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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen das Gebiet der Drehwinkelgeber, Lagesteuervorrichtungen, automatischen Lenkvorrichtungen und Drosselvorrichtungen.
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Hintergrund der Erfindung
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Als eine herkömmliche Technologie wurde ein Drehwinkelgeber vorgeschlagen, der einen Einfluss von magnetischem Rauschen auf ein Ausgangssignal reduziert, wenn eine Richtung eines rotierenden Magnetfeldes (siehe beispielsweise
JP 2007-10449 A ) erkannt wird.
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Ein Drehwinkelgeber, der in
JP 2007-10449 A oder
JP 2016-514833 A offengelegt ist, weist einen Sensor, der mit einem Paar von magnetischen Detektionselementen in einer Vielzahl von Richtungen in Bezug auf ein rotierendes Magnetfeld angeordnet ist, und einen Signalverarbeitungsteil auf, der eine Signalausgabe von jedem magnetischen Detektionselement des Sensors verarbeitet und ein Signal ausgibt, das einem Winkel des Magnetfeldes entspricht. In dem Drehwinkelgeber spezifiziert der Signalverarbeitungsteil einen Einfluss von magnetischem Rauschen durch Vergleichen einer Phase und einer Amplitude jeder Ausgabe des Paars von magnetischen Detektionselementen, wenn das Magnetfeld gedreht wird, und gibt ein Signal mit reduziertem Einfluss von magnetischem Rauschen durch Subtrahieren des Einflusses des magnetischen Rauschens oder durch Ausführen einer Berechnungsverarbeitung wie Mitteln einzelner Ausgaben des Paars von magnetischen Detektionselementen aus.
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Wenngleich jedoch der Drehwinkelgeber von
JP 2007 -
10449 A oder
JP 2016-514833 A ein Signal mit reduziertem Einfluss von magnetischem Rauschen ausgibt, ist es notwendig, magnetische Detektionselemente in einer Vielzahl von Richtungen in Bezug auf das rotierende Magnetfeld anzuordnen, was ein Problem verursacht, dass eine Form eines Sensors nicht kleiner als mindestens ein Bereich gemacht werden kann, in dem die magnetischen Detektionselemente angeordnet sind. Außerdem ist es notwendig, ein Drehzentrum des rotierenden Magnetfelds im Wesentlichen mit einem Zentrum des Drehwinkelgebers zusammenfallen zu lassen, was ein Problem verursacht, dass eine Anordnung des Drehwinkelgebers begrenzt ist.
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Daher besteht ein Bedarf an einem Drehwinkelgeber, wobei zumindest eines dieser Nachteile vermieden oder überwunden wird.
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Kurzdarstellung der Erfindung
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Es ist eine Aufgabe der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, einen , Drehwinkelgeber zur Verfügung zu stellen, eine Lagesteuervorrichtung, eine automatische Lenkvorrichtung und eine Drosselvorrichtung bereitzustellen, die einen Drehwinkel detektieren sollen, mit einer im Vergleich zu herkömmlichen verringerten Größe und reduzierten Beschränkung auf die Anordnung.
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Die obige Aufgabe wird durch die Lösung gemäß der vorliegenden Erfindung erfüllt.
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In einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung den folgenden Drehwinkelgeber, Lagersteuervorrichtung, automatische Lenkvorrichtung und Drosselvorrichtung. Ein Drehwinkelgeber gemäß der Erfindung weist Folgendes auf:
- - einen Magneten, der zum Rotieren angeordnet ist; und
- - eine magnetische Detektions-IC versehen mit einem ersten Paar von magnetischen Detektionselementen, die eine Normallinie einer Detektionsfläche parallel zu einer Drehachsrichtung des Magneten aufweisen und in einem Bereich angeordnet sind, der sich mit dem Magneten außer auf einer Drehachse in einer Draufsicht überlappt, und konfiguriert sind, einen Magnetfluss des Magneten zu detektieren, mit einem zweiten Paar von magnetischen Detektionselementen, die mit einem vorbestimmten Abstand von dem ersten Paar von magnetischen Detektionselementen in einer Umfangsdrehrichtung angeordnet sind, und einem Signalverarbeitungsteil , das konfiguriert ist, ein Signal auszugeben, das einem Drehwinkel des Magneten basierend auf Ausgaben des ersten Paares von magnetischen Detektionselementen und des zweiten Paares von magnetischen Detektionselementen entspricht.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Drehwinkelgebers bestimmt das Signalverarbeitungsteil aus Ausgaben des ersten Paars von magnetischen Detektionselementen und des zweiten Paars von magnetischen Detektionselementen eine erste Magnetflussdichtedifferenz in der Drehachsrichtung und eine zweite Magnetflussdichtedifferenz in der Umfangsrichtung der Drehung und gibt ein Signal aus, das dem Drehwinkel des Magneten basierend auf der ersten Magnetflussdichtedifferenz und der zweiten Magnetflussdichtedifferenz entspricht.
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In dem Drehwinkelgeber bestimmt das Signalverarbeitungsteil vorzugsweise einen Maximalwert einer Amplitude der ersten Magnetflussdichtedifferenz und einen Maximalwert einer Amplitude der zweiten Magnetflussdichtedifferenz basierend auf einer Änderungsrate in den Amplituden der ersten Magnetflussdichtedifferenz und der zweiten Magnetflussdichtedifferenz und normalisiert die Amplitude der ersten Magnetflussdichtedifferenz und der zweiten Magnetflussdichtedifferenz entsprechend dem Maximalwert der Amplitude der ersten Magnetflussdichtedifferenz und dem Maximalwert der Amplitude der zweiten Magnetflussdichtedifferenz.
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Die Erfindung betrifft auch einen Drehwinkelgeber, der Folgendes aufweist:
- - einen Magneten, der rotiert;
- - eine magnetische Detektions-IC versehen mit zwei ersten Paaren von magnetischen Detektionselementen, die eine Normallinie einer Detektionsfläche parallel zu einer Drehachsrichtung des Magneten aufweisen und in einem Bereich angeordnet sind, der sich mit dem Magneten außer auf einer Drehachse in einer Draufsicht überlappt, und konfiguriert sind, einen Magnetfluss des Magneten zu detektieren, mit zwei zweiten Paaren von magnetischen Detektionselementen, die mit einem vorbestimmten Abstand von den zwei ersten Paaren von magnetischen Detektionselementen in einer Umfangsdrehrichtung angeordnet sind, und mit einem Signalverarbeitungsteil , das konfiguriert ist, ein Signal auszugeben, das einem Drehwinkel des Magneten basierend auf Ausgaben der zwei ersten Paare von magnetischen Detektionselementen und der zwei zweiten Paare von magnetischen Detektionselementen entspricht.
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In Ausführungsformen des Drehwinkelgebers bestimmt die Signalverarbeitungseinheit aus Ausgaben des ersten Paars von magnetischen Detektionselementen und des zweiten Paars von magnetischen Detektionselementen eine dritte Magnetflussdichtedifferenz in einer radialen Richtung der Drehung und eine zweite Magnetflussdichtedifferenz in der Umfangsrichtung der Drehung und gibt ein Signal aus, das dem Drehwinkel des Magneten basierend auf der dritten Magnetflussdichtedifferenz und der zweiten Magnetflussdichtedifferenz entspricht.
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In weiteren Ausführungsformen bestimmt die Signalverarbeitungseinheit einen Maximalwert einer Amplitude der dritten Magnetflussdichtedifferenz und einen Maximalwert einer Amplitude der zweiten Magnetflussdichtedifferenz basierend auf einer Änderungsrate in den Amplituden der dritten Magnetflussdichtedifferenz und der zweiten Magnetflussdichtedifferenz und normalisiert die Amplitude der dritten Magnetflussdichtedifferenz und der zweiten Magnetflussdichtedifferenz entsprechend dem Maximalwert der Amplitude der dritten Magnetflussdichtedifferenz und dem Maximalwert der Amplitude der zweiten Magnetflussdichtedifferenz.
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In bevorzugten Ausführungsformen hat der Magnet eine Magnetisierungsrichtung in einer Richtung senkrecht zur Drehachse.
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In anderen bevorzugten Ausführungsformen ist der Magnet durch eine durch die Drehachse verlaufende Ebene in zwei Teile geteilt, und die beiden Teile parallel zur Drehachsrichtung sind in zueinander entgegengesetzten Richtungen magnetisiert.
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Vorteilhafterweise ist der Magnet in eine Vielzahl von Teilen durch eine durch die Drehachse verlaufende Ebene in Übereinstimmung mit einem zu detektierenden Drehwinkel geteilt und die Vielzahl von Teilen parallel zur Drehachsrichtung und in zueinander entgegengesetzten Richtungen ist magnetisiert.
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In bestimmten Ausführungsformen ist der Magnet nur in einem Teilwinkel um eine Mittelachse gebildet.
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In einem anderen Aspekt betrifft die Erfindung einen Drehwinkelgeber, der Folgendes aufweist:
- - einen Magneten, der rotiert;
- - eine magnetische Detektions-IC, versehen mit einem ersten Paar von magnetischen Detektionselementen, die eine Normallinie einer Detektionsfläche parallel zu einer Drehachsrichtung des Magneten aufweisen und in einem Bereich angeordnet sind, der sich nicht mit dem Magneten in einer Draufsicht überlappt, und konfiguriert sind, einen Magnetfluss des Magneten zu detektieren, mit einem zweiten Paar von magnetischen Detektionselementen, die mit einem vorbestimmten Abstand von dem ersten Paar von magnetischen Detektionselementen in einer Umfangsdrehrichtung angeordnet sind, und einem Signalverarbeitungsteil, das konfiguriert ist, ein Signal auszugeben, das einem Drehwinkel des Magneten basierend auf Ausgaben des ersten Paares von magnetischen Detektionselementen und des zweiten Paares von magnetischen Detektionselementen entspricht.
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In noch einem anderen Aspekt betrifft die Erfindung einen Drehwinkelgeber, der Folgendes aufweist:
- - einen Magneten, der rotiert;
- - eine magnetische Detektions-IC, versehen mit einem ersten Paar von magnetischen Detektionselementen, die eine Normallinie einer Detektionsfläche in einer Umfangsrichtung in Bezug auf eine Drehachse des Magneten aufweisen, in einem Bereich angeordnet sind, der sich nicht mit dem Magneten in einer Draufsicht überlappt, in der die Drehachsrichtung eine Normalrichtung ist, in einem Bereich angeordnet sind, der sich mit dem Magneten in einer Draufsicht überlappt, in der eine Richtung senkrecht zur Drehachse eine Normallinie ist, und konfiguriert sind, einen Magnetfluss des Magneten zu detektieren, mit einem zweiten Paar von magnetischen Detektionselementen, die mit einem vorbestimmten Abstand von dem ersten Paar von magnetischen Detektionselementen in einer Umfangsdrehrichtung angeordnet sind, und mit einer Signalverarbeitungseinheit , die konfiguriert ist, ein Signal auszugeben, das einem Drehwinkel des Magneten basierend auf Ausgaben des ersten Paares von magnetischen Detektionselementen und des zweiten Paares von magnetischen Detektionselementen entspricht.
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Die Erfindung betrifft auch eine Lagesteuerungs- bzw regelungsvorrichtung, die den Drehwinkelgeber wie oben beschrieben aufweist.
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Die Erfindung betrifft auch eine automatische Lenkvorrichtung, die den Drehwinkelgeber wie oben beschrieben aufweist.
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Die Erfindung betrifft auch eine Drosselvorrichtung, die den Drehwinkelgeber wie oben beschrieben aufweist.
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Für die Zwecke der Zusammenfassung der Erfindung und der gegenüber dem Stand der Technik erreichten Vorteile wurden vorstehend bestimmte Aufgaben und Vorteile der Erfindung beschrieben. Es versteht sich von selbst, dass nicht unbedingt alle diese Aufgaben oder Vorteile in Übereinstimmung mit einer bestimmten Ausführungsform der Erfindung erzielt werden können. So wird der Fachmann zum Beispiel detektieren, dass die Erfindung in einer Weise realisiert oder ausgeführt werden kann, die einen Vorteil oder eine Gruppe von Vorteilen, wie hierin gelehrt, erzielt oder optimiert, ohne notwendigerweise andere Ziele oder Vorteile zu erzielen, die hierin möglicherweise gelehrt oder vorgeschlagen werden.
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Die obigen und andere Aspekte der Erfindung gehen aus der bzw. den nachstehend beschriebenen Ausführungsform(en) hervor und sind unter Bezugnahme auf diese ersichtlich.
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Figurenliste
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Die Erfindung wird nun anhand von Beispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen weiter beschrieben, wobei sich ähnliche Bezugszeichen auf ähnliche Elemente in den verschiedenen Figildungen beziehen.
- 1 veranschaulicht eine schematische Ansicht, die ein Konfigurationsbeispiel eines Lenksystems gemäß einer ersten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt.
- 2 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht, die ein Konfigurationsbeispiel eines Drehwinkelgebers gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
- 3(a) bis 3(c) sind eine perspektivische Ansicht, eine Draufsicht und eine Vorderansicht, die eine Positionsbeziehung zwischen einer Hall-IC und einem Magneten erläutern.
- 4 zeigt eine perspektivische Ansicht, eine Draufsicht und eine Querschnittsansicht, die eine Konfiguration der Hall-IC zeigt.
- 5 veranschaulicht ein Blockschaltbild, das eine Konfiguration eines Signalverarbeitungsteils der Hall-IC zeigt.
- 6 veranschaulicht eine schematische Querschnittsansicht, um einen MagnetflussDetektionsbetrieb der Hall-IC zu erläutern.
- 7(a1) bis 7(a5) und 7(b1) bis 7(b5) sind schematische Darstellungen, die eine Beziehung zwischen einem Drehwinkel des Magneten und dem Magnetfluss darstellen, der von der Hall-IC erkannt werden soll. 7(a1) bis 7(a5) sind Vorderansichten und 7(b1) bis 7(b5) sind Draufsichten.
- 8(a) und 8(b) sind grafische Darstellungen, die Ausgaben ΔBz und ΔBx der Hall-IC jeweils relativ zu einem Drehwinkel des Magneten zeigen.
- 9 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht, die ein Konfigurationsbeispiel eines Drehwinkelgebers gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt.
- 10(a) und 10(b) sind perspektivische Ansichten, die ein modifiziertes Beispiel einer Magnetisierungsrichtung des Magneten zeigen.
- 11(a) und 11(b) sind perspektivische Ansichten, die modifizierte Beispiele einer Form und einer Magnetisierungsrichtung des Magneten zeigen.
- 12(a) und 12(b) veranschaulichen perspektivische Ansichten, die modifizierte Beispiele einer Form und einer Magnetisierungsrichtung des Magneten bereitstellen.
- 13(a) bis 13(c) sind perspektivische Ansichten, die ein modifiziertes Beispiel einer Anordnung der Hall-IC zeigen.
- 14(a) bis 14(c) veranschaulichen perspektivische Ansichten, die modifizierte Beispiele eines Drehwinkels und einer Magnetisierungsrichtung des Magneten zeigen.
- 15(a) bis 15(c) sind eine perspektivische Ansicht, eine Draufsicht und eine Querschnittsansicht, die eine Konfiguration der Hall-IC gemäß einer dritten Ausführungsform zeigt.
- 16(a) und 16(b) sind Schaubilder, die Ausgaben ΔBy und ΔBx der Hall-IC jeweils relativ zu einem Drehwinkel des Magneten zeigen.
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Ausführliche Beschreibung von veranschaulichenden Ausführungsformen
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Die vorliegende Erfindung wird mit Bezug auf bestimmte Ausführungsformen und mit Bezug auf bestimmte Zeichnungen beschrieben, jedoch ist die Erfindung nicht darauf beschränkt, sondern nur durch die Ansprüche.
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Ferner werden die Begriffe erster, zweiter und dergleichen in der Beschreibung und in den Ansprüchen verwendet, um zwischen ähnlichen Elementen zu unterscheiden, und nicht notwendigerweise, um eine Sequenz entweder zeitlich, räumlich, rangmässig oder auf beliebige andere Weise zu beschreiben. Es gilt, dass die so verwendeten Begriffe unter geeigneten Umständen austauschbar sind und dass die hier beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung in anderen als den hierin beschriebenen oder dargestellten Sequenzen funktionieren können.
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Es ist zu beachten, dass der in den Ansprüchen verwendete Ausdruck „umfassend“ nicht so auszulegen ist, dass er auf die nachfolgend aufgeführten Mittel beschränkt ist; er schließt andere Elemente oder Schritte nicht aus. Er ist somit so auszulegen, dass er die Gegenwart der angegebenen Merkmale, Ganzzahlen, Schritte oder Komponenten spezifiziert, jedoch die Gegenwart oder Hinzufügung eines oder mehrerer anderer Merkmale, Ganzzahlen, Schritte oder Komponenten oder Gruppen davon nicht ausschließt. Somit soll der Umfang des Ausdrucks „eine Vorrichtung umfassend Mittel A und B“ nicht auf Vorrichtungen beschränkt sein, die nur aus den Komponenten A und B bestehen. Dies bedeutet, dass in Bezug auf die vorliegende Erfindung die einzigen relevanten Komponenten der Vorrichtung A und B sind.
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Eine Bezugnahme in der gesamten Spezifikation auf „eine Ausführungsform“ bedeutet, dass ein bestimmtes Merkmal, eine bestimmte Struktur oder Eigenschaft, die in Verbindung mit der Ausführungsform beschrieben wird, in mindestens einer Ausführungsform enthalten ist. So kann, aber braucht sich die Verwendung des Ausdrucks „in einer Ausführungsform“ an verschiedenen Stellen in der gesamten Spezifikation nicht unbedingt auf die gleiche Ausführungsform zu beziehen. Darüber hinaus können die besonderen Merkmale, Strukturen oder Eigenschaften in beliebiger geeigneter Weise kombiniert werden, wie für den Durchschnittsfachmann aus dieser Offen in einer oder mehreren Ausführungsformen ersichtlich ist.
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Gleichermaßen wird man zu schätzen wissen, dass in der Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung verschiedene Merkmale der Erfindung manchmal in einer einzigen Ausführungsform, Figildung oder Beschreibung davon zusammengefasst sind, um die Offenlegung zu vereinfachen und zum Verständnis eines oder mehrerer der verschiedenen Aspekte der Erfindung beizutragen. Dieses Offenlegungsverfahren ist jedoch nicht dahingehend auszulegen, dass es eine Absicht widerspiegelt, dass die beanspruchte Erfindung mehr Merkmale erfordert, als ausdrücklich in jedem Anspruch angegeben sind. Vielmehr liegen, wie die folgenden Ansprüche widerspiegeln, Aspekte der Erfindung in weniger als allen Merkmalen einer einzelnen der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen. Daher werden die der ausführlichen Beschreibung folgenden Ansprüche hiermit ausdrücklich in diese Beschreibung aufgenommen, wobei jeder Anspruch an sich für eine separate Ausführungsform dieser Erfindung steht.
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Während einige hierin beschriebene Ausführungsformen einige, jedoch nicht andere Merkmale einschließen, die in anderen Ausführungsformen enthalten sind, sollen darüber hinaus Kombinationen von Merkmalen verschiedener Ausführungsformen innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung liegen und verschiedene Ausführungsformen bilden, wie für den Fachmann ersichtlich ist. Zum Beispiel kann in den folgenden Ansprüchen jede der beanspruchten Ausführungsformen in einer beliebigen Kombination verwendet werden.
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Es ist anzumerken, dass die Verwendung einer bestimmten Terminologie beim Beschreiben bestimmter Merkmale oder Aspekte der Erfindung nicht implizieren soll, dass die Terminologie hierin neu definiert oder so eingeschränkt wird, dass sie irgendwelche spezifischen Eigenschaften der Merkmale oder Aspekte der Erfindung einschließt, mit denen diese Terminologie verbunden ist.
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In der hierin bereitgestellten Beschreibung sind zahlreiche spezifische Details dargelegt. Allerdings gilt, dass Ausführungsformen der Erfindung ohne diese spezifischen Details in die Praxis umgesetzt werden können. In anderen Fällen wurden wohl bekannte Verfahren, Strukturen und Techniken nicht im Detail dargestellt, um das Verständnis dieser Beschreibung nicht zu beeinträchtigen.
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1 repräsentiert eine schematische Ansicht eines Konfigurationsbeispiels eines Lenksystems gemäß einer ersten Ausführungsform. Ein Lenksystem 8 weist Folgendes auf: einen Drehwinkelgeber 1, der zum Detektieren eines Lenkwinkels einer Lenkwelle 20 und zum Ausgeben eines Detektionssignals konfiguriert ist, ein Lenkrad 2, das mit einem Ende der Lenkwelle 20 verbunden ist, und einen Motor 3, der zum Drehen einer Lenksäule 21 über ein Untersetzungsgetriebe 30 zur automatischen Lenkung des Lenkrads 2 konfiguriert ist, eine elektrische Steuereinheit (ECU) 4, die konfiguriert ist, einen Betrieb des Motors 3 in Übereinstimmung mit einer Ausgabe des Drehwinkelgebers 1 zu steuern und/oder Informationen über den Lenkwinkel an eine elektronische Stabilitätssteuerung (ESC) 7 auszugeben; ein Ritzel 5, das konfiguriert ist, eine Drehbewegung der Säulen-welle bzw. ein Säulenschaft 21 in eine lineare Bewegung einer Zahnstangenwelle 50 umzuwandeln; ein Rad 6, das mit der Zahnstangenwelle 50 über eine Zugstange (nicht gezeigt) oder dergleichen verbunden ist; wobei die ESC 7 so konfiguriert ist, dass sie eine Lage zu einer Zeit des Wendens eines Fahrzeugs stabilisiert, um ein Seitenrutschen zu verhindern.
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In der obigen Konfiguration bewirkt eine Drehung des Lenkrads 2 durch einen Fahrer eine Drehung der Lenkwelle 20, die mit dem Lenkrad 2 verbunden ist. Die Drehung der Lenkwelle 20 bewirkt eine begleitende Drehung der Säulenwelle 21. Die Drehung der Säulenwelle 21 bewirkt eine Verschiebung der Zahnstangenwelle 50 über das Ritzel 5, ändert einen Winkel eines Paares von Rädern 6 in Übereinstimmung mit dem Verschiebungsbetrag der Zahnstangenwelle 50.
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Der Drehwinkelgeber 1 detektiert den Lenkwinkel der Lenkwelle 20 und gibt ein Detektionssignal entsprechend dem erkannten Lenkwinkel aus. Wenn das Detektionssignal von dem Drehwinkelgeber 1 eingegeben wird, berechnet die ECU 4 den Lenkwinkel der Lenkwelle 20 in Übereinstimmung mit dem Detektionssignal und gibt Informationen über den Lenkwinkel an die ESC 7 aus. Die ESC 7 stabilisiert eine Lage eines Fahrzeugs zu einer Zeit des Drehens durch Steuern einer Bremse und einer Motorausgabe in Übereinstimmung mit den Informationen über den eingegebenen Lenkwinkel.
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Ferner steuert die Lenkung des Fahrzeugs in der Automatisierung der ECU 4 den Motor 3 in Übereinstimmung mit dem Detektionssignal, wenn das Detektionssignal des Drehwinkelgebers 1 eingegeben wird. Die Drehung des Motors 3 wird durch das Untersetzungsgetriebe 30 verzögert, um die Säulenwelle 21 zum Betätigen des Lenkrads 2 zu drehen. Es ist anzumerken, dass eine Ausgabe des Motors 3 direkt auf die Zahnstangenwelle 50 übertragen werden kann, ohne durch die Säulenwelle 21 hindurchzugehen.
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2 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht, die ein Konfigurationsbeispiel eines Drehwinkelgebers 1 gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.3(a) bis 3(c) sind eine perspektivische Ansicht, eine Draufsicht bzw. eine Vorderansicht, die eine Positionsbeziehung zwischen einer Hall-IC 100 und einem Magneten 110 erläutern.
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Der Drehwinkelgeber 1 weist einen Magnetdetektor 10 auf, der mit der Hall-IC 100 auf einem Substrat 101 befestigt ist, wobei ein säulenförmiger Magnet 110 mit der Lenkwelle 20 über ein Getriebeteil 12 verbunden und konfiguriert ist, sich in einer r-Richtung zusammen mit einer Drehung der Lenkwelle 20 in einer R-Richtung zu drehen.
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Der Magnetdetektor 10 ist so angeordnet, dass eine Befestigungsfläche des Substrats 101 einer unteren Fläche des Magneten 110 gegenüberliegt. Ein Punkt 101c auf dem Substrat 101 ist ein Punkt, der mit einer Drehachse des Magneten 110 übereinstimmt. Die Hall-IC 100 ist an einer Position angeordnet, die von dem Punkt 101c versetzt ist, wobei ihr magnetisches Detektionszentrum nicht mit dem Punkt 101c auf dem Substrat 101 übereinstimmt.
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Der Magnet 110 ist parallel zur unteren Fläche (oberen Fläche) einer zylindrischen Säule magnetisiert und dreht sich in einer Magnetisierungsrichtung Dm zusammen mit der Drehung in einer r-Richtung durch Drehen um eine Mittelachse der zylindrischen Säule als eine Drehachse. Die Drehung des Magneten 110 ändert das Magnetfeld an einem magnetischen Detektionspunkt der Hall-IC 100. Eine spezifische Änderung des Magnetfelds wird später in 7 beschrieben.
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Das Getriebeteil 12 weist ein Zahnrad 120 auf, das konfiguriert ist, sich zusammen mit dem Magneten 110 um eine Welle 120a zu drehen, ein Zahnrad 121, das konfiguriert ist, sich um die Welle 121a zu drehen, und ein Zahnrad 122 , das konfiguriert ist, sich zusammen mit der Lenkwelle 20 zu drehen. Das Getriebeteil 12 ist in einem Gehäuse (nicht gezeigt) untergebracht, und die Wellen 120a und 121a sind in Löchern gehalten, die an einer Innenwand des Gehäuses bereitgestellt sind. Der Magnetdetektor 10 kann in dem Gehäuse untergebracht sein oder kann außerhalb des Gehäuses angeordnet sein, solange das Gehäuse ein nichtmagnetischer Körper ist.
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Als ein Beispiel ist die Hall-IC 100 an einer Position, die um 5 mm von der unteren Fläche des Magneten 110 getrennt ist, und an einer Position angeordnet, die um 2 mm von dem Punkt 101c in radialer Richtung getrennt ist.
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Der Magnet 110 ist ein Permanentmagnet, der aus einem Material wie Ferrit, Samarium-Kobalt, Neodym oder dergleichen besteht. Eine Größe des Magneten beträgt zum Beispiel 10 mm Außendurchmesser und 5 mm Höhe.
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4(a) bis 4(c) sind eine perspektivische Ansicht, eine Draufsicht bzw. eine Querschnittsansicht, die eine Konfiguration der Hall-IC 100 zeigt.
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Die Hall-IC 100 umfasst: ein Substrat 100b; Hall-Platten 100hl1 , und 100hl2 (auch kollektiv als eine Hall-Platte 100hl bezeichnet) (ein erstes Paar von magnetischen Detektionselementen) und Hall-Platten 100hr1 und 100hr2 (auch kollektiv als eine Hall-Platte 100hr bezeichnet) (ein zweites Paar von magnetischen Detektionselementen), die auf dem Substrat 100b bereitgestellt sind, um eine Detektionsfläche parallel zur Fläche des Substrats 100b zu haben, und eine Detektionsrichtung in einer Normalrichtung der Fläche des Substrats 100b als ein magnetisches Detektionselement aufweisen; einen magnetischen Konzentrator 100sl, der auf dem Substrat 100b bereitgestellt ist, um sich auf einem Teil jeder der Hall-Platten 100hl1 , und 100hl2 zu überlappen, und konfiguriert ist, einen Magnetfluss in der Richtung senkrecht zur Normalrichtung in die Normalrichtung umzuwandeln, damit der Magnetfluss von den Hall-Platten 100hl1 , und 100hl2 erkannt werden kann; ein magnetisches Konzentrator 100sr, der auf dem Substrat 100b, bereitgestellt ist, um sich auf einem Teil jeder der Hall-Platten 100hr1 und 100hr2 zu überlappen, und konfiguriert ist, einen Magnetfluss in der Richtung senkrecht zur Normalrichtung in die Normalrichtung umzuwandeln, damit der Magnetfluss von den Hall-Platten 100hr1 und 100hr2 erkannt werden kann; und ein Signalverarbeitungsteil (100sp, 5), das zum Verarbeiten von Signalen konfiguriert ist, die von den Hall-Platten 100hl und 100h ausgegeben werden, wobei die Hall-IC 100 eine Magnetflussdichte in der Normalrichtung und der Richtung senkrecht zu dem Normalrichtungssignal durch die als nächstes beschriebene Verarbeitung detektiert.
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Zum Beispiel wird MLX 90371 oder dergleichen, hergestellt von Melexis Technologies NV, für die Hall-IC 100 verwendet, wobei ein Abstand zwischen den Hall-Platten 100hl1 , und 100hl2 0,2 mm beträgt, eine Dicke 0,5 mm beträgt, eine Breite in y-Richtung 2 mm beträgt und eine Breite in x-Richtung 3 mm beträgt. Für den magnetischen Konzentrator 100sl kann Permalloy verwendet werden. Ferner sind die Hall-Platte 100hl und die Hall-Platte 100hr 2 mm voneinander getrennt angeordnet. Die Breiten in x-Richtung und y-Richtung der obigen Hall-IC 100 sind von einer Größe, die das Layout des Signalverarbeitungsteils oder dergleichen berücksichtigt, und sind mit einer Größe von 0,2 mm in y-Richtung und 2,4 mm in x-Richtung ausgelegt, wenn nur die Hall-Platte 100hl und die Hall-Platte 100hr angeordnet sind.
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5 ist ein Blockschaltbild, das eine Konfiguration eines Signalverarbeitungsteils der Hall-IC 100 zeigt. Das Signalverarbeitungsteil 100sp der Hall-IC 100 weist Folgendes auf: einen Multiplexer 100mux, der konfiguriert ist, Ausgaben von den Hall-Platten 100hl1 , 100hl2 , 100hr1 und 100hr2 sequentiell an nachfolgende Stufen auszugeben; einen Verstärker 100g, der konfiguriert ist, die Ausgabe des Multiplexers 100mux zu verstärken; einen A/D-Wandler 100ad, der konfiguriert ist, ein analoges Signal, das von dem Verstärker 100g ausgegeben wird, in ein digitales Signal umzuwandeln; einen digitalen Signalprozessor 100dsp, der konfiguriert ist, das von dem A/D-Wandler 100ad eingegebene digitale Signal zu verarbeiten; einen D/A-Wandler 100da, der konfiguriert ist, das von dem digitalen Signalprozessor 100dsp ausgegebene digitale Signal in ein analoges Signal umzuwandeln; und eine Ausgabe 100out, die konfiguriert ist, das von dem D/A-Wandler 100da umgewandelte analoge Signal an die ECU 4 auszugeben.
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Der digitale Signalprozessor 100dsp berechnet die Ausgaben aus den Hall-Platten 100hl1 , 100hl2 , 100hr1 und 100hr2 und speichert notwendige Informationen. Der digitale Signalprozessor 100dsp addiert und subtrahiert die Ausgaben der Hall-Platten 100hl1 , und 100hl2 , addiert und subtrahiert die Ausgaben der Hall-Platten 100hr1 und 100hr2 und bestimmt dann einen Drehwinkel des Magneten 110 unter Verwendung der Berechnungsergebnisse. Ein detailliertes Berechnungsverfahren wird später beschrieben.
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6 ist eine schematische Querschnittsansicht, um einen MagnetflussDetektionsbetrieb der Hall-IC 100 zu erläutern. In den Hall-Platten der Hall-IC 100 detektieren die Hall-Platten 100hl1 , und 100hl2 die Magnetflussdichte in einer vertikalen Richtung der Zeichnung. Wenn eine horizontale Komponente der Zeichnung des Magnetflusses f B// (Bx) ist und eine vertikale Komponente der Zeichnung Bz ist, wird eine horizontale Komponente B// der Zeichnung von dem magnetischen Konzentrator 100sl induziert und als B⊥ erkannt, so dass die Hall-Platte 100hl1 , „B⊥-Bz“ detektiert und die Hall-Platte 100hl2 „B⊥-Bz“ detektiert.
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Daher wird ein Signal proportional zur Magnetflussdichte 2B⊥ (nachstehend als „Bxl“ bezeichnet) durch eine Differenz zwischen den Ausgaben der Hall-Platten 100hl1 , und 100hl2 mit dem Signalverarbeitungsteil 100sp erhalten und ein Signal proportional zur Magnetflussdichte 2Bz (nachstehend als „Bzl“ bezeichnet) wird durch eine Summe der Ausgaben der Hall-Platten zwischen den Ausgaben der Hall-Platten 100hl1 und 100hl2 erhalten.
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Die oben beschriebene Funktionsweise der Hall-Platten 100hl1 , und 100hl2 kann für die Hall-Platten 100hr1 und 100hr2 .ähnlich erläutert werden. Ein Signal proportional zur Magnetflussdichte 2B⊥ (nachstehend als „Bxr“ bezeichnet) wird durch eine Differenz zwischen den Ausgaben der Hall-Platten 100hr1 und 100hr2 mit dem Signalverarbeitungsteil 100sp erhalten, und ein Signal proportional zur Magnetflussdichte -2Bz (nachstehend als „Bzr“ bezeichnet) wird durch eine Differenz zwischen den Ausgaben der Hall-Platten 100hr1 und 100hr2 erhalten.
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Da die Hall-Platte 100hl und die Hall-Platte 100hr 2 mm voneinander getrennt angeordnet sind, detektieren die Hall-Platte 100hl und die Hall-Platte 100hr jeweils positionsmäßig verschiedene Magnetfelder. Daher wird die Differenz zwischen den Ausgaben der Hall-Platte 100hl und der Hall-Platte 100hr als ΔBx = Bxl - Bxr (eine zweite Magnetflussdichtedifferenz) und als ΔBz = Bzl - Bzr (eine erste Magnetflussdichtedifferenz) berechnet. ΔBx und ΔBz verändern sich zusammen mit dem Drehwinkel des Magneten 110, wobei ihre Übereinstimmung unter Bezugnahme auf 7 und 8 beschrieben wird.
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7(a1) bis 7(a5) und 7(b1) bis 7(b5) sind schematische Darstellungen, die eine Beziehung zwischen einem Drehwinkel des Magneten 110 und dem Magnetfluss darstellen, der von der Hall-IC 100 erkannt werden soll, wobei 7(a1) bis 7(a5) Vorderansichten sind und 7(b1) bis 7(b5) Draufsichten sind. 8(a) und 8(b) sind grafische Darstellungen, die Ausgaben ΔBz und ΔBx der Hall-IC 100 jeweils relativ zu einem Drehwinkel des Magneten 110 zeigen.
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Wenn der Drehwinkel des Magneten 110 θ = 0° (7(a1) und 7(b1)) beträgt, weisen die Magnetfelder Bzl und Bzr, die von der Hall-Platte 100hl bzw. der Hall-Platte 100hr erkannt werden, die gleichen Zahlenwerte auf. Daher ist ΔBz gleich 0. Darüber hinaus weisen die Magnetfelder Bxl und Bxr, die von der Hall-Platte 100hl bzw. der Hall-Platte 100hr erkannt werden, die gleichen Zahlenwerte mit umgekehrten Vorzeichen auf. Daher weist ΔBx einen negativen Maximalwert auf.
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Wenn dann der Drehwinkel des Magneten 110 θ = 90° (7(a3) und 7(b3)) ist, weisen die Magnetfelder Bzl und Bzr, die von der Hall-Platte 100hl bzw. der Hall-Platte 100hr erkannt werden, die gleichen Zahlenwerte mit umgekehrten Vorzeichen auf. Daher weist ΔBz einen positiven Maximalwert auf. Darüber hinaus weisen die Magnetfelder Bxl und Bxr, die von der Hall-Platte 100hl bzw. der Hall-Platte 100hr erkannt werden, die gleichen Zahlenwerte auf. Daher ist ΔBx = 0.
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Wenn dann der Drehwinkel des Magneten 110 θ = 180° (7(a5) und 7(b5)) ist, weisen die Magnetfelder Bzl und Bzr, die von der Hall-Platte 100hl bzw. der Hall-Platte 100hr erkannt werden, die gleichen Zahlenwerte auf. Daher ist ΔBz = 0. Darüber hinaus weisen die Magnetfelder Bxl und Bxr, die von der Hall-Platte 100hl bzw. der Hall-Platte 100hr erkannt werden, die gleichen Zahlenwerte mit umgekehrten Vorzeichen auf (im Gegensatz zu dem Fall von θ = 0°). Daher weist ΔBx einen positiven Maximalwert auf.
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Unter Berücksichtigung des Verhaltens von ΔBz und ΔBx oben und von Übergangszuständen θ =45° (7(a2) und 7(b2)), θ = 135° (7(a4) und 7(b4)) und θ = 180° bis 360° ist eine Beziehung zwischen einem Drehwinkel θ des Magneten 110 und ΔBz und ΔBx dergestalt, dass ΔBz proportional zu sin θ ist und ΔBx proportional zu cos θ ist, wie in 8(a) und 8(b) dargestellt.
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Das heißt, ΔBz/ΔBx = k·sin θ/cos θ = k·tan θ, sodass θ = arctan (K·ΔBz/ΔBx). Dazu sei angemerkt, dass k eine Konstante zum Normalisieren eines Betrags der Amplitude von ΔBz und ΔBx ist und K der Reziprokwert von k ist.
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Der digitale Signalprozessor 100dsp des Signalverarbeitungsteils 100sp erhält Ausgaben von den Hall-Platten 100hl1 , 100hl2 , 100hr1 und 100hr2 als digitale Signale über den Multiplexer 100mux, den Verstärker 100g und den A/D-Wandler 100ad und berechnet θ aus den Ausgaben, die basierend auf dem oben beschriebenen Berechnungsverfahren erhalten werden.
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Der θ, der von dem digitalen Signalprozessor 100dsp berechnet wird, wird von dem D/A-Wandler 100da von einem digitalen Signal in ein analoges Signal umgewandelt, und das analoge Signal wird von dem D/A-Wandler 100da von der Ausgabe 100out an die ECU 4 ausgegeben.
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Da für die Berechnung von θ k (oder K) bestimmt werden muss, weist der digitale Signalprozessor 100dsp einen Kalibriermodus zum Bestimmen von k (oder K) auf. Wenn der Magnet 110 im Kalibriermodus um 360° gedreht wird, zeichnet der digitale Signalprozessor 100dsp ΔBz und ΔBx auf. Dann berechnet der digitale Signalprozessor 100dsp (oder K) aus den jeweiligen Maximalwerten ΔBzmax und ΔBxmax.
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Ferner kann als weiteres Beispiel des Verfahrens zum Berechnen der Maximalwerte ΔBzmax und ΔBxmax der digitale Signalprozessor 100dsp ΔBzmax und ΔBxmax aus einer Differenzierung von ΔBz und ΔBx (in Bezug auf θ oder Zeit), das heißt, aus ΔBz und ΔBx eines Winkels oder einer Zeitsteuerung bestimmen, bei der eine Neigung null wird.
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Da gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform die Hall-IC 100 die Drehung des Magneten 110 durch Verwenden der Differenz des Magnetfeldes in x-Richtung und des Magnetfeldes in z-Richtung zwischen zwei Punkten detektiert, müssen die Hall-Platten lediglich in einer einzigen Richtung in Bezug auf das rotierende Magnetfeld angeordnet werden und die Hall-Platten müssen nicht in einer Vielzahl von Richtungen angeordnet werden, sodass eine kompakte IC im Vergleich zu einer herkömmlichen ermöglicht wird.
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Ferner muss die Hall-IC 100 nicht direkt unter einem Drehzentrum des Magneten 110 angeordnet werden, sondern die Hall-IC 100 kann an einer Position angeordnet werden, die vom Drehzentrum versetzt ist, sodass eine geringere Beschränkung bezüglich der Anordnung als bei einer herkömmlichen erzielt werden kann. Da die Hall-IC 100 außerdem an einer Position angeordnet sein kann, die vom Drehzentrum versetzt ist, kann auf das Zahnradteil 12 verzichtet werden, indem ein zylindrischer Magnet an der Lenkwelle 20 bereitgestellt wird und die Hall-IC 100 in Bezug auf den Magneten angeordnet wird. Der zylindrische Magnet wird später beschrieben (. 11(a) und 11(b)).
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Eine zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform insofern, als ein Magnet 110 eine halbkreisförmige zylindrische Form aufweist und der zu detektierende Bereich von Drehwinkeln 180° beträgt. Ferner wird die zweite Ausführungsform auf eine Drosselvorrichtung wie ein Motorrad oder einen Roller angewendet. Dieselben Bezugszeichen sind für die gleichen Konfigurationen wie für diejenigen der ersten Ausführungsform angegeben.
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9 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht, die ein Konfigurationsbeispiel eines Drehwinkelgebers gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt. Eine Drosselvorrichtung 8A dient beispielsweise zum Steuern einer Drehung eines Motors eines elektrischen Motorrads und umfasst: einen Drosselgriff 2A, der von einem Fahrer des elektrischen Motorrads ergriffen wird; eine zylindrische Hülse 200A, die so konfiguriert ist, dass sie sich dreht, während eine Außenwand der zylindrischen Hülse 200A und eine Innenwand des Drosselgriffs 2A fixiert sind und eine Innenwand der zylindrischen Hülse 200A und eine Außenwand einer Lenkstange 21A gleiten; eine Halterung 201A, die an einem Ende der Hülse 200A bereitgestellt und konfiguriert ist, einen Magneten 110A zu fixieren; wobei die Lenkstange 21A konfiguriert ist, das Motorrad zu lenken; und einen Schaltkasten 22 mit einem Gehäuseoberteil 220A und einem Gehäuseunterteil 221A, die zur Aufnahme eines Schalters, eines Kabelbaums und dergleichen, die nicht dargestellt sind, konfiguriert sind und die Hülse 200A drehbar halten. Der Drehwinkelgeber 1A gemäß der zweiten Ausführungsform weist einen Magnetdetektor, der mit einer Hall-IC 100A auf einem Substrat (nicht dargestellt) angeordnet ist, und einen halbkreisförmigen zylindrischen Magneten 110A auf, der sich integral mit dem Drosselgriff 2A dreht. Eine Konfiguration des Magneten 110A, einschließlich einer Magnetisierungsrichtung, ist inFig. 11(a) oder 11(b) dargestellt, die später beschrieben werden.
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Wenn ein Fahrer des elektrischen Motorrads in der obigen Konfiguration den Drosselgriff 2A dreht, werden die Hülse 200A und der Magnet 110A, der an der Halterung 201A fixiert ist, gedreht. Der Drehwinkelgeber 1A detektiert einen Drehwinkel des Drosselgriffs 2A und gibt ein Detektionssignal entsprechend dem erkannten Drehwinkel aus. Wenn ein Detektionssignal von dem Drehwinkelgeber 1A eingegeben wird, berechnet die ECU oder die Motorsteuervorrichtung, die nicht dargestellt ist, einen Drehwinkel und steuert die Drehung des Motors des elektrischen Motorrads gemäß dem Detektionssignal. Es sei darauf hingewiesen, dass sich der Drosselgriff 2A und die Hülse 200A um die Lenkstange 21A um weniger als 180° drehen. 9 zeigt einen Zustand, in dem der Fahrer den Drosselgriff 2A um 90° gedreht hat.
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Gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform können die gleichen Effekte wie diejenigen der ersten Ausführungsform auf eine Drossel eines elektrischen Motorrads angewendet werden. Mit anderen Worten kann der Drehwinkelgeber 1A mit einer kompakten IC im Vergleich zu einer herkömmlichen auf die Drosselvorrichtung 8A des elektrischen Motorrads angewendet werden. Da ferner die Anordnungsposition von dem Drehzentrum versetzt sein kann und die Beschränkung bezüglich der Anordnung im Vergleich zu einer herkömmlichen verringert werden kann, kann der Drehwinkelgeber 1A selbst dann verwendet werden, wenn die Lenkstange 21A einen Raum des Drehzentrums belegt.
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Da der Magnet 110A ferner durch Teilen einer zylindrischen Form in zwei Teile erhalten wird, wird der Magnet 110A im Vergleich zu einem zylindrischen Magneten 110A (z. B. einem Magneten 110b (11(a)) oder einem Magneten 110c (11(b)) problemlos an der Lenkstange 21A installiert. Der Drehwinkelgeber 1A kann eingeführt werden, ohne dass eine Konstruktionsveränderung der Drosselvorrichtung erforderlich ist, oder als eine alternative Komponente einer Komponente, die eine herkömmliche Drosselvorrichtung bildet.
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Es ist festzuhalten, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt ist. Verschiedene Modifikationen können vorgenommen werden, ohne den Schutzbereich des Gegenstands der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Zum Beispiel können der Magnet 110 und der Magnet 110A durch Folgendes ersetzt werden.
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10(a) und 10(b) sind perspektivische Ansichten, die ein modifiziertes Beispiel einer Magnetisierungsrichtung des Magneten zeigen. Der Magnet 110, der in 10(a) dargestellt ist, ist der gleiche wie der Magnet 110 der ersten Ausführungsform und ist zum Vergleich mit einem modifizierten Beispiel eines anderen Magneten dargestellt. Der Magnet 110 weist eine Magnetisierungsrichtung Dm in einer Richtung senkrecht zu einer Achse einer zylindrischen Säule in der Säulenform auf. Ein Magnet 110a, der in 10(b) dargestellt ist, wird durch Teilen einer säulenförmigen Form in zwei Teile durch eine Ebene erhalten, die durch die Achse einer zylindrischen Säule verläuft. Magnetisierungsrichtungen Dm von Einzelteilen verlaufen parallel zu der axialen Richtung der zylindrischen Säule und in einander entgegengesetzten Richtungen. Da diese Konfiguration die Bildung eines externen Magnetfeldes bewirkt, das demjenigen des Magneten 110 bei einer MagnetDetektionsposition der Hall-IC 100 gleicht, kann der Magnet 110 durch den Magneten 110a in seinem Istzustand ersetzt werden.
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11(a) und 11(b) sind perspektivische Ansichten, die modifizierte Beispiele einer Form und einer Magnetisierungsrichtung des Magneten zeigen. Der Magnet 110b, der in 11(a) dargestellt ist, weist eine zylindrische Form und eine Magnetisierungsrichtung Dm in einer Richtung senkrecht zu einer Achse der zylindrischen Form auf. Da diese Konfiguration die Bildung eines externen Magnetfeldes bewirkt, das demjenigen des Magneten 110 bei einer Magnet-Detektionsposition der Hall-IC 100 gleicht, kann der Magnet 110 durch den Magneten 110b in seinem Istzustand ersetzt werden. Der Magnet 110c, der in 11(b) dargestellt ist, weist eine zylindrische Form auf und wird durch Teilen einer säulenförmigen Form in zwei Teile durch eine Ebene erhalten, die durch die Achse des Zylinders verläuft. Magnetisierungsrichtungen Dm von Einzelteilen verlaufen parallel zu der axialen Richtung des Zylinders und in einander entgegengesetzten Richtungen. Da diese Konfiguration die Bildung eines externen Magnetfeldes bewirkt, das demjenigen des Magneten 110 bei einer Magnet-Detektionsposition der Hall-IC 100 gleicht, kann der Magnet 110 durch den Magneten 110c in seinem Istzustand ersetzt werden.
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12(a) und 12(b) sind perspektivische Ansichten, die modifizierte Beispiele einer Form und einer Magnetisierungsrichtung des Magneten zeigen. Ein Magnet 110d, der in 12(a) dargestellt ist, ist eins der Teile, die durch Teilen einer zylindrischen Form durch eine Ebene erhalten werden, die durch eine Achse des Zylinders verläuft, und weist eine Magnetisierungsrichtung Dm in einer Richtung senkrecht zu einer Achse der zylindrischen Form auf. Da diese Konfiguration eine Bildung eines externen Magnetfeldes bewirkt, das demjenigen des Magneten 110 innerhalb eines Bereichs eines Drehwinkels von 180° entspricht, bei dem sich der Magnet 110d und die Hall-IC 100 in einer Draufsicht mit der Achse des Zylinders als eine Normallinie überlappen, kann der Magnet 110d durch den Magneten 110d ersetzt werden, wenn er innerhalb des oben beschriebene Bereichs des Drehwinkels verwendet wird. Ferner kann der Magnet 110d als der Magnet 110A der zweiten Ausführungsform verwendet werden. Der Magnet 110d kann nicht nur durch einen Halbkreis gebildet werden, sondern auch in einem beliebigen Winkel. Der Drehwinkel kann mit einem Drehwinkel erkannt werden, bei dem sich der Magnet 110d und die Hall-IC 100 in einer Draufsicht mit der Achse des Zylinders als eine Normallinie überlappen. Ein Magnet 110e, der in 12(b) dargestellt ist, ist eins der Teile, die durch Teilen einer zylindrischen Form durch eine Ebene erhalten werden, die durch eine Achse des Zylinders verläuft. Die Form ist weiter in drei Teile durch eine Ebene geteilt, die durch die Achse des Zylinders verläuft, wobei Magnetisierungsrichtungen von Einzelteilen parallel zu der axialen Richtung des Zylinders und in zueinander entgegensetzten Richtungen verlaufen. Da diese Konfiguration eine Bildung eines externen Magnetfeldes bewirkt, das demjenigen des Magneten 110 innerhalb eines Bereichs eines Drehwinkels entspricht, bei dem sich der Magnet 110e und die Hall-IC 100 in einer Draufsicht mit der Achse des Zylinders als eine Normallinie überlappen, kann der Magnet 110e durch den Magneten 110e ersetzt werden, wenn er innerhalb des oben beschriebene Bereichs des Drehwinkels verwendet wird. Ferner kann der Magnet 110e als der Magnet 110A der zweiten Ausführungsform verwendet werden. Der Magnet 110e kann nicht nur durch einen Halbkreis gebildet werden, sondern auch in einem beliebigen Winkel. Der Drehwinkel kann mit einem Drehwinkel erkannt werden, bei dem sich der Magnet 110e und die Hall-IC 100 in einer Draufsicht mit der Achse des Zylinders als eine Normallinie überlappen.
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Wenngleich die dargestellten Magneten 110, 110a bis 110e, 110a1 und 110a2 säulenförmig oder zylindrisch sind, kann die Form der Magneten eine beliebige polygonale Säulenform sein und ist nicht einschränkt, solange die Magnetflussdichte, die von dem Drehwinkelgeber 1 oder 1A erkannt werden soll, periodisch geändert werden kann und der Drehwinkel einzig und allein mit der Veränderung bestimmt werden kann.
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Ferner können die Hall-IC 100 und die Hall-IC 100A wie folgt angeordnet werden.
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13(a) bis 13(c) sind perspektivische Ansichten, die ein modifiziertes Beispiel einer Anordnung der Hall-IC 100 zeigen. Die Anordnung der Hall-IC 100 in Bezug auf den Magneten 110, der in 13(a) dargestellt ist, ist die gleiche wie diejenige in der ersten Ausführungsform. Sie ist zum Vergleich mit modifizierten Beispielen anderer Anordnungen der Hall-IC 100 angeordnet. In dieser Anordnung kann der Magnet 110 der Magnet 110a (10(b)), der Magnet 110b (11(a)), der Magnet 110c (11(b)), der Magnet 110d (12(a)) oder der Magnet 110e (12(b)) sein. Die Anordnung der Hall-IC 100 in Bezug auf den Magneten 110, der in 13(b) dargestellt ist, ist insofern die gleiche wie diejenige der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform, als die Anordnung der Hall-IC 100 von der Achse der zylindrischen Säule des Magneten 110 versetzt ist. Sie unterscheidet sich jedoch darin, dass der Versatzbetrag größer als ein Radius der zylindrischen Säule ist und der Magnet 110 und die Hall-IC 100 einander nicht überlappen, selbst wenn der Magnet 110 in einer Draufsicht gedreht wird, in der die Achse der zylindrischen Säule eine Normallinie ist. In dieser Anordnung kann der Magnet 110 der Magnet 110b (11(a)) oder der Magnet 110d (12 (a)) sein. Die Anordnung der Hall-IC 100 in Bezug auf den Magneten 110, der in 13(c) dargestellt ist, ist insofern die gleiche wie diejenige der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform, als die Anordnung der Hall-IC 100 von der Achse der zylindrischen Säule des Magneten 110 versetzt ist. Sie unterscheidet sich jedoch darin, dass der Versatzbetrag größer als ein Radius der zylindrischen Säule ist, der Magnet 110 und die Hall-IC 100 einander nicht überlappen, selbst wenn der Magnet 110 in einer Draufsicht gedreht wird, in der die Achse der zylindrischen Säule eine Normallinie ist, die magnetische Detektionsvorrichtung der Hall-IC 100 die Umfangsrichtung des Magneten 110 ist und die Anordnung in z-Richtung zwischen einer oberen Fläche und einer unteren Fläche der zylindrischen Säule des Magneten 110 ist. In dieser Anordnung kann der Magnet 110 der Magnet 110b 10 (b)) oder der Magnet 110d (12 (a)) sein.
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Darüber hinaus können der Magnet 110 und der Magnet 110A, in Übereinstimmung mit einem Drehwinkel, der von dem Drehwinkelgeber 1 und dem Drehwinkelgeber 1A erkannt werden soll, durch die folgenden ersetzt werden.
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14(a) bis 14(c) sind perspektivische Ansichten, die modifizierte Beispiele eines Drehwinkels und einer Magnetisierungsrichtung des Magneten zeigen. Der in 14(a) gezeigte Magnet 110a ist der gleiche wie der in 10(b) gezeigte Magnet 110a. Er ist zum Vergleich mit modifizierten Beispielen anderer Magnete dargestellt. Der Magnet 110a wird durch Teilen einer säulenförmigen Form in zwei Teile durch eine Ebene erhalten, die durch die Achse einer zylindrischen Säule verläuft (Teilung: 1/2). Magnetisierungsrichtungen Dm von Einzelteilen verlaufen parallel zu der axialen Richtung der zylindrischen Säule und in einander entgegengesetzten Richtungen. Wie in der ersten Ausführungsform dargestellt, beträgt der Drehwinkel, der von dem Drehwinkelgeber 1 unter Verwendung dieses Magneten 110a erkannt werden kann, 360°. Ein Magnet 110a1, der in 14(b) dargestellt ist, wird durch Teilen einer säulenförmigen Form in zwei Teile durch eine Ebene erhalten, die durch die Achse einer zylindrischen Säule verläuft (Teilung: 1/4). Magnetisierungsrichtungen Dm von Einzelteilen verlaufen parallel zu der axialen Richtung der zylindrischen Säule und liegen in entgegengesetzten Richtungen. Da das durch den Magneten 110a1 an einer magnetischen Detektionsposition der Hall-IC 100 gebildete Magnetfeld eine Periode von 180° aufweist, beträgt der Drehwinkel, der von dem Drehwinkelgeber 1 unter Verwendung des Magneten 110a1 erkannt werden kann, 180°. Ein Magnet 110a2, der in FigFig. 14(c) dargestellt ist, wird durch Teilen einer säulenförmigen Form in acht Teile durch eine Ebene erhalten, die durch die Achse einer zylindrischen Säule verläuft (Teilung: 1/8). Magnetisierungsrichtungen Dm von Einzelteilen parallel zu der axialen Richtung der zylindrischen Säule und in einander entgegengesetzten Richtungen. Da das durch den Magneten 110a2 an einer magnetischen Detektionsposition der Hall-IC 100 gebildete Magnetfeld eine Periode von 90° aufweist, beträgt der Drehwinkel, der von dem Drehwinkelgeber 1 unter Verwendung des Magneten 110a2 erkannt werden kann, 90°.
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Eine Beziehung zwischen der Anzahl der Teilungen und den Detektionswinkeln, die in den oben beschriebenen 14(a) bis 14(c) dargestellt sind, wird in ähnlicher Weise auf den Magneten 110 (10(a)), den Magneten 110b (11(a)) und den Magneten 110c 11(b)) angewendet. Ferner wird im Fall des Magneten 110d (12(a)) oder des Magneten 110e (12(b)) der Detektionswinkel weiter halbiert.
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Obgleich die oben beschriebenen Magnete 110a, 110c, 110e, 110a1 und 110a2 unterschiedliche Magnetisierungsrichtungen für die einzelnen Teile des Magneten aufweisen, kann eine Vielzahl von Magneten hergestellt und so angeordnet werden, dass die Magnetisierungsrichtungen der benachbarten Magneten unterschiedlich sind. Die Gesamtheit der Magnete kann aus Harz oder dergleichen bestehen, um das gleiche Magnetfeld zu erzeugen.
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Die dritte Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform dadurch, dass ein Paar von Hall-Platten, die konfiguriert sind, eine Magnetflussdichte in einer y-Richtung zu detektieren, hinzugefügt wird und ein Drehwinkel eines Magneten basierend auf einer Differenz hinsichtlich der Magnetflussdichte in der y-Richtung und einer Differenz hinsichtlich Magnetflussdichte in der x-Richtung erkannt wird. Eine Hall-IC der dritten Ausführungsform wird auf den Drehwinkelgeber 1 der ersten Ausführungsform angewendet. Darüber hinaus kann die Hall-IC der dritten Ausführungsform auf den Drehwinkelgeber 1A der zweiten Ausführungsform angewendet werden.
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15(a) bis 15(c) sind eine perspektivische Ansicht, eine Draufsicht bzw. eine Querschnittsansicht, die eine Konfiguration der Hall-IC gemäß der dritten Ausführungsform zeigt. Die Hall IC 100B umfasst Folgendes: ein Substrat 100b; zwei Paare von magnetischen Detektionselementen (einen ersten Satz von zwei Paaren von magnetischen Detektionselementen), die aus Hall-Platten 100hl1 , und 100hl2 (auch kollektiv als Hall-Platte 100hlx bezeichnet) und Hall-Platten 100hl3 , 100hl4 (auch kollektiv als Hall-Platten 100hly bezeichnet) bestehen, und zwei Paare von magnetischen Detektionselementen (ein zweiter Satz von zwei Paaren von magnetischen Detektionselementen), die aus Hall-Platten 100hr1 und 100hr2 (auch kollektiv als Hall-Platte 100hrx bezeichnet) und Hall-Platten 100hr3 , 100hr4 (auch kollektiv als Hall-Platte 100hry bezeichnet) bestehen, die auf dem Substrat 100b bereitgestellt sind, um eine Detektionsfläche parallel zu der Fläche des Substrats 100b zu haben und eine Detektionsrichtung in einer Normalrichtung der Fläche des Substrats 100b zu haben; einen magnetischen Konzentrator 100s1, der auf dem Substrat 100b bereitgestellt ist, um auf einem Teil jeder der Hall-Platten 100hlx und 100hly zu überlappen, und konfiguriert ist, den Magnetfluss in der Richtung senkrecht zur Normalrichtung in die Normalrichtung umzuwandeln, damit der Magnetfluss von den Hall-Platten 100hlx und 100hly erkannt werden kann; einen magnetischen Konzentrator 100sr, der auf dem Substrat 100b bereitgestellt ist, um auf einem Teil jeder der Hall-Platten 100hrx und 100hry zu überlappen, und konfiguriert ist, den Magnetfluss in der Richtung senkrecht zur Normalrichtung in die Normalrichtung umzuwandeln, damit der Magnetfluss von den Hall-Platten 100hrx und 100hry erkannt werden kann; und ein Signalverarbeitungsteil, das konfiguriert ist, Signale zu verarbeiten, die von den Hall-Platten 100hlx, 100hly, 100hrx und 100hry ausgegeben werden, wobei die Hall-IC 100B Magnetflussdichten in x- und y-Richtung durch die nachstehend beschriebene Signalverarbeitung detektiert.
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Ein Detektionsvorgang für die Magnetflussdichte in y-Richtung ist der gleiche wie der Detektionsvorgang für die Magnetflussdichte in x-Richtung, der in 6 beschrieben und durch Einstellen von By für die horizontale Komponente B// der Zeichnung des Magnetflusses f erklärtwird.
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16(a) und 16(b) sind grafische Darstellungen, die Ausgaben ΔBz und ΔBx der Hall-IC jeweils relativ zu einem Drehwinkel des Magneten zeigen. Da eine Beziehung zwischen dem Drehwinkel des Magneten und dem zu bildenden Magnetfeld dieselbe wie in der ersten Ausführungsform ist, erfolgt die Beschreibung unter Bezugnahme auf 7.
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Wenn der Drehwinkel des Magneten 110 θ = 0° (7(a1) und 7(b1)) beträgt, weisen die Magnetfelder Byl und Byr, die von der Hall-Platte 100hly und der Hall-Platte 100hry erkannt werden, die gleichen Zahlenwerte auf. Daher ist ΔBy = 0. Darüber hinaus weisen die Magnetfelder Bxl und Bxr, die von der Hall-Platte 100hlx und der Hall-Platte 100hrx erkannt werden, die gleichen Zahlenwerte mit umgekehrten Vorzeichen auf. Daher weist ΔBx einen negativen Maximalwert auf.
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Wenn dann der Drehwinkel des Magneten 110 θ = 90° (7(a3) und 7(b3)) ist, weisen die Magnetfelder Byl und Byr, die von der Hall-Platte 100hly bzw. der Hall-Platte 100hry erkannt werden, die gleichen Zahlenwerte mit umgekehrten Vorzeichen auf. Daher weist ΔBy einen positiven Maximalwert auf. Darüber hinaus weisen die Magnetfelder Bxl und Bxr, die von der Hall-Platte 100hlx bzw. der Hall-Platte 100hrx erkannt werden, die gleichen Zahlenwerte auf. Daher ist ΔBx = 0.
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Wenn dann der Drehwinkel des Magneten 110 θ = 180° (7(a1) und 7(b1)) beträgt, weisen die Magnetfelder Byl und Byr, die von der Hall-Platte 100hl bzw. der Hall-Platte 100hr erkannt werden, die gleichen Zahlenwerte auf. Daher ist ΔBy = 0. Darüber hinaus weisen die Magnetfelder Bxl und Bxr, die von der Hall-Platte 100hlx bzw. der Hall-Platte 100hrx erkannt werden, die gleichen Zahlenwerte mit umgekehrten Vorzeichen auf (im Gegensatz zu dem Fall von θ = 0°). Daher weist ΔBx einen positiven Maximalwert auf.
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Unter Berücksichtigung des Verhaltens von ΔBz und ΔBx oben und von Übergangszuständen θ = 45° (7(a2) und 7(b2)), θ = 135° (7(a4) und 7(b4)) und θ = 180° bis 360° ist eine Beziehung zwischen einem Drehwinkel θ des Magneten 110 und ΔBz und ΔBx dergestalt, dass ΔBz proportional zu sin θ ist und ΔBx proportional zu cos θ ist, wie in 16(a) und 8(b) dargestellt.
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Das heißt, ΔBz/ΔBx = k'·sin θ/cos θ = k'·tan θ, sodass θ = arctan (K'·ΔBz/ΔBx). Dabei ist zu beachten, dass k' eine Konstante zum Normalisieren eines Betrags der Amplitude von ΔBy und ΔBx ist und K' der Reziprokwert von k' ist.
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Gemäß der oben beschriebenen dritten Ausführungsform können die gleichen Wirkungen wie diejenigen der ersten Ausführungsform durch Detektieren der Magnetflussdichte in x-Richtung und y-Richtung erreicht werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 1A:
- Drehwinkelgeber
- 2:
- Lenkrad
- 2A:
- Drosselgriff
- 3:
- Motor
- 4:
- ECU
- 5:
- Ritzel
- 6:
- Rad
- 8:
- Lenksystem
- 8A:
- Drosselvorrichtung
- 10:
- Magnetdetektor
- 12:
- Getriebeteil
- 20:
- Lenkwelle
- 21:
- Säulenwelle
- 21A:
- Lenkstange
- 22:
- Schaltkasten
- 30:
- Untersetzungsgetriebe
- 50:
- Zahnstangenwelle
- 100, 100A, 100B:
- Hall-IC
- 100ad:
- A/D-Wandler
- 100b:
- Substrat
- 100da:
- D/A-Wandler
- 100dsp:
- digitaler Signalprozessor
- 100g:
- Verstärker
- 100hl, 100hr:
- Hall-Platte
- 100mux:
- Multiplexer
- 100out:
- Ausgabe
- 100sl:
- magnetischer Konzentrator
- 100sp:
- Signalverarbeitungsteil
- 101:
- Substrat
- 100sl, 100sr:
- magnetischer Konzentrator
- 110, 110A:
- Magnet
- 110a bis 110e:
- Magnet
- 110a1:
- Magnet
- 110a2:
- Magnet
- 120:
- Zahnrad
- 120a:
- Welle
- 121:
- Zahnrad
- 121a:
- Welle
- 122:
- Zahnrad
- 200A:
- Hülse
- 201A:
- Halterung
- 220A:
- Gehäuseoberteil
- 221A:
- Gehäuseunterteil
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Obgleich die Erfindung im Detail in den Zeichnungen und der vorstehenden Beschreibung dargestellt wurde, sind eine solche Darstellung und Beschreibung veranschaulichend oder beispielhaft zu betrachten und nicht einschränkend. Die vorstehende Beschreibung erläutert bestimmte Ausführungsformen der Erfindung. Man wird jedoch zu schätzen wissen, dass die Erfindung unabhängig davon, wie detailliert die vorstehenden Ausführungen im Text erscheinen, auf viele Arten und Weisen in die Praxis umgesetzt werden kann. Die Erfindung ist nicht auf die offengelegten Ausführungsformen beschränkt.
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Andere Variationen der offenbarten Ausführungsformen können von Fachleuten durch die praktische Umsetzung der beanspruchten Erfindung aus einer Analyse der Zeichnungen, der Offenlegung und der angefügten Ansprüche verstanden und ausgeführt werden. In den Ansprüchen schließt das Wort „umfassend“ andere Elemente oder Schritte nicht aus, und der unbestimmte Artikel „ein“, „eine“, „einer“ schließt eine Vielzahl nicht aus. Ein einzelner Prozessor oder eine andere Einheit kann die Funktionen mehrerer in den Ansprüchen dargelegter Gegenstände erfüllen. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Maßnahmen in voneinander verschiedenen abhängigen Ansprüchen aufgeführt sind, deutet nicht darauf hin, dass eine Kombination dieser Maßnahmen nicht vorteilhaft genutzt werden kann. Ein Computerprogramm kann auf einem geeigneten Medium wie einem optischen Speichermedium oder einem Festkörpermedium, das zusammen mit oder als Teil anderer Hardware geliefert wird, gespeichert / verteilt werden, kann jedoch auch in anderen Formen verteilt sein, wie über das Internet oder andere drahtgebundene oder drahtlose Telekommunikationssysteme. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht derart auszulegen, dass sie den Schutzumfang einschränken.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2007010449 A [0002, 0003]
- JP 2016514833 A [0003, 0004]
- JP 2007 [0004]
- JP 10449 A [0004]
