DE112011103636B4

DE112011103636B4 - Winkelerfassungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112011103636B4
Application number: DE112011103636.1T
Authority: DE
Inventors: Toshihito Nagai; Wakana Kotani; Hisayoshi Okuya
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2010-11-02
Filing date: 2011-10-18
Publication date: 2014-12-24
Anticipated expiration: 2031-10-19
Also published as: US20130221956A1; CN203241064U; JP5293724B2; WO2012060216A1; US9024626B2; DE112011103636T5; JP2012098138A

Abstract

Es ist eine Aufgabe dieser Erfindung, eine verbesserte Winkelerfassungsvorrichtung (1, 101) bereitzustellen, die den Drehwinkel des Drehelements mit großer Genauigkeit erfassen kann. Die Erfassungsvorrichtung (1, 101) umfasst ein mit einem Magnetabschnitt (23) ausgestattetes Drehelement (20, 120), das ein Magnetfeld mit in einer Umfangsrichtung abwechselnd angeordneten Polaritäten erzeugt, ein Gehäuse (10) mit einer Lagerung (12), auf der das Drehelement drehbar gestützt ist, eine Winkelberechnungsvorrichtung (30) zum Erfassen von Magnetfeldkomponenten des Magnetfelds in einer Vielzahl von unterschiedlichen Richtungen und Berechnen eines Drehwinkels (θ) des Drehelements basierend auf den erfassten Magnetfeldkomponenten, und ein elastisches Element (40, 140), das das Drehelement vorspannt, sodass das Drehelement gedreht wird, wobei ein konstanter geneigter Winkel relativ zu einer Mittelachsenlinie (Lc) der Lagerung (12) beibehalten wird, oder das Drehelement vorspannt, sodass eine Phasendifferenz zwischen einer Drehphase des Drehelements und einer Drehphase der Lagerung (12), die sich um die Mittelachsenlinie (Lc) davon mit einem geneigten Winkel relativ zu dem Drehelement (20, 120) dreht, konstant gehalten wird, ungeachtet der Änderung des Drehwinkels (θ) des Drehelements.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft eine Winkelerfassungsvorrichtung, die einen Drehwinkel basierend auf der Änderung eines Magnetfeldes erfasst.
HINTERGRUND DER TECHNOLOGIE
Eine Winkelerfassungsvorrichtung wird beispielsweise als ein Drehwinkelsensor verwendet, der einen Betätigungswinkel eines Fahrzeugbremspedals oder eines Schalthebels für ein Fahrzeuggetriebe erfasst. Herkömmliche Winkelerfassungsvorrichtungen sind in den Patentschriften 1 und 2 offenbart. Diese herkömmlichen Winkelerfassungsvorrichtungen erfassen einen Drehwinkel basierend auf der Änderung des Magnetfeldes. Die Winkelerfassungsvorrichtung des vorstehenden herkömmlichen Typs umfasst einen Magneten, der derart magnetisiert ist, dass die magnetische Eigenschaft abwechselnd in eine Umfangsrichtung eines Drehelements angelegt wird, welches das Subjekt der Winkelerfassung ist. Ferner erfasst die herkömmliche Winkelerfassungsvorrichtung eine erste Magnetfeldkomponente in einer Radialrichtung und eine zweite Magnetfeldkomponente in einer Richtung senkrecht dazu relativ zu dem Drehelement, und berechnet den Winkel des Drehelements basierend auf den erfassten ersten und zweiten Magnetfeldkomponenten, die sich in Antwort auf die Drehung des Drehelements ändern.
DOKUMENTENLISTE DES STANDES DER TECHNIK
PATENTSCHRIFT

Patentschrift 1: JP 2007-40850 A
Patentschrift 2: JP 2008-292466 A

Die Druckschrift DE 199 41 805 B4 zeigt einen Drehwinkelsensor mit einem Drehglied zum Erfassen eines Drehwinkels, wobei eine plattenförmige Feder vorgesehen ist, die das Drehglied von einer Widerstandsplatte wegdrückt.
Weiterhin offenbaren die Druckschriften DE 199 00 330 C2 und DE 199 08 522 C2 jeweils einen Drehwinkelsensor, in dem zwei Codescheiben von zwei Rotationselementen angetrieben werden, wobei die Rotationselemente jeweils durch einen Wellenbereich einer Lenkwelle durch eine Drehung eines Lenkrads gedreht werden.
Ferner beschreibt die Druckschrift DE 299 01 516 U1 einen Drosselklappendrehwinkelsensor, wobei eine bewegliche Einheit in einem Sensorgehäuseelement angeordnet und mit einem in diesem angeordneten Federelement verbunden ist.
Außerdem offenbart die Druckschrift DE 60 2004 006 791 T2 einen Drehmomentensensor zum Erfassen des Drehmoments einer Lenkwelle, wobei die Lenkwelle aus zwei Wellenelementen besteht, die mit einem elastischen Element verbunden sind
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
ZU LÖSENDE PROBLEME
Es sei hier angemerkt, dass das Drehelement in der Winkelerfassungsvorrichtung drehbar an dem Gehäuse über eine an dem Gehäuse gesicherten Lagerung gestützt wird, und normalerweise eine Maßtoleranz zwischen dem Außendurchmesser des Drehelements und dem Innendurchmesser der Lagerung unter Berücksichtigung bestimmter Toleranzen von möglichen Maßungenauigkeiten, die während einer Herstellung auftreten, bereitgestellt ist. Zu diesem Zweck ist ein Spalt zwischen dem Drehelement und der Lagerung bei der Montage bereitgestellt. Demzufolge werden die Magnetfeldkomponenten des durch das Drehelement gebildeten Magnetfeldes zum Fluktuieren bzw. Schwanken gebracht, wenn das Drehelement aufgrund eines zwischen dem Drehelement und der Lagerung bereitgestellten Spalts klappert bzw. rasselt. Um solchen Nachteilen zu begegnen, kann eine Einrichtung zum Reduzieren der Größe des Spalts bereitgestellt sein, was dazu dient, eine Maßgenauigkeit des Drehelements und der Lagerung zu verbessern. Jedoch kann diese vorgeschlagene Lösung zu einem Anstieg der Herstellungskosten und einer Verschlechterung der Montagefähigkeit der Vorrichtung führen.
Demzufolge wurde diese Erfindung in Anbetracht der vorstehenden herkömmlichen Nachteile gemacht, und diese betrifft eine Winkelerfassungsvorrichtung, die einen Drehwinkel genauer als herkömmliche Vorrichtungen erfassen kann.
MITTEL ZUM LÖSEN DER PROBLEME

(1) Die mit einem ersten Aspekt der Erfindung verknüpfte Winkelerfassungsvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ein Drehelement, das mit einem Magnetabschnitt ausgestattet ist, das ein Magnetfeld mit abwechselnd in einer Umfangsrichtung angeordneten Polaritäten erzeugt, ein Gehäuse mit einer Lagerung, auf der das Drehelement drehbar gestützt ist, eine Winkelberechnungseinrichtung zum Erfassen von Magnetfeldkomponenten des Magnetfelds in einer Vielzahl von unterschiedlichen Richtungen und zum Berechnen eines Drehwinkels des Drehelements basierend auf den erfassten Magnetfeldkomponenten, und ein elastisches Element, das das Drehelement vorspannt, sodass das Drehelement gedreht wird, wobei eine konstant geneigte Richtung relativ zu einer Mittelachsenlinie der Lagerung beibehalten oder das Drehelement vorgespannt wird, sodass eine Phasendifferenz zwischen einer Drehphase des Drehelements und einer Drehphase der Lagerung, die um die Mittelachsenlinie davon mit der geneigten Richtung relativ zu dem Drehelement dreht, ungeachtet einer Änderung des Drehwinkels des Drehelements konstant gehalten wird, aufweist.

Gemäß der mit dem ersten Aspekt der Erfindung verknüpften Winkelerfassungsvorrichtung gilt, dass weil sich das Drehelement in einem Zustand dreht, in dem dieses durch das elastische Element vorgespannt ist, die Position des Drehelements bei jedem Winkel bezüglich der Position der Lagerung konstant ist. Demzufolge befindet sich das Drehelement immer in Kontakt mit der Innenumfangsfläche der Lagerung durch die Vorspannkraft des elastischen Elements, ohne ein Klappern bzw. Rasseln dazwischen zu verursachen, auch in dem Fall, in dem eine Maßtoleranz zwischen dem Außendurchmesser des Drehelements und dem Innendruchmesser der Lagerung bereitgestellt ist, und das Drehelement mit einem bestimmten Spalt bezüglich der Lagerung, die eine solche Maßtoleranz widerspiegelt, zusammengesetzt ist. Bei dem Aufbau der Winkelerfassungsvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ist die Drehachsenlinie des Drehelements mit einem Winkel relativ zu der Mittelachsenlinie geneigt, und demzufolge schwanken die Magnetfeldkomponenten des durch den Magnetabschnitt des Drehelements erzeugten Magnetfeldes von den Magnetfeldkomponenten in dem Zustand, in dem die beiden Achsenlinien übereinstimmen. Jedoch gilt, dass weil sich der geneigte Winkel und die geneigte Richtung des Drehelements in konstanter Beziehung mit jedem Drehwinkel des Drehelements befindet, der Schwankungsbetrag der Magnetfeldkomponenten konstant wird. Daher gilt aufgrund der Tatsache, dass der Schwankungsbetrag der Magnetfeldkomponenten konstant ist, dass die Winkelerfassungsvorrichtung eine sehr genaue Erfassung durch Korrigieren des Erfassungswerts im Vergleich mit den herkömmlichen Vorrichtungen durchführen kann.
Weiterhin spannt das elastische Element das Drehelement vor, sodass sich das Drehelement dreht, während eine feste geneigte Richtung relativ zu der Mittelachsenlinie der Lagerung beibehalten wird. Mit anderen Worten gilt, dass die geneigte Richtung (Winkel) des Drehelements von dem Ausgangs- bzw. Initialzustand in jeder beliebigen Winkelsituation nicht schwankt. Daher kann der Schwankungsbetrag der Magnetfeldkomponenten des durch den Magnetabschnitt des Drehelements erzeugten Magnetfeldes auf einen konstanten Wert eingestellt sein. Das elastische Element spannt das Drehelement abwechselnd vor, sodass die Phasendifferenz zwischen der Drehphase des Drehelements und der Drehphase der Lagerung, die um die Mittelachsenlinie davon mit einer geneigten Richtung relativ zu dem Drehelement dreht, ungeachtet der Änderung des Drehwinkels des Drehelements konstant gehalten wird. Mit anderen Worten dreht sich das Drehelement entlang der inneren Umfangsfläche der Lagerung mit dem Drehwinkel, und der Neigungswinkel (Richtung) relativ zu der Lagerung schwankt. Daher dreht sich das Drehelement, während die Rotationsachsenlinie davon relativ zu der Mittelachsenlinie der Lagerung oszilliert. Bei einer solchen Drehbewegung ist der Kontaktabschnitt zwischen der Innenumfangsfläche und der Lagerung und der Außenumfangsfläche und dem Drehelement immer bei jeder beliebigen Winkelsituation konstant. Demzufolge kann der Schwankungsbetrag der Magnetfeldkomponenten des durch den Magnetabschnitt des Drehelements erzeugten Magnetfeldes bei einer festen Größe gehalten werden. Daher kann die Winkelerfassungsvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung den Drehwinkel des Drehelements mit hoher Genauigkeit erfassen.

(2) Weiterhin ist die mit einem zweiten Aspekt der Erfindung verknüpfte Winkelerfassungsvorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass sich das elastische Element an einem Ende mit dem Drehelement in Kontakt befindet und sich an dem anderen Ende mit dem Gehäuse in Kontakt befindet. Das elastische Element spannt das Drehelement in der Mittelachsenlinienrichtung der Lagerung bei einer Position entfernt von der Drehachsenlinie des Drehelements in einer Drehrichtung unter der relativen Drehung relativ zu dem Drehelement vor, oder das Gehäuse befindet sich in Kontakt mit dem einen Ende und/oder dem anderen Ende des elastischen Elements.

Gemäß dem vorstehend beschriebenen zweiten Aspekt der Erfindung kann das Drehelement sicher relativ zu der Mittelachsenlinie der Lagerung durch die Vorspannkraft des elastischen Elements, das das Drehelement in der Mittelachsenlinienrichtung der Lagerung bei der Position entfernt von der Drehachsenlinie des Drehelements in einer Drehrichtung geneigt werden. Gemäß diesem Aufbau kann der Schwankungsbetrag der Magnetfeldkomponenten des Magnetfelds bei einem konstanten Wert gehalten werden. Ferner wird mindestens eines der beiden Enden des elastischen Elements, das sich in Kontakt mit dem Drehelement oder dem Gehäuse befindet, bezüglich der Drehung relativ zu dem Drehelement oder dem Gehäuse ist eingeschränkt. Es sei hier angenommen, dass die relative Drehung zwischen dem einen Ende des elastischen Elements und dem Drehelement, das sich in Kontakt mit dem einen Ende des elastischen Elements befindet, zulässig ist, und dass die relative Drehung zwischen dem anderen Ende des elastischen Elements und dem Gehäuse, das sich in Kontakt mit dem anderen Ende des elastischen Elements befindet, gesperrt ist. Bei einer solchen angenommenen Bedingung gilt, dass wenn das elastische Element das Drehelement vorspannt, das eine Ende des elastischen Elements das Drehelement in Kontakt dazwischen vorspannt und sich schiebend zusammen mit dem Drehelement bewegt. Dies wird die Position des durch das elastische Element vorgespannten Drehelements gemäß der Änderung des Drehwinkels ändern. Daher ist die geneigte Richtung in jeder beliebigen Drehwinkelsituation die gleiche, und der Schwankungsbetrag der elektrischen Feldkomponenten kann bei einem festen Wert gehalten werden.
Weiterhin wird hier angenommen, dass das elastische Element das Drehelement vorspannt, während die relativen Drehung zwischen dem einen Ende des elastischen Elements, das sich in Kontakt mit dem Drehelement befindet, und dem Drehelement gesperrt ist. Dabei dreht sich das eine Ende des elastischen Elements zusammen mit dem Drehelement, das sich in Kontakt mit dem einen Ende des elastischen Elements befindet. Demzufolge ist die Position des durch das elastische Element vorgespannten Drehelements immer die gleiche, trotz der Änderung des Drehwinkels des Drehelements. Das Drehelement dreht sich daher mit der Drehachsenlinie, die sich in oszillierender Bewegung befindet. Daher ist die Kontaktposition des Drehelements mit dem Gehäuse mit der Lagerung immer die gleiche (fixiert). Daher kann gemäß der Winkelerfassungsvorrichtung dieses Aspekts der Schwankungsbetrag der Magnetfeldkomponenten konstant gehalten werden, wodurch der Drehwinkel des Drehelements sehr genau erfasst wird.

(3) Ferner ist die mit einem dritten Aspekt der Erfindung verknüpfte Winkelerfassungsvorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass sich das elastische Element an einem Ende in Kontakt mit dem Drehelement und an dem anderen Ende in Kontakt mit dem Gehäuse befindet, und das elastische Element das Drehelement in einer Drehrichtung der Lagerung an einer Position entfernt von einer Seite in der Mittelachsenlinienrichtung der Lagerung bei einer Sperrung einer Drehung relativ zu dem Drehelement vorspannt, oder das Gehäuse sich in Kontakt mit einem der beiden Enden des elastischen Elements befindet.

Gemäß dem vorstehend beschriebenen dritten Aspekt der Erfindung kann das Drehelement sicher relativ zu der Mittelachsenlinie der Lagerung durch die Vorspannkraft des elastischen Elements, das das Drehelement in einer Drehrichtung der Lagerung an der Position entfernt von der einen Seite der Lagerung zu einer Seite in der Mittelachsenlinienrichtung vorspannt, geneigt sein. Gemäß diesem Aufbau kann der Schwankungsbetrag der Magnetfeldkomponenten des Magnetfelds bei einem konstanten Wert gehalten werden. Weiterhin ist mindestens eines der beiden Enden des elastischen Elements, das sich in Kontakt mit dem Drehelement oder dem Gehäuse befindet, bezüglich einer Drehung relativ zu der Drehung des Drehelements oder dem Gehäuse gesperrt. Es sei hier angenommen, dass die relative Drehung zwischen dem einen Ende des elastischen Elements und dem Drehelement, das sich in Kontakt mit einem Ende des elastischen Elements befindet, zulässig ist, und dass die relative Drehung zwischen dem anderen Ende des elastischen Elements und dem Gehäuse, das sich in Kontakt mit dem anderen Ende des elastischen Elements befindet, gesperrt ist. Unter einer solchen angenommenen Bedingung gilt, dass wenn das elastische Element das Drehelement vorspannt, das eine Ende des elastischen Elements das Drehelement in Kontakt damit vorspannt, und sich schiebbar zusammen mit dem Drehelement bewegt. Dies wird die Position des durch das elastische Element vorgespannten Drehelements als Antwort auf die Änderung des Drehwinkels ändern. Daher ist die geneigte Richtung bei beliebigen Drehwinkeln die gleiche, und der Schwankungsbetrag der elektrischen Feldkomponenten kann bei einem festen Wert gehalten werden.
Weiterhin wird hier angenommen, dass das elastische Element das Drehelement vorspannt, während die relative Drehung zwischen dem einen Ende des elastischen Elements, das sich in Kontakt mit dem Drehelement befindet, gesperrt ist. Dabei dreht sich das eine Ende des elastischen Elements zusammen mit dem Drehelement, das sich in Kontakt mit dem einen Ende des elastischen Elements befindet. Demzufolge ist die Position des durch das elastische Element vorgespannten Drehelements immer die gleiche, trotz der Änderung des Drehwinkels des Drehelements. Daher dreht sich das Drehelement mit der Drehachsenlinie, die sich in oszillierender Bewegung befindet. Daher ist die Kontaktposition des Drehelements mit dem Gehäuse mit der Lagerung immer die gleiche (fixiert). Daher kann gemäß der Winkelerfassungsvorrichtung dieses Aspekts der Schwankungsbetrag der Magnetfeldkomponenten konstant gehalten werden, wodurch der Drehwinkel des Drehelements sehr genau erfasst wird.

(4) Weiterhin ist die mit einem vierten Aspekt der Erfindung verknüpfte Winkelerfassungsvorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Element ringförmig ausgebildet ist, und einachsig mit der Lagerung angeordnet ist, sodass das Drehelement dadurch umschlossen ist.

Gemäß dem vorstehend beschriebenen vierten Aspekt der Erfindung gilt, dass weil das elastische Element ringförmig ausgebildet ist und einachsig mit der Lagerung angeordnet ist, sodass zumindest ein Abschnitt des Drehelements dadurch umschlossen ist, das Drehelement stabiler in einer Mittelachsenrichtung der Lagerung vorgespannt werden kann. Das elastische Element ist beispielsweise über die Gesamtkonfiguration ringförmig ausgebildet, und ist mit einer Elastizität in einer Axialrichtung ausgestattet. Das elastische Element wird zusammen mit der Lagerung und dem Drehelement mit einer Voraufladung für eine Vorspannung in einer Mittelachsenlinie der Lagerung montiert. Daher ist das Drehelement mit einer Neigung relativ zu der Mittelachsenlinie der Lagerung angeordnet. Das Drehelement ist durch das Vorspannelement vorgespannt, sodass das Drehelement gedreht werden kann, wobei eine geneigte Beziehung mit der Lagerung beibehalten wird, oder mit einer oszillierenden Bewegung gedreht wird. Daher kann die Schwankung der Magnetfeldkomponenten konstant gehalten werden, und die Erfassungsgenauigkeit des Drehelements der Winkelerfassungsvorrichtung kann verbessert werden.

(5) Weiterhin ist die mit einem fünften Aspekt der Erfindung verknüpfte Winkelerfassungsvorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu dem Merkmal des vierten Aspekts das elastische Element durch eine Torsionsfeder ausgebildet ist, wobei ein Ende davon mit dem Drehelement fixiert ist, und das andere Ende davon mit dem Gehäuse fixiert ist, um dabei das Drehelement zu drehen, um zu einer vorbestimmten Ausgangsstufe der Phase relativ zu der Lagerung zurückgesetzt zu werden.

Gemäß dem vorstehend beschriebenen fünften Aspekt der Erfindung gilt, dass das elastische Element durch die ringförmig geformte Torsionsfeder ausgebildet ist, und ein Ende davon mit dem Drehelement fixiert ist, und das andere Ende davon mit dem Gehäuse, an dem die Lagerung angebracht ist, fixiert ist. Demzufolge kann das elastische Element das Drehelement vorspannen, sodass sich das Drehelement mit einer oszillierenden Bewegung drehen kann. Die Torsionsfeder ist ein elastisches Element mit einer Elastizität in einer Umfangsrichtung und wird als eine Rückholfeder zum Rücksetzen des Drehelements zu der vorbestimmten Ausgangsstufe der Phase relativ zu der Lagerung verwendet. Die Torsionsfeder akkumuliert die Vorspannkraft in einer Umfangsrichtung gemäß der Drehung des Drehelements durch ein Anlegen einer externen Kraft, und nachdem das Anlegen der externen Kraft stoppt, wird das Drehelement durch die angesammelte Kraft zu der Ausgangsstufenphase zurückgesetzt. Die Torsionsfeder ist mehrere Male mit dem gleichen Durchmesser jeder Wicklung aufgewickelt, um eine Elastizität in einer Axialrichtung aufzuweisen. Die vorliegende Erfindung verwendet eine solche axiale Elastizität der Torsionsfeder zum Vorspannen des Drehelements in einer Axialrichtung. Demzufolge wird die Torsionsfeder zum Zurücksetzen des Drehelements gemeinsam mit dem elastischen Element zum Vorspannen des Drehelements in einer Axialrichtung verwendet. Dies kann den Schwankungsbetrag der Magnetfeldkomponenten des durch den Magnetabschnitt des Drehelements erzeugten Magnetfelds fixieren, ohne die Anzahl von Bauteilen zu erhöhen.

(6) Noch weiterhin ist die mit einem sechsten Aspekt der Erfindung verknüpfte Winkelerfassungsvorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetabschnitt durch eine Vielzahl von Magneten ausgebildet ist, sodass die Polaritäten abwechselnd in einer Umfangsrichtung angeordnet sind.

Gemäß dem vorstehend beschriebenen sechsten Aspekt der Erfindung ist der Magnetabschnitt des Drehelements durch eine Vielzahl von individuellen Magneten ausgebildet, die zuvor magnetisiert sind, und die Vielzahl von individuellen Magneten ist in einer Umfangsrichtung verbunden, oder durch eine Vielzahl von magnetischen Materialien ausgebildet, und die Vielzahl von magnetischen Materialien ist magnetisiert, nachdem diese in einer Umfangsrichtung verbunden sind. Die mit dem so angeordneten Magnetabschnitt aufgebaute Winkelerfassungsvorrichtung kann ebenso erfolgreich die Effekte der vorliegenden Erfindung erreichen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ANHÄNGENDEN ZEICHNUNGEN
Erstes Ausführungsbeispiel: 1(a) ist eine Querschnittsansicht in einer Axialrichtung, welche die Winkelerfassungsvorrichtung zeigt;
1(b) zeigt eine Draufsicht der in 1(a) gezeigten Torsionsfeder;
2 ist eine perspektivische Ansicht der Winkelerfassungsvorrichtung, die den Hauptabschnitt davon zeigt;
3 ist eine Querschnittsansicht der Winkelerfassungsvorrichtung, die den Hauptabschnitt davon in einer Richtung senkrecht zu der Achse zeigt;
4 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen dem Drehwinkel und der Stärke des Magnetfelds des Drehelements zeigt;
5 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen dem Drehwinkel und dem berechneten Wert der Winkelerfassungsvorrichtung zeigt;
6 ist eine perspektivische Ansicht des Drehelements und der Torsionsfeder;
7 ist eine konzeptuelle Ansicht, die die Funktion einer Torsionsfeder zeigt;
Zweites Ausführungsbeispiel: 8(a) ist eine Querschnittsansicht der Winkelerfassungsvorrichtung in einer Axialrichtung;
8(b) ist eine Draufsicht des in 8(a) gezeigten Federrings; und
Modifiziertes Ausführungsbeispiel des zweiten Ausführungsbeispiels: 8(c) ist eine Draufsicht des Federrings.
DIE AUSFÜHRUNGSBEISPIELE ZUM IMPLEMENTIEREN DER ERFINDUNG
Die Ausführungsbeispiele der mit der vorliegenden Erfindung verknüpften Winkelerfassungsvorrichtung werden mit Bezugnahme auf die anhängenden Zeichnungen beschrieben.
<Erstes Ausführungsbeispiel>
(Aufbau der Winkelerfassungsvorrichtung 1)
Die Winkelerfassungsvorrichtung 1 wird beispielsweise als ein Winkelerfassungssensor angewendet, der einen Betätigungswinkel eines Fahrzeugbremspedals oder eines Schalthebels eines Getriebes des Fahrzeugs erfasst. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist, wie in 1(a) gezeigt ist, die Winkelerfassungsvorrichtung 1 hauptsächlich durch ein Gehäuse 10, ein Drehelement 20, eine Winkelberechnungsvorrichtung 30 und eine Torsionsfeder 40 ausgebildet. Die Winkelerfassungsvorrichtung 1 erfasst die Magnetfeldkomponenten, die als Antwort auf die Drehung des Drehelements 20 durch die Winkelberechnungsvorrichtung 30 variabel sind, und berechnet den Drehwinkel des Drehelements 20 relativ zu dem Gehäuse 10.
Das Gehäuse 10 bildet das Außenprofil der Winkelerfassungsvorrichtung, und ist an einem Fahrzeugkörper fixiert. Das Gehäuse 10 umfasst, wie in 1(a) gezeigt ist, einen Basisabschnitt 11, eine Lagerung 12 und eine Seitenwand 13. Der Basisabschnitt 11 ist ein Abschnitt zum Stützen einer Basisplatte 31 der Winkelberechnungsvorrichtung 30. Die Lagerung 12 ist an dem Gehäuse 10 fixiert und stützt drehbar das Drehelement 20 an einer Innenumfangsfläche der zylindrischen Form. Die Mittelachsenlinie Lc der Lagerung 12 ist die Mitte bzw. das Zentrum der zylindrischen Innenfläche der Lagerung 12 und die Linie Lc erstreckt sich in einer vertikalen Richtung (Oben-/Unten-Richtung gemäß 1(a)). Der Seitenwandabschnitt 13 ist ein Abschnitt zum Verbinden des Basisabschnitts 11 und der fixierten Seite der Lagerung 12. Der Seitenwandabschnitt 13 ist mit einem ersten Federfixierabschnitt 13a ausgestattet, der in der Richtung der Mittelachsenlinie Lc eingewölbt ist. Dieser erste Federfixierabschnitt 13a befindet sich in Eingriff mit einem ersten Anbringabschnitt 41 der Torsionsfeder 40, die später detailliert beschrieben wird.
Das Drehelement 20 ist ein Element, das sich relativ zu dem Gehäuse 10 dreht, und einen ringförmigen Hauptkörper 21, einen axialen Abschnitt 22, einen Magnetabschnitt 23 und einen Betätigungshebel 24 umfasst. Der ringförmige Hauptkörper 21 ist mit einem Flanschabschnitt 21a an dem einen Ende des Hauptkörpers 21 ausgebildet, die eine nähere Seite zu der Lagerung 12 des Gehäuses ist (unteres Seitenende gemäß 1(a)), und der Flanschabschnitt 21a ragt in einer Radialrichtung von der Außenumfangsfläche nach außen vor. Ein zweiter Federfixierabschnitt 21b ist an dem Flanschabschnitt 21a an einer Position entfernt von der Drehachsenlinie Lr in einer Drehrichtung ausgebildet und in der Drehachsenlinienrichtung ausgewölbt. Der zweite Federfixierabschnitt 21b befindet sich in Eingriff mit einem zweiten Anbringabschnitt 42 der Torsionsfeder 40, die später detailliert beschrieben wird.
Der axiale Abschnitt 22 ist ein zylindrisch ausgebildetes Wellenelement, und die Außenumfangsfläche von einer Endseite (obere Seite gemäß 1(a)) wird in die innere Umfangsfläche des ringförmigen Hauptkörpers 21 zum Verbinden der beiden Elemente eingeführt. Der axiale Abschnitt 22 wird in die zylindrische Innenfläche der Lagerung 12 des Gehäuses 10 eingebracht und drehbar durch die Lagerung 12 gestützt. Der Außendurchmesser des axialen Abschnitts 22 ist ausgebildet, um eine bestimmte Maßtoleranz in Anbetracht der Toleranz von Fehler bei der Herstellung aufzuweisen. Demzufolge ist der axiale Abschnitt 22 mit einem bestimmten Spalt in der Lagerung 12 zusammengesetzt. Die Drehachsenlinie Lr des Drehelements 20, das drehbar auf der Lagerung 12 an dem axialen Abschnitt 22 gestützt wird, kann auf ein bestimmtes Ausmaß bezüglich der Mittelachsenlinie Lc der Lagerung 12 geneigt werden. Der maximale Neigungswinkel der Drehachsenlinie bezüglich der Mittelachsenlinie der Lagerung 12 kann basierend auf der Maßdifferenz zwischen dem Innendurchmesser der Lagerung 12 und dem Außendurchmesser des axialen Abschnitts 22 bestimmt werden.
Der Magnetabschnitt 23 ist an der Außenumfangsfläche des ringförmigen Hauptkörpers 21 mit einem gleichen Intervall in einer Umfangs-(peripheren)Richtung magnetisiert. Der Magnetabschnitt 23 ist derart magnetisiert, dass die N-Polarität und die S-Polarität abwechselnd angeordnet sind, und ist in einer zylindrischen Form als ein Ganzes ausgebildet, wie in den 2 und 3 gezeigt ist. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist das Intervall zwischen den Polaritäten eingestellt, um 30 Grad zu betragen. Der Magnetabschnitt 23 ist derart magnetisiert, dass die Dichte eines magnetischen Flusses ungefähr sinusförmig über den Außenumfang des Hauptkörpers 21 verteilt ist, um ein Magnetfeld zu erzeugen, in dem die Polaritäten abwechselnd in der Umfangsrichtung angeordnet sind. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind individuelle Magnete, die zuvor magnetisiert wurden, einer nach dem anderen in der Umfangsrichtung verbunden. Jedoch ist der Magnetabschnitt 23 wie folgt aufgebaut: Zunächst wird eine Vielzahl von magnetischen Materialien in einer Umfangsrichtung verbunden und anschließend magnetisiert, oder magnetisches Material ist in einer einstückigen zylindrischen Form ausgebildet, und jeder Abschnitt wird magnetisiert, um die abwechselnden Polaritäten in der Umfangsrichtung anzuordnen. Der Betätigungshebel 24 ist beispielsweise mit einem Betätigungselement, wie etwa einem Bremspedal, verbunden. Die Drehkraft als Antwort auf die Betätigung wird an den axialen Abschnitt 22 übertragen.
Die Winkelberechnungsvorrichtung 30 erfasst eine Vielzahl von Magnetfeldkomponenten des durch den Magnetabschnitt 23 des Drehelements 20 erzeugten Magnetfelds. Die Winkelberechnungsvorrichtung 30 berechnet dabei den Drehwinkel des Drehelements 20 basierend auf der erfassten Vielzahl von Magnetfeldkomponenten in unterschiedlichen Richtungen. Die Winkelberechnungsvorrichtung 30 umfasst eine Basisplatte 31, einen magnetischen Sensor 32, eine magnetische Platte 33 und einen Berechnungsabschnitt 34. Die Basisplatte 31 ist mit dem Basisabschnitt 11 des Gehäuses 10 fixiert, sodass die obere Fläche (die Fläche näher zu der Lagerung 12 des Gehäuses 10) senkrecht zu der Fläche vertikal zu der Mittelachsenlinie Lc der Lagerung 12 angeordnet ist. Mit anderen Worten steht die obere Fläche der Basisplatte 31 der Außenumfangsfläche des Drehelements 20, die durch den Magnetabschnitt 23 gebildet ist, gegenüber.
Der magnetische Sensor 32 ist ein Sensor, der das Magnetfeld erfasst, und ist in diesem Ausführungsbeispiel durch Hall-Elemente ausgebildet. Der magnetische Sensor 32 ist in einem Paar entlang der Richtung (X-Richtung) vertikal zu der Mittelachsenlinie Lc der Lagerung 12 an der oberen Fläche der Basisplatte 31 (X-Y-Ebene) angeordnet. Ferner ist der magnetische Sensor 32 in einem Paar entlang der Richtung (Y-Richtung) parallel zu der Mittelachsenlinie Lc der Lagerung 12 auf der oberen Fläche der Basisplatte 31 angeordnet. Die magnetische Platte 33 ist ausgebildet, um eine Scheibenform aufzuweisen, und ist direkt auf den zwei Sätzen der magnetischen Sensoren 32 angeordnet. Demzufolge können die beiden Sätze der magnetischen Sensoren 32 die Magnetfeldkomponenten des an einem Umfang des Drehelements 20 und der magnetischen Platte 33 erzeugten Magnetfelds erfassen.
Der Berechnungsabschnitt 34 erfasst die Magnetfeldkomponenten in der X-Richtung und der Z-Richtung des Magnetfelds basierend auf Signalen, die von den beiden Sätzen der magnetischen Sensoren 32 entsprechend ausgegeben werden (siehe 4). Anschließend berechnet der Berechnungsabschnitt 34 den Magnetfeldwinkel basierend auf dem Verhältnis der Magnetfeldkomponenten in der X-Richtung und der Z-Richtung. Es sei hier angemerkt, dass der Berechnungsabschnitt 34 zuvor den linearen Beziehungsausdruck (der mit einer durchgezogenen Linie in 5 angedeutet ist) zwischen dem Magnetfeldwinkel α und dem Ist-Drehwinkel θ des Drehelements 20 speichert. Daher berechnet der Berechnungsabschnitt 34 den Drehwinkel θ des Drehelements 20 basierend auf dem Magnetfeldwinkel α und dem Beziehungsausdruck. Weiterhin gilt, dass weil der Winkelberechnungsabschnitt 30 eine Magnetfeldkomponente in einer Richtung erfasst, durch Verwenden eines Paars von magnetischen Sensoren 32 ungünstige Effekte aufgrund einer Magnetfeldverteilung von der Differenz der Ausgangsspannung zwischen den beiden magnetischen Sensoren 32 reduziert wird.
Die Torsionsfeder 40 ist durch ein elastisches Material ausgebildet und ist ringförmig geformt. Die Torsionsfeder befindet sich an einer Außenumfangsseite des axialen Abschnitts 22, um das Drehelement 20 zu umgeben. Die Torsionsfeder 40 ist einachsig mit der Mittelachsenlinie Lc der Lagerung 12 angeordnet. Die Torsionsfeder weist den ersten Anbringabschnitt 41 bzw. den zweiten Anbringabschnitt 42 an den axialen Enden davon auf. Sowohl der erste als auch der zweite Anbringabschnitt sind in einer Innenumfangsseite von dem Wicklungsabschnitt nach innen gebogen, und jedes obere Ende des ersten und zweiten Anbringabschnitts erstreckt sich in einer Axialrichtung. Der erste Anbringabschnitt 41 befindet sich in Kontakt mit dem Gehäuse 10 und befindet sich in Eingriff mit dem ersten Federfixierabschnitt 13a, der an dem Seitenwandabschnitt 13 des Gehäuses ausgebildet ist. Gleichermaßen befindet sich der zweite Anbringabschnitt 42 in Kontakt mit dem Drehelement 20 und befindet sich in Eingriff mit dem zweiten Federfixierabschnitt 21b, der an dem Flanschabschnitt 21a des ringförmigen Hauptkörpers 21 des Drehelements 20 ausgebildet ist.
Daher ist die Torsionsfeder 40 an der Lagerung 12 an dem ersten Anbringabschnitt 41 über den Seitenwandabschnitt 13 fixiert, um die relative Drehung mit der Lagerung 12 zu verhindern, und ist mit dem Drehelement 20 an dem zweiten Anbringabschnitt 42 fixiert, um die relative Drehung mit dem Drehelement 20 zu verhindern. Die Torsionsfeder 40 ist mehrere Male an der Außenumfangsfläche gewickelt, um eine Elastizität in der Umfangsrichtung aufzuweisen, und dreht das Drehelement 20, sodass das Drehelement 20 zu der Ausgangsphasenstufe zurückkehrt, die relativ zu der Lagerung 12 eingestellt ist.
Die Torsionsfeder 40 ist ausgebildet, um eine bestimmte Abstandslänge zwischen den mehrmals um den Außenumfang gewickelten Drähten aufzuweisen, was eine Elastizität zu der Feder in einer Axialrichtung zuweist. Wenn die Winkelerfassungsvorrichtung 1 zusammengesetzt wird, ist die Torsionsfeder 40 zwischen dem Seitenwandabschnitt 13 des Gehäuses 10 und dem ringförmigen Hauptkörper 21 des Drehelements 20 in einem komprimierten Zustand in Axialrichtung angebracht. Demzufolge spannt die Torsionsfeder 40 das Drehelement 20 in einer Umfangsrichtung vor, um das Drehelement 20 zu der Ausgangsstufe der Phase davon zurückzukehren, und spannt gleichzeitig das Drehelement 20 in der Mittelachsenlinienrichtung Lc der Lagerung 12 an einer Position (eine Eingriffsposition zwischen dem zweiten Federfixierabschnitt 21b und dem zweiten Anbringabschnitt 42) entfernt von der Drehachsenlinie Lr in einer Radialrichtung vor.
Wie vorstehend erläutert ist der Außendurchmesser des axialen Abschnitts 22 des Drehelements 20 eingestellt, um kleiner als der Innendurchmesser der Lagerung 12 zu sein. Daher ist das Drehelement 20 aufgrund dieser Maßdifferenz weiter um einen maximalen zulässigen Winkel neigbar. Weiterhin wird das Drehelement 20 in einer Mittelachsenlinienrichtung Lc der Lagerung 12 an dem zweiten Federfixierabschnitt 21b durch die Kraft der Torsionsfeder 40 vorgespannt. Weil der zweite Federfixierabschnitt 21b von der Drehachsenlinienrichtung Lr in einer Radialrichtung separiert ist, ist das Drehelement 20 relativ zu der Lagerung 12 geneigt. Die Neigungsrichtung des Drehelements 20 ist entgegengesetzt zu der Richtung, in der der zweite Federfixierabschnitt 21b ausgebildet ist. Mit anderen Worten, wie in 1(a) gezeigt ist, wenn sich der zweite Federfixierabschnitt 21b an einer Position am weitesten entfernt von der Winkelberechnungsvorrichtung 30 befindet, neigt sich der Magnetabschnitt 23 auf eine Position am weitesten nahe zu der Winkelberechnungsvorrichtung 30.
(Operation/Funktion der Winkelerfassungsvorrichtung 1)
Wie vorstehend beschrieben gilt gemäß der so aufgebauten Winkelerfassungsvorrichtung 1, dass das Drehelement 20, das auf der Lagerung 12 gestützt wird, gedreht wird, wenn der Betätigungshebel 24 betätigt wird, und die Winkelberechnungsvorrichtung 30 erfasst die Änderung des Magnetfelds als Antwort auf diese Drehung, wodurch der Drehwinkel θ des Drehelements 20 berechnet wird. In der Winkelerfassungsvorrichtung 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel gilt, dass wenn das Drehelement 20 mit der Lagerung 12 mit einem bestimmten Spalt dazwischen zusammengesetzt ist, relativ zu der Lagerung 12 aufgrund des Spalts dazwischen klappert bzw. Rattert, die Magnetfeldkomponenten des durch das Drehelement 20 erzeugten Magnetfelds schwanken. Die Schwankung der Magnetfeldkomponenten unterscheidet sich in Abhängigkeit von der Richtung des Klapperns des Drehelements 20. Wenn beispielsweise das Drehelement 20 in einer Richtung parallel zu der X-Richtung klappert und sich bewegt, schwankt jede Magnetfeldkomponente, wie in 4 gezeigt ist, in jeder Richtung X und Z, und bewegt sich in einer Rechts-/Links-Richtung. Dabei schwankt der magnetische Feldwinkel α, der durch den Berechnungsabschnitt 34 berechnet wird, und als Folge entstehen Fehler in dem aus dem in der durchgezogenen Linie in 5 gezeigten Beziehungsausdruck berechneten Drehwinkel θ.
Weiterhin kann die Winkelerfassungsvorrichtung 1 eine Differenz erzeugen, die durch einen unbeabsichtigten Fehler zwischen dem Magnetfeldwinkel α, der basierend auf jeder erfassten magnetischen Feldkomponente berechnet wird, und dem Ist-Drehwinkel des Drehelements 20 zu dem Zeitpunkt, wenn die Erfassungssignale ausgegeben werden, aufgrund der individuellen Differenz verursacht wird. Daher stellt die Winkelerfassungsvorrichtung 1 einen korrigierten Wert ein, sodass die Differenz zwischen dem berechneten Winkel α und dem Ist-Drehwinkel so klein wie möglich sein kann. Die Korrektur wird durchgeführt, um die Beziehung zwischen dem Magnetfeldwinkel α und dem Drehwinkel θ linear zu machen, und die korrigierte lineare Beziehung wird in dem Berechnungsabschnitt 34 gespeichert. Jedoch ist es schwierig, eine durch das Klappern des Drehelements 20 verursachte Differenz zu korrigieren. Dies liegt daran, dass die Bewegungsrichtung und der Neigungswinkel des Drehelements 20 in Abhängigkeit von den Schwingungen und Beschleunigungen, die an die Winkelerfassungsvorrichtung 1 angelegt werden, variieren. Eine weitere Einrichtung zum Lösen des Problems ist, die Maßdifferenz zwischen dem Innendurchmesser der Lagerung 12 und dem Außendurchmesser des axialen Abschnitts 22 des Drehelements 20 zu minimieren. Jedoch kann diese Lösung Bedenken auslösen, dass die Herstellkosten ansteigen oder die Montagefähigkeit der Vorrichtung sich verschlechtert.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel der Winkelerfassungsvorrichtung 1 gemäß der Erfindung wird das Drehelement 20 durch die Torsionsfeder 40 in der Richtung der Mittelachsenlinie Lc der Lagerung 12 vorgespannt und das Drehelement 20 wird bezüglich der Lagerung 12 geneigt. Weiterhin wird der zweite Anbringabschnitt 42 der Torsionsfeder 40 daran gehindert, eine relative Drehung relativ zu dem Drehelement 20, das sich in Eingriff mit dem zweiten Federfixierabschnitt 21b befindet, durchzuführen. Demzufolge wird die Torsionsfeder 40 bewirkt, sich mit dem Drehelement 20 zu drehen. Daher spannt die Torsionsfeder 40 das Drehelement 20 vor, indem die Phasendifferenz zwischen der Drehphase der Drehung des Drehelements 20 und die Drehphase der Drehung der Lagerung 12 um die Mittelachsenlinie Lc mit einer geneigten Beziehung mit dem Drehelement 20 beibehalten wird, ungeachtet der Änderung des Drehwinkels θ des Drehelements 20. Mit anderen Worten, wie in 6 gezeigt ist, dreht sich das Drehelement mit einer oszillierenden Bewegung, bei der sich das Drehelement durch die Änderung des Drehwinkels θ in einer geneigten Richtung, die durch die Torsionsfeder 40 geneigt ist, dreht.
Durch diese Bewegung, wie in 7 gezeigt ist, wenn sich das Drehelement 20 dreht, sodass der Drehwinkel θ geändert wird, wird die Drehachsenlinie Lr gedreht, sodass ein bestimmter Abschnitt des Axialabschnitts 22 sich immer in Kontakt mit der inneren Umfangsfläche der Lagerung 12 befindet. Außerdem bewegt sich die Drehachsenlinie Lr des Drehelements 20 entlang der gleichen Ortskurve, ungeachtet der Änderung des Drehwinkels θ des Drehelements 20. Mit anderen Worten gilt, dass wenn sich das Drehelement 20 um einen bestimmten Drehwinkel θ dreht, die Bewegungsrichtung und der Neigungswinkel des Drehelements 20, das sich in dem klappernden Zustand befindet, konstant sind. Zu diesem Zeitpunkt schwankt jede Magnetfeldkomponente, die in 4 gezeigt ist, um in der Rechts-/Links-Richtung und vertikalen (Auf-/Ab)-Richtung versetzt zu werden. Weil jedoch der Schwankungsbetrag immer relativ zu dem Drehwinkel θ des Drehelements 20 konstant ist, ist die Beziehung zwischen dem Magnetfeldwinkel α, der aus jeder magnetischen Feldkomponente berechnet wird, und der Ist-Drehwinkel θ, wie in 5 mit einer gepunkteten Linie angedeutet ist, gezeigt.
Daher gilt, dass obwohl der berechnete Magnetfeldwinkel α durch den Spalt zwischen der Lagerung 12 und dem Drehelement 20 beeinflusst wird, der Schwankungsbetrag wiederholbar ist, und demzufolge die Winkelerfassungsvorrichtung 1 einen Korrekturwert einstellt, sodass die Differenz zwischen dem berechneten Winkel α und dem Ist-Drehwinkel so klein wie möglich sein kann. Die Korrektur wird durchgeführt, um zu erreichen, dass die Beziehung zwischen dem Magnetfeldwinkel α und dem Drehwinkel θ linear wird, und die korrigierte lineare Beziehung wird in dem Berechnungsabschnitt 34 gespeichert. Der Einfluss der Schwankungen und Beschleunigungen, die an die Winkelerfassungsvorrichtung 1 angelegt werden, können durch Einstellen der Federkraft der Torsionsfeder 40 unter Inbetrachtziehen eines solchen Einflusses tolerierbar werden.
(Durch die Winkelerfassungsvorrichtung 1 erlangte Effekte)
Wie erläutert gilt gemäß der Winkelerfassungsvorrichtung 1, dass das Drehelement 20 gedreht wird, während dieses durch die Torsionsfeder 40 vorgespannt wird, wobei die Position des Drehelements 20 relativ zu der Lagerung immer bei jedem Drehwinkel die gleiche ist. Daher gilt, dass auch wenn eine Maßdifferenz zwischen dem Außendurchmesser des Drehelements 20 und dem Innendurchmesser der Lagerung 12 eingestellt ist, und das Drehelement 20 mit einem bestimmten Spalt dazwischen an die Lagerung 12 montiert wird, wird das Drehelement 20 in Kontakt mit der inneren Umfangsfläche der Lagerung 12 durch die Vorspannkraft der Torsionsfeder gebracht, und ist drehbar, ohne jegliches Klappern zu erzeugen.
Weiterhin halten der Neigungswinkel und die Neigungsrichtung des Drehelements 20 eine konstante Beziehung zu jedem Drehwinkel θ ein und demzufolge wird der Schwankungsbetrag der magnetischen Feldkomponente konstant gehalten. Die Winkelerfassungsvorrichtung 1 korrigiert den berechneten Magnetfeldwinkel α durch die Winkelberechnungsvorrichtung 30 unter Inbetrachtziehen des konstanten Schwankungsbetrags der magnetischen Feldkomponente, um den Drehwinkel θ des Drehelements 20 im Vergleich zu den herkömmlichen Vorrichtungen genauer zu erfassen.
Weiterhin gilt, dass weil die Torsionsfeder 40 das Drehelement 20 an einer Position entfernt von der Rotationsachsenlinie Lr in einer Radialrichtung in Richtung der Mittelachsenlinie Lc der Lagerung 12 vorspannt, das Drehelement 20 sicher relativ zu der Mittelachsenlinie Lc der Lagerung 12 geneigt werden kann. Dies kann den Schwankungsbetrag der Magnetfeldkomponenten konstant halten. Zusätzlich gilt, dass weil die Torsionsfeder 40 einachsig mit der Lagerung 12 durch Ummanteln mindestens eines Abschnitts des Drehelements 20 angeordnet ist, das Drehelement 20 stabiler in der Richtung der Mittelachsenlinie Lc der Lagerung 12 vorgespannt wird.
Weiterhin ist die Winkelerfassungsvorrichtung 1 mit der Torsionsfeder 40 ausgestattet, die ein elastisches Element ist, das als eine Rückholfeder zum Rücksetzen des Drehelements 20 auf die Ausgangsstufe einer Phase, die relativ zu der Lagerung 12 eingestellt ist, verwendet wird. Weil die Torsionsfeder 40 mit einem vorbestimmten Abstand zwischen den mehrere Male gewickelten Drähten ausgestattet ist, weist die Torsionsfeder 40 eine Elastizität in einer Axialrichtung auf. Die Winkelerfassungsvorrichtung 1 verwendet diese Elastizität in der Axialrichtung zum Vorspannen des Drehelements 20 in einer Axialrichtung. Demzufolge wird die Torsionsfeder 40, die ebenso als eine Rückholfeder verwendet wird, gemeinsam als ein elastisches Element zum Vorspannen des Drehelements 20 in einer Axialrichtung verwendet. Daher kann die Winkelerfassungsvorrichtung 1 den Schwankungsbetrag der Magnetfeldkomponenten des durch den Magnetabschnitt 23 des Drehelements 20 erzeugten Magnetfelds bei einem konstanten Betrag halten, ohne die Anzahl von Bauteilen zu erhöhen. Demzufolge kann die Winkelerfassungsvorrichtung 1 die Erfassungsgenauigkeit des Erfassens eines Drehwinkels θ des Drehelements 20 verbessern.
<Modifiziertes erstes Ausführungsbeispiel>
Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel weist die Torsionsfeder 40 eine Elastizität in einer Axialrichtung aufgrund des Bereitstellens des vorbestimmten Abstands (Distanz) zwischen den gewickelten Drähten der Feder auf. Nach Zusammensetzen der Torsionsfeder 40 zu der Winkelerfassungsvorrichtung 1 wird die Torsionsfeder 40 zwischen dem Seitenwandabschnitt 13 und dem ringförmigen Hauptkörper 21 angebracht, wobei eine vorgeladene Kompression in einer Axialrichtung angelegt wird. Im Gegensatz dazu können als eine Modifikation des ersten Ausführungsbeispiels Haken an dem ersten und an dem zweiten Anbringabschnitt 41 und 42 der Torsionsfeder 40 bereitgestellt sein, und bei Zusammensetzen der Winkelerfassungsvorrichtung 1 befindet sich die zwischen dem Seitenwandabschnitt 13 des Gehäuses 10 und dem ringförmigen Hauptkörper 21 des Drehelements 20 angebrachte Torsionsfeder 40 in einem in einer Axialrichtung ausgedehnten Zustand. Gemäß dem modifizierten Ausführungsbeispiel muss der Abstand zwischen den Drähten nicht notwendigerweise bereitgestellt sein, und stattdessen sind benachbarte Drähte in nahem Kontakt miteinander angeordnet, um ein abstandsloses Verdrahtungsprofil zu bilden.
Gemäß der so aufgebauten Vorrichtung ist die Neigungsrichtung des Drehelements 20 die Richtung, in der sich der zweite Federfixierabschnitt 21b befindet. Wie in 1(a) gezeigt ist, wenn sich der zweite Federfixierabschnitt 21b an einer am weitesten weg von der Position der Winkelberechnungsvorrichtung 30 befindlichen Position befindet, ist der Magnetabschnitt 23 des Drehelements 20 derart geneigt, dass sich der Magnetabschnitt am weitesten von der Position der Winkelberechnungsvorrichtung 30 entfernten Position befindet. Gemäß diesem modifizierten Ausführungsbeispiel gilt, dass obwohl die Neigungsrichtung zu der in dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel erläuterten Richtung entgegengesetzt ist, die gleichen Effekte erhalten werden.
<Zweites Ausführungsbeispiel>
Die Winkelerfassungsvorrichtung 101 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel wird mit Bezugnahme auf die anhängenden Zeichnungen beschrieben. Es sei hier angemerkt, dass die Winkelerfassungsvorrichtung 101 dieses Ausführungsbeispiels einen Federring bzw. eine Federscheibe als das elastische Element anstatt des Verwendens der Torsionsfeder 40 als das elastische Element in der Winkelerfassungsvorrichtung 1 gemäß dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel verwendet. Die verbleibenden Strukturen sind im Wesentlichen die gleichen wie jene in dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel, und demzufolge wird die detaillierte Erläuterung davon weggelassen, und die sich von denen des vorhergehenden Ausführungsbeispiels unterscheidenden Strukturen werden nachstehend erläutert.
(Aufbau der Winkelerfassungsvorrichtung 101)
Wie in 8(a) gezeigt ist, umfasst die Winkelerfassungsvorrichtung 101 die Winkelberechnungsvorrichtung 30 und einen Federring 140. Die Winkelerfassungsvorrichtung 101 erfasst die Magnetfeldkomponenten, die sich gemäß der Drehung des Drehelements 20 ändern, durch die Winkelberechnungsvorrichtung 30 und berechnet den Drehwinkel des Drehwinkels 120 relativ zu dem Gehäuse 10. Das Drehelement 120 dreht sich relativ zu dem Gehäuse 10 und ist durch den ringförmigen Hauptkörper 21, den axialen Abschnitt 22, den Magnetabschnitt 22 und den Betätigungshebel 124 ausgebildet. Der Betätigungshebel 124 ist in einer L-Form ausgebildet und mit einer Außenumfangsfläche des axialen Abschnitts 22 an einem Ende (unteres Ende in 8(a)) eingeführt und verbunden. Der Betätigungshebel 124 ist mit einer Federringeingriffsnut 124a in einer Radialrichtung an einem peripheren Verbindungsabschnitt ausgestattet, wobei der axiale Abschnitt 22 einer gegenüberliegenden Oberfläche des Seitenwandabschnitts 13 des Gehäuses 10 gegenüberliegt. Die Federringeingriffsnut 124a befindet sich in Eingriff mit einem später beschriebenen Vorsprungsabschnitt 141 des Federrings 140.
Der Federring 140 ist ein elastisches Element, das ausgebildet ist, um im Wesentlichen ringförmig geformt zu sein, wie in 8(b) gezeigt ist. Der Federring 140 wird in den Axialabschnitt 22 des Drehelements 120 eingebracht, sodass sich der Federring 140 zwischen dem einen Ende (unteres Ende in 8(a)) der Lagerung 12 und dem Betätigungshebel 124 befindet. Weiterhin ist der Federring 140 mit dem Vorsprungsabschnitt 141 ausgestattet, der nach außen in einer Radialrichtung vorsteht. Der Vorsprungsabschnitt 141 befindet sich an dem Außenumfangsabschnitt entgegengesetzt zu einem Schlitz relativ zu der Mitte des Rings. Der Vorsprungsabschnitt 141 ist mit der Federringeingriffsnut 124a in Eingriff zu bringen. Demzufolge wird die Drehung des Federrings 140 relativ zu dem Drehelement 120 bei einem Abschnitt des Außenumfangsabschnitts davon gesperrt. Daher beginnt der Federring 140 gemäß der Drehung des Drehelements 120 zu drehen und wird relativ zu der Lagerung 12 gedreht.
Ferner erzeugt der Federring 140 eine Elastizität in einer Axialrichtung, wenn die beiden Enden, die den Schlitz bilden, gewunden sind. Bei Zusammenbau der Winkelerfassungsvorrichtung 101 wird der Federring 140 zwischen dem Seitenwandabschnitt 13 des Gehäuses 10 und dem Betätigungshebel 124 des Drehelements 120 in einem axial komprimierten Zustand angebracht. Mit anderen Worten spannt der Federring 140 das Drehelement 120 in der Richtung der Mittelachsenlinie Lc der Lagerung 12 vor. In dem zusammengesetzten Zustand befindet sich die eine Endseite des Federrings 140 in Kontakt mit einer Endfläche der Lagerung 12 und die andere Seite befindet sich in Kontakt mit dem Betätigungshebel 124. Die Kontaktposition zwischen der anderen Endseite des Federrings 140 und dem Betätigungshebel 124 befindet sich außerhalb der Drehachsenlinie Lr des Drehelements 120 in einer Radialrichtung.
Es sei hier angemerkt, dass der Außendurchmesser des Axialabschnitts 22 des Drehelements 120 eingestellt ist, um kleiner als der Innendurchmesser der Lagerung 12 zu sein. Demzufolge ist das Drehelement 120 um einen maximal zulässigen Winkel neigbar, der durch eine solche Maßdifferenz definiert ist. Das Drehelement 120 ist relativ zu der Lagerung 12 durch die Vorspannkraft des Federrings 140 geneigt. Die Neigungsrichtung des Drehelements 120 ist die entgegengesetzte Richtung, in der die Federringeingriffsnut 124(a) gebildet ist. Mit anderen Worten gilt, wie in 8(a) gezeigt ist, wenn sich die Federringeingriffsnut 124a an einer am weitesten von der Winkelberechnungsvorrichtung 30 entfernten Position befindet, dass der Magnetabschnitt 23 des Drehelements 120 zu einer Position am nächsten zu der Winkelberechnungsvorrichtung 30 geneigt ist. Weiterhin gilt in der Winkelerfassungsvorrichtung 101 gemäß dem Ausführungsbeispiel, dass wenn es notwendig ist, dass das Drehelement 120 zu der Ausgangsphasenstufe relativ zu der Lagerung 12 zurückgesetzt wird, der Aufbau modifiziert werden kann, um beispielsweise eine Torsionsfeder zu umfassen.
(Betrieb der Winkelerfassungsvorrichtung 101)
Gemäß der so aufgebauten Winkelerfassungsvorrichtung 101 gilt, dass wenn der Betätigungshebel 124 betätigt wird, das Drehelement 120, das auf der Lagerung 12 gestützt ist, gedreht wird, und anschließend die Winkelberechnungsvorrichtung 30 die Änderung des Magnetfelds gemäß der Drehung des Drehelements 120 erfasst, und den Drehwinkel θ des Drehelements 120 berechnet. In dieser Winkelerfassungsvorrichtung 101 gilt, dass wenn das Drehelement, das mit einem bestimmten Spalt mit der Lagerung 12 zusammengesetzt ist, aufgrund eines solchen Spalts relativ zu der Lagerung 12 klappert, die Magnetfeldkomponenten des durch das Drehelement 120 erzeugten Magnetfelds schwanken. Es ist schwierig, einen durch ein solches Klappern zufällig verursachten Fehler zu korrigieren. Dies liegt daran, dass die Bewegungsrichtung und der Neigungswinkel des Drehelements 120 in Abhängigkeit von den Vibrationen und Beschleunigungen, die an die Winkelerfassungsvorrichtung 101 angelegt werden, variieren.
Um eine solche Schwierigkeit zu lösen, gilt demzufolge in der Winkelerfassungsvorrichtung 101 gemäß dieser Erfindung, dass das Drehelement 120 durch den Federring 140 in der Richtung der Mittelachsenlinie Lc der Lagerung 12 vorgespannt wird, um das Drehelement 120 relativ zu der Lagerung 12 zu neigen. Die Drehung des Federrings 140 relativ zu dem Drehelement 120 wird durch das Eingreifen des Vorsprungsabschnitts 141 des Federrings 140 mit der Federringeingriffsnut 124a begrenzt und demzufolge initiiert der Federring 140 eine Drehung mit dem Drehelement 120. Demzufolge spannt der Federring 140 das Drehelement 120 vor, sodass die Phasendifferenz zwischen einer Drehphase des Drehelements 120 und eine Drehphase der Lagerung 12, die um die Mittelachsenlinie Lc davon mit einem geneigten Winkel relativ zu dem Drehelement 120 dreht, ungeachtet der Änderung des Drehwinkel θ des Drehelements 120 konstant gehalten wird. Gleichermaßen wie bei dem Drehelement 20 der Winkelerfassungsvorrichtung 1 gemäß dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel gilt, dass sich das Drehelement 120 mit einer oszillierenden Bewegung dreht, die in einer geneigten Richtung durch eine Winkeländerung des Drehwinkels θ oszilliert. Das Verfahren zum Berechnen und die Korrektur des Magnetfeldwinkels α sind im Wesentlichen die gleichen wie jene in dem ersten Ausführungsbeispiel und die Erläuterung davon wird hier weggelassen.
(Effekte der Winkelerfassungsvorrichtung 101)
Im Wesentlichen die gleichen oder ähnliche Effekte der Winkelerfassungsvorrichtung 1 gemäß dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel werden durch die Winkelerfassungsvorrichtung 101 dieses Ausführungsbeispiels erreicht. Gemäß der Winkelerfassungsvorrichtung 101 wird das Drehelement 120 gedreht, während dieses durch den Federring 140 vorgespannt wird, wobei die Position des Drehelements 120 relativ zu der Lagerung 12 immer die gleiche bei jedem Drehwinkel ist. Daher gilt, dass auch wenn eine Maßdifferenz zwischen dem Außendurchmesser des Drehelements 120 und dem Innendurchmesser der Lagerung 12 eingestellt ist, und das Drehelement 120 mit einem bestimmten Spalt dazwischen mit der Lagerung 12 zusammengesetzt wird, das Drehelement 120 in Kontakt mit der inneren Umfangsfläche der Lagerung 12 durch die Vorspannkraft des Federrings 140 gebracht wird, und drehbar ist, ohne ein Klappern zu erzeugen.
Weiterhin behalten der Neigungswinkel und die Neigungsrichtung des Drehelements 120 eine konstante Beziehung relativ zu jedem Drehwinkel θ bei und demzufolge wird der Schwankungsbetrag der magnetischen Feldkomponente konstant gehalten. Die Winkelerfassungsvorrichtung 101 korrigiert den berechneten Magnetfeldwinkel α durch die Winkelberechnungsvorrichtung 30 unter Berücksichtigung des konstanten Schwankungsbetrags der magnetischen Feldkomponente, um den Drehwinkel θ des Drehelements 120 im Vergleich zu den herkömmlichen Vorrichtungen genauer zu erfassen.
Weiterhin verwendet die Winkelerfassungsvorrichtung 101 den Federring 140 als das elastische Element. Der Federring 140 erzeugt eine Elastizität in einer Axialrichtung durch Verwinden beider Endseiten des Schlitzes, der an der äußeren Peripherie davon ausgebildet ist. Die Winkelerfassungsvorrichtung 101 verwendet diese Elastizität in der Axialrichtung, und spannt das Drehelement 120 in einer Axialrichtung vor. Daher wird der Schwankungsbetrag der magnetischen Feldkomponente konstant gehalten und die Genauigkeit des Erfassens des Drehwinkels θ des Drehelements 120 kann gemäß der Winkelerfassungsvorrichtung 101 verbessert werden. Weiterhin kann durch Verwenden des Federrings 140 als das elastische Element das Drehelement 120 effektiv auch in dem Zustand eines begrenzten Raums geneigt werden.
<Modifiziertes Ausführungsbeispiel des zweiten Ausführungsbeispiels>
Gemäß dem Aufbau des Ausführungsbeispiels ist der Federring 140 mit dem Vorsprungsabschnitt 141 ausgebildet, der an dem Außenumfangsabschnitt ausgebildet ist und in einer Radialrichtung nach außen ragt, und der Vorsprungsabschnitt 141 des Federrings 140 befindet sich in Eingriff mit der Federringeingriffsnut 124a des Drehelements 120. Jedoch kann der Federring 140 mit einem vertieften Abschnitt 142 ausgestattet sein, der an dem Außenumfangsabschnitt ausgebildet und in einer Radialrichtung nach innen vertieft ist, wie in 8(c) gezeigt ist. In dieser Modifikation ist der Betätigungshebel 124 mit einem Vorsprung in einer Radialrichtung ausgestattet, der mit dem vertieften Abschnitt 142 des Federrings 140 an einem peripheren Verbindungsabschnitt eingreift, wobei der axiale Abschnitt 22 einer gegenüberliegenden Fläche des Seitenwandabschnitts 13 des Gehäuses 10 gegenübersteht. Die Drehung des Federrings 140 relativ zu dem Drehelement 120 ist begrenzt und wird gemäß der Drehung des Drehelements 120 gedreht. Gemäß dieser Modifikation können die gleichen oder ähnliche Effekte wie jene in dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel erreicht werden.
<Weiteres>
Die Ausführungsbeispiele der Erfindung wurden bislang mit den Strukturen der Winkelerfassungsvorrichtungen 1 und 101 erläutert. Ferner werden die Torsionsfeder 40 des ersten Ausführungsbeispiels und der Federring 140 des zweiten Ausführungsbeispiels als das elastische Element verwendet, und die relativen Drehungen der Torsionsfeder 40 und des Federrings 140 relativ zu den Drehelementen 20 und 120 sind entsprechend eingeschränkt und drehen sich gemäß den Drehungen der Drehelemente 20 und 120. Jedoch kann dies derart modifiziert werden, dass es zulässig ist, dass ein Ende des elastischen Elements relativ zu der Drehung der Drehelemente 20 und 120 gedreht wird, aber die Drehung des anderen Endes des elastischen Elements relativ zu dem Gehäuse 10 mit der Lagerung 12 verhindert wird. Unter einer solchen Bedingung spannt das elastische Element die Drehelemente 20 und 120 in einer Richtung der Mittelachsenlinie Lc der Lagerung 12 vor.
Genauer gesagt gilt gemäß der Winkelerfassungsvorrichtung 1 des ersten Ausführungsbeispiels, dass sich das Drehelement 20 und die Torsionsfeder 40 in Kontakt miteinander befinden, ohne Eingriff zwischen dem Flanschabschnitt 21a und dem ringförmigen Hauptkörper 21 des Drehelements 20 und dem zweiten Anbringabschnitt 42 der Torsionsfeder 40. Außerdem spannt das eine Ende der Torsionsfeder 40 das Drehelement mit einer schiebbaren Bewegung relativ zu der Drehbewegung des Drehelements 20 vor. Daher ändert sich die Position des Drehelements 20, das durch die Torsionsfeder 40 vorgespannt wird, gemäß der Änderung des Drehwinkels des Drehelements 20. Dies kann die Neigungsrichtung des Drehelements 20 beibehalten, um bei jeder beliebigen Drehwinkelposition konstant zu sein.
Weiterhin können gemäß der Winkelerfassungsvorrichtung 101 des zweiten Ausführungsbeispiels die Federringeingriffsnut 124a oder der Vorsprung, der auf dem Drehelement 120 bereitgestellt ist, die mit dem Vorsprungsabschnitt 141 des Federrings 140 oder dem vertieften Abschnitt 142 davon in Eingriff zu bringen sind, beispielsweise an der Endfläche der Lagerung 12 oder dem Seitenwandabschnitt 13 des Gehäuses 10 bereitgestellt sein. In dieser Modifikation bewegt sich der Federring 140 schiebbar relativ zu der Drehung des Drehelements 120 durch Vorspannen des Drehelements 120 an dem einen Ende des Federrings 140. Dies kann die Neigungsrichtung des Drehelements 120 beibehalten, um bei jeder beliebigen Drehwinkelposition konstant zu sein. Demzufolge kann in den Winkelerfassungsvorrichtungen 1 und 101 des ersten und des zweiten Ausführungsbeispiels die Neigungsrichtung des Drehelements 20 und 120 bei jeder beliebigen Drehwinkelsituation des Drehelements konstant gehalten werden, und demzufolge kann der Schwankungsbetrag der Magnetfeldkomponenten konstant gehalten werden. Die Winkelerfassungsvorrichtungen 1 und 101 können den Drehwinkel θ der Drehelemente 20 und 120 mit einer verbesserten Genauigkeit erfassen.
Weiterhin spannen die Torsionsfeder 40 und der Federring 140 als das elastische Element des ersten und des zweiten Ausführungsbeispiels die Drehelemente 20 und 120 in der Richtung der Mittelachsenlinie Lc der Lagerung 12 vor. Jedoch kann das elastische Element derart ausgebildet sein, dass das elastische Element die Drehelemente 20 und 120 in einer Radialrichtung der Lagerung 12 an einer Position entfernt von der einen Endseite der Lagerung 12 in Richtung einer Seite der Richtung der Mittelachsenlinie Lc vorspannt. Mit anderen Worten spannt das elastische Element das Drehelement an einer Position des Axialabschnitts 22 der Drehelemente 20 und 120 entfernt von dem Endabschnitt der Lagerung 12 vor. Die eine Endseite der Lagerung 12 ist entweder die Seite der Lagerung 12 näher zu dem ringförmigen Hauptkörper 21 des Drehelements 20 (oberes Seitenende gemäß 1(a) und 8(a)) oder die entgegengesetzte Endseite dazu.
Gemäß diesem Aufbau kann das Drehelement 20 sicher relativ zu der Mittelachsenlinie Lc der Lagerung 12 geneigt sein. Daher kann der Schwankungsbetrag der Magnetfeldkomponenten konstant gehalten werden. Weiterhin kann dieses derartig ausgebildet sein, dass die Drehung des elastischen Elements relativ zu mindestens einem, der Lagerung 12 und/oder den Drehelementen 20 und 120, eingeschränkt sein kann. Daher können die Drehelemente 20 und 120 gedreht werden, während die geneigte Richtung beibehalten wird, wenn sich das elastische Element in Eingriff mit dem Gehäuse 10, das die Lagerung 12 umfasst, befindet, und dreht die Drehachselinie Lr des Drehelements 20 und 120, das sich in oszillierender Bewegung befindet, wenn sich das elastische Element mit den Drehelementen 20 und 120 in Eingriff befindet. In jeder vorstehenden Situation gilt, dass weil die Neigungsrichtungen der Drehelemente 20 und 120 immer bei jedem beliebigen Drehwinkel der Drehelemente konstant sind, der Schwankungsbetrag der Magnetfeldkomponenten konstant gehalten werden kann. Dies kann die Erfassungsgenauigkeit des Drehwinkels θ der Drehelemente 20 und 120 der Winkelerfassungsvorrichtung 1 und 101 verbessern.
Weiterhin erfasst die Winkelberechnungsvorrichtung 30, die den Winkelberechnungseinrichtungen entspricht, die in dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel erläutert wurden, die Magnetfeldkomponenten in der X-Richtung und Z-Richtung als die unterschiedliche Vielzahl von Erfassungsrichtungen. Jedoch kann die Vielzahl von zu erfassenden unterschiedlichen Richtungen in der X-Richtung und der Y-Richtung in dem ersten Ausführungsbeispiel eingestellt sein. In diesem Fall kann die vertikale Richtung der Basisplatte 31 der Winkelberechnungsvorrichtung 30 angeordnet sein, um parallel mit der Mittelachsenlinie Lc der Lagerung 12 zu verlaufen. Daher ist die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern beliebige Modifikationen und Weiterbildungen können in dem Umfang der Erfindung enthalten sein, solange der Aufbau, in dem das Magnetfeld, das durch das durch die Lagerung gestützte Drehelement erzeugt wird, sich gemäß dem Drehwinkel θ ändert, und der Drehwinkel θ basierend auf den Magnetfeldkomponenten des Magnetfelds berechnet werden kann.
Gemäß einem solchen Aufbau innerhalb des Umfangs der Erfindung können die gleichen oder ähnliche Effekte der vorhergehenden Ausführungsbeispiele der Erfindung ebenso dadurch erreicht werden.
ERLÄUTERUNG VON BEZUGSZEICHEN
In den Zeichnungen gilt:
1, 101: Winkelerfassungsvorrichtung, 10: Gehäuse, 11: Basisabschnitt, 12: Lagerung, 13: Seitenwandabschnitt, 13a: erster Federfixierabschnitt, 20, 120: Drehelement, 21: ringförmiger Hauptkörper, 21a: Flanschabschnitt, 21b: zweiter Federfixierabschnitt, 22: Axialabschnitt, 23: Magnetabschnitt, 24, 124: Betätigungshebel, 124a: Federringeingriffsnut, 30: Winkelberechnungsvorrichtung (Winkelberechnungseinrichtung), 31: Basisplatte, 32: magnetische Sensoren, 33: magnetische Platte, 34: Berechnungsabschnitt, 40: Torsionsfeder (elastisches Element), 41: erster Anbringabschnitt, 42: zweiter Anbringabschnitt, 140: Federring (elastisches Element), 141: Vorsprungsabschnitt, 142: vertiefter Abschnitt, Lc: Mittelachsenlinie, Lr: Drehachsenlinie, α: Magnetfeldwinkel, θ: Drehwinkel

Claims

Winkelerfassungsvorrichtung (1, 101), mit: einem Drehelement (20, 120), das mit einem Magnetabschnitt (23) ausgestattet ist, der ein Magnetfeld mit in einer Umfangsrichtung abwechselnd angeordneten Polaritäten erzeugt; einem Gehäuse (10) mit einer Lagerung (12), auf der das Drehelement (20, 120) drehbar gestützt ist; einer Winkelberechnungseinrichtung (30) zum Erfassen von Magnetfeldkomponenten des Magnetfelds in einer Vielzahl von unterschiedlichen Richtungen (X-Richtung, Y-Richtung, Z-Richtung) und Berechnen eines Drehwinkels (θ) des Drehelements basierend auf den erfassten Magnetfeldkomponenten; und einem elastischen Element (40, 140), das das Drehelement vorspannt, sodass das Drehelement gedreht wird, wobei eine konstante geneigte Richtung relativ zu einer Mittelachsenlinie (Lc) der Lagerung beibehalten wird, oder das Drehelement vorspannt, sodass eine Phasendifferenz zwischen einer Drehphase des Drehelements und einer Drehphase der Lagerung, die sich um die Mittelachsenlinie davon mit der geneigten Richtung relativ zu dem Drehelement dreht, konstant gehalten wird, ungeachtet einer Änderung des Drehwinkels des Drehelements.
Winkelerfassungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei sich das elastische Element (40, 140) an einem Ende in Kontakt mit dem Drehelement (20, 120) befindet, und sich an dem anderen Ende in Kontakt mit dem Gehäuse (10) befindet, und wobei das elastische Element das Drehelement in der Richtung der Mittelachsenlinie (Lc) der Lagerung an einer Position entfernt von der Drehachsenlinie (Lr) des Drehelements in einer Radialrichtung unter der relativen Drehung relativ zu dem Drehelement oder dem Gehäuse, das sich in Kontakt mit dem einen Ende und/oder dem anderen Ende des elastischen Elements (40, 140) befindet, vorspannt.
Winkelerfassungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei sich das elastische Element (4, 140) an einem Ende in Kontakt mit dem Drehelement (20, 120) befindet, und sich an dem anderen Ende in Kontakt mit dem Gehäuse (10) befindet, und wobei das elastische Element (40, 140) das Drehelement in einer Radialrichtung der Lagerung (12) an einer Position entfernt von einer Seite in der Mittelachsenlinienrichtung der Lagerung unter einer Einschränkung einer relativen Drehung relativ zu dem Drehelement oder dem Gehäuse, das sich in Kontakt mit einem der beide Enden des elastischen Elements befindet, vorspannt.
Winkelerfassungsvorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei das elastische Element (40, 140) ringförmig ausgebildet ist und einachsig mit der Lagerung angeordnet ist, sodass das Drehelement (20, 120, 22) dadurch umschlossen ist.
Winkelerfassungsvorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei das elastische Element (40, 140) durch eine Torsionsfeder (40) ausgebildet ist, wobei ein Ende davon an dem Drehelement (20) fixiert ist und das andere Ende davon mit dem Gehäuse (10) fixiert ist, um dabei das Drehelement zu drehen, um zu einer vorbestimmten Ausgangsphasenstufe relativ zu der Lagerung zurückzukehren.
Winkelerfassungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Magnetabschnitt (23) durch eine Vielzahl von Magneten (23) ausgebildet ist, sodass die Polaritäten (N-Pol, S-Pol) abwechselnd in einer Umfangsrichtung angeordnet sind.