugten Drehmagnetfeld MF zusammenhängt; und eine zweite Ursache, die mit den Magneterfassungselementen zusammenhängt.
Die Verzerrung der Wellenformen des ersten bis vierten Erfassungssignals S1 bis S4 bedeutet, dass das erste bis vierte Erfassungssignal S1 bis S4 jeweils eine Idealkomponente, die periodisch derart variiert, dass sie eine ideale Sinuskurve abbildet, und von der Idealkomponente verschiedene Fehlerkomponenten enthält. In einem solchen Fall kann in dem Erfassungswinkelwert ein Fehler auftreten. Der in dem Erfassungswinkelwert auftretende Fehler wird nachfolgend als Winkelfehler bezeichnet. Wenn sich jedes Erfassungssignal S1 bis S4 nur aus der Idealkomponente zusammensetzt, entspricht der durch Berechnung bestimmte Erfassungswinkelwert einem wahren, durch den Winkelsensor 2 zu erfassenden Winkel. Der durch Berechnung ermittelte Erfassungswinkelwert, wenn jedes Erfassungssignal S1 bis S4 sich nur aus der Idealkomponente zusammensetzt, wird nachfolgend als Idealwinkel bezeichnet. Der Winkelfehler ist die Differenz zwischen dem Idealwinkel und dem Erfassungswinkelwert. Wenn die Wellenformen des ersten bis vierten Erfassungssignals S1 bis S4 aufgrund der ersten Ursache verzerrt sind, kann sich der Drehmagnetfeldwinkel θM von dem Idealwinkel unterscheiden.
In der vorliegenden Ausführungsform, wenn die Richtung DM des Drehmagnetfelds MF mit einer vorgegebenen Periode variiert, enthält jedes der ersten bis vierten Erfassungssignale S1 bis S4 die Idealkomponente, eine erste Fehlerkomponente, und eine zweite Fehlerkomponente. Die erste Fehlerkomponente ist eine Fehlerkomponente, die einer n-ten Harmonischen der Idealkomponente entspricht, und die zweite Fehlerkomponente ist eine Fehlerkomponente, die einer m-ten Harmonischen der Idealkomponente entspricht, wobei n größer als m ist. Insbesondere ist in der vorliegenden Ausführungsform m gleich 3, und n gleich 5.
Von den Winkelfehlern wird ein Fehler, der aus der ersten Fehlerkomponente resultiert, als erste Winkelfehlerkomponente bezeichnet, und ein Fehler, der aus der zweiten Fehlerkomponente resultiert, wird als zweite Winkelfehlerkomponente bezeichnet.
Die Idealkomponenten der ersten und zweiten Erfassungssignale S1 und S2 sind zueinander phasenverschoben. Die Idealkomponenten der dritten und vierten Erfassungssignale S3 und S4 sind zueinander phasenverschoben. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Phasendifferenz zwischen den Idealkomponenten des ersten und zweiten Erfassungssignals S1 und S2 und die Phasendifferenz zwischen den Idealkomponenten des dritten und vierten Erfassungssignals S3 und S4 jeweils 90°.
Nun werden Teile des Winkelsensors 2, die nicht die erste und zweite Erfassungseinheit 10 und 20 sind, unter Bezugnahme auf 5 beschrieben. Der Winkelsensor 2 umfasst eine Winkelerfassungseinheit 50, abgesehen von der ersten und zweiten Erfassungseinheit 10 und 20. Die Winkelerfassungseinheit 50 erzeugt einen Erfassungswinkelwert θs, der eine Entsprechung zu dem Drehfeld θM hat. 5 ist ein Funktionsblockdiagramm, das die Ausgestaltung der Winkelerfassungseinheit 50 veranschaulicht. Die Winkelerfassungseinheit 50 kann zum Beispiel durch eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) oder einen Mikrocomputer implementiert sein.
Die Winkelerfassungseinheit 50 umfasst eine erste Berechnungsschaltung 52 zum Erzeugen eines ersten Signals Sa, eine zweite Berechnungsschaltung 53 zum Erzeugen eines zweiten Signals Sb, und eine Winkelberechnungseinheit 54 zum Berechnen des Erfassungswinkelwerts θs auf Grundlage der ersten und zweiten Erfassungssignale Sa und Sb.
Die Winkelerfassungseinheit 50 umfasst ferner Analog-Digital-Wandler (nachfolgend als „A/D-Wandler“ bezeichnet) 511, 512, 513 und 514. Die erste Berechnungsschaltung 52, die zweite Berechnungsschaltung 53 und die Winkelberechnungseinheit 54 verwenden Digitalsignale. Die A/D-Wandler 511 bis 514 wandeln jeweils das erste bis vierte Erfassungssignal S1–S4 in Digitalsignale um. Die erste Berechnungsschaltung 52 erzeugt das erste Signal Sa mittels Ausführen von Operationen mithilfe des ersten und dritten Erfassungssignals S1 und S3, die jeweils durch die A/D-Wandler 511 und 513 in Digitalsignale gewandelt wurden. Die zweite Berechnungsschaltung 53 erzeugt das zweite Signal Sb jeweils mittels Ausführen von Operationen mithilfe des zweiten und vierten Erfassungssignals S2 und S4, die jeweils durch die A/D-Wandler 512 und 514 in Digitalsignale gewandelt wurden. Das Verfahren zum Erzeugen des ersten und zweiten Signals Sa, Sb und das Verfahren zum Berechnen des Erfassungswinkelwerts θS werden später ausführlich beschrieben.
Nun wird das Positionsverhältnis zwischen der ersten und zweiten Erfassungseinheit 10 und 20 beschrieben. Die erste und zweite Erfassungseinheit 10 und 20 sind in einem Positionsverhältnis angeordnet, das die folgenden beiden Phasenverhältnisse begründet. Konkret begründet das Positionsverhältnis ein erstes Phasenverhältnis zwischen den Idealkomponenten des ersten und dritten Erfassungssignale S1 und S3, und ein zweites Phasenverhältnis zwischen den Idealkomponenten des zweiten und vierten Erfassungssignals S2 und S4.
Das erste Phasenverhältnis ist ein Phasenverhältnis derart, dass das Ausführen einer ersten Operation, um die Summe aus oder die Differenz zwischen dem ersten und dem dritten Erfassungssignal S1 und S3 zu erhalten, das erste Signal Sa ergibt, welches hinsichtlich der ersten Fehlerkomponente kleiner ist als die ersten und dritten Erfassungssignale S1 und S3.
Das zweite Phasenverhältnis ist ein Phasenverhältnis derart, dass das Ausführen einer zweiten Operation, um die Summe aus oder die Differenz zwischen dem zweiten und dem vierten Erfassungssignal S2 und S4 zu erhalten, das zweite Signal Sb ergibt, welches hinsichtlich der ersten Fehlerkomponente kleiner ist als die zweiten und vierten Erfassungssignale S2 und S4.
Ein erstes Beispiel und ein zweites Beispiel der vorliegenden Ausführungsform werden nachfolgend beschrieben. Zunächst wird das erste Beispiel beschrieben. Bei dem ersten Beispiel ist das erste Phasenverhältnis ein Verhältnis, bei dem die Idealkomponenten des ersten und dritten Erfassungssignals S1 und S3 eine Phasendifferenz von 180°/n haben, und das zweite Phasenverhältnis ist ein Verhältnis, bei dem die Idealkomponenten des zweiten und vierten Erfassungssignals S2 und S4 eine Phasendifferenz von 180°/n haben. In einem solchen Fall ist die erste Operation eine Operation zum Erhalten der Summe des ersten und dritten Erfassungssignals S1 und S3, und die zweite Operation ist eine Operation zum Erhalten der Summe des zweiten und vierten Erfassungssignals S2 und S4. Bei dem ersten Beispiel sind die erste und die zweite Erfassungseinheit 10 und 20 angeordnet, um das obenbeschriebene erste und zweite Phasenverhältnis zu begründen. Konkret sind die erste und zweite Position P1 und P2 dahingehend definiert, so dass der Winkel θ1 aus 3 einen Betrag hat, der einem elektrischen Winkel von 180°/n entspricht.
In der vorliegenden Ausführungsform ist n insbesondere 5. Somit ist 180°/n gleich 36°. Eine Periode des ersten bis vierten Erfassungssignals S1 bis S4, also ein elektrischer Winkel von 360°, entspricht einer Drehung der Magnetfeld-Erzeugungseinheit 5, also einem Drehwinkel von 360° der Magnetfeld-Erzeugungseinheit 5. Somit sind in dem ersten Beispiel die erste und zweite Erfassungseinheit 10 und 20 angeordnet, indem die ersten und zweiten Position P1, P2 derart definiert werden, dass der Winkel θ1 gleich 36° ist.
Nun wird die Idealkomponente des ersten Erfassungssignals S1 mit cosθ bezeichnet, und die Idealkomponente des zweiten Erfassungssignals S2 wird mit sinθ bezeichnet. In diesem Fall können das erste und das zweiten Detektionssignal S1 und S2 durch die folgende Gleichung (1) bzw. (2) ausgedrückt werden. In Gleichung (1) stellt „a₁·cos(nθ)“ die erste Fehlerkomponente des ersten Erfassungssignals S1 dar, und „b₁cos(mθ + g₁)“ stellt die zweite Fehlerkomponente des ersten Erfassungssignals dar. In Gleichung (2) stellt „a₂·sin(nθ)“ die erste Fehlerkomponente des zweiten Erfassungssignals S2 dar, und „b₂·sin(mθ + g₂)“ stellt die zweite Fehlerkomponente des zweiten Erfassungssignals S2. Die Werte g₁ und g₂ hängen von der Phasendifferenz zwischen der Idealkomponente und der zweiten Fehlerkomponente ab. S1 = cosθ + a₁·cos(nθ) + b₁·cos(mθ + g₁) (1) S2 = sinθ + a₂·sin(nθ) + b₂·sin(mθ + g₂) (2)
Gemäß dem ersten Beispiel können das dritte und das vierte Erfassungssignal S3 und S4 durch die folgenden Gleichungen (3) bzw. (4) ausgedrückt werden. S3 = cos(θ + 180°/n) + a₁·cos{n(θ + 180°/n)} + b₁·cos{m(θ + 180°/n) + g₁} = cos(θ + 180°/n) + a₁·cos(nθ + 180°) + b₁·cos{m(θ + 180°/n) + g₁} = cos(θ + 180°/n) – a₁·cos(nθ) + b₁·cos{m(θ + 180°/n) + g₁} (3) S4 = sin(θ + 180°/n) + a₂·sin{n(θ + 180°/n)} + b₂·sin{m(θ + 180°/n) + g₂} = sin(θ + 180°/n) + a₂·sin(nθ + 180°) + b₂·sin{m(θ + 180°/n) + g₂} = sin(θ + 180°/n) – a₂·sin(nθ) + b₂·sin{m(θ + 180°/n) + g₂} (4)
Wie aus Gleichung (1) und (3) hervorgeht ermöglicht das Ausführen der ersten Operation des ersten Beispiels, also die Operation zum Erhalt der Summe des ersten und dritten Erfassungssignals S1 und S3, dass sich die erste Fehlerkomponente “a₁·cos(nθ)” in Gleichung (1) und die erste Fehlerkomponente “–a₁·cos(nθ)” in Gleichung (3) gegenseitig aufheben, um so das erste Signal Sa zu ergeben, dessen erste Fehlerkomponente kleiner ist als in den ersten und dritten Erfassungssignalen S1 und S3.
Wie aus Gleichung (2) und (4) hervorgeht ermöglicht das Ausführen der zweiten Operation des ersten Beispiels, also der Operation zum Erhalt der Summe des zweiten und vierten Erfassungssignals S2 und S4, dass sich die erste Fehlerkomponente “a₂·sin(nθ)” in Gleichung (2) und die erste Fehlerkomponente “–a₂·sin(nθ)” in Gleichung (4) gegenseitig aufheben, um so das zweite Signal Sb zu ergeben, dessen erste Fehlerkomponente kleiner ist als in dem zweiten und vierten Erfassungssignal S2 und S4.
Es wird nun das zweite Beispiel beschrieben. In dem zweiten Beispiel ist das erste Phasenverhältnis ein Verhältnis, bei dem die Idealkomponenten des ersten und dritten Erfassungssignals S1 und S3 eine Phasendifferenz von 360°/n haben, und das zweite Phasenverhältnis ist ein Verhältnis, bei dem die Idealkomponenten des zweiten und vierten Erfassungssignals S2 und S4 eine Phasenverschiebung von 360°/n haben. In einem solchen Fall ist die erste Operation eine Operation zum Erhalt der Differenz zwischen dem ersten und dritten Erfassungssignal S1 und S3, und die zweite Operation ist eine Operation zum Erhalt der Differenz zwischen dem zweiten und vierten Erfassungssignal S2 und S4. Bei dem zweiten Beispiel sind die erste und die zweite Erfassungseinheit 10 und 20 angeordnet, um das oben beschriebene erste und zweite Phasenverhältnis zu begründen. Konkret werden die erste und die zweite Position P1 und P2 definiert, so dass der Winkel θ1 aus 3 einen Betrag hat, der einem elektrischen Winkel von 360°/n entspricht.
In der vorliegenden Ausführungsform ist 360°/n insbesondere 72°. Gemäß dem zweiten Beispiel sind die erste und die zweite Erfassungseinheit 10 und 20 angeordnet, indem die erste und zweite Position P1 und P2 derart definiert werden, dass der Winkel θ1 gleich 72° ist.
Falls das erste und zweite Erfassungssignal S1 und S2 wie im ersten Beispiel durch die Gleichungen (1) und (2) ausgedrückt werden, dann werden in dem zweiten Beispiel das dritte und vierte Erfassungssignal S3 und S4 durch die folgenden Gleichungen (5) bzw. (6) ausgedrückt. S3 = cos(θ + 360°/n) + a₁·cos{n(θ + 360°/n)} + b₁·cos{m(θ + 360°/n) + g₁} = cos(θ + 360°/n) + a₁·cos(nθ + 360°) + b₁·cos{m(θ + 360°/n) + g₁} = cos(θ + 360°/n) + a₁·cos(nθ) + b₁·cos{m(θ + 360°/n) + g₁} (5) S4 = sin(θ + 360°/n) + a₂·sin{n(θ + 360°/n)} + b₂·sin{m(θ + 360°/n) + g₂} = sin(θ + 360°/n) + a₂·sin(nθ + 360°) + b₂·sin{m(θ + 360°/n) + g₂} = sin(θ + 360°/n) + a₂·sin(nθ) + b₂·sin{m(θ + 360°/n) + g₂} (6)
Wie aus den Gleichungen (1) und (5) hervorgeht ermöglicht das Ausführen der ersten Operation des zweiten Beispiels, also die Operation zum Erhalt der Differenz zwischen dem ersten Erfassungssignal S1 und dem dritten Erfassungssignal S3, dass sich die erste Fehlerkomponente „a₁·cos(nθ)“ in Gleichung (1) und die erste Fehlerkomponente „a₁·cos(nθ)“ in Gleichung (5) gegenseitig aufheben, um so das erste Signal Sa zu ergeben, welches hinsichtlich der ersten Fehlerkomponente kleiner ist als das erste und dritte Erfassungssignal S1 und S3.
Wie aus den Gleichungen (2) und (6) hervorgeht, ermöglicht das Ausführen der zweiten Operation des zweiten Beispiels, also die Operation zum Erhalt der Differenz zwischen dem zweiten Erfassungssignal S2 und dem vierten Erfassungssignal S4, dass sich die erste Fehlerkomponente „a₂·sin(nθ)“ in Gleichung (2) und die erste Fehlerkomponente „a₂·sin(nθ)“ in Gleichung (6) gegenseitig aufheben, um somit das zweite Signal Sb zu ergeben, welches hinsichtlich der ersten Fehlerkomponente kleiner ist als das zweite und vierte Erfassungssignal S2 und S4.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform, ungeachtet der Tatsache, ob die erste Ursache oder die zweite Ursache die Wellenform eines jeden der ersten bis vierten Erfassungssignale S1 bis S4 verzerrt, falls das erste und das zweite Erfassungssignal S1 und S2 durch Gleichungen (1) bzw. (2) ausgedrückt werden, gelten Gleichungen (3) und (4) im ersten Beispiel und Gleichungen (5) und (6) im zweiten Beispiel.
Es wird nun ein Verfahren zum Erzeugen des ersten und zweiten Erfassungssignals Sa und Sb und ein Verfahren zum Berechnen des Erfassungswinkelwerts θs beschrieben. Zunächst erfolgt eine Beschreibung des Verfahrens zum Erzeugen des ersten und zweiten Signals Sa und Sb und des Verfahrens zum Berechnen des Erfassungswinkelwerts θs gemäß dem vorgenannten ersten Beispiel. Die erste Berechnungsschaltung 52 erzeugt das erste Signal Sa mittels Ausführen der ersten Operation des ersten Beispiels, also der Operation zum Erhalt der Summe aus dem ersten und dritten Erfassungssignal S1 und S3. Konkret erzeugt zum Beispiel die erste Berechnungsschaltung 52 das erste Signal Sa mithilfe der folgenden Gleichung (7). Gleichung (7) verwendet das erste und dritte Erfassungssignal S1 und S3, die durch Gleichungen (1) bzw. (3) ausgedrückt werden. In der folgenden Beschreibung ist α₁ = 180°/n. Sa = S1 + S3 = cosθ + b₁·cos(mθ + g₁) + cos(θ + α₁) + b₁·cos{m(θ + α₁) + g₁} = 2cos(θ + α₁/2)·cos(–α₁/2) + 2b₁·cos{m(θ + α₁/2) + g₁}·cos(–mα₁/2) = 2cos(α₁/2)·cos(θ + α₁/2) + 2b₁·cos(mα₁/2)·cos{m(θ + α₁/2) + g₁} (7)
Die zweite Berechnungsschaltung 53 erzeugt das zweite Signal Sb mittels Ausführen der zweiten Operation des ersten Beispiels, also der Operation zum Erhalt der Summe aus dem zweiten Erfassungssignal S2 und vierten Erfassungssignal S4. Konkret erzeugt zum Beispiel die zweite Berechnungsschaltung 53 das zweite Signal Sb mithilfe der folgenden Gleichung (8). Gleichung (8) verwendet das zweite und vierte Erfassungssignal S2 und S4, die durch Gleichungen (2) bzw. (4) ausgedrückt werden. Sb = S2 + S4 = sinθ + b₂·sin(mθ + g₂) + sin(θ + α₁) + b₂·sin{m(θ + α₁) + g₂} = 2sin(θ + α₁/2)·cos(–α₁/2) + 2b₂·sin{m(θ + α₁/2) + g₂}·cos(–mα₁/2) = 2cos(α₁/2)·sin(θ + α₁/2) + 2b₂·cos(mα₁/2)·sin{m(θ + α₁/2) + g₂} (8)
Wenn β₁ = 2cos(α₁/2), γ₁₁ = 2b₁·cos(mα₁/2), γ₁₂ = 2b₂·cos(mα₁/2), und ϕ₁ = θ + α₁/2, werden das erste und das zweite Signal Sa und Sb durch die folgende Gleichungen (9) bzw. (10) ausgedrückt. Sa = β₁·cosϕ₁ + γ₁₁·cos(mϕ₁ + g₁) (9) Sb = β₁·sinϕ₁ + γ₁₂·sin(mϕ₁ + g₂) (10)
In Gleichung (9) ist “γ₁₁·cos(mϕ₁ + g₁)” die zweite Fehlerkomponente, die in dem ersten Signal Sa enthalten ist. In Gleichung (10) ist “γ₁₂·sin(mϕ₁ + g₂)” die zweite Fehlerkomponente, die in dem zweiten Signal Sb enthalten ist.
Es wird nun die durch die Winkelberechnungseinheit 54 durchzuführende Verarbeitung beschrieben. 7 ist ein Ablaufdiagramm der durch die Winkelberechnungseinheit 54 durchzuführenden Verarbeitung. Wie in 7 dargestellt umfasst die durch die Winkelberechnungseinheit 54 durchzuführende Verarbeitung den Schritt S101 zur Ausführung der ersten Korrekturverarbeitung, den Schritt S102 zur Ausführung der zweiten Korrekturverarbeitung, und den Schritt S103 zur Berechnung des Erfassungswinkelwerts θs. Die Schritte S101, S102 und S103 werden in dieser Reihenfolge ausgeführt. Die erste Korrekturverarbeitung und die zweite Korrekturverarbeitung umfassen Umwandlungsoperationen, um das erste und zweite Signal Sa und Sb in ein erstes und zweites Berechnungssignal umzuwandeln, die zur Winkelberechnung zur Berechnung des Erfassungswinkelwerts θs genutzt werden sollen. Die Schritte S101, S102 und S103 werden nun einzeln nachfolgend beschrieben.
Zunächst wird Schritt S101 beschrieben. Die erste Korrekturverarbeitung, die in Schritt S101 ausgeführt werden soll, ist eine Verarbeitung, durch die der aufgrund der zweiten Fehlerkomponente in dem Erfassungswinkelwert θs auftretende Fehler, also die zweite Winkelfehlerkomponente, verringert wird, verglichen mit dem Fall, in dem die erste Korrekturverarbeitung nicht ausgeführt wird. Die erste Korrekturverarbeitung erzeugt ein Signal Sa1, das hinsichtlich der zweiten Fehlerkomponente kleiner ist als das erste Signal Sa, und ein Signal Sb1, das hinsichtlich der zweiten Fehlerkomponente kleiner ist als das zweite Signal Sb. Konkret wird das Signal Sa1 zum Beispiel durch Subtrahieren eines Schätzwerts der zweiten Fehlerkomponente des ersten Signals Sa von dem ersten Signal Sa erzeugt, und das Signal S1b wird zum Beispiel durch Subtrahieren eines Schätzwerts der zweiten Fehlerkomponente des zweiten Signals Sb von dem zweiten Signal Sb erzeugt. In diesem Fall werden die Signale Sa1 und Sb1 durch die folgenden Gleichungen (11) bzw. (12) ausgedrückt. Sa1 = Sa – F₁₁·cos(mϕp₁ + G₁) (11) Sb1 = Sb – F₁₂·sin(mϕp₁ + G₂) (12)
In Gleichung (11) ist “F₁₁·cos(mϕp₁ + G₁)” der Schätzwert der zweiten Fehlerkomponente des ersten Signals Sa. In Gleichung (12) ist „F₁₂·sin(mϕp₁ + G₂)” der Schätzwert der zweiten Fehlerkomponente des zweiten Signals Sb. F₁₁, F₁₂, G₁, und G₂ sind Werte, die jeweils γ₁₁, γ₁₂, g₁, und g₂ entsprechen. Die Werte F₁₁, F₁₂, G₁, und G₂ können auf Grundlage der Ergebnisse der Anwendung einer Fourier-Transformation auf die Wellenform von jeweils dem ersten und zweiten Signal Sa und Sb bestimmt werden. Ferner wird ϕp₁ durch die folgende Gleichung (13) mithilfe des ersten und zweiten Signals Sa und Sb berechnet. In Gleichung (13) meint „atan“ die Arcustangens-Funktion. ϕp₁ = atan(Sb/Sa) (13)
Falls ϕp1 innerhalb des Bereichs von 0° bis weniger als 360° liegt, ergibt Gleichung (13) zwei Lösungen, die sich bezüglich ihrer Werte um 180° voneinander unterscheiden. Welche der beiden Lösungen für ϕp₁ in Gleichung (13) der wahre Wert von ϕp₁ ist, kann aus der Kombination von positiven und negativen Vorzeichen von Sa und Sb bestimmt werden. Die Winkelberechnungseinheit 54 bestimmt ϕp₁ innerhalb des Bereichs von 0° bis weniger als 360° mithilfe von Gleichung (13) und der vorgenannten Bestimmung der Kombination von positiven und negativen Vorzeichen von Sa und Sb.
Als nächstes wird Schritt S102 beschrieben. Idealerweise sollte das Abweichungszentrum von jedem der Signale Sa1 und Sb1 null sein, und die Signale Sa1 und Sb1 sollten gleiche Amplituden und eine Phasendifferenz von 90° haben. Tatsächlich jedoch können das Signal Sa1 und Sb1 jeweils einen Versatz haben, können voneinander verschiedene Amplituden haben, oder können eine Phasendifferenz haben, die ungleich 90° ist. Die zweite, in Schritt S102 durchzuführende Korrekturverarbeitung ist im Wesentlichen eine Verarbeitung zum Korrigieren des Versatzes und der Amplitude von jedem der Signale Sa1 und Sb1, so dass die Signale Sa1 und Sb1 eine Phasendifferenz von 90° haben. Dies ermöglicht die Verringerung einer Komponente eines Winkelfehlers, der durch den Versatz verursacht wird, der Differenz der Amplitude oder einer Phasendifferenz ungleich 90°.
Wenn die Richtung DM des Drehmagnetfelds MF mit einer vorgegebenen Periode variiert, kann der Winkelfehler eine Komponente enthalten, die mit einer Periode der Hälfte der vorgegebenen Periode variiert, selbst wenn die erste Korrekturverarbeitung und die oben beschriebenen fundamentalen Korrekturen ausgeführt werden. Die Komponente des Winkelfehlers, die mit einer Periode der Hälfte der vorgegebenen Periode variiert, wird nachfolgend als Winkelfehlerkomponente zweiter Ordnung bezeichnet. Die zweite Korrekturverarbeitung verringert die Winkelfehlerkomponente zweiter Ordnung mithilfe von später zu beschreibenden Korrekturparametern. Die Winkelfehlerkomponente zweiter Ordnung umfasst eine Komponente, die durch die zweite Fehlerkomponente verursacht wird, mit anderen Worten eine Komponente, die auch als zweite Winkelfehlerkomponente bezeichnet werden kann, und eine Komponente, die durch eine andere Ursache verursacht wird als die zweite Fehlerkomponente. In der vorliegenden Ausführungsform verringert die zweite Korrekturverarbeitung hauptsächlich die Komponente der Winkelfehlerkomponente zweiter Ordnung, die durch eine andere Ursache hervorgerufen wird als die zweite Fehlerkomponente, weil die erste Korrekturverarbeitung die zweite Winkelfehlerkomponente reduziert.
Die zweite Korrekturverarbeitung wird untenstehend konkret beschrieben. Die Winkelberechnungseinheit 54 erzeugt zunächst die Signale Sa2 und Sb2, die den Signalen Sa1 und Sb1 entsprechen, mittels Ausführen von Operationen mithilfe von Funktionen zum Korrigieren des Versatzes und der Amplitude. Konkret erzeugt die Winkelberechnungseinheit 54 das Signal Sa2 mithilfe der durch die folgende Gleichung (14) ausgedrückten Funktion, und erzeugt das Signal Sb2 mithilfe der durch die folgende Gleichung (15) ausgedrückten Funktion. Sa2 = (Sa1 – Sa1_off)/Sa1_amp/C1 (14) Sb2 = (Sb1 – Sb1_off)/Sb1_amp·C1 (15)
In Gleichung (14) stellen Sa1_off und Sa1_amp den Versatz bzw. die Amplitude des Signals Sa1 dar. In Gleichung (15) stellen Sb1_off und Sb1_amp den Versatz bzw. die Amplitude des Signals Sb1 dar. Der Versatz Sa1_off und die Amplitude Sa1_amp werden aus der Wellenform für zumindest eine Periode des Signals Sa1 bestimmt. Der Versatz Sb1_off und die Amplitude Sb1_amp werden aus der Wellenform für zumindest eine Periode des Signals Sb1 bestimmt. Die Wellenformen für zumindest eine Periode des Signals Sa1 und Sb1 können vor dem Versand oder der Verwendung des Winkelsensorsystems 1 erzeugt werden.
Gleichung (14) und (15) enthalten jeweils einen Korrekturparameter C1. Der Korrekturparameter C1 hat einen Wert von 1 oder nahe 1. Wenn der Korrekturparameter C1 gleich 1 ist, stellen Gleichungen (14) und (15) grundlegende Operationen zum Korrigieren des Versatzes und der Amplituden der Signale Sa1 und Sb1 dar. Wenn der Korrekturparameter C1 gleich 1 ist, werden die Signale Sa2 und Sb2 hinsichtlich ihrer Amplitude gleich. Wenn der Korrekturparameter C1 ungleich 1 ist, werden die Signale Sa2 und Sb2 hinsichtlich ihrer Amplitude nicht gleich.
Daraufhin erzeugt die Winkelberechnungseinheit 54 die ersten und zweiten Berechnungssignale mittels Ausführen von Operationen mithilfe von Funktionen zum Korrigieren der Phase. Konkret erzeugt die Winkelberechnungseinheit 54 ein erstes Anfangsberechnungssignal Scp mithilfe der durch die folgende Gleichung (16) ausgedrückten Funktion, und erzeugt ein zweites Anfangsberechnungssignals Sdp mithilfe der durch die folgende Gleichung (17) ausgedrückten Funktion. Scp = Sa2 – Sb2 (16) Sdp = Sa2 + Sb2 (17)
Die Winkelberechnungseinheit 54 erzeugt dann das erste Berechnungssignal Sc mithilfe der durch die folgende Gleichung (18) ausgedrückten Funktion, und erzeugt das zweite Berechnungssignal Sd mithilfe der durch die folgende Gleichung (19) ausgedrückten Funktion. Sc = Scp/Scp_amp/C2 (18) Sd = Sdp/Sdp_amp·C2 (19)
In Gleichung (18) stellt Scp_amp die Amplitude des ersten Anfangsberechnungssignals Scp dar. In Gleichung (19) stellt Sdp_amp die Amplitude des zweiten Anfangsberechnungssignals Sdp dar. Die Amplituden Scp_amp und Sdp_amp werden jeweils aus den Wellenformen für zumindest eine Periode des ersten und zweiten Anfangsberechnungssignals Scp und Sdp berechnet. Die Wellenformen für zumindest eine Periode der ersten und zweiten Anfangsberechnungssignale Scp und Sdp können vor dem Versand oder der Verwendung des Winkelsensorsystems 1 erzeugt werden.
Gleichung (18) und (19) enthalten jeweils einen Korrekturparameter C2. Der Korrekturparameter C2 hat einen Wert von 1 oder nahe 1.
Wenn beide Korrekturparameter C1 und C2 gleich 1 sind, stellen die Gleichungen (16) bis (19) fundamentale Operationen dar zum Setzen der Phasendifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Berechnungssignal Sc und Sd auf 90° und zum Gleichmachen der Amplituden des ersten und zweiten Berechnungssignal Sc und Sd. Wenn der Korrekturparameter C1 ungleich 1 ist, wird die Phasendifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Berechnungssignal Sc und Sd annähernd 90°, jedoch nicht genau 90°. Wenn der Korrekturparameter C2 ungleich 1 ist, werden die ersten und zweiten Berechnungssignale Sc und Sd hinsichtlich ihrer Amplitude nicht gleich.
Es wird nun die Beziehung zwischen der Winkelfehlerkomponente zweiter Ordnung und den Korrekturparametern C1 und C2 beschrieben. Die Winkelfehlerkomponente zweiter Ordnung enthält eine erste Komponente und eine zweite Komponente. Die erste Komponente und die zweite Komponente haben eine Phasendifferenz von 45°. Die Amplitude der ersten Komponente variiert in Abhängigkeit von dem Wert des Korrekturparameters C1. Die erste Komponente kann somit durch Anpassen des Werts des Korrekturparameters C1 gemäß der Amplitude der ersten Komponente verringert werden. Die Amplitude der zweiten Komponente variiert in Abhängigkeit des Werts des Korrekturparameters C2. Die zweite Komponente kann somit durch Anpassen des Werts des Korrekturparameters C2 gemäß der Amplitude der zweiten Komponente verringert werden.
Falls die Winkelfehlerkomponente zweiter Ordnung ausreichend klein ist, können die Korrekturparameter C1 und C2 jeweils auf 1 gesetzt werden.
Es wird nun Schritt S103 des Berechnens des Erfassungswinkelwerts θs beschrieben. Die Winkelberechnungseinheit 54 berechnet den Erfassungswinkelwert θs mithilfe der ersten und zweiten Berechnungssignale Sc und Sd, die in Schritt S102 erzeugt werden. Konkret berechnet zum Beispiel die Winkelberechnungseinheit 54 θs mithilfe der folgenden Gleichung (20). θs = atan(Sd/Sc) – δ₁ (20)
In Gleichung (20) stellt δ₁ die Phasendifferenz zwischen dem Erfassungswinkelwert θs und dem durch die Operation von atan(Sd/Sc) bestimmten Winkel dar. Wenn das erste und das zweite Signal Sa und Sb durch Gleichungen (9) bzw. (10) ausgedrückt werden, gilt: δ₁ = 45° + α₁/2.
Wenn θs innerhalb des Bereichs von 0° bis weniger als 360° liegt, ergibt Gleichung (20) jeweils zwei Lösungen, die bezüglich ihrer Werte um 180° voneinander verschieden sind. Welche der beiden Lösungen für θs in Gleichung (20) der wahre Wert von θs ist, kann aus der Kombination von positiven und negativen Vorzeichen von Sc und Sd bestimmt werden. Die Winkelberechnungseinheit 54 bestimmt θs innerhalb des Bereichs von 0° bis weniger als 360° mithilfe der Gleichung (20) und der vorgenannten Bestimmung über die Kombination von positiven und negativen Vorzeichen von Sc und Sd.
Die zweite Korrekturverarbeitung kann entfallen, falls durch Berechnen des Erfassungswinkelwerts θs mithilfe der Signale Sa1 und Sb1, die durch die erste Korrekturverarbeitung erhalten werden, eine ausreichende Verkleinerung des Winkelfehlers erzielt wird. In einem solchen Fall wird der Erfassungswinkelwert θs durch dieselbe Gleichung wie Gleichung (20) berechnet, mithilfe der Signale Sa1 und Sb1 anstelle der ersten und zweiten Berechnungssignale Sc und Sd.
Als nächstes erfolgt eine Beschreibung des Verfahrens zum Erzeugen der ersten und zweiten Signale Sa und Sb und des Verfahrens zum Berechnen des Erfassungswinkelwerts θs gemäß dem vorstehenden zweiten Beispiel. Die erste Berechnungsschaltung 52 erzeugt das erste Signal Sa mittels Ausführen der ersten Operation des zweiten Beispiels, also der Operation zum Erhalten der Differenz zwischen dem ersten Erfassungssignal S1 und dem dritten Erfassungssignal S3. Konkret erzeugt beispielsweise die erste Berechnungsschaltung 52 das erste Signal Sa mithilfe der nachfolgenden Gleichung (21). Gleichung (21) verwendet das erste und dritte Erfassungssignal S1 und S3, die durch Gleichung (1) bzw. (5) ausgedrückt werden. In der folgenden Beschreibung ist α₂ = 360°/n. Sa = S1 – S3 = cosθ + b₁·cos(mθ + g₁) – cos(θ + α₂) – b₁·cos{m(θ + α₂) + g₁} = –2sin(θ + α₂/2)·sin(–α₂/2) – 2b₁·sin{m(θ + α₂/2) + g₁}·sin(–mα₂/2) = 2sin(α₂/2)·sin(θ + α₂/2) + 2b₁·sin(mα₂/2)·sin{m(θ + α₂/2) + g₁} (21)
Die zweite Berechnungsschaltung 53 erzeugt das zweite Signal Sb mittels Ausführen der zweiten Operation des zweiten Beispiels, also der Operation zum Erhalten der Differenz zwischen dem zweiten Erfassungssignal S2 und dem vierten Erfassungssignal S4. Konkret erzeugt zum Beispiel die zweite Berechnungsschaltung 53 das zweite Signal Sb mithilfe der folgenden Gleichung (22). Gleichung (22) verwendet das zweite Erfassungssignal S2 und das vierte Erfassungssignal S4, die durch die folgenden Gleichungen (2) bzw. (6) ausgedrückt werden. Sb = S4 – S2 = sin(θ + α₂) + b₂·sin{m(θ + α₂) + g₂} – sinθ – b₂·sin(mθ + g₂) = 2sin(α₂/2)·cos(θ + α₂/2) + 2b₂·sin(mα₂/2)·cos{m(θ + α₂/2) + g₂} (22)
Wenn β₂ = 2sin(α₂/2), γ₂₁ = 2b₁·sin(mα₂/2), γ₂₂ = 2b₂·sin(mα₂/2), und ϕ₂ = θ + α₂/2, werden das erste und zweite Signal Sa und Sb durch die folgenden Gleichungen (23) bzw. (24) ausgedrückt. Sa = β₂·sinϕ₂ + γ₂₁·sin(mϕ₂ + g₁) (23) Sb = β₂·cosϕ₂ + γ₂₂·cos(mϕ₂ + g₂) (24)
In Gleichung (23) ist „γ₂₁·sin(mϕ₂ + g₁)“ die zweite Fehlerkomponente, die in dem ersten Signal Sa enthalten ist. In Gleichung (24) ist „γ₂₂·cos(mϕ₂ + g₂)“ die zweite Fehlerkomponente, die in dem zweiten Signal Sb enthalten ist.
Es wird nun die durch die Winkelberechnungseinheit 54 durchzuführende Verarbeitung beschrieben. Die Winkelberechnungseinheit 54 führt grundsätzlich die gleiche Verarbeitung durch wie in dem ersten Beispiel. Konkret, wie in 7 dargestellt, umfasst die durch die Winkelberechnungseinheit 54 durchzuführende Verarbeitung Schritt S101 des Ausführens einer ersten Korrekturverarbeitung, Schritt S102 des Ausführens einer zweiten Korrekturverarbeitung, und Schritt S103 des Berechnens des Erfassungswinkelwerts θs. Die Schritte S101, S102 und S103 werden in dieser Reihenfolge ausgeführt. Auch in dem zweiten Beispiel erzeugt die Winkelberechnungseinheit 54 nacheinander die Signale Sa1 und Sb1, die Signale Sa2 und Sb2, das erste und zweite Anfangs-Berechnungssignal Scp und Sdp, und das erste und zweite Berechnungssignal Sc und Sd. Jedoch unterscheiden sich die Gleichungen zum Erzeugen der Signale Sa1 und Sb1, die Gleichungen zum Erzeugen der ersten und zweiten Anfangs-Berechnungssignale Scp und Sdp, und eine Gleichung zum Erzeugen des Erfassungswinkelwerts θs in dem zweiten Beispiel von denjenigen in dem ersten Beispiel.
Zunächst werden die Gleichungen zum Erzeugen des Signals Sa1 und Sb1 in dem zweiten Beispiel beschrieben. In dem zweiten Beispiel werden die Signale Sa1 und Sb1 durch die folgenden Gleichungen (25) bzw. (26) ausgedrückt. Sa1 = Sa – F₂₁·sin(mϕp₂ + G₁) (25) Sb1 = Sb – F₂₂·cos(mϕp₂ + G₂) (26)
In Gleichung (25) ist „F₂₁·sin (mϕp₂ + G₁)“ ein Schätzwert der zweiten Fehlerkomponente des ersten Signals Sa. In Gleichung (26) ist „F₂₂·cos (mϕp₂ + G₂)“ ein Schätzwert der zweiten Fehlerkomponente des zweiten Signals Sb. F₂₁, F₂₂, G₁ und G₂ sind Werte, die jeweils γ₂₁, γ₂₂, g₁, und g₂ entsprechen. Die Werte F₂₁, F₂₂, G₁ und G₂ können auf Grundlage der Ergebnisse der Anwendung einer Fourier-Transformation auf die Wellenform jedes des ersten bzw. zweiten Signals Sa und Sb bestimmt werden. Ferner wird ϕp₂ aus der nachfolgenden Gleichung (27) mithilfe der ersten und zweiten Signale Sa und Sb berechnet. Wie ϕp₁ in Gleichung (13) wird ϕp₂ innerhalb des Bereichs von 0° bis 360° berechnet. ϕp₂ = atan (Sa/Sb) (27)
Als nächstes werden die Gleichungen zum Erzeugen des ersten und zweiten Anfangsberechnungssignals Scp und Sdp in dem zweiten Beispiel beschrieben. In dem zweiten Beispiel erzeugt die Winkelberechnungseinheit 54 das erste Anfangs-Berechnungssignal Scp mithilfe der durch die folgende Gleichung (28) ausgedrückten Funktion, und erzeugt das zweite Anfangs-Berechnungssignal Sdp mithilfe der durch die folgende Gleichung (29) ausgedrückten Funktion. Scp = Sb2 – Sa2 (28) Sdp = Sb2 + Sa2 (29)
Als nächstes wird die Gleichung zum Erzeugen des Erfassungswinkelwerts θs in dem zweiten Beispiel beschrieben. In dem zweiten Beispiel berechnet die Winkelberechnungseinheit 54 θs mithilfe der folgenden Gleichung (30). Wie θs in Gleichung (20) wird θs in Gleichung (30) innerhalb des Bereichs von 0° bis weniger als 360° berechnet. θs = atan(Sd/Sc) – δ₂ (30)
In Gleichung (30) stellt δ₂ die Phasendifferenz zwischen dem Erfassungswinkelwert θs und dem durch die Operation von atan(Sd/Sc) bestimmten Winkel dar. Wenn das erste und zweite Signal Sa und Sb durch Gleichung (23) bzw. (24) ausgedrückt werden, gilt: δ₂ = 45° + α₂/2.
Wie oben beschrieben, bei dem Winkelsensor 2 und dem Winkelsensorsystem 1 gemäß der ersten Ausführungsform, sind die erste Erfassungseinheit 10 und die zweite Erfassungseinheit 20 in einem vorgegebenen Positionsverhältnis angeordnet, und die erste und zweite Berechnungsschaltung 52 und 53 führen verhältnismäßig simple Operationen durch, beispielsweise Addition und Subtraktion, um das erste und zweite Erfassungssignal Sa und Sb zu erbringen, die hinsichtlich der ersten Fehlerkomponente entsprechend einer n-ten Harmonischen kleiner sind. Ferner führt die Winkelberechnungseinheit 53 die erste Korrekturverarbeitung durch, um die zweite Winkelfehlerkomponente zu verringern, die aus der zweiten Fehlerkomponente resultiert, die einer m-ten Harmonischen entspricht. Somit ist es gemäß der vorliegenden Ausführungsform möglich, den durch die beiden Fehlerkomponenten verursachten Winkelfehler zu verringern, wenn jedes der Vielzahl von Erfassungssignalen zwei Fehlerkomponenten enthält, die zwei Harmonischen unterschiedlicher Ordnung entsprechen.
Um den Winkelfehler zu verringern, wenn jedes Erfassungssignal die vorgenannten zwei Fehlerkomponenten enthält, ist ein Verfahren denkbar, bei dem die Winkelberechnungseinheit 54 jedes Erfassungssignal korrigiert, um die in jedem Erfassungssignal enthaltenen zwei Fehlerkomponenten zu verringern. Jedoch verkompliziert ein solches Verfahren die durch die Winkelberechnungseinheit 54 durchzuführende Verarbeitung wesentlich.
Hingegen verringert die vorliegende Ausführungsform die erste Winkelfehlerkomponente, die sich aus der ersten Fehlerkomponente ergibt, mithilfe des Positionsverhältnisses zwischen den ersten und zweiten Erfassungseinheiten 10 und 20 und den ersten und zweiten Operationen, die verhältnismäßig simple Operationen sind und die durch die erste und zweite Berechnungsschaltung 52 und 53 ausgeführt werden. Somit muss die durch die Winkelberechnungseinheit 54 durchzuführende Korrekturverarbeitung keine Verarbeitung zum Verringern der ersten Winkelfehlerkomponente umfassen.
Falls die Korrekturverarbeitung durch die Winkelberechnungseinheit 54 eine Winkelfehlerkomponente verringern soll, die aus einer der beiden Fehlerkomponenten resultiert, die zwei Harmonischen unterschiedlicher Ordnung entsprechen, ist die Korrekturverarbeitung leichter, wenn die Winkelfehlerkomponente verringert wird, die aus der Fehlerkomponente resultiert, die der Harmonischen niedrigerer Ordnung entspricht. In der vorliegenden Ausführungsform verringert die Korrekturverarbeitung durch die Winkelberechnungseinheit 54, insbesondere die erste Korrekturverarbeitung, die zweite Winkelfehlerkomponente, die sich aus der zweiten Fehlerkomponente ergibt, die der m-ten Harmonischen entspricht, die die Harmonische niedrigerer Ordnung der beiden Harmonischen unterschiedlicher Ordnungen, n-ten und m-ten, ist.
Somit, wenn jedes einer Vielzahl von Erfassungssignalen zwei Fehlerkomponenten enthält, die zwei Harmonischen unterschiedlicher Ordnung entsprechen, ermöglicht die vorliegende Ausführungsform eine einfache Verringerung eines Winkelfehlers, der aus den beiden Fehlerkomponenten resultiert.
Versucht man, zwei Signale zu erzeugen, in denen jeweils die erste als auch die zweite Fehlerkomponente verringert sind, mithilfe nur des Positionsverhältnisses zwischen den Erfassungseinheiten und verhältnismäßig simplen Operationen, wie der Addition und Subtraktion, wird es erforderlich, doppelt so viele Erfassungseinheiten vorzusehen wie die Erfassungseinheiten der vorliegenden Ausführungsform. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform hingegen werden das erste und zweite Signal Sa und Sb, in denen jeweils nur die erste Fehlerkomponente verringert ist, mithilfe des Positionsverhältnisses zwischen der ersten und zweiten Erfassungseinheit 10 und 20 und mithilfe der ersten und zweiten Operationen, die verhältnismäßig simple Operationen sind und durch die erste und zweite Berechnungsschaltung 52 und 53 ausgeführt werden, erzeugt. Die vorliegende Ausführungsform ermöglicht somit eine Verringerung der Anzahl der Erfassungseinheiten verglichen mit dem Fall der Erzeugung von zwei Signalen, bei denen jeweils sowohl die erste Fehlerkomponente als auch die zweite Fehlerkomponente verringert sind. Die vorliegende Ausführungsform ermöglicht es daher dem Winkelsensor 2, eine vereinfachte Ausgestaltung und eine verringerte Größe zu haben. Vor diesem Hintergrund vereinfacht die vorliegende Ausführungsform die Verringerung des Winkelfehlers, der aus zwei Fehlerkomponenten resultiert.
Versucht man ferner, zwei Signale, bei denen jeweils die zweite Fehlerkomponente verringert ist, nur mithilfe des Positionsverhältnisses zwischen der ersten und der zweiten Erfassungseinheit 10 und 20 und den Operationen, die durch die erste und zweite Berechnungsschaltungen 52 und 53 ausgeführt werden, zu erzeugen, ist es notwendig, dass die erste Position P1 und die zweite Position P2 definiert werden, so dass der Winkel θ1 aus 3 eine Größe hat, die einem elektrischen Winkel von 180°/m oder 360°/m entspricht. In der vorliegenden Ausführungsform sind die erste Position P1 und die zweite Position P2 dahingehend definiert, dass der Winkel θ1 aus 3 eine Größe hat, die einem elektrischen Winkel von 180°/n oder 360°/n entspricht. Da n größer ist als m, ist 180°/n kleiner als 180°/m, und 360°/n ist kleiner als 360°/m. Somit ermöglicht es die vorliegende Ausführungsform, dass der Winkel θ1 kleiner ist als im Fall der Erzeugung von zwei Signalen, in denen jeweils die zweite Fehlerkomponente verringert ist. Die vorliegende Ausführungsform ermöglicht somit eine Verringerung der Größe des Winkelsensors 2. Ferner können gemäß der vorliegenden Ausführungsform die erste Erfassungseinheit 10 und die zweite Erfassungseinheit 20 in einem einzigen Bauteil integriert sein. Dies ermöglicht, das Auftreten eines Winkelfehlers aufgrund einer Fehlausrichtung zwischen der ersten Erfassungseinheit 10 und der zweiten Erfassungseinheit 20 zu verhindern.
Ferner ermöglicht die vorliegende Ausführungsform die Verringerung des Winkelfehlers, der aus der ersten Fehlerkomponente resultiert, wenn die Ursachen der Verzerrung der Wellenform von jedem der ersten bis vierten Erfassungssignale S1 bis S4 die erste und/oder zweite vorgenannte Ursache beinhalten.
Nun wird die Winkelfehler-reduzierende Wirkung der vorliegenden Ausführungsform insbesondere im Vergleich zu Winkelsensorsystemen von ersten und zweiten Vergleichsbeispielen gezeigt. Jedes Winkelsensorsystem des ersten und zweiten Vergleichsbeispiels umfasst einen Winkelsensor eines Vergleichsbeispiels anstelle des Winkelsensors 2 gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Der Winkelsensor des Vergleichsbeispiels umfasst die erste Erfassungseinheit 10, die in 1 bis 4 dargestellt ist, und eine Winkelberechnungseinheit des Vergleichsbeispiels.
In dem ersten Vergleichsbeispiel berechnet die Winkelberechnungseinheit des Vergleichsbeispiels einen Erfassungswinkelwert θp1 des ersten Vergleichsbeispiels mithilfe des ersten Erfassungssignals S1 und des zweiten Erfassungssignals S2.
In dem zweiten Vergleichsbeispiel führt die Winkelberechnungseinheit des Vergleichsbeispiels zunächst eine Verarbeitung ähnlich der ersten Korrekturverarbeitung (Schritt S101) an dem ersten Erfassungssignal S1 durch, um ein Signal Sa1 zu erzeugen, das hinsichtlich der zweiten Fehlerkomponente kleiner ist als das erste Erfassungssignal S1, und führt eine Verarbeitung ähnlich der ersten Korrekturverarbeitung (Schritt S101) an dem zweiten Erfassungssignal S2 durch, um ein Signal Sa2 zu erzeugen, das hinsichtlich der zweiten Fehlerkomponente kleiner ist als das zweite Erfassungssignal S2. Die Winkelberechnungseinheit des Vergleichsbeispiels berechnet dann mithilfe der Signale S1a und S2a einen Erfassungswinkelwert θp2 des zweiten Vergleichsbeispiels.
Die Erfassungswinkelwerte θp1 und θp2 der ersten und zweiten Vergleichsbeispiele werden durch die folgenden Gleichungen (31) bzw. (32) berechnet. Wie ϕp₁ in Gleichung (13) werden θp1 und θp2 innerhalb des Bereichs von 0° bis weniger als 360° berechnet. θp1 = atan(S2/S1) (31) θp2 = atan(S2a/S1a) (32)
Im ersten Beispiel der vorliegenden Ausführungsform lassen wir θt einen Erfassungswinkelwert darstellen, der mithilfe der Signale Sa1 und Sb1 berechnet wird, die sich durch die erste Korrekturverarbeitung ohne die zweite Korrekturverarbeitung ergeben. Der Erfassungswinkelwert θt wird durch die nachfolgende Gleichung (33) berechnet. Wie θs in Gleichung (20) wird θt als innerhalb des Bereichs von 0° bis weniger als 360° berechnet. θt = atan(Sb1/Sa1) – α₁/2 (33)
Ein in dem Erfassungswinkelwert θp1 des ersten Vergleichsbeispiels auftretender Winkelfehler wird durch das Symbol Ep1 bezeichnet. Ein in dem Erfassungswinkelwert θp2 des zweiten Vergleichsbeispiels auftretender Winkelfehler wird durch das Symbol Ep2 bezeichnet. Ein in dem Erfassungswinkelwert θt auftretender Winkelfehler wird durch das Symbol Et bezeichnet. Ferner wird ein in dem Erfassungswinkelwert θs auftretender Winkelfehler in dem Fall, in dem die erste Korrekturverarbeitung und die zweite Korrekturverarbeitung in dem ersten Beispiel ausgeführt werden, durch das Symbol Es bezeichnet. Die Winkelfehler Ep1 und Ep2 werden durch eine Steuereinheit (nicht dargestellt) außerhalb des Winkelsensorsystems der ersten und zweiten Vergleichsbeispiele in einer Situation berechnet, bei der die Steuereinheit den wahren, durch den Winkelsensor des Vergleichsbeispiels zu erfassenden Winkel erkennen kann. Ebenso werden die Winkelfehler Et und Es durch eine (nicht dargestellte) Steuereinheit außerhalb des Winkelsensorsystems 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform in einer Situation berechnet, bei der die Steuerungseinheit den wahren, durch den Winkelsensor 2 zu erfassenden Winkel erkennen kann. Beispiele solcher Situationen umfassen solche Situationen, wenn die Steuerungseinheit eine Änderung des wahren, zu erfassenden Winkels anweist, und wenn die Steuerungseinheit in der Lage ist, Informationen über den wahren, zu erfassenden Winkel zu erhalten. Der wahre, zu erfassende Winkel ist zum Beispiel der Drehwinkel der Magnetfeld- Erzeugungseinheit 5. Der wahre, zu erfassende Winkel, den die Steuerungseinheit erkennt, wird nachfolgend insbesondere als der Referenzwinkel θr bezeichnet. Der Idealwinkel θ entspricht dem wahren zu erfassenden Winkel und dem Referenzwinkel θr. Die Winkelfehler Ep1, Ep2, Et und Es werden durch die nachfolgenden Gleichungen (34), (35), (36) bzw. (37) berechnet. Ep1 = θp1 – θr (34) Ep2 = θp2 – θr (35) Et = θt – θr (36) Es = θs – θr (37)
8 ist ein Wellenformdiagramm, das eine beispielhafte Wellenform des Winkelfehlers Ep1 veranschaulicht. 9 ist ein Wellenformdiagramm, das eine beispielhafte Wellenform des Winkelfehlers Ep2 veranschaulicht. 10 ist ein Wellenformdiagramm, das eine beispielhafte Wellenform des Winkelfehlers Et veranschaulicht. 11 ist ein Wellenformdiagramm, das eine beispielhafte Wellenform des Winkelfehlers Es veranschaulicht. In jeder der 8 bis 11 stellt die Horizontalachse den Idealwinkel θ dar, der dem Referenzwinkel θr gleich ist. Die Vertikalachsen in den 8, 9, 10 und 11 stellen die Größe der Winkelfehler Ep1, Ep2, Et bzw. Es dar.
Wie in den 8 und 9 dargestellt ist der Winkelfehler Ep2 kleiner als der Winkelfehler Ep1. Dies zeigt, dass die erste Korrekturverarbeitung (Schritt S101) die zweite Winkelfehlerkomponente verringert, die aus der zweiten Fehlerkomponente resultiert.
Wie in den 9 und 10 dargestellt ist der Winkelfehler Et kleiner als der Winkelfehler Ep2. Dies zeigt, dass die vorliegende Ausführungsform den Winkelfehler verringert, der aus den ersten und der zweiten Fehlerkomponenten resultiert.
Wie in den 10 und 11 dargestellt ist der Winkelfehler Es kleiner als der Winkelfehler Et. Dies zeigt, dass die zweite Korrekturverarbeitung der vorliegenden Ausführungsform die Winkelfehlerkomponente zweiter Ordnung verringert.
[Zweite Ausführungsform]
Nun wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Das Winkelsensorsystem und der Winkelsensor gemäß der zweiten Ausführungsform sind in derselben Weise eingerichtet wie das Winkelsensorsystem 1 und der Winkelsensor 2 gemäß der ersten Ausführungsform. In der zweiten Ausführungsform führt jedoch die Winkelberechnungseinheit 54 (vgl. 5) eine von der Verarbeitung der ersten Ausführungsform verschiedene Verarbeitung durch. Wie unter Bezugnahme auf die erste Ausführungsform beschrieben enthalten das erste bis vierte Erfassungssignal S1 bis S4 jeweils die Idealkomponente, die erste Fehlerkomponente und die zweite Fehlerkomponente. Die zweite Fehlerkomponente ist eine Fehlerkomponente, die der m-ten Harmonischen der Idealkomponente entspricht. Wie in der ersten Ausführungsform ist m gleich 3.
Wenn die Richtung DM eines Drehmagnetfelds MF mit einer vorgegebenen Periode variiert, umfasst die zweite Winkelfehlerkomponente eine Komponente, die mit einer Periode der Hälfte der vorgegebenen Periode variiert, mit anderen Worten eine Komponente, die als die Winkelfehlerkomponente zweiter Ordnung bezeichnet werden kann, und eine weitere Komponente, beispielsweise eine Komponente, die mit ¼ der vorgegebenen Periode variiert. Wenn die gesamte oder beinahe die gesamte zweite Winkelfehlerkomponente die Winkelfehlerkomponente zweiter Ordnung ist, kann die zweite Winkelfehlerkomponente mittels lediglich der zweiten Korrekturverarbeitung der ersten Ausführungsform ausreichend verringert werden, ohne die erste Korrekturverarbeitung der ersten Ausführungsform durchzuführen. Die vorliegende Ausführungsform beschreibt ein Beispiel eines solchen Falles.
Die Winkelberechnungseinheit 54 führt eine Korrekturverarbeitung durch, vermittels der die zweite Winkelfehlerkomponente verglichen mit dem Fall verringert wird, in dem die Korrekturverarbeitung nicht ausgeführt wird. Die Korrekturverarbeitung der vorliegenden Ausführungsform ist die gleiche wie die zweite Korrekturverarbeitung der ersten Ausführungsform. Die Korrekturverarbeitung der vorliegenden Ausführungsform ist simpler als die Korrekturverarbeitung der ersten Ausführungsform, die die erste Korrekturverarbeitung und die zweite Korrekturverarbeitung umfasst. Somit ermöglicht die vorliegende Ausführungsform das Verringern der zweiten Winkelfehlerkomponente und der Winkelfehlerkomponente zweiter Ordnung durch eine Korrekturverarbeitung, die simpler ist als jene der ersten Ausführungsform.
Es wird nun spezifisch die Korrekturverarbeitung der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Wie die erste Korrekturverarbeitung und die zweite Korrekturverarbeitung der ersten Ausführungsform umfasst die Korrekturverarbeitung der vorliegenden Ausführungsform das Ausführen von Umwandlungsoperationen, um das erste und zweite Signal Sa und Sb in das erste und das zweite Berechnungssignal Sc und Sd umzuwandeln, die für die Winkelberechnung zum Berechnen des Erfassungswinkelwerts θs verwendet werden. Bei der Korrekturverarbeitung der vorliegenden Ausführungsform erzeugt die Winkelberechnungseinheit 54 nacheinander die Signale Sa2 und Sb2, das erste und das zweite Anfangs-Berechnungssignal Scp und Sdp und das erste und das zweite Berechnungssignal Sc und Sd, wie bei der zweiten Korrekturverarbeitung der ersten Ausführungsform. Die Gleichungen zum Erzeugen der Signale Sa2 und Sb2 in der vorliegenden Ausführungsform unterscheiden sich jedoch von denjenigen der ersten Ausführungsform. In der vorliegenden Ausführungsform erzeugt die Winkelberechnungseinheit 54 das Signal Sa2 mithilfe der durch die folgende Gleichung (38) ausgedrückten Funktion, und erzeugt das Signal Sb2 mithilfe der durch die folgende Gleichung (39) ausgedrückten Funktion. Sa2 = (Sa – Sa_off)/Sa_amp/C1 (38) Sb2 = (Sb – Sb_off)/Sb_amp·C1 (39)
In Gleichung (38) stellen Sa_off und Sa_amp den Versatz bzw. die Amplitude des ersten Signals Sa dar. In Gleichung (39) stellen Sb_off und Sb_amp den Versatz bzw. die Amplitude des zweiten Signals Sb dar. Der Versatz Sa_off und die Amplitude Sa_amp werden aus der Wellenform für zumindest eine Periode des ersten Signals Sa bestimmt. Der Versatz Sb_off und die Amplitude Sb_amp werden aus der Wellenform für zumindest eine Periode des zweiten Signals Sb bestimmt. Die Wellenformen für zumindest eine Periode des Signals Sa und Sb können vor dem Versand oder der Verwendung des Winkelsensorsystems 1 erzeugt werden.
Gleichungen (38) und (39) enthalten jeweils einen Korrekturparameter C1. Die Einzelheiten des Korrekturparameters C1 sind die gleichen wie in der ersten Ausführungsform.
In der vorliegenden Ausführungsform entspricht eine Reihe von Operationen zum Erzeugen des ersten und zweiten Berechnungssignals Sc und Sd aus den Signalen Sa2 und Sb2 den Umwandlungsoperationen. In der vorliegenden Ausführungsform wandeln die Umwandlungsoperationen das erste Signal Sa und das zweite Signal Sb in das erste und das zweite Berechnungssignal Sc und Sd um, so dass die zweite Winkelfehlerkomponente und die Winkelfehlerkomponente zweiter Ordnung gegenüber dem Fall verringert werden, in dem der Erfassungswinkelwert θs mittels Ausführen einer Winkelberechnung mithilfe der ersten und zweiten Signale Sa und Sb berechnet wird.
Wie unter Bezugnahme auf die erste Ausführungsform beschrieben sind die erste Erfassungseinheit 10 und die zweite Erfassungseinheit 20 (vgl. 1 bis 4) in einem Positionsverhältnis angeordnet, das ein erstes Phasenverhältnis zwischen den Idealkomponenten des ersten und des dritten Erfassungssignals S1 und S3 und ein zweites Phasenverhältnis zwischen den Idealkomponenten des zweiten und der vierten Erfassungssignals S2 und S4 begründet. Das Positionsverhältnis zwischen der ersten und der zweiten Erfassungseinheit 10 und 20 und das erste und zweite Phasenverhältnis in der vorliegenden Ausführungsform können gleich sein wie jene in dem ersten Beispiel der ersten Ausführungsform, oder können gleich sein wie jene in dem zweiten Beispiel der ersten Ausführungsform. Der erstgenannte Fall wird als das erste Beispiel der vorliegenden Ausführungsform bezeichnet, und der letztere Fall wird als das zweite Beispiel der vorliegenden Ausführungsform bezeichnet. In dem ersten Beispiel der vorliegenden Ausführungsform werden das erste Signal Sa und das zweite Signal Sb und der Erfassungswinkel θs auf die gleiche Weise erzeugt wie in dem ersten Beispiel der ersten Ausführungsform. In dem zweiten Beispiel der vorliegenden Ausführungsform werden das erste Signal Sa und das zweite Signal Sb und der Erfassungswinkelwert θs auf die gleiche Weise erzeugt wie in dem zweiten Beispiel der ersten Ausführungsform. Sowohl im ersten als auch im zweiten Beispiel der vorliegenden Ausführungsform wird die Korrekturverarbeitung der vorliegenden Ausführungsform anstelle der ersten Korrekturverarbeitung und der zweiten Korrekturverarbeitung der ersten Ausführungsform ausgeführt.
Es wird nun die Winkelfehler-verringernde Wirkung der vorliegenden Ausführungsform konkret im Vergleich zu dem Winkelsensorsystem der dritten und vierten Vergleichsbeispiele gezeigt. Das Winkelsensorsystem des dritten Vergleichsbeispiels umfasst einen Winkelsensor des dritten Vergleichsbeispiels anstelle des Winkelsensors 2 gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Der Winkelsensor des dritten Vergleichsbeispiels umfasst die erste Erfassungseinheit 10 der ersten Ausführungsform, die in 1 bis 4 dargestellt ist, und eine Winkelberechnungseinheit des dritten Vergleichsbeispiels. Die Winkelberechnungseinheit des dritten Vergleichsbeispiels berechnet einen Erfassungswinkelwert θp3 des dritten Vergleichsbeispiels mithilfe des ersten Erfassungssignals S1 und des zweiten Erfassungssignals S2.
Das Winkelsensorsystem des vierten Vergleichsbeispiels umfasst einen Winkelsensor des vierten Vergleichsbeispiels anstelle des Winkelsensors 2 gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Der Winkelsensor des vierten Vergleichsbeispiels hat grundsätzlich die gleiche Ausgestaltung wie jene des Winkelsensors gemäß der vorliegenden Ausführungsform (des Winkelsensors 2 gemäß der ersten Ausführungsform). In dem vierten Vergleichsbeispiel sind die ersten und zweiten Erfassungseinheiten 10 und 20 in dem gleichen Positionsverhältnis angeordnet wie das in dem ersten Beispiel der ersten Ausführungsform. Die Winkelerfassungseinheit 50 (vgl. 5) umfasst eine Winkelberechnungseinheit des vierten Vergleichsbeispiels anstelle der Winkelberechnungseinheit 54.
In dem vierten Vergleichsbeispiel werden das erste Signal Sa und das zweite Signal Sb durch die Operationen erzeugt, die von der ersten und der zweiten Berechnungsschaltung 52 und 53 (vgl. 5) ausgeführt werden, wie in dem ersten Beispiel der ersten Ausführungsform. Die Winkelberechnungseinheit des vierten Vergleichsbeispiels berechnet einen Erfassungswinkelwert θp4 des vierten Vergleichsbeispiels mithilfe des ersten Signals Sa und des zweiten Signals Sb, ohne die Korrekturverarbeitung der vorliegenden Ausführungsform durchzuführen.
Die Erfassungswinkelwerte θp3 und θp4 der dritten und vierten Vergleichsbeispiele werden durch die folgenden Gleichungen (40) bzw. (41) berechnet. Wie die Erfassungswinkelwerte θp1 und θp2 der ersten und zweiten Vergleichsbeispiele, die unter Bezugnahme auf die erste Ausführungsform beschrieben wurden, werden θp3 und θp4 innerhalb des Bereichs von 0° bis weniger als 360° berechnet. In Gleichung (41) ist α₁ = 180°/n. θp3 = atan(S2/S1) (40) θp4 = atan(Sb/Sa) – α₁/2 (41)
Ein Winkelfehler, der in dem Erfassungswinkelwert θp3 des dritten Vergleichsbeispiels auftritt, ist durch das Bezugszeichen Ep3 bezeichnet. Ein Winkelfehler, der in dem Erfassungswinkelwert θp4 des vierten Vergleichsbeispiels auftritt, ist durch das Bezugszeichen Ep4 bezeichnet. Die Winkelfehler Ep3 und Ep4 werden durch eine Steuerungseinheit (nicht dargestellt) außerhalb des Winkelsensorsystems des dritten und vierten Vergleichsbeispiels in einer Situation berechnet, in der die Steuerungseinheit den Referenzwinkel θr erkennen kann, der unter Bezugnahme auf die erste Ausführungsform beschrieben ist. Die Winkelfehler Ep3 und Ep4 werden durch die nachfolgenden Gleichungen (42) bzw. (43) berechnet. Ep3 = θp3 – θr (42) Ep4 = θp4 – θr (43).
Ein Winkelfehler, der in dem gemäß dem ersten Beispiel der vorliegenden Ausführungsform erzeugten Erfassungswinkelwert θs auftritt, wird durch das Bezugszeichen Es bezeichnet. Der Winkelfehler Es wird auf die gleiche Weise berechnet wie in der ersten Ausführungsform.
12 ist ein Wellenformdiagramm, das eine beispielhafte Wellenform des Winkelfehlers Ep3 veranschaulicht. 13 ist ein Wellenformdiagramm, das eine beispielhafte Wellenform des Winkelfehlers Ep4 veranschaulicht. 14 ist ein Wellenformdiagramm, das eine beispielhafte Wellenform des Winkelfehlers Es veranschaulicht. In den 12 bis 14 stellt die Horizontalachse jeweils den Idealwinkel θ dar, der gleich dem Referenzwinkel θr ist. Die Vertikalachsen in den 12, 13 und 14 stellen die Größe des Winkelfehlers Ep3, Ep4 bzw. Es dar.
Wie in den 12 und 13 dargestellt ist der Winkelfehler Ep4 kleiner als der Winkelfehler Ep3. Dies zeigt, dass die erste Winkelfehlerkomponente, die aus der ersten Fehlerkomponente resultiert, mithilfe des Positionsverhältnisses zwischen der ersten und zweiten Erfassungseinheit 10 und 20 und den Operationen, die durch die erste und die zweite Berechnungsschaltung 52 und 53 ausgeführt werden, verringert werden kann.
Wie in den 13 und 14 dargestellt ist der Winkelfehler Es kleiner als der Winkelfehler Ep4. Dies zeigt, dass die zweite Winkelfehlerkomponente, die aus der zweiten Fehlerkomponente resultiert, auch durch die Korrekturverarbeitung verringert werden kann.
Die übrige Ausgestaltung bzw. Konfiguration, Funktion und Wirkungen der vorliegenden Ausführungsform sind die gleichen wie jene der ersten Ausführungsform.
[Dritte Ausführungsform]
Es wird nun eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Zunächst wird auf 15 Bezug genommen, um die allgemeine Ausgestaltung eines Winkelsensorsystems gemäß der dritten Ausführungsform zu beschreiben. Das Winkelsensorsystem 1 gemäß der dritten Ausführungsform unterscheidet sich von derjenigen gemäß der ersten Ausführungsform in den folgenden Punkten. Das Winkelsensorsystem 1 gemäß der dritten Ausführungsform umfasst eine Magnetfeld-Erzeugungseinheit 7 anstelle der Magnetfeld-Erzeugungseinheit 5 der ersten Ausführungsform. Die Magnetfeld-Erzeugungseinheit 7 der dritten Ausführungsform ist ein Magnet zylindrischer Form zum Erzeugen eines Drehmagnetfelds MF, dessen Richtung sich dreht. Die Magnetfelderzeugungseinheit 7 dreht sich um eine Mittelachse C in einer Drehrichtung D.
Die Magnetfeld-Erzeugungseinheit 7 umfasst einen ersten Abschnitt 7A und einen zweiten Abschnitt 7B, die in zueinander unterschiedlichen Richtungen magnetisiert sind. Der erste Abschnitt 7A und der zweite Abschnitt 7B sind symmetrisch bezüglich einer gedachten Ebene, die die Mittelachse der zylindrischen Form beinhaltet, angeordnet. In 15 stellt das Bezugszeichen 7AM die Magnetisierungsrichtung des ersten Abschnitts 7A dar, und das Bezugszeichen 7BM stellt die Magnetisierungsrichtung des zweiten Abschnitts 7B dar. Die Magnetisierungsrichtung 7AM des ersten Abschnitts 7A ist parallel zur Mittelachse C. Die Magnetisierungsrichtung 7AM verläuft in 15 nach oben. Die Magnetisierungsrichtung 7BM des zweiten Abschnitts 7B verläuft entgegen der Richtung 7AM.
In der vorliegenden Ausführungsform sind die erste und die zweite Erfassungseinheit 10 und 20 des Winkelsensors 2 angeordnet, um einer Endfläche der Magnetfeld-Erzeugungseinheit 7 zugewandt zu sein. Zum einfacheren Verständnis veranschaulicht 15 die erste und die zweite Erfassungseinheit 10 und 20 als separate Komponenten. Die erste und zweite Erfassungseinheit 10 und 20 können jedoch in einer einzigen Komponente integriert sein. Ferner, obgleich in 15 die erste und die zweite Erfassungseinheit 10 und 20 in einer zur Mittelachse C parallelen Richtung gestapelt sind, kann die Stapelrichtung gegenüber der in 15 dargestellten Richtung umgekehrt verlaufen. Die Magnetfeld-Erzeugungseinheit 7 variiert ihre Relativposition bezüglich den ersten und zweiten Erfassungseinheiten 10 und 20 in der Drehrichtung D.
Das Winkelsensorsystem 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann auf andere Weise ausgebildet sein, als in 15 dargestellt. Beispielsweise können die Magnetfeld-Erzeugungseinheit 7 und die ersten und zweiten Erfassungseinheiten 10 und 20, die wie in 15 dargestellt angeordnet sind, derart ausgebildet sein, dass: sich die erste und die zweite Erfassungseinheit 10 und 20 drehen, während die Magnetfeld-Erzeugungseinheit 7 fixiert ist; sich die Magnetfelderzeugungseinheit 7 und die Erfassungseinheiten 10 und 20 in einander entgegengesetzten Richtungen drehen; oder sich die Magnetfeld-Erzeugungseinheit 7 und die Erfassungseinheiten 10, 20 mit voneinander verschiedenen Winkelgeschwindigkeiten in derselben Richtung drehen. In allen Fällen dreht sich die Relativposition der Magnetfeld-Erzeugungseinheit 7 bezüglich der ersten und zweiten Erfassungseinheit 10 und 20 in der Drehrichtung D um die Mittelachse C.
Es werden nun die Definitionen der in der vorliegenden Ausführungsform verwendeten Richtungen und Winkel unter Bezugnahme auf die 15 und 16 beschrieben. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Z-Richtung die Richtung parallel zur in 15 dargestellten Mittelachse C und verläuft in 15 nach oben. In 16 liegt die X-Richtung nach rechts, die Y-Richtung verläuft nach oben, und die Z-Richtung liegt außerhalb der Zeichnungsebene.
Wie unter Bezugnahme auf die erste Ausführungsform beschrieben erfassen die erste und die zweite Erfassungseinheit 10 und 20 das Drehmagnetfeld MF in der ersten bzw. zweiten Position P1 bzw. P2. In der vorliegenden Ausführungsform stimmen die erste und zweite Position P1 und P2 in der Drehrichtung D überein, so dass die Richtung DM des Drehmagnetfelds MF in der ersten Position P1 und jene in der zweiten Position P2 gleich sind.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die Referenzebene parallel zu einer der Endflächen der Magnetfeld-Erzeugungseinheit 7 und senkrecht zur Mittelachse C. In der vorliegenden Ausführungsform ist die erste Position P1 die Referenzposition PR, und die X-Richtung ist die Referenzrichtung DR. Angenommen, die Richtung DM des Drehmagnetfelds MF dreht sich in 16 im Uhrzeigersinn. Der Winkel, den die Richtung DM des Drehmagnetfelds MF in der Referenzposition PR bezüglich der Referenzrichtung DR bildet, also der Drehfeldwinkel θM, wird im Uhrzeigersinn aus der Referenzrichtung DR betrachtet in positiven Werten, und gegen den Uhrzeigersinn aus der Referenzrichtung DR betrachtet in negativen Werten ausgedrückt.
Eine erste Richtung D11, eine zweite Richtung D21, eine dritte Richtung D12 und eine vierte Richtung D22 sind wie in 16 dargestellt definiert. Die ersten bis vierten Richtungen D11, D21, D12 und D22 sind alle parallel zur Referenzebene. Die erste und zweite Richtung D11 und D21 unterscheiden sich voneinander. In der vorliegenden Ausführungsform ist die erste Richtung D11 die gleiche wie die X-Richtung und die Referenzrichtung DR. Die zweite Richtung D21 ist eine Richtung, die gegen den Uhrzeigersinn bezüglich der ersten Richtung D11 um einen Winkel θ1 gedreht ist. Der genaue Wert des Winkels θ1 wird später beschrieben.
Die dritte und die vierte Richtung D12 und D22 sind Richtungen, die um einen vorgegebenen Winkel bezüglich der ersten bzw. zweiten Richtung D11 und D21 gedreht sind. In der vorliegenden Ausführungsform sind die dritte Richtung D12 und die vierte Richtung D22 Richtungen, die im Uhrzeigersinn um 90° bezüglich der ersten Richtung D11 bzw. der zweiten Richtung D21 gedreht sind.
In der vorliegenden Ausführungsform sind die erste und die zweite Erfassungseinheit 10 und 20 in einem Positionsverhältnis derart angeordnet, dass sich die erste Richtung D11 und die zweite Richtung D21 voneinander unterscheiden, wohingegen die Richtung DM des Drehmagnetfelds MF in der ersten Position P1 und jene in der zweiten Position P2 gleich sind.
Die Beziehungen zwischen den Magnetisierungsrichtungen der Schichten mit festgelegter Magnetisierung in der ersten und zweiten Erfassungseinheit 10 und 20 und die erste bis vierte Richtung D11, D21, D12 und D22 sind die gleichen wie jene in der ersten Ausführungsform.
Wie in der ersten Ausführungsform können die erste und zweite Erfassungseinheit 10 und 20 aus zwei diskreten Komponenten aufgebaut sein. Die beiden diskreten Komponenten können den gleichen mechanischen Aufbau haben und ausgebildet sein, so dass die Magnetisierungen der Vielzahl von Schichten mit festgelegter Magnetisierung bezüglich des mechanischen Aufbaus in der gleichen Relativrichtung liegen. In einem solchen Fall ist die zweite Erfassungseinheit 20 in einer Ausrichtung platziert, die bezüglich der ersten Erfassungseinheit 10 im Uhrzeigersinn um den Winkel θ1 gedreht ist.
Alternativ können die erste und die zweite Erfassungseinheit 10 und 20 den gleichen mechanischen Aufbau haben und in der gleichen Ausrichtung platziert sein, während die Schichten mit festgelegter Magnetisierung der MR-Elemente, die darin enthalten sind, jeweilige Magnetisierungsrichtungen haben, die für die jeweiligen entsprechenden MR-Elemente bestimmt sind.
Die erste und die zweite Erfassungseinheit 10 und 20 sind in einem Positionsverhältnis angeordnet, welches das erste und das zweite Phasenverhältnis begründet, wie unter Bezugnahme auf die erste Ausführungsform beschrieben. Es erfolgt nun eine Beschreibung eines ersten Beispiels und eines zweiten Beispiels der vorliegenden Ausführungsform. Das erste Beispiel wird zuerst beschrieben. Das erste und das zweite Phasenverhältnis gemäß dem ersten Beispiel der vorliegenden Ausführungsform sind die gleichen wie die gemäß dem ersten Beispiel der ersten Ausführungsform. In dem ersten Beispiel sind die erste und die zweite Erfassungseinheit 10 und 20 angeordnet, um das erste und das zweite Phasenverhältnis gemäß dem ersten Beispiel zu begründen. Konkret sind die erste Richtung D11 und die zweite Richtung D21 definiert, so dass der Winkel θ1 aus 16 eine Größe hat, die einem elektrischen Winkel von 180°/n entspricht.
In der vorliegenden Ausführungsform ist n insbesondere 5. Somit ist 180°/n gleich 36°. Eine Periode der ersten bis vierten Erfassungssignale S1 bis S4, also ein elektrischer Winkel von 360°, entspricht einer Drehung der Magnetfeld-Erzeugungseinheit 7, also einem Drehwinkel von 360° der Magnetfeld-Erzeugungseinheit 7. Somit werden in dem ersten Beispiel die erste und die zweite Richtung D11 und D21 dahingehend definiert, so dass der Winkel θ1 gleich 36° ist.
Gemäß dem ersten Beispiel, wenn es die zweite Ursache ist, die die Wellenform von jeweils dem ersten bis vierten Erfassungssignal S1 bis S4 verzerrt, falls das erste und das zweite Erfassungssignal S1 und S2 durch die Gleichungen (1) bzw. (2) der ersten Ausführungsform ausgedrückt werden, werden das dritte und vierte Erfassungssignal S3 und S4 durch Gleichung (3) bzw. (4) der ersten Ausführungsform ausgedrückt.
Es wird nun das zweite Beispiel beschrieben. Das erste und zweite Phasenverhältnis gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die gleichen wie jene des zweiten Beispiels der ersten Ausführungsform. In dem zweiten Beispiel sind die erste und zweite Erfassungseinheit 10 und 20 angeordnet, um das erste und das zweite Phasenverhältnis gemäß dem zweiten Beispiel zu begründen. Konkret werden die erste und die zweite Richtung D11 und D21 definiert, so dass der Winkel θ1 aus 16 eine Größe hat, die einem elektrischen Winkel von 360°/n entspricht.
In der vorliegenden Ausführungsform ist 360°/n insbesondere 72°. In dem zweiten Beispiel sind die erste und die zweite Richtung D11 und D21 definiert, so dass der Winkel θ1 gleich 72° ist.
Gemäß dem zweiten Beispiel, wenn es die zweite Ursache ist, die die Wellenform von jeweils dem ersten bis vierten Erfassungssignals S1 bis S4 verzerrt, falls das erste und das zweite Erfassungssignal S1 und S2 durch Gleichung (1) bzw. (2) der ersten Ausführungsform ausgedrückt werden, können das dritte bzw. vierte Erfassungssignal S3 und S4 durch Gleichung (5) bzw. (6) der ersten Ausführungsform ausgedrückt werden.
Die vorliegende Ausführungsform ermöglicht die Verringerung des Winkelfehlers, der aus der ersten Fehlerkomponente resultiert, wenn die Ursachen der Verzerrung der Wellenform von jeweils dem ersten bis vierten Erfassungssignal S1 bis S4 die zweite Ursache umfassen.
Das Positionsverhältnis zwischen der ersten Erfassungseinheit 10 und der zweiten Erfassungseinheit 20 der vorliegenden Ausführungsform kann auf das Winkelsensorsystem 1 gemäß der ersten Ausführungsform angewendet werden. Die übrige Ausgestaltung, Funktion und Wirkungen der vorliegenden Ausführungsform sind die gleichen wie jene der ersten Ausführungsform.
[Vierte Ausführungsform]
Es wird nun eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Zunächst erfolgt eine Bezugnahme auf 17, um die allgemeine Ausgestaltung eines Winkelsensorsystems gemäß der vierten Ausführungsform zu beschreiben. Das Winkelsensorsystem 1 gemäß der vierten Ausführungsform unterscheidet sich von jenem gemäß der ersten Ausführungsform in folgenden Punkten. Das Winkelsensorsystem 1 gemäß der vierten Ausführungsform umfasst eine Magnetfeld-Erzeugungseinheit 8 anstelle der Magnetfeld-Erzeugungseinheit 5 der ersten Ausführungsform.
In 17 verläuft die X-Richtung nach rechts, die Y-Richtung verläuft nach oben, und die Z-Richtung liegt außerhalb der Zeichnungsebene. Die Magnetfeld-Erzeugungseinheit 8 umfasst eine Vielzahl von Mengen der ersten und zweiten Abschnitte 8A und 8B, die abwechselnd in einer linearen Ausgestaltung entlang der X-Richtung angeordnet sind. Der erste Abschnitt 8A und der zweite Abschnitt 8B sind in einander entgegengesetzten Richtungen magnetisiert. In 17 geben die leeren Pfeile die Magnetisierungsrichtung der Abschnitte 8A und 8B an. In 17 ist jeder der ersten Abschnitte 8A in der Y-Richtung magnetisiert, und jeder der zweiten Abschnitte 8B ist in der dazu entgegengesetzten Richtung magnetisiert.
Die Magnetfeld-Erzeugungseinheit 8 hat eine Seitenfläche 8a, die parallel zur X-Richtung ist. In der vorliegenden Ausführungsform sind die erste und die zweite Erfassungseinheit 10 und 20 des Winkelsensors 2 angeordnet, um der Seitenfläche 8a der Magnetfeld-Erzeugungseinheit 8 zugewandt zu sein.
Der Winkelsensor 2 oder die Magnetfeld-Erzeugungseinheit 8 bewegt sich linear als Reaktion auf die Bewegung eines sich bewegenden Körpers (nicht dargestellt). Dies variiert die Relativposition der Magnetfeld-Erzeugungseinheit 8 bezüglich der ersten und zweiten Erfassungseinheiten 10 und 20 in einer vorgegebenen Richtung DL. Die Richtung DL ist parallel zur X-Richtung. In dem in 17 dargestellten Beispiel ist die Richtung DL die -X-Richtung.
Es werden nun die Anordnung der ersten und der zweiten Erfassungseinheit 10 und 20 und die Definitionen von Richtungen und Winkeln in der vorliegenden Ausführungsform unter Bezugnahme auf 17 und 18 beschrieben. Wie unter Bezugnahme auf die erste Ausführungsform beschrieben, erfassen die erste und zweite Erfassungseinheit 10 und 20 ein Drehmagnetfeld MF in der ersten bzw. zweiten Position P1 und P2. In der vorliegenden Ausführungsform unterscheiden sich die erste und die zweite Position P1 und P2 voneinander, so dass sich die Richtung DM des Drehmagnetfelds MF in der ersten Position P1 und jene in der zweiten Position P2 voneinander unterscheiden.
Wie in 18 dargestellt liegen die erste Position P1 und die zweite Position P2 auf einer gedachten Geraden L parallel zur Richtung DL(-X-Richtung) und unterscheiden sich voneinander. Die zweite Position P2 ist in einem Abstand von L1 in der X-Richtung zur ersten Position P1. Der spezifische Wert des Abstands L1 wird später beschrieben.
In der vorliegenden Ausführungsform verläuft die Referenzebene senkrecht zur Z-Richtung. In der vorliegenden Ausführungsform ist die erste Position P1 die Referenzposition PR, und die Y-Richtung ist die Referenzrichtung DR. Angenommen, die Richtung DM des Drehmagnetfelds MF dreht sich in 18 im Uhrzeigersinn. Der Winkel, den die Richtung DM des Drehmagnetfelds MF in der Referenzposition PR bezüglich der Referenzrichtung DR bildet, also der Drehfeldwinkel θM, wird im Uhrzeigersinn aus der Referenzrichtung DR betrachtet in positiven Werten, und im Gegenuhrzeigersinn aus der Referenzrichtung DR betrachtet in negativen Werten ausgedrückt.
Eine erste Richtung D11, eine zweite Richtung D21, eine dritte Richtung D12 und eine vierte Richtung D22 werden wie in 18 dargestellt definiert. Die ersten bis vierten Richtungen D11, D21, D12 und D22 sind jeweils parallel zur Referenzebene. In der vorliegenden Ausführungsform sind sowohl die erste als auch die zweite Richtung D11 und D12 die Y-Richtung.
Die dritte und vierte Richtung D12 und D22 sind Richtungen, die jeweils um einen vorgegebenen Winkel bezüglich der ersten und zweiten Richtung D11 und D21 gedreht sind. In der vorliegenden Ausführungsform sind die dritte und vierte Richtung D12 und D22 Richtungen, die jeweils im Uhrzeigersinn um 90° bezüglich der ersten Richtung D11 und der zweiten Richtung D21 gedreht sind. Mit anderen Worten sind die dritte und vierte Richtung D12 und D22 die X-Richtung.
Die erste und zweite Position P1 und P2 befinden sich jeweils in der ersten und zweiten Erfassungseinheit 10 und 20. Die erste und die zweite Erfassungseinheit 10 und 20 sind in einem solchen Positionsverhältnis angeordnet, dass sich die erste Position P1 und die zweite Position P2 voneinander wie oben beschrieben unterscheiden.
Die Beziehungen zwischen den Magnetisierungsrichtungen der Schichten mit festgelegter Magnetisierung in der ersten und zweiten Erfassungseinheit 10 und 20 und die erste bis vierte Richtung D11, D21, D12 und D22 sind die gleichen wie jene in der ersten Ausführungsform.
Die ersten und zweiten Erfassungseinheiten 10 und 20 können in einer einzelnen Komponente integriert sein. Alternativ können die erste und zweite Erfassungseinheit 10 und 20 aus zwei diskreten Komponenten aufgebaut sein. Die beiden diskreten Komponenten können den gleichen mechanischen Aufbau haben und derart eingerichtet sein, dass die Magnetisierungen der Vielzahl von Schichten mit festgelegter Magnetisierung bezüglich des mechanischen Aufbaus in der gleichen Relativrichtung sind.
Die erste und zweite Erfassungseinheiten 10 und 20 sind in einem Positionsverhältnis angeordnet, das das erste und das zweite Phasenverhältnis begründet, die unter Bezugnahme auf die erste Ausführungsform beschrieben werden. Es erfolgt nun eine Beschreibung eines ersten Beispiels und eines zweiten Beispiels der vorliegenden Ausführungsform.
Es wird nun zunächst das erste Beispiel beschrieben. Das erste und das zweite Phasenverhältnis gemäß dem ersten Beispiel der vorliegenden Ausführungsform sind die gleichen wie jene gemäß dem ersten Beispiel der ersten Ausführungsform. In dem ersten Beispiel sind die erste und die zweite Erfassungseinheit 10 und 20 angeordnet, um das obenbeschriebene erste und zweite Phasenverhältnis gemäß dem ersten Beispiel zu begründen. Konkret sind die erste und zweite Position P1 und P2 dahingehend definiert, so dass der Abstand L1 aus 18 einen Betrag hat, der einem elektrischen Winkel von 180°/n entspricht.
Bei der Magnetfeld-Erzeugungseinheit 8 ist der Abstand zwischen den Mittelpunkten von zwei benachbarten ersten Abschnitten 8A, zwischen denen ein zweiter Abschnitt 8B liegt, gleich dem Abstand zwischen den Mittelpunkten von zwei benachbarten zweiten Abschnitten 8B, zwischen denen ein erster Abschnitt 8A liegt. Wie in 17 dargestellt wird der Abstand zwischen den Mittelpunkten von zwei benachbarten ersten Abschnitten 8A, zwischen denen ein zweiter Abschnitt 8B liegt, als eine Abstandseinheit bezeichnet und durch das Bezugszeichen Lp bezeichnet. Eine Periode der ersten bis vierten Erfassungssignale S1 bis S4, also ein elektrischer Winkel von 360°, entspricht einer Abstandseinheit. Somit ist die Größe, die einem elektrischen Winkel von 180°/n entspricht, Lp/(2n). In dem ersten Beispiel sind die erste und die zweite Position P1 und P2 dahingehend definiert, dass der Abstand L1 gleich Lp/(2n) ist. In der vorliegenden Ausführungsform ist n insbesondere 5. Somit sind in dem ersten Beispiel die erste und die zweite Position P1 und P2 definiert, so dass der Anstand L1 gleich Lp/10 ist.
Gemäß dem ersten Beispiel, ungeachtet dessen, ob die erste Ursache oder die zweite Ursache die Wellenform von jeweils dem ersten bis vierten Erfassungssignal S1 bis S4 verzerrt, falls das erste und das zweite Erfassungssignal S1 und S2 durch Gleichung (1) bzw. (2) der ersten Ausführungsform ausgedrückt werden, werden das dritte und vierte Erfassungssignal S3 und S4 durch Gleichung (3) bzw. (4) der ersten Ausführungsform ausgedrückt.
Als nächstes wird das zweite Beispiel beschrieben. Das erste und das zweite Phasenverhältnis gemäß dem zweiten Beispiel der vorliegenden Ausführungsform sind die gleichen wie die gemäß dem zweiten Beispiel der ersten Ausführungsform. In dem zweiten Beispiel sind die erste und die zweite Erfassungseinheit 10 und 20 angeordnet, um das erste und das zweite Phasenverhältnis gemäß dem zweiten Beispiel zu begründen. Konkret sind die erste Position P1 und die zweite Position P2 dahingehend definiert, so dass der Abstand L1 aus 18 eine Größe hat, die einem elektrischen Winkel von 360°/n entspricht.
Der Betrag, der einem elektrischen Winkel von 360°/n entspricht, ist Lp/n. In dem zweiten Beispiel sind die erste und die zweite Position P1 und P2 dahingehend definiert, so dass der Abstand L1 gleich Lp/n ist. In der vorliegenden Ausführungsform ist n insbesondere 5. Somit sind in dem ersten Beispiel die erste und zweite Position P1 und P2 dahingehend definiert, dass der Abstand L1 gleich Lp/5 ist.
Gemäß dem zweiten Beispiel, ungeachtet dessen, ob die erste Ursache oder die zweite Ursache die Wellenform eines jeden ersten bis vierten Erfassungssignals S1 bis S4 verzerrt, falls das erste und das zweite Erfassungssignal S1 und S2 durch Gleichung (1) bzw. (2) ausgedrückt werden, werden das dritte und das vierte Erfassungssignal S3 und S4 durch Gleichung (5) bzw. (6) des ersten Beispiels ausgedrückt.
Wie die erste Ausführungsform ermöglicht die vorliegende Ausführungsform die Verringerung der ersten Winkelfehlerkomponente, die aus der ersten Fehlerkomponente resultiert, wenn die Ursachen der Verzerrungen der Wellenform von jeweils dem ersten bis vierten Erfassungssignal S1 bis S4 die erste Ursache und/oder die zweite Ursache beinhalten.
Die zweite Winkelfehlerkomponente, die aus der zweiten Fehlerkomponente resultiert, kann durch die Korrekturverarbeitung verringert werden, die von der Winkelberechnungseinheit 54 durchgeführt wird (vgl. 5). Die Einzelheiten der Korrekturverarbeitung können die gleichen wie jene in der ersten Ausführungsform sein. Wenn die Ursache der Verzerrung des ersten bis vierten Erfassungssignals S1 bis S4 die gleiche wie jene in der zweiten Ausführungsform ist, können die Einzelheiten der Korrekturverarbeitung die gleichen sein wie jene in der zweiten Ausführungsform.
Die übrige Ausgestaltung, Funktion und Wirkungen der vorliegenden Ausführungsform sind die gleichen wie jene der ersten oder zweiten Ausführungsform.
[Fünfte Ausführungsform]
Es wird nun auf 19 Bezug genommen, um die allgemeine Ausgestaltung eines Winkelsensorsystems gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu beschreiben. Das Winkelsensorsystem 1 gemäß der fünften Ausführungsform unterscheidet sich von jenem gemäß der vierten Ausführungsform in folgenden Punkten. In der fünften Ausführungsform stimmen die erste Position P1 und die zweite Position P2 in einer vorgegebenen Richtung DL überein, so dass die Richtung DM des Drehmagnetfelds MF in der ersten Position P1 und in der zweiten Position P2 gleich sind.
In der vorliegenden Ausführungsform sind die erste Erfassungseinheit 10 und die zweite Erfassungseinheit 20 in einem solchen Positionsverhältnis angeordnet, dass die erste Richtung D11 und die zweite Richtung D21 sich voneinander unterscheiden, wohingegen die Richtung DM des Drehmagnetfelds in der Position, in der sich die erste Erfassungseinheit 10 befindet, und die in der Position, in der sich die zweite Erfassungseinheit 20 befindet, gleich sind, wie in der dritten Ausführungsform. Die Definitionen der ersten Richtung D11 und der zweiten Richtung D21 sind wie in 16 unter Bezugnahme auf die dritte Ausführungsform beschrieben. Die spezifischen Details des Positionsverhältnisses zwischen der ersten Erfassungseinheit 10 und der zweiten Erfassungseinheit 20 sind die gleichen wie jene in der dritten Ausführungsform.
Die vorliegende Ausführungsform ermöglicht die Verringerung eines Winkelfehlers, der aus der ersten Fehlerkomponente resultiert, wenn die Ursachen der Verzerrung der Wellenformen von jedem der ersten bis vierten Erfassungssignale S1 bis S4 die zweite Ursache beinhalten.
Die übrige Ausgestaltung, Funktion und Wirkungen der vorliegenden Ausführungsform sind die gleichen wie jene der dritten oder vierten Ausführungsform.
[Sechste Ausführungsform]
Es wird nun auf 20 Bezug genommen, um ein Winkelsensorsystem gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu beschreiben. 20 ist ein Erläuterungsdiagramm, das die Definitionen von Richtungen und Winkeln veranschaulicht, die in der sechsten Ausführungsform verwendet werden. Das Winkelsensorsystem 1 gemäß der sechsten Ausführungsform unterscheidet sich von dem gemäß der ersten Ausführungsform in den folgenden Punkten. Die zweite Richtung D21 der sechsten Ausführungsform ist eine Richtung, die um 90° im Uhrzeigersinn bezüglich der zweiten Richtung D21 der ersten Ausführungsform gedreht ist. Die vierte Richtung D22 der sechsten Ausführungsform ist eine Richtung, die um 90° im Uhrzeigersinn bezüglich der vierten Richtung D22 der ersten Ausführungsform gedreht ist.
Die Beziehungen zwischen den Magnetisierungsrichtungen der Schichten mit festgelegter Magnetisierung in der ersten und der zweiten Erfassungseinheit 10 und 20 und die erste bis vierte Richtung D11, D21, D12 und D22 sind die gleichen wie jene in der ersten Ausführungsform. Die zweite Erfassungseinheit 20 der vorliegenden Ausführungsform und die zweite Erfassungseinheit 20 der ersten Ausführungsform können den gleichen mechanischen Aufbau haben und derart ausgebildet sein, dass die Magnetisierungen der Vielzahl von Schichten mit festgelegter Magnetisierung bezüglich dem mechanischen Aufbau in der gleichen Relativrichtung liegen. In einem solchen Fall ist die zweite Erfassungseinheit 20 der vorliegenden Ausführungsform in einer Ausrichtung platziert, die um 90° bezüglich der zweiten Erfassungseinheit 20 der ersten Ausführungsform im Uhrzeigersinn gedreht ist.
Es erfolgt nun eine Beschreibung eines ersten Beispiels und eines zweiten Beispiels der vorliegenden Ausführungsform. Zunächst wird das erste Beispiel beschrieben. Das erste und zweite Phasenverhältnis gemäß dem ersten Beispiel der vorliegenden Ausführungsform sind die gleichen wie jene gemäß dem ersten Beispiel der ersten Ausführungsform. In dem ersten Beispiel sind die erste und die zweite Erfassungseinheit 10 und 20 angeordnet, um das erste und das zweite Phasenverhältnis gemäß dem ersten Beispiel zu begründen. Konkret sind die erste Position P1 und die zweite Position P2 dahingehend definiert, dass der Winkel θ1 aus 20 einen Betrag hat, der einem elektrischen Winkel von (90° – 180°/n) entspricht.
In der vorliegenden Ausführungsform ist n gleich 5. Daher ist (90° – 180°/n) gleich 54°. In dem ersten Beispiel sind die erste und die zweite Erfassungseinheit 10 und 20 somit angeordnet, indem die erste und zweite Position P1 und P2 derart definiert werden, dass der Winkel θ1 gleich 54° ist.
Gemäß dem ersten Beispiel, wenn es die zweite Ursache ist, die die Wellenform von jedem der ersten bis vierten Erfassungssignale S1 bis S4 verzerrt, falls das erste und das zweite Erfassungssignal S1 und S2 durch Gleichung (1) bzw. (2) der ersten Ausführungsform ausgedrückt werden, werden das dritte und vierte Erfassungssignal S3 und S4 durch die folgende Gleichung (44) bzw. (45) ausgedrückt. S3 = cos{θ + (90° – 180°/n) – 90°} + a₁·cos[n{θ + (90° – 180°/n) – 90°}] + b₁·cos[m{θ + (90° – 180°/n) – 90°} + g₁] = cos(θ – 180°/n) + a₁·cos(nθ – 180°) + b₁·cos{m(θ – 180°/n) + g₁} = cos(θ – 180°/n) – a₁·cos(nθ) + b₁·cos{m(θ – 180°/n) + g₁} (44) S4 = sin{θ + (90° – 180°/n) – 90°} + a₂·sin[n{θ + (90° – 180°/n) – 90°}] + b₂·sin[m{θ + (90° – 180°/n) – 90°} + g₂] = sin(θ – 180°/n) + a₂·sin(nθ – 180°) + b₂·sin{m(θ – 180°/n) + g₂} = sin(θ – 180°/n) – a₂·sin(nθ) + b₂·sin{m(θ – 180°/n) + g₂} (45)
Wie aus Gleichung (1) und (44) hervorgeht, ermöglicht das Ausführen der ersten Operation des ersten Beispiels, also die Operation zum Erhalt der Summe des ersten und dritten Erfassungssignals S1 und S3, dass sich die erste Fehlerkomponente “a₁·cos(nθ)” in Gleichung (1) und die erste Fehlerkomponente “–a₁·cos(nθ)” in Gleichung (44) gegenseitig aufheben, um so das erste Signal Sa zu ergeben, das in der ersten Fehlerkomponente kleiner ist als die ersten und dritten Erfassungssignale S1 und S3.
Wie aus Gleichung (2) und (45) hervorgeht, ermöglicht das Ausführen der zweiten Operation des ersten Beispiels, also die Operation zum Erhalt der Summe des zweiten und vierten Erfassungssignals S2 und S4, dass sich die erste Fehlerkomponente „a₂·sin(nθ)” in Gleichung (2) und die erste Fehlerkomponente “–a₂·sin(nθ)” in Gleichung (45) gegenseitig aufheben, um so das zweite Signal Sb zu ergeben, das in der ersten Fehlerkomponente kleiner ist als das zweite und vierte Erfassungssignal S2 und S4.
Als nächstes wird das zweite Beispiel beschrieben. Das erste und zweite Phasenverhältnis gemäß dem zweiten Beispiel der vorliegenden Ausführungsform sind die gleichen wie die gemäß dem zweiten Beispiel der ersten Ausführungsform. In dem zweiten Beispiel sind die erste und die zweite Erfassungseinheit 10 und 20 angeordnet, die ersten und zweiten Phasenverhältnisse gemäß dem zweiten Beispiel zu begründen. Konkret werden die erste und die zweite Position P1 und P2 definiert, so dass der Winkel θ1 aus 20 eine Größe hat, die einem elektrischen Winkel von (90° – 360°/n) entspricht.
In der vorliegenden Ausführungsform ist n gleich 5. Daher ist (90° – 360°/n) gleich 18°. In dem zweiten Beispiel werden die erste und die zweite Erfassungseinheit 10 und 20 somit angeordnet, indem die erste und die zweite Position P1 und P2 derart definiert werden, dass der Winkel θ1 gleich 18° ist.
Gemäß dem zweiten Beispiel, wenn es die zweite Ursache ist, die die Wellenform von jeweils dem ersten bis vierten Erfassungssignal S1 bis S4 verzerrt, falls das erste und das zweite Erfassungssignal S1 und S2 durch die Gleichungen (1) bzw. (2) der ersten Ausführungsform ausgedrückt werden, können das dritte und das vierte Erfassungssignal S3 und S4 durch die folgenden Gleichungen (46) bzw. (47) ausgedrückt werden. S3 = cos{θ + (90° – 360°/n) – 90°} + a₁·cos[n{θ + (90° – 360°/n) – 90°}] + b₁·cos[m{θ + (90° – 360°/n) – 90°} + g₁] = cos(θ – 360°/n) + a₁·cos(nθ – 360°) + b₁·cos{m(θ – 360°/n) + g₁} = cos(θ – 360°/n) + a₁·cos(nθ) + b₁·cos{m(θ – 360°/n) + g₁} (46) S4 = sin{θ + (90° – 360°/n) – 90°} + a₂·sin[n{θ + (90° – 360°/n) – 90°}] + b₂·sin[m{θ + (90° – 360°/n) – 90°} + g₂] = sin(θ – 360°/n) + a₂·sin(nθ – 360°) + b₂·sin{m(θ – 360°/n) + g₂} = sin(θ – 360°/n) + a₂·sin(nθ) + b₂·sin{m(θ – 360°/n) + g₂} (47)
Wie aus den Gleichungen (1) und (46) hervorgeht, ermöglicht das Ausführen der zweiten Operation des zweiten Beispiels, also der Operation zum Erhalt der Differenz zwischen dem ersten und dritten Erfassungssignal S1 und S3, dass sich die erste Fehlerkomponente “a₁·cos(nθ)” in Gleichung (1) und die erste Fehlerkomponente “a₁·cos(nθ)” in Gleichung (46) gegenseitig aufheben, um so das erste Signal Sa zu ergeben, das in der ersten Fehlerkomponente kleiner ist als die ersten und dritten Erfassungssignale S1 und S3.
Wie aus den Gleichungen (2) und (47) hervorgeht, ermöglicht das Ausführen der zweiten Operation des zweiten Beispiels, also der Operation zum Erhalt der Differenz zwischen dem zweiten und dem vierten Erfassungssignal S2 und S4, dass sich die erste Fehlerkomponente “a₂·sin(nθ)“ in Gleichung (2) und die erste Fehlerkomponente “a₂·sin(nθ)” in Gleichung (47) gegenseitig aufheben, um so das zweite Signal Sb zu ergeben, das in der ersten Fehlerkomponente kleiner ist als die zweiten und vierten Erfassungssignale S2 und S4.
Es erfolgt nun eine Kurzbeschreibung eines Verfahrens zum Erzeugen des ersten Signals Sa und des zweiten Signal Sb und eines Verfahrens zum Berechnen des Erfassungswinkelwerts θs in der vorliegenden Ausführungsform. Das Verfahren zum Erzeugen des ersten Signals Sa und des zweiten Signal Sb und das Verfahren zum Berechnen des Erfassungswinkelwerts θs in der vorliegenden Ausführungsform sind grundsätzlich die gleichen wie jene in der ersten Ausführungsform. Jedoch unterscheiden sich in der vorliegenden Ausführungsform die in diesen Verfahren verwendeten Werte von α₁ und α₂ von jenen in der ersten Ausführungsform. In dem ersten Beispiel der vorliegenden Ausführungsform ist α₁ = –180°/n. In dem zweiten Beispiel der vorliegenden Ausführungsform ist α₂ = –360°/n.
Die vorliegende Ausführungsform ermöglicht das Verringern des Winkelfehlers, der aus der ersten Fehlerkomponente resultiert, wenn die Ursachen der Verzerrung der Wellenform von jedem der ersten bis vierten Erfassungssignale S1 bis S4 die zweite Ursache beinhalten.
Die übrige Ausgestaltung, Funktion und Wirkungen der vorliegenden Ausführungsform sind die gleichen wie jene der ersten Ausführungsform.
[Siebte Ausführungsform]
Es wird nun Bezug genommen auf 21, um ein Winkelsensorsystem gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu beschreiben. 21 ist ein Erläuterungs-Diagramm, das die Definitionen von in der siebten Ausführungsform verwendeten Richtungen und Winkeln veranschaulicht. Das Winkelsensorsystem 1 gemäß der siebten Ausführungsform unterscheidet sich von dem gemäß der vierten Ausführungsform in den folgenden Punkten. Die zweite Richtung D21 der siebten Ausführungsform ist eine Richtung, die um 90° im Uhrzeigersinn bezüglich der zweiten Richtung D21 der vierten Ausführungsform gedreht ist. Die vierte Richtung D22 der siebten Ausführungsform ist eine Richtung, die um 90° im Uhrzeigersinn bezüglich der vierten Richtung D22 der vierten Ausführungsform gedreht ist.
Die Beziehungen zwischen den Magnetisierungsrichtungen der Schichten mit festgelegter Magnetisierung in der ersten und zweiten Erfassungseinheit 10 und 20 und die erste bis vierte Richtung D11, D21, D12 und D22 sind die gleichen wie jene in der vierten Ausführungsform. Die zweite Erfassungseinheit 20 der vorliegenden Ausführungsform und die zweite Erfassungseinheit 20 der vierten Ausführungsform können den gleichen mechanischen Aufbau haben und derart ausgebildet sein, dass die Magnetisierungen der Vielzahl von Schichten mit festgelegter Magnetisierung bezüglich dem mechanischen Aufbau in der gleichen relativen Richtung liegen. In einem solchen Fall ist die zweite Erfassungseinheit 20 der vorliegenden Ausführungsform in einer Ausrichtung platziert, die um 90° im Uhrzeigersinn bezüglich der zweiten Erfassungseinheit 20 der vierten Ausführungsform gedreht ist.
Es erfolgt nun eine Beschreibung eines ersten und eines zweiten Beispiels der vorliegenden Ausführungsform. Es wird zunächst das erste Beispiel beschrieben. Das erste und zweite Phasenverhältnis gemäß dem ersten Beispiel der vorliegenden Ausführungsform sind die gleichen wie jene gemäß dem ersten Beispiel der vierten Ausführungsform. In dem ersten Beispiel sind die erste und die zweite Erfassungseinheit 10 und 20 angeordnet, um das erste und zweite Phasenverhältnis gemäß dem ersten Beispiel zu begründen. Konkret sind die erste und die zweite Position P1 und P2 dahingehend definiert, dass der Abstand L1 aus 21 eine Größe hat, die einem elektrischen Winkel von (90° – 180°/n) entspricht.
Die Größe entsprechend einem elektrischen Winkel von (90° – 180°/n) ist Lp{1/4 – 1/(2n)}. Wie unter Bezugnahme auf die vierte Ausführungsform beschrieben, stellt in der Magnetfeld-Erzeugungseinheit 8 Lp den Abstand zwischen den Mittelpunkten von zwei benachbarten, ersten Abschnitten 8A dar, zwischen denen ein zweiter Abschnitt 8B liegt (vgl. 17). In dem ersten Beispiel sind der erste Abschnitt P1 und der zweite Abschnitt P2 dahingehend definiert, so dass der Abstand L1 gleich Lp{1/4 – 1/(2n)} ist. In der vorliegenden Ausführungsform ist n insbesondere 5. Somit werden in dem ersten Beispiel die erste und zweite Position P1 und P2 dahingehend definiert, so dass der Abstand L1 gleich 3Lp/20 ist.
Gemäß dem ersten Beispiel, wenn es die zweite Ursache ist, die die Wellenform von jedem der ersten bis vierten Erfassungssignale S1 bis S4 verzerrt, falls das erste und das zweite Erfassungssignal S1 und S2 durch Gleichung (1) bzw. (2) der ersten Ausführungsform ausgedrückt werden, können das dritte bzw. vierte Erfassungssignal S3 und S4 durch Gleichung (44) bzw. (45) der sechsten Ausführungsform ausgedrückt werden.
Es wird nun das zweite Beispiel beschrieben. Das erste und das zweite Phasenverhältnis gemäß dem zweiten Beispiel der vorliegenden Ausführungsform sind die gleichen wie jene gemäß dem zweiten Beispiel der vierten Ausführungsform. In dem zweiten Beispiel sind die erste und die zweite Erfassungseinheit 10 und 20 angeordnet, um das erste und das zweite Phasenverhältnis gemäß dem zweiten Beispiel zu begründen. Konkret sind die erste Position P1 und die zweite Position P2 dahingehend definiert, so dass der Abstand L1 aus 21 eine Größe hat, die einem elektrischen Winkel von (90° – 360°/n) entspricht.
Der Betrag, der einem elektrischen Winkel von (90° – 360°/n) entspricht, ist Lp(1/4 – 1/n). In dem zweiten Beispiel sind die erste und die zweite Position P1 und P2 dahingehend definiert, so dass der Abstand L1 gleich Lp(1/4 – 1/n) ist. In der vorliegenden Ausführungsform ist n insbesondere 5. Somit sind die erste und die zweite Position P1 und P2 in dem zweiten Beispiel dahingehend definiert, dass Abstand L1 gleich Lp/20 ist.
Gemäß dem zweiten Beispiel, wenn es die zweite Ursache ist, die die Wellenform von jedem des ersten bis vierten Erfassungssignals S1 bis S4 verzerrt, falls das erste und das zweite Erfassungssignal S1 und S2 durch Gleichungen (1) bzw. (2) der ersten Ausführungsform ausgedrückt werden, können das dritte und vierte Erfassungssignal S3 und S4 durch Gleichungen (46) bzw. (47) der sechsten Ausführungsform ausgedrückt werden.
Das Verfahren zum Erzeugen des ersten Signals Sa und des zweiten Signals Sb und das Verfahren zum Berechnen des Erfassungswinkelwerts θs in der vorliegenden Ausführungsform sind die gleichen wie jene in der sechsten Ausführungsform.
Die vorliegende Ausführungsform ermöglicht die Verringerung des Winkelfehlers, der aus der ersten Fehlerkomponente resultiert, wenn die Ursachen der Verzerrung der Wellenform von jeweils dem ersten bis vierten Erfassungssignal S1 bis S4 die zweite Ursache beinhalten.
Die übrige Ausgestaltung, Funktion und Wirkungen der vorliegenden Ausführungsform sind die gleichen wie jene einer der ersten, vierten und sechsten Ausführungsformen.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehenden Ausführungsformen beschränkt und es können verschiedene Modifikationen daran vorgenommen werden. Beispielsweise kann die Winkelberechnungseinheit 54 eine Verarbeitung ausführen, die sich von der ersten oder zweiten Korrekturverarbeitung unterscheidet.
Offensichtlich sind in Anbetracht der obenstehenden Lehren viele Modifizierungen und Abwandlungen der vorliegenden Erfindung möglich. Es wird daher angemerkt, dass innerhalb des Schutzumfangs der beigefügten Ansprüche und deren Entsprechungen die Erfindung in anderen als in den vorangegangenen, am meisten bevorzugten Ausführungsformen ausgeführt werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011081389 A1 [0003, 0007, 0012]
JP 05-346329 A [0008, 0013]

Claims

Winkelsensor (2) zum Erzeugen eines Erfassungswinkelwerts, wobei der Erfassungswinkelwert eine Entsprechung zu einem Winkel hat, den eine Richtung eines Drehmagnetfelds in einer Referenzposition bezüglich einer Referenzrichtung bildet, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkelsensor (2) aufweist: eine erste Erfassungseinheit (10); eine zweite Erfassungseinheit (20); und eine Winkelerfassungseinheit (50), die erste Erfassungseinheit (10) eine erste Erfassungssignal-Erzeugungseinheit (11) zum Erzeugen eines ersten Erfassungssignals und eine zweite Erfassungssignal-Erzeugungseinheit (12) zum Erzeugen eines zweiten Erfassungssignals umfasst, wobei das erste und zweite Erfassungssignal jeweils eine Entsprechung zu einem Winkel haben, den die Richtung des Drehmagnetfelds in einer ersten Position bezüglich einer ersten Richtung bildet, die zweite Erfassungseinheit (20) eine dritte Erfassungssignal-Erzeugungseinheit (21) zum Erzeugen eines dritten Erfassungssignals und eine vierte Erfassungssignal-Erzeugungseinheit (22) zum Erzeugen eines vierten Erfassungssignals umfasst, wobei das dritte und vierte Erfassungssignal jeweils eine Entsprechung zu einem Winkel haben, den die Richtung des Drehmagnetfelds in einer zweiten Position bezüglich einer zweiten Richtung bildet, wenn die Richtung des Drehmagnetfelds mit einer vorgegebenen Periode variiert, jedes der ersten bis vierten Erfassungssignale eine Idealkomponente, eine erste Fehlerkomponente und eine zweite Fehlerkomponente enthält, die Idealkomponente periodisch derart variiert, dass sie eine ideale Sinuskurve abbildet, die erste Fehlerkomponente eine Fehlerkomponente ist, die einer n-ten Harmonischen der Idealkomponente entspricht, die zweite Fehlerkomponente eine Fehlerkomponente ist, die einer m-ten Harmonischen der Idealkomponente entspricht, n größer ist als m, die Idealkomponenten des ersten und zweiten Erfassungssignals zueinander phasenverschoben sind, die Idealkomponenten des dritten und vierten Erfassungssignals zueinander phasenverschoben sind, die erste Erfassungseinheit (10) und die zweite Erfassungseinheit (20) in einem Positionsverhältnis angeordnet sind, welches ein erstes Phasenverhältnis zwischen den Idealkomponenten des ersten und dritten Erfassungssignals und ein zweites Phasenverhältnis zwischen den Idealkomponenten des zweiten und vierten Erfassungssignals begründet, das erste Phasenverhältnis ein Verhältnis dergestalt ist, dass das Ausführen einer ersten Operation zum Erhalt der Summe aus oder der Differenz zwischen dem ersten und dritten Erfassungssignal ein erstes Signal ergibt, dessen erste Fehlerkomponente kleiner ist als in dem ersten und dritten Erfassungssignal, das zweite Phasenverhältnis ein Verhältnis dergestalt ist, dass das Ausführen einer zweiten Operation zum Erhalt der Summe aus oder der Differenz zwischen dem zweiten und vierten Erfassungssignal ein zweites Signal ergibt, dessen erste Fehlerkomponente kleiner ist als in dem zweiten und vierten Erfassungssignal, die Winkelerfassungseinheit (50) umfasst: eine erste Berechnungsschaltung (52) zum Erzeugen des ersten Signals mittels Ausführen der ersten Operation; eine zweite Berechnungsschaltung (53) zum Erzeugen des zweiten Signals mittels Ausführen der zweiten Operation; und eine Winkelberechnungseinheit (54) zum Berechnen des Erfassungswinkelwerts auf Grundlage des ersten Signals und des zweiten Signals, und die Winkelberechnungseinheit (54) eine Korrekturverarbeitung ausführt, vermittels der ein aufgrund der zweiten Fehlerkomponente in dem Erfassungswinkelwert auftretender Fehler verglichen mit dem Fall, bei dem die Korrekturverarbeitung nicht ausgeführt wird, verringert ist.
Winkelsensor (2) nach Anspruch 1, wobei das Positionsverhältnis zwischen der ersten Erfassungseinheit (10) und der zweiten Erfassungseinheit (20) ein Verhältnis dergestalt ist, dass sich die erste Position und die zweite Position voneinander unterscheiden, so dass sich die Richtung des Drehmagnetfelds in der ersten Position und die Richtung des Drehmagnetfelds in der zweiten Position voneinander unterscheiden.
Winkelsensor (2) nach Anspruch 1, wobei das Positionsverhältnis zwischen der ersten Erfassungseinheit (10) und der zweiten Erfassungseinheit (20) ein Verhältnis dergestalt ist, dass sich die erste Richtung und die zweite Richtung voneinander unterscheiden, wohingegen die Richtung des Drehmagnetfelds in der ersten Position und die Richtung des Drehmagnetfelds in der zweiten Position gleich sind.
Winkelsensor (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das erste Phasenverhältnis ein Verhältnis ist, bei dem die Idealkomponenten des ersten und dritten Erfassungssignals eine Phasendifferenz von 180°/n haben, das zweite Phasenverhältnis ein Verhältnis ist, bei dem die Idealkomponenten des zweiten und vierten Erfassungssignals eine Phasendifferenz von 180°/n haben, die erste Operation eine Operation ist, um die Summe des ersten und dritten Erfassungssignals zu erhalten, und die zweite Operation eine Operation ist, um die Summe des zweiten und vierten Erfassungssignals zu erhalten.
Winkelsensor (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das erste Phasenverhältnis ein Verhältnis ist, bei dem die Idealkomponenten des ersten und dritten Erfassungssignals eine Phasendifferenz von 360°/n haben, das zweite Phasenverhältnis ein Verhältnis ist, bei dem die Idealkomponenten des zweiten und vierten Erfassungssignals eine Phasendifferenz von 360°/n haben, die erste Operation eine Operation ist, um die Differenz zwischen dem ersten und dem dritten Erfassungssignal zu erhalten, die zweite Operation eine Operation ist, um die Differenz zwischen dem zweiten und dem vierten Erfassungssignal zu erhalten.
Winkelsensor (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Phasendifferenz zwischen den Idealkomponenten des ersten und zweiten Erfassungssignals und die Phasendifferenz zwischen den Idealkomponenten des dritten und vierten Erfassungssignals beide 90° sind.
Winkelsensor (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei jede der ersten bis vierten Erfassungssignal-Erzeugungseinheiten (11, 12, 21, 22) zumindest ein Magnet-Erfassungselement beinhaltet.
Winkelsensor (2) nach Anspruch 7, wobei das zumindest eine Magnet-Erfassungselement zumindest ein magnetoresistives Element (150) umfasst, und das zumindest eine magnetoresistive Element (150) eine Schicht (153) mit festgelegter Magnetisierung, deren Magnetisierungsrichtung festgelegt ist, eine freie Schicht (151), deren Magnetisierungsrichtung in Abhängigkeit von der Richtung des Drehmagnetfelds variiert, und eine nichtmagnetische Schicht (152), die sich zwischen der Schicht (153) mit festgelegter Magnetisierung und der freien Schicht (151) befindet, umfasst.
Winkelsensor (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei m gleich 3 und n gleich 5 ist.
Winkelsensor (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Korrekturverarbeitung eine Verarbeitung zum Subtrahieren eines Schätzwerts, von jeweils dem ersten und zweiten Erfassungssignal, der darin enthaltenen zweiten Fehlerkomponente ist.
Winkelsensor (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei m gleich 3 ist, wenn die Richtung des Drehmagnetfelds mit der vorgegebenen Periode variiert, der aufgrund der zweiten Fehlerkomponente in dem Erfassungswinkelwert auftretende Fehler eine Komponente enthält, die mit einer Periode variiert, die halb so groß wie die vorgegebene Periode ist, die Korrekturverarbeitung das Ausführen von Umwandlungsoperationen umfasst, um das erste und zweite Signal in ein erstes und zweites Rechensignal umzuwandeln, die zur Winkelberechnung zum Berechnen des Erfassungswinkelwerts genutzt werden, und die Umwandlungsoperationen das erste und zweite Signal in das erste und zweite Berechnungssignal umwandeln, so dass die Komponente, die mit einer Periode der Hälfte der vorgegebenen Periode variiert, verglichen mit dem Fall, bei dem der Erfassungswinkelwert mittels Ausführen der Winkelberechnung mithilfe des ersten und zweiten Signals berechnet wird, verringert ist.
Winkelsensorsystem (1), aufweisend: den Winkelsensor (2) nach Anspruch 1; und eine Magnetfeld-Erzeugungseinheit (5, 7, 8) zum Erzeugen des Drehmagnetfelds.
Winkelsensorsystem (1) nach Anspruch 12, wobei das Positionsverhältnis zwischen der ersten Erfassungseinheit (10) und der zweiten Erfassungseinheit (20) ein Verhältnis dergestalt ist, dass sich die erste Position und die zweite Position voneinander unterscheiden, so dass sich die Richtung des Drehmagnetfelds in der ersten Position und die Richtung des Drehmagnetfelds in der zweiten Position voneinander unterscheiden.
Winkelsensorsystem (1) nach Anspruch 13, wobei die Magnetfeld-Erzeugungseinheit (5, 7, 8) eingerichtet ist, ihre Relativposition bezüglich der ersten und zweiten Erfassungseinheit (10, 20) in einer vorgegebenen Richtung zu variieren, und sich die erste und die zweite Position voneinander in der vorgegebenen Richtung unterscheiden.
Winkelsensorsystem (1) nach Anspruch 14, wobei die Magnetfeld-Erzeugungseinheit (5, 7) eingerichtet ist, sich um eine Mittelachse zu drehen, die vorgegebene Richtung die Drehrichtung der Magnetfeld-Erzeugungseinheit (5, 7) ist, und die erste Position und die zweite Position in einer gedachten Ebene senkrecht zur Mittelachse liegen und sich im gleichen Abstand zur Mittelachse befinden.
Winkelsensorsystem (1) nach Anspruch 14, wobei die erste Position und die zweite Position auf einer gedachten Geraden liegen und sich voneinander unterscheiden, und die vorgegebene Richtung parallel zu der gedachten Geraden ist.
Winkelsensorsystem (1) nach Anspruch 12, wobei das Positionsverhältnis zwischen der ersten Erfassungseinheit (10) und der zweiten Erfassungseinheit (20) ein Verhältnis dergestalt ist, dass sich die erste Richtung und die zweite Richtung voneinander unterscheiden, wohingegen die Richtung des Drehmagnetfelds in der ersten Position und die Richtung des Drehmagnetfelds in der zweiten Position gleich sind.