DE102020102944A1 - Drehwinkelerfassungsvorrichtung - Google Patents

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Abstract

Eine Drehwinkelerfassungsvorrichtung umfasst einen Magneten mit n Polpaaren (wobei n ≥ 3), der derart vorgesehen ist, dass er integral mit einem Drehkörper drehbar ist; magnetische Erfassungsbauteile, die erste und zweite magnetische Erfassungsbauteile umfassen; ein Bauteil zum Erzeugen eines korrigierten Signals, das erste und zweite korrigierte Signale erzeugt; und ein Drehwinkelerfassungsbauteil, das den Drehwinkel des Drehkörpers auf der Grundlage der ersten und zweiten korrigierten Signale erfasst. Die Wellenformen der ersten und zweiten Erfassungssignale weisen eine Phasendifferenz von 90° zueinander auf. Das Bauteil zum Erzeugen eines korrigierten Signals addiert die ersten Sensorsignale und addiert die zweiten Sensorsignale. Das Gebiet am Umfang des Magneten umfasst erste bis n-te Gebiete, und mindestens zwei der ersten und zweiten Magnetsensorteile sind in voneinander verschiedenen Gebieten der ersten bis n-ten Gebiete positioniert.

Description

  • [TECHNISCHES GEBIET]
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Drehwinkelerfassungsvorrichtung.
  • [STAND DER TECHNIK]
  • In den letzten Jahren fanden sogenannte magnetische Winkelsensoren, die Winkelerfassungswerte erzeugen, die eine Entsprechung mit einem Zielobjekt aufweisen, breite Verwendung in vielfältigen Anwendungen, wie etwa zur Erfassung der Drehposition eines Lenkrads oder eines Servolenkungsmotors in einem Personenkraftwagen. Bei Winkelsensorsystemen, bei denen magnetische Winkelsensoren verwendet werden, ist üblicherweise ein Magnetfeldgenerator vorgesehen, der ein sich drehendes Magnetfeld erzeugt, dessen Richtung sich in Verbindung mit einer Drehung oder linearen Bewegung des Zielobjekts dreht. Der Magnetfeldgenerator kann von mehrpoligen Magneten gebildet werden, bei denen eine Vielzahl von Magnetpolen (N-Pole und S-Pole) abwechselnd in der Umfangsrichtung angeordnet sind. Der Winkel des Zielobjekts weist bei dem magnetischen Winkelsensor eine Entsprechung zu dem Winkel auf, der von der Richtung eines Magnetfelds, die sich durch eine Drehung des Magnetfeldgenerators (mehrpoliger Magnet) ändert, in einer Referenzposition zu einer Referenzrichtung gebildet wird.
  • Als der magnetische Winkelsensor ist einer bekannt, der mit einer Vielzahl von Erfassungsschaltungen versehen ist, die eine Vielzahl von Erfassungssignalen mit voneinander verschiedenen Phasen erzeugt, und der einen Winkelerfassungswert durch Berechnungen unter Verwendung der Vielzahl von Erfassungssignalen erzeugt (siehe Patentliteratur 1). Jede der Vielzahl von Erfassungsschaltungen umfasst mindestens ein magnetisches Erfassungselement. Das magnetische Erfassungselement umfasst beispielsweise ein Spinventil-artiges magnetoresistives Element (ein GMR-Element, ein TMR-Element oder dergleichen) mit einer in der Magnetisierung fixierten Schicht, bei der die Magnetisierungsrichtung fixiert ist, einer freien Schicht, bei der sich die Magnetisierungsrichtung in Übereinstimmung mit der Richtung des magnetischen Drehfelds ändert, und einer nichtmagnetischen Schicht, die zwischen der in der Magnetisierung fixierten Schicht und der freien Schicht angeordnet ist.
  • Bei dem magnetischen Winkelsensor wird die Wellenform von jedem der Vielzahl von Erfassungssignalen idealerweise eine Sinuskurve (umfassend Sinuswellenformen und Kosinuswellenformen), wenn sich die Richtung des magnetischen Drehfelds mit einer vorgegebenen Frequenz ändert. Jedes der Erfassungssignale umfasst eine Idealkomponente, die sich derart ändert, dass die ideale Sinuskurve gezeichnet wird. Zudem kann jedes der Erfassungssignale eine oder eine Vielzahl von Fehlerkomponenten umfassen, die einer oder einer Vielzahl von harmonischen Wellen in Bezug auf die Idealkomponenten entspricht bzw. entsprechen. Der Winkelerfassungswert, der von dem Winkelsensor berechnet wird, wenn sich jedes Erfassungssignal nur aus Idealkomponenten zusammensetzt, entspricht dem wahren Winkel des Zielobjekts, doch wenn jedes Erfassungssignal Fehlerkomponenten umfasst und seine Wellenform gegenüber einer Sinuskurve verzerrt ist, treten Fehler im Winkelerfassungswert auf. Um zu verhindern, dass derartige Fehler im Winkelerfassungswert auftreten, sollten die Fehlerkomponenten verringert werden, die in jedem Erfassungssignal enthalten sind.
  • Als ein Winkelsensor, der die oben beschriebenen Fehlerkomponenten verringern kann, ist herkömmlicherweise ein Winkelsensor, bei dem erste bis achte Erfassungssignalgeneratoren, die erste bis achte Erfassungssignale erzeugen, mit einem vorgegebenen Winkelabstand positioniert sind, bekannt, der ein Signal mit verringerten Fehlerkomponenten, die harmonischen Wellen entsprechen, erzeugt und den Winkelerfassungswert auf der Grundlage des Signals berechnet.
  • [EINSCHLÄGIGE LITERATUR] [PATENTLITERATUR]
    • [PATENTLITERATUR 1] Japanisches Patent Nr. 5110134
    • [PATENTLITERATUR 2] Offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 2017-227578
  • [KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG]
  • [DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDES PROBLEM]
  • Um Fehlerkomponenten zu verringern, die harmonischen Wellen n-ter Ordnung (beispielsweise 5. Ordnung) entsprechen, sind in der oben beschriebenen Patentliteratur 2 erste bis achte Erfassungssignalgeneratoren derart positioniert, dass die Phasendifferenz zwischen dem ersten Erfassungssignal und dem dritten Erfassungssignal, die Phasendifferenz zwischen dem zweiten Erfassungssignal und dem vierten Erfassungssignal, die Phasendifferenz zwischen dem fünften Erfassungssignal und dem siebten Erfassungssignal und die Phasendifferenz zwischen dem sechsten Erfassungssignal und dem achten Erfassungssignal jeweils 180/n° betragen, und die Summe des ersten Erfassungssignals und des dritten Erfassungssignals, die Summe des zweiten Erfassungssignals und des vierten Erfassungssignals, die Summe des fünften Erfassungssignals und des siebten Erfassungssignals und die Summe des sechsten Erfassungssignals und des achten Erfassungssignals werden berechnet.
  • Um ferner Fehlerkomponenten zu verringern, die harmonischen Wellen m-ter Ordnung (beispielsweise 3. Ordnung) entsprechen, sind die ersten bis achten Erfassungssignalgeneratoren derart positioniert, dass die Phasendifferenz zwischen dem ersten Erfassungssignal und dem fünften Erfassungssignal, die Phasendifferenz zwischen dem zweiten Erfassungssignal und dem sechsten Erfassungssignal, die Phasendifferenz zwischen dem dritten Erfassungssignal und dem siebten Erfassungssignal und die Phasendifferenz zwischen dem vierten Erfassungssignal und dem achten Erfassungssignal jeweils 180/m° betragen, und die Summe des ersten Erfassungssignals und des fünften Erfassungssignals, die Summe des zweiten Erfassungssignals und des sechten Erfassungssignals, die Summe des dritten Erfassungssignals und des siebten Erfassungssignals und die Summe des vierten Erfassungssignals und des achten Erfassungssignals werden berechnet.
  • Durch Positionierung von jedem der Erfassungssignalgeneratoren und Berechnung wie oben beschrieben ist es möglich, Fehlerkomponenten, die harmonischen Wellen 3. Ordnung entsprechen, und Fehlerkomponenten, die harmonischen Wellen 5. Ordnung entsprechen, zu verringern und hochgenaue Winkelerfassungswerte zu berechnen, doch besteht weiter ein Bedarf an einem Winkelsensor, der Drehwinkel mit hoher Genauigkeit erfassen kann.
  • In Anbetracht des Vorangehenden ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Drehwinkelerfassungsvorrichtung bereitzustellen, die Drehwinkel mit hoher Genauigkeit erfassen kann.
  • [MITTEL ZUM LÖSEN DES PROBLEMS]
  • Um das oben beschriebene Problem zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung eine Drehwinkelerfassungsvorrichtung bereit, umfassend einen Magneten mit n Polpaaren (wobei n eine Ganzzahl ist, die mindestens 3 beträgt), der derart vorgesehen ist, dass er integral mit einem Drehkörper drehbar ist, wobei die verschiedenen Magnetpole abwechselnd in der Umfangsrichtung angeordnet sind; magnetische Erfassungsbauteile, die in einem Gebiet am Umfang des Magneten positioniert sind und ein erstes Erfassungssignal und ein zweites Erfassungssignal ausgeben, die sich in Übereinstimmung mit einem mit einer Drehung des Magneten einhergehenden Magnetfeld ändern; ein Bauteil zum Erzeugen eines korrigierten Signals, das ein erstes korrigiertes Signal und ein zweites korrigiertes Signal erzeugt und in dem Fehlerkomponenten verringert werden, die in dem ersten Erfassungssignal beziehungsweise dem zweiten Erfassungssignal enthalten sind, die jeweils von den magnetischen Erfassungsbauteilen ausgegeben werden; und ein Drehwinkelerfassungsbauteil, das den Drehwinkel des Drehkörpers auf der Grundlage des ersten korrigierten Signals und des zweiten korrigierten Signals erfasst. Die magnetischen Erfassungsbauteile umfassen mindestens ein erstes magnetisches Erfassungsbauteil, das das erste Erfassungssignal ausgibt, und ein zweites magnetisches Erfassungsbauteil, das das zweite Erfassungssignal ausgibt. Die Wellenform des ersten Erfassungssignals und die Wellenform des zweiten Erfassungssignals weisen eine Phasendifferenz von 90 Grad zueinander auf. Jedes von dem ersten magnetischen Erfassungsbauteil und dem zweiten magnetischen Erfassungsbauteil umfasst eine Vielzahl von ersten Magnetsensorteilen und eine Vielzahl von zweiten Magnetsensorteilen. Das Bauteil zum Erzeugen eines korrigierten Signals addiert erste Sensorsignale, die von jedem der Vielzahl von ersten Magnetsensorteilen ausgegeben werden, und es addiert zweite Sensorsignale, die von jedem der Vielzahl von zweiten Magnetsensorteilen ausgegeben werden, und hierdurch verringert es die Fehlerkomponenten, die in jedem von dem ersten Erfassungssignal und dem zweiten Erfassungssignal enthalten sind. Das Gebiet am Umfang des Magneten ist in n Abschnitte längs des Umfangs unterteilt und umfasst der Reihe nach angeordnete erste bis n-te Gebiete. Mindestens zwei der ersten Magnetsensorteile der Vielzahl von ersten Magnetsensorteilen sind in voneinander verschiedenen Gebieten der ersten bis n-ten Gebiete positioniert und mindestens zwei der zweiten Magnetsensorteile der Vielzahl von zweiten Magnetsensorteilen sind in voneinander verschiedenen Gebieten der ersten bis n-ten Gebiete positioniert.
  • Bei der oben beschriebenen Drehwinkelerfassungsvorrichtung kann n eine Ganzzahl sein, die mindestens 4 beträgt. Das erste magnetische Erfassungsbauteil und das zweite magnetische Erfassungsbauteil können jeweils vier der ersten Magnetsensorteile und vier der zweiten Magnetsensorteile umfassen. Die vier ersten Magnetsensorteile können in voneinander verschiedenen Gebieten der ersten bis n-ten Gebiete positioniert sein und die vier zweiten Magnetsensorteile können in voneinander verschiedenen Gebieten der ersten bis n-ten Gebiete positioniert sein, oder zwei der ersten Magnetsensorteile, die aus den vier ersten Magnetsensorteilen ausgewählt sind, können in einem Gebiet der ersten bis n-ten Gebiete positioniert sein und zwei der zweiten Magnetsensorteile, die aus den vier zweiten Magnetsensorteilen ausgewählt sind, können in einem Gebiet der ersten bis n-ten Gebiete positioniert sein.
  • Die Vielzahl von ersten Magnetsensorteilen kann mindestens eine Gruppe aus zwei ersten Magnetsensorteilen umfassen, die in einem Winkelabstand von 60 + 360 × X° (wobei X eine Ganzzahl ist, die mindestens 0 und höchstens n-1 beträgt) in elektrischem Winkel positioniert sind. Die Vielzahl von zweiten Magnetsensorteilen kann mindestens eine Gruppe aus zwei zweiten Magnetsensorteilen umfassen, die in einem Winkelabstand von 60 + 360 × X° (wobei X eine Ganzzahl ist, die mindestens 0 und höchstens n-1 beträgt) in elektrischem Winkel positioniert sind.
  • Die Vielzahl von ersten Magnetsensorteilen kann mindestens zwei Gruppen aus zwei ersten Magnetsensorteilen umfassen, die in einem Winkelabstand von 60 + 360 × X° (wobei X eine Ganzzahl ist, die mindestens 0 und höchstens n-1 beträgt) in elektrischem Winkel positioniert sind. Die Vielzahl von zweiten Magnetsensorteilen kann mindestens zwei Gruppen aus zwei zweiten Magnetsensorteilen umfassen, die in einem Winkelabstand von 60 + 360 × X° (wobei X eine Ganzzahl ist, die mindestens 0 und höchstens n-1 beträgt) in elektrischem Winkel positioniert sind.
  • Die Vielzahl von ersten Magnetsensorteilen kann mindestens eine Gruppe aus zwei ersten Magnetsensorteilen umfassen, die in einem Winkelabstand von 36 + 360 × Y° (wobei Y eine Ganzzahl ist, die mindestens 0 und höchstens n-1 beträgt) in elektrischem Winkel positioniert sind. Die Vielzahl von zweiten Magnetsensorteilen kann mindestens eine Gruppe aus zwei zweiten Magnetsensorteilen umfassen, die in einem Winkelabstand von 36 + 360 × Y° (wobei Y eine Ganzzahl ist, die mindestens 0 und höchstens n-1 beträgt) in elektrischem Winkel positioniert sind.
  • Bei der oben beschriebenen Drehwinkelerfassungsvorrichtung kann jedes der ersten Magnetsensorteile und der zweiten Magnetsensorteile eine Vielzahl von magnetoresistiven Elementen umfassen. Die magnetoresistiven Elemente können Hall-Elemente, AMR-Elemente, GMR-Elemente oder TMR-Elemente sein.
  • [WIRKSAMKEIT DER ERFINDUNG]
  • Mit der vorliegenden Erfindung kann eine Drehwinkelerfassungsvorrichtung bereitgestellt werden, die Drehwinkel mit hoher Genauigkeit erfassen kann.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine perspektivische Ansicht, welche die schematische Ausgestaltung einer Drehwinkelerfassungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
    • 2 ist eine Draufsicht, welche die schematische Ausgestaltung eines Aspekts der Drehwinkelerfassungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
    • 3 ist eine Draufsicht, welche die schematische Ausgestaltung der Drehwinkelerfassungsvorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
    • 4 ist eine Draufsicht, welche die schematische Ausgestaltung eines anderen (ersten) Aspekts der Drehwinkelerfassungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
    • 5 ist eine Draufsicht, welche die schematische Ausgestaltung eines anderen (zweiten) Aspekts der Drehwinkelerfassungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
    • 6 ist eine perspektivische Ansicht, die einen ersten Schritt eines Verfahrens zum Montieren der Drehwinkelerfassungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einen Motor darstellt.
    • 7 ist eine perspektivische Ansicht, die einen zweiten Schritt eines Verfahrens zum Montieren der Drehwinkelerfassungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einen Motor darstellt.
    • 8 ist eine perspektivische Ansicht, die einen dritten Schritt eines Verfahrens zum Montieren der Drehwinkelerfassungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einen Motor darstellt.
    • 9 ist eine 8 entsprechende perspektivische Ansicht, die einen dritten Schritt eines Verfahrens zum Montieren der Drehwinkelerfassungsvorrichtung in einen Motor unter Verwendung eines anderen Aspekts der Leiterplatte darstellt, auf die ein erstes Magnetsensorteil und ein zweites Magnetsensorteil montiert sind.
    • 10 ist ein Blockschaltbild, das die schematische Ausgestaltung einer magnetischen Erfassungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
    • 11 ist ein Schaltbild, das schematisch die Schaltungsanordnung einer Wheatstone-Brückenschaltung Nr. 1-1 bei der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
    • 12 ist ein Schaltbild, das schematisch die Schaltungsanordnung einer Wheatstone-Brückenschaltung Nr. 1-2 bei der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
    • 13 ist ein Schaltbild, das schematisch die Schaltungsanordnung einer Wheatstone-Brückenschaltung Nr. 2-1 bei der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
    • 14 ist ein Schaltbild, das schematisch die Schaltungsanordnung einer Wheatstone-Brückenschaltung Nr. 2-2 bei der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
    • 15 ist eine perspektivische Ansicht, welche die schematische Ausgestaltung eines MR-Elements als magnetisches Erfassungselement bei der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
    • 16 ist eine Querschnittsansicht, welche die schematische Ausgestaltung eines MR-Elements als magnetisches Erfassungselement bei der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
    • 17 ist eine perspektivische Ansicht, welche die schematische Ausgestaltung eines anderen Aspekts der Drehwinkelerfassungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
    • 18 ist eine Draufsicht, welche die schematische Ausgestaltung eines anderen Aspekts der magnetischen Erfassungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • [BESTE MITTEL ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG]
  • Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. 1 ist eine perspektivische Ansicht, welche die schematische Ausgestaltung einer Drehungserfassungsvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform darstellt, 2 ist eine Draufsicht, welche die schematische Ausgestaltung eines Aspekts der Drehwinkelerfassungsvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform darstellt, 3 ist eine Draufsicht, welche die schematische Ausgestaltung der Drehungserfassungsvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform darstellt, 4 und 5 sind Draufsichten, welche die schematische Ausgestaltung eines anderen Aspekts der Drehungserfassungsvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform darstellten, und 10 ist ein Blockschaltbild, das die schematische Ausgestaltung der Drehungserfassungsvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform darstellt. Bei der Drehwinkelerfassungsvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform sind die „X-, Y und Z-Achsenrichtungen“ in mehreren Zeichnungen nach Bedarf festgelegt. Hier sind die X-Achsenrichtung und die Y-Achsenrichtung Richtungen, die in der Ebene des mehrpoligen Magneten zueinander orthogonal sind, und die Z-Achsenrichtung ist die axiale Richtung der Drehachse.
  • Eine Drehwinkelerfassungsvorrichtung 10 gemäß dieser Ausführungsform ist mit einem mehrpoligen Magneten 2, bei dem verschiedene Magnetpole (N-Pole und S-Pole) abwechselnd in der Umfangsrichtung angeordnet sind, sowie mit einer magnetischen Erfassungsvorrichtung 1, die ein dem mehrpoligen Magneten 2 gegenüberliegend angeordnetes magnetisches Erfassungsbauteil 3 aufweist, und einem Arithmetik-Verarbeitungsbauelement 4 versehen (siehe 10).
  • Der mehrpolige Magnet 2 ist derart vorgesehen, dass er um eine Welle 6 drehbar ist, die auf einer Drehachse 5 zentriert ist, und dreht sich in Verbindung mit der Drehung der Welle 6 um die Drehachse 5. Der mehrpolige Magnet 2 umfasst eine Vielzahl von Paaren von N-Polen und S-Polen (n Polpaare (wobei n eine Ganzzahl ist, die mindestens 3 beträgt, und vorzugsweise eine Ganzzahl ist, die mindestens 6 beträgt)), und die N-Pole und S-Pole sind abwechselnd in einem radialen Muster (Ringform) angeordnet. Der mehrpolige Magnet 2 ist eine Magnetfelderzeugungseinrichtung, die auf der Grundlage der Magnetisierung, die der Magnet aufweist, ein Magnetfeld erzeugt. Bei dieser Ausführungsform wird in der Beschreibung ein mehrpoliger Magnet 2 mit sechs Polpaaren (siehe 1 und 2) als Beispiel herangezogen, doch ist sie nicht hierauf beschränkt, da auch einer mit acht Polpaaren gut wäre (siehe 3).
  • Das magnetische Erfassungsbauteil 3 weist ein erstes magnetisches Erfassungsbauteil 31, das vier erste Magnetsensorteile (Magnetsensorteile Nr. 1-1 bis Nr. 1-4 31A - 31D) umfasst, und ein zweites magnetisches Erfassungsbauteil 32 auf, das vier zweite Magnetsensorteile (Magnetsensorteile Nr. 2-1 bis Nr. 2-4 32A - 32D) umfasst. Das erste magnetische Erfassungsbauteil 31 gibt auf der Grundlage der mit der Drehung des mehrpoligen Magneten 2 einhergehenden Änderung des Magnetfelds ein erstes Erfassungssignal DS1 aus. Das zweite magnetische Erfassungsbauteil 32 gibt auf der Grundlage der mit der Drehung des mehrpoligen Magneten 2 einhergehenden Änderung des Magnetfelds ein zweites Erfassungssignal DS2 aus.
  • Bei dieser Ausführungsform sind vier Gruppen, die aus einem ersten Magnetsensorsatz 3A, der das Magnetsensorteil Nr. 1-1 31A und das Magnetsensorteil Nr. 2-1 32A umfasst, einem zweiten Magnetsensorsatz 3B, der das Magnetsensorteil Nr. 1-2 31B und das Magnetsensorteil Nr. 2-2 32B umfasst, einem dritten Magnetsensorsatz 3C, der das Magnetsensorteil Nr. 1-3 31C und das Magnetsensorteil Nr. 2-3 32C umfasst, und einem vierten Magnetsensorsatz 3D, der das Magnetsensorteil Nr. 1-4 31D und das Magnetsensorteil Nr. 2-4 32D umfasst, bestehen, jeweils in einem von ersten bis n-ten Gebieten AR1 - ARn positioniert, die durch Unterteilen des Umfangs des mehrpoligen Magneten 2 in n Polpaare des mehrpoligen Magneten 2 längs seines Umfangs festgelegt sind. Die ersten bis n-ten Gebiete AR1 - ARn sind am Umfang des mehrpoligen Magneten 2 als Gebiete eines Winkelbereichs festgelegt, der ein Paar von Magnetpolen (N-Pol und S-Pol) des mehrpoligen Magneten 2 umfasst, also die Gebiete in einem Bereich von 360° in elektrischem Winkel.
  • Die ersten bis vierten Sensorsätze 3A - 3D sind derart in einem der ersten bis n-ten Gebiete AR1 - ARn positioniert, dass sie nacheinander längs der Umfangsrichtung des mehrpoligen Magneten 2 (in der Drehrichtung des mehrpoligen Magneten 2 oder der dazu entgegengesetzten Richtung) angeordnet sind. Bei dieser Ausführungsform sind die ersten bis sechsten Gebiete AR1- AR6 am Umfang des mehrpoligen Magneten 2 mit sechs Polpaaren festgelegt, und mindestens zwei Sätze von Magnetsensorsätzen sind in voneinander verschiedenen Gebieten der ersten bis sechsten Gebiete AR1 - AR6 positioniert. Bei dem in 1 und 2 dargestellten Aspekt sind alle der ersten bis vierten Magnetsensorsätze 3A - 3D in dem ersten Gebiet AR1 , dem zweiten Gebiet AR2 , dem vierten Gebiet AR4 und dem fünften Gebiet AR5 positioniert, die verschiedene Gebiete der ersten bis sechsten Gebiete AR1 - AR6 sind, und in dem dritten Gebiet AR3 oder dem sechsten Gebiet AR6 ist kein Magnetsensorsatz positioniert. Allerdings ist sie nicht auf diesen Aspekt beschränkt, da es in Ordnung wäre, wenn zwei Gruppen von Magnetsensorsätzen der ersten bis vierten Magnetsensorsätze 3A - 3D in demselben Gebiet positioniert wären und die übrigen zwei Gruppen von Magnetsensorsätzen in voneinander verschiedenen Gebieten positioniert wären. Beispielsweise können der erste Magnetsensorsatz 3Ain dem ersten Gebiet AR1 , der zweite Magnetsensorsatz 3B in dem dritten Gebiet AR3 und zwei Gruppen von Magnetsensorsätzen (der dritte Magnetsensorsatz 3C und der vierte Magnetsensorsatz 3D) in dem fünften Gebiet AR5 positioniert sein (siehe 4). Außerdem können die ersten bis vierten Magnetsensorsätze 3A - 3D nur in einem halbkreisförmigen Gebiet um die Welle 6 in Draufsicht positioniert sein. Beispielsweise können die ersten bis vierten Magnetsensorsätze 3A - 3D in den ersten bis dritten Gebieten AR1 - AR3 positioniert sein (siehe 5). Durch Positionieren der ersten bis vierten Magnetsensorsätze 3A - 3D in dieser Weise ist es möglich, jeden der Magnetsensorsätze 3A - 3D auf ein annähernd halbkreisförmiges Trägermaterial zu montieren, sodass es möglich ist, Herstellungskosten der Drehwinkelerfassungsvorrichtung 10 und von Produkten, in die sie eingebaut ist, zu verringern und ihre Zweckmäßigkeit zu erhöhen.
  • Wird die Drehwinkelerfassungsvorrichtung 10 gemäß dieser Ausführungsform beispielsweise auf der Drehachse eines Motors vorgesehen, wird der mehrpolige Magnet 2 an einer Welle 110 eines Motors 100 angebracht (siehe 6), dann wird ein Sensormodul 130, bei dem die ersten bis vierten Magnetsensorsätze 3A - 3D auf eine Leiterplatte 120 montiert sind, angebracht (siehe 7) und im Anschluss daran wird ein Zahnrad 140 an der Welle 110 befestigt (siehe 8). Wenn an diesem Punkt die Leiterplatte 120, auf die die ersten bis vierten Magnetsensorsätze 3A - 3D montiert sind, annähernd kreisförmig ist (siehe 8), muss das Zahnrad 140 im Falle, dass das Sensormodul 130 versagt und ausgetauscht werden muss, von der Welle 110 entfernt werden. Wenn die Leiterplatte 120, auf die die ersten bis vierten Magnetsensorsätze 3A - 3D montiert sind, dahingegen annähernd halbkreisförmig ist (siehe 9), kann das Sensormodul 130 (Leiterplatte 120) ausgetauscht werden, ohne wie im oben beschriebenen Fall das Zahnrad 140 von der Welle 110 zu entfernen, sodass die Zweckmäßigkeit erhöht ist. Wenn die Leiterplatte 120 annähernd halbkreisförmig ist, kann das Sensormodul 130 außerdem nach dem Befestigen des Zahnrads 140 an der Welle 110 angebracht werden, was ebenfalls die Zweckmäßigkeit in dem Sinne erhöhen kann, dass Vorgänge im Herstellungsprozess für Produkte verschoben werden können.
  • Bei jedem der ersten bis vierten Magnetsensorsätze 3A - 3D sind die Magnetsensorteile Nr. 1-1 bis Nr. 1-4 31A - 31D und die Magnetsensorteile Nr. 2-1 bis Nr. 2-4 32A - 32D mit einem auf die Welle 6 (Drehachse 5) zentrierten Winkelabstand von 90/n° positioniert. Hierdurch weist beispielsweise die Wellenform des zweiten Erfassungssignals DS2, das von den Magnetsensorteilen Nr. 2-1 bis Nr. 2-4 32A - 32D ausgegeben wird, eine Phasenverschiebung von 90° (elektrischer Winkel) gegenüber der Wellenform des ersten Erfassungssignals DS1 auf, das von den Magnetsensorteilen Nr. 1-1 bis Nr. 1-4 31A - 31D ausgegeben wird. Wenn also die Wellenform des ersten Erfassungssignals DS1 eine Sinuswellenform ist, dann ist die Wellenform des zweiten Erfassungssignals DS2 eine Kosinuswellenform.
  • Der Winkelabstand zwischen einer Gruppe von ersten Magnetsensorteilen und der Winkelabstand zwischen einer Gruppe von zweiten Magnetsensorteilen, die in zwei Magnetsensorsätzen der ersten bis vierten Magnetsensorsätze 3A - 3D enthalten sind, kann ein Winkelabstand sein, der die Fehlerkomponenten, die mindestens harmonischen Wellen 3. Ordnung entsprechen, wirksam verringern kann. Beispielsweise können die Gruppe aus dem Magnetsensorteil Nr. 1-1 31A und dem Magnetsensorteil Nr. 1-2 31B und die Gruppe aus dem Magnetsensorteil Nr. 2-1 32A und dem Magnetsensorteil Nr. 2-1 32B jeweils mit einem Winkelabstand positioniert sein, der die Fehlerkomponente, die harmonischen Wellen 3. Ordnung entspricht, wirksam verringern kann, und die Gruppe aus dem Magnetsensorteil Nr. 1-1 31A und dem Magnetsensorteil Nr. 1-3 31C und die Gruppe aus dem Magnetsensorteil Nr. 2-1 32A und dem Magnetsensorteil Nr. 2-3 32C können jeweils mit einem Winkelabstand positioniert sein, der die Fehlerkomponente, die harmonischen Wellen 3. Ordnung entspricht, wirksam verringern kann.
  • Der Winkelabstand der zwei Gruppen von ersten Magnetsensorteilen und der Winkelabstand der zwei Gruppen von zweiten Magnetsensorteilen kann jeweils ein Winkelabstand sein, der die Fehlerkomponente, die harmonischen Wellen 3. Ordnung entspricht, wirksam verringern kann. In diesem Fall können die zwei Gruppen von ersten Magnetsensorteilen und die zwei Gruppen von zweiten Magnetsensorteilen jeweils aus vier ersten Magnetsensorteilen beziehungsweise vier zweiten Magnetsensorteilen gebildet sein, oder sie können aus drei ersten Magnetsensorteilen und drei zweiten Magnetsensorteilen gebildet sein. Beispielsweise können die Gruppe aus dem Magnetsensorteil Nr. 1-1 31A und dem Magnetsensorteil Nr. 1-1 31B, die Gruppe aus dem Magnetsensorteil Nr. 1-3 31C und dem Magnetsensorteil Nr. 1-4 31D, die Gruppe aus dem Magnetsensorteil Nr. 2-1 32A und dem Magnetsensorteil Nr. 2-2 32B und die Gruppe aus dem Magnetsensorteil Nr. 2-3 32C und dem Magnetsensorteil Nr. 2-4 32D alle mit einem Winkelabstand positioniert sein, der die Fehlerkomponente, die harmonischen Wellen 3. Ordnung entspricht, wirksam verringern kann. Außerdem können beispielsweise die Gruppe aus dem Magnetsensorteil Nr. 1-1 31A und dem Magnetsensorteil Nr. 1-2 31B, die Gruppe aus dem Magnetsensorteil Nr. 1-1 31A und dem Magnetsensorteil Nr. 1-3 31C, die Gruppe aus dem Magnetsensorteil Nr. 2-1 32A und dem Magnetsensorteil Nr. 2-2 32B und die Gruppe aus dem Magnetsensorteil Nr. 2-1 32Aund dem Magnetsensorteil Nr. 2-3 32C alle mit einem Winkelabstand positioniert sein, der die Fehlerkomponente, die harmonischen Wellen 3. Ordnung entspricht, wirksam verringern kann.
  • Zusätzlich zu dem Vorangehenden (wo der Winkelabstand von mindestens einer Gruppe erster Magnetsensorteile und der Winkelabstand von mindestens einer Gruppe zweiter Magnetsensorteile sämtlich Winkelabstände sind, welche die Fehlerkomponente, die harmonischen Wellen 3. Ordnung entspricht, wirksam verringern können) können der Winkelabstand von mindestens einer Gruppe erster Magnetsensorteile und der Winkelabstand von mindestens einer Gruppe zweiter Magnetsensorteile ein Winkelabstand sein, der ferner die Fehlerkomponente, die harmonischen Wellen 5. Ordnung entspricht, verringern kann. Beispielsweise kann sowohl die Gruppe aus dem Magnetsensorteil Nr. 1-1 31A und dem Magnetsensorteil Nr. 1-2 31B als auch die Gruppe aus dem Magnetsensorteil Nr. 2-1 32A und dem Magnetsensorteil Nr. 2-2 32B mit einem Winkelabstand positioniert sein, der die Fehlerkomponente, die harmonischen Wellen 3. Ordnung entspricht, wirksam verringern kann, und sowohl die Gruppe aus dem Magnetsensorteil Nr. 1-3 31C und dem Magnetsensorteil Nr. 1-4 31D als auch die Gruppe aus dem Magnetsensorteil Nr. 2-3 32C und dem Magnetsensorteil Nr. 2-4 32D kann mit einem Winkelabstand positioniert sein, der die Fehlerkomponente, die harmonischen Wellen 5. Ordnung entspricht, wirksam verringern kann.
  • Der Winkelabstand, der die Fehlerkomponente, die harmonischen Wellen 3. Ordnung entspricht, verringern kann, beträgt 60 + 360 × X° (elektrischer Winkel), und der Winkelabstand, der die Fehlerkomponente, die harmonischen Wellen 5. Ordnung entspricht, verringern kann, beträgt 36 + 360 × Y° (elektrischer Winkel). X und Y sind Ganzzahlen, die mindestens 0 und höchstens n-1 betragen (wobei n die Anzahl der Polpaare des mehrpoligen Magneten ist). Der Winkelabstand bei dieser Ausführungsform, der die Fehlerkomponenten verringern kann, die harmonischen Wellen 3. Ordnung und harmonischen Wellen 5. Ordnung entsprechen, kann einer sein, bei dem der Abstand in der Umfangsrichtung (Umfangsrichtung des mehrpoligen Magneten 2) von zwei ersten Magnetsensorteilen oder zwei zweiten Magnetsensorteilen durch einen Winkel (elektrischer Winkel) ausgedrückt wird, der auf die Welle 6 (Drehwinkel 5) zentriert ist, und der Winkelabstand desselben kann ein spitzer Winkel oder ein stumpfer Winkel sein.
  • Der Abstand AG zwischen dem mehrpoligen Magneten 2 und den Magnetsensorteilen Nr. 1-1 bis Nr. 1-4 31A- 31D samt den Magnetsensorteilen Nr. 2-1 bis Nr. 2-4 32A-32D (der Abstand entlang der radialen Richtung des mehrpoligen Magneten 2) kann beispielsweise die Größenordnung von 10 mm oder weniger haben und hat vorzugsweise die Größenordnung von 0,1 - 6 mm. Im Allgemeinen nimmt die Verzerrung, die bei den Wellenformen des ersten Erfassungssignals DS1 und des zweiten Erfassungssignals DS2, die von den Magnetsensorteilen Nr. 1-1 bis Nr. 1-4 31A - 31D und den Magnetsensorteilen Nr. 2-1 bis Nr. 2-4 32A - 32D ausgegeben werden, durch die Fehlerkomponente, die harmonischen Wellen höherer Ordnung wie etwa harmonischen Wellen 3. Ordnung, harmonischen Wellen 5. Ordnung und dergleichen entspricht, auftritt, mit abnehmendem Abstand AG zu, und die Genauigkeit des Drehwinkels θ nimmt ab. Diese Fehlerkomponente, die harmonischen Wellen höherer Ordnung entspricht, wird mit abnehmendem Abstand AG, der oben beschrieben wurde, hinreichend groß, sodass dies nicht mehr außer Acht gelassen werden kann. Doch ist es bei der Drehwinkelerfassungsvorrichtung 10 gemäß dieser Ausführungsform möglich, die harmonischen Wellen höherer Ordnung entsprechende Fehlerkomponente, die in dem ersten Erfassungssignal DS1 und dem zweiten Erfassungssignal DS2 enthalten ist, die von den Magnetsensorteilen Nr. 1-1 bis Nr. 1-4 31A - 31D und den Magnetsensorteilen Nr. 2-1 bis Nr. 2-4 32A - 32D ausgegeben werden, wirksam zu verringern, sodass der Drehwinkel θ auch dann mit hoher Genauigkeit berechnet werden kann, wenn der oben beschriebene Abstand AG relativ klein ist, und infolgedessen wird eine Verringerung der Größe der Drehwinkelerfassungsvorrichtung 10 möglich.
  • Das Arithmetik-Verarbeitungsbauelement 4 weist ein Bauteil 41 zum Erzeugen eines korrigierten Signals, das ein erstes korrigiertes Signal AS1 und ein zweites korrigiertes Signal AS2 ausgibt, bei denen die Fehlerkomponente, die in dem ersten Erfassungssignal DS1 beziehungsweise dem zweiten Erfassungssignal DS2 enthalten ist, verringert wurde, ein A/D- (analog/digital) -Umwandlungsbauteil 42, das das erste korrigierte Signal AS1 und das zweite korrigierte Signal AS2 in digitale Signale umwandelt, und ein Drehwinkelerfassungsbauteil 43 auf, das den Drehwinkel θ der drehbewegten Welle 6 auf der Grundlage des ersten korrigierten Signals AS 1 und des zweiten korrigierten Signals AS2 erfasst, die in digitale Signale umgewandelt wurden (siehe 10).
  • Das erste Magnetsensorteil (Magnetsensorteile Nr. 1-1 bis Nr. 1-4 31A - 31D) und das zweite Magnetsensorteil (Magnetsensorteile Nr. 2-1 bis Nr. 2-4 32A - 32D) enthalten jeweils ein magnetisches Erfassungselement und können ein Paar von in Reihe geschalteten magnetischen Erfassungselementen enthalten. In diesem Fall haben die Magnetsensorteile Nr. 1-1 bis Nr. 1-4 31A - 31D eine Wheatstone-Brückenschaltung Nr. 1-1 311 und eine Wheatstone-Brückenschaltung Nr. 1-2 312, die ein erstes Paar von magnetischen Erfassungselementen und ein zweites Paar von magnetischen Erfassungselementen enthalten, die in Reihe geschaltet sind, und haben die Magnetsensorteile Nr. 2-1 bis Nr. 2-4 32A - 32D eine Wheatstone-Brückenschaltung Nr. 2-1 321 und eine Wheatstone-Brückenschaltung Nr. 2-2 322, die ein erstes Paar von magnetischen Erfassungselementen und ein zweites Paar von magnetischen Erfassungselementen enthalten, die in Reihe geschaltet sind. Anstelle der Wheatstone-Brückenschaltung Nr. 1-1 311, der Wheatstone-Brückenschaltung Nr. 1-2 312, der Wheatstone-Brückenschaltung Nr. 2-1 321 beziehungsweise der Wheatstone-Brückenschaltung Nr. 2-2 322 können die Magnetsensorteile Nr. 1-1 bis Nr. 1-4 31A - 31D und die Magnetsensorteile Nr. 2-1 bis Nr. 2-4 32A - 32D Halbbrückenschaltungen aufweisen, die nur ein erstes Paar von magnetischen Erfassungselementen enthalten und kein zweites Paar von magnetischen Erfassungselementen enthalten.
  • Wie in 11 dargestellt, umfasst die Wheatstone-Brückenschaltung Nr. 1-1 311, die den Magnetsensorteilen Nr. 1-1 bis Nr. 1-4 31A - 31D angehört, einen Stromquellenanschluss V11, einen Masseanschluss G11, zwei Ausgangsanschlüsse E111 und E112, ein erstes Paar von magnetischen Erfassungselementen Rill und R112, die in Reihe geschaltet sind, und ein zweites Paar von magnetischen Erfassungselementen R113 und R114, die in Reihe geschaltet sind. Ein Ende von jedem der magnetischen Widerstandselemente R111 und R113 ist mit dem Stromquellenanschluss V11 verbunden. Das andere Ende des magnetischen Erfassungselements R111 ist mit einem Ende des magnetischen Erfassungselements R112 und dem Ausgangsanschluss E111 verbunden. Das andere Ende des magnetischen Erfassungselements R113 ist mit einem Ende des magnetischen Erfassungselements R114 und dem Ausgangsanschluss E112 verbunden. Das andere Ende von jedem der magnetischen Erfassungselemente R112 und R114 ist mit dem Masseanschluss G11 verbunden. Eine Stromquellenspannung einer vorgegebenen Größenordnung ist an den Stromquellenanschluss V11 angelegt, und der Masseanschluss G11 ist mit Masse verbunden.
  • Wie in 12 dargestellt, weist die Wheatstone-Brückenschaltung Nr. 1-2 312, die den Magnetsensorteilen Nr. 1-1 bis Nr. 1-4 31A - 31D angehört, die gleiche Ausgestaltung wie die Wheatstone-Brückenschaltung Nr. 1-1 311 auf und umfasst einen Stromquellenanschluss V12, einen Masseanschluss G12, zwei Ausgangsanschlüsse E121 und E122, ein erstes Paar von magnetischen Erfassungselementen R121 und R122, die in Reihe geschaltet sind, und ein zweites Paar von magnetischen Erfassungselementen R123 und R124, die in Reihe geschaltet sind. Ein Ende von jedem der magnetischen Widerstandselemente R121 und R123 ist mit dem Stromquellenanschluss V12 verbunden. Das andere Ende des magnetischen Erfassungselements R121 ist mit einem Ende des magnetischen Erfassungselements R122 und dem Ausgangsanschluss E121 verbunden. Das andere Ende des magnetischen Erfassungselements R123 ist mit einem Ende des magnetischen Erfassungselements R124 und dem Ausgangsanschluss E122 verbunden. Das andere Ende der magnetischen Erfassungselemente R122 und R124 ist jeweils mit dem Masseanschluss G12 verbunden. Eine Stromquellenspannung einer vorgegebenen Größenordnung ist an den Stromquellenanschluss V12 angelegt, und der Masseanschluss G12 ist mit Masse verbunden.
  • Wie in 13 dargestellt, weist die Wheatstone-Brückenschaltung Nr. 2-1321, die den Magnetsensorteilen Nr. 2-1 bis Nr. 2-4 32A - 32D angehört, die gleiche Ausgestaltung wie die Wheatstone-Brückenschaltung Nr. 1-1 311 auf und umfasst einen Stromquellenanschluss V21, einen Masseanschluss G21, zwei Ausgangsanschlüsse E211 und E212, ein erstes Paar von magnetischen Erfassungselementen R211 und R212, die in Reihe geschaltet sind, und ein zweites Paar von magnetischen Erfassungselementen R213 und R214, die in Reihe geschaltet sind. Ein Ende von jedem der magnetischen Widerstandselemente R211 und R213 ist mit dem Stromquellenanschluss V21 verbunden. Das andere Ende des magnetischen Erfassungselements R211 ist mit einem Ende des magnetischen Erfassungselements R212 und dem Ausgangsanschluss E211 verbunden. Das andere Ende des magnetischen Erfassungselements R213 ist mit einem Ende des magnetischen Erfassungselements R214 und dem Ausgangsanschluss E212 verbunden. Das andere Ende der magnetischen Erfassungselemente R212 und R214 ist jeweils mit dem Masseanschluss G21 verbunden. Eine Stromquellenspannung einer vorgegebenen Größenordnung ist an den Stromquellenanschluss V21 angelegt, und der Masseanschluss G21 ist mit Masse verbunden.
  • Wie in 14 dargestellt, weist die Wheatstone-Brückenschaltung Nr. 2-2 322, die den Magnetsensorteilen Nr. 2-1 bis Nr. 2-4 32A - 32D angehört, die gleiche Ausgestaltung wie die Wheatstone-Brückenschaltung Nr. 2-1 321 auf und umfasst einen Stromquellenanschluss V22, einen Masseanschluss G22, zwei Ausgangsanschlüsse E221 und E222, ein erstes Paar von magnetischen Erfassungselementen R221 und R222, die in Reihe geschaltet sind, und ein zweites Paar von magnetischen Erfassungselementen R223 und R224, die in Reihe geschaltet sind. Ein Ende von jedem der magnetischen Widerstandselemente R221 und R223 ist mit dem Stromquellenanschluss V22 verbunden. Das andere Ende des magnetischen Erfassungselements R221 ist mit einem Ende des magnetischen Erfassungselements R222 und dem Ausgangsanschluss E221 verbunden. Das andere Ende des magnetischen Erfassungselements R223 ist mit einem Ende des magnetischen Erfassungselements R224 und dem Ausgangsanschluss E222 verbunden. Das andere Ende der magnetischen Erfassungselemente R222 und R224 ist jeweils mit dem Masseanschluss G22 verbunden. Eine Stromquellenspannung einer vorgegebenen Größenordnung ist an den Stromquellenanschluss V22 angelegt, und der Masseanschluss G22 ist mit Masse verbunden.
  • Bei dieser Ausführungsform kann ein MR-Element wie etwa TMR-Element, ein GMR-Element, ein AMR-Element oder dergleichen oder ein magnetisches Erfassungselement wie etwa ein Hall-Element oder dergleichen als jedes der magnetischen Erfassungselemente R111 - R124 und R211 - R224 verwendet werden, die in der Wheatstone-Brückenschaltung Nr. 1-1 311, der Wheatstone-Brückenschaltung Nr. 1-2 312, der Wheatstone-Brückenschaltung Nr. 2-1 321 und der Wheatstone-Brückenschaltung Nr. 2-2 322 enthalten sind, und die Verwendung eines TMR-Elements ist besonders bevorzugt. Ein TMR-Element oder ein GMR-Element hat eine in der Magnetisierung fixierte Schicht, bei der die Magnetisierungsrichtung festgelegt ist, eine freie Schicht, bei der sich die Magnetisierungsrichtung in Übereinstimmung mit der Richtung des angelegten Magnetfelds ändert, und eine nichtmagnetische Schicht, die zwischen der in der Magnetisierung fixierten Schicht und der freien Schicht angeordnet ist.
  • Wie in 15 dargestellt, weist insbesondere das MR-Element eine Vielzahl von unteren Elektroden 61, eine Vielzahl von MR-Filmen 50 und eine Vielzahl von oberen Elektroden 62 auf. Die Vielzahl von unteren Elektroden 61 ist auf einem Substrat (nicht dargestellt) vorgesehen. Jede der unteren Elektroden 61 hat eine lange schmale Form. Ein Spalt ist zwischen zwei unteren Elektroden 61 ausgebildet, die in der Längsrichtung der unteren Elektroden 61 nebeneinanderliegen. MR-Filme 50 sind in der Nähe von beiden Enden in der Längsrichtung auf der oberen Oberfläche von jeder der unteren Elektroden 61 vorgesehen. Wie in 16 dargestellt, hat der MR-Film 50 in Draufsicht eine annähernd kreisrunde Form und umfasst eine freie Schicht 51, eine nichtmagnetische Schicht 52, eine in der Magnetisierung fixierte Schicht 53 und eine antiferromagnetische Schicht 54, die in dieser Reihenfolge ausgehend von der Seite der unteren Elektrode 61 geschichtet sind. Die freie Schicht 51 ist mit der unteren Elektrode 61 elektrisch verbunden. Die antiferromagnetische Schicht 54 wird von einem antiferromagnetischen Material gebildet und erfüllt die Funktion, die Magnetisierungsrichtung der in der Magnetisierung fixierten Schicht 53 festzulegen, indem sie eine Austauschkopplung mit der in der Magnetisierung fixierten Schicht 53 bewirkt. Die Vielzahl von oberen Elektroden 62 ist auf der Oberseite der Vielzahl von MR-Filmen 50 vorgesehen. Jede der oberen Elektroden 62 hat eine lange schmale Form, ist auf zwei der unteren Elektroden 61, die in der Längsrichtung der unteren Elektroden 61 nebeneinanderliegen, positioniert und verbindet die antiferromagnetischen Schichten 54 von zwei nebeneinanderliegenden MR-Filmen 50 elektrisch. Der MR-Film 50 kann eine Ausgestaltung aufweisen, bei der die freie Schicht 51, die nichtmagnetische Schicht 52, die in der Magnetisierung fixierte Schicht 53 und die antiferromagnetische Schicht 54 in dieser Reihenfolge ausgehend von der Seite der oberen Elektrode 62 geschichtet sind. Außerdem kann die antiferromagnetische Schicht 54 weggelassen werden, indem die in der Magnetisierung fixierte Schicht 53 zu einer sogenannten selbst-fixierten in der Magnetisierung fixierten Schicht (Synthetic-Ferri-Pinned-Schicht oder SFP-Schicht) mit einer geschichteten Ferri-Struktur aus einer ferromagnetischen Schicht, einer nichtmagnetischen Zwischenschicht und einer ferromagnetischen Schicht gemacht wird, wobei die antiferromagnetische Kopplung der zwei ferromagnetischen Schichten bewirkt wird.
  • Bei einem TMR-Element ist die nichtmagnetische Schicht 52 eine Tunnelsperrschicht. Bei einem GMR-Element ist die nichtmagnetische Schicht 52 eine nichtmagnetische elektrisch leitende Schicht. Bei einem TMR-Element oder GMR-Element ändert sich der Widerstandswert in Übereinstimmung mit dem Winkel, der von der Magnetisierungsrichtung der freien Schicht 51 zur Magnetisierungsrichtung der in der Magnetisierung fixierten Schicht 53 gebildet wird, und der Widerstandswert ist ein Mindestwert, wenn der Winkel 0° beträgt (wenn die Magnetisierungsrichtungen zueinander parallel sind) und der Widerstandswert ist ein Höchstwert, wenn dieser Winkel 180° beträgt (wenn die Magnetisierungsrichtungen zueinander antiparallel sind).
  • In den 11-14 werden für den Fall, dass die magnetischen Erfassungselemente R111 - R124 und R211 - R224 TMR-Elemente oder GMR-Elemente sind, die Magnetisierungsrichtungen ihrer in der Magnetisierung fixierten Schichten 53 mit weißen Pfeilen angegeben. Bei der Wheatstone-Brückenschaltung Nr. 1-1311 der Magnetsensorteile Nr. 1-1 bis Nr. 1-4 31A - 31D sind die Magnetisierungsrichtungen der in der Magnetisierung fixierten Schichten 53 der magnetischen Erfassungselemente R111 - R114 parallel zu einer ersten Richtung D1, und die Magnetisierungsrichtungen der in der Magnetisierung fixierten Schichten 53 der magnetischen Erfassungselemente R111 und R114 und die Magnetisierungsrichtungen der in der Magnetisierung fixierten Schichten 53 der magnetischen Erfassungselemente R112 und R113 sind zueinander antiparallele Richtungen. Bei der Wheatstone-Brückenschaltung Nr. 1-2 312 sind die Magnetisierungsrichtungen der in der Magnetisierung fixierten Schichten 53 der magnetischen Erfassungselemente R121 - R124 parallel zur ersten Richtung D1, und die Magnetisierungsrichtungen der in der Magnetisierung fixierten Schichten 53 der magnetischen Erfassungselemente R121 und R124 und die Magnetisierungsrichtungen der in der Magnetisierung fixierten Schichten 53 der magnetischen Erfassungselemente R122 und R123 sind zueinander antiparallele Richtungen. Die Magnetisierungsrichtung der in der Magnetisierung fixierten Schicht 53 von jedem der magnetischen Erfassungselemente R111 - R114 in der Wheatstone-Brückenschaltung Nr. 1-1 311 und die Magnetisierungsrichtung der in der Magnetisierung fixierten Schicht 53 von jedem der magnetischen Erfassungselemente R121 - R124 in der Wheatstone-Brückenschaltung Nr. 1-2 312 sind zueinander antiparallele Richtungen.
  • Bei der Wheatstone-Brückenschaltung Nr. 2-1 321 der Magnetsensorteile Nr. 2-1 bis Nr. 2-4 32A - 32D sind die Magnetisierungsrichtungen der in der Magnetisierung fixierten Schichten 53 der magnetischen Erfassungselemente R211 - R214 parallel zur ersten Richtung D1, und die Magnetisierungsrichtungen der in der Magnetisierung fixierten Schichten 53 der magnetischen Erfassungselemente R212 und R214 und die Magnetisierungsrichtungen der in der Magnetisierung fixierten Schichten 53 der magnetischen Erfassungselemente R212 und R213 sind zueinander antiparallele Richtungen. Bei der Wheatstone-Brückenschaltung Nr. 2-2 322 sind die Magnetisierungsrichtungen der in der Magnetisierung fixierten Schichten 53 der magnetischen Erfassungselemente R221 - R224 parallel zur ersten Richtung D1, und die Magnetisierungsrichtungen der in der Magnetisierung fixierten Schichten 53 der magnetischen Erfassungselemente R222 und R224 und die Magnetisierungsrichtungen der in der Magnetisierung fixierten Schichten 53 der magnetischen Erfassungselemente R222 und R223 sind zueinander antiparallele Richtungen. Die Magnetisierungsrichtung der in der Magnetisierung fixierten Schicht 53 von jedem der magnetischen Erfassungselemente R211 - R214 in der Wheatstone-Brückenschaltung Nr. 2-1 321 und die Magnetisierungsrichtung der in der Magnetisierung fixierten Schicht 53 von jedem der magnetischen Erfassungselemente R221 - R224 in der Wheatstone-Brückenschaltung Nr. 2-2 322 sind zueinander antiparallele Richtungen.
  • Bei den Magnetsensorteilen Nr. 1-1 bis Nr. 1-4 31A - 31D und den Magnetsensorteilen Nr. 2-1 bis Nr. 2-4 32A - 32D ändert sich die elektrische Potentialdifferenz der Ausgangsanschlüsse E 111, E 112, E121 und E 122 und der Ausgangsanschlüsse E211, E212, E221 und E222 in Übereinstimmung mit der Änderung der Richtung des Magnetfelds, die mit einer Drehbewegung der Welle 6 einhergeht, und die Sensorsignale S11+ - S14+, S11- - S14-, S21+ - S24+ und S21- - S24- werden als Signale ausgegeben, die die magnetische Feldstärke angeben.
  • Ein Differenzdetektor Nr. 1-1 71A gibt Signale, die der elektrischen Potentialdifferenz der Ausgangsanschlüsse E111 und E112 entsprechen, als die Sensorsignale S11+ ~ S14+ an das Bauteil 41 zum Erzeugen eines korrigierten Signals aus. Ein Differenzdetektor Nr. 1-2 71B gibt Signale, die der elektrischen Potentialdifferenz der Ausgangsanschlüsse E121 und E122 entsprechen, als die Sensorsignale S11- - S14- an das Bauteil 41 zum Erzeugen eines korrigierten Signals aus. Ein Differenzdetektor Nr. 2-1 72A gibt Signale, die der elektrischen Potentialdifferenz der Ausgangsanschlüsse E211 und E212 entsprechen, als die Sensorsignale S21+ - S24+ an das Bauteil 41 zum Erzeugen eines korrigierten Signals aus. Ein Differenzdetektor Nr. 2-2 72B gibt Signale, die der elektrischen Potentialdifferenz der Ausgangsanschlüsse E221 und E222 entsprechen, als die Sensorsignale S21- - S24- an das Bauteil 41 zum Erzeugen eines korrigierten Signals aus.
  • Bei den Magnetsensorteilen Nr. 1-1 bis Nr. 1-4 31A - 31D sind jede der Magnetisierungsrichtungen der in der Magnetisierung fixierten Schichten 53 der magnetischen Erfassungselemente R111 - R114 in der Wheatstone-Brückenschaltung Nr. 1-1 311 und jede der Magnetisierungsrichtungen der in der Magnetisierung fixierten Schichten 53 der magnetischen Erfassungselemente R121 - R124 in der Wheatstone-Brückenschaltung Nr. 1-2 312 zueinander antiparallel. In diesem Fall sind die Wellenformen der Sensorsignale S11+ - S14+ und der Sensorsignale S11- - S14- jeweils Sinuswellenformen, die von dem Drehwinkel θ des mehrpoligen Magneten 2 abhängen, und sie sind Wellenformen, die eine Phasendifferenz von 180/n° zueinander aufweisen.
  • Bei den Magnetsensorteilen Nr. 2-1 bis Nr. 2-4 32A - 32D sind jede der Magnetisierungsrichtungen der in der Magnetisierung fixierten Schichten 53 der magnetischen Erfassungselemente R211 - R214 in der Wheatstone-Brückenschaltung Nr. 2-1 321 und jede der Magnetisierungsrichtungen der in der Magnetisierung fixierten Schichten 53 der magnetischen Erfassungselemente R221 - R224 in der Wheatstone-Brückenschaltung Nr. 2-2 322 zueinander antiparallel. Des Weiteren ist jedes der Magnetsensorteile Nr. 2-1 bis Nr. 2-4 32A - 32D in dem zweiten Magnetsensorteil um die Welle 6 (Drehachse 5) mit einem Winkelabstand von 90/n° bezogen auf jedes der Magnetsensorteile Nr. 1-1 bis Nr. 1-4 31A - 31D des ersten Magnetsensorteils positioniert. In diesem Fall sind die Wellenformen der Sensorsignale S21+ - S24+ und der Sensorsignale S21 - S24 jeweils Kosinuswellenformen, die von dem Drehwinkel θ des mehrpoligen Magneten 2 abhängen, und sie sind Wellenformen, die eine Phasendifferenz von 180/n° zueinander aufweisen.
  • Das Bauteil 41 zum Erzeugen eines korrigierten Signals erzeugt ein Sinussignal (sin θ1 +) durch eine Additionsverarbeitung der Sensorsignale S11+, S12+, S13+ und S14+, die jeweils von den Magnetsensorteilen Nr. 1-1 bis Nr. 1-4 31A - 31D ausgegeben werden, und es erzeugt ein Sinussignal (sinθ1 -) durch Additionsverarbeitung der Sensorsignale S11-, S12-, S13- und S14-, die jeweils von den Magnetsensorteilen Nr. 1-1 bis Nr. 1-4 31A - 31D ausgegeben werden.
  • Zudem erzeugt das Bauteil 41 zum Erzeugen eines korrigierten Signals ein Kosinussignal (cosθ1 +) durch eine Additionsverarbeitung der Sensorsignale S21+, S22+, S23+ und S24+, die jeweils von den Magnetsensorteilen Nr. 2-1 bis Nr. 2-4 32A - 32D ausgegeben werden, und es erzeugt ein Kosinussignal (cosθ1 -) durch Additionsverarbeitung der Sensorsignale S21-, S22-, S23- und S24-, die jeweils von den Magnetsensorteilen Nr. 2-1 bis Nr. 2-4 32A - 32D ausgegeben werden.
  • Die Idealkomponente mit der idealen Sinuswellenform und Fehlerkomponenten, die aus harmonischen Wellen höherer Ordnung wie etwa harmonischen Wellen 3. Ordnung, harmonischen Wellen 5. Ordnung und dergleichen bestehen, sind in den Sensorsignalen S11+ - S14+ und S11- - S14- enthalten, die jeweils von den Magnetsensorteilen Nr. 1-1 bis Nr. 1-4 31A - 31D ausgegeben werden. Gleichermaßen sind die oben beschriebene Idealkomponente und die oben beschriebenen Fehlerkomponenten auch in den Sensorsignalen S21+ - S24+ und S21 - S24- enthalten, die jeweils von den Magnetsensorteilen Nr. 2-1 bis Nr. 2-4 32A - 32D ausgegeben werden. Bei dieser Ausführungsform sind mindestens zwei Gruppen von Magnetsensorsätzen in voneinander verschiedenen Gebieten der ersten bis sechsten Gebiete AR1 - AR6 am Umfang des mehrpoligen Magneten 2 positioniert, und hierdurch werden durch die Additionsverarbeitung mithilfe des Bauteils 41 zum Erzeugen eines korrigierten Signals Sinussignale (sin θ+, sin θ-) und Kosinussignale (cos θ+, cos θ-) mit den oben beschriebenen verringerten Fehlerkomponenten erzeugt. Des Weiteren werden durch die jeweilige Berechnung der Differenz der Sinussignale (sin θ+, sin θ-), die von dem Bauteil 41 zum Erzeugen eines korrigierten Signals erzeugt werden, und der Differenz der Kosinussignale (cos θ+, cos θ-) das erste korrigierte Signal AS 1 und das zweite korrigierte Signal AS2 erzeugt. Das erste korrigierte Signal AS 1 hat eine der idealen Sinuswellenform (Sinuswellenform) äußerst nahe kommende Wellenform, bei der die Fehlerkomponenten, die harmonischen Wellen 3. Ordnung und harmonischen Wellen 5. Ordnung und dergleichen entsprechen, verringert sind, und das zweite korrigierte Signal AS2 hat eine der idealen Kosinuswellenform (Kosinuswellenform) äußerst nahe kommende Wellenform, bei der die Fehlerkomponenten, die harmonischen Wellen 3. Ordnung und harmonischen Wellen 5. Ordnung und dergleichen entsprechen, verringert sind.
  • Das A/D-Umwandlungsbauteil 42 wandelt das erste korrigierte Signal AS 1 und das zweite korrigierte Signal AS2 (analoge Signale, die sich auf den Drehwinkel θ beziehen), die von dem Bauteil 41 zum Erzeugen eines korrigierten Signals ausgegeben werden, in die digitalen Signale S1 beziehungsweise S2 um, und die digitalen Signale S1 und S2 werden in das Drehwinkelerfassungsbauteil 43 eingegeben.
  • Das Drehwinkelerfassungsbauteil 43 führt auf der Grundlage des ersten korrigierten Signals AS 1 (S 1) und des zweiten korrigierten Signals AS2 (S2), die von dem A/D-Umwandlungsbauteil 42 in digitale Signale umgewandelt wurden, eine arithmetische Verarbeitung aus und berechnet den Drehwinkel θ der Welle 6. Der vom Drehwinkelerfassungsbauteil 43 berechnete Drehwinkel θ der Welle 6 wird in einem Speicherbauteil (nicht dargestellt) gespeichert, das in dem Arithmetik-Verarbeitungsbauelement 4 enthalten ist. Das Arithmetik-Verarbeitungsbauelement 4 (das Bauteil 41 zum Erzeugen eines korrigierten Signals und das Drehwinkelerfassungsbauteil 43) wird von einem Mikrocomputer, einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (Application Specific Integrated Circuit, ASIC) oder dergleichen gebildet. Der Drehwinkel θ der Welle 6 kann beispielsweise durch die in der nachstehenden Gleichung gezeigte Arkustangensberechnung berechnet werden. θ = atan ( S 1 = S 2 )
    Figure DE102020102944A1_0001
  • In einem Bereich von 360° gibt es zwei Lösungen der oben beschriebenen Gleichung für den Drehwinkel θ, die um 180° differieren. Doch kann durch die Kombination von positiv/negativ des ersten korrigierten Signals AS1 und des zweiten korrigierten Signals AS2 bestimmt werden, welche der zwei Lösungen der oben beschriebenen Gleichung der wahre Wert des Drehwinkels θ ist. Das heißt, dass dann, wenn das erste korrigierte Signal AS1 einen positiven Wert hat, der Drehwinkel θ größer als 0° und kleiner als 180° ist. Wenn das erste korrigierte Signal AS1 einen negativen Wert hat, ist der Drehwinkel θ größer als 180° und kleiner als 360°. Wenn das zweite korrigierte Signal AS2 einen positiven Wert hat, dann liegt der Drehwinkel θ in dem Bereich von mindestens 0° und weniger als 90° bis größer als 270°, aber 360° oder kleiner. Wenn das zweite korrigierte Signal AS2 einen negativen Wert hat, ist der Drehwinkel θ größer als 90° und kleiner als 270°. Das Drehwinkelerfassungsbauteil 43 berechnet den Drehwinkel θ in einem Bereich von 360° mithilfe der oben beschriebenen Gleichung und einer Bestimmung der Kombination von positiv/negativ des ersten korrigierten Signals AS1 und des zweiten korrigierten Signals AS2. Das erste korrigierte Signal AS1 und das zweite korrigierte Signal AS2, die zur Berechnung des Drehwinkels θ verwendet werden, werden erzeugt, indem die Fehlerkomponenten von den Sensorsignalen S11+ - S14+ und S11- - S14-, die jeweils von den Magnetsensorteilen Nr. 1-1 bis Nr. 1-4 31A - 31D ausgegeben werden, und den Sensorsignalen S21+ - S24+ und S21- - S24-, die jeweils von den Magnetsensorteilen Nr. 2-1 bis Nr. 2-4 32A - 32D ausgegeben werden, wie oben beschrieben verringert werden. Folglich kann der Drehwinkel θ mit hoher Genauigkeit auf der Grundlage des ersten korrigierten Signals AS 1 und des zweiten korrigierten Signals AS2 berechnet werden.
  • Wie oben beschrieben, kann mit der Drehwinkelerfassungsvorrichtung 10 gemäß dieser Ausführungsform der Drehwinkel θ mit hoher Genauigkeit berechnet werden, sodass in der Anwendung, auf die diese Drehwinkelerfassungsvorrichtung 10 angewendet wird, eine hochgenaue Steuerung unter Verwendung dieses Drehwinkels θ möglich wird.
  • Die oben beschriebene Ausführungsform wurde beschrieben, um das Verständnis der vorliegenden Erfindung zu erleichtern, und soll die vorliegende Erfindung nicht beschränken. Dementsprechend sind alle bei der oben beschriebenen Ausführungsform offenbarten Elemente derart auszulegen, dass sie alle gestalterischen Abwandlungen und Äquivalente einschließen, die in den technischen Umfang der vorliegenden Erfindung fallen.
  • Bei der oben beschriebenen Ausführungsform wurde in der Erläuterung eine Drehwinkelerfassungsvorrichtung 10 als Beispiel herangezogen, die mit den vier Gruppen von Magnetsensorsätzen aus ersten bis vierten Magnetsensorsätzen 3A - 3D versehen ist, doch ist sie nicht auf diesen Aspekt beschränkt. Beispielsweise kann die Anzahl von Gruppen von Magnetsensorsätzen mit 2(m-1)/2 Gruppen von Magnetsensorsätzen vorgesehen sein, um die Fehlerkomponente zu verringern, die harmonischen Wellen m-ter Ordnung entspricht (wobei m eine Ganzzahl ist, die mindestens 3 beträgt). Um die Fehlerkomponente, die mindestens harmonischen Wellen 3. Ordnung entspricht, zu verringern, sollten, wie in 17 dargestellt, zwei Gruppen von Magnetsensorsätzen vorgesehen werden, nämlich der erste Magnetsensorsatz 3A, der das Magnetsensorteil Nr. 1-1 31A und das Magnetsensorteil Nr. 2-1 32A umfasst, und der zweite Magnetsensorsatz 3B, der das Magnetsensorteil Nr. 1-2 31B und das Magnetsensorteil Nr. 2-2 32B umfasst. In diesem Fall sollten der erste Magnetsensorsatz 3A und der zweite Magnetsensorsatz 3B in voneinander verschiedenen Gebieten (dem vierten Gebiet AR4 und dem fünften Gebiet AR5 in 17) der ersten bis n-ten Gebiete AR1 - ARn positioniert werden (n = 6 in 17). Diese können beispielsweise in Gebieten (dem vierten Gebiet AR4 und dem fünften Gebiet AR5 , wie in 17 dargestellt) positioniert sein, die in der Umfangsrichtung des mehrpoligen Magneten 2 nebeneinanderliegen, sie können in Gebieten (beispielsweise dem vierten Gebiet AR4 und dem sechsten Gebiet AR6 oder dergleichen) positioniert sein, die sich derart voneinander unterscheiden, dass ein Gebiet in der Umfangsrichtung des mehrpoligen Magneten 2 zwischen ihnen liegt, oder sie können in Gebieten (beispielsweise dem ersten Gebiet AR1 und dem vierten Gebiet AR4 ) positioniert sein, die einander in der radialen Richtung des mehrpoligen Magneten 2 gegenüberliegen.
  • Bei der oben beschriebenen Ausführungsform wurde in der Beschreibung eine Ausgestaltung als Beispiel herangezogen, bei der die ersten bis vierten Magnetsensorsätze 3A - 3D in einem von den ersten bis n-ten Gebieten AR1 - ARn positioniert sind, die so gelegen sind, dass sie den mehrpoligen Magneten 2 auf der Außenseite des mehrpoligen Magneten in der radialen Richtung umgeben, doch ist sie nicht auf diesen Aspekt beschränkt. Beispielsweise können die ersten bis vierten Magnetsensorsätze 3A - 3D in einem von den ersten bis sechsten Gebieten AR1 - AR6 positioniert sein, die oberhalb (einer Seite) des mehrpoligen Magneten 2 entlang der axialen Richtung der Drehachse 5 gelegen sind (siehe 18), oder sie können in einem von den ersten bis sechsten Gebieten AR1 - AR6 positioniert sein, die unterhalb (die andere Seite) des mehrpoligen Magneten 2 gelegen sind. Das heißt, dass die ersten bis n-ten Gebiete AR1 - ARn oberhalb oder unterhalb des mehrpoligen Magneten 2 oder auf der Außenseite in der radialen Richtung festgelegt sein können. In dem in 18 dargestellten Aspekt sollte der Zwischenraum zwischen dem mehrpoligen Magneten 2 und den Magnetsensorteilen Nr. 1-1 bis Nr. 1-4 31A - 31D und den Magnetsensorteilen Nr. 2-1 bis Nr. 2-4 32A - 32D (der Abstand in der axialen Richtung der Drehachse 5) beispielsweise die Größenordnung von 10 mm oder weniger haben und sollte vorzugsweise die Größenordnung von 0,1 - 6 mm haben.
  • [AUSFÜHRUNGSFORM(EN)]
  • Nachstehend wird die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsformen und dergleichen in weiteren Einzelheiten beschrieben, doch wird die vorliegende Erfindung in keiner Weise durch die unten beschriebenen Ausführungsformen und dergleichen beschränkt.
  • [Ausführungsform 1]
  • Bei der Drehwinkelerfassungsvorrichtung 10 mit der in 1 und 2 gezeigten Ausgestaltung, wurde der Winkelerfassungsfehler AE mithilfe von Simulationen für Proben 1 - 10 ermittelt, bei denen eine unterschiedliche Abweichung der Positionierung des ersten Magnetsensorteils (Magnetsensorteile Nr. 1-1 bis Nr. 1-4 31A - 31D) und des zweiten Magnetsensorteils (Magnetsensorteile Nr. 2-1 bis Nr. 2-4 32A - 32D) der ersten bis vierten Magnetsensorsätze 3A - 3D herbeigeführt wurde. Bei den Proben 1 - 10 wurden die ersten bis vierten Magnetsensorsätze 3A - 3D in jedem von vier Gebieten positioniert, die beliebig aus den ersten bis sechsten Gebieten AR1 - AR6 ausgewählt wurden. Zum Vergleich wurde der Winkelerfassungsfehler AE ebenso durch Simulationen für eine Probe (Probe Ref.) ermittelt, bei der das Magnetsensorteil Nr. 1-1 31A des ersten Magnetsensorsatzes 3A in der Position von 0° (elektrischer Winkel) platziert wurde, das Magnetsensorteil Nr. 1-2 31B des zweiten Magnetsensorsatzes 3B in der Position von 36° (elektrischer Winkel) platziert wurde, das Magnetsensorteil Nr. 1-3 31C des dritten Magnetsensorsatzes 3C in der Position von 60° (elektrischer Winkel) platziert wurde und das Magnetsensorteil Nr. 1-4 31D des vierten Magnetsensorsatzes 3D in der Position von 96° (elektrischer Winkel) platziert wurde. Bei jeder Probe wurden die Magnetsensorteile Nr. 2-1 bis Nr. 2-4 32A - 32D mit einer Phasendifferenz von 90° (elektrischer Winkel) zu den Magnetsensorteilen Nr. 1-1 bis Nr. 1-4 31A- 31D in jedem Magnetsensorsatz positioniert. Die Positionierung der Magnetsensorteile Nr. 1-1 bis Nr. 1-4 31A - 31D und die Simulationsergebnisse für den Winkelerfassungsfehler AE sind in Tabelle 1 dargestellt. In Tabelle 1 werden die Positionen der Magnetsensorteile Nr. 1-1 bis Nr. 1-4 31A - 31D als Zahlenwerte des elektrischen Winkels ausgedrückt, wenn die Grenze zwischen dem ersten Gebiet AR1 und dem sechsten Gebiet AR6 in der in 1 und 2 dargestellten Drehwinkelerfassungsvorrichtung 10 mit 0° angesetzt wird und das erste Gebiet AR1 ein Gebiet in dem Winkelbereich von mindestens 0° und weniger als 360° (elektrischer Winkel) ist, das zweite Gebiet AR2 ein Gebiet in dem Winkelbereich von mindestens 360° und weniger als 720° (elektrischer Winkel) ist, das dritte Gebiet AR3 ein Gebiet in dem Winkelbereich von mindestens 720° und weniger als 1080° (elektrischer Winkel) ist, das vierte Gebiet AR4 ein Gebiet in dem Winkelbereich von mindestens 1080° und weniger als 1440° (elektrischer Winkel) ist, das fünfte Gebiet AR5 ein Gebiet in dem Winkelbereich von mindestens 1440° und weniger als 1800° (elektrischer Winkel) ist und das sechste Gebiet AR6 ein Gebiet in dem Winkelbereich von mindestens 1800° und weniger als 2160° (elektrischer Winkel) ist.
  • [Tabelle 1]
    Positionierung des ersten Magnetsensorteils (elektrischer Winkel) AE
    Nr. 1-1 Nr. 1-2 Nr. 1-3 Nr. 1-4
    Probe 1 36 720 1140 1896 0,450
    Probe 2 36 456 1140 1440 0,457
    Probe 3 60 456 1080 1476 0,476
    Probe 4 36 456 1080 1500 0,477
    Probe 5 396 1080 1500 1896 0,491
    Probe 6 60 756 1176 1800 0,494
    Probe 7 360 756 1500 1896 0,497
    Probe 8 60 456 1116 1800 0,498
    Probe 9 0 420 816 1476 0,509
    Probe 10 60 720 1176 1476 0,509
    Probe Ref. 0 36 60 96 1,521
  • [Ausführungsform 2]
  • Mit der Ausnahme, dass zwei beliebig gewählte Magnetsensorsätze in demselben Gebiet positioniert sind, wurde der Winkelerfassungsfehler AE in der gleichen Weise wie bei der Ausführungsform 1 durch Simulationen für die Proben 11 - 17 ermittelt, bei denen eine unterschiedliche Abweichung der Positionierung der Magnetsensorteile Nr. 1-1 bis Nr. 1-4 31A - 31D und der Magnetsensorteile Nr. 2-1 bis Nr. 2-4 32A - 32D der ersten bis vierten Magnetsensorsätze 3A - 3D herbeigeführt wurde. Die Positionierung der Magnetsensorteile Nr. 1-1 bis Nr. 1-4 31A - 31D und die Simulationsergebnisse für den Winkelerfassungsfehler AE sind in Tabelle 2 dargestellt. In Tabelle 2 werden die Positionen der Magnetsensorteile Nr. 1-1 bis Nr. 1-4 31A - 31D als Zahlenwerte des elektrischen Winkels ausgedrückt, wenn die Grenze zwischen dem ersten Gebiet AR1 und dem sechsten Gebiet AR6 in der in 1 und 2 dargestellten Drehwinkelerfassungsvorrichtung 10 mit 0° angesetzt wird und das erste Gebiet AR1 ein Gebiet in dem Winkelbereich von mindestens 0° und weniger als 360° (elektrischer Winkel) ist, das zweite Gebiet AR2 ein Gebiet in dem Winkelbereich von mindestens 360° und weniger als 720° (elektrischer Winkel) ist, das dritte Gebiet AR3 ein Gebiet in dem Winkelbereich von mindestens 720° und weniger als 1080° (elektrischer Winkel) ist, das vierte Gebiet AR4 ein Gebiet in dem Winkelbereich von mindestens 1080° und weniger als 1440° (elektrischer Winkel) ist, das fünfte Gebiet AR5 ein Gebiet in dem Winkelbereich von mindestens 1440° und weniger als 1800° (elektrischer Winkel) ist und das sechste Gebiet AR6 ein Gebiet in dem Winkelbereich von mindestens 1800° und weniger als 2160° (elektrischer Winkel) ist.
  • [Tabelle 2]
    Positionierung des ersten Magnetsensorteils (elektrischer Winkel) AE
    Nr. 1-1 Nr. 1-2 Nr. 1-3 Nr. 1-4
    Probe 11 360 456 1140 1836 0,519
    Probe 12 720 756 1176 1500 0,646
    Probe 13 0 96 1476 1860 0,748
    Probe 14 0 780 1440 1500 0,748
    Probe 15 756 816 1116 1536 0,932
    Probe 16 0 36 420 1176 0,955
    Probe 17 60 360 396 1896 1,006
    Probe Ref. 0 36 60 96 1,521
  • [Ausführungsform 3]
  • Mit der Ausnahme, dass ein mehrpoliger Magnet 2 mit acht Polpaaren verwendet wurde, wurde der Winkelerfassungsfehler AE in der gleichen Weise wie bei der Ausführungsform 1 durch Simulationen für die Proben 18 - 22 ermittelt, bei denen eine unterschiedliche Abweichung der Positionierung der Magnetsensorteile Nr. 1-1 bis Nr. 1-4 31A - 31D und der Magnetsensorteile Nr. 2-1 bis Nr. 2-4 32A - 32D der ersten bis vierten Magnetsensorsätze 3A - 3D herbeigeführt wurde. Die Positionierung der Magnetsensorteile Nr. 1-1 bis Nr. 1-4 31A - 31D und die Simulationsergebnisse für den Winkelerfassungsfehler AE sind in Tabelle 3 dargestellt. In Tabelle 3 werden die Positionen der Magnetsensorteile Nr. 1-1 bis Nr. 1-4 31A - 31D als Zahlenwerte des elektrischen Winkels ausgedrückt, wenn die Grenze zwischen dem ersten Gebiet AR1 und dem achten Gebiet AR8 in der in 3 dargestellten Drehwinkelerfassungsvorrichtung 10 mit 0° angesetzt wird und das erste Gebiet AR1 ein Gebiet in dem Winkelbereich von mindestens 0° und weniger als 360° (elektrischer Winkel) ist, das zweite Gebiet AR2 ein Gebiet in dem Winkelbereich von mindestens 360° und weniger als 720° (elektrischer Winkel) ist, das dritte Gebiet AR3 ein Gebiet in dem Winkelbereich von mindestens 720° und weniger als 1080° (elektrischer Winkel) ist, das vierte Gebiet AR4 ein Gebiet in dem Winkelbereich von mindestens 1080° und weniger als 1440° (elektrischer Winkel) ist, das fünfte Gebiet AR5 ein Gebiet in dem Winkelbereich von mindestens 1440° und weniger als 1800° (elektrischer Winkel) ist, das sechste Gebiet AR6 ein Gebiet in dem Winkelbereich von mindestens 1800° und weniger als 2160° (elektrischer Winkel) ist, das siebte Gebiet AR7 ein Gebiet in dem Winkelbereich von mindestens 2160° und weniger als 2520° (elektrischer Winkel) ist und das achte Gebiet AR8 ein Gebiet in dem Winkelbereich von mindestens 2520° und weniger als 2880° (elektrischer Winkel) ist. [Tabelle 3]
    Positionierung des ersten Magnetsensorteils (elektrischer Winkel) AE
    Nr. 1-1 Nr. 1-2 Nr. 1-3 Nr. 1-4
    Probe 18 0 456 1140 2196 0,503
    Probe 19 60 456 1476 2160 0,517
    Probe 20 36 720 1536 2220 0,521
    Probe 21 36 816 1500 2160 0,525
    Probe 22 0 816 1476 2220 0,531
    Probe Ref. 0 36 60 96 1,521
  • Wie in Tabelle 1 gezeigt, wurde bestätigt, dass im Vergleich zur Probe Ref., bei der alle von den ersten bis vierten Magnetsensorsätzen 3A - 3D im ersten Gebiet AR1 positioniert sind, bei den Proben 1 - 10, bei denen die ersten bis vierten Magnetsensorsätze 3A - 3D jeweils in voneinander verschiedenen Gebieten positioniert sind, der Winkelerfassungsfehler AE verringert werden kann.
  • Zudem wurde, wie in Tabelle 2 gezeigt, bestätigt, dass durch Positionieren von zwei beliebig aus den ersten bis vierten Magnetsensorsätzen 3A - 3D ausgewählten Magnetsensorsätzen in demselben Gebiet und Positionieren der anderen zwei Magnetsensorsätze in voneinander verschiedenen Gebieten der Winkelerfassungsfehler AE verringert werden kann (Proben 11~17).
  • Des Weiteren wurde bei den Proben 18 - 22, bei denen der mehrpolige Magnet 2 mit acht Polpaaren verwendet wurde, bestätigt, dass der Winkelerfassungsfehler AE verringert werden kann, wenn jeder der ersten bis vierten Magnetsensorsätze 3A - 3D in voneinander verschiedenen Gebieten positioniert ist.
  • Wie aus den oben beschriebenen Ergebnissen der Proben 1 - 22 und den Ergebnissen der Probe Ref. deutlich wird, ist es möglich, den Winkelerfassungsfehler AE zu verringern, wenn mindestens zwei der Magnetsensorsätze der ersten bis vierten Magnetsensorsätze 3A - 3D in voneinander verschiedenen Gebieten der ersten bis n-ten Gebiete AR1 - ARn positioniert sind und wenn die vier Magnetsensorteile Nr. 1-1 bis Nr. 1-4 31A - 31D in einem Winkelabstand positioniert sind, der Fehlerkomponenten, die mindestens harmonischen Wellen 3. Ordnung entsprechen, verringern kann, und es kann gefolgert werden, dass Drehwinkel mit hoher Genauigkeit erfasst werden können.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Magnetische Erfassungsvorrichtung
    2
    Mehrpoliger Magnet
    3
    Magnetisches Erfassungsbauteil
    31
    Erstes magnetisches Erfassungsbauteil
    31A
    Magnetsensorteil Nr. 1-1
    31B
    Magnetsensorteil Nr. 1-2
    31C
    Magnetsensorteil Nr. 1-3
    31D
    Magnetsensorteil Nr. 1-4
    32
    Zweites magnetisches Erfassungsbauteil
    32A
    Magnetsensorteil Nr. 2-1
    32B
    Magnetsensorteil Nr. 2-2
    32C
    Magnetsensorteil Nr. 2-3
    32D
    Magnetsensorteil Nr. 2-4
    3A
    Erster Magnetsensorsatz
    3B
    Zweiter Magnetsensorsatz
    3C
    Dritter Magnetsensorsatz
    3D
    Vierter Magnetsensorsatz
    4
    Arithmetik-Verarbeitungsbauelement
    41
    Bauteil zum Erzeugen eines korrigierten Signals
    43
    Drehwinkelerfassungsbauteil
    10
    Drehwinkelerfassungsvorrichtung
    AS1
    Erstes korrigiertes Signal
    AS2
    Zweites korrigiertes Signal
    DS1
    Erstes Erfassungssignal
    DS2
    Zweites Erfassungssignal
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 5110134 [0005]
    • JP 2017227578 [0005]

Claims (8)

  1. Drehwinkelerfassungsvorrichtung (10), umfassend: einen Magneten (2) mit n Polpaaren (wobei n eine Ganzzahl ist, die mindestens 3 beträgt), der derart vorgesehen ist, dass er integral mit einem Drehkörper drehbar ist, wobei die verschiedenen Magnetpole abwechselnd in der Umfangsrichtung angeordnet sind; magnetische Erfassungsbauteile (3), die in einem Gebiet am Umfang des Magneten (2) positioniert sind und in Übereinstimmung mit einer Änderung eines Magnetfelds, die mit einer Drehung des Magneten (2) einhergeht, ein erstes Erfassungssignal (DS1) und ein zweites Erfassungssignal (DS2) ausgeben; ein Bauteil (41) zum Erzeugen eines korrigierten Signals, das ein erstes korrigiertes Signal (AS 1) und ein zweites korrigiertes Signal (AS2) erzeugt, bei denen Fehlerkomponenten, die in dem ersten Erfassungssignal (DS1) und dem zweiten Erfassungssignal (DS2) enthalten sind, die jeweils von den magnetischen Erfassungsbauteilen (3) ausgegeben werden, verringert sind; und ein Drehwinkelerfassungsbauteil (43), das den Drehwinkel des Drehkörpers auf der Grundlage des ersten korrigierten Signals (AS1) und des zweiten korrigierten Signals (AS2) erfasst; wobei die magnetischen Erfassungsbauteile (3) mindestens ein erstes magnetisches Erfassungsbauteil (31), das das erste Erfassungssignal (DS1) ausgibt, und ein zweites magnetisches Erfassungsbauteil (32) umfassen, das das zweite Erfassungssignal (DS2) ausgibt; die Wellenform des ersten Erfassungssignals (DS1) und die Wellenform des zweiten Erfassungssignals (DS2) eine Phasendifferenz von 90 Grad zueinander aufweisen; jedes von dem ersten magnetischen Erfassungsbauteil (31) und dem zweiten magnetischen Erfassungsbauteil (32) eine Vielzahl von ersten Magnetsensorteilen (31A-31D) und eine Vielzahl von zweiten Magnetsensorteilen (32A-32D) umfasst; das Bauteil (41) zum Erzeugen eines korrigierten Signals erste Sensorsignale (S11+-S14+, S11--S14-) addiert, die von jedem der Vielzahl von ersten Magnetsensorteilen (31A-31D) ausgegeben werden, und zweite Sensorsignale (S21+-S24+, S21--S24-) addiert, die von jedem der Vielzahl von zweiten Magnetsensorteilen (32A~32D) ausgegeben werden, und hierdurch die Fehlerkomponenten verringert, die in jedem von dem ersten Erfassungssignal (DS1) und dem zweiten Erfassungssignal (DS2) enthalten sind; das Gebiet am Umfang des Magneten (2) in n Abschnitte längs des Umfangs unterteilt ist und der Reihe nach angeordnete erste bis n-te Gebiete (AR1-ARn) umfasst; mindestens zwei der ersten Magnetsensorteile der Vielzahl von ersten Magnetsensorteilen (31A-31D) in voneinander verschiedenen Gebieten der ersten bis n-ten Gebiete (AR1-ARn) positioniert sind; und mindestens zwei der zweiten Magnetsensorteile der Vielzahl von zweiten Magnetsensorteilen (32A-32D) in voneinander verschiedenen Gebieten der ersten bis n-ten Gebiete (AR1-ARn) positioniert sind.
  2. Drehwinkelerfassungsvorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei: n eine Ganzzahl ist, die mindestens 4 beträgt; das erste magnetische Erfassungsbauteil (31) und das zweite magnetische Erfassungsbauteil (32) jeweils vier der ersten Magnetsensorteile (31A-31D) und vier der zweiten Magnetsensorteile (32A-32D) umfassen; die vier ersten Magnetsensorteile (31A-31D) in voneinander verschiedenen Gebieten der ersten bis n-ten Gebiete (AR1-ARn) positioniert sind; und die vier zweiten Magnetsensorteile (32A-32D) in voneinander verschiedenen Gebieten der ersten bis n-ten Gebiete (AR1-ARn) positioniert sind.
  3. Drehwinkelerfassungsvorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei: n eine Ganzzahl ist, die mindestens 4 beträgt; das erste magnetische Erfassungsbauteil (31) und das zweite magnetische Erfassungsbauteil (32) jeweils vier der ersten Magnetsensorteile (31A-31D) und vier der zweiten Magnetsensorteile (32A-32D) umfassen; zwei der ersten Magnetsensorteile, die aus den vier ersten Magnetsensorteilen (31A-31D) ausgewählt sind, in einem Gebiet der ersten bis n-ten Gebiete (AR1-ARn) positioniert sind; und zwei der zweiten Magnetsensorteile, die aus den vier zweiten Magnetsensorteilen (32A-32D) ausgewählt sind, in einem Gebiet der ersten bis n-ten Gebiete (AR1-ARn) positioniert sind.
  4. Drehwinkelerfassungsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei: die Vielzahl von ersten Magnetsensorteilen (31A-31D) mindestens eine Gruppe aus zwei ersten Magnetsensorteilen umfasst, die in einem Winkelabstand von 60 + 360 × X° (wobei X eine Ganzzahl ist, die mindestens 0 und höchstens n-1 beträgt) in elektrischem Winkel positioniert sind; und die Vielzahl von zweiten Magnetsensorteilen (32A-32D) mindestens eine Gruppe aus zwei zweiten Magnetsensorteilen umfasst, die in einem Winkelabstand von 60 + 360 × X° (wobei X eine Ganzzahl ist, die mindestens 0 und höchstens n-1 beträgt) in elektrischem Winkel positioniert sind.
  5. Drehwinkelerfassungsvorrichtung (10) nach Anspruch 4, wobei: die Vielzahl von ersten Magnetsensorteilen (31A-31D) mindestens zwei Gruppen aus zwei ersten Magnetsensorteilen umfasst, die in einem Winkelabstand von 60 + 360 × X° (wobei X eine Ganzzahl ist, die mindestens 0 und höchstens n-1 beträgt) in elektrischem Winkel positioniert sind; und die Vielzahl von zweiten Magnetsensorteilen (32A-32D) mindestens zwei Gruppen aus zwei zweiten Magnetsensorteilen umfasst, die in einem Winkelabstand von 60 + 360 × X° (wobei X eine Ganzzahl ist, die mindestens 0 und höchstens n-1 beträgt) in elektrischem Winkel positioniert sind.
  6. Drehwinkelerfassungsvorrichtung (10) nach Anspruch 4 oder 5, wobei: die Vielzahl von ersten Magnetsensorteilen (31A-31D) mindestens eine Gruppe aus zwei ersten Magnetsensorteilen umfasst, die in einem Winkelabstand von 36 + 360 × Y° (wobei Y eine Ganzzahl ist, die mindestens 0 und höchstens n-1 beträgt) in elektrischem Winkel positioniert sind; und die Vielzahl von zweiten Magnetsensorteilen (32A-32D) mindestens eine Gruppe aus zwei zweiten Magnetsensorteilen umfasst, die in einem Winkelabstand von 36 + 360 × Y° (wobei Y eine Ganzzahl ist, die mindestens 0 und höchstens n-1 beträgt) in elektrischem Winkel positioniert sind.
  7. Drehwinkelerfassungsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei jedes von den ersten Magnetsensorteilen (31A-31D) und den zweiten Magnetsensorteilen (32A~32D) eine Vielzahl von magnetoresistiven Elementen (R111-R124, R211-R224) umfasst.
  8. Drehwinkelerfassungsvorrichtung (10) nach Anspruch 7, wobei die magnetoresistiven Elemente (R111-R124, R211-R224) Hall-Elemente, AMR-Elemente, GMR-Elemente oder TMR-Elemente sind.
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