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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Rotationswinkel-Erfassungsvorrichtung,
die besonders zur Verwendung in einem bürstenlosen Gleichstrommotor
geeignet ist, der als eine Ansteuerquelle zum Ansteuern eines Drosselventils,
welches für eine in einem Fahrzeug angeordneten Ausrüstung
verwendet wird, eines EGR-(Exhaust Gas Recirculation System bzw.
Abgasrückführsystem) Ventils, eines beweglichen
Schiebers eines VG-(Variable Geometrie) Turbosystems oder dergleichen
verwendet wird.
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Stand der Technik
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Eine
Rotationswinkel-Erfassungsvorrichtung verwendet zum Beispiel zwei
magnetische Sensoren zum Eingeben eines Sensorausgabesignals, welches
von jedem magnetischen Sensor gemäß des Rotationswinkels
einer drehbaren Einheit, wie zum Beispiel ein bürstenloser
Gleichstrommotor, an eine Signalverarbeitungseinheit ausgegeben
wird, und erfasst den Rotationswinkel der drehbaren Einheit durch
Ausführen eines vorbestimmten Signalprozesses durch die
Signalverarbeitungseinheit.
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Zu
diesem Zeitpunkt berechnet die Signalverarbeitungseinheit den Rotationswinkel
während einer Rotation bzw. Umdrehung (360 Grad) aus sowohl
einem Rotationswinkel zu dem Zeitpunkt, wenn eines der zwei Sensorausgabesignale
einen Nulldurchgang aufweist, wobei die zwei Sensorausgabesignale
von den magnetischen Sensoren gemäß dem Rotationswinkel
der drehbaren Einheit ausgegeben werden und wobei eines eine Sinuswelle
und eines eine Kosinuswelle ist, als auch dem Vorzeichen des anderen
Sensorausgabesignals (Verweis zum Beispiel auf Patentreferenz 1).
- [Patentreferenz 1] JP,2004-191101,A (Paragraphen [0048]
bis [0051] und 9)
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Obwohl
ein Rotationswinkel während einer Rotation mit einem hohen
Genauigkeitsgrad erfasst werden kann, gemäß der
in der oben genanten Patentreferenz 1 offenbarten Technologie, wird
die Erfassung schwierig, wenn die drehbare Einheit eine oder mehrere
Rotationen ausführt, da es zwei oder mehr Bedingungen gibt,
welche zu dem gleichen Signalzustand führen.
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Da
zum Beispiel ein bürstenloser Gleichstrommotor, der als
eine Ansteuerquelle zum Ansteuern eines Drosselventils, welches
für eine in einem Fahrzeug angeordneten Ausrüstung
verwendet wird, eines EGR-(Exhaust Gas Recirculation System bzw. Abgasrückführsystem)
Ventils, eines beweglichen Schiebers eines VG-(Variable Geometrie)Turbosystems
oder dergleichen verwendet wird, den OFFEN/GESCHLOSSEN Zustand des
Ventils über den gesamten Bereich während vielfacher
Rotationen (z. B. zwei Rotationen) steuert, besteht ein Problem
in dem Genauigkeitsgrad und darin, dass es schwierig ist, die herkömmliche
Technologie zu verwenden.
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Die
vorliegende Erfindung dient der Lösung der oben genannten
Probleme und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in
der Bereitstellung einer Rotationswinkel-Erfassungsvorrichtung,
welche unter Verwendung eines Rotationswinkelsensors, der eine Rotation
erfassen kann, einen Rotationswinkel gemäß vielfacher
Rotationen mit einem hohen Genauigkeitsgrad erfassen kann.
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Um
die oben genannten Probleme zu lösen umfasst eine Rotationswinkel-Erfassungsvorrichtung gemäß vorliegender
Erfindung eine arithmetische Verarbeitungseinrichtung zum Erfassen
einer Änderung eines Rotationswinkels einer oder mehrerer
Rotationen aus einer Richtungsänderung eines Vorzeichens
eines der zwei Sensorausgabesignale, die gegeneinander phasenverschoben
sind, und eines Vorzeichens des anderen der zwei Sensorausgabesignale,
und zum Erzeugen einer Vielfachrotations-Winkelinformation aus einer
Information über die erfasste Änderung des Rotationswinkels
einer oder mehrerer Rotationen und einer Rotationswinkelinformation über
eine Rotation, die aus den Sensorausgabesignalen berechnet wird.
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Eine
Rotationswinkel-Erfassungsvorrichtung gemäß vorliegender
Erfindung umfasst eine arithmetische Verarbeitungseinrichtung zum
Erzeugen von Signalen zweier Phasen, wobei jede eine willkürliche
Anzahl von Teilungen pro eine Rotation aufweist und die Signale
zweier Phasen gegeneinander phasenverschoben sind, aus einer Rotationswinkelinformation über
eine Rotation, die aus zwei gegeneinander phasenverschobenen Sinuswellen-Sensorausgabesignalen
berechnet wird, und zum Erhöhen oder Verringern einer Anzahl,
wie oft sich die Signale zweier Phasen gemäß einer
Richtungsänderung in den Signalen und den Stärken
der Signalen ändert.
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Die
Eine Rotationswinkel-Erfassungsvorrichtung gemäß vorliegender
Erfindung kann unter Verwendung eines Rotationswinkelsensors, der
eine Rotation erfassen kann, leicht einen Rotationswinkel bei vielfachen
Rotationen mit einem hohen Grad an Genauigkeit erfassen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine Ansicht zur Erläuterung der Sensoren, die eine Rotationswinkel-Erfassungsvorrichtung
gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung
verwendet, und des Erfassungssystems;
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2 ist
eine Ansicht eines Vektors, der durch zwei Sinuswellen-Sensorausgabesignale
definiert ist, die zueinander phasenverschoben sind;
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3 ist
eine Ansicht, die als <Tabelle
1> ein Prinzip der
zugrunde liegenden vielfachen Rotationserfassung durch die Rotationswinkel-Erfassungsvorrichtung
gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung
zeigt;
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4 ist
ein Blockdiagramm zur Ansicht der Konfiguration interner Schaltungen
der Rotationswinkel-Erfassungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 1
der vorliegenden Erfindung;
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5 ist
ein Zeitablaufdiagramm zur Ansicht des Betriebs der Rotationswinkel-Erfassungsvorrichtung
gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden
Erfindung im Fall der normalen Rotation;
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6 ist
ein Zeitablaufdiagramm zur Ansicht des Betriebs der Rotationswinkel-Erfassungsvorrichtung
gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden
Erfindung im Fall der entgegengesetzten Rotation;
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7 ist
eine Ansicht zur Darstellung des Betriebs der Erfassungseinrichtung
gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden
Erfindung und zur Ansicht einer Beziehung zwischen einem Rotationszahl-Identifikationssignal
und einem Berechnungsprozess zum Berechnen eines Rotationswinkels
in Tabellenform <Tabelle
2>;
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8 ist
ein Blockdiagramm zur Ansicht der Konfiguration interner Schaltungen
einer Rotationswinkel-Erfassungsvorrichtung gemäß Ausführungsform
2 der vorliegenden Erfindung;
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9 ist
ein Zeitablaufdiagramm zur Ansicht des Betriebs der Rotationswinkel-Erfassungsvorrichtung
gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden
Erfindung im Fall der normalen Rotation;
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10 ist
ein Zeitablaufdiagramm zur Ansicht des Betriebs der Rotationswinkel-Erfassungsvorrichtung
gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden
Erfindung im Fall der entgegengesetzten Rotation;
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11 ist
eine Ansicht eines Beispiels der internen Konfiguration einer A/B-Phasensignal-Erzeugungseinheit
zur Verwendung in der Rotationswinkel-Erfassungsvorrichtung gemäß Ausführungsform
2 der vorliegenden Erfindung;
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12 ist
eine Ansicht einer Beziehung zwischen Signaländerungen
der Phase A und Phase B und einer Änderung eines Zählwerts
der Rotationswinkel-Erfassungsvorrichtung gemäß Ausführungsform
2 der vorliegenden Erfindung im Fall der normalen Rotation; und
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13 ist
eine Ansicht einer Beziehung zwischen Signaländerungen
der Phase A und Phase B und einer Änderung eines Zählwerts
der Rotationswinkel-Erfassungsvorrichtung gemäß Ausführungsform
2 der vorliegenden Erfindung im Fall der entgegengesetzten Rotation;
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Bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung
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Im
Folgenden werden zur detaillierten Erläuterung dieser Erfindung
die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung
mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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Ausführungsform 1
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1 ist
eine Ansicht zur Erläuterung der Sensoren, die eine Rotationswinkel-Erfassungsvorrichtung
gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung
verwendet, und des Erfassungssystems.
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In
dieser Ausführungsform sind auf einer Magnetscheibe 1,
welche zusammen mit einem nicht gezeigten Gleichstrommotor rotiert,
zwei Hall-Sensoren 2 und 3 an Offsetpositionen
fest angeordnet, die einen Winkel von circa 90 Grad vom Zentrum
der Scheibe ausbilden, und wobei die Hall-Sensoren das Erfassungssystem
ausbilden.
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Wie
in 2(a) gezeigt, können Vx
und Vy, bei denen es sich um die Ausgaben der Hall-Sensoren 2 und 3 handelt,
als ein Vektor dargestellt werden. Tatsächlich geben die
Sensoren Sinuswellen-Ausgabesignale aus, die gegeneinander phasenverschoben
sind, wie zum Beispiel in 2(b) gezeigt.
In diesem Fall weisen die zwei Sensorausgabesignale eine Periode
von 1/n pro Rotation auf (n ist eine willkürliche ganze
Zahl).
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Die
Sensoren zur Verwendung in der Rotationswinkel-Erfassungsvorrichtung
sind nicht auf die Hall-Sensoren 2 und 3 beschränkt
und andere Rotationswinkel-Erfassungssensoren, wie zum Beispiel magnetische
Sensoren, können alternativ verwendet werden.
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3 ist
eine Ansicht, die als <Tabelle
1> ein Prinzip der
zugrunde liegenden vielfachen Rotationserfassung zeigt, zum Erfassen
einer Rotation, bei der der Rotationswinkel eine Umdrehung (360
Grad) überschreitet, durch die Rotationswinkel-Erfassungsvorrichtung
gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden
Erfindung.
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Es
ist wohlbekannt, dass ein Rotationswinkel einer Umdrehung von zwei
Sensorausgabesignalen erfasst werden kann, die um 90 Grad phasenverschoben
sind. Die Rotationswinkel-Erfassungsvorrichtung gemäß Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung kann einen Rotationswinkel vielfacher
Rotationen bzw. Umdrehungen von den zwei Sensorausgabesignalen erfassen,
die um 90 Grad phasenverschoben sind.
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Wenn
in einem konkreten Erfassungsprinzip die zwei Sinuswellen-Sensorausgabesignale
Vx und Vy, wie in 2(b) gezeigt, gegeneinander
phasenverschoben erzeugt werden, wird eine Kombination unter den
in 3 als <Tabelle
1> gezeigten Kombinationen
zu dem Zeitpunkt verwendet, wenn Vx oder Vy einen Nulldurchgang
bei 360 Grad aufweisen. Als Ergebnis kann abgeleitet werden, aus
der Richtungsänderung des Vorzeichens eines der zwei Sensorausgabesignale
zum Zeitpunkt, wenn der Nulldurchgang erfolgt, und des Vorzeichens
des anderen Sensorausgabesignals, ob die Scheibe eine oder mehr Umdrehungen
durchgeführt hat.
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Zum
Beispiel zeigt zum Zeitpunkt der nullten Umdrehung (0 Grad), der
ersten Umdrehung (360 Grad) und der zweiten Umdrehung (720 Grad)
die Richtungsänderung im Vorzeichen von Vx, wenn Vx im
Fall der normalen Rotation einen Nulldurchgang aufweist, einen Übergang
von – zu + an, und das Vorzeichen von Vy ist zu diesem
Zeitpunkt +. Darüber hinaus zeigt zum Zeitpunkt der nullten
Umdrehung (0 Grad), der ersten Umdrehung (360 Grad) und der zweiten
Umdrehung (720 Grad) die Richtungsänderung im Vorzeichen
von Vx, wenn Vx im Fall der reversen bzw. entgegengesetzten Rotation
einen Nulldurchgang aufweist, einen Übergang von + zu – an, und
das Vorzeichen von Vy ist zu diesem Zeitpunkt –. Unter
Verwendung dieser Kombinationen kann daher bestimmt werden, ob die
Scheibe eine oder mehrere Umdrehung durchgeführt hat.
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Durch
Erfassung der Vorzeichen und einer Änderungsgrenze unter
Verwendung einer Vergleichseinheit oder dergleichen kann daher,
zum Beispiel, eine Vielfachumdrehungs-Winkelerfassung einzig durch
arithmetische Operationen an binären Zahlen ausgeführt
werden, wobei jede positiv oder negativ ist, und eine Kombination
von Hardwareteilen, die hauptsächlich Computereinheiten
umfassen, kann leicht konfiguriert werden. In dieser Ausführungsform
wird diese Kombination von Hardwareteilen generisch als eine arithmetische
Verarbeitungseinheit bezeichnet.
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4 ist
ein Blockdiagramm zur beispielhaften Ansicht der Konfiguration interner
Schaltungen der Rotationswinkel-Erfassungsvorrichtung gemäß Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung.
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Wie
in 4 gezeigt, wird die Rotationswinkel-Erfassungsvorrichtung
gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden
Erfindung mit AD (Analog Digital) Wandlern 11 und 12,
Korrekturbetriebseinheiten 13 und 14, Vergleichseinheiten 15 und 16,
einer Grenzerfassungseinheit 17, einer Pulszähleinheit 18,
einer Eine-Umdrehung-Winkel-Berechnungseinheit 19, eine
Vielfachrotations-Verarbeitungsschaltung 20 und einem DA
(Digital Analog) Wandler 21 bereitgestellt.
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Die
oben genannten Konfigurationsblöcke 11 bis 21 arbeiten
kooperativ miteinander, so dass sie als eine arithmetische Verarbeitungseinheit
funktionieren, zum Erfassen einer Veränderung eines Rotationswinkels
einer oder mehrerer Umdrehungen aus der Richtungsänderung
des Vorzeichens eines der Sensorausgabesignale (die Ausgabesignale
der Hallsensoren 2 und 3) und des Vorzeichens
des anderen der zwei Sensorausgabesignale, und zum Erzeugen einer
Vielfachrotations-Winkelinformation aus der Information der erfassten Änderung
des Rotationswinkels einer oder mehrerer Umdrehungen und einer Rotations-Winkelinformation über
eine Umdrehung, die aus den Sensorausgabesignalen berechnet wird.
Eine detaillierte Beschreibung des Prozesses erfolgt im Folgenden.
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5 und 6 sind
Zeitablaufdiagramme zur Ansicht des Betriebs der Rotationswinkel-Erfassungsvorrichtung
gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden
Erfindung im Fall der normalen Rotation (5) und im
Fall der entgegengesetzten Rotation (6). In den 5 und 6 sind
die Wellenformen der Signale mit den gleichen Namen wie in 4 die
gleichen Signale wie die in 4 gezeigten,
und (a) zeigt einen Rotationswinkel θ, (b) zeigt ein X-Komponentensignal,
(c) zeigt ein Y-Komponentensignal, (d) zeigt ein X-Komponentenvorzeichensignal,
(e) zeigt ein Y-Komponentenvorzeichensignal, (f) zeigt + Pulse,
(g) zeigt – Pulse, und (h) zeigt die Ausgabe der Pulszähleinheit 18.
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Im
Folgenden wird der Betrieb der in 4 gezeigten
Rotationswinkel-Erfassungsvorrichtung gemäß Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung detailliert mit Bezug auf die Zeitablaufdiagramme
der 5 und 6 beschrieben.
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Zuerst
werden die analogen Signale Vx und Vy, bei denen es sich um die
zwei Sinuswellen-Sensorsignale handelt, die durch die Hall-Sensoren 2 und 3 ausgegeben
werden, durch die AD (Analog Digital) Wandler 11 bzw. 12 in
digitale Signale gewandelt, und an die Korrekturbetriebseinheiten 13 bzw. 14 ausgegeben.
Die Korrekturbetriebseinheiten 13 und 14 führen
Korrekturen in Bezug auf Amplitude und Offset durch, auf jeweils
zu korrigierenden Teilen der digitalen Signale, und liefern die
korrigierten digitalen Signale an die Eine-Umdrehung-Winkel-Berechnungseinheit 19,
und die Eine-Umdrehung-Winkel-Berechnungseinheit 19 führt
eine Berechnung eines Rotationswinkels während einer Umdrehung
aus und gibt den Rotationswinkel θ aus (ein n-Bit Eine-Umdrehung-Positionssignal:
ein digitaler Wert). Da deren Betrieb gleich der einer herkömmlichen
Rotationswinkel-Erfassungsvorrichtung ist, wird eine konkrete Beschreibung
des Betriebs im Folgenden weggelassen.
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Die
Ausgaben der oben genannten Korrekturbetriebseinheiten 13 und 14 werden
nicht dem Eine-Umdrehung-Winkel-Berechnungseinheit 19 zugeführt,
sondern auch ersten Eingabeterminals der Vergleichseinheiten 15 bzw. 16.
Ein voreingestellter Null-Referenzwert wird an jedes von zweiten
Eingabeterminals der Vergleichseinheiten 15 und 16 geliefert,
und diese Vergleichseinheiten führen einen Vergleich durch, zwischen
den Ausgaben der Korrekturbetriebseinheiten und dem jeweiligen Null-Referenzwert.
Jede der Vergleichseinheiten 15 und 16 geben ein
Zeichen (Signal) „Hoch” oder „Niedrig” an
die Grenzerfassungseinheit 17 aus. Die Grenzerfassungseinheit 17 ist
so konfiguriert, dass, als Antwort auf die Signale der Vergleichseinheiten 15 und 16, ein
+ Puls ausgegeben wird, wenn die normalen, in der Tabelle der 3 gezeigten
Rotationsbedingungen bei 0 Grad, 360 Grad und 720 Grad erfüllt
sind, und ein – Puls ausgegeben wird, wenn die Bedingungen
der entgegengesetzten Rotation bei 0 Grad, bei 360 Grad und bei
720 Grad erfüllt sind. Der durch die Erfassung erzeugte
+ Puls oder – Puls wird an die Pulszähleinheit 18 ausgegeben.
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Die
Konfiguration der oben genannten Grenzerfassungseinheit 17 ist
zum Beispiel detailliert in einem Positionserfassungsverfahren bei
Verwendung eines in Fig. 6.5 in „Practice of Theory
and Design on AC Servo System", Sougosyuppansha,
gezeigten inkrementellen Impulsgeber gezeigt.
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Die
Pulszähleinheit 18 ist für 2 Bits ausgelegt und
ist derart konfiguriert, dass, wenn ein + Puls von der Grenzerfassungseinheit 17 ausgegeben
wird, deren Zählwert durch +1 aktualisiert wird, und, wenn
ein – Puls von der Grenzerfassungseinheit 17 ausgegeben
wird, deren Zählwert durch –1 aktualisiert wird. Der
Zählwert wird an die Vielfachrotation-Verarbeitungsschaltung 20 als
ein Rotationszahl-Identifikationssignal ausgegeben.
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Die
Vielfachrotation-Verarbeitungsschaltung 20 ist derart konfiguriert,
dass ein Prozess, wie zum Beispiel in <Tabelle 2> der 7 gezeigt,
gemäß des von der Pulszähleinheit 18 ausgegebenen
2-Bit Rotationszahl-Identifikationssignals ausgeführt wird,
um (n + 1)-Bit Daten an den DA-Wandler 21 auszugeben, bei
denen es sich um ein Vielfachrotations-Positionssignal handelt,
entsprechend eines Winkels im Bereich von 0 Grad bis 720 Grad, wobei
der DA-Wandler 21 derart konfiguriert ist, dass das digitale
Signal in ein analoges Signal gewandelt wird und dieses analoge
Signal an ein nicht gezeigtes Ventilsteuersystem ausgegeben wird.
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<Tabelle 2> in 7 zeigt
eine Beziehung zwischen dem 2-Bit Rotationszahl-Identifikationssignal,
welches durch die Pulszähleinheit 18 ausgegeben
wird, und dem Prozess zum Berechnen des Rotationswinkels θ (Änderung
von ±360 Grad des Eine-Umdrehung-Winkel-Signals) durch
die Vielfachrotation-Verarbeitungsschaltung 20.
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Die
Tabelle zeigt, dass, wenn das von der Pulszähleinheit 18 ausgegebene
Rotationszahl-Identifikationssignal „0” ist, die
Vielfachrotations-Verarbeitungsschaltung 20 den von der
Eine-Umdrehung-Winkel-Berechnungseinheit 19 ausgegebenen Rotationswinkel θ an
den DA-Wandler 21 so wie er ist ausgibt, wenn das von der
Pulszähleinheit 18 ausgegebene Rotationszahl-Identifikationssignal „1” ist,
die Vielfachrotations-Verarbeitungsschaltung 20 zu dem von
der Eine-Umdrehung-Winkel-Berechnungseinheit 19 ausgegebenen
Rotationswinkel θ 360 Grad addiert und das Additionsresultat
an den DA-Wandler 21 ausgibt, und wenn das von der Pulszähleinheit 18 ausgegebene
Rotationszahl-Identifikationssignal „2” ist, die
Vielfachrotations-Verarbeitungsschaltung 20 zu dem von
der Eine-Umdrehung-Winkel-Berechnungseinheit 19 ausgegebenen
Rotationswinkel θ 720 Grad addiert und das Additionsresultat
an den DA-Wandler 21 ausgibt.
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Unter
der Annahme, dass der gesamte Bereich der offenen oder geschlossenen
Position des Ventils während zweier Umdrehungen (720 Grad) überwacht
wird, führt in dieser Ausführungsform, wenn das
von der Pulszähleinheit 18 ausgegebene Rotationszahl-Identifikationssignal „3” ist,
die Vielfachrotations-Verarbeitungsschaltung 20 keine Aktualisierung
des Rotationswinkels θ durch, der durch die Rotationswinkel-Berechnungseinheit 19 ausgegeben
wurde. In einem Fall, bei dem der gesamte Bereich der offenen oder
geschlossenen Position des Ventils während sechs Umdrehungen überwacht wird,
wird ein Drei-Bit Signal als Rotationszahl-Identifikationssignal
benötigt. Im Übrigen kann diese Bitzahl willkürlich
eingestellt werden.
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Wie
vorher beschrieben, erfasst in der oben genannten Rotationswinkel-Erfassungsvorrichtung gemäß Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung die arithmetische Verarbeitungseinrichtung eine
Veränderung eines Rotationswinkels einer oder mehrerer
Umdrehungen aus der Richtungsänderung des Vorzeichens eines
der Sensorausgabesignale und des Vorzeichens des anderen der Sensorausgabesignale,
und erzeugt eine Vielfachrotations-Winkelinformation aus der Information
der erfassten Veränderung der Rotationswinkel einer oder
mehrerer Umdrehungen und eine Rotationswinkelinformation einer Umdrehung,
die aus den Sensorausgabesignalen berechnet wird. Die Rotationswinkel-Erfassungsvorrichtung
kann die arithmetische Operation zum Berechnen eines Rotationswinkels
vielfacher Umdrehungen durch bloße Verwendung einfacher
Hardware einschließlich einer Computereinheit ausführen,
ohne eine Schaltung im großen Maßstab, wie zum
Beispiel eine CPU (Central Processing Unit bzw. Zentrale Verarbeitungseinheit).
Daher kann die Rotationswinkel-Erfassungsvorrichtung einen Rotationswinkel
bei vielfachen Rotationen erfassen, unter Verwendung eines Rotationswinkelsensors,
der eine Umdrehung erfassen kann, während sie mit einer
reduzierten Größe und durch geringe Kosten konfiguriert
ist.
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Darüber
hinaus wird im Folgenden ein Verfahren zur Vereinfachung der in 4 gezeigten Pulszähleinheit 18 in
einem speziellen Fall beschrieben, bei dem der Rotationsbereich
zwei Umdrehungen nicht überschreitet. In der in 2(b) gezeigten Anordnung gibt es frei
Zeitpunkte, bei denen Vx einen + Wert aufweist und Vy ansteigt:
0 Grad, 360 Grad und 720 Grad, und die Pulszähleinheit 18 arbeitet
bei jedem dieser Zeitpunkte. In dem Fall, dass der Rotationsbereich
zwei Umdrehungen nicht überschreitet, kann jedoch dadurch,
dass die Pulszähleinheit nur bei der Position 360 Grad
arbeitet, nur eine binäre Information bereitgestellt werden,
die in Tabelle 2 entweder 360 Grad oder weniger oder 360 Grad oder
mehr anzeigt, so dass die Pulszähleinheit nur durch 1 Bit
ausgebildet sein kann. In diesem Fall wird ein Startpunkt als eine
Position definiert, die von der Anfangsposition des vollen Hubs
um δ1 nach vorn verschoben ist, und ein Endpunkt wird als
eine Position definiert, die von der 720 Grad Position um δ2 zurück
verschoben ist, wie in 2(b) gezeigt,
so dass der Start- und Endpunkt von deren Anfangspositionen um sehr
kleine Beträge verschoben sind. δ1 und δ2
haben beide einen Wert, der gleich oder größer
als ein Erfassungsfehlerbereich der Rotationserfassungseinrichtungen
sind, und der, im Fall, dass die Rotationserfassungseinrichtungen
einfache Sensoren sind, typischerweise gleich oder größer
als einige Grad sind.
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Durch
das Einstellen der Start- und Endpunkte auf diese Art tritt ein
Zeitpunkt, bei dem Vx einen + Wert aufweist und Vy ansteigt, nur
einmal in dem Hubbereich von 720 Grad –(δ1 + δ2)
auf. Daher weist das in Tabelle 2 gezeigte Rotationszahl-Identifikationssignal
nur einen Wert von 0 oder 1 auf, und die Anzahl verarbeiteter Bits
der Pulszähleinheit 18 und der Vielfachrotations-Verarbeitungsschaltung können
auf 1 Bit reduziert werden. Dadurch entsteht durch die Vereinfachung
der gesamten Vorrichtung ein Vorteil.
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Ausführungsform 2
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8 ist
ein Blockdiagramm zur Ansicht der Konfiguration interner Schaltungen
einer Rotationswinkel-Erfassungsvorrichtung gemäß Ausführungsform
2 der vorliegenden Erfindung. Wie in 8 gezeigt
wird die Rotationswinkel-Erfassungsvorrichtung gemäß Ausführungsform
2 der vorliegenden Erfindung mit AD (Analog Digital) Wandlern 31 und 32, Korrekturbetriebseinheiten 33 und 34,
einem Eine-Umdrehung-Winkel-Berechnungseinheit 35, einer AB-Phasensignal-Erzeugungseinheit 36,
einer Impulsgeberzähleinheit 37 und einem DA-Wandler 38 bereitgestellt.
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Die
oben genannten Konfigurationsblöcke 31 bis 38 arbeiten
kooperativ miteinander, um als eine arithmetische Verarbeitungseinrichtung
zum Erzeugen von Signalen zweier Phasen zu funktionieren, wobei
jede eine willkürliche Anzahl von Teilungen pro einzelner
Umdrehung aufweist und die zwei Phasensignale gegeneinander phasenverschoben sind,
aus einer Rotationswinkelinformation über eine Umdrehung,
die aus zwei gegeneinander phasenverschobenen Sinuswellen-Ausgabesignalen
berechnet wird, und zum Erhöhen oder Verringern der Anzahl, wie
oft die oben genannten Signale der zwei Phasen sich gemäß der
Richtungsänderung in den Signalen und den Stärken
der Signale verändert haben. Eine detaillierte Beschreibung
des Betriebs erfolgt im Folgenden.
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9 und 10 sind
Zeitablaufdiagramme zur Ansicht des Betriebs der Rotationswinkel-Erfassungsvorrichtung
gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden
Erfindung im Fall einer normalen Rotation bzw. im Fall einer entgegengesetzten
Rotation. In den 9 und 10 sind
die Wellenformen der Signale mit den gleichen, in 8 gezeigten
Namen gleich denen, die in 8 gezeigt
werden, und (a) zeigt einen Rotationswinkel θ, (b) zeigt
ein X-Komponentensignal, (c) zeigt ein Y-Komponentensignal, (d) zeigt
eine Ausgabe θ der Eine-Umdrehung-Winkel-Berechnungseinheit,
(e) zeigt Pulse der Phase A und (f) zeigt Pulse der Phase B.
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Im
Folgenden wird der Betrieb der Rotationswinkel-Erfassungsvorrichtung
gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden
Erfindung, wie in 8 gezeigt, detailliert mit Bezug
auf die Zeitablaufdiagramme der 9 und 10 beschrieben.
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Zuerst
werden analoge Signale Vx und Vy, bei denen es sich um die zwei
Sinuswellen-Sensorsignale handelt, die durch Hall-Sensoren 2 und 3 ausgegeben
werden, durch die AD (Analog Digital) Wandler 31 bzw. 32 in
digitale Signale gewandelt, und an die Korrekturbetriebseinheiten 33 bzw. 34 ausgegeben.
Die Korrekturbetriebseinheiten 33 und 34 führen
Korrekturen in Bezug auf Amplitude und Offset an jeweils zu korrigierenden
Teilen der digitalen Signale durch, und liefert das korrigierte
digitale Signal an die Eine-Umdrehung-Winkel-Berechnungseinheit 35,
wobei die Eine-Umdrehung-Winkel-Berechnungseinheit 35 eine
Berechnung einer Rotationswinkels während einer Umdrehung
ausführt und den Rotationswinkel θ (ein n-Bit
digitaler Wert) ausgibt. Da deren Prozesse gleich denen einer herkömmlichen
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Rotationswinkel-Erfassungsvorrichtung
sind, wird eine konkrete Beschreibung der Prozesse im Folgenden
weggelassen.
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Diese
Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die A/B-Phasensignal-Erzeugungseinheit 36 digitale
Signale der Phase A und Phase B erzeugt und ausgibt, die einer Umdrehung
und 1/n (n ist eine willkürliche ganze Zahl) des oben genannten Rotationswinkels θ entsprechen,
und die gegeneinander phasenverschoben sind.
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Die
A/B-Phasensignal-Erzeugungseinheit 36 umfasst zum Beispiel
einen Drehimpulsgeber zum Ausgeben von gegeneinander phasenverschoben Pulsen
gemäß der Rotationsrichtung. Der Drehimpulsgeber
erzeugt Pulse, deren Anzahl sich in Abhängigkeit von seiner
Auflösung unterscheidet, jedes Mal, wenn seine Motorwelle
um eine feste Größe rotiert, und eine Information
darüber, um wie viel Grad sich die Welle bewegt hat, und
wie viele Rotationen die Welle durchgeführt hat, kann durch
Zählen der Pulse angezeigt werden. Da die Richtung der
Rotation jedoch nicht aus der Information bestimmt werden kann,
gibt die A/B-Phasensignal-Erzeugungseinheit Pulse zweier Phasen
aus.
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Wenn
zum Beispiel die Welle im Uhrzeigersinn rotiert, gibt die A/B-Phasensignal-Erzeugungseinheit
zuerst Pulse einer Phase A aus, und gibt dann Pulse der Phase B
aus, während die Pulse der Phase A ausgegeben werden. Im
Gegensatz dazu gibt, wenn die Welle entgegen dem Uhrzeigersinn rotiert, die
A/B-Phasensignal-Erzeugungseinheit zuerst Pulse der Phase B aus,
und gibt dann Pulse der Phase A aus, während die Pulse
der Phase B ausgegeben werden. Genauer kann eine Information darüber,
in welche Richtung die Welle rotiert und über die Größe, viel
die Welle rotiert ist unter Verwendung dieser Beziehungen angezeigt
werden.
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Die
A/B-Phasensignal-Erzeugungseinheit 36 erzeugt die Signale
zweier Phasen, wobei jede eine willkürliche Anzahl von
Teilungen pro eine Umdrehung aufweist und die Signale der zwei Phasen
gegeneinander phasenverschoben sind, aus der Rotationswinkelinformation über
eine Rotation, die aus den zwei gegeneinander phasenverschobenen
Sinuswellen-Sensorausgabesignalen berechnet wird. Die A/B-Phasensignal-Erzeugungseinheit 36 umfasst
einen ROM (Read Only Memory bzw. Festwertspeicher) oder eine einfache
festverdrahtete logische Einheit, die in 11 als
ein Beispiel gezeigt ist.
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Die
A/B-Phasensignal-Erzeugungseinheit 36 erzeugt zum Beispiel,
wie in 11 gezeigt, binäre digitale
Signale aus zwei willkürlich zusammenhängenden
Bitsignalen (in diesem Fall ein Dm Bitsignal und ein Dm + 1 Bitsignal)
der Rotationswinkelinformation über eine Umdrehung, die
von der Eine-Umdrehung-Winkel-Berechnungseinrichtung 35 ausgegeben
wird, und gibt die binären digitalen Signale an die Impulsgeberzähleinheit 37 aus.
In diesem Fall implementiert die A/B-Phasensignal-Erzeugungseinheit 36 eine
exklusive ODER Operation in dem Dm Bitsignal und dem Dm + 1 Bitsignal,
zur Erzeugung und Ausgabe des Signals der Phase A an die Impulsgeberzähleinheit 37 unter
Verwendung eines XOR-Gate 39, und gibt das Dm + 1 Bitsignal
als das Signal der Phase B an die Impulsgeberzähleinheit 37 aus.
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Die
Pulse der zwei Phasen, die durch die A/B-Phasensignal-Erzeugungseinheit 36 erzeugt und
ausgegeben werden, werden durch die Impulsgeberzähleinheit 37 gezählt.
Die Impulsgeberzähleinheit 37 erhöht
oder verringert die Anzahl, wie oft die oben genannten Signale zweier
Phasen verändert wurden, gemäß der Richtungsänderungen
in den Signalen der durch die A/B-Phasensignal-Erzeugungseinheit 36 erzeugt
und ausgegebenen zwei Phasen und der Stärke der Signale,
um eine Vielfachrotations-Winkelinformation zu erzeugen. Ein konkretes
Beispiel des Prozesses wird im Folgenden beschrieben.
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Eine
Beziehung zwischen den Veränderungen der Signale der Phase
A und Phase B und Veränderungen in dem Zählwert,
der durch die Impulsgeberzähleinheit 37 im Fall
einer normalen Rotation und in dem Fall einer entgegengesetzten
Rotation gezählt wird, werden in 12 bzw. 13 gezeigt. In
beiden 12 und 13 zeigt
(a) die Form eines Pulses der Phase A und der Phase B und (b) zeigt Zählbedingungen
zu dieser Zeit.
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In
einem Fall, bei dem die Impulsgeberzähleinheit 37 jedes
Mal aktualisiert (hochgezählt) wird, wenn ein Puls der
Phase A oder ein Puls der Phase B sich in dem Fall der normalen
Rotation ändert, wie in 12(a) gezeigt, ändert
sich zum Beispiel der Puls der Phase A von „Niedrig” zu „Hoch” und
der Puls der Phase B ist auf einer Stufe „Niedrig” am Punkt α,
und der Puls der Phase A ist auf einer Stufe „Hoch” und
der Puls der Phase B ändert sich am Punkt β von „Niedrig” zu „Hoch”,
wie in 12(b) gezeigt. Darüber
hinaus ändert sich am Punkt γ der Puls der Phase
A von „Hoch” zu „Niedrig” und
der Puls der Phase B ist auf Stufe „Hoch”, und
am Punkt δ der Puls der Phase A ist auf der Stufe „Niedrig” und der
Puls der Phase B ändert sich von „Hoch” nach „Niedrig”.
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Wie
in den 13(a) und 13(b) gezeigt
wird auch im Fall der entgegengesetzten Rotation die Impulsgeberzähleinheit 37 aktualisiert
(heruntergezählt), jedes Mal, wie von α bis δ gezeigt,
wenn sich ein Puls der Phase A oder ein Puls der Phase B ändert.
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Die
Impulsgeberzähleinheit 37 zählt die oben genannten
Signale, die von der A/B-Phasensignal-Erzeugungseinheit 36 ausgegeben
werden, um (n + 2)-Bit-Daten zu erzeugen, die einem Bereich von 0
Grad bis 720 Grad entsprechen. Die Impulsgeberzähleinheit 37 ist
derart konfiguriert, dass diese Daten an den DA-Wandler 38 ausgegeben
werden, wie die Vielfachrotations-Verarbeitungseinheit der Ausführungsform
1, und der DA-Wandler ist derart konfiguriert, dass die Daten in
ein analoges Signal gewandelt werden und dieses Signal an ein nicht
gezeigtes Ventilsteuersystem geliefert werden.
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Wie
oben erwähnt, erzeugt die arithmetische Steuereinrichtung
Signale zweier untereinander phasenverschobener Phasen A und B aus
dem Rotationswinkel θ und zählt die Signale unter
Verwendung der Impulsgeberzähleinheit 37. Daher
kann die arithmetische Steuereinrichtung einen Winkelerfassungsprozess
durchführen zum Erfassen vielfacher Rotationen von 360
Grad oder mehr, und kann auch eine ursprüngliche Position
willkürlich einstellen, durch ein Zurückstellen
der Impulsgeberzähleinheit 37 gemäß eines
externen Signals, welches durch eine Schalteroperation oder dergleichen
erzeugt wird. Als Ergebnis besteht kein Bedarf daran, die ursprüngliche
Position unter Verwendung eines Softwareprogramms oder dergleichen
besonders zu speichern, und dies kann zu einer Vereinfachung der
Softwareverarbeitung beitragen.
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Wie
oben beschrieben erzeugt in der oben genannten Rotationswinkel-Erfassungsvorrichtung gemäß Ausführungsform
2 der vorliegenden Erfindung die arithmetische Verarbeitungseinheit
Signale zweier Phasen, wobei jede eine willkürliche Anzahl von
Teilungen pro eine Rotation aufweisen und die Signale zweier Phasen
gegeneinander phasenverschoben sind, aus einer Rotationswinkelinformation über
eine Rotation, die aus zwei gegeneinander phasenverschobenen Sinuswellen-Sensorausgabesignalen
berechnet wird, und zum Erhöhen oder Verringern der Anzahl,
wie oft die oben genannten Signale der zwei Phasen sich geändert
haben, gemäß den Richtungsänderungen
in den Signalen und der Stärke der Signale. Die Rotationswinkel-Erfassungsvorrichtung
kann die arithmetische Operation zum Berechnen eines Rotationswinkel
vielfacher Rotationen ausführen, unter bloßer
Verwendung einfacher Hardware einschließlich einer Berechnungseinheit,
ohne eine Schaltung im großen Maßstab, wie zum
Beispiel eine CPU. Daher kann die Rotationswinkel-Erfassungsvorrichtung
einen Rotationswinkel vielfacher Rotationen erfassen, durch Verwenden
eines Rotationswinkelsensors, der eine Rotation erfassen kann, während
er in seiner Größe reduziert und bei geringen
Kostenkonfiguriert ist.
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Da
darüber hinaus die arithmetische Verarbeitungseinrichtung
binäre digitale Signale als die Signale von zwei Phasen
definiert, die aus der Rotationswinkelinformation über
eine Umdrehung erzeugt werden, wobei jedes der Signale eine willkürliche
Anzahl von Teilungen pro eine Umdrehung aufweist und die Signale
gegeneinander phasenverschoben sind, und ferner die binären
digitalen Signale aus zwei willkürlich aufeinander folgenden
Bitsignalen der Rotationswinkelinformation über eine Umdrehung
erzeugt, kann die Rotationswinkel-Erfassungsvorrichtung die Erfassung
des einen Rotationswinkelsignals θ und der anschließenden
Prozesse unter Verwendung von nur digitalen Daten ausführen.
Als Ergebnis wird die Rotationswinkel-Erfassungsvorrichtung widerstandsfähig
gegen Rauschen und weißt eine geringe Wahrscheinlichkeit
fehlerhafte Erfassungen auf Grund von Signalrauschen auf.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Um
eine Rotationswinkel-Erfassungsvorrichtung bereitzustellen, die
unter Verwendung eines Rotationswinkelsensors, der eine Umdrehung
erfassen kann, leicht einen Rotationswinkel vielfacher Rotationen
mit einem hohen Grad an Genauigkeit erfassen kann, ist die Rotationswinkel-Erfassungsvorrichtung gemäß vorliegender
Erfindung wie oben genannt derart ausgebildet, dass sie entweder
eine arithmetische Verarbeitungseinrichtung umfasst, zum Erfassen
einer Änderung des Rotationswinkels einer oder mehrerer
Umdrehungen aus der Richtungsänderung des Vorzeichens eines
der gegeneinander phasenverschobenen Sensorausgabesignale und des
Vorzeichens des anderen der zwei Sensorausgabesignale, und zum Erzeugen
einer Vielfachrotations-Winkelinformation aus einer Information über
die oben genannte Änderung des Rotationswinkels einer oder mehrerer
Rotationen und einer Rotationswinkelinformation über eine
Umdrehung, die aus den oben genannten Sensorausgabesignalen berechnet
wird, oder eine arithmetische Verarbeitungseinrichtung zum Erzeugen
von Signalen zweier Phasen, wobei jede eine willkürliche
Anzahl von Teilungen pro eine Umdrehung aufweist und die Signale
der zwei Phasen gegeneinander phasenverschoben sind, aus einer Rotationswinkelinformation über
eine Umdrehung, die aus zwei gegeneinander phasenverschobenen Sinuswellen-Sensorausgabesignalen
berechnet werden, und zum Erhöhen oder Verringern der Anzahl,
wie oft die oben genanten Signale zweier Phasen sich entsprechend
der Richtungsänderungen in den oben genanten Signalen und
den Stärken der Signale geändert haben. Daher
ist die Rotationswinkel-Erfassungsvorrichtung zur Verwendung als eine
Rotationswinkel-Erfassungsvorrichtung geeignet, die einen Rotationswinkel
vielfacher Rotationen erfassen kann, während sie mit einer
reduzierten Größe und bei geringen Kosten konfiguriert
ist, oder als eine Rotationswinkel-Erfassungsvorrichtung mit einer
geringen Wahrscheinlichkeit für eine fehlerhafte Erfassung
auf Grund des Signalrauschen.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Eine
arithmetische Verarbeitungseinrichtung erfasst eine Änderung
eines Rotationswinkels einer oder mehrerer Rotationen aus der Richtungsänderung
des Vorzeichens in einem von Sensorausgabesignalen und dem Vorzeichen
des anderen Sensorausgabesignale, und erzeugt eine Vielfachrotations-Winkelinformation
aus einer Information über die erfasste Änderung
des Rotationswinkels einer oder mehrerer Rotationen und einer Rotationswinkelinformation über
eine Rotation, die aus den Sensorausgabesignalen berechnet wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 2004-191101
A [0003]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - Fig. 6.5 in „Practice
of Theory and Design on AC Servo System”, Sougosyuppansha [0040]