DE102018123187A1

DE102018123187A1 - Drehwinkeldetektionsvorrichtung

Info

Publication number: DE102018123187A1
Application number: DE102018123187.3A
Authority: DE
Inventors: Akira Nishioka
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2017-09-26
Filing date: 2018-09-20
Publication date: 2019-03-28
Anticipated expiration: 2038-09-21
Also published as: JP2019060694A; CN208847202U; CN109556637A; US10627256B2; CN109556637B; JP6530797B2; US20190094045A1; DE102018123187B4

Abstract

Eine Drehwinkeldetektionsvorrichtung (10) umfasst einen drehenden Teil (12), der sich gemeinsam mit der Drehwelle (Sf) dreht und einen erfassten Abschnitt (20a) aufweist, einen A-Phasen Detektor (39), der eine Änderung einer physikalischen Größe, die durch Rotation des drehenden Teils (12) bewirkt wird, in einem ersten Detektionsfeld (DF1) über dem erfassten Abschnitt (20a) detektiert und ein A-Phasen Signal (Sa) ausgibt, und einen B-Phasen Detektor (32), der eine Änderung der physikalischen Größe, die durch die Rotation des drehenden Teils (12) bewirkt wird, in einem zweiten Detektionsfeld (DF2), das über dem erfassten Abschnitt (20a) angeordnet ist, detektiert und ein B-Phasen Signal (Sb) ausgibt, das außer Phase zu dem A-Phasen Signal (Sa) liegt. Das zweite Detektionsfeld (DF2) ist in der Richtung senkrecht zu der Drehrichtung des drehenden Teils (12) kürzer als das erste Detektionsfeld (DF1).

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung:
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Drehwinkeldetektionsvorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels.
Beschreibung des Standes der Technik
Wie in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 11-153451 beschrieben ist, umfasst ein Encoder zur Erfassung des Drehwinkels einer Drehwelle einen magnetischen Rotor, der an einer Drehwelle vorgesehen ist, und erste und zweite Detektoren, die so vorgesehen sind, dass sie vorstehenden Zähnen, welche entlang der Umfangsfläche des Rotors ausgebildet sind, gegenüberliegen. Auf der Basis der Detektionssignale von den ersten und zweiten Detektoren kann der Drehwinkel der Drehwelle bestimmt werden.
Zusammenfassung der Erfindung
Wenn aber Fremdmaterial (Fremdstoffe) an dem Rotor (drehenden Teil) anhaften oder daran Kratzer vorliegen, können die Wellenformen der Detektionssignale der ersten und zweiten Detektoren sich von den ursprünglichen Wellenformen unterscheiden, so dass Unregelmäßigkeiten der Detektionssignale auftreten. Daher ist es nicht möglich, den Drehwinkel exakt zu bestimmen. Da der erfasste Drehwinkel zur spezifischen Steuerung (beispielsweis der Motorsteuerung und dergleichen) verwendet wird, wird die spezifische Steuerung beeinträchtigt, wenn sich die Wellenformen der Detektionssignale deformieren.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Drehwinkeldetektionsvorrichtung vorzuschlagen, die das Anhaften von Fremdmaterial an einem drehenden Teil und Kratzer an dem drehenden Teil erfasst und die eine Verschlechterung der Detektionsgenauigkeit des Drehwinkels des drehenden Teils durch das Fremdmaterial oder die Kratzer an dem drehenden Teil vermeidet.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht in einer Drehwinkeldetektionsvorrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels einer Drehwelle mit einem drehenden Teil, das sich gemeinsam mit der Drehwelle dreht und einen detektierten Abschnitt aufweist, der zur Erfassung des Drehwinkels verwendet wird, einem ersten Detektor, der so angeordnet ist, dass er dem detektierten Abschnitt gegenüberliegt, und der so ausgestaltet ist, dass er eine Änderung einer physikalischen Größe, die durch die Rotation des drehenden Teils bewirkt wird, innerhalb eines ersten Detektionsfeldes über dem detektierten Bereich erfasst und ein erstes Detektionssignal ausgibt, welches den Drehwinkel des drehenden Teils repräsentiert, und mit einem zweiten Detektor, der so angeordnet ist, dass er dem detektierten Abschnitt gegenüberliegt, und der so ausgestaltet ist, dass er eine Änderung der physikalischen Größe, die durch die Drehung des drehenden Teils bewirkt wird, innerhalb eines zweiten Detektionsfeldes, das über dem detektierten Bereich an einer anderen Position als das erste Detektionsfeld angeordnet ist, relativ zu der Drehrichtung des drehenden Teils detektiert und ein zweites Detektionssignal ausgibt, das außer Phase zu dem ersten Detektionssignal ist, aber den Drehwinkel des drehenden Teils repräsentiert. Bei dieser Ausgestaltung ist das zweite Detektionsfeld in einer Richtung senkrecht zu der Drehrichtung des drehenden Teils kürzer als das erste Detektionsfeld.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, ein erstes Detektionssignal zu erhalten, dessen Wellenform durch den Einfluss von Fremdmaterial oder Kratzern auf dem drehenden Teil deformiert wird, und ein zweites Detektionssignal, dessen Wellenform durch das Fremdmaterial oder den Kratzer auf dem drehenden Teil nicht deformiert wird. Hierdurch ist es möglich, Fremdmaterial oder Kratzer an dem drehenden Teil zu detektieren und eine Verschlechterung der Detektionsgenauigkeit des Drehwinkels des drehenden Teils durch Fremdmaterial oder Kratzer an dem drehenden Teil zu vermeiden.
Die obigen und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich noch deutlicher aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, in denen eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beispielhaft dargestellt ist.
Figurenliste

1 ist ein Konfigurationsschema einer Drehwinkeldetektionsvorrichtung gemäß der Ausführungsform,
2 ist ein Diagramm, das eine besondere Ausgestaltung eines A-Phasen Detektors und eines B-Phasen Detektors, die in 1 gezeigt sind, darstellt,
3 ist ein Diagramm, das Wellenformen eines A-Phasen Signals und eines B-Phasen Signals zeigt,
4 ist ein Diagramm, das Detektionsfelder eines A-Phasen Detektors und eines B-Phasen Detektors zeigt,
5 ist ein Diagramm, das eine besondere Konfiguration eines in 1 gezeigten Z-Phasen Detektors zeigt,
6 ist ein Blockdiagramm, das eine elektrische Konfiguration einer in 1 gezeigten Drehwinkeldetektionsvorrichtung zeigt,
7 ist ein Fließdiagramm, das die Arbeit der Drehwinkeldetektionsvorrichtung, die in 6 gezeigt ist, darstellt, und
8 ist ein Diagramm, das Detektionsfelder eines A-Phasen Detektors und eines B-Phasen Detektors bei einem abweichenden Beispiel 1 zeigt.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Eine Drehwinkeldetektionsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend durch Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen detailliert erläutert.
[Ausführungsformen]
1 ist ein Konfigurationsschema einer Drehwinkeldetektionsvorrichtung 10. Die Drehwinkeldetektionsvorrichtung 10 umfasst einen magnetischen Rotor 12, der sich gemeinsam mit einer Drehwelle Sf dreht, eine Detektionseinheit 14, die ein Detektionssignal, das dem Drehwinkel θ des Rotors 12 entspricht, erfasst und ausgibt, und eine Steuereinheit 16, die auf der Basis des Detektionssignals der Detektionseinheit 14 eine festgelegte Berechnung durchführt. Der Rotor 12 ist mit der Drehwelle Sf konzentrisch zu dem Drehzentrum der Drehwelle Sf verbunden. Daher stimmt das Drehzentrum des Rotors 12 mit dem Drehzentrum der Drehwelle Sf überein.
Der Rotor 12 weist einen erfassten Abschnitt (erster erfasster Abschnitt) 20a, der zur Detektion eines Drehwinkels θ verwendet wird, und einen erfassten Abschnitt (zweiter erfasster Abschnitt) 20b, der zur Detektion der Phase bei einer Umdrehung des Rotors 12 verwendet wird, auf.
Der erfasste Abschnitt 20a ist an der äußeren Umfangsseite des Rotors 12 vorgesehen. Der erfasste Abschnitt 20a weist mehrere Zähne 22 auf, die in Abständen mit einer konstanten Teilung (Pitch) P über den gesamten äußeren Umfang des Rotors 12 radial nach außen vorstehen (vgl. auch 2). Um die Erläuterung einfach verständlich zu machen, sind in 1 die mehreren Zähne 22 übertrieben dargestellt, sie sind tatsächlich sehr viel kleiner.
Der erfasste Abschnitt 20b ist an der äußeren Umfangsseite des Rotors 12 vorgesehen. Der erfasste Abschnitt 20b weist einen Schlitz 24 auf, der an einer Position (Ursprungsposition) an der äußeren Umfangsseite des Rotors 12 ausgebildet ist (vgl. 5). In 1 ist der Schlitz 24 zur Erläuterung in übertriebener Weise dargestellt, tatsächlich ist er sehr viel kleiner. Die erfassten Abschnitte 20a, 20b sind so ausgebildet, dass sie einander nicht überlappen, oder mit anderen Worten so, dass sie in der axialen Richtung des Rotors 12 (der Richtung senkrecht zu der Drehrichtung des Rotors 12) verschoben sind.
Die Detektionseinheit 14 umfasst einen A-Phasen Detektor 30, einen B-Phasen Detektor 32, einen Z-Phasen Detektor 34 und einen Magnet 36. Der Magnet 36 gibt eine Vormagnetisierung auf den A-Phasen Detektor 30, den B-Phasen Detektor 32 und den Z-Phasen Detektor 34 auf. Daher sind der A-Phasen Detektor 30, der B-Phasen Detektor 32 und der Z-Phasen Detektor 34 zwischen dem Rotor 12 und dem Magneten 36 angeordnet.
Der A-Phasen Detektor (erster Detektor) 30 ist so angeordnet, dass er dem erfassten Abschnitt 20a gegenüberliegt. Der A-Phasen Detektor 30 erfasst Änderungen der magnetischen Flussdichte (physikalische Größe) durch die Drehung des Rotors 12 (Drehwelle Sf) in einem ersten Detektionsfeld DF1 über dem erfassten Abschnitt 20a und gibt ein A-Phasen Signal (erstes Detektionssignal) Sa, welches den Drehwinkel θ des Rotors 12 (der Welle Sf) anzeigt, aus.
Das A-Phasen Signal Sa, das ein von dem A-Phasen Detektor 30 ausgegebenes Detektionssignal ist, wird der Steuereinheit 16 zugeführt.
In ähnlicher Weise ist der B-Phasen Detektor (zweiter Detektor) 32 so angeordnet, dass er dem erfassten Abschnitt 20a gegenüberliegt. Der B-Phasen Detektor 32 erfasst Änderungen der magnetischen Flussdichte (physikalische Größe) durch die Drehung des Rotors 12 (Drehwelle Sf) in einem zweiten Detektionsfeld DF2 über dem erfassten Abschnitt 20a und gibt ein B-Phasen Signal (zweites Detektionssignal) Sb aus, welches den Drehwinkel θ des Rotors 12 (der Welle Sf) anzeigt. Die Positionen des ersten Detektionsfeldes DF1 und des zweiten Detektionsfeldes DF2 über dem erfassten Abschnitt 20a sind relativ zu der Drehrichtung (Umfangsrichtung) des Rotors 12 so verschoben, dass die Phase des B-Phasen Signals Sb gegenüber dem A-Phasen Signal Sa um 90 Grad verschoben ist. Das B-Phasen Signal Sb, das ein von dem B-Phasen Detektor 32 ausgegebenes Detektionssignal ist, wird der Steuereinheit 16 zugeführt.
Der Z-Phasen Detektor (Phasendetektor) 34 ist so angeordnet, dass er dem erfassten Abschnitt 20b gegenüberliegt. Der Z-Phasen Detektor 34 erfasst Änderungen der magnetischen Flussdichte (physikalische Größe) durch die Drehung des Rotors 12 (Drehwelle Sf) in einem dritten Detektionsfeld DF3 über dem erfassten Abschnitt 20b und gibt ein Z-Phasen Signal (Phasendetektionssignal) Sz aus, welches die Phase des Rotors 12 (der Welle Sf) bei einer Umdrehung anzeigt. Das Z-Phasen Signal Sz, das ein von dem Z-Phasen Detektor 34 ausgegebenes Detektionssignal ist, wird der Steuereinheit 16 zugeführt.
Als Nächstes bezugnehmend auf 2 wird der besondere Aufbau des A-Phasen Detektors 30 und des B-Phasen Detektors 32 im Detail beschrieben. Zur Vereinfachung ist in 2 der erfasste Abschnitt 20a des Rotors 12 linear anstatt kreisförmig dargestellt.
Der A-Phasen Detektor 30 weist zwei magnetoresistive Elemente 30a auf. Die beiden magnetoresistiven Elemente 30a sind in Reihe zwischen einer Gleichstromquelle Vcc und der Erde angeschlossen und so angeordnet, dass sie dem erfassten Abschnitt 20a in Abständen einer halben Teilung P entlang der Umfangsrichtung des Rotors 12 gegenüberliegen. Die Spannung zwischen den beiden magnetoresistiven Elementen 30a wird als das A-Phasen Signal Sa ausgegeben. Wenn sich der Rotor 12 dreht, ändert sich die Dichte des magnetischen Flusses (physikalische Größe), der durch die beiden magnetoresistiven Elemente 30a hindurchtritt so, dass sich das A-Phasen Signal Sa sinusförmig ändert, wie es durch die durchgezogene Linie in 3 dargestellt ist. Hierbei haben die beiden magnetoresistiven Elemente 30a die gleiche Form und Größe.
In ähnlicher Weise weist der B-Phasen Detektor 32 zwei magnetoresistive Elemente 32a auf. Die beiden magnetoresistiven Elemente 32a sind in Reihe zwischen der Gleichstromquelle Vcc und der Erde angeschlossen und so angeordnet, dass sie dem erfassten Abschnitt 20a mit Abständen einer halben Teilung P entlang der Umfangsrichtung des Rotors 12 gegenüberliegen. Die Spannung zwischen den beiden magnetoresistiven Elementen 32a wird als das B-Phasen Signal Sb ausgegeben. Wenn sich der Rotor 12 dreht, ändert sich die magnetische Flussdichte, die durch die beiden magnetoresistiven Elemente 32a hindurchtritt, so, dass sich das B-Phasen Signal Sb sinusförmig ändert, wie es durch die gestrichelte Linie in 3 dargestellt ist. Hierbei haben die beiden magnetoresistiven Elemente 32a die gleiche Form und Größe.
Die beiden magnetoresistiven Elemente 32a sind gegenüber den beiden magnetoresistiven Elementen 30a um ein Viertel der Teilung P in der Umfangsrichtung des Rotors 12 verschoben. Hierdurch ist es, wie in 3 gezeigt, möglich, das A-Phasen-Signal Sa und das B-Phasen Signal Sb so zu verschieben, dass sie um 90 Grad außer Phase sind.
Außerdem ist die Länge des magnetoresistiven Elements 32a in der axialen Richtung des Rotors 12 (Drehwelle Sf) kürzer als die des magnetoresistiven Elements 30a. Wie in 4 gezeigt ist, ist daher ein Detektionsfeld Dfb des magnetoresistiven Elements 32a über dem erfassten Abschnitt 20a in der Richtung senkrecht zu der Drehrichtung des Rotors 12 kürzer als ein Detektionsfeld Dfa des magnetoresistiven Elements 30a über dem erfassten Abschnitt 20a. Die beiden Detektionsfelder Dfa der beiden magnetoresistiven Elemente 30a bilden das erste Detektionsfeld DF1 des A-Phasen Detektors 30 und die beiden Detektionsfelder Dfb der beiden magnetoresistiven Elemente 32a bilden die zweiten Detektionsfelder DF2 des B-Phasen Detektors 32. Hierbei sind die Detektionsfelder Dfa und Dfb um eine viertel Teilung P zueinander verschoben.
Das Detektionsfeld Dfb (zweites Detektionsfeld DF2) überlappt das Detektionsfeld Dfa (erstes Detektionsfeld DF1) in der axialen Richtung des Rotors 12 (Drehwelle Sf). Somit wird das gesamte Detektionsfeld Dfb (das zweite Detektionsfeld DF2) durch das Detektionsfeld Dfa (das erste Detektionsfeld DF1) in der axialen Richtung des Rotors 12 (Drehwelle Sf) abgedeckt. Die Länge des erfassten Abschnitts 20a in der axialen Richtung des Rotors 12 ist gleich oder größer der Länge des Detektionsfeldes Dfa.
Hierbei ist es bevorzugt, das Detektionsfeld Dfb (das zweite Detektionsfeld DF2) um die zentrale Position des erfassten Abschnitts 20a in der axialen Richtung anzuordnen. Der Grund hierfür liegt darin, dass das Fremdmaterial EX dazu neigt, sich an dem erfassten Abschnitt 20a an den Enden in der axialen Richtung anzulagern, während das Fremdmaterial EX sich mit geringerer Wahrscheinlichkeit in dem zentralen Bereich des erfassten Abschnitts 20a in der axialen Richtung anlagert.
Wenn Fremdmaterial EX wie in 4 gezeigt an dem Rotor 12 anhaftet, insbesondere an dem erfassten Abschnitt 20a, ist das Fremdmaterial EX in dem Bereich des Detektionsfelde Dfa (des ersten Detektionsfeldes DF1) in der axialen Richtung des Rotors 12 angeordnet. Wenn das Fremdmaterial EX in das Detektionsfeld Dfa (das erste Detektionsfeld DF1) eintritt, wenn sich der Rotor 12 dreht, nimmt das A-Phasen Signal Sa daher einen Wert an, der anders ist als dann, wenn kein Fremdmaterial EX anhaftet. Durch das Anlagern des Fremdmaterials EX bildet das A-Phasen Signal Sa somit eine Wellenform, die sich von der ursprünglichen Wellenform (der Wellenform, wenn kein Fremdmaterial EX angebracht ist) unterscheidet.
Andererseits ist das Fremdmaterial EX außerhalb des Bereichs des Detektionsfeldes Dfb (des zweiten Detektionsfeldes DF2) in der axialen Richtung des Rotors 12 angeordnet. Daher wird das Fremdmaterial EX nicht in das Detektionsfeld Dfb (das zweite Detektionsfeld DF2) eintreten, wenn sich der Rotor 12 dreht, so dass sich die Wellenform des B-Phasen Signals Sb durch das Anhaften des Fremdmaterials EX niemals ändert.
Auf diese Weise wird das Detektionsfeld Dfb (das zweite Detektionsfeld DF2 des B-Phasen Detektors 32) des magnetoresistiven Elements 32a so ausgebildet, dass es in der axialen Richtung des Rotors 12 (der Richtung senkrecht zu der Drehrichtung des Rotors 12) eine kürzere Länge hat als das Detektionsfeld Dfa (das erste Detektionsfeld DF1 des A-Phasen Detektors 30) des magnetoresistiven Elements 30a. Dies ermöglicht es, die Anlagerung des Fremdmaterials EX durch den A-Phasen Detektor 30 zu erfassen und den Drehwinkel θ des Rotors 12 durch den B-Phasen Detektor 32 ohne Beeinträchtigung durch die Anlagerung des Fremdmaterials EX zu erfassen. Daher ist es möglich, das A-Phasen Signal Sa zu erhalten, dessen Wellenform durch den Einfluss des Fremdmaterials EX auf den Rotor 12 deformiert ist, und das B-Phasen Signal Sb, dessen Wellenform durch das Fremdmaterial EX auf dem Rotor 12 nicht deformiert wird.
Außerdem ermöglicht es die Verwendung des A-Phasen Detektors 30 und des B-Phasen Detektors 32, um das A-Phasen Signal Sa und das B-Phasen Signal Sb zu erhalten, zu überprüfen, dass die Deformation der Wellenform durch Fremdmaterial EX an dem Rotor 12 hervorgerufen wird. Dann nämlich, wenn sich von dem A-Phasen Signal Sa und dem B-Phasen Signal Sb lediglich die Wellenform des A-Phasen Signals Sa deformiert, wurde die Wellenform durch das Fremdmaterial Ex deformiert.
Auch wenn die Anlagerung des Fremdmaterials EX an dem Rotor 12 (insbesondere dem erfassten Abschnitt 20a) beschrieben wurde, kann hierbei das gleiche Ergebnis in einem Fall erhalten werden, wenn der Rotor 12 zerkratzt ist. Nachfolgend wird ein Zustand des Rotors 12, an dem sich Fremdmaterial EX angelagert hat oder an dem ein Kratzer ausgebildet ist, als ein anormaler Zustand des Rotors 12 (erfasster Abschnitt 20a) bezeichnet. In ähnlicher Weise ist es wahrscheinlich, dass der erfasste Abschnitt 20a an seinen Endabschnitten in der axialen Richtung zerkratzt wird, und weniger wahrscheinlich, dass er in der Mitte des erfassten Abschnitts 20a in der axialen Richtung zerkratzt wird.
Als Nächstes wird eine besondere Konfiguration des Z-Phasen Detektors 34 kurz mit Bezug auf 5 beschrieben. Der Z-Phasen Detektor 34 weist zwei magnetoresistive Elemente 34a auf. Die beiden magnetoresistiven Elemente 34a sind in Reihe zwischen der Gleichstromquelle Vcc und der Erde angeschlossen und so angeordnet, dass sie in der Umfangsrichtung des Rotors 12 einen festgelegten Abstand voneinander haben und dem erfassten Abschnitt 20b gegenüberliegen. Die Spannung zwischen den beiden magnetoresistiven Elementen 34a wird als das Z-Phasen Signal Sz ausgegeben.
Das Z-Phasen Signal Sz ist ein Signal, das die Änderung der magnetischen Flussdichte anzeigt, die durch die beiden magnetoresistiven Elemente 34a hindurchtritt und durch die Drehung des Rotors 12 bewirkt wird. Wenn der an einer Position der äußeren Umfangsseite des Rotors 12 (der Ursprungsposition des Rotors 12) ausgebildete Schlitz 24 durch Detektionsfelder Dfc der magnetoresistiven Elemente 34a über dem detektierten Abschnitt 20b hindurchtritt, erzeugt das Z-Phasen Signal Sz eine ausgeprägte Wellenform. Dadurch ist es möglich, die Phase innerhalb einer Umdrehung des Rotors 12 auf der Basis des Z-Phasen Signals Sz zu erfassen.
Die beiden Detektionsfelder Dfc der beiden magnetoresistiven Elemente 34a über dem erfassten Abschnitt 20b bilden das dritte Detektionsfeld DF3 des Z-Phasen Detektors 34. Die beiden magnetoresistiven Elemente 34a haben die gleiche Form und Größe. Da das dritte Detektionsfeld DF3 und die Detektionsfelder Dfc ähnlich dem ersten Detektionsfeld DF1 und den Detektionsfeldern Dfa sind, wird auf die Darstellung des dritten Detektionsfeldes DF3 und der Detektionsfelder Dfc verzichtet.
6 ist ein Konfigurationsblockdiagramm, das eine elektrische Konfiguration der Drehwinkeldetektionsvorrichtung 10 zeigt. Die Steuereinheit 16 wird durch einen Computer mit einer Zentraleinheit (CPU) oder anderem Prozessor, einem Speicher und dgl. gebildet. Die Steuereinheit 16 umfasst einen Signalvergleicher 50, einen Anomalitätsbestimmer 52, einen Drehwinkelrechner 54 und ein Ausgabeelement 56.
Der Signalvergleicher 50 vergleicht die Amplitude des A-Phasen Signals Sa mit der Amplitude des B-Phasen Signals Sb, um die Differenz ΔS (absoluter Wert) auszugeben. Im Einzelnen hat der Signalvergleicher 50 des A-Phasen Signal Sa und das B-Phasen Signal Sb synchronisiert und gibt die Differenz ΔS aus. Da die Phasendifferenz zwischen dem A-Phasen Signal Sa und dem B-Phasen Signal Sb 90 Grad beträgt, verschiebt der Vergleicher die Phase des A-Phasen Signals Sa oder des B-Phasen Signals Sb um 90 Grad, so dass die Phasendifferenz zwischen den Signalen gleich Null wird, und berechnet den Unterschied ΔS der Amplitude zwischen dem A-Signal Sa und dem B-Phasen Signal Sb. Der Signalvergleicher 50 gibt die berechnete Differenz ΔS an den Anomalitätsbestimmer 52 aus.
Der Anomalitätsbestimmer 52 bestimmt, ob die Differenz ΔS (absoluter Wert), die von dem Signalvergleicher 50 gesandt wurde, einen Schwellenwert TH überschreitet oder nicht. Wenn die Differenz ΔS den Schwellenwert TH überschreitet, bestimmt der Anomalitätsbestimmer 52, dass eine Anomalität aufgetreten ist und gibt ein Anomalitätssignal Se aus. Das Anomalitätssignal Se wird an den Drehwinkelrechner 54 und das Ausgabeelement 56 ausgegeben. Wenn der Rotor 12 nicht in dem anormalen Zustand ist (frei von Fremdmaterial EX oder Kratzern), unterscheidet sich das A-Phasen Signal Sa und das B-Phasen Signal Sb lediglich hinsichtlich seiner Phase, sie haben aber im Wesentlichen die gleiche Wellenform. Wenn an dem Rotor 12 keine Anomalität vorliegt, nimmt daher die Differenz ΔS einen Wert von gleich oder weniger als dem Schwellenwert TH an, idealerweise Null.
Im Prinzip berechnet der Drehwinkelrechner 54 den Drehwinkel θ des Rotors 12 (Drehwelle Sf) auf der Basis des A-Phasen Signals Sa, des B-Phasen Signals Sb und des Z-Phasen Signals Sz. Der Drehwinkelrechner 54 berechnet den Drehwinkel θ anhand der Ursprungsposition des Rotors 12. Die Drehmenge (Drehwinkel) des Rotors 12 kann aus dem A-Phasen Signal Sa oder dem B-Phasen Signal Sb erhalten werden, und die Drehrichtung des Rotors 12 kann aus dem A-Phasen Signal Sa und dem B-Phasen Signal Sb erhalten werden. Die Ursprungsposition des Rotors 12 kann aus dem Z-Phasen Signal Sz erhalten werden. Aus dem A-Phasen Signal Sa, dem B-Phasen Signal Sb und dem Z-Phasen Signal Sz kann daher der Drehwinkel θ von der Ursprungsposition des Rotors 12 erhalten werden. Der Drehwinkelrechner 54 gibt den berechneten Drehwinkel θ an das Ausgabeelement 56 aus.
Wenn das Anomalitätssignal Se von dem Anomalitätsbestimmer 52 ausgesandt wird, berechnet der Drehwinkelrechner 54 den Drehwinkel θ des Rotors 12 (Drehwelle Sf) ohne das A-Phasen Signal Sa zu verwenden. Wenn der Rotor 12 in einem anormalen Zustand ist, berechnet der Drehwinkelrechner 54 somit den Drehwinkel θ des Rotors 12 auf der Basis des B-Phasen Signals Sb und des Z-Phasen Signals Sz. Wenn der Rotor 12 in einem anormalen Zustand ist, ist die Richtung der Drehung des Rotors 12 nicht bekannt, weil das A-Phasen Signal Sa nicht verwendet wird. Dies kann aber kompensiert werden, indem die zuvor erhaltene Drehrichtung verwendet wird. Wenn der Rotor 12 in einem anormalen Zustand ist, wird auf diese Weise der Drehwinkel θ des Rotors 12 ohne Verwendung des A-Phasen Signals Sa des A-Phasen Detektors 30 berechnet, das ausgegeben wird, wenn Fremdmaterial EX oder Kratzer erfasst wurden. Daher ist es möglich, den Drehwinkel θ des Rotors 12 akkurat zu berechnen.
Als Nächstes wir mit Bezug auf das Fließdiagramm gemäß 7 die Betriebsweise der Drehwinkeldetektionsvorrichtung 10 beschrieben.
In Schritt S1 vergleicht der Signalvergleicher 50 das A-Phasen Signal Sa, das von dem A-Phasen Detektor 30 ausgegeben wird, mit dem B-Phasen Signal Sb, das von dem B-Phasen Detektor 32 ausgegeben wird, und berechnet die Differenz ΔS.
Dann bestimmt der Anomalitätsbestimmer 52 in Schritt S2, ob die in Schritt S1 berechnete Differenz ΔS größer ist als der Schwellenwert TH oder nicht. Wenn in Schritt S2 festgestellt wird, dass die Differenz ΔS gleich oder kleiner ist als der Schwellenwert TH, bestimmt der Anomalitätsbestimmer 52, dass der Rotor 12 in dem Normalzustand ist, und die Steuerung geht weiter zu Schritt S3.
Wenn in Schritt S2 dagegen festgestellt wird, dass der Unterschied ΔS den Schwellenwert TH überschreitet, bestimmt der Anomalitätsbestimmer 52, dass der Rotor 12 in einem anormalen Zustand ist, und die Steuerung geht weiter zu Schritt S5. Wenn festgestellt wird, dass die Differenz ΔS den Schwellenwert TH überschreitet, gibt der Anomalitätsbestimmer 52 das Anomalitätssignal Se aus.
Wenn die Steuerung in Schritt S2 zu NEIN verzweigt, und zu Schritt S3 weitergeht, berechnet der Drehwinkelrechner 54 den Drehwinkel θ des Rotors 12 (Drehwelle Sf) aus dem A-Phasen Signal Sa, das von dem A-Phasen Detektor 30 ausgegeben wird, dem B-Phasen Signal Sb, das von dem B-Phasen Detektor 32 ausgegeben wird, und dem Z-Phasen Signal Sz, das von dem Z-Phasen Detektor 34 ausgegeben wird.
Als Nächstes gibt das Ausgabeelement 56 in Schritt S4 den in Schritt S3 berechneten Drehwinkel θ nach außen aus und die Steuerung kehrt zu Schritt S1 zurück.
Wenn dagegen die Steuerung in Schritt S2 zu JA verzweigt und zu Schritt S5 weitergeht, berechnet der Drehwinkelrechner 54 den Drehwinkel θ des Rotors 12, ohne das A-Phasen Signal Sa zu verwenden, das von dem A-Phasen Detektor 30 ausgegeben wird. Somit berechnet der Drehwinkelrechner 54 den Drehwinkel θ des Rotors 12 (Drehwelle Sf) unter Verwendung des B-Phasen Signals Sb, das von dem B-Phasen Detektor 32 ausgegeben wird, und des Z-Phasen Signals Sz, das von dem Z-Phasen Detektor 34 ausgegeben wird.
Als Nächstes gibt das Ausgabeelement 56 in Schritt S6 den Drehwinkel θ und das Anomalitätssignal Se, die in Schritt S5 berechnet wurden, nach außen aus, und die Steuerung kehrt zurück zu Schritt S1.
[Abweichendes Beispiel]
Die oben beschriebene Ausführungsform kann auch wie folgt modifiziert werden.
<Abweichendes Beispiel 1 >
Wenn bei dem obigen Ausführungsbeispiel Fremdmaterial EX in dem Bereich des Detektionsfeldes Dfb (dem zweiten Detektionsfeld DF2) in der axialen Richtung des Rotors 12 angeordnet ist, wird das Fremdmaterial EX etc. in unerwünschter Weise durch den A-Phasen Detektor 30 und den B-Phasen Detektor 32 erfasst. Daher werden die Wellenformen sowohl des A-Phasen Signals Sa als auch des B-Phasen Signals Sb durch das Fremdmaterial EX etc. beeinflusst und deformiert.
Um damit umzugehen, ist bei dem abweichenden Beispiel 1 eine Mehrzahl von B-Phasen Detektoren 32 vorgesehen, und jedes der zweiten Detektionsfelder DF2 der mehreren B-Phasen Detektoren 32 ist gegenüber den anderen so verschoben, dass sie einander in der axialen Richtung der Drehwelle Sf nicht überlappen. In diesem Fall werden die zweiten Detektionsfelder DF2 der mehreren B-Phasen Detektoren 32 an der gleichen Position in der Umfangsrichtung der Drehwelle Sf definiert.
8 ist ein Diagramm, das Detektionsfelder eines A-Phasen Detektors 30 und eines B-Phasen Detektors 32 bei dem abweichenden Beispiel 1 zeigt. In der nachfolgenden Beschreibung sind zur Erleichterung des Verständnisses zwei B-Phasen Detektoren 32 vorgesehen. In ähnlicher Weise wie bei dem obigen Ausführungsbeispiel wird angenommen, dass die Länge jedes Detektionsfeldes Dfb (zweites Detektionsfeld DF2) der beiden B-Phasen Detektoren 32 in der axialen Richtung der Drehwelle Sf (Rotor 12) kürzer ist als die Länge des Detektionsfeldes Dfa (das erste Detektionsfeld DF1) des A-Phasen Detektors 30 in der axialen Richtung der Drehwelle Sf. Bei diesem abweichenden Beispiel 1 haben die zweiten Detektionsfelder DF2 (Detektionsfelder Dfb) der beiden B-Phasen Detektoren 32 die gleiche Form und Größe.
Um die beiden B-Phasen Detektoren 32 voneinander zu unterscheiden, kann ein B-Phasen Detektor 32 als 32₁ und der andere B-Phasen Detektor 32 als 32₂ bezeichnet werden. Außerdem können das zweite Detektionsfeld DF2, das Detektionsfeld Dfb und das B-Phasen Signal Sb eines B-Phasen Detektors 32₁ als DF2₁ , Dfb₁ und Sb₁ bezeichnet werden, während das zweite Detektionsfeld DF2, das Detektionsfeld Dfb und das B-Phasen Signal Sb des anderen B-Phasen Detektors 32₂ in manchen Fällen als DF2₂ , Dfb₂ und Sb₂ bezeichnet werden können.
Wie in 8 gezeigt ist, sind die zweiten Detektionsfelder DF2₁ , DF2₂ (Detektionsfelder Dfb₁ , Dfb₂ ) so angeordnet, dass sie einander in der axialen Richtung der Drehwelle Sf nicht überlappen. Auch wenn Fremdmaterial EX oder dergleichen sich an dem Rotor 12 (insbesondere dem erfassten Abschnitt 20a) anlagert, kann daher einer der beiden B-Phasen Detektoren 32 die ursprüngliche Wellenform erfassen, ohne durch das Fremdmaterial EX beeinträchtigt zu werden.
Wenn beispielsweise Fremdmaterial EX wie in 8 gezeigt an dem Rotor 12 abgelagert ist, gibt der B-Phasen Detektor 32₁ das B-Phasen Signal Sb₁ mit der durch das Fremdmaterial EX beeinträchtigten Wellenform aus, während der B-Phasen Detektor 32₂ das B-Phasen Signal Sb₂ , welches die ursprüngliche Wellenform ohne Beeinträchtigung durch das Fremdmaterial EX aufweist, ausgibt.
Der Signalvergleicher 50 vergleicht die Amplitude des A-Phasen Signals Sa mit der Amplitude des B-Phasen Signals Sb₁ , um eine Differenz ΔS (ΔS₁ ) zu berechnen, und vergleicht auch die Amplitude des A-Phasen Signals Sa mit der Amplitude des B-Phasen Signals Sb₂ , um eine Differenz ΔS (ΔS₂ ) zu berechnen. Beide Differenzen ΔS₁ und ΔS₂ sind Absolutwerte. Der Signalvergleicher 50 gibt die berechneten Differenzen ΔS₁ und ΔS₂ an den Anomalitätsbestimmer 52 aus. In dem Fall, wenn der Rotor 12 nicht in einem anormalen Zustand ist (in welchem ein fremdes Objekt EX oder Kratzer an dem Rotor 12 vorliegt), sind die Differenzen ΔS₁ und ΔS₂ im Wesentlichen gleich.
Der Anomalitätsbestimmer 52 bestimmt, ob eine der beiden Differenzen ΔS_1, ΔS₂ einen Schwellenwert TH überschreitet. Wenn eine von ihnen den Schwellenwert TH überschreitet, bestimmt der Anomalitätsbestimmer 52, dass eine Anomalität vorliegt, und gibt ein Anomalitätssignal Se an den Drehwinkelrechner 54 und das Ausgabeelement 56 aus. Zu dieser Zeit gibt der Anomalitätsbestimmer 52 auch Informationen über das B-Phasen Signal Sb von den B-Phasen Signalen Sb₁ und Sb₂ , das eine Quelle der den Schwellenwert TH nicht überschreitenden Differenz ΔS darstellt, an den Drehwinkelrechner 54 aus. Da die Wellenform des B-Phasen Signals Sb des B-Phasen Detektors 32, der das Fremdmaterial EX oder den Kratzer festgestellt hat, sich in der gleichen Weise verhält wie die Wellenform des A-Phasen Signals Sa, fällt der Amplitudenunterschied ΔS zwischen dem B-Phasen Signal Sb des B-Phasen Detektors 32, der das Fremdmaterial Ex oder den Kratzer detektiert hat, und dem A-Phasen Signal Sa in einen Bereich kleiner gleich dem Schwellenwert TH.
Wenn das Anomalitätssignal Se von dem Anomalitätsbestimmer 52 empfangen wird, berechnet der Drehwinkelrechner 54 den Drehwinkel θ des Rotors 12 (Drehwelle Sf) ohne Verwendung des A-Phasen Signals Sa und des B-Phasen Signals Sb, das die Quelle der den Schwellenwert TH nicht überschreitenden Differenz ΔS ist. Mit anderen Worten wird der Drehwinkel θ des Rotors 12 auf der Basis des B-Phasen Signals Sb der B-Phasen Signale Sb₁ und Sb₂ , das durch das Fremdmaterial EX oder dergleichen nicht beeinträchtigt wurde, und des Z-Phasen Signals Sz berechnet. Der berechnete Drehwinkel θ wird an das Ausgabeelement 56 ausgegeben.
Auf diese Weise ist es möglich, das ursprüngliche B-Phasen Signal Sb, das durch das Fremdmaterial EX oder dergleichen nicht beeinträchtigt wurde, unabhängig davon zu erhalten, ob an dem Rotor 12 (im Einzelnen an dem erfassten Abschnitt 20a) Fremdmaterial EX oder Kratzer vorliegen. Dadurch ist es möglich, den Drehwinkel θ des Rotors 12 (Drehwelle Sf) genau zu berechnen.
Die zweiten Detektionsfelder DF2 der mehreren B-Phasen Detektoren 32 haben eine unterschiedliche Länge in der axialen Richtung der Drehwelle Sf. Außerdem können die Positionen der zweiten Detektionsfelder DF2 der mehreren B-Phasen Detektoren 32 zueinander in der Umfangsrichtung der Drehwelle Sf verschoben sein.
<Abweichendes Beispiel 2>
Bei dem obigen abweichenden Beispiel 1 ist eine Mehrzahl von B-Phasen Detektoren 32 vorgesehen, bei denen das zweite Detektionsfeld DF2 in der axialen Richtung der Drehwelle Sf (des Rotors 12) kürzer ist als das erste Detektionsfeld DF1 des A-Phasen Detektors 30,. Die Drehwinkeldetektionsvorrichtung 10 des zweiten abweichenden Beispiels umfasst einen B-Phasen Detektor 32 mit einem zweiten Detektionsfeld DF2, das in der axialen Richtung der Drehwelle Sf (Rotor 12) die gleiche Länge hat wie das erste Detektionsfeld DF1, und einen oder mehrere B-Phasen Detektoren 32, deren zweites Detektionsfeld DF2 kürzer ist als das erste Detektionsfeld DF1.
Wenn bei dem zweiten abweichenden Beispiel der Rotor 12 nicht in einem anormalen Zustand ist (wenn kein fremdes Objekt EX oder dergleichen vorliegt), berechnet der Drehwinkelrechner 54 den Drehwinkel θ auf der Basis des A-Phasen Signals Sa des A-Phasen Detektors 30 und des B-Phasen Signals Sb des B-Phasen Detektors 32, bei dem das zweite Detektionsfeld DF2 die gleiche Länge hat wie das erste Detektionsfeld DF1. Wenn dann der Rotor 12 in einem anormalen Zustand ist (wenn ein fremdes Objekt EX oder dergleichen vorliegt), berechnet der Drehwinkelrechner 54 den Drehwinkel θ, ohne das A-Phasen Signal Sa des A-Phasen Detektors 30 und das B-Phasen Signal Sb des B-Phasen Detektors 32, bei dem das zweite Detektionsfeld DF2 die gleiche Länge hat wie das erste Detektionsfeld DF1, zu verwenden. Somit wird der Drehwinkel θ auf der Basis des B-Phasen Signals oder der B-Phasen Signale Sb eines oder mehrerer B-Phasen Detektors(en) 32 berechnet, bei denen das zweite Detektionsfeld DF2 kürzer ist als das erste Detektionsfeld DF1.
<Abweichendes Beispiel 3>
Bei dem dritten abweichenden Beispiel kann der Anomalitätsbestimmer 52 feststellen, dass eine Anomalität aufgetreten ist, und das Anomalitätssignal Se ausgeben, wenn eine festgelegte Zahl von Ereignissen beobachtet wurde, bei denen die Differenz ΔS in derselben Phase einer Umdrehung des Rotors 12 den Schwellenwert TH überschreitet. Wenn die wiederholte Anzahl, mit der die Differenz ΔS den Schwellenwert TH in der gleichen Phase (Timing) bei einer Umdrehung des Rotors 12 überschreitet, die festgelegte Zahl erreicht, bestimmt somit der Anomalitätsbestimmer 52, dass eine Anomalität aufgetreten ist. Dies kann fehlerhafte Entscheidungen über Anomalitäten vermeiden. Bei dem abweichenden Beispiel 3 verwendet der Anomalitätsbestimmer 52 auch das Z-Phasen Signal Sz des Z-Phasen Detektors 34, um die Phase bei einer Rotation des Rotors 12 zu erfassen, wenn die Differenz ΔS den Schwellenwert TH übersteigt. Die festgelegte Anzahl wird auf zwei oder mehr eingestellt.
<Abweichendes Beispiel 4>
Bei der obigen Ausführungsform wurde beispielhaft eine Drehwinkeldetektionsvorrichtung 10 mit dem Z-Phasen Detektor 34 erläutert. Die Drehwinkeldetektionsvorrichtung 10 kann aber auch ohne Z-Phasen Detektor 34 verwendet werden. Dies liegt daran, dass beispielsweise bei einer Drehwinkeldetektionsvorrichtung 10 mit einem Absolut-Encoder oder dergleichen der Drehwinkel θ von der Ursprungsposition des Rotors 12 (Drehwelle Sf) ohne den Z-Phasen Detektor 34 erhalten werden kann. In diesem Fall ist auch der erfasste Abschnitt 20b nicht notwendig.
<Abweichendes Beispiel 5>
Auch wenn bei der obigen Ausführungsform der A-Phasen Detektor 30, der B-Phasen Detektor 32 und der Z-Phasen Detektor 34 den Drehwinkel θ des Rotors 12 über das Magnetfeld erfassen, kann der Drehwinkel θ des Rotors 12 auch durch optische Techniken erfasst werden. Mit anderen Worten können der A-Phasen Detektor 30, der B-Phasen Detektor 32 und der Z-Phasen Detektor 34 beliebige Detektoren sein, solange sie eine Änderung der physikalischen Größe detektieren können, die durch die Rotation des Rotors 12 bewirkt wird. Daher können der A-Phasen Detektor 30, der B-Phasen Detektor 32 und der Z-Phasen Detektor 34 anstelle der magnetoresistiven Elemente 30a, 32a, 34a lichtempfangende Elemente verwenden, die Licht detektieren. Außerdem werden bei der oben beschriebenen Ausführungsform die magnetoresistiven Elemente 30a, 32a, 34a als eine Art von Magnetsensor verwendet. Andere Magnetsensoren (Spulen, magnetische Impedanzelemente, Hall-Elemente, etc.) können aber auch verwendet werden.
<Abweichendes Beispiel 6>
Bei der obigen Ausführungsform sind das erste Detektionsfeld DF1 und das zweite Detektionsfeld DF2 an der äußeren Umfangsseite des Rotors 12 vorgesehen. Sie können aber auch an einer Endfläche des Rotors 12 angeordnet sein.
<Abweichendes Beispiel 7>
Bei der obigen Ausführungsform ist das zweite Detektionsfeld DF2 (Detektionsfeld Dfb) des B-Phasen Detektors 32 so geformt, dass es in der axialen Richtung der Drehwelle Sf (Rotor 12) kürzer ist als das erste Detektionsfeld DF1 (Detektionsfeld Dfa) des A-Phasen Detektors 30. Das erste Detektionsfeld DF1 (Detektionsfeld Dfa) des A-Phasen Detektors 30 kann aber auch kürzer ausgebildet sein als das zweite Detektionsfeld DF2 (Detektionsfeld Dfb) des B-Phasen Detektors 32. Mit anderen Worten dient der Detektor, der ein längeres Detektionsfeld in der axialen Richtung der Drehwelle Sf (Rotor 12) aufweist, als der erste Detektor, und der Detektor, der ein kürzeres Detektionsfeld aufweist, spielt die Rolle des zweiten Detektors.
<Abweichendes Beispiel 8>
Die obigen abweichenden Beispiele 1 bis 7 können in beliebiger Weise kombiniert werden, um einen weiteren Modus herzustellen.
[Technische Konzepte, die sich aus der Ausführungsform ergeben]
Technische Ideen, die sich aus der obigen Ausführungsform und den abweichenden Beispielen 1 bis 8 erfassen lassen, werden nachfolgend beschrieben.
Eine Drehwinkeldetektionsvorrichtung (10) erfasst einen Drehwinkel (θ) einer Drehwelle (Sf). Die Drehwinkeldetektionsvorrichtung (10) umfasst einen drehenden Teil (12), der sich gemeinsam mit der Drehwelle (Sf) dreht und einen erfassten Abschnitt (20a) aufweist, der zur Detektion des Drehwinkels (θ) verwendet wird, einen ersten Detektor (30), der so angeordnet ist, dass er dem erfassten Abschnitt (20a) gegenüberliegt, und der so konfiguriert ist, dass er eine Änderung einer physikalischen Größe, die durch die Rotation des drehenden Teils (12) bewirkt wird, in einem ersten Detektionsfeld (DF1) über dem erfassten Abschnitt (20a) erfasst und ein erstes Detektionssignal (Sa) ausgibt, welches den Drehwinkel (θ) des drehenden Teils repräsentiert, und einen zweiten Detektor (32), der so angeordnet ist, dass er dem erfassten Abschnitt (20a) gegenüberliegt, und der dazu ausgestaltet ist, Änderungen der physikalischen Größe, die durch Rotation des drehenden Teils (12) bewirkt werden, in einem zweiten Detektionsfeld (DF2), das über dem erfassten Abschnitt (20a) an einer relativ zu der Drehrichtung des drehenden Teils (12) anderen Position als das erste Detektionsfeld (DF1) angeordnet ist, zu erfassen und ein zweites Detektionssignal (Sb) auszugeben, das außer Phase zu dem ersten Detektionssignal (Sa) ist, aber den Drehwinkel (θ) des drehenden Teils (12) repräsentiert. Das zweite Detektionsfeld (DF2) ist in der Richtung senkrecht zu der Drehrichtung des drehenden Teils (12) kürzer als das erste Detektionsfeld (DF1).
Mit dieser Konfiguration kann der erste Detektor (30) das erste Detektionssignal (Sa) erhalten, dessen Wellenform durch Fremdmaterial (EX) oder Kratzer an dem drehenden Teil (12) deformiert ist, während der zweite Detektor (32) das zweite Detektionssignal (Sb) erhalten kann, dessen Wellenform nicht durch das fremde Objekt (EX) oder Kratzer an dem drehenden Teil (12) deformiert ist. Hierdurch ist es möglich, Fremdmaterial (EX) oder Kratzer an dem drehenden Teil (12) zu erfassen und eine Verschlechterung der Detektionsgenauigkeit bei der Detektion des Drehwinkels (θ) des drehenden Teils (12) durch das Fremdmaterial (EX) oder Kratzer an dem drehenden Teil (12) zu vermeiden.
Das zweite Detektionsfeld (DF2) kann das erste Detektionsfeld (DF1) in der Richtung senkrecht zu der Drehrichtung des drehenden Teils (12) überlappen. Diese Konfiguration ermöglicht es dem ersten Detektor (30), das erste Detektionssignal (Sa), dessen Wellenform durch Fremdmaterial (EX) oder Kratzer an dem drehenden Teil (12) deformiert ist, zu erfassen, und dem zweiten Detektor (32), das zweite Detektionssignal (Sb), dessen Wellenform durch das fremde Objekt (EX) oder Kratzer an dem drehenden Teil nicht deformiert ist, zu erfassen.
Das zweite Detektionsfeld (DF2) kann in der Richtung senkrecht zu der Drehrichtung des drehenden Teils (12) in dem Zentrum des detektierten Abschnitts (20a) angeordnet sein. Dies ermöglicht es, zu verhindern, dass die Wellenform des zweiten Detektionssignals (Sb) des zweiten Detektors (32) durch den Einfluss des Fremdmaterials (EX) oder von Kratzern an dem drehenden Teil (12) deformiert wird.
Die Drehwinkeldetektionsvorrichtung (10) kann eine Mehrzahl an zweiten Detektoren (32) aufweisen. Die zweiten Detektionsfelder (DF2) der mehreren zweiten Detektoren (32) können so verschoben sein, dass sie einander in der Richtung senkrecht zu der Drehrichtung des drehenden Teils (12) nicht überlappen. Dadurch ist es möglich, das zweite Detektionssignal (Sb) zu erhalten, dessen Wellenform durch den Einfluss von Fremdmaterial (EX) oder Kratzern an dem drehenden Teil (12) nicht deformiert ist, unabhängig davon, ob Fremdmaterial (EX) oder Kratzer an dem drehenden Teil (12) vorliegen. Hierdurch ist es möglich, eine Verschlechterung der Detektionsgenauigkeit (Berechnungsgenauigkeit) des Drehwinkels (θ) des drehenden Teils (12) durch das Fremdmaterial (EX) oder Kratzer an dem drehenden Teil (12) zu vermeiden.
Die Drehwinkeldetektionsvorrichtung (10) kann außerdem aufweisen einen Signalvergleicher (50), der dazu ausgestaltet ist, die Amplitude des ersten Detektionssignals (Sa) mit der des zweiten Detektionssignals (Sb) zu vergleichen und eine Differenz (ΔS) zwischen diesen auszugeben, sowie einen Anomalitätsbestimmer (52), der dazu ausgestaltet ist, zu bestimmen, dass eine Anomalität aufgetreten ist, wenn die Differenz (ΔS) einen Schwellenwert (TH) überschreitet, und ein Anomalitätssignal (Se) auszugeben. Dadurch ist es möglich, festzustellen, ob eine Anomalität an dem drehenden Teil (12) aufgetreten ist.
Der Anomalitätsbestimmer (52) kann dazu ausgestaltet sein, zu bestimmen, dass die Anomalität aufgetreten ist, wenn eine festgestellte Zahl von Ereignissen, bei denen die Differenz (ΔS) den Schwellenwert (TH) überschreitet, in der gleichen Phase bei einer Umdrehung des drehenden Teils (12) erfasst wurde, und das Anomalitätssignal (Se) auszugeben. Dadurch ist es möglich, das Auftreten einer fehlerhaften Entscheidung über eine Anomalität zu vermeiden.
Der drehende Teil (12) kann einen zweiten erfassten Abschnitt (20b) aufweisen, der dazu verwendet wird, die Phase bei einer Umdrehung des drehenden Teils (12) zu erfassen. Die Drehwinkeldetektionsvorrichtung (10) kann außerdem aufweisen einen Phasendetektor (34), der so angeordnet ist, dass er dem zweiten erfassten Abschnitt (20b) gegenüberliegt, und der dazu ausgestaltet ist, eine Änderung der physikalischen Größe, die durch die Rotation des drehenden Teils (12) bewirkt wird, in einem dritten Detektionsfeld (DF3) über dem zweiten erfassten Abschnitt (20b) zu erfassen und ein Phasendetektionssignal (Sz) des drehenden Teils (12) ausgibt. Hierdurch ist es möglich, die Phase bei einer Umdrehung des drehenden Teils (12), d.h. den Drehwinkel (θ) von der Ursprungsposition des drehenden Teils (12), zu erfassen.
Die Drehwinkeldetektionsvorrichtung (10) kann außerdem aufweisen einen Drehwinkelrechner (54) der dazu ausgestaltet ist, einen Drehwinkel (θ) der Drehwelle (Sf) auf der Basis des ersten Detektionssignals (Sa) und des zweiten Detektionssignals (Sb) zu berechnen. Der Drehwinkelrechner (54) kann dazu ausgestaltet sein, den Drehwinkel (θ) der Drehwelle (Sf) ohne Verwendung des ersten Detektionssignals (Sa) zu berechnen, wenn der Anomalitätsbestimmer (52) bestimmt, dass eine Anomalität aufgetreten ist. Hierdurch ist es möglich, eine Verschlechterung der Detektionsgenauigkeit (Berechnungsgenauigkeit) des Drehwinkels (θ) des drehenden Teils (12) zu vermeiden, auch wenn an dem drehenden Teil (12) Fremdmaterial (EX) oder Kratzer vorliegen.

Claims

Eine Drehwinkeldetektionsvorrichtung (10) zur Erfassung eines Drehwinkels (θ) einer Drehwelle (Sf), mit: einem drehenden Teil (12), das sich gemeinsam mit der Drehwelle dreht und einen erfassten Abschnitt (20a) aufweist, der zur Erfassung des Drehwinkels verwendet wird, einem ersten Detektor (30), der so angeordnet ist, dass er dem erfassten Abschnitt gegenüberliegt, und der so ausgestaltet ist, dass er eine Änderung einer physikalischen Größe, die durch die Rotation des drehenden Teils bewirkt wird, in einem ersten Detektionsfeld (DF1) über dem erfassten Abschnitt detektiert, und der ein erstes Detektionssignal (Sa) ausgibt, welches den Drehwinkel des drehenden Teils repräsentiert, und einem zweiten Detektor (32), der so angeordnet ist, dass er dem erfassten Abschnitt gegenüberliegt, und der so ausgestaltet ist, dass er eine Änderung der physikalischen Größe, die durch die Rotation des drehenden Teils bewirkt wird, in einem zweiten Detektionsfeld (DF2) detektiert, das über dem erfassten Abschnitt an einer in der Drehrichtung des drehenden Teils anderen Position als das erste Detektionsfeld angeordnet ist, und ein zweites Detektionssignal (Sb) ausgibt, das außer Phase zu dem ersten Detektionssignal ist, aber den Drehwinkel des drehenden Teils repräsentiert, wobei das zweite Detektionsfeld in einer Richtung senkrecht zu der Drehrichtung des drehenden Teils kürzer ist als das erste Detektionsfeld.
Die Drehwinkeldetektionsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das zweite Detektionsfeld das erste Detektionsfeld in der Richtung senkrecht zu der Drehrichtung des drehenden Teils überlappt.
Die Drehwinkeldetektionsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das zweite Detektionsfeld relativ zu der Richtung senkrecht zu der Drehrichtung des drehenden Teils in einem Zentrum des erfassten Abschnitts angeordnet ist.
Die Drehwinkeldetektionsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, außerdem umfassend eine Mehrzahl zweiter Detektoren, wobei die zweiten Detektionsfelder der mehreren zweiten Detektoren so verschoben sind, dass sie einander in der Richtung senkrecht zu der Drehrichtung des drehenden Teils nicht überlappen.
Die Drehwinkeldetektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, außerdem mit: einem Signalvergleicher (50), der dazu ausgestaltet ist, die Amplitude des ersten Detektionssignals mit der des zweiten Detektionssignals zu vergleichen, und der eine Differenz (ΔS) zwischen diesen ausgibt, und einem Anomalitätsbestimmer (52), der dazu ausgestaltet ist, zu bestimmen, dass eine Anomalität aufgetreten ist, wenn die Differenz einen Schwellenwert (TH) überschreitet, und der ein Anomalitätssignal (Se) ausgibt.
Die Drehwinkeldetektionsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei der Anomalitätsbestimmer dazu ausgestaltet ist, festzulegen, dass die Anomalität aufgetreten ist, wenn eine festgelegte Zahl von Ereignissen, bei denen der Schwellenwert überschritten wurde, in derselben Phase bei einer Umdrehung des drehenden Teils detektiert wurde, und das Anomalitätssignal auszugeben.
Die Drehwinkeldetektionsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei der drehende Teil einen zweiten erfassten Abschnitt (20b) aufweist, der zur Erfassung der Phase bei einer Umdrehung des drehenden Teils verwendet wird, wobei die Drehwinkeldetektionsvorrichtung außerdem einen Phasendetektor (34) aufweist, der so angeordnet ist, dass er dem zweiten erfassten Abschnitt gegenüberliegt, und der dazu ausgestaltet ist, Änderungen der physikalischen Größe, die durch Rotation des drehenden Teils bewirkt werden, in einem dritten Detektionsfeld (DF3) über dem zweiten erfassten Abschnitt zu detektieren, und der ein Phasendetektionssignal (Sz) des drehenden Teils ausgibt.
Die Drehwinkeldetektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, außerdem umfassend einen Drehwinkelrechner (54), der dazu ausgestaltet ist, einen Drehwinkel der Drehwelle auf der Basis des ersten Detektionssignals und des zweiten Detektionssignals zu berechnen, wobei der Drehwinkelrechner dazu ausgestaltet ist, den Drehwinkel der Drehwelle ohne Verwendung des ersten Detektionssignals zu berechnen, wenn der Anomalitätsbestimmer feststellt, dass eine Anomalität aufgetreten ist.