DE102018129055A1

DE102018129055A1 - Operationsverarbeitungsvorrichtung, Winkelsensor und Servolenkungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102018129055A1
Application number: DE102018129055.1A
Authority: DE
Inventors: Shinichirou MOCHIZUKI; Hiraku Hirabayashi
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2017-11-27
Filing date: 2018-11-19
Publication date: 2019-05-29
Anticipated expiration: 2038-11-20
Also published as: US20210140837A1; DE102018129055B4; CN110006466A; US10948368B2; US20190162609A1; CN110006466B; JP6724884B2; JP2019095373A

Abstract

Eine Operationsverarbeitungsvorrichtung, die einen Drehwinkel auf Grundlage eines ersten Ausgangssignals und eines zweiten Ausgangssignals berechnet, die sich voneinander in ihrer Signalfrequenz unterscheiden, ist mit einem ersten kreuzgekoppelten Operationsteil, der eine erste kreuzgekoppelte Operation durchführt, und einem zweiten kreuzgekoppelten Operationsteil, der eine zweite kreuzgekoppelte Operation basierend auf den ersten und zweiten Ausgangssignalen durchführt, versehen. Ein erster Lissajous-Kurve-Erzeugungsteil erzeugt eine erste Lissajous-Kurve auf Grundlage des Ergebnisses der Operation durch den ersten kreuzgekoppelten Operationsteil, und ein zweiter Lissajous-Kurve-Erzeugungsteil erzeugt eine zweite Lissajous-Kurve auf Grundlage des Ergebnisses der Operation durch den zweiten kreuzgekoppelten Operationsteil. Eine Drehwinkel-Berechnungseinheit berechnet den Drehwinkel auf Grundlage der ersten Lissajous-Kurve und der zweiten Lissajous-Kurve.

Description

[Technisches Gebiet]
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Operationsverarbeitungsvorrichtung, die einen Drehwinkel auf Grundlage von Ausgangssignalen von Sensorelementen berechnet, einen Winkelsensor, sowie eine Servolenkungsvorrichtung.
[Technischer Hintergrund]
Fahrzeugservolenkungsvorrichtungen erfassen den Drehwinkel eines Lenkrads mit einer Winkelerfassungsvorrichtung und steuern einen Motor oder ein Hydrauliksystem in Abhängigkeit von dem erfassten Drehwinkel an, um hinsichtlich der Lenkkraft des Lenkrads zu unterstützen, wodurch der Fahrer mit einer geringen Lenkkraft lenken kann.
Aus dem Stand der Technik sind als derartige Winkelerfassungsvorrichtungen jene bekannt, die mehrere Magnete, die hinsichtlich der Anzahl von Polen voneinander verschieden sind, mehrere Magnetsensorelemente, die Sensorsignale entsprechend den magnetischen Flüssen der Magnete ausgeben, und eine Operationsverarbeitungsvorrichtung aufweisen, die den Drehwinkel auf Grundlage der Sensorsignale berechnet, die von den Magnetsensorelementen ausgegeben werden.
[Schriften des Stands der Technik]
[Patentschrift]
[Patentschrift 1]: nicht geprüfte, japanische Patentanmeldung mit Veröffentlichungsnummer 2001-183169 .
[Darstellung der Erfindung]
[Aufgabe der Erfindung]
Patentschrift 1 offenbart eine Positionserfassungsvorrichtung. Die Positionserfassungsvorrichtung berechnet einen Drehwinkel (einen elektrischen Winkel EA1) auf Grundlage eines Sensorsignals, das von einem Magnetsensorelement ausgegeben wird und berechnet einen Drehwinkel (einen elektrischen Winkel EA2) auf Grundlage eines Sensorsignals, das von dem anderen Magnetsensorelement ausgegeben wird. Unter Ausnutzung eines Phänomens, dass sich die Phasen der Drehwinkel (der elektrischen Winkel EA1 und EA2) schrittweise mit der Drehung des Drehkörpers verschieben, wird der Drehwinkel (ein mechanischer Winkel MA) aus der Differenz zwischen den beiden elektrischen Winkeln (EA1 - EA2) berechnet.
Die Sensorsignale, die von den Sensorelementen ausgegeben werden, enthalten ein Sinussignal (ein Sin-Signal) und ein Kosinussignal (ein Kos-Signal), die den Drehwinkel θ des Drehkörpers zeigen. Die Drehwinkel (die elektrischen Winkel EA1 und EA2) werden durch eine Arcustangens-Operation (eine atan-Operation) mittels des Sinussignals und des Kosinussignals berechnet. Mit anderen Worten ist es erforderlich, einen Arcustangens (atan) aus dem Sensorsignal (einem Sinussignal und einem Kosinussignal) zu berechnen, das von einem Magnetsensorelement ausgegeben wird und, analog hierzu, einen Arcustangens (atan) aus dem Sensorsignal (einem Sinussignal und einem Kosinussignal) zu berechnen, das aus dem anderen Magnetsensorelement ausgegeben wird. Deshalb besteht ein Problem dahingehend, dass die Operationsverarbeitungsschaltung, die für die Arcustangens-Operationsverarbeitung notwendig ist, eine große Schaltungsgröße aufweist, und der Stromverbrauch der Winkelerfassungsvorrichtung, welche die Operationsverarbeitungsschaltung aufweist, zunimmt. Darüber hinaus besteht ein weiteres Problem darin, dass die Arcustangens (atan) - Operation eine hohe Taktanzahl erforderlich macht, was die Operationsverarbeitungszeit der Operationsverarbeitungsschaltung erhöht.
Vor dem Hintergrund des obigen Problems ist die vorliegende Erfindung darauf gerichtet, eine Operationsverarbeitungsvorrichtung anzugeben, die in der Lage ist, eine Operationsverarbeitung durchzuführen, um einen Drehwinkel eines Drehkörpers, der sich dreht, in kurzer Zeit zu erhalten, sowie den Stromverbrauch der Operationsverarbeitungsschaltung, die die Operationsverarbeitung durchführt, zu verringern. Die vorliegende Erfindung stellt ferner einen Winkelsensor, der mit der Operationsverarbeitungsvorrichtung versehen ist, sowie eine Lenkvorrichtung die mit dem Winkelsensor versehen ist, bereit.
[Mittel zur Lösung der Aufgabe]
Um die obige Aufgabe zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung eine Operationsverarbeitungsvorrichtung bereit, die einen Drehwinkel auf Grundlage eines ersten Ausgangssignals, das aus einem ersten Magnetsensorelement ausgegeben wird, und eines zweiten Ausgangssignals, das aus einem zweiten Magnetsensorelement ausgegeben wird, berechnet. Das erste Ausgangssignal hat eine von dem zweiten Ausgangssignal verschiedene Signalfrequenz. Das erste Ausgangssignal weist zwei Arten von Signalen auf, die hinsichtlich ihrer Phase voneinander verschieden sind. Das zweite Ausgangssignal weist zwei Arten von Signalen auf, die hinsichtlich ihrer Phase voneinander verschieden sind. Die Operationsverarbeitungsvorrichtung umfasst einen ersten, kreuzgekoppelten Operationsteil, der eine erste kreuzgekoppelte Operation auf Grundlage eines Signals, das in dem ersten Ausgangssignal enthalten ist, und eines Signals, das in dem zweiten Ausgangssignal enthalten ist, durchführt, einen zweiten kreuzgekoppelten Operationsteil, der eine zweite kreuzgekoppelte Operation auf Grundlage des anderen Signals, das in dem ersten Ausgangssignal enthalten ist, und des anderen Signals, das in dem zweiten Ausgangssignal enthalten ist, durchführt, einen ersten Lissajous-Kurve-Erzeugungsteil, der eine erste Lissajous-Kurve auf Grundlage des Ergebnisses der Operation durch den ersten kreuzgekoppelten Operationsteil erzeugt, einen zweiten Lissajous-Kurve-Erzeugungsteil, der eine zweite Lissajous-Kurve auf Grundlage des Ergebnisses der Operation durch den zweiten kreuzgekoppelten Operationsteil erzeugt, und eine Drehwinkel-Berechnungseinheit, die den Drehwinkel auf Grundlage der ersten Lissajous-Kurve und der zweiten Lissajous-Kurve berechnet.
Bei der obigen Operationsverarbeitungsvorrichtung ist es bevorzugt, dass das erste Ausgangssignal ein erstes Sinussignal und ein erstes Kosinussignal enthält, das zweite Ausgangssignal ein zweites Sinussignal, das sich in seiner Frequenz von dem ersten Sinussignal unterscheidet, und ein zweites Kosinussignal, das sich in seiner Frequenz von dem ersten Kosinussignal unterscheidet, enthält, der erste kreuzgekoppelte Operationsteil Addition/Subtraktion als die erste kreuzgekoppelte Operation mittels einer 1-1 ten Signalmenge, welche das erste Sinussignal und das zweite Kosinussignal enthält, und einer 1-2ten Signalmenge, die das zweite Sinussignal und das erste Kosinussignal enthält, durchführt, und der zweite kreuzgekoppelte Operationsteil Addition als die zweite kreuzgekoppelte Operation mittels einer 2-1ten Signalmenge, die das erste Sinussignal und das zweite Sinussignal enthält, und einer 2-2ten Signalmenge, die das erste Kosinussignal und das zweite Kosinussignal enthält, durchführt.
In dieser Beschreibung umfasst ein „Sinussignal“ neben Signalen, die eine ideale Sinuswellenform haben, Signale, die eine Wellenform haben, die sehr nahe an der idealen Sinuswellenform liegen (einen Verzerrungsfaktor von 30 % oder weniger) (näherungsweise sinusförmige Signale). Darüber hinaus umfasst in dieser Beschreibung ein „Kosinussignal“ neben Signalen, die eine ideale Kosinus-Wellenform haben, Signale, die eine Wellenform haben, die sehr nahe an der idealen Kosinus-Wellenform liegen (Verzerrungsfaktor von 30 % oder weniger) (näherungsweise kosinus-förmige Signale). In dieser Hinsicht wird der Verzerrungsfaktor mittels einer Verzerrungsfaktor-Messvorrichtung oder dergleichen gemessen, welche die Idealkomponenten und verzerrte Komponenten eines Signals vermittels Fourier-Analyse oder anderen Verfahren trennen und bewerten kann. Darüber hinaus meinen Sinussignal und Kosinus-Signal einfach, dass ihre Phasen zueinander verschoben sind, und es besteht keine Beschränkung hinsichtlich ihrer Phasendifferenz. Jedoch liegt ihre Phasendifferenz bevorzugt innerhalb eines Bereichs von 90 Grad +/- 20 Grad.
Bei der obigen Operationsverarbeitungsvorrichtung ist es bevorzugt, dass der erste kreuzgekoppelte Operationsteil eine Addition mittels der 1-1ten Signalmenge und eine Subtraktion mittels der 1-2ten Signalmenge als erste kreuzgekoppelte Operation durchführt.
Bei der obigen Operationsverarbeitungsvorrichtung ist es bevorzugt, dass die erste Lissajous-Kurve und die zweite Lissajous-Kurve zueinander im Wesentlichen um einen π/2-Zyklus verschoben sind.
Hierbei bedeutet „im Wesentlichen um einen π/2-Zyklus verschoben, dass die Verschiebung der π/2-Zyklen der beiden Kurven, der ersten Lissajous-Kurve und der zweiten Lissajous-Kurve, innerhalb eines Bereichs von π/2 +/- 0,35 (Radiant) liegt.
Ferner stellt die vorliegende Erfindung einen Winkelsensor bereit, der einen ersten Magnetfeld-Erzeugungsteil und einen zweiten Magnetfeld-Erzeugungsteil, die sich integral mit einem Drehkörper drehen, einen Magnetsensorteil, der das erste Magnetsensorelement und das zweite Magnetsensorelement, und die obige Operationsverarbeitungsvorrichtung aufweist, wobei der erste Magnetfeld-Erzeugungsteil und der zweite Magnetfeld-Erzeugungsteil Magnete sind, die sich voneinander hinsichtlich der Anzahl von Polen unterscheiden. Das erste Magnetsensorelement gibt das erste Ausgangssignal entsprechend dem Magnetfeld aus, das von dem ersten Magnetfeld-Erzeugungsteil erzeugt wird, und das zweite Magnetsensorelement gibt das zweite Ausgangssignal entsprechend dem Magnetfeld aus, das von dem zweiten Magnetfeld-Erzeugungsteil erzeugt wird.
Bei dem obigen Winkelsensor ist es bevorzugt, dass das erste Magnetsensorelement und das zweite Magnetsensorelement jeweils ein TMR-Element, ein GMR-Element, ein ARMElement, oder ein Hallelement sind.
Ferner stellt die vorliegende Erfindung eine Lenkvorrichtung bereit, die einen Bewegungskraft-Erzeugungsteil, der eine Bewegungskraft an einen Lenkmechanismus einer Lenkung vermittelt, um die Lenkkraft der Lenkung zu unterstützen, den obigen Winkelsensor, der den Drehwinkel der Lenkung erfasst, und einen Steuerungsteil aufweist, der das Bewegungskraft-Erzeugungsteil entsprechend dem Drehwinkel ansteuert, der von dem Winkelsensor erfasst wird.
[Wirkung der Erfindung]
Die vorliegende Erfindung kann eine Operationsverarbeitungsvorrichtung, die in der Lage ist, eine Operationsverarbeitung durchzuführen, um einen Drehwinkel eines Drehkörpers, der sich dreht, in kurzer Zeit zu erhalten, und den Stromverbrauch der Operationsverarbeitungsschaltung, die die Operationsverarbeitung durchführt, zu verringern, einen Winkelsensor, der die Operationsverarbeitungsvorrichtung aufweist, sowie eine Lenkvorrichtung bereitstellen, die den Winkelsensor aufweist.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine schematische Ausgestaltung der Drehwinkel-Erfassungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist ein Blockdiagramm, das eine schematische Ausgestaltung der Magneterfassungsvorrichtung in der einen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
3 ist ein Schaltungsdiagramm, dass die Schaltungskonfiguration der 1-1ten Wheatstone Brückenschaltung in der einen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
4 ist ein Schaltungsdiagramm, das schematisch die Schaltungskonfiguration der 1-2ten Wheatstone Brückenschaltung in der einen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
5 ist ein Schaltungsdiagramm, das schematisch die Schaltungskonfiguration der 2-1ten Wheatstone Brückenschaltung in der einen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
6 ist ein Schaltungsdiagramm, das schematisch die Schaltungskonfiguration der 2-2ten Wheatstone Brückenschaltung in der einen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
7 ist eine perspektivische Ansicht, die eine schematische Ausgestaltung eines MR-Elements als das Magneterfassungselement in der einen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
8 ist eine Querschnittsansicht, die eine schematische Ausgestaltung eines MR-Elements als das Magneterfassungselement in der einen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
9 ist ein Wellenformdiagramm von Signalen, die von dem ersten kreuzgekoppelten Operationsteil in der einen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erzeugt werden.
10 ist ein Wellenformdiagramm mit Signalen, das von dem zweiten kreuzgekoppelten Operationsteil in der einen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erzeugt werden.
11 ist ein Wellenformdiagramm, das die erste Lissajous-Kurve zeigt, die von dem ersten Lissajous-Kurve-Erzeugungsteil in der einen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erzeugt wird.
12 ist ein Wellenformdiagramm, das die zweite Lissajous-Kurve zeigt, die von dem zweiten Lissajous-Kurve-Erzeugungsteil in der einen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erzeugt wird.
13 ist ein schematisches Schaubild, das die Ausgestaltung der Lenkvorrichtung, die die Drehwinkel-Erfassungsvorrichtung aufweist, gemäß der einen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

[Modus zur Implementierung der Erfindung]
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ausführlich unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. 1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine schematische Ausgestaltung der Drehwinkel-Erfassungsvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform zeigt. 2 ist ein Blockdiagramm, das eine schematische Ausgestaltung der Magneterfassungsvorrichtung in dieser Ausführungsform zeigt. Die 3 bis 6 sind Schaltungsdiagramme, die schematisch die Schaltungskonfigurationen der 1-1ten Wheatstone Brückenschaltung, der 1-2ten Wheatstone Brückenschaltung, der 2-1ten Wheatstone Brückenschaltung, und der 2-2ten Wheatstone Brückenschaltung in dieser Ausführungsform zeigen. Die 7 und 8 sind eine perspektivische Ansicht und eine Querschnittsansicht, die eine schematische Ausgestaltung eines MR-Elements als das Magneterfassungselement in dieser Ausführungsform zeigen.
Eine Drehwinkel-Erfassungsvorrichtung 1 gemäß dieser Ausführungsform weist einen ersten Multipol-Magnet 2A und einen zweiten Multipol-Magnet 2B, die eine voneinander verschiedene Anzahl von Polen haben, und eine Magneterfassungsvorrichtung 3 auf, die eine erste Magneterfassungsvorrichtung 3A und eine zweite Magneterfassungsvorrichtung 3B aufweist, die derart angeordnet sind, dass sie dem ersten Multipol-Magnet 2A bzw. dem zweiten Multipol-Magnet 2B zugewandt sind.
Der erste Multipol-Magnet 2A und der zweite Multipol-Magnet 2B sind auf einer Welle 4 mit einem Raum zwischen sich bereitgestellt und um eine Drehachse RA drehbar. Sie drehen sich um die Drehachse RA, so dass sie mit der Drehung der Welle 4 gekuppelt sind.
Der erste Multipol-Magnet 2A und der zweite Multipol-Magnet 2B weisen eine Vielzahl von Paaren eines N-Pols und eines S-Pols auf, und die N-Pole und die S-Pole sind abwechselnd in einer radialen Art (Ringform) angeordnet. Der erste Multipol-Magnet 2A und der zweite Multipol-Magnet 2B erzeugen jeweils ein Magnetfeld auf Grundlage ihrer eigenen Magnetisierung. In dieser Ausführungsform haben der erste Multipol-Magnet 2A und der zweite Multipol-Magnet 2B voneinander verschiedene Anzahlen von Polen. In dem in 1 dargestellten Modus hat der erste Multipol-Magnet 2A 15 Pole, und der zweite Multipol-Magnet 2B hat 14 Pole. Jedoch ist die Anzahl der Pole des ersten Multipol-Magnets 2A und des zweiten Multipol-Magnets 2B nicht auf diese Anzahlen beschränkt. Darüber hinaus ist die Differenz in der Anzahl von Polen zwischen dem ersten Multipol-Magnet 2A und dem zweiten Multipol-Magnet 2B nicht konkret beschränkt.
Die erste Magneterfassungsvorrichtung 3A ist angeordnet, so dass sie dem ersten Multipol-Magnet 2A zugewandt ist und das Magnetfeld erfasst, das von dem ersten Multipol-Magnet 2A erzeugt wird. Die zweite Magneterfassungsvorrichtung 3B ist angeordnet, so dass sie dem zweiten Multipol-Magnet 2B zugewandt ist und das Magnetfeld erfasst, das von dem zweiten Multipol-Magnet 2B erzeugt wird. Die Drehwinkelerfassungsvorrichtung 1 gemäß dieser Ausführungsform kann den Drehwinkel θ der sich drehenden Welle 4 auf Grundlage einer Ausgabe aus der ersten Magneterfassungsvorrichtung 3A und der zweiten Magneterfassungsvorrichtung 3B erfassen.
Die Magneterfassungsvorrichtung 3 weist die erste Magneterfassungsvorrichtung 3A, die zweite Magneterfassungsvorrichtung 3B, und einen Operationsverarbeitungsteil 3C auf. Die erste Magneterfassungsvorrichtung 3A weist einen ersten Magnetsensorteil 31A, der Sensorsignale auf Grundlage einer Veränderung in dem Magnetfeld ausgibt, die mit der Drehung des ersten Multipol-Magnets 2A einhergeht, und einen ersten Operationsteil 32A auf. Die zweite Magneterfassungsvorrichtung 3B weist einen zweiten Magnetsensorteil 31B, der Sensorsignale auf Grundlage einer Veränderung in dem Magnetfeld ausgibt, die mit der Drehung des zweiten Multipol-Magnets 2B einhergeht, und einen zweiten Operationsteil 32B auf. Der erste Operationsteil 32A hat einen ersten kreuzgekoppelten Operationsteil 321A, der eine erste kreuzgekoppelte Operation auf Grundlage von Sensorsignalen durchführt, die aus dem ersten Magnetsensorteil 31A und dem zweiten Magnetsensorteil 31B ausgegeben werden, und einen ersten Lissajous-Kurve-Erzeugungsteil 322A. Der zweite Operationsteil 32B hat einen zweiten kreuzgekoppelten Operationsteil 321B, der eine zweite kreuzgekoppelte Operation auf Grundlage von Sensorsignalen durchführt, die aus dem ersten Magnetsensorteil 31A und dem zweiten Magnetsensorteil 31B ausgegeben werden, und einen zweiten Lissajous-Kurve-Erzeugungsteil 322B.
Der erste Magnetsensorteil 31A und der zweite Magnetsensorteil 31B weisen jeweils ein Magneterfassungselement auf und können ein Paar von in Reihe geschalteter Magneterfassungselemente aufweisen. In einem solchen Fall hat der erste Magnetsensorteil 31A eine 1-1te Wheatstone Brückenschaltung 311A und eine 1-2te Wheatstone Brückenschaltung 312A, die ein erstes Paar von in Reihe geschalteten Magneterfassungselementen und ein zweites Paar von in Reihe geschalteten Magneterfassungselementen aufweisen. Der zweite Magnetsensorteil 31B hat eine 2-1te Wheatstone Brückenschaltung 311B und eine 2-2te Wheatstone Brückenschaltung 312B, die ein ersten Paar von in Reihe geschalteten Magneterfassungselementen und ein zweites Paar von in Reihe geschalteten Magneterfassungselementen aufweisen. Hierbei können der erste Magnetsensorteil 31A und der zweite Magnetsensorteil 31B anstelle der 1-lten Wheatstone Brückenschaltung 311A, der 1-2ten Wheatstone Brückenschaltung 312A, der 2-1ten Wheatstone Brückenschaltung 311B, und der 2-2ten Wheatstone Brückenschaltung 312B eine Halbbrückenschaltung haben, die nur ein erstes Paar von Magneterfassungselementen aufweist und die kein zweites Magneterfassungselement aufweist.
Wie in 3 dargestellt, weist die 1-1te Wheatstone Brückenschaltung 311A des ersten Magnetsensorteils 31A einen Stromversorgungsanschluss V11, einen Masseanschluss G11, zwei Ausgangsanschlüsse E111 und E112, ein erstes Paar von in Rehe geschalteten Magneterfassungselementen R111 und R112, und ein zweites Paar von in Reihe geschalteten Magneterfassungselementen R113 und R114 auf. Die Magneterfassungselemente R111 und R113 sind an einem Ende mit dem Stromversorgungsanschluss V11 verbunden. Das andere Ende des Magneterfassungselemente R111 ist mit einem Ende des Magneterfassungselements R112 und dem Ausgangsanschluss E111 verbunden. Das andere Ende des Magneterfassungselements R113 ist mit einem Ende des Magneterfassungselements R114 und dem Ausgangsanschluss E112 verbunden. Die anderen Enden der Magneterfassungselemente R112 und R114 sind mit dem Masseanschluss G11 verbunden. Eine Stromversorgungsspannung vorgegebenen Stärke wird an dem Stromversorgungsanschluss V11 angelegt, und der Masseanschluss G11 ist mit der Masse verbunden.
Wie in 4 dargestellt hat die 1-2te Wheatstone Brückenschaltung 312A des ersten Magnetsensorteils 31A die gleiche Ausgestaltung wie die 1-1te Wheatstone Brückenschaltung 311A und weist einen Stromversorgungsanschluss V12, einen Masseanschluss G12, zwei Ausgangsanschlüsse E121 und E122, ein erstes Paar von in Reihe geschalteten Magneterfassungselementen R121 und R122 und ein zweites Paar von in Reihe geschalteten Magneterfassungselementen R123 und R124 auf. Die Magneterfassungselemente R121 und R123 sind an einem Ende mit dem Stromversorgungsanschluss V12 verbunden. Das andere Ende des Magneterfassungselements R121 ist mit einem Ende des Magneterfassungselements R122 und dem Ausgangsanschluss E121 verbunden. Das andere Ende des Magneterfassungselements R123 ist mit einem Ende des Magneterfassungselements R124 und dem Ausgangsanschluss E122 verbunden. Die anderen Enden der Magneterfassungselemente R122 und R124 sind mit dem Masseanschluss G12 verbunden. Eine Stromversorgungsspannung einer vorgegebenen Stärke wird an dem Stromversorgungsanschluss V12 angelegt, und der Masseanschluss G12 ist mit der Masse verbunden.
Wie in 5 dargestellt hat die 2-1te Wheatstone Brückenschaltung 311B des zweiten Magnetsensorteils 31B die gleiche Ausgestaltung wie die 1-1 Wheatstone Brückenschaltung 311A und weist einen Stromversorgungsanschluss V21, einen Masseanschluss G21, zwei Ausgangsanschlüsse E211 und E212, ein erstes Paar von in Reihe geschalteten Magneterfassungselementen R211 und R212, und ein zweites Paar von in Reihe geschalteten Magneterfassungselementen R213 und R214 auf. Die Magneterfassungselemente R211 und R213 sind an einem Ende mit dem Stromversorgungsanschluss V21 verbunden. Das andere Ende des Magneterfassungselements R211 ist mit einem Ende des Magneterfassungselements R212 und dem Ausgangsanschluss E211 verbunden. Das andere Ende des Magneterfassungselements R213 ist mit einem Ende des Magneterfassungselements R214 und dem Ausgangsanschluss E212 verbunden. Die anderen Enden der Magneterfassungselemente R212 und R214 sind mit dem Masseanschluss G21 verbunden. Eine Stromversorgungsspannung vorgegebener Größe wird an dem Stromversorgungsanschluss V21 angelegt, und der Masseanschluss G21 ist mit der Masse verbunden.
Wie in 6 dargestellt hat die 2-2te Wheatstone Brückenschaltung 312B des zweiten Magnetsensorteils 31B die gleiche Ausgestaltung wie die 2-1te Wheatstone Brückenschaltung 311B und weist einen ersten Stromversorgungsanschluss V22, einen Masseanschluss G22, zwei Ausgangsanschlüsse E221 und E222, ein erstes Paar von in Reihe geschalteten Magneterfassungselementen R221 und R222, und ein zweites Paar von in Reihe geschalteten Magneterfassungselementen R223 und R224 auf. Die Magneterfassungselemente R221 und R223 sind an einem Ende mit dem Stromversorgungsanschluss V22 verbunden. Das andere Ende des Magneterfassungselements R221 ist mit einem Ende des Magneterfassungselements R222 und dem Ausgangsanschluss E221 verbunden. Das andere Ende des Magneterfassungselements R223 ist mit einem Ende des Magneterfassungselements R224 und dem Ausgangsanschluss E222 verbunden. Die anderen Enden der Magneterfassungselemente R222 und R224 sind mit dem Masseanschluss G22 verbunden. Eine Stromversorgungsspannung vorgegebener Stärke wird an dem Stromversorgungsanschluss V22 angelegt, und der Masseanschluss G22 ist mit der Masse verbunden.
In dieser Ausführungsform ist es möglich, Magneterfassungselemente wie MR-Elemente einschließlich TMR-Elementen, GMR-Elementen, und AMR-Elementen oder Hall-Elementen zu verwenden, und es ist besonders bevorzugt, TMR-Elemente als alle Magneterfassungselemente R111 bis R124 und R211 bis R224 zu verwenden, die in der 1-lten Wheatstone Brückenschaltung 311A, der 1-2ten Wheatstone Brückenschaltung 312A, der 2-1 Wheatstone Brückenschaltung 311B, und der 2-2ten Wheatstone Brückenschaltung 312B enthalten sind. Ein TMR-Element und ein GMR-Element haben eine Schicht mit festgelegter Magnetisierung, bei der die Magnetisierungsrichtung festgelegt ist, eine freie Schicht, bei der sich die Magnetisierungsrichtung in Abhängigkeit von der Richtung des angelegten Magnetfelds ändert, und eine nichtmagnetische Schicht, die zwischen der Schicht mit festgelegter Magnetisierung und der freien Schicht angeordnet ist.
Insbesondere, wie in 7 dargestellt, weist ein MR-Element eine Vielzahl von unteren Elektroden 41, eine Vielzahl von MR-Folien 50, und eine Vielzahl von oberen Elektroden 42 auf. Die Vielzahl von unteren Elektroden 41 ist auf einem Substrat (nicht dargestellt) bereitgestellt. Die unteren Elektroden 41 haben jeweils eine längliche Form. Ein Raum wird zwischen zwei in der Längsrichtung der unteren Elektroden 41 nebeneinanderliegenden unteren Elektroden 41 gebildet. Die MR-Folien 50 sind an den Oberseiten der unteren Elektroden 41 nahe beiden Längsenden bereitgestellt. Wie in 8 dargestellt ist eine MR-Folie 50 in einer Draufsicht nahe kreisförmig und weist eine freie Schicht 51, eine nichtmagnetische Schicht 52, eine Schicht 53 mit festgelegter Magnetisierung 53, und eine antiferromagnetische Schicht 54 auf, die von der unteren Elektrode 41 nacheinander geschichtet sind. Die freie Schicht 51 ist mit der unteren Elektrode 41 elektrisch verbunden. Die antiferromagnetische Schicht 54 wird durch ein antiferromagnetisches Material gebildet und verursacht eine Austauschkopplung mit der Schicht mit festgelegter Magnetisierung 53, wodurch sie eine Rolle zur Festlegung der Magnetisierungsrichtung der Schicht mit festgelegter Magnetisierung 53 übernimmt. Die Vielzahl der oberen Elektroden 42 ist auf der Vielzahl von MR-Folien 50 bereitgestellt. Die oberen Elektroden 42 haben jeweils eine längliche Form, sind auf zwei unteren Elektroden 41 nebeneinander in der Längsrichtung der unteren Elektroden 41 angeordnet und verbinden die antiferromagnetischen Schichten 54 von zwei benachbarten MR-Folien 50 miteinander. Hierbei können die MR-Folien 50 eine Ausgestaltung haben, bei der die freie Schicht 51, die nichtmagnetische Schicht 52, die Schicht 53 mit festgelegter Magnetisierung, und die antiferromagnetische Schicht 54 nacheinander von der oberen Elektrode 42 geschichtet sind. Darüber hinaus kann die Schicht mit festgelegter Magnetisierung 53 eine gestapelte Ferrit-Struktur aus einer ferromagnetischen Schicht/einer nichtmagnetischen Zwischenschicht/einer ferromagnetischen Schicht haben, um eine sogenannte festgelegte Schicht vom selbst-gerichteten Typ zu bilden (eine synthetische festgelegte Ferrit-Schicht, SFP-Schicht), bei der die beiden ferromagnetischen Schichten antiferromagnetisch gekoppelt sind, wodurch die antiferromagnetische Schicht 54 entfallen kann.
Bei einem TMR-Element ist die nichtmagnetische Schicht 52 eine Tunnelsperrschicht. Bei einem GMR-Element ist die nichtmagnetische Schicht 52 eine nichtmagnetische leitfähige Schicht. Bei einem TMR-Element oder einem GMR-Element verändert sich der Widerstandswert entsprechend dem Winkel der Magnetisierungsrichtung der freien Schicht 51 bezüglich der Magnetisierungsrichtung der Schicht 53 mit festgelegter Magnetisierung. Der Widerstandswert ist minimiert, wenn dieser Winkel 0° beträgt (ihre Magnetisierungsrichtungen parallel sind), und maximiert, wenn dieser Winkel 180° beträgt (ihre Magnetisierungsrichtungen antiparallel sind).
In den 3 bis 6, wenn die Magneterfassungselemente R111 bis R124 und R211 bis R224 TMR-Elemente oder GMR-Elemente sind, sind die Magnetisierungsrichtungen ihrer Schichten 53 mit festgelegter Magnetisierung durch die gefüllten Pfeile dargestellt. Bei der 1-1ten Wheatstone Brückenschaltung 311A des ersten Magnetsensorteils 31A sind die Magnetisierungsrichtungen der Schichten 53 mit festgelegter Magnetisierung der Magneterfassungselemente R111 bis R114 parallel zu einer ersten Richtung D1, und die Magnetisierungsrichtungen der Schichten 53 mit festgelegter Magnetisierung der Magneterfassungselemente R111 und R114 und die Magnetisierungsrichtungen der Schichten 53 mit festgelegter Magnetisierung der Magneterfassungselemente R112 und R113 sind antiparallel zueinander. Darüber hinaus sind bei der 1-2ten Wheatstone Brückenschaltung 312A die Magnetisierungsrichtungen der Schichten mit festgelegter Magnetisierung 53 der Magneterfassungselemente R121 bis R124 parallel zu einer zweiten Richtung D2, also orthogonal zu der ersten Richtung D1, und die Magnetisierungsrichtungen der Schichten 53 mit festgelegter Magnetisierung der Magneterfassungselemente R121 und R124 und die Magnetisierungsrichtungen der Schichten 53 mit festgelegter Magnetisierung der Magneterfassungselemente R122 und R123 sind antiparallel zueinander.
Bei der 2-1ten Wheatstone Brückenschaltung 311B des zweiten Magnetsensorteils 31B sind die Magnetisierungsrichtungen der Schichten 53 mit festgelegter Magnetisierung der Magneterfassungselemente R211 bis R214 parallel zu der ersten Richtung D1, und die Magnetisierungsrichtungen der Schichten 53 mit festgelegter Magnetisierung der Magneterfassungselemente R211 und R214 und die Magnetisierungsrichtungen der Schichten 53 mit festgelegter Magnetisierung der Magneterfassungselemente R212 und R213 sind antiparallel zueinander. Darüber hinaus sind in der 2-2ten Wheatstone Brückenschaltung 312B die Magnetisierungsrichtungen der Schichten 53 mit festgelegter Magnetisierung der Magneterfassungselemente R221 bis R224 parallel zu der zweiten Richtung D2, die orthogonal zu der ersten Richtung D1 ist, und die Magnetisierungsrichtungen der Schichten 53 mit festgelegter Magnetisierung der Magneterfassungselemente R221 und R224 und die Magnetisierungsrichtungen der Schichten 53 mit festgelegter Magnetisierung der Magneterfassungselemente R222 und R223 sind antiparallel zueinander.
Bei dem ersten Magnetsensorteil 31A und dem zweiten Magnetsensorteil 31B verändern sich die Potentialdifferenzen zwischen den Ausgangsanschlüssen E111, E112, E121, und E122 und den Ausgangsanschlüssen E211, E212, E221 und E222 entsprechend einer Änderung in der Magnetfeldrichtung, die mit der Drehung der Welle 4 einhergeht, und ein 1-1tes Sensorsignal S_1-1 , ein 1-2tes Sensorsignal S_1-2 , ein 2-1tes Sensorsignal S_2-1 , und ein 2-2tes Sensorsignal S_2-2 werden als Signale ausgegeben, die die Magnetfeldintensität zeigen.
Ein Differenzdetektor 331A gibt das Signal entsprechend der Potentialdifferenz zwischen dem Ausgangsanschlüssen E111 und E112 als das 1-1te Sensorsignal S_1-1 an den ersten Operationsteil 32A und den zweiten Operationsteil 32B aus. Ein Differenzdetektor 332A gibt das Signal entsprechend der Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E121 und E122 als das 1-2te Sensorsignal S_1-2 an den ersten Operationsteil 32A und den zweiten Operationsteil 32B aus. Ein Differenzdetektor 331B gibt das Signal entsprechend der Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E211 und E212 als das 2-1te Sensorsignal S_2-1 an den ersten Operationsteil 32A und den zweiten Operationsteil 32B aus. Ein Differenzdetektor 332B gibt das Signal entsprechend der Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E221 und E222 als das 2-2te Sensorsignal S_2-2 an den ersten Operationsteil 32A und den zweiten Operationsteil 32B aus.
Wie in den 3 und 4 dargestellt sind die Magnetisierungsrichtungen der Schichten 53 mit festgelegter Magnetisierung der Magneterfassungselemente R111 bis R114 in der 1-1ten Wheatstone Brückenschaltung 311A und die Magnetisierungsrichtungen der Schichten 53 mit festgelegter Magnetisierung der Magneterfassungselemente R121 bis R124 in der 1-2ten Wheatstone Brückenschaltung 312A orthogonal zueinander. In solch einem Fall ist die Wellenform des 1-1ten Sensorsignals S_1-1 eine Kosinus-Wellenform, die von dem Drehwinkel θ des ersten Multipol-Magnets 2A abhängig ist. Die Wellenform des 1-2ten Sensorsignals S_1-2 ist eine Sinuswellenform, die von dem Drehwinkel θ des ersten Multipol-Magnets 2A abhängig ist. Mit anderen Worten kann gesagt werden, dass das 1-1te Sensorsignal S_1-1 ein erstes Kosinus-Signal ist, und das 1-2te Sensorsignal S_1-2 ein erstes Sinussignal ist.
Wie in den 5 und 6 dargestellt sind die Schichten 53 mit festgelegter Magnetisierung der Magneterfassungselemente R211 bis R214 in der 2-1ten Wheatstone Brückenschaltung 311B und die Magnetisierungsrichtungen der Schichten 53 mit festgelegter Magnetisierung der Magneterfassungselemente R221 bis R224 in der 2-2ten Wheatstone Brückenschaltung 312B orthogonal zueinander. In einem solchen Fall ist die Wellenform des 2-1ten Sensorsignals S_2-1 eine Kosinuswellenform, die von dem Drehwinkel θ des zweiten Multipol-Magnets 2B abhängig ist. Die Wellenform des 2-2ten Sensorsignals S_2-2 ist eine Sinuswellenform, die von dem Drehwinkel θ des zweiten Multipol-Magnets 2B abhängig ist. Mit anderen Worten kann gesagt werden, dass das 2-1te Sensorsignal S_2-1 ein zweites Kosinussignal ist und das 2-2te Sensorsignal S_2-2 ein zweites Sinussignal ist. Hierbei unterscheiden sich der erste Multipol-Magnet 2A und der zweite Multipol-Magnet 2B hinsichtlich der Anzahl von Polen voneinander, wodurch sich das erste Kosinussignal und das zweite Kosinussignal hinsichtlich ihrer Frequenz voneinander unterscheiden, und das erste Sinussignal und das zweite Sinussignal sich ebenfalls hinsichtlich ihrer Frequenz voneinander unterscheiden.
Der erste kreuzgekoppelte Operationsteil 321A führt eine erste kreuzgekoppelte Operation auf Grundlage des ersten Kosinussignals (Cos θ₁ ) und des ersten Sinussignals (Sin θ₁ ) durch, die aus dem ersten Magnetsensorteil 31A ausgegeben werden, und des zweiten Kosinussignals (Cos θ₂ ) und des zweiten Sinussignals (Sin θ₂ ) durch, die aus dem zweiten Magnetsensorteil 31B ausgegeben werden. Konkret führt der erste kreuzgekoppelte Operationsteil 321A Addition mithilfe einer 1-1ten Signalmenge durch, die das erste Sinussignal (Sin θ₁ ) und das zweite Kosinussignal (Cos θ₂ ) (Sin θ₁ + Cos θ₂ ), und Subtraktion mittels einer 1-2ten Signalmenge durch, die das erste Kosinussignal (Cos θ₁ ) und das zweite Sinussignal (Sin θ₂ ) enthält (Cos θ₁ - Sin θ₂ ). Im Ergebnis wird eine schwingende Wellenform erhalten, wie in 9 dargestellt.
Der zweite kreuzgekoppelte Operationsteil 321B führt eine zweite kreuzgekoppelte Operation auf Grundlage des ersten Kosinussignals (Cos θ₁ ) und des ersten Sinussignals (Sin θ₁ ), die aus dem ersten Magnetsensorteil 31A ausgegeben werden, und des zweiten Kosinussignals (Cos θ₂ ) und des zweiten Sinussignals (Sin θ₂ ) durch, die aus dem zweiten Magnetsensorteil 31B ausgegeben werden. Konkret führt der erste kreuzgekoppelte Operationsteil 321A Addition mittels einer 1-1ten Signalmenge durch, die das erste Sinussignal (Sin θ₁ ) und das zweite Sinussignal (Sin θ₂ ) (Sin θ₁ + Sin θ₂ ) enthält, und Addition mittels einer 1-2ten Signalmenge durch, die das erste Kosinussignal (Cos θ₁ ) und das zweite Kosinussignal (Cos θ₂ ) enthält (Cos θ₁ + Cos θ₂ ). Im Ergebnis wird eine schwingende Wellenform erhalten, wie in 10 dargestellt.
Der erste Lissajous-Kurve-Erzeugungsteil 322A erzeugt eine erste Lissajous-Kurve (siehe 11) auf Grundlage eines ersten Signals S_A1 , welche die schwingende Wellenform hat, die in der ersten kreuzgekoppelten Operation durch den ersten kreuzgekoppelten Operationsteil 321A erhalten wird (vgl. 9). Der zweite Lissajous-Kurve-Erzeugungsteil 322B erzeugt eine zweite Lissajous-Kurve (vgl. 12) auf Grundlage eines zweiten Signals S_A2 , das die schwingende Wellenform hat, die in der zweiten kreuzgekoppelten Operation durch den zweiten kreuzgekoppelten Operationsteil 321B erhalten werden (vgl. 10). Wie gerade angegeben können die erste Lissajous-Kurve, die als eine Sinuswelle mit einer Periode dargestellt ist (siehe 11), und die zweite Lissajous-Kurve, die als Kosinuswelle mit einer Periode dargestellt ist (siehe 12), durch den ersten Lissajous-Kurve-Erzeugungsteil 322A und den zweiten Lissajous-Kurve-Erzeugungsteil 322B erzeugt werden. Die erste Lissajous-Kurve und die zweite Lissajous-Kurve müssen lediglich Kurven sein, deren Perioden verschoben sind. Wie sehr ihre Perioden verschoben sind, wird nicht spezifisch eingeschränkt, und es ist ausreichend, wenn diese im Wesentlichen um einen π/2-Zyklus verschoben sind.
Der Operationsverarbeitungsteil 3C führt eine Operation auf Grundlage eines Signals S1, das durch die erste Lissajous-Kurve (siehe 11) dargestellt wird, und eines Signals S2, das durch die zweite Lissajous-Kurve (siehe 12) dargestellt wird, durch, welche von dem ersten Lissajous-Kurve-Erzeugungsteil 322A und dem zweiten Lissajous-Kurve-Erzeugungsteil 322B erzeugt werden, um den Drehwinkel θ der Welle 4 zu berechnen. Der Drehwinkel θ der Welle 4, der von dem Operationsverarbeitungsteil 3C berechnet wird, wird in einem Speicher (nicht dargestellt) gespeichert, der in dem Operationsverarbeitungsteil 3C enthalten ist. Der Operationsverarbeitungsteil 3C ist beispielsweise durch einen Mikrocomputer, einen ASIC (anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreis), oder dergleichen ausgebildet. Hierbei können der Operationsverarbeitungsteil 3C, der erste Operationsteil 32A und der zweite Operationsteil 32B durch einen einzelnen Mikrocomputer, ASIC (anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreis), oder dergleichen gebildet sein. Der Drehwinkel θ der Welle 4 kann zum Beispiel durch Berechnung des Arcustangens wie durch die folgende Formel dargestellt berechnet werden. $θ = atan (S1/S2)$
Hierbei führt die obige Formel als Lösung für den Drehwinkel θ auf zwei unterschiedliche Werte innerhalb von 360°, welche sich um 180° voneinander unterscheiden. Es ist jedoch möglich zu bestimmen, welche der beiden Lösungen der obigen Formel der wahre Wert des Drehwinkels θ ist, indem Kombinationen aus positiven und negativen Signalen S1 und S2 verwendet werden. Mit anderen Worten ist der Drehwinkel θ größer als 0° und kleiner als 180°, wenn das Signal S1 einen positiven Wert hat. Der Drehwinkel θ ist größer als 180° und kleiner als 360°, wenn das Signal S1 einen negativen Wert hat. Der Drehwinkel θ ist gleich oder größer als 0° und kleiner als 90° oder größer als 270°, und gleich oder kleiner als 360°, wenn das Signal S2 einen positiven Wert hat. Der Drehwinkel θ ist größer als 90° und kleiner als 270°, wenn das Signal S2 einen negativen Wert hat. Der Operationsverarbeitungsteil 3C berechnet den Drehwinkel θ innerhalb von 360° mittels der obigen Formel und Bestimmung aus den Kombinationen von positiven/negativen Signalen S1 und S2.
Bei der Drehwinkelerfassungsvorrichtung 1 mit der obigen Ausgestaltung verändern sich die Magnetfelder des ersten Multipol-Magnets 2A und des zweiten Multipol-Magnets 2B, wenn sich der erste Multipol-Magnet 2A und der zweite Multipol-Magnet 2B zusammen mit der Drehung der Welle 4 drehen. Die Widerstandswerte der Magneterfassungselemente R111 bis R124 und R211 bis R224 des ersten Magnetsensorteils 31A und zweiten Magnetsensorteils 31B verändern sich entsprechend der Veränderung in den Magnetfeldern, wodurch ein erstes Kosinussignal (Cos θ₁) und ein erstes Sinussignal (Sin θ₁), und ein zweites Kosinussignal (Cos θ₂) und ein zweites Sinussignal (Sin θ₂) entsprechend den Potentialdifferenzen zwischen den Ausgangsanschlüssen E111, E112, E121, E122, E211, E212, E221, E222 ausgegeben werden. Dann führen der erste kreuzgekoppelte Operationsteil 321A und der zweite kreuzgekoppelte Operationsteil 321B die erste kreuzgekoppelte Operation bzw. die zweite kreuzgekoppelte Operation durch, und der erste Lissajous-Kurve-Erzeugungsteil 322A und der zweite Lissajous-Kurve-Erzeugungsteil 322B erzeugen eine erste Lissajous-Kurve und eine zweite Lissajous-Kurve, die durch eine Sinuswellenform bzw. eine Kosinuswellenform mit einer Periode ausgedrückt werden. Im Anschluss berechnet der Operationsverarbeitungsteil 3C den Drehwinkel θ der Welle 4.
Wie oben beschrieben kann die Drehwinkelerfassungsvorrichtung 1 gemäß dieser Ausführungsform den Drehwinkel θ durch eine einzige Arcustangens (atan) Operationsverarbeitung durch den Operationsverarbeitungsteil 3C berechnen, weshalb kein Bedarf besteht, die Schaltungsgröße der Operationsverarbeitungsschaltung zu erhöhen, und es ist möglich, den Stromverbrauch der Drehwinkelerfassungsvorrichtung 1 zu verringern. Darüber hinaus muss die Arcustangens (atan) Operationsverarbeitung, die eine hohe Taktanzahl benötigt, nur ein Mal durchgeführt werden, wodurch der Drehwinkel θ in kurzer Zeit berechnet werden kann.
Als nächstes wird die Ausgestaltung einer Servolenkungsvorrichtung, die die Drehwinkelerfassungsvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform verwendet, beschrieben. 13 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm einer Servolenkungsvorrichtung, die die Drehwinkel-Erfassungsvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform verwendet,.
Bei der Servolenkungsvorrichtung bewegt sich eine Lenkwelle 503, die mechanisch mit einem Lenkrad 501 gekoppelt ist, zusammen mit der Welle 4 über ein Kopplungsteil 504, das durch Zahnräder und dergleichen ausgebildet ist. Die Welle 4 ist die Drehachse RA eines Motors 100, an deren einem Ende die Drehwinkel-Erfassungsvorrichtung 1 bereitgestellt ist, welche den ersten Multipol-Magneten 2A, den zweiten Multipol-Magneten 2B, und die Magneterfassungsvorrichtung 3 (die erste Magneterfassungsvorrichtung 3A, die zweite Magneterfassungsvorrichtung 3B, und den Operationsverarbeitungsteil 3C) aufweist. Die Drehwinkel-Erfassungsvorrichtung 1 berechnet den Drehwinkel θ der Welle 4 und sendet ihn an eine ECU 411. Die ECU 411 berechnet eine geeignete Motorantriebsmenge aus einem Signal von einem Drehmomentsensor (nicht dargestellt), der in einer Lenksäule 502 installiert ist, und einem Signal bezüglich des Drehwinkels θ von der Drehwinkel-Erfassungsvorrichtung 1, und sendet ein Signal an ein Motorantriebsteil 412. Im Ergebnis unterstützt der Motor 100 die Bewegung der Lenkwelle 503 über die Welle 4.
Ein System ist also an dem Winkelursprungspunkt (der Systemursprungspunkt) als ein System der Servolenkungsvorrichtung eingestellt, und der Drehwinkel θr0 der Welle 4 in diesem Zustand wird ausgelesen. Konkret, wenn das Lenkrad 501 in einer geeigneten Position eingestellt ist, wird ein Magnetfeldwinkel θm durch die Drehwinkelerfassungsvorrichtung 1 erhalten, und der Magnetfeldwinkel θm0 entsprechend dem Systemursprung wird in der ECU 411 der Servolenkungsvorrichtung gespeichert.
Selbst wenn die Drehwinkel-Erfassungsvorrichtung 1 mit einem Montagefehler installiert wird, wird der Magnetfeldwinkel θm0 entsprechend dem Systemursprung in der ECU 411 gespeichert, wodurch es möglich ist, den Fehler auszugleichen.
Informationen, die für das System der Servolenkungsvorrichtung oder dergleichen notwendig sind, sind der Systemwinkel θsys, also der Drehwinkel des Lenkrads 501. Gemäß dieser Ausführungsform ist es möglich, den Systemwinkel θsys mit Genauigkeit aus dem Magnetfeldwinkel θm zu erhalten, der aus Ausgangssignalen aus der Drehwinkel-Erfassungsvorrichtung 1 erhalten wird.
Die oben beschriebene Ausführungsform ist zum einfachen Verständnis der vorliegenden Erfindung angegeben und soll die vorliegende Erfindung nicht beschränken. Deshalb sollen die Elemente, die in der obigen Ausführungsform offenbart sind, jedwede Designveränderung oder Entsprechungen umfassen, die zu dem technischen Schutzumfang der vorliegenden Erfindung gehören.
Bezugszeichenliste

1: Drehwinkel-Erfassungsvorrichtung
2A: Erster Multipol-Magnet
2B: Zweiter Multipol-Magnet
3: Magneterfassungsvorrichtung
3A: Erste Magneterfassungsvorrichtung
3B: Zweite Magneterfassungsvorrichtung
3C: Operationsverarbeitungsteil
31A: Erster Magnetsensorteil
31B: Zweiter Magnetsensorteil
32A: Erster Operationsteil
32B: Zweiter Operationsteil
321A: Erster kreuzgekoppelter Operationsteil
321B: Zweiter kreuzgekoppelter Operationsteil
322A: Erster Lissajous-Kurve-Erzeugungsteil
322B: Zweiter Lissajous-Kurve-Erzeugungsteil

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2001183169 [0004]

Claims

Operationsverarbeitungsvorrichtung, die einen Drehwinkel (θ) auf Grundlage eines ersten Ausgangssignals, das von einem ersten Magnetsensorelement (31A) ausgegeben wird, und eines zweiten Ausgangssignals, das von einem zweiten Magnetsensorelement (31B) ausgegeben wird, berechnet, wobei das erste Ausgangssignal eine von dem zweiten Ausgangssignal verschiedene Signalfrequenz hat, das erste Ausgangssignal zwei Arten von Signalen enthält, die hinsichtlich ihrer Phase voneinander verschieden sind, das zweite Ausgangssignal zwei Arten von Signalen enthält, die hinsichtlich ihrer Phase voneinander verschieden sind, und die Operationsverarbeiturigsvorrichtung aufweist: einen ersten kreuzgekoppelten Operationsteil (321A), der eine erste kreuzgekoppelte Operation auf Grundlage eines Signals, das in dem ersten Ausgangssignal enthalten ist, und eines Signals, das in dem zweiten Ausgangssignal enthalten ist, durchführt; einen zweiten kreuzgekoppelten Operationsteil (322A), der eine zweite kreuzgekoppelte Operation auf Grundlage des anderen Signals, das in dem ersten Ausgangssignal enthalten ist, und des anderen Signals, das in dem zweiten Ausgangssignal enthalten ist, durchführt; einen ersten Lissajous-Kurve-Erzeugungsteil (321B), der eine erste Lissajous-Kurve auf Grundlage des Ergebnisses der Operation durch den ersten kreuzgekoppelten Operationsteil erzeugt; einen zweiten Lissajous-Kurve-Erzeugungsteil (322B), der eine zweite Lissajous-Kurve auf Grundlage des Ergebnisses der Operation durch den zweiten kreuzgekoppelten Operationsteil erzeugt; und einen Drehwinkel-Berechnungsteil (3C), der den Drehwinkel (θ) auf Grundlage der ersten Lissajous-Kurve und der zweiten Lissajous-Kurve berechnet.
Operationsverarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das erste Ausgangssignal ein erstes Sinussignal (S_1-2) und ein erstes Kosinussignal (S_1-1) enthält, das zweite Ausgangssignal ein zweites Sinussignal (S2-2), das sich in seiner Frequenz von dem ersten Sinussignal (S_1-2) unterscheidet, und ein zweites Kosinussignal (S_2-1), das sich in seiner Frequenz von dem ersten Kosinussignal (S_1-1) unterscheidet, enthält, der erste kreuzgekoppelte Operationsteil (321A) eine Addition/Subtraktion als die erste kreuzgekoppelte Operation mittels einer 1-1ten Signalmenge, die das erste Sinussignal (S_1-2) und das zweite Kosinussignal (S_2-1) enthält, und einer 1-2ten Signalmenge, die das zweite Sinussignal (S_2-2) und das erste Kosinussignal (S_1-1) enthält, durchführt, und der zweite kreuzgekoppelte Operationsteil (322A) Addition als die zweite kreuzgekoppelte Operation mittels einer 2-1ten Signalmenge, die das erste Sinussignal (S_1-2) und das zweite Sinussignal (S_2-2) enthält, und einer 2-2ten Signalmenge, die das erste Kosinussignal (S_1-1) und das zweite Kosinussignal (S_2-1) enthält, durchführt.
Operationsverarbeitungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei der erste kreuzgekoppelte Operationsteil (321A) Addition mittels der 1-1ten Signalmenge und Subtraktion mittels der 1-2ten Signalmenge als die erste kreuzgekoppelte Operation durchführt.
Operationsverarbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die erste Lissajous-Kurve und die zweite Lissajous-Kurve zueinander im Wesentlichen um einen π/2-Zyklus verschoben sind.
Winkelsensor (1), aufweisend: einen ersten Magnetfeld-Erzeugungsteil (2A) und einen zweiten Magnetfeld-Erzeugungsteil (2B), die sich integral mit einem Drehkörper (4) drehen; einen Magnetsensorteil, der das erste Magnetsensorelement (31A) und das zweite Magnetsensorelement (31B) aufweist; und die Operationsverarbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das erste Magnetfeld-Erzeugungsteil (2A) und das zweite Magnetfeld-Erzeugungsteil (2B) Magnete sind, die sich voneinander in der Anzahl der Pole unterscheiden, das erste Magnetsensorelement (31A) das erste Ausgangssignal entsprechend dem Magnetfeld, das von dem ersten Magnetfeld-Erzeugungsteil (2A) erzeugt wird, ausgibt, und das zweite Magnetsensorelement (31B) das zweite Ausgangssignal entsprechend dem Magnetfeld, das von dem zweiten Magnetfeld-Erzeugungsteil (2B) erzeugt wird, ausgibt.
Winkelsensor (1) nach Anspruch 5, wobei das erste Magnetsensorelement (31A) und das zweite Magnetsensorelement (31B) jeweils ein TMR-Element, ein GMR-Element, ein AMR-Element, oder ein Hallelement sind.
Lenkvorrichtung, aufweisend: einen Bewegungskraft-Erzeugungsteil (100), der eine Bewegungskraft an einen Lenkmechanismus einer Lenkung (503) gibt, um die Lenkkraft der Lenkung (503) zu unterstützen; einen Winkelsensor (1) nach Anspruch 5 oder 6, der den Drehwinkel (θ) der Lenkung (503) erfasst; und ein Steuerungsteil (411), das den Bewegungskraft-Erzeugungsteil (100) entsprechend dem Drehwinkel (θ) ansteuert, der von dem Winkelsensor (1) erfasst wird.