DE102019119896A1

DE102019119896A1 - Korrekturvorrichtung für einen winkelsensor und winkelsensor

Info

Publication number: DE102019119896A1
Application number: DE102019119896.8A
Authority: DE
Inventors: Shinichirou MOCHIZUKI
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2018-07-23
Filing date: 2019-07-23
Publication date: 2020-01-23
Also published as: US20230133836A1; CN110749276A; JP6717346B2; CN110749276B; US20200025551A1; JP2020016439A; US11150076B2; US11566884B2; US11867504B2; US20220003533A1

Abstract

Ein Winkelsensor erzeugt einen Winkelerfassungswert auf der Grundlage eines ersten und eines zweiten Erfassungssignals. Eine Korrekturvorrichtung führt eine Korrekturverarbeitung zum Erzeugen eines ersten korrigierten Erfassungssignals durch Addieren eines ersten Korrekturwerts zu dem ersten Erfassungssignal und zum Erzeugen eines zweiten korrigierten Erfassungssignals durch Addieren eines zweiten Korrekturwerts zu dem zweiten Erfassungssignal durch. Wenn ein zu erfassender Winkel mit einer Periode T variiert und wenn keine Korrekturverarbeitung durchgeführt wird, beinhaltet der Winkelerfassungswert eine Winkelfehlerkomponente N-ter Ordnung, die mit einer Periode von T/N variiert. Jedes von dem ersten und dem zweiten Erfassungssignal beinhaltet eine Signalfehlerkomponente (N+1)-ter Ordnung. Die Ordnung des ersten und des zweiten Korrekturwerts ist N-1.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Technisches Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Korrekturvorrichtung zum Korrigieren von Fehlern bei einem Winkelsensor, der dazu eingerichtet ist, einen Winkelerfassungswert zu erzeugen, der eine Entsprechung zu einem zu erfassenden Winkel aufweist, und einen Winkelsensor, der die Korrekturvorrichtung enthält.
Beschreibung der einschlägigen Technik
In den letzten Jahren fanden Winkelsensoren in unterschiedlichen Anwendungen breite Verwendung, wie etwa zur Erfassung der Drehposition eines Lenkrads oder eines Servolenkungsmotors in einem Kraftfahrzeug. Die Winkelsensoren erzeugen einen Winkelerfassungswert, der eine Entsprechung zu einem zu erfassenden Winkel aufweist. Beispiele der Winkelsensoren umfassen einen magnetischen Winkelsensor. Ein System, in dem der magnetische Winkelsensor verwendet wird, ist üblicherweise mit einem Magnetfeldgenerator zum Erzeugen eines magnetischen Drehfelds versehen, dessen Richtung sich als Reaktion auf die Drehung oder lineare Bewegung eines Objekts dreht. Der Magnetfeldgenerator ist beispielsweise ein Magnet. Ein Beispiel von Winkeln, die durch den magnetischen Winkelsensor erfasst werden sollen, ist ein Winkel, der der Drehposition des Magneten entspricht. Beispielsweise erfasst der magnetische Winkelsensor das obige magnetische Drehfeld und erzeugt als den Winkelerfassungswert einen Wert, der den Winkel darstellt, den eine Richtung des magnetischen Drehfelds in einer Referenzposition zu einer Referenzrichtung in einer Referenzebene bildet.
Ein Typ eines Winkelsensors ist bekannt, der einen Erfassungssignalgenerator zum Erzeugen von ersten und zweiten Erfassungssignalen mit einer Phasendifferenz zueinander von 90° umfasst und einen Winkelerfassungswert erzeugt, indem er unter Verwendung der ersten und zweiten Erfassungssignale Operationen ausführt. Der Erfassungssignalgenerator umfasst eine erste Erfassungsschaltung zum Ausgeben des ersten Erfassungssignals und eine zweite Erfassungsschaltung zum Ausgeben des zweiten Erfassungssignals. Die erste und die zweite Erfassungsschaltung umfassen jeweils mindestens ein magnetisches Erfassungselement. Das magnetische Erfassungselement umfasst beispielsweise ein magnetoresistives (MR) Spinventilelement, das eine in der Magnetisierung fixierte Schicht, deren Magnetisierungsrichtung fixiert ist, eine freie Schicht, deren Magnetisierungsrichtung sich mit der Richtung des magnetischen Drehfelds ändert, und eine Spaltschicht umfasst, die sich zwischen der in der Magnetisierung fixierten Schicht und der freien Schicht befindet.
Wenn ein magnetischer Winkelsensor einen Winkel detektiert, der sich mit einer konstanten Geschwindigkeit ändert, sollte jedes von dem ersten und dem zweiten Erfassungssignal idealerweise jeweils eine sinusförmige Wellenform (einschließlich einer Sinuswellenform und einer Kosinuswellenform) aufweisen. Doch kann jedes Erfassungssignal manchmal eine Wellenform haben, die gegenüber einer sinusförmigen Wellenform verzerrt ist. In diesen Fällen beinhaltet das erste Erfassungssignal eine erste Idealkomponente, die sich idealerweise sinusförmig ändert, und eine oder mehrere Signalfehlerkomponenten, die sich von der ersten Idealkomponente unterscheiden. Ebenso beinhaltet das zweite Erfassungssignal eine zweite Idealkomponente, die sich idealerweise sinusförmig ändert, und eine oder mehrere Signalfehlerkomponenten, die sich von der zweiten Idealkomponente unterscheiden. Eine Verzerrung der Wellenform von jedem Erfassungssignal kann zu einem Fehler im Winkelerfassungswert führen. Ein Fehler, der im Winkelerfassungswert auftritt, wird im Folgenden als Winkelfehler bezeichnet.
Wenn der zu erfassende Winkel mit einer Periode T variiert, kann der Winkelfehler eine Komponente beinhalten, die mit einer Periode von T/N variiert, wobei N eine Ganzzahl größer oder gleich 1 ist. Eine solche Komponente wird im Folgenden als Winkelfehlerkomponente N-ter Ordnung bezeichnet.
Es sei hier angenommen, dass der zu erfassende Winkel θ ist, die erste Idealkomponente proportional zu sinθ ist und die zweite Idealkomponente proportional zu cosθ ist. Das erste Erfassungssignal kann eine Signalfehlerkomponente beinhalten, die proportional zu sin(Mθ + α) ist, und das zweite Erfassungssignal kann eine Signalfehlerkomponente beinhalten, die proportional zu cos(Mθ + α) ist, wobei M eine Ganzzahl größer oder gleich 0 ist und α ein vorgegebener Winkel ist. Diese Signalfehlerkomponenten werden hier als Signalfehlerkomponenten M-ter Ordnung definiert. M stellt die Ordnung von jeder Signalfehlerkomponente dar.
Ein Winkelfehler kann resultieren, wenn das erste und das zweite Erfassungssignal ihre jeweiligen Signalfehlerkomponenten der gleichen Ordnung beinhalten. Ein übliches Verfahren zum Verringern des Winkelfehlers in einem solchen Fall besteht darin, zum ersten Erfassungssignal einen derartigen ersten Korrekturwert zu addieren, dass die Signalfehlerkomponente des ersten Erfassungssignals aufgehoben wird, und zum zweiten Erfassungssignal einen derartigen zweiten Korrekturwert zu addieren, dass die Signalfehlerkomponente des zweiten Erfassungssignals aufgehoben wird. Der bei diesem Verfahren verwendete erste Korrekturwert variiert mit einer Periode, die gleich der Periode der Signalfehlerkomponente des ersten Erfassungssignals ist. Ebenso variiert der bei diesem Verfahren verwendete zweite Korrekturwert mit einer Periode, die gleich der Periode der Signalfehlerkomponente des zweiten Erfassungssignals ist.
JP 2008-304249A beschreibt ein Verfahren zum Addieren eines ersten Korrekturwerts zu einem ersten Erfassungssignal und zum Addieren eines zweiten Korrekturwerts zu einem zweiten Erfassungssignal, wenn jedes von dem ersten und dem zweiten Erfassungssignal eine Signalfehlerkomponente dritter Ordnung beinhaltet. Gemäß dem Verfahren variiert jeder von dem ersten und dem zweiten Korrekturwert mit einer Periode, die gleich der Periode der Signalfehlerkomponente dritter Ordnung ist.
Eine Winkelfehlerkomponente N-ter Ordnung kann resultieren, wenn jedes von dem ersten und dem zweiten Erfassungssignal eine Signalfehlerkomponente (N+1)-ter Ordnung beinhaltet. Verfahren zum Verringern der Winkelfehlerkomponente N-ter Ordnung in einem solchen Fall werden weiter unten erörtert.
Gemäß dem vorstehenden üblichen Verfahren werden der erste und der zweite Korrekturwert, die mit der gleichen Periode wie die Signalfehlerkomponente (N+1)-ter Ordnung variieren, zum ersten beziehungsweise zweiten Erfassungssignal addiert. Doch ein derartiges Verfahren macht den ersten und den zweiten Korrekturwert, insbesondere wenn der Wert von N groß ist, kompliziert und verkompliziert folglich die Verarbeitung zum Verringern der Winkelfehlerkomponente N-ter Ordnung.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Korrekturvorrichtung für einen Winkelsensor und einen Winkelsensor bereitzustellen, die imstande sind, eine Winkelfehlerkomponente N-ter Ordnung zu verringern, die resultiert, wenn jedes von einem ersten und einem zweiten Erfassungssignal eine Signalfehlerkomponente (N+1)-ter Ordnung beinhaltet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Korrekturvorrichtung zur Verwendung mit einem Winkelsensor bereitgestellt, wobei der Winkelsensor umfasst: einen Erfassungssignalgenerator zum Erzeugen eines ersten Erfassungssignals und eines zweiten Erfassungssignals, die jeweils eine Entsprechung zu einem zu erfassenden Winkel aufweisen; und eine Winkelerfassungseinrichtung zum Erzeugen eines Winkelerfassungswerts auf der Grundlage des ersten und des zweiten Erfassungssignals, wobei der Winkelerfassungswert eine Entsprechung zu dem zu erfassenden Winkel aufweist. Die Korrekturvorrichtung ist dazu eingerichtet, das erste und das zweite Erfassungssignal zu korrigieren. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Winkelsensor bereitgestellt, der den vorstehenden Erfassungssignalgenerator, die vorstehende Winkelerfassungseinrichtung und die Korrekturvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst.
Die Korrekturvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst einen Korrekturprozessor, der dazu eingerichtet ist, eine Korrekturverarbeitung zum Erzeugen eines ersten korrigierten Erfassungssignals durch Addieren eines ersten Korrekturwerts zu dem ersten Erfassungssignal und zum Erzeugen eines zweiten korrigierten Erfassungssignals durch Addieren eines zweiten Korrekturwerts zu dem zweiten Erfassungssignal durchzuführen.
Das erste Erfassungssignal beinhaltet eine erste Idealkomponente und eine erste Signalfehlerkomponente. Das zweite Erfassungssignal beinhaltet eine zweite Idealkomponente und eine zweite Signalfehlerkomponente. Die erste Idealkomponente wird durch A₀sinθ ausgedrückt, die zweite Idealkomponente wird durch A₀cosθ ausgedrückt, die erste Signalfehlerkomponente wird durch -A_Hsin((N+1)θ + α) ausgedrückt und die zweite Signalfehlerkomponente wird durch -A_Hcos ((N+1)θ + α) ausgedrückt, wobei θ den zu erfassenden Winkel darstellt; N eine Ganzzahl größer oder gleich 1 ist; A_O und A_H reelle Zahlen außer 0 sind; und α ein vorgegebener Winkel ist.
Der Winkelerfassungswert ohne die Korrekturverarbeitung wird als unkorrigierter Winkelerfassungswert θp bezeichnet. Der unkorrigierte Winkelerfassungswert θp enthält einen Fehler. Wenn der zu erfassende Winkel θ mit einer vorgegebenen Periode T variiert, dann beinhaltet der Fehler des unkorrigierten Winkelerfassungswerts θp eine Komponente, die aus der ersten und der zweiten Signalfehlerkomponente resultiert und mit einer Periode von T/N variiert.
Bei der Korrekturvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird der erste Korrekturwert durch -A_Lsin((N-1)θp + α ausgedrückt und wird der zweite Korrekturwert durch A_Lcos((N-1)θp + α) ausgedrückt, wobei A_L eine reelle Zahl derart ist, dass |A_H + A_L| kleiner als |A_H| ist. |A_H + A_L| kann kleiner oder gleich |A_H| × 0,5 oder gleich 0 sein.
Bei dem Winkelsensor gemäß der vorliegenden Erfindung kann das erste Erfassungssignal eine Entsprechung zum Sinus eines Drehfeldwinkels aufweisen und kann das zweite Erfassungssignal eine Entsprechung zum Kosinus des Drehfeldwinkels aufweisen. Der Drehfeldwinkel ist ein Winkel, den die Richtung eines magnetischen Drehfelds in einer Referenzposition zu einer Referenzrichtung in einer Referenzebene bildet und der eine Entsprechung zu dem zu erfassenden Winkel aufweist.
Die Korrekturvorrichtung und der Winkelsensor gemäß der vorliegenden Erfindung vereinfachen den ersten und den zweiten Korrekturwert und erreichen folglich mit einer einfachen Verarbeitung eine Verringerung einer Winkelfehlerkomponente N-ter Ordnung, die auftritt, wenn jedes von dem ersten und dem zweiten Erfassungssignal eine Signalfehlerkomponente (N+1)-ter Ordnung beinhaltet.
Andere und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich vollständiger aus der folgenden Beschreibung.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine schematische Gestaltung eines Winkelsensorsystems darstellt, das einen Winkelsensor gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst.
2 ist ein erläuterndes Diagramm, das eine Referenzebene bei der Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
3 ist ein Blockschaltbild, das die Gestaltung des Winkelsensors gemäß der Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
4 ist ein Schaltbild, das die Gestaltung eines Erfassungssignalgenerators in 3 veranschaulicht.
5 ist eine perspektivische Ansicht eines Teils eines magnetischen Erfassungselements in 4.
6 ist ein Funktionsblockschaltbild, das die Gestaltung einer Korrekturvorrichtung in 3 veranschaulicht.
7 ist ein Wellenformdiagramm, das eine erste beispielhafte Wellenform eines Winkelfehlers veranschaulicht, der in einem Winkelerfassungswert auftritt, wenn keine Korrekturverarbeitung durchgeführt wird.
8 ist ein Wellenformdiagramm, das eine zweite beispielhafte Wellenform des Winkelfehlers veranschaulicht, der in dem Winkelerfassungswert auftritt, wenn keine Korrekturverarbeitung durchgeführt wird.
9 ist ein Wellenformdiagramm, das eine dritte beispielhafte Wellenform des Winkelfehlers veranschaulicht, der in dem Winkelerfassungswert auftritt, wenn keine Korrekturverarbeitung durchgeführt wird.
10 ist ein Wellenformdiagramm, das eine vierte beispielhafte Wellenform des Winkelfehlers veranschaulicht, der in dem Winkelerfassungswert auftritt, wenn keine Korrekturverarbeitung durchgeführt wird.
11 ist ein Flussdiagramm eines Korrekturinformationsbestimmungsverfahrens bei der Ausführungsform der Erfindung.
12 ist ein Wellenformdiagramm, das eine beispielhafte Wellenform eines Fehlers eines unkorrigierten Winkelerfassungswerts in Beispiel 1 der Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
13 ist ein Wellenformdiagramm, das eine erste beispielhafte Wellenform des Winkelfehlers in Beispiel 1 der Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
14 ist ein Wellenformdiagramm, das eine zweite beispielhafte Wellenform des Winkelfehlers in Beispiel 1 der Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
15 ist ein Wellenformdiagramm, das eine beispielhafte Wellenform eines Fehlers in dem unkorrigierten Winkelerfassungswert in Beispiel 2 der Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
16 ist ein Wellenformdiagramm, das eine erste beispielhafte Wellenform des Winkelfehlers in Beispiel 2 der Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
17 ist ein Wellenformdiagramm, das eine zweite beispielhafte Wellenform des Winkelfehlers in Beispiel 2 der Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
18 ist ein Wellenformdiagramm, das eine beispielhafte Wellenform eines Fehlers in dem unkorrigierten Winkelerfassungswert in Beispiel 3 der Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
19 ist ein Wellenformdiagramm, das eine erste beispielhafte Wellenform des Winkelfehlers in Beispiel 3 der Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
20 ist ein Wellenformdiagramm, das eine zweite beispielhafte Wellenform des Winkelfehlers in Beispiel 3 der Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
21 ist ein Wellenformdiagramm, das eine beispielhafte Wellenform eines Fehlers in dem unkorrigierten Winkelerfassungswert in Beispiel 4 der Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
22 ist ein Wellenformdiagramm, das eine erste beispielhafte Wellenform des Winkelfehlers in Beispiel 4 der Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
23 ist ein Wellenformdiagramm, das eine zweite beispielhafte Wellenform des Winkelfehlers in Beispiel 4 der Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
24 ist ein Wellenformdiagramm, das eine beispielhafte Wellenform eines Fehlers in dem unkorrigierten Winkelerfassungswert in Beispiel 5 der Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
25 ist ein Wellenformdiagramm, das eine erste beispielhafte Wellenform des Winkelfehlers in Beispiel 5 der Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
26 ist ein Wellenformdiagramm, das eine zweite beispielhafte Wellenform des Winkelfehlers in Beispiel 5 der Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen wird nun eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Einzelnen beschrieben. Zunächst wird auf 1 Bezug genommen, um eine schematische Gestaltung eines Winkelsensorsystems zu beschreiben, das einen Winkelsensor gemäß der Ausführungsform der Erfindung umfasst.
Das in 1 dargestellte Winkelsensorsystem umfasst einen Magnetfeldgenerator und den Winkelsensor 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Der Winkelsensor 1 ist insbesondere ein magnetischer Winkelsensor.
1 zeigt ein Beispiel, in dem der Magnetfeldgenerator ein Magnet 5 mit der Form eines Zylinders mit einer Mittelachse ist. Der Magnet 5 hat einen N-Pol und einen S-Pol, die symmetrisch zu einer gedachten Ebene angeordnet sind, welche die vorgenannte Mittelachse beinhaltet. Der Magnet 5 dreht sich um die Mittelachse und erzeugt hierdurch ein magnetisches Drehfeld MF. Das magnetische Drehfeld MF ist ein Magnetfeld, das sich um ein Drehzentrum C dreht, das die vorgenannte Mittelachse beinhaltet.
Der Winkelsensor 1 ist dazu eingerichtet, einen Winkelerfassungswert θs zu erzeugen, der eine Entsprechung zu einem zu erfassenden Winkel aufweist. Im Folgenden wird der zu erfassende Winkel als Erfassungszielwinkel bezeichnet und durch ein Symbol θ bezeichnet. Der Erfassungszielwinkel θ ist bei der vorliegenden Ausführungsform ein Winkel, welcher der Drehposition des Magneten 5 entspricht.
Der Winkelsensor 1 erfasst das magnetische Drehfeld MF und erzeugt als den Winkelerfassungswert θs einen Wert, der einen Drehfeldwinkel θM darstellt, der eine Entsprechung zu dem Erfassungszielwinkel θ aufweist. Der Drehfeldwinkel θM ist ein Winkel, den die Richtung DM des magnetischen Drehfelds MF in einer Referenzposition PR zu einer Referenzrichtung DR in einer Referenzebene P bildet. 2 veranschaulicht die Referenzebene P, die Referenzposition PR, die Richtung DM des magnetischen Drehfelds MF, die Referenzrichtung DR und den Drehfeldwinkel θM.
Nun werden mit Bezug auf 1 und 2 Definitionen von Richtungen beschrieben, die bei der vorliegenden Ausführungsform verwendet werden. Zuerst wird die Z-Richtung als die Richtung definiert, die zu dem in 1 gezeigten Drehzentrum C parallel ist und in 1 von unten nach oben verläuft. 2 zeigt die Z-Richtung als die Richtung aus der Ebene der Zeichnung heraus. Die Richtungen X und Y sind als zwei zueinander orthogonale Richtungen definiert, die senkrecht zur Z-Richtung sind. 2 zeigt die X-Richtung als die Richtung nach rechts und die Y-Richtung als die Richtung nach oben. Ferner bezieht sich die -X-Richtung auf die der X-Richtung entgegengesetzte Richtung und die -Y-Richtung bezieht sich auf die der Y-Richtung entgegengesetzte Richtung.
Die Referenzebene P ist eine gedachte Ebene, die parallel zu einer Stirnfläche des Magneten 5 ist. Die Referenzposition PR ist die Position, in der der Winkelsensor 1 das magnetische Drehfeld MF erfasst. Die Referenzrichtung DR liegt in der Referenzebene P und schneidet die Referenzposition PR. Die Richtung DM des magnetischen Drehfelds MF in der Referenzposition PR liegt auch in der Referenzebene P. Der Winkelsensor 1 ist derart angeordnet, dass er der vorgenannten Stirnfläche des Magneten 5 zugewandt ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Referenzrichtung DR die X-Richtung. In der Referenzebene P dreht sich die Richtung DM des magnetischen Drehfelds MF um die Referenzposition PR. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird angenommen, dass sich die Richtung DM des magnetischen Drehfelds MF im Gegenuhrzeigersinn in 2 dreht. Der Drehfeldwinkel θM wird im Gegenuhrzeigersinn aus der Referenzrichtung DR betrachtet mit positiven Werten und im Uhrzeigersinn aus der Referenzrichtung DR betrachtet mit negativen Werten ausgedrückt.
Bei der vorliegenden Ausführungsform stimmt der Drehfeldwinkel θM mit dem Erfassungszielwinkel θ überein, wenn der Magnet 5 ein ideales magnetisches Drehfeld MF erzeugt. 2 zeigt den Erfassungszielwinkel θ in einem solchen Fall. Allerdings ist der Drehfeldwinkel θM nicht immer ideal und kann aufgrund einer ungleichen Magnetisierung des Magneten 5 oder anderer Faktoren geringfügig vom Erfassungszielwinkel θ abweichen. Dies ist eine Ursache für einen Fehler, der in dem Winkelerfassungswert θs auftritt.
Das Winkelsensorsystem der vorliegenden Ausführungsform kann in einer anderen Weise als in 1 dargestellt gestaltet sein. Das Winkelsensorsystem der vorliegenden Ausführungsform muss nur dazu eingerichtet sein, die relative Lagebeziehung zwischen dem Magnetfeldgenerator und dem Winkelsensor 1 derart zu variieren, dass sich die Richtung DM des magnetischen Drehfelds MF, vom Winkelsensor 1 aus betrachtet, in der Referenzposition PR dreht. Beispielsweise können der Magnet 5 und der Winkelsensor 1, die wie in 1 dargestellt angeordnet sind, derart eingerichtet sein, dass: sich der Winkelsensor 1 dreht, während der Magnet 5 unbeweglich ist; sich der Magnet 5 und der Winkelsensor 1 in zueinander entgegengesetzten Richtungen drehen; oder sich der Magnet 5 und der Winkelsensor 1 in der gleichen Richtung mit voneinander verschiedenen Winkelgeschwindigkeiten drehen.
Als der Magnetfeldgenerator kann andererseits anstelle des Magneten 5 ein Magnet verwendet werden, der eines oder mehrere Paare von N- und S-Polen umfasst, die abwechselnd ringförmig angeordnet sind, und der Winkelsensor 1 kann in der Nähe des Außenumfangs des Magneten platziert sein. In einem solchen Fall dreht sich zumindest einer von dem Magneten und dem Winkel sensor 1.
Alternativ kann anstelle des Magneten 5 als der Magnetfeldgenerator ein magnetischer Maßstab verwendet werden, der eine Vielzahl von Paaren von N- und S-Polen umfasst, die abwechselnd in einer linearen Anordnung angeordnet sind, und der Winkelsensor 1 kann in der Nähe des Randbereichs des magnetischen Maßstabs platziert sein. In einem solchen Fall bewegt sich zumindest einer von dem magnetischen Maßstab und dem Winkelsensor 1 geradlinig in der Richtung, in der die N- und S-Pole des magnetischen Maßstabs angeordnet sind.
Bei den oben beschriebenen verschiedenen Gestaltungen des Winkelsensorsystems gibt es auch die Referenzebene P, die eine vorgegebene Lagebeziehung mit dem Winkelsensor 1 aufweist. In der Referenzebene P dreht sich die Richtung DM des magnetischen Drehfelds MF, vom Winkelsensor 1 aus betrachtet, um die Referenzposition PR.
3 ist ein Blockschaltbild, das die Gestaltung des Winkelsensors 1 veranschaulicht. Wie in 3 dargestellt, umfasst der Winkelsensor 1: einen Erfassungssignalgenerator 2 zum Erzeugen eines ersten Erfassungssignals S1 und eines zweiten Erfassungssignals S2, die jeweils eine Entsprechung zu dem Erfassungszielwinkel θ aufweisen; eine Winkelerfassungseinrichtung 4 zum Erzeugen, auf der Grundlage des ersten und des zweiten Erfassungssignals S1 und S2, des Winkelerfassungswerts θs, der eine Entsprechung zu dem Erfassungszielwinkel θ aufweist; und eine Korrekturvorrichtung 3 gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
Bei der vorliegenden Ausführungsform weist insbesondere das erste Erfassungssignal S1 eine Entsprechung zum Sinus des Drehfeldwinkels θM auf und weist das zweite Erfassungssignal S2 eine Entsprechung zum Kosinus des Drehfeldwinkels θM auf.
Die Korrekturvorrichtung 3 ist eine Vorrichtung zum Korrigieren des ersten und des zweiten Erfassungssignals S1 und S2. Die Korrekturvorrichtung 3 korrigiert das erste Erfassungssignal S1, um ein erstes korrigiertes Erfassungssignal S1c zu erzeugen, und sie korrigiert das zweite Erfassungssignal S2, um ein zweites korrigiertes Erfassungssignal S2c zu erzeugen, und sie führt das erste und das zweite korrigierte Erfassungssignal S1c und S2c der Winkelerfassungseinrichtung 4 zu. Die Winkelerfassungseinrichtung 4 erzeugt den Winkelerfassungswert θs unter Verwendung des ersten und des zweiten korrigierten Erfassungssignals S1c und S2c.
Wie in 1 dargestellt, umfasst der Erfassungssignalgenerator 2 eine erste Erfassungsschaltung 10 zum Erzeugen des ersten Erfassungssignals S1 und eine zweite Erfassungsschaltung 20 zum Erzeugen des zweiten Erfassungssignals S2. Zum einfacheren Verständnis zeigt 1 die erste und die zweite Erfassungsschaltung 10 und 20 als separate Bauelemente. Doch können die erste und die zweite Erfassungsschaltung 10 und 20 in ein einziges Bauelement integriert sein. Während ferner in 1 die erste und die zweite Erfassungsschaltung 10 und 20 in einer zum Drehzentrum C parallelen Richtung gestapelt sind, ist die Reihenfolge des Stapelns nicht auf das in 1 dargestellte Beispiel beschränkt. Jede von der ersten und der zweiten Erfassungsschaltung 10 und 20 umfasst mindestens ein magnetisches Erfassungselement zum Erfassen des magnetischen Drehfelds MF.
Nun wird die Gestaltung des Erfassungssignalgenerators 2 mit Bezug auf 4 im Einzelnen beschrieben. 4 ist ein Schaltbild, das die Gestaltung des Erfassungssignalgenerators 2 veranschaulicht. Wie oben erwähnt, umfasst der Erfassungssignalgenerator 2 die erste Erfassungsschaltung 10 zum Erzeugen des ersten Erfassungssignals S1 und die zweite Erfassungsschaltung 20 zum Erzeugen des zweiten Erfassungssignals S2.
Die erste Erfassungsschaltung 10 umfasst eine Wheatstone-Brückenschaltung 14 und einen Differenzdetektor 15. Die Wheatstone-Brückenschaltung 14 umfasst vier magnetische Erfassungselemente R11, R12, R13 und R14, einen Stromversorgungsanschluss VI, einen Masseanschluss G1 und zwei Ausgangsanschlüsse E11 und E12. Das magnetische Erfassungselement R11 ist zwischen dem Stromversorgungsanschluss V1 und dem Ausgangsanschluss E11 vorgesehen. Das magnetische Erfassungselement R12 ist zwischen dem Ausgangsanschluss E11 und dem Masseanschluss G1 vorgesehen. Das magnetische Erfassungselement R13 ist zwischen dem Stromversorgungsanschluss V1 und dem Ausgangsanschluss E12 vorgesehen. Das magnetische Erfassungselement R14 ist zwischen dem Ausgangsanschluss E12 und dem Masseanschluss G1 vorgesehen. Eine Versorgungsspannung einer vorgegebenen Größenordnung ist an den Stromversorgungsanschluss V1 angelegt. Der Masseanschluss G1 ist an Masse angeschlossen. Der Differenzdetektor 15 gibt als das erste Erfassungssignal S1 ein Signal aus, das der Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E11 und E12 entspricht.
Die Schaltungsanordnung der zweiten Erfassungsschaltung 20 ist ähnlich der der ersten Erfassungsschaltung 10. Genauer gesagt umfasst die zweite Erfassungsschaltung 20 eine Wheatstone-Brückenschaltung 24 und einen Differenzdetektor 25. Die Wheatstone-Brückenschaltung 24 umfasst vier magnetische Erfassungselemente R21, R22, R23 und R24, einen Stromversorgungsanschluss V2, einen Masseanschluss G2 und zwei Ausgangsanschlüsse E21 und E22. Das magnetische Erfassungselement R21 ist zwischen dem Stromversorgungsanschluss V2 und dem Ausgangsanschluss E21 vorgesehen. Das magnetische Erfassungselement R22 ist zwischen dem Ausgangsanschluss E21 und dem Masseanschluss G2 vorgesehen. Das magnetische Erfassungselement R23 ist zwischen dem Stromversorgungsanschluss V2 und dem Ausgangsanschluss E22 vorgesehen. Das magnetische Erfassungselement R24 ist zwischen dem Ausgangsanschluss E22 und dem Masseanschluss G2 vorgesehen. Eine Versorgungsspannung einer vorgegebenen Größenordnung ist an den Stromversorgungsanschluss V2 angelegt. Der Masseanschluss G2 ist an Masse angeschlossen. Der Differenzdetektor 25 gibt als das zweite Erfassungssignal S2 ein Signal aus, das der Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E21 und E22 entspricht.
Die magnetischen Erfassungselemente R11 bis R14 und R21 bis R24 können jeweils eine Vielzahl von in Reihe geschalteten magnetoresistiven (MR) Elementen umfassen. Jedes der Vielzahl von MR-Elementen ist beispielsweise ein Spinventil-MR-Element. Das Spinventil-MR-Element umfasst eine in der Magnetisierung fixierte Schicht, deren Magnetisierungsrichtung fixiert ist, eine freie Schicht, die eine magnetische Schicht ist, deren Magnetisierungsrichtung sich mit der Richtung DM des magnetischen Drehfelds MF in der Referenzposition PR ändert, und eine Spaltschicht, die sich zwischen der in der Magnetisierung fixierten Schicht und der freien Schicht befindet. Das Spinventil-MR-Element kann ein magnetoresistives Element mit Tunneleffekt (TMR) oder ein Element mit Riesenmagnetowiderstand (GMR) sein. Bei dem TMR-Element ist die Spaltschicht eine Tunnelsperrschicht. Bei dem GMR-Element ist die Spaltschicht eine nichtmagnetische leitende Schicht. Der Widerstand des Spinventil-MR-Elements ändert sich mit dem Winkel, den die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht zur Magnetisierungsrichtung der in der Magnetisierung fixierten Schicht bildet. Der Widerstand des Spinventil-MR-Elements hat seinen Mindestwert, wenn der vorstehende Winkel 0° beträgt, und er hat seinen Höchstwert, wenn der vorstehende Winkel 180° beträgt. In 4 geben die Vollpfeile die Magnetisierungsrichtungen der in der Magnetisierung fixierten Schichten der MR-Elemente an und die Hohlpfeile geben die Magnetisierungsrichtungen der freien Schichten der MR-Elemente an.
Bei der ersten Erfassungsschaltung 10 sind die in der Magnetisierung fixierten Schichten der MR-Elemente, die in den magnetischen Erfassungselementen R11 und R14 enthalten sind, in der Y-Richtung magnetisiert, und sind die in der Magnetisierung fixierten Schichten der MR-Elemente, die in den magnetischen Erfassungselementen R12 und R13 enthalten sind, in der -Y-Richtung magnetisiert. In diesem Fall ändert sich die Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E11 und E12 mit dem Sinus des Drehfeldwinkels θM. Das erste Erfassungssignal S1 weist somit eine Entsprechung zu dem Sinus des Drehfeldwinkels θM auf. Da der Drehfeldwinkel θM eine Entsprechung zu dem Erfassungszielwinkel θ aufweist, weist das erste Erfassungssignal S1 eine Entsprechung zu dem Erfassungszielwinkel θ auf.
Bei der zweiten Erfassungsschaltung 20 sind die in der Magnetisierung fixierten Schichten der MR-Elemente, die in den magnetischen Erfassungselementen R21 und R24 enthalten sind, in der X-Richtung magnetisiert, und sind die in der Magnetisierung fixierten Schichten der MR-Elemente, die in den magnetischen Erfassungselementen R22 und R23 enthalten sind, in der -X-Richtung magnetisiert. In diesem Fall ändert sich die Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E21 und E22 mit dem Kosinus des Drehfeldwinkels θM. Das zweite Erfassungssignal S2 weist somit eine Entsprechung zu dem Kosinus des Drehfeldwinkels θM auf. Da der Drehfeldwinkel θM eine Entsprechung zu dem Erfassungszielwinkel θ aufweist, weist das zweite Erfassungssignal S2 eine Entsprechung zu dem Erfassungszielwinkel θ auf.
In Anbetracht der Produktionsgenauigkeit der MR-Elemente und anderer Faktoren können die Magnetisierungsrichtungen der in der Magnetisierung fixierten Schichten der MR-Elemente in den Erfassungsschaltungen 10 und 20 geringfügig von den oben beschriebenen Richtungen abweichen.
Nun wird eine beispielhafte Gestaltung der magnetischen Erfassungselemente mit Bezug auf 5 beschrieben. 5 ist eine perspektivische Ansicht eines Teils eines magnetischen Erfassungselements in dem Erfassungssignalgenerator 2 in 4. In diesem Beispiel umfasst das magnetische Erfassungselement eine Vielzahl von unteren Elektroden 62, eine Vielzahl von MR-Elementen 50 und eine Vielzahl von oberen Elektroden 63. Die unteren Elektroden 62 sind auf einem Substrat (nicht dargestellt) angeordnet. Die unteren Elektroden 62 haben jeweils eine lange schlanke Form. Zwischen jeweils zwei unteren Elektroden 62, die in der Längsrichtung der unteren Elektroden 62 nebeneinanderliegen, befindet sich eine Lücke. Wie in 5 dargestellt, sind die MR-Elemente 50 auf der Oberseite der unteren Elektroden 62 in Positionen in der Nähe von in der Längsrichtung entgegengesetzten Enden vorgesehen. Jedes MR-Element 50 umfasst eine freie Schicht 51, eine Spaltschicht 52, eine in der Magnetisierung fixierte Schicht 53 und eine antiferromagnetische Schicht 54, die in dieser Reihenfolge ausgehend von der geringsten Entfernung bis zur größten Entfernung von der unteren Elektrode 62 gestapelt sind. Die freie Schicht 51 ist mit der unteren Elektrode 62 elektrisch verbunden. Die antiferromagnetische Schicht 54 ist aus einem antiferromagnetischen Material ausgebildet und steht in Austauschkopplung mit der in der Magnetisierung fixierten Schicht 53, um hierdurch die Magnetisierungsrichtung der in der Magnetisierung fixierten Schicht 53 zu fixieren. Die oberen Elektroden 63 sind über den MR-Elementen 50 angeordnet. Jede obere Elektrode 63 hat eine lange schlanke Form und stellt eine elektrische Verbindung zwischen den jeweiligen antiferromagnetischen Schichten 54 von zwei benachbarten MR-Elementen 50 her, die auf zwei unteren Elektroden 62 angeordnet sind, die in der Längsrichtung der unteren Elektroden 62 nebeneinanderliegen. Bei einer derartigen Gestaltung sind die MR-Elemente 50 in dem in 5 dargestellten magnetischen Erfassungselement durch die oberen und unteren Elektroden 63 und 62 in Reihe geschaltet. Es sollte einleuchten, dass die Schichten 51 bis 54 der MR-Elemente 50 in der Reihenfolge gestapelt sein können, die der in 5 gezeigten Reihenfolge entgegengesetzt ist.
Als Nächstes wird auf 6 Bezug genommen, um die Gestaltung der Korrekturvorrichtung 3 im Einzelnen zu beschreiben. 6 ist ein Funktionsblockschaltbild, das die Gestaltung der Korrekturvorrichtung 3 veranschaulicht. Die Korrekturvorrichtung 3 umfasst Analog-Digital-Umsetzer (im Folgenden „A/D-Wandler“) 31 und 32 sowie einen Korrekturprozessor 33. Der Korrekturprozessor 33 und die Winkelerfassungseinrichtung 4 verwenden digitale Signale. Der A/D-Wandler 31 wandelt das erste Erfassungssignal S1 in eine digitale Form um. Der A/D-Wandler 32 wandelt das zweite Erfassungssignal S2 in eine digitale Form um.
Der Korrekturprozessor 33 und die Winkelerfassungseinrichtung 4 können beispielsweise durch eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) oder einen Mikrocomputer implementiert sein.
Der Korrekturprozessor 33 führt eine Korrekturverarbeitung durch. Die Korrekturverarbeitung ist eine Verarbeitung zum Erzeugen des ersten korrigierten Erfassungssignals S1c durch Addieren eines ersten Korrekturwerts C1 zu dem vom A/D-Wandler 31 in eine digitale Form umgewandelten ersten Erfassungssignal S1 und zum Erzeugen des zweiten korrigierten Erfassungssignals S2c durch Addieren eines zweiten Korrekturwerts C2 zu dem vom A/D-Wandler 32 in eine digitale Form umgewandelten zweiten Erfassungssignal S2. In der nachstehenden Beschreibung bezieht sich das bei der Korrekturverarbeitung zu verarbeitende erste Erfassungssignal S1 auf dasj enige, das vom A/D-Wandler 31 in eine digitale Form umgewandelt wird, und bezieht sich das bei der Korrekturverarbeitung zu verarbeitende zweite Erfassungssignal S2 auf dasjenige, das vom A/D-Wandler 32 in eine digitale Form umgewandelt wird.
Wie zuvor erwähnt, werden das erste und das zweite korrigierte Erfassungssignal S1c und S2c der Winkelerfassungseinrichtung 4 zugeführt. Die Winkelerfassungseinrichtung 4 erzeugt den Winkelerfassungswert θs unter Verwendung des ersten und des zweiten korrigierten Erfassungssignals S1c und S2c.
Der Korrekturprozessor 33 umfasst Addierer 34 und 35, einen Korrekturwertgenerator 36 und eine Korrekturinformation-Speichereinheit 37. Der Addierer 34 führt eine Verarbeitung durch, um den ersten Korrekturwert C1 zum ersten Erfassungssignal S1 zu addieren, um das erste korrigierte Erfassungssignal S1c zu erzeugen. Der Addierer 35 führt eine Verarbeitung durch, um den zweiten Korrekturwert C2 zum zweiten Erfassungssignal S2 zu addieren, um das zweite korrigierte Erfassungssignal S2c zu erzeugen.
Der Korrekturwertgenerator 36 erzeugt den ersten und den zweiten Korrekturwert C1 und C2, führt den ersten Korrekturwert C1 dem Addierer 34 zu und führt den zweiten Korrekturwert C2 dem Addierer 35 zu. Die Korrekturinformation-Speichereinheit 37 speichert eine Korrekturinformation, die zum Erzeugen des ersten und des zweiten Korrekturwerts C1 und C2 durch den Korrekturwertgenerator 36 benötigt wird, und führt die Korrekturinformation dem Korrekturwertgenerator 36 zu. Der Korrekturwertgenerator 36 verwendet das erste und das zweite Erfassungssignal S1 und S2 und die Korrekturinformation, um den ersten und den zweiten Korrekturwert C1 und C2 zu erzeugen. Die Einzelheiten der Korrekturverarbeitung werden später ausführlich beschrieben.
Nun werden die Fehlerkomponenten des ersten und des zweiten Erfassungssignals S1 und S2 und ein in dem Winkelerfassungswert θs durch die Fehlerkomponenten verursachter Fehler beschrieben.
Wie zuvor erwähnt, weist bei der vorliegenden Ausführungsform das erste Erfassungssignal S1 eine Entsprechung zum Sinus des Drehfeldwinkels θM auf und weist das zweite Erfassungssignal S2 eine Entsprechung zum Kosinus des Drehfeldwinkels θM auf. Idealerweise sollten das erste Erfassungssignal S1 durch A₀sinθ und das zweite Erfassungssignal S2 durch A₀cosθ ausgedrückt werden, wobei A₀ eine reelle Zahl außer 0 ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird A₀sinθ als erste Idealkomponente und A₀cosθ als zweite Idealkomponente bezeichnet.
Tatsächlich beinhaltet das erste Erfassungssignal S1 die erste Idealkomponente und eine oder mehrere Fehlerkomponenten, die verschieden von der ersten Idealkomponente sind, und beinhaltet das zweite Erfassungssignal S2 die zweite Idealkomponente und eine oder mehrere Fehlerkomponenten, die verschieden von der zweiten Idealkomponente sind. Bei der vorliegenden Ausführungsform werden die eine oder mehreren Fehlerkomponenten, die in jedem von dem ersten und dem zweiten Erfassungssignal S1 und S2 enthalten sind, als eine oder mehrere Signalfehlerkomponenten bezeichnet.
Es gibt im Wesentlichen zwei Ursachen für die eine oder mehreren Signalfehlerkomponenten, die in jedem von dem ersten und dem zweiten Erfassungssignal S1 und S2 auftreten. Eine erste Ursache steht im Zusammenhang mit dem magnetischen Drehfeld MF. Eine zweite Ursache steht im Zusammenhang mit dem Erfassungssignalgenerator 2. Die erste Ursache besteht darin, dass, wie zuvor erwähnt, der Drehfeldwinkel θM aufgrund einer ungleichen Magnetisierung des Magneten 5 oder anderer Faktoren nicht ideal ist und folglich geringfügig vom Erfassungszielwinkel θ abweicht. Bestimmte Beispiele für die zweite Ursache umfassen die folgenden Umstände: 1) die freien Schichten 51 von MR-Elementen 50 weisen eine magnetische Anisotropie in der Magnetisierungsrichtung der in der Magnetisierung fixierten Schichten 53 der MR-Elemente 50 auf; 2) die Magnetisierungsrichtung der in der Magnetisierung fixierten Schichten 53 von MR-Elementen 50 fluktuiert aufgrund der Wirkung des magnetischen Drehfelds MF oder anderer Faktoren; 3) die freien Schichten 51 von MR-Elementen 50 in der ersten Erfassungsschaltung 10 und von denen in der zweiten Erfassungsschaltung 20 weisen eine magnetische Anisotropie in der gleichen Richtung auf; und 4) es liegt ein Ausrichtungsfehler zwischen dem Magneten 5 und dem Erfassungssignalgenerator 2 vor.
Die eine oder mehreren Signalfehlerkomponenten von jedem von dem ersten und dem zweiten Erfassungssignal S1 und S2 können durch mindestens eine von der ersten Ursache und der zweiten Ursache bewirkt werden.
Wird keine Korrekturverarbeitung durchgeführt, kann aufgrund des einen oder der mehreren Signalfehlerkomponenten, die in jedem von dem ersten und dem zweiten Erfassungssignal S1 und S2 enthalten sind, ein Fehler in dem Winkelerfassungswert θs auftreten. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird der Fehler, der in dem Winkelerfassungswert θs auftritt, als Winkelfehler bezeichnet.
Wenn der Erfassungszielwinkel θ mit einer vorgegebenen Periode T variiert, kann der Winkelfehler eine Komponente beinhalten, die mit einer Periode von T/N variiert, wobei N eine Ganzzahl größer oder gleich 1 ist. Eine solche Komponente wird im Folgenden als Winkelfehlerkomponente N-ter Ordnung bezeichnet.
Das erste Erfassungssignal S1 kann eine Signalfehlerkomponente beinhalten, die proportional zu sin(Mθ + α) ist, und das zweite Erfassungssignal S2 kann eine Signalfehlerkomponente beinhalten, die proportional zu cos(Mθ + α) ist, wobei M eine Ganzzahl größer oder gleich 0 ist und α ein vorgegebener Winkel ist. Solche Signalfehlerkomponenten werden hier als Signalfehlerkomponenten M-ter Ordnung definiert. M stellt die Ordnung von jeder Signalfehlerkomponente dar. Bei der vorliegenden Ausführungsform werden Signalfehlerkomponenten durch den Wert von M unterschieden.
Nun werden Ergebnisse der Forschung des Erfinders der vorliegenden Erfindung über eine Beziehung zwischen Signalfehlerkomponenten und Winkelfehlerkomponenten beschrieben. Zur Vereinfachung der Beschreibung sei angenommen, dass das erste Erfassungssignal S1 nur die erste Idealkomponente (A₀sinθ) und eine Signalfehlerkomponente M-ter Ordnung beinhaltet und dass das zweite Erfassungssignal S2 nur die zweite Idealkomponente (A₀cosθ) und eine Signalfehlerkomponente M-ter Ordnung beinhaltet. Außerdem sei angenommen, dass die Signalfehlerkomponente M-ter Ordnung des ersten Erfassungssignals S1 und die Signalfehlerkomponente M-ter Ordnung des zweiten Erfassungssignals S2 den gleichen Wert von M und die gleiche Amplitude haben. In diesem Fall werden das erste Erfassungssignal S1 und das zweite Erfassungssignal S2 mit einem Paar von Gln. (1) und (2) oder einem Paar von Gln. (3) und (4), die unten angegeben sind, dargestellt, wobei Bo eine reelle Zahl außer 0 ist. $S1 = A_{0} sin θ− Β_{0} sin (M θ+α)$
$S2 = A_{0} cos θ− Β_{0} cos (M θ+α)$
$S1 = A_{0} cos θ− Β_{0} sin (M θ+α)$
$S2 = A_{0} cos θ− Β_{0} cos (M θ+α)$
In dem Paar von Gln. (1) und (2) haben die Terme der Signalfehlerkomponenten M-ter Ordnung des ersten und des zweiten Erfassungssignals S1 und S2 verschiedene Vorzeichen. In den Gln. (1) und (2) hat der Term der Signalfehlerkomponente M-ter Ordnung des ersten Erfassungssignals S1 das Vorzeichen „-“, während der Term der Signalfehlerkomponente M-ter Ordnung des zweiten Erfassungssignals S2 das Vorzeichen „+“ hat. Doch können die Vorzeichen invertiert sein.
In dem Paar von Gln. (3) und (4) haben die Terme der Signalfehlerkomponenten M-ter Ordnung des ersten und des zweiten Erfassungssignals S1 und S2 das gleiche Vorzeichen. In den Gln. (3) und (4) hat sowohl der Term der Signalfehlerkomponente M-ter Ordnung des ersten Erfassungssignals S1 als auch der Term der Signalfehlerkomponente M-ter Ordnung des zweiten Erfassungssignals S2 das Vorzeichen „-“. Doch können die Terme beide das Vorzeichen „+“ haben.
Der Erfinder der vorliegenden Erfindung hat die folgenden ersten bis dritten Merkmale in Bezug auf die Beziehung zwischen den Signalfehlerkomponenten und Winkelfehlerkomponenten festgestellt. Das erste Merkmal besteht darin, das bei dem ersten und dem zweiten Erfassungssignal S1 und S2, die mit dem Paar von Gln. (1) und (2) dargestellt werden, eine Winkelfehlerkomponente (M+1)-ter Ordnung hauptsächlich dann in dem Winkelerfassungswert θs auftritt, wenn keine Korrekturverarbeitung durchgeführt wird, während bei dem ersten und dem zweiten Erfassungssignal S1 und S2, die mit dem Paar von Gln. (3) und (4) dargestellt werden, eine Winkelfehlerkomponente (M-1)-ter Ordnung hauptsächlich dann in dem Winkelerfassungswert θs auftritt, wenn keine Korrekturverarbeitung durchgeführt wird.
Das zweite Merkmal besteht darin, dass sich das Verhältnis der Amplitude der Hauptwinkelfehlerkomponente zu Bo in dem Fall, in dem das erste und das zweite Erfassungssignal S1 und S2 mit dem Paar von Gln. (1) und (2) dargestellt werden, und in dem Fall, in dem das erste und das zweite Erfassungssignal S1 und S2 mit dem Paar von Gln. (3) und (4) dargestellt werden, nicht unterscheidet.
Das dritte Merkmal besteht darin, dass sowohl in dem Fall, in dem das erste und das zweite Erfassungssignal S1 und S2 mit dem Paar von Gln. (1) und (2) dargestellt werden, als auch in dem Fall, in dem das erste und das zweite Erfassungssignal S1 und S2 mit dem Paar von Gln. (3) und (4) dargestellt werden, die Phase der Hauptwinkelfehlerkomponente in Abhängigkeit davon invertiert ist, ob Bo ein positiver Wert oder ein negativer Wert ist.
Die vorstehenden ersten bis dritten Merkmale treffen unabhängig vom Wert von M zu, vorausgesetzt dass M eine Ganzzahl größer oder gleich 0 ist.
Die 7 bis 10 zeigen bestimmte Beispiele, die die vorstehenden ersten bis dritten Merkmale veranschaulichen. In den Beispielen wurde ein Winkelfehler, der in dem Winkelerfassungswert θs ohne die Korrekturverarbeitung auftritt, unter der Annahme bestimmt, dass M gleich 3, A₀ gleich 1, B₀ gleich 0,02 oder -0,02 und α gleich 0 ist. Die 7 bis 10 zeigen erste bis vierte beispielhafte Wellenformen des Winkelfehlers. In 7 bis 10 stellt die horizontale Achse den Erfassungszielwinkel θ dar und stellt die vertikale Achse den Winkelfehler dar.
7 zeigt die Wellenform des Winkelfehlers in einem Fall, in dem B₀ gleich 0,02 ist und das erste und das zweite Erfassungssignal S1 und S2 mit dem Paar von Gln. (1) und (2) dargestellt werden. 8 zeigt die Wellenform des Winkelfehlers in einem Fall, in dem B₀ gleich 0,02 ist und das erste und das zweite Erfassungssignal S1 und S2 mit dem Paar von Gln. (3) und (4) dargestellt werden.
7 und 8 veranschaulichen die vorstehenden ersten und zweiten Merkmale. Genauer gesagt beinhaltet der in 7 gezeigte Winkelfehler hauptsächlich eine Winkelfehlerkomponente vierter Ordnung und der in 8 gezeigte Winkelfehler beinhaltet hauptsächlich eine Winkelfehlerkomponente zweiter Ordnung. Die Winkelfehlerkomponente vierter Ordnung in 7 und die Winkelfehlerkomponente zweiter Ordnung in 8 haben die gleiche Amplitude.
9 zeigt die Wellenform des Winkelfehlers in einem Fall, in dem B₀ gleich -0,02 ist und das erste und das zweite Erfassungssignal S1 und S2 mit dem Paar von Gln. (1) und (2) dargestellt werden. 10 zeigt die Wellenform des Winkelfehlers in einem Fall, in dem Bo gleich -0,02 ist und das erste und das zweite Erfassungssignal S1 und S2 mit dem Paar von Gln. (3) und (4) dargestellt werden.
9 und 10 veranschaulichen ebenfalls die vorstehenden ersten und zweiten Merkmale. 7 und 9 veranschaulichen das vorstehende dritte Merkmal. Genauer gesagt haben die Winkelfehlerkomponenten vierter Ordnung in 7 und 9 entgegengesetzte Phasen. 8 und 10 veranschaulichen ebenfalls das dritte Merkmal. Genauer gesagt haben die Winkelfehlerkomponenten zweiter Ordnung in 8 und 10 entgegengesetzte Phasen.
In dem Fall, in dem das erste und das zweite Erfassungssignal S1 und S2 mit dem Paar von Gleichungen (3) und (4) dargestellt werden, gibt das vorstehende erste Merkmal an, dass dann, wenn eine Signalfehlerkomponente (N+1)-ter Ordnung in jedem von dem ersten und dem zweiten Erfassungssignal S1 und S2 enthalten ist, eine Winkelfehlerkomponente N-ter Ordnung in dem Winkelerfassungswert θs auftreten würde, wenn keine Korrekturverarbeitung durchgeführt wird. Die Korrekturvorrichtung 3 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist dazu eingerichtet, das erste und das zweite Erfassungssignal S1 und S2 zu korrigieren, um die Winkelfehlerkomponente N-ter Ordnung in einem solchen Fall zu verringern.
Als Nächstes wird die Korrekturverarbeitung gemäß der vorliegenden Ausführungsform im Einzelnen beschrieben. Bei der vorliegenden Ausführungsform beinhaltet das erste Erfassungssignal S1 die erste Idealkomponente, die durch A₀sinθ ausgedrückt wird, und eine erste Signalfehlerkomponente, die durch -A_Hsin((N+1)θ + α) ausgedrückt wird, wobei Ao und A_H reelle Zahlen außer 0 sind. Das zweite Erfassungssignal S2 beinhaltet die zweite Idealkomponente, die durch A₀cosθ ausgedrückt wird, und eine zweite Signalfehlerkomponente, die durch -A_Hcos((N+1)θ + α) ausgedrückt wird.
Die erste Signalfehlerkomponente und die zweite Signalfehlerkomponente sind Signalfehlerkomponenten (N+1)-ter Ordnung, die den Signalfehlerkomponenten in den Gln. (3) und (4) entsprechen.
Zur Vereinfachung der nachstehenden Beschreibung sei angenommen, dass das erste Erfassungssignal S1 nur die erste Idealkomponente und die erste Signalfehlerkomponente beinhaltet und dass das zweite Erfassungssignal S2 nur die zweite Idealkomponente und die zweite Signalfehlerkomponente beinhaltet. In einem solchen Fall werden das erste und das zweite Erfassungssignal S1 und S2 mit den nachstehenden Gln. (5) und (6) dargestellt. $S1 = A_{0} sin θ− A_{H} sin ((N + 1) θ+α)$
$S2 = A_{0} cos θ− A_{H} cos ((N + 1) θ+α)$
Wenn der Erfassungszielwinkel θ mit einer vorgegebenen Periode T variiert, beinhaltet der Winkelerfassungswert θs ohne die Korrekturverarbeitung eine Komponente, die aus der ersten und zweiten Signalfehlerkomponente resultiert und mit einer Periode von T/N variiert, d.h. eine Winkelfehlerkomponente N-ter Ordnung.
Die vorliegende Ausführungsform nutzt die vorstehenden ersten bis dritten Merkmale, um die Winkelfehlerkomponente N-ter Ordnung in der folgenden Weise zu verringern.
Es sei hier angenommen, dass die Korrekturverarbeitung bestimmen kann, dass der erste Korrekturwert C1 -A_Lsin((N-1)θ + α) ist und dass der zweite Korrekturwert C2 A_Lcos((N-1)θ + α) ist. In einem solchen Fall wird eine Verringerung der Amplitude der Winkelfehlerkomponente N-ter Ordnung erreicht, indem unter Nutzung der vorstehenden ersten bis dritten Merkmale A_L auf eine reelle Zahl derart eingestellt wird, dass |A_H + A_L| kleiner als |A_H| ist. Tatsächlich ist es allerdings nicht möglich, den ersten und den zweiten Korrekturwert C1 und C2 wie oben zu bestimmen, da der Erfassungszielwinkel θ dem Korrekturprozessor 33 nicht bekannt ist.
Um dieses Problem zu lösen, verwendet der Korrekturwertgenerator 36 bei der Korrekturverarbeitung gemäß der vorliegenden Ausführungsform einen unkorrigierten Winkelerfassungswert θp anstelle des Erfassungszielwinkels θ zum Bestimmen des ersten und des zweiten Korrekturwerts C1 und C2, die mit den nachstehenden Gln. (7) und (8) dargestellt werden. Der unkorrigierte Winkelerfassungswert θp ist ein Winkelerfassungswert ohne die Korrekturverarbeitung. A_L ist eine reelle Zahl derart, dass |A_H + A_L| kleiner als |A_H| ist. |A_H + A_L| ist vorzugsweise kleiner oder gleich |A_H| × 0,5. Noch bevorzugter ist |A_H + A_L| gleich 0. $C1 = - A_{L} sin ((N - 1) θ p + α)$
$C2 = - A_{L} cos ((N - 1) θ p + α)$
Wenn der erste und der zweite Korrekturwert C1 und C2 eine Periode von T/D haben, wenn der Erfassungszielwinkel θ mit einer Periode T variiert, sagen wird, dass die Ordnung von jedem von dem ersten und dem zweiten Korrekturwert C1 und C2 D ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist insbesondere die Ordnung von jedem von dem ersten und dem zweiten Korrekturwert C1 und C2 N-1.
Die Korrekturinformation-Speichereinheit 37 speichert die jeweiligen Werte von N, A_L und α als die Korrekturinformation und führt die Werte dem Korrekturwertgenerator 36 zu. Der Korrekturwertgenerator 36 verwendet die Werte von N, A_L und α zum Bestimmen des ersten und des zweiten Korrekturwerts C1 und C2, die mit den Gln. (7) und (8) dargestellt werden.
Der Korrekturwertgenerator 36 kann den unkorrigierten Winkelerfassungswert θp gemäß der nachstehenden Gl. (9) berechnen, indem er das erste und das zweite Erfassungssignal S1 und S2 verwendet. Der Korrekturwertgenerator 36 kann dann den ersten und den zweiten Korrekturwert C1 und C2 bestimmen, indem er die Werte von N, A_L und α, die als Korrekturinformation zugeführt wurden, und den berechneten unkorrigierten Winkelerfassungswert θp in die Gln. (7) und (8) einsetzt. $θ p = atan (S 1 /S2)$
In Gl. (9) stellt „atan“ einen Arkustangens dar.
Wenn θp in einem Bereich von 0° bis weniger als 360° liegt, ergeben sich aus Gl. (9) zwei Lösungen für θp, deren Werte um 180° differieren. Welche der beiden Lösungen von θp in Gl. (9) der wahre Wert von θp ist, kann gemäß der Kombination der Vorzeichen von S1 und S2 bestimmt werden. Der Korrekturwertgenerator 36 bestimmt θp innerhalb des Bereichs von 0° bis weniger als 360° gemäß Gl. (9) und der Bestimmung über die Kombination der Vorzeichen von S1 und S2.
In einigen Fällen kann der Korrekturwertgenerator 36 den ersten und den zweiten Korrekturwert C1 und C2 bestimmen, ohne den unkorrigierten Winkelerfassungswert θp zu berechnen. Wenn N beispielsweise 1 ist, dann ist (N-1)θp in den Gln. (7) und (8) gleich 0. In diesem Fall sind der erste und der zweite Korrekturwert C1 und C2 beide konstante Werte, die nicht mit dem unkorrigierten Winkelerfassungswert θp variieren.
Wenn N gleich 2 ist, dann ist (N-1)θp in den Gln. (7) und (8) gleich θp. In diesem Fall können die Gln. (7) und (8) derart modifiziert werden, dass sie C1 und C2 mit sinθp und cosθp als Variablen ausdrücken. Dabei stellen sinθp bzw. cosθp die Werte des ersten Erfassungssignals S1 und des zweiten Erfassungssignals S2 dar, die derart normiert sind, dass die Amplitude 1 ist. In diesem Fall können der erste und der zweite Korrekturwert C1 und C2 auf der Grundlage des ersten und des zweiten Erfassungssignals S1 und S2 bestimmt werden, ohne den unkorrigierten Winkelerfassungswert θp zu berechnen.
Auch wenn N gleich 3 oder größer ist, können die Gln. (7) und (8) manchmal derart modifiziert werden, dass sie C1 und C2 mit sinθp und cosθp als Variablen ausdrücken. In diesen Fällen können der erste und der zweite Korrekturwert C1 und C2 auf der Grundlage des ersten und des zweiten Erfassungssignals S1 und S2 bestimmt werden, ohne den unkorrigierten Winkelerfassungswert θp zu berechnen.
Der Korrekturwertgenerator 36 führt den ersten Korrekturwert C1 dem Addierer 34 und den zweiten Korrekturwert C2 dem Addierer 35 zu. Der Addierer 34 addiert den ersten Korrekturwert C1 zum ersten Erfassungssignal S1, um das erste korrigierte Erfassungssignal S1c zu erzeugen. Der Addierer 35 addiert den zweiten Korrekturwert C2 zum zweiten Erfassungssignal S2, um das zweite korrigierte Erfassungssignal S2c zu erzeugen. Das erste und das zweite korrigierte Erfassungssignal S1c und S2c werden durch die nachstehenden Gln. (10) bzw. (11) ausgedrückt. $\begin{array}{l} S1c = S1 + C1 \\ = A_{0} sin θ− A_{H} sin ((N + 1) θ + α) \\ - A_{L} sin ((N - 1) θ p +α) \end{array}$
$\begin{array}{l} S2c = S2 + C2 \\ = A_{0} cos θ− A_{H} cos ((N + 1) θ + α) \\ + A_{L} cos ((N - 1) θ p +α) \end{array}$
Das erste und das zweite korrigierte Erfassungssignal S1c und S2c werden der in 3 dargestellten Winkelerfassungseinrichtung 4 zugeführt. Die Winkelerfassungseinrichtung 4 verwendet das erste und das zweite korrigierte Erfassungssignal S1c und S2c, um den Winkel erfassungswert θs gemäß der nachstehenden Gl. (12) zu erzeugen. $θ s = atan (S 1 c/S2c)$
Wenn θp in einem Bereich von 0° bis weniger als 360° liegt, ergeben sich aus Gl. (12) zwei Lösungen für θs, deren Werte um 180° differieren. Welche der beiden Lösungen von θs in Gl. (12) der wahre Wert von θs ist, kann gemäß der Kombination der Vorzeichen von S1c und S2c bestimmt werden. Die Winkelerfassungseinrichtung 4 bestimmt θs innerhalb des Bereichs von 0° bis weniger als 360° gemäß Gl. (12) und der Bestimmung über die Kombination der Vorzeichen von S1c und S2c.
Die in der Korrekturinformation-Speichereinheit 37 zu speichernde Korrekturinformation wird mithilfe einer Steuereinheit (nicht dargestellt) außerhalb des Winkelsensors 1 bestimmt und der Korrekturinformation-Speichereinheit 37 vor Versand oder Gebrauch des Winkelsensors 1 zugeführt. Dieses Verfahren wird als Korrekturinformationsbestimmungsverfahren bezeichnet. Das Korrekturinformationsbestimmungsverfahren wird nun mit Bezug auf 11 beschrieben. 11 ist ein Flussdiagramm des Korrekturinformationsbestimmungsverfahrens.
Das Korrekturinformationsbestimmungsverfahren wird vor Versand oder Gebrauch des Winkel sensors 1 durchgeführt. Das Korrekturinformationsbestimmungsverfahren wird in einer Situation durchgeführt, in der die Steuereinheit den Erfassungszielwinkel θ erkennen kann. Eine solche Situation liegt beispielsweise vor, wenn der Erfassungszielwinkel θ auf den Befehl der Steuereinheit geändert wird und wenn die Steuereinheit eine Information über den Erfassungszielwinkel θ erhalten kann.
Das Korrekturinformationsbestimmungsverfahren beginnt mit Schritt S101, in dem das erste und das zweite Erfassungssignal S1 und S2, die von den A/D-Wandlern 31 und 32 in eine digitale Form umgewandelt werden, während einer Variationsperiode des Erfassungszielwinkels θ erhalten werden. Des Weiteren wird in Schritt S101 der unkorrigierte Winkelerfassungswert θp gemäß der vorstehenden Gl. (9) berechnet und es wird ein Fehler Ep des unkorrigierten Winkelerfassungswerts θp gemäß der nachstehenden Gl. (13) während einer Variationsperiode des Erfassungszielwinkels θ berechnet. $Ep = θ p - θ$
Das Korrekturinformationsbestimmungsverfahren schreitet dann zu Schritt S102 weiter, in dem der während der einen Variationsperiode des Erfassungszielwinkels θ berechnete Fehler Ep ausgewertet wird, um eine Komponente zu extrahieren, die eine Hauptkomponente des Fehlers Ep ist und mit einer Periode von 1/N der Periode T des Erfassungszielwinkels θ variiert, und es wird der Wert von N, der einer solchen Komponente entspricht, als der Wert von N bestimmt, der als die Korrekturinformation dient. Die Auswertung des Fehlers Ep wird beispielsweise mithilfe der Fourier-Analysis durchgeführt.
Das Korrekturinformationsbestimmungsverfahren schreitet dann zu Schritt S103 weiter, in dem das erste und das zweite Erfassungssignal S1 und S2, die während der einen Variationsperiode des Erfassungszielwinkels θ erhalten wurden, ausgewertet werden, um die ersten bis vierten Signalfehlerkomponenten zu extrahieren, die dem in Schritt S102 bestimmten Wert von N entsprechen. Die Auswertung des ersten und des zweiten Erfassungssignals S1 und S2 wird beispielsweise mithilfe der Fourier-Analysis durchgeführt. Des Weiteren werden in Schritt S103 die extrahierte erste und zweite Signalfehlerkomponente ebenfalls ausgewertet, um die Werte von A_H und α zu bestimmen. Der in Schritt S103 bestimmte Wert von α ist der Wert von α, der als die Korrekturinformation dient.
Das Korrekturinformationsbestimmungsverfahren schreitet dann zu Schritt S104 weiter, in dem A_L auf der Grundlage von A_H bestimmt wird, die in Schritt S103 bestimmt wurde. A_L wird derart bestimmt, dass |A_H + A_L| kleiner als |A_L| ist. Dann endet das Korrekturinformationsbestimmungsverfahren. A_L wird vorzugsweise derart bestimmt, dass |A_H + A_L| kleiner oder gleich |A_H| × 0,5 ist, noch bevorzugter ist |A_H + A_L| gleich 0.
Wenn |A_H +A_L| kleiner als |A_H| ist, kann anders als dann, wenn keine Korrekturverarbeitung durchgeführt wird, eine Verringerung der Amplitude der Winkelfehlerkomponente N-ter Ordnung erreicht werden. Wenn |A_H + A_L| kleiner oder gleich |A_H| × 0,5 ist, kann die Amplitude der Winkelfehlerkomponente N-ter Ordnung auf ungefähr die Hälfte derjenigen in dem Fall verringert werden, in dem keine Korrekturverarbeitung durchgeführt wird. Wenn |A_H + A_L| gleich 0 ist, kann die Amplitude der Winkelfehlerkomponente N-ter Ordnung fast auf Null gebracht werden.
Wie oben beschrieben, sind die Korrekturvorrichtung 3 und der Winkelsensor 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform imstande, die Winkelfehlerkomponente N-ter Ordnung anders als dann, wenn keine Korrekturverarbeitung durchgeführt wird, zu verringern. Die Anwendbarkeit der Korrekturverarbeitung gemäß der vorliegenden Ausführungsform hängt nicht von dem Wert von N ab, vorausgesetzt das N eine Ganzzahl größer oder gleich 1 ist.
Bei der vorliegenden Ausführungsform beinhaltet jedes von dem ersten und dem zweiten Erfassungssignal S1 und S2 die Signalfehlerkomponente (N+1)-ter Ordnung. Ein übliches Verfahren zum Verringern des Winkelfehlers in einem solchen Fall besteht darin, zum ersten Erfassungssignal S1 einen derartigen ersten Korrekturwert (N+1)-ter Ordnung zu addieren, dass die Signalfehlerkomponente (N+1)-ter Ordnung des ersten Erfassungssignals S1 aufgehoben wird, und zum zweiten Erfassungssignal S2 einen derartigen Korrekturwert (N+1)-ter Ordnung zu addieren, dass die Signalfehlerkomponente (N+1)-ter Ordnung des zweiten Erfassungssignals S2 aufgehoben wird. Doch ein derartiges Verfahren macht den ersten und den zweiten Korrekturwert, insbesondere wenn der Wert von N groß ist, kompliziert und verkompliziert folglich die Verarbeitung zum Verringern der Winkelfehlerkomponente N-ter Ordnung.
Demgegenüber ist bei der vorliegenden Ausführungsform die Ordnung von jedem von dem ersten und dem zweiten Korrekturwert C1 und C2 N-1, auch wenn jedes von dem ersten und dem zweiten Erfassungssignal S1 und S2 die Signalfehlerkomponente (N+1)-ter Ordnung beinhaltet. Somit sind bei der vorliegenden Ausführungsform der erste und der zweite Korrekturwert C1 und C2 vereinfacht und auch die Korrekturverarbeitung ist vereinfacht.
Folglich wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Winkelfehlerkomponente N-ter Ordnung, die sich ergibt, wenn jedes von dem ersten und dem zweiten Erfassungssignal S1 und S2 die Signalfehlerkomponente (N+1)-ter Ordnung beinhaltet, mit einer einfachen Verarbeitung verringert.
Die vorliegende Ausführungsform ist in dem Fall wirksam, in dem die Winkelfehlerkomponente N-ter Ordnung nur oder größtenteils durch die Signalfehlerkomponenten (N+1)-ter Ordnung des ersten und des zweiten Erfassungssignals S1 und S2 verursacht wird.
In dem Fall, in dem die Winkelfehlerkomponente N-ter Ordnung durch eine Signalfehlerkomponente (N-1)-ter Ordnung verursacht wird, die in jedem von dem ersten und dem zweiten Erfassungssignal S1 und S2 als dessen Hauptsignalfehlerkomponente enthalten ist, kann die Winkelfehlerkomponente N-ter Ordnung durch Verwendung des ersten und des zweiten Korrekturwerts C1 und C2 der (N+1)-ten Ordnung verringert werden. In diesem Fall ist es allerdings nicht möglich, die oben beschriebene Wirkung der vorliegenden Ausführungsform zu nutzen, weil die Ordnung des ersten und des zweiten Korrekturwerts C1 und C2 höher als die Ordnung der Signalfehlerkomponenten ist.
Nun werden die Beispiele 1 bis 5 der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. In der folgenden Beschreibung wird der Winkelfehler, d.h. ein Fehler des Winkelerfassungswerts θs bei der vorliegenden Ausführungsform, mit dem Kürzel Es bezeichnet. Der Winkelfehler Es wird durch die nachstehende Gl. (14) ausgedrückt. $Es = θ s - θ$
[Beispiel 1]
Beispiel 1 behandelt einen Fall, in dem N gleich 1 ist. Wenn N gleich 1 ist, ergeben sich aus den Gln. (7) und (8) die folgenden Gln. (15) und (16). $C1 = - A_{L} sin α$
$C2 = - A_{L} cos α$
Wie aus den Gln. (15) und (16) ersichtlich ist, sind der erste und der zweite Korrekturwert C1 und C2, wenn N gleich 1 ist, beide konstante Werte, die nicht mit dem unkorrigierten Winkelerfassungswert θp variieren. Die Periodenlängen der Korrekturwerte C1 und C2 mit N = 1 können als unendlich lang angesehen werden.
Wenn N gleich 1 ist, ergeben sich aus den Gln. (10) und (11) die folgenden Gln. (17) und (18). $S1c = A_{0} sin θ− A_{H} sin (2θ+α) - A_{L} sin α$
$S2c = A_{0} cos θ− A_{H} cos (2θ+α) - A_{L} cos α$
Nun werden mit Bezug auf 12 bis 14 bestimmte Beispiele der Fälle mit A₀ = 1, A_H = 0,02 und α = 30° beschrieben.
12 ist ein Wellenformdiagramm, das die Wellenform des Fehlers Ep des unkorrigierten Winkelerfassungswerts θp darstellt. In 12 stellt die horizontale Achse den Erfassungszielwinkel θ dar und stellt die vertikale Achse den Fehler Ep dar.
13 ist ein Wellenformdiagramm, das die Wellenform des Winkelfehlers Es darstellt, wenn A_L gleich -0,01 ist. In 13 stellt die horizontale Achse den Erfassungszielwinkel θ dar und stellt die vertikale Achse den Winkelfehler Es dar. Wenn A_L gleich -0,01 ist, dann ist |A_H+ A_L| gleich |A_H| × 0,5. In diesem Fall ist der maximale Absolutwert des Winkelfehlers Es ungefähr halb so groß wie der des in 12 dargestellten Fehlers Ep.
14 ist ein Wellenformdiagramm, das die Wellenform des Winkelfehlers Es darstellt, wenn A_L gleich -0,02 ist. In 14 stellt die horizontale Achse den Erfassungszielwinkel θ dar und stellt die vertikale Achse den Winkelfehler Es dar. Wenn A_L gleich -0,02 ist, dann ist |A_H+ A_L| gleich 0. In diesem Fall ist der Absolutwert des Winkelfehlers Es unabhängig von θ gleich 0.
[Beispiel 2]
Beispiel 2 behandelt einen Fall, in dem N gleich 2 ist. Wenn N gleich 2 ist, ergeben sich aus den Gln. (7) und (8) die folgenden Gln. (19) und (20). $C1 = - A_{L} sin (θ p + α)$
$C2 = A_{L} cos (θ p + α)$
Wie aus den Gln. (19) und (20) ersichtlich ist, variieren der erste und der zweite Korrekturwert C1 und C2, wenn N gleich 2 ist, beide mit dem unkorrigierten Winkelerfassungswert θp.
Wenn N gleich 2 ist, ergeben sich aus den Gln. (10) und (11) die folgenden Gln. (21) und (22). $S1c = A_{0} sin θ− A_{H} sin (3θ+α) - A_{L} sin (θ p + α)$
$S2c = A_{0} cos θ− A_{H} cos (3θ+α) + A_{L} cos (θ p + α)$
Wie oben beschrieben, können die Gln. (19) und (20), wenn N gleich 2 ist, derart modifiziert werden, dass sie C1 und C2 mit sinθp und cosθp als Variablen ausdrücken. Durch die Modifikation der Gln. (19) und (20) ergeben sich die nachstehenden Gln. (23) und (24). In einem solchen Fall können der erste und der zweite Korrekturwert C1 und C2, wie oben erwähnt, auf der Grundlage des ersten und des zweiten Erfassungssignals S1 und S2 bestimmt werden, ohne den unkorrigierten Winkel erfassungswert θp zu berechnen. $C 1 = A_{L} {sin θ p \cdot cos α+ cos θ p \cdot sin α}$
$C2 = A_{L} {cos θ p \cdot cos α− sin θ p \cdot sin α}$
Nun werden mit Bezug auf 15 bis 17 bestimmte Beispiele der Fälle mit A₀ = 1, A_H = 0,02 und α = 30° beschrieben.
15 ist ein Wellenformdiagramm, das die Wellenform des Fehlers Ep des unkorrigierten Winkelerfassungswerts θp darstellt. In 15 stellt die horizontale Achse den Erfassungszielwinkel θ dar und stellt die vertikale Achse den Fehler Ep dar.
16 ist ein Wellenformdiagramm, das die Wellenform des Winkelfehlers Es darstellt, wenn A_L gleich -0,01 ist. In 16 stellt die horizontale Achse den Erfassungszielwinkel θ dar und stellt die vertikale Achse den Winkelfehler Es dar. Wenn A_L gleich -0,01 ist, dann ist |A_H+ A_L| gleich |A_H| × 0,5. In diesem Fall ist der maximale Absolutwert des Winkelfehlers Es ungefähr halb so groß wie der des in 15 dargestellten Fehlers Ep.
17 ist ein Wellenformdiagramm, das die Wellenform des Winkelfehlers Es darstellt, wenn A_L gleich -0,02 ist. In 17 stellt die horizontale Achse den Erfassungszielwinkel θ dar und stellt die vertikale Achse den Winkelfehler Es dar. Wenn A_L gleich -0,02 ist, dann ist |A_H+ A_L| gleich 0. In diesem Fall ist der maximale Absolutwert des Winkelfehlers Es viel kleiner als der des in 15 dargestellten Fehlers Ep.
[Beispiel 3]
Beispiel 3 behandelt einen Fall, in dem N gleich 3 ist. Nun werden mit Bezug auf 18 bis 20 bestimmte Beispiele der Fälle mit A₀ = 1, A_H = 0,02 und α = 30° beschrieben.
18 ist ein Wellenformdiagramm, das die Wellenform des Fehlers Ep des unkorrigierten Winkelerfassungswerts θp darstellt. In 18 stellt die horizontale Achse den Erfassungszielwinkel θ dar und stellt die vertikale Achse den Fehler Ep dar.
19 ist ein Wellenformdiagramm, das die Wellenform des Winkelfehlers Es darstellt, wenn A_L gleich -0,01 ist. In 19 stellt die horizontale Achse den Erfassungszielwinkel θ dar und stellt die vertikale Achse den Winkelfehler Es dar. Wenn A_L gleich -0,01 ist, dann ist |A_H+ A_L| gleich |A_H| × 0,5. In diesem Fall ist der maximale Absolutwert des Winkelfehlers Es ungefähr halb so groß wie der des in 18 dargestellten Fehlers Ep.
20 ist ein Wellenformdiagramm, das die Wellenform des Winkelfehlers Es darstellt, wenn A_L gleich -0,02 ist. In 20 stellt die horizontale Achse den Erfassungszielwinkel θ dar und stellt die vertikale Achse den Winkelfehler Es dar. Wenn A_L gleich -0,02 ist, dann ist |A_H+ A_L| gleich 0. In diesem Fall ist der maximale Absolutwert des Winkelfehlers Es viel kleiner als der des in 18 dargestellten Fehlers Ep.
[Beispiel 4]
Beispiel 4 behandelt einen Fall, in dem N gleich 4 ist. Nun werden mit Bezug auf 21 bis 23 bestimmte Beispiele der Fälle mit Ao = 1, A_H = 0,02 und α = 30° beschrieben.
21 ist ein Wellenformdiagramm, das die Wellenform des Fehlers Ep des unkorrigierten Winkelerfassungswerts θp darstellt. In 21 stellt die horizontale Achse den Erfassungszielwinkel θ dar und stellt die vertikale Achse den Fehler Ep dar.
22 ist ein Wellenformdiagramm, das die Wellenform des Winkelfehlers Es darstellt, wenn A_L gleich -0,01 ist. In 22 stellt die horizontale Achse den Erfassungszielwinkel θ dar und stellt die vertikale Achse den Winkelfehler Es dar. Wenn A_L gleich -0,01 ist, dann ist |A_H+ A_L| gleich |A_H| × 0,5. In diesem Fall ist der maximale Absolutwert des Winkelfehlers Es ungefähr halb so groß wie der des in 21 dargestellten Fehlers Ep.
23 ist ein Wellenformdiagramm, das die Wellenform des Winkelfehlers Es darstellt, wenn A_L gleich -0,02 ist. In 23 stellt die horizontale Achse den Erfassungszielwinkel θ dar und stellt die vertikale Achse den Winkelfehler Es dar. Wenn A_L gleich -0,02 ist, dann ist |A_H+ A_L| gleich 0. In diesem Fall ist der maximale Absolutwert des Winkelfehlers Es viel kleiner als der des in 21 dargestellten Fehlers Ep.
[Beispiel 5]
Beispiel 5 behandelt einen Fall, in dem N gleich 5 ist. Nun werden mit Bezug auf 24 bis 26 bestimmte Beispiele der Fälle mit A₀ = 1, A_H = 0,02 und α = 30° beschrieben.
24 ist ein Wellenformdiagramm, das die Wellenform des Fehlers Ep des unkorrigierten Winkelerfassungswerts θp darstellt. In 24 stellt die horizontale Achse den Erfassungszielwinkel θ dar und stellt die vertikale Achse den Fehler Ep dar.
25 ist ein Wellenformdiagramm, das die Wellenform des Winkelfehlers Es darstellt, wenn A_L gleich -0,01 ist. In 25 stellt die horizontale Achse den Erfassungszielwinkel θ dar und stellt die vertikale Achse den Winkelfehler Es dar. Wenn A_L gleich -0,01 ist, dann ist |A_H+ A_L| gleich |A_H| × 0,5. In diesem Fall ist der maximale Absolutwert des Winkelfehlers Es ungefähr halb so groß wie der des in 24 dargestellten Fehlers Ep.
26 ist ein Wellenformdiagramm, das die Wellenform des Winkelfehlers Es darstellt, wenn A_L gleich -0,02 ist. In 26 stellt die horizontale Achse den Erfassungszielwinkel θ dar und stellt die vertikale Achse den Winkelfehler Es dar. Wenn A_L gleich -0,02 ist, dann ist |A_H+ A_L| gleich 0. In diesem Fall ist der maximale Absolutwert des Winkelfehlers Es viel kleiner als der des in 24 dargestellten Fehlers Ep.
Es werden hier keine bestimmten Beispiele für die Fälle dargestellt, in denen N gleich oder größer 6 ist. Gleichwohl bietet die vorliegende Ausführungsform auch in den Fällen, in denen N gleich oder größer 6 ist, die gleichen Wirkungen wie in den Fällen, in denen N gleich oder kleiner 5 ist.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehende Ausführungsform beschränkt, sondern es können daran vielfältige Änderungen vorgenommen werden. Beispielsweise kann die vorliegende Erfindung auch auf magnetische Winkelsensoren angewendet werden, bei denen Elemente, die keine magnetoresistiven Elemente sind und die dazu eingerichtet sind, Magnetfelder zu erfassen, wie etwa Hall-Elemente, als die magnetischen Erfassungselemente verwendet werden.
Des Weiteren kann die vorliegende Erfindung nicht nur auf magnetische Winkelsensoren angewendet werden, sondern auf alle Typen von Winkelsensoren, einschließlich optischer Winkelsensoren. Die optischen Winkelsensoren können solche sein, die dazu eingerichtet sind, die relative Position eines optischen Maßstabs zu dem Winkelsensor zu erfassen. Der in einem solchen Fall zu erfassende Winkel kann ein Winkel sein, der die relative Position des optischen Maßstabs zu dem Winkelsensor mit einer Teilung des optischen Maßstabs als 360° darstellt.
Selbstverständlich sind im Lichte der obenstehenden Lehren zahlreiche Modifikationen und Änderungen der vorliegenden Erfindung möglich. Daher versteht es sich, dass die Erfindung innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche und ihrer Äquivalente in anderen Ausführungsformen als der vorstehenden am meisten bevorzugten Ausführungsform realisiert werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2008304249 A [0008]

Claims

Korrekturvorrichtung (3) zur Verwendung mit einem Winkelsensor (1), wobei der Winkelsensor (1) umfasst: einen Erfassungssignalgenerator (2) zum Erzeugen eines ersten Erfassungssignals und eines zweiten Erfassungssignals, die jeweils eine Entsprechung zu einem zu erfassenden Winkel aufweisen; und eine Winkelerfassungseinrichtung (4) zum Erzeugen eines Winkelerfassungswerts auf der Grundlage des ersten und des zweiten Erfassungssignals, wobei der Winkelerfassungswert eine Entsprechung zu dem zu erfassenden Winkel aufweist, wobei die Korrekturvorrichtung (3) dazu eingerichtet ist, das erste und das zweite Erfassungssignal zu korrigieren, und umfasst: einen Korrekturprozessor (33), der dazu eingerichtet ist, eine Korrekturverarbeitung zum Erzeugen eines ersten korrigierten Erfassungssignals durch Addieren eines ersten Korrekturwerts zu dem ersten Erfassungssignal und zum Erzeugen eines zweiten korrigierten Erfassungssignals durch Addieren eines zweiten Korrekturwerts zu dem zweiten Erfassungssignal durchzuführen, wobei das erste Erfassungssignal eine erste Idealkomponente und eine erste Signalfehlerkomponente beinhaltet, das zweite Erfassungssignal eine zweite Idealkomponente und eine zweite Signalfehlerkomponente beinhaltet, die erste Idealkomponente durch A₀sinθ ausgedrückt wird, die zweite Idealkomponente durch A₀cosθ ausgedrückt wird, die erste Signalfehlerkomponente durch -A_Hsin((N+1)θ + α) ausgedrückt wird, die zweite Signalfehlerkomponente durch -A_Hcos ((N+1)θ + α) ausgedrückt wird, wobei θ den zu erfassenden Winkel darstellt; N eine Ganzzahl größer oder gleich 1 ist; Ao und A_H reelle Zahlen außer 0 sind; und α ein vorgegebener Winkel ist, der Winkelerfassungswert ohne die Korrekturverarbeitung als unkorrigierter Winkelerfassungswert θp bezeichnet wird, wobei der unkorrigierte Winkelerfassungswert θp einen Fehler beinhaltet, und, wenn der zu erfassende Winkel θ mit einer vorgegebenen Periode T variiert, der Fehler des unkorrigierten Winkelerfassungswerts θp eine Komponente beinhaltet, die aus der ersten und der zweiten Signalfehlerkomponente resultiert und mit einer Periode von T/N variiert, und der erste Korrekturwert durch -A_Lsin((N-1)θp + α) ausgedrückt wird und der zweite Korrekturwert durch A_Lcos((N-1)θ_p + α) ausgedrückt wird, wobei A_L eine reelle Zahl derart ist, dass |A_H + A_L| kleiner als |A_H| ist.
Korrekturvorrichtung (3) nach Anspruch 1, wobei |A_H + A_L| kleiner oder gleich |A_H| × 0,5 ist.
Korrekturvorrichtung (3) nach Anspruch 1, wobei |A_H+ A_L| gleich 0 ist.
Winkelsensor (1), umfassend: einen Erfassungssignalgenerator (2) zum Erzeugen eines ersten Erfassungssignals und eines zweiten Erfassungssignals, die jeweils eine Entsprechung zu einem zu erfassenden Winkel aufweisen; eine Winkelerfassungseinrichtung (4) zum Erzeugen eines Winkelerfassungswerts auf der Grundlage des ersten und des zweiten Erfassungssignals, wobei der Winkelerfassungswert eine Entsprechung zu dem zu erfassenden Winkel aufweist; und die Korrekturvorrichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 3.
Winkelsensor (1) nach Anspruch 4, wobei das erste Erfassungssignal eine Entsprechung zu einem Sinus eines Drehfeldwinkels aufweist, das zweite Erfassungssignal eine Entsprechung zu einem Kosinus des Drehfeldwinkels aufweist, und der Drehfeldwinkel ein Winkel ist, den eine Richtung eines magnetischen Drehfelds in einer Referenzposition zu einer Referenzrichtung in einer Referenzebene bildet und der eine Entsprechung zu dem zu erfassenden Winkel aufweist.