DE112011104630T5

DE112011104630T5 - Magnetfeld-Winkelmessvorrichtung, Drehwinkelmessvorrichtung und Rotationsmaschine, System, Fahrzeug und Fahrzeugantriebsvorrichtung, die jeweils dieselbe Drehwinkelmessvorrichtung verwenden

Info

Publication number: DE112011104630T5
Application number: DE112011104630T
Authority: DE
Inventors: Mutsumi Suzuki; Katsuaki Fukatsu; Takafumi Matsumura
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2010-12-28
Filing date: 2011-12-20
Publication date: 2013-10-10
Also published as: US20130264915A1; JP5380425B2; JP2012137457A; CN103282745A; WO2012090768A1

Abstract

In einer Drehwinkelmessvorrichtung (82) unter Verwendung einer Brückenkonfiguration eines Magnetwiderstandselements wird kein korrekter Winkel ausgegeben, wenn ein Fehler auftritt. Aus diesem Grund besteht ein Problem, bei dem ein System der oberen Ebene, das dieselbe verwendet, gestört ist. Um dieses Problem zu lösen, wird jedoch eine Drehwinkelmessvorrichtung (82) mit einer SIN-Brücke (61) und einer COS-Brücke (60), von denen jede ein Magnetwiderstandselement umfasst, und einer Detektionseinheit (302) geschaffen, wobei die Detektionseinheit ein Winkelsignal auf der Basis eines von einer normalen Halbbrücke ausgegebenen Signals ausgibt, wenn ein Fehler in irgendeiner der jeweiligen Halbbrücken der COS-Brücke oder der SIN-Brücke auftritt.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Magnetfeld-Winkelmessvorrichtung mit einem Magnetwiderstandselement (nachstehend als MR-Element bezeichnet) und eine Drehwinkelmessvorrichtung unter Verwendung derselben.
Ferner hat in dieser Patentbeschreibung ein Positionssensor die Bedeutung eines Drehwinkelsensors zum Detektieren einer Position (Drehwinkel) eines Drehkörpers oder die Bedeutung eines Positionssensors für einen Bewegungskörper, der sich translatorisch bewegt.
In einem Positionssensor oder Drehwinkelmesssensor, der einen Drehwinkel oder eine Position eines Drehkörpers misst, ist ein Magnetfeldgenerator wie z. B. ein Magnet an einem Drehkörper befestigt und eine Magnetfeldrichtung wird durch einen Magnetfeld-Winkelmesssensor gemessen.
Im Übrigen hat in dieser Patentbeschreibung der Positionssensor die Bedeutung eines Drehwinkelsensors zum Detektieren einer Position (Drehwinkel) eines Drehkörpers oder die Bedeutung eines Positionssensors für einen Bewegungskörper, der sich translatorisch bewegt.
Als solcher Magnetfeld-Winkelmesssensor ist ein Sensor unter Verwendung eines Magnetwiderstandselements bekannt. In dem Magnetwiderstandselement ändert sich ein elektrischer Widerstandswert in Reaktion auf die Richtung oder Intensität des an das Element angelegten Magnetfeldes.
Als Magnetwiderstandselement (MR-Element) ist ein anisotropes Magnetwiderstandselement (nachstehend als ”AMR-Element” bezeichnet), ein Riesenmagnetwiderstandselement (nachstehend als ”GMR-Element” bezeichnet), ein Tunnelmagnetwiderstandselement (nachstehend als ”TMR-Element” bezeichnet) oder dergleichen bekannt. Nachstehend wird der Umriss des Standes der Technik durch Veranschaulichen einer Magnetfeld-Detektionsvorrichtung unter Verwendung eines GMR-Elements beschrieben.
Die Basiskonfiguration des GMR-Elements ist in 2 dargestellt. Das GMR-Element umfasst eine erste magnetische Schicht (eine feste magnetische Schicht oder eine magnetische Polschicht) 13 und eine zweite magnetische Schicht (eine freie magnetische Schicht) 11 und eine nicht magnetische Schicht (eine Abstandhalterschicht) 12 ist zwischen beide magnetische Schichten eingefügt. Wenn ein externes Magnetfeld 30 an das GMR-Element angelegt wird, ist die Magnetisierungsrichtung der festen magnetischen Schicht ohne irgendeine Änderung fest, aber eine Magnetisierungsrichtung 20 der freien magnetischen Schicht ändert sich in Abhängigkeit von der Richtung des externen Magnetfeldes.
In dieser Patentbeschreibung wird ein Winkel einer Magnetisierungsrichtung 22 der festen magnetischen Schicht als Polwinkel bezeichnet und wird durch θ_p angegeben.
Wenn eine Spannung an beide Enden des GMR-Elements angelegt wird, fließt ein Strom in Reaktion auf den Elementwiderstand zu diesem. Der Betrag des Elementwiderstandes ändert sich jedoch in Abhängigkeit von einer Differenz Δθ = θ_f – θ_p zwischen der Magnetisierungsrichtung (Polwinkel) θ_p der festen magnetischen Schicht und der Magnetisierungsrichtung θ_f der freien magnetischen Schicht. Wenn die Magnetisierungsrichtung θ_p der festen magnetischen Schicht gegeben ist, ist es folglich möglich, die Magnetisierungsrichtung θ_f der freien magnetischen Schicht, das heißt die Richtung des externen Magnetfeldes, durch Messen des Widerstandswerts des GMR-Elements unter Verwendung dieser Eigenschaft zu detektieren.
Der Mechanismus, in dem sich der Widerstandswert des GMR-Elements durch Δθ = θ_f – θ_p ändert, ist wie nachstehend.
Die Magnetisierungsrichtung der dünnen magnetischen Schicht ist an der Spinrichtung des Elektrons innerhalb des Magnetkörpers beteiligt. In einem Fall von Δθ = 0 ist folglich das Verhältnis der Elektronen mit derselben Spinrichtung bei den Elektronen innerhalb der freien magnetischen Schicht und bei den Elektronen innerhalb der festen magnetischen Schicht hoch. In einem Fall von Δθ = 180° ist dagegen das Verhältnis der Elektronen mit den entgegengesetzten Spinrichtungen bei den Elektronen innerhalb beider magnetischen Schichten hoch.
3 stellt schematisch die Querschnitte der freien magnetischen Schicht 11, der Abstandhalterschicht 12 und der festen magnetischen Schicht 13 dar. Der Pfeil in der freien magnetischen Schicht 11 und der festen magnetischen Schicht 13 stellt schematisch die Spinrichtung von mehreren Elektronen dar. 3(A) stellt einen Fall von Δθ = 0 dar, wobei die Spinrichtungen der freien magnetischen Schicht 11 und der festen magnetischen Schicht 13 einander gleich sind. 3(B) stellt einen Fall von Δθ = 180° dar, wobei die Spinrichtungen der freien magnetischen Schicht 11 und der festen magnetischen Schicht 13 zueinander entgegengesetzt sind. In einem Fall von 3(A) von θ = 0 werden die Elektronen, die aus der festen magnetischen Schicht 13 heraus gelangen und sich in der Rechtsrichtung drehen, im Wesentlichen nicht innerhalb der freien magnetischen Schicht 11 gestreut, da eine Mehrheit von Elektronen innerhalb der freien magnetischen Schicht 11 dieselbe Spinrichtung aufweisen, und laufen entlang eines Pfades wie z. B. eines Elektronenpfades 810. Unterdessen werden in einem Fall von 3(B) von Δθ = 180° die Elektronen, die aus der festen magnetischen Schicht 13 heraus gelangen und sich in der Rechtsrichtung drehen, innerhalb der freien magnetischen Schicht 11 stark gestreut, da sich eine Mehrheit der Elektronen in der entgegengesetzten Spinrichtung befindet, und laufen entlang eines Pfades wie z. B. eines Elektronenpfades 811. In dieser Weise nimmt, da das Elektronenstreuausmaß in einem Fall von Δθ = 180° zunimmt, der elektrische Widerstand zu.
In einem mittleren Fall von Δθ = 0 bis 180° wird der Zustand zu einem mittleren Zustand in 3(A) und 3(B). Es ist bekannt, dass der Widerstandswert des GMR-Elements sich gemäß der folgenden Gleichung ändert.
[Gleichung 1]

R = R'₀ + G / 2(1 – cosΔθ) = R₀ – G / 2cosΔθ Gleichung 1

G/R wird GMR-Koeffizient genannt und ist mehrere Prozent bis einige zehn Prozent.
In dieser Weise wird, da die Stromflussrichtung (das heißt der elektrische Widerstand) in Abhängigkeit von der Elektronenspinrichtung gesteuert werden kann, das GMR-Element auch Spinventilelement genannt.
In einem magnetischen Film (dünnen magnetischen Film), dessen Filmdicke dünn ist, ist ferner ein Entmagnetisierungskoeffizient in einer zu einer Oberfläche senkrechten Richtung äußerst groß und daher kann ein Magnetisierungsvektor in der senkrechten Richtung (Filmdickenrichtung) nicht aufsteigen, sondern liegt in der Oberfläche. Da sowohl die freie magnetische Schicht 11 als auch die feste magnetische Schicht 13, die das GMR-Element bilden, ausreichend dünn sind, liegen die jeweiligen Magnetisierungsvektoren in der Oberfläche.
In einer Anwendung als Magnetsensor ist eine Wheatstone-Brücke 60 unter Verwendung von vier GMR-Elementen R₁ (51-1) bis R₄ (51-4) konfiguriert, wie in 4 dargestellt. Hier ist die Magnetisierungsrichtung der festen magnetischen Schicht von R₁ (51-1) und R₃ (51-3) als θ_p = 0 festgelegt und die Magnetisierungsrichtung der festen magnetischen Schicht von R₂ und R₄ ist als θ_p = 180° festgelegt. Da die Magnetisierungsrichtung θ_f der freien magnetischen Schicht im externen Magnetfeld und ebenso in den vier GMR-Elementen definiert ist, wird eine Beziehung von Δθ₂ = θ_f – θ_p2 = θ_f – θ_p1 – π = Δθ₁ + π festgelegt. Da Δθ₁ auf θ_p = 0 basiert, wird hier Δθ₁ = θ erhalten.
[Gleichung 2]

R_n = R_n0 – G / 2cosθ Gleichung 2

Wie aus (Gleichung 1) verständlich ist, wird die Gleichung folglich wie vorstehend in R₁ und R₃ aufgestellt (n = 1, 3).
[Gleichung 3]

R_n = R_n0 + G / 2cosθ Gleichung 3

Dann wird die Gleichung wie vorstehend in R₂ und R₄ aufgestellt (n = 2, 4).
Wenn die Anregungsspannung e₀ an die Brückenschaltung 60 von 4 angelegt wird, wird die Differenzspannung ΔV = V_c2 – V_c1 zwischen den Anschlüssen V_c1 und V_c2 wie nachstehend erhalten: [Gleichung 4]
Wenn (Gleichung 2) und (Gleichung 3) darauf angewendet werden und angenommen wird, dass R_n0 in n = 1 bis 4 gleich ist, gilt, um R₀ = R_n0 zu erhalten: [Gleichung 5]
Die Gleichung wird wie vorstehend erhalten. In dieser Weise kann, da die Signalspannung Δv zu cosθ proportional ist, die Magnetfeldrichtung θ detektiert werden. Da die Brückenschaltung ein Signal ausgibt, das zu cosθ proportional ist, wird ferner die Brückenschaltung COS-Brücke genannt.
Eine Brücke 61 wird betrachtet, in der die Richtung der festen magnetischen Schicht in Bezug auf die COS-Brücke um 90° geändert ist. Das heißt, die Brücke ist durch das GMR-Element mit θ_p = 90° und 270° konfiguriert. Wenn die vorstehend beschriebene Berechnung durchgeführt wird, ist die Signalspannung ΔV_s (= V_s2 – V_s1) proportional zu sinθ, wie nachstehend: [Gleichung 6]
Folglich wird die Brücke 61 SIN-Brücke genannt. Wenn der Arcustangens des Verhältnisses von zwei Ausgangssignalen der COS-Brücke und der SIN-Brücke berechnet wird, wird die Magnetfeldvektorrichtung θ_m (der Magnetfeldwinkel) erhalten. [Gleichung 7]
In dieser Weise gibt es eine Eigenschaft, bei der das Magnetwiderstandselement direkt die Magnetfeldrichtung detektiert.
Insbesondere besteht in einem Drehwinkelsensor, der in einem Kraftfahrzeug, einer Industriemaschine und einem Roboter verwendet wird, ein Bedarf, einen Unfall zu vermeiden, wobei ein fehlerhafter Wert als Sensorausgangswert ausgegeben wird. Ein Verfahren zum Detektieren eines Fehlers, der in einem Drehwinkelsensor auftritt, ist beispielsweise in PTL 1 offenbart.
In PTL 1 wird festgestellt, dass ein Ausfall in einem Sensor auftritt, wenn eine Summe (V₁ + V₂) von zwei Ausgaben V₁ und V₂ der Brücken einen vorbestimmten Bereich überschreitet, und eine Handlung wird unternommen, die verhindert, dass fehlerhafte Winkelinformationen aus dem Sensor ausgegeben werden. In dieser Weise kann die Sicherheit des Fahrzeugs unter Verwendung des Sensors verbessert werden.
Entgegenhaltungsliste
Patentliteratur

PTL 1: JP 2005-49097 A

In den letzten Jahren bestand ein Versuch, ein Fahrzeug wie ein Elektrofahrzeug elektrisch zu betreiben.
Ferner wurde auch eine elektronische Steuerung, die als ”X-by-Wire” dargestellt wird, zum Betreiben eines Gegenstandes nur durch ein elektronisches Signal entwickelt. Wenn beispielsweise eine elektrische Servolenkungsteuerung veranschaulicht wird, wird ein Befehlssignal, das von einem Lenkrad durch einen Fahrer erzeugt wird, zuerst in ein elektronisches Signal (Winkelinformationen oder dergleichen) in einem Steer-by-Wire-System umgewandelt und das Ergebnis wird zu einer Lenksteuervorrichtung übertragen, so dass ein Lenkantriebsmotor durch eine Steuerung in Reaktion auf das elektronische Signal betrieben wird.
In dem Fahrzeugsystem, das durch die elektronische Steuerung betrieben wird, und in der elektronischen Steuerung kann, beispielsweise wenn ein Fehler in einem Drehwinkelsensor zum Steuern eines Motors auftritt und ein Sensorbetrieb gestoppt wird, der Motor nicht betrieben werden. Folglich besteht ein Problem, dass das Fahrzeugsystem selbst nicht betrieben werden kann.
Um ein solches Problem zu verhindern, sind zwei Drehwinkelsensoren vorgesehen. Wenn in einem Sensor ein Fehler auftritt, wird dann der andere Sensor betrieben. In dieser Weise werden redundante Sensoren verwendet. Wenn jedoch die redundante Konfiguration übernommen wird, besteht das Problem, dass die Kosten zunehmen und die Verringerung der Größe des Systems verhindert wird.
Ferner wird das durch ein Kraftfahrzeug dargestellte Fahrzeug veranschaulicht, aber selbst auf dem Gebiet einer Industriemaschine oder eines Roboters entsteht dasselbe Problem, dass das ganze System gestoppt wird, wenn ein Ausfall im Drehwinkelsensor auftritt.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Magnetfeld-Winkelmessvorrichtung oder eine Drehwinkelmessvorrichtung zu schaffen, die in der Lage ist, ein Messergebnis für die kontinuierliche Durchführung eines Betriebs eines Systems auszugeben, selbst wenn ein Fehler in einem Sensor auftritt, und zur Vorrichtung der Größe des Systems beizutragen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Magnetfeld-Winkelmessvorrichtung nach Anspruch 1, eine Drehwinkelmessvorrichtung nach Anspruch 6, eine Rotationsmaschine nach Anspruch 7, ein System nach Anspruch 8, ein Fahrzeug nach Anspruch 9, eine Fahrzeugantriebsvorrichtung nach Anspruch 12 und 13 sowie ein Verfahren nach Anspruch 22 gelöst.
Die vorstehend beschriebenen Probleme können durch die folgende Konfiguration gelöst werden.
Eine Magnetfeld-Winkelmessvorrichtung umfasst: eine COS-Brücke und eine SIN-Brücke mit einem Magnetwiderstandselement und eine Detektionseinheit, die einen Magnetfeldwinkel durch Empfangen eines Ausgangssignals der COS-Brücke und eines Ausgangssignals der SIN-Brücke detektiert, wobei die Detektionseinheit ein Winkelsignal auf der Basis eines von einer normalen Halbbrücke ausgegebenen Signals ausgibt, wenn ein Fehler in irgendeiner der jeweiligen Halbbrücken der COS-Brücke oder der SIN-Brücke auftritt.
Diese Patentbeschreibung umfasst den Inhalt der Patentbeschreibung und/oder der Zeichnungen der japanischen Patentanmeldung Nr. 2010-291545 , die hinsichtlich der Priorität der Anmeldung beansprucht wird.
Gemäß der Erfindung können, selbst wenn in der Magnetfeld-Winkelmessvorrichtung oder der Drehwinkelmessvorrichtung ein Fehler auftritt, die korrekten Winkelinformationen kontinuierlich ausgegeben werden.
Folglich kann, selbst wenn ein Fehler in der Magnetfeld-Winkelmessvorrichtung oder der Drehwinkelmessvorrichtung auftritt, das System der oberen Ebene wie z. B. ein Fahrzeug betrieben werden.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen:
1 ein Diagramm, das eine Konfiguration einer Magnetfeld-Winkelmessvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung darstellt.
2 ein Diagramm, das eine Konfiguration eines GMR-Elements darstellt.
3 ein Diagramm, das einen Mechanismus einer Änderung des Widerstandes des GMR-Elements darstellt.
4 ein Diagramm, das eine Konfiguration einer Brücke mit einem Magnetwiderstandselement darstellt.
5 ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer MR-Brückeneinheit darstellt.
6 ein Diagramm, das eine Verdrahtungsstruktur des GMR-Elements darstellt.
7 ein Diagramm, das eine Konfiguration einer redundanten Einheit darstellt, die in einer zweiten Ausführungsform der Erfindung verwendet wird.
8 ein Diagramm, das eine Konfiguration einer Magnetfeld-Winkelmessvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung darstellt.
9 ein Diagramm, das eine Konfiguration einer Magnetfeld-Winkelmessvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung darstellt.
10 eine Tabelle, die eine Schalterauswahlkombination der dritten Ausführungsform der Erfindung darstellt.
11 ein Diagramm, das eine Konfiguration einer Magnetfeld-Winkelmessvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung darstellt.
12 ein Diagramm, das eine Konfiguration einer Drehwinkelmessvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung darstellt.
13 ein Diagramm, das eine Konfiguration einer Rotationsmaschine gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung darstellt.
14 ein Diagramm, das eine Konfiguration der Rotationsmaschine der sechsten Ausführungsform der Erfindung darstellt.
15 ein Diagramm, das eine Konfiguration eines EPS gemäß einer siebten Ausführungsform der Erfindung darstellt.
16 ein Diagramm, das eine Konfiguration gemäß einer achten Ausführungsform der Erfindung darstellt.
17 ein Diagramm, das eine Fahrzeugantriebsvorrichtung gemäß einer neunten Ausführungsform der Erfindung darstellt.
18 ein Diagramm, das eine Fahrzeugantriebsvorrichtung gemäß einer zehnten Ausführungsform der Erfindung darstellt.
19 ein Diagramm, das ein Konfigurationsbeispiel eines Datenausgangssignals der Erfindung darstellt.
20 ein Diagramm, das ein Beispiel einer Baugruppenkonfiguration einer Magnetfeld-Winkelmessvorrichtung der Erfindung darstellt.
Nachstehend werden Ausführungsformen der Erfindung beschrieben.
[Erste Ausführungsform]
In einer ersten Ausführungsform wird ein Beispiel dargestellt, in dem ein Riesenmagnetwiderstandselement (GMR-Element) als Magnetwiderstandselement verwendet wird.
1 ist ein Konfigurationsdiagramm einer Magnetfeld-Winkeldetektionsvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform.
Die Magnetfeld-Winkeldetektionsvorrichtung umfasst eine COS-Brücke 60, eine SIN-Brücke 61 und eine Detektionseinheit 302. Die COS-Brücke 60 und die SIN-Brücke 61 werden gemeinsam als MR-Brückeneinheit 70 bezeichnet. Hier steht ”MR” für das Magnetwiderstandselement (Magnetwiderstand).
Die COS-Brücke 60 umfasst vier GMR-Elemente 51 und die Signalspannung (V_c2 – V_c1) der Brücke ist zum Cosinus cosθ des Magnetfeldwinkels θ in einer Weise proportional, so dass die Spinrichtung (Polwinkel) der festen Schicht des GMR-Elements 51 ungefähr festgelegt ist, wie in 4 offenbart. Ferner umfasst die SIN-Brücke 61 auch vier GMR-Elemente 52 und die Signalspannung (V_s2 – V_s1) der Brücke ist zum Sinus sinθ des Magnetfeldwinkels θ in einer Weise proportional, so dass der Polwinkel des GMR-Elements 52 ungefähr festgelegt ist.
Mit anderen Worten, der Zustand, in dem die Signalspannung (V_c2 – V_c1) der Brücke zum Cosinus cosθ des Magnetfeldwinkels θ proportional ist, ist durch die COS-Brücke 60 definiert, und der Zustand, in dem die Signalspannung (V_s2 – V_s1) zum Sinus sinθ des Magnetfeldwinkels θ proportional ist, ist durch die SIN-Brücke 61 definiert. Zu diesem Zeitpunkt wird der Referenzwinkel des Magnetfeldwinkels θ geeignet festgelegt, so dass zwei Signale jeweils zu cosθ und sinθ proportional sind.
Wie nachstehend im Einzelnen beschrieben, sind ferner in der Magnetfeld-Winkeldetektionsvorrichtung unter Verwendung eines anisotropen Magnetwiderstandselements (AMR-Elements) die COS-Brücke und die SIN-Brücke wie nachstehend definiert. Die Gleichung des effektiven Magnetfeldwinkels θ_eff = 2θ wird definiert, der Zustand, in dem die Signalspannung (V_c2 – V_c1) der Brücke zum Cosinus cos(θ_eff) der Gleichung des effektiven Magnetfeldwinkels θ_eff = 2θ proportional ist, ist durch die COS-Brücke definiert, und der Zustand, in dem die Signalspannung (V_s2 – V_s1) zum Sinus sin(θ_eff) des effektiven Magnetfeldwinkels θ_eff proportional ist, ist durch die SIN-Brücke definiert. Zu diesem Zeitpunkt wird der Referenzwinkel des Magnetfeldwinkels geeignet ausgewählt, so dass zwei Signale zu cos(θ_eff) und sin(θ_eff) proportional sind. Der Fall, in dem das AMR-Element verwendet wird, wird in den folgenden Ausführungsformen beschrieben.
Die Detektionseinheit 302 empfängt die Signalspannungen V_c1, V_c2, V_s1 und V_s2 der jeweiligen Brücken und erhält den Magnetfeldwinkel θ unter Verwendung dieser Signale, um das Ergebnis auszugeben. In einer normalen Betriebsart wird der Magnetfeldwinkel unter Verwendung der Beziehung von (Gleichung 2) bis (Gleichung 7) erhalten.
Wie in 1 dargestellt, wird die Anregungsspannung e₀ an die COS-Brücke 60 und die SIN-Brücke 61 angelegt und der andere Anschluss wird auf ein Erdpotential gesetzt (das ein Massepotential ist und in der Zeichnung durch ”GND” angegeben ist). Das heißt, dieselbe Verdrahtung wie jene der normalen Brücke. Die Anregungsspannung e₀ wird in dieser Ausführungsform auf 5 V gesetzt.
Ferner ist in 1 die Verdrahtung zwischen der MR-Brückeneinheit 70 und der Detektionseinheit 302 nicht dargestellt, aber eine Leistungsversorgungseinheit zum Zuführen der Anregungsspannung e₀ ist innerhalb der Detektionseinheit 302 vorgesehen. Das Erdpotential wird auch von der Detektionseinheit 302 zu beiden Brücken zugeführt. Selbst in den anderen Zeichnungen dieser Patentbeschreibung ist die Verdrahtung des Erdpotentials und des Anregungspotentials zwischen der MR-Brückeneinheit 70 und der Detektionseinheit 302 nicht in den Zeichnungen dargestellt, aber die geeignete Verdrahtung ist wie vorstehend beschrieben durchgeführt.
Im Übrigen kann die Leistungsversorgungseinheit, die die Anregungsspannung e₀ und das Erdpotential zuführt, separat von der Detektionseinheit 302 vorgesehen sein. Als Leistungsversorgungseinheit, die die Anregungsspannung zuführt, kann ferner eine Konstantstrom-Leistungsversorgung anstelle einer Konstantspannungs-Leistungsversorgung verwendet werden.
5 stellt eine Konfiguration einer Sensorelementbaugruppe 265 dar, die eine GMR-Elementbrücke enthält, die in dieser Ausführungsform verwendet wird. Ein Wafer 260, der mit dem GMR-Element 51 versehen ist, ist innerhalb der Sensorelementbaugruppe 265 angebracht. Der Wafer 260 ist mit der COS-Brücke 60 und der SIN-Brücke 61 versehen. Die jeweiligen Brücken konfigurieren die Wheatstone-Brücke unter Verwendung von vier GMR-Elementen 51 und 52. Eine Kontaktstelle 262 auf dem Wafer 260 ist mit dem entsprechenden Anschluss der Sensorelementbaugruppe 265 durch Drahtbonden verbunden.
Ein Beispiel der Verdrahtungsstruktur des GMR-Elements 52 ist in 6(A) dargestellt. In der Verdrahtungsstruktur des GMR-Elements 52 ist ein Verhältnis (ein Seitenverhältnis) zwischen der Breite und der Länge der Verdrahtung so festgelegt, dass ein gewünschter Widerstandswert erhalten wird.
Als nächstes wird eine Operation der Detektionseinheit 302, wenn das GMR-Element 52 normal ist, beschrieben.
In einem Fall, in dem das GMR-Element 52 normal ist, wird die folgende Gleichung aus (Gleichung 5) und (Gleichung 6) erhalten, wenn ΔV_c21 = V_c2 – V_c1 und ΔV_s21 = V_s2 – V_s1: [Gleichung 8]
Folglich wird der Magnetfeldwinkel θ erhalten durch
[Gleichung 9]

θ = atan2(ΔV_s21, – ΔV_o21) Gleichung 9

Der Magnetfeldwinkel θ wird als Winkelausgabe an die Außenseite durch einen Ausgangsanschluss 90 ausgegeben.
Hier ist θ = atan2(y, x) eine Funktion der ungefähren Ausgabe eines Werts im Bereich von θ = 0 bis 360° (oder –180 bis 180°) gemäß dem positiven oder negativen Wert der Parameter x und y. Wenn beispielsweise x und y lauter positive Werte sind, gilt atan2(y, x) = ArcTan(y/x). Wenn x und y lauter negative Werte sind, gilt atan2(y, x) = ArcTan(y/x) + 180°.
In dieser Patentbeschreibung werden die Begriffe ”Fehler” und ”Ausfall” gemäß den folgenden Definitionen korrekt unterschieden.
Der ”Fehler” gibt einen Zustand an, in dem die Charakteristik innerhalb des Systems den normalen zulässigen Wert überschreitet.
Der ”Ausfall” gibt einen Zustand an, in dem das System nicht kontinuierlich dessen Funktion durchführen kann.
Hier bedeutet das System die Magnetfeld-Winkelmessvorrichtung oder die Drehwinkelmessvorrichtung oder bedeutet die Rotationsmaschine, die Fahrzeugantriebsvorrichtung oder dergleichen unter Verwendung derselben. Ferner wird in dieser Patentbeschreibung der Begriff ”Störung” auch als gleiche Bedeutung wie jene des ”Ausfalls” verwendet, der wie vorstehend definiert ist.
Als nächstes wird eine Operation, wenn der Fehler im GMR-Element auftritt, beschrieben.
Der Faktor, der den Ausfall im GMR-Element verursacht, wird beschrieben. Der Faktor, der den Ausfall im GMR-Element verursacht, umfasst eine lokale Erhöhung des Widerstandes. Dies wird aus den folgenden Gründen verursacht. Da das GMR-Element als dünner Film von etwa mehreren nm (Nanometer) ausgebildet ist, kann das GMR-Element teilweise entfernt werden, wenn ein übermäßiger Strom zu diesem fließt.
6(B) stellt schematisch diesen Zustand dar. 6 stellt schematisch eines von vier GMR-Elementen 52 dar, die die Brücke bilden. Wie vorstehend mit Bezug auf 2 beschrieben, umfasst die Verdrahtung als GMR-Element 52 eine freie magnetische Schicht 11, eine Abstandhalterschicht 12 und eine feste magnetische Schicht 13. 6(A) stellt das normale GMR-Element 52 dar, wobei der Pfeil die Stromflussrichtung angibt. 6(B) stellt das GMR-Element 52 dar, in dem ein Teil der Struktur durch den Verlust verschmälert ist und ein Verlustabschnitt 53 (verschmälerter Abschnitt) einen hohen Widerstand im Strompfad aufweist.
Als Beispiel wird ein Fall betrachtet, in dem das GMR-Element R₁ (52-1) in der SIN-Brücke 61, die in 4 dargestellt ist, den Verlustabschnitt 53 in einem Teil des Elements aufweist, wie in 6(B) dargestellt. In diesem Fall nimmt der Widerstand zu, da die Querschnittsfläche der Verdrahtung, die durch den Verlust verschmälert ist, verkleinert ist. Das heißt, dies liegt daran, dass der Massewiderstandswert lokal im verschmälerten Abschnitt (Verlustabschnitt 53) zunimmt. Wie vorstehend mit Bezug auf 3 beschrieben, wird dagegen der Magnetwiderstandseffekt durch die Streuung in der Grenzfläche zwischen der freien magnetischen Schicht 11 und der Abstandhalterschicht 12 und der Grenzfläche zwischen der festen magnetischen Schicht 13 und der Abstandhalterschicht 12 in der ganzen Verdrahtung 52 verursacht und folglich wird ein Änderungsausmaß, das durch den Magnetwiderstandseffekt verursacht wird, nicht wesentlich beeinflusst, selbst wenn der lokale Massewiderstand zunimmt. Folglich ist das Widerstandselement, das durch den Verlust der Verdrahtung zunimmt, das Element, das nicht von der Magnetfeldrichtung abhängt. Wenn der Zunahmefaktor des von der Magnetfeldrichtung unabhängigen Terms als b formuliert wird, gilt daher:
[Gleichung 10]

R₁ = b·R₁₀ – G / 2cosθ_x, Gleichung 10

[Gleichung 11]

R_n = R_n0 – G / 2cosθ_x, (n = 2~4) Gleichung 11

Als weiterer Ausfallfaktor kann eine Verschlechterung beim Drahtbonden veranschaulicht werden. Wenn als Beispiel ein Verbindungsausfall aufgrund einer Verschlechterung der Verbindung des Drahts, der die Waferkontaktstelle 262 mit einem V_s1-Anschluss 263 von 5 verbindet, auftritt, wird die Signalspannung des V_s1-Anschlusses der Sensorelementbaugruppe 265 unterbrochen.
Hier kann die COS-Brücke 60 als aus zwei Halbbrücken bestehend betrachtet werden, das heißt einer ersten Halbbrücke HB_c1 und einer zweiten Halbbrücke HB_c2. Hier umfasst die erste Halbbrücke HB_c1 ein GMR-Element R₁ (51-1), einen Signalausgang V_c1 und ein GMR-Element R₄ (51-4). Die zweite Halbbrücke HB_c2 umfasst ein GMR-Element R₂ (51-2), einen Signalausgang V_c2 und ein GMR-Element R₃ (51-3).
In derselben Weise kann die SIN-Brücke 61 als aus zwei Halbbrücken bestehend betrachtet werden, das heißt einer ersten Halbbrücke HB_s1 und einer zweiten Halbbrücke HB_s2. Hier umfasst die erste Halbbrücke HB_s1 ein GMR-Element R₁ (52-1), einen Signalausgang V_s1 und ein GMR-Element R₄ (52-4). Die zweite Halbbrücke HB_s2 umfasst ein GMR-Element R₂ (52-2), einen Signalausgang V_s2 und ein GMR-Element R₃ (52-3).
Gemäß der Erfindung wird, wenn der Fehler in irgendeiner der zwei Halbbrücken HB_s1 und HB_s2, die die SIN-Brücke 61 bilden, wie vorstehend beschrieben, auftritt, der Magnetfeldwinkel θ unter Verwendung des Signals der normalen Halbrücke erhalten. Insbesondere wenn der Fehler in der Halbbrücke HB_s1 auftritt, wird der Magnetfeldwinkel unter Verwendung des Ausgangssignals V_s2 der normalen Halbbrücke HB_s2 erhalten.
In derselben Weise wird, wenn der Fehler in einer von zwei Halbbrücken HB_c1 und HB_c2, die die COS-Brücke 60 bilden, auftritt, der Magnetfeldwinkel unter Verwendung des Ausgangssignals der normalen Halbbrücke erhalten.
Dies wird nachstehend speziell beschrieben. Wenn die Differenz zwischen der Spannung V_s2, die aus der Halbbrücke HB_s2 ausgegeben wird, die die GMR-Elemente R_s3 und R_s4 umfasst, und der Spannung (nachstehend als ”mittlere Spannung V_m” bezeichnet) von 1/2 der Anregungsspannung e₀ erhalten wird und der Wert zweimal die Differenz ΔV_s2m ist, wird Folgendes erhalten: [Gleichung 12]
Das heißt, wie aus dem Vergleich mit (Gleichung 8) verständlich, wird ΔV_s2m gleich dem Ausgangssignal ΔV_s21 der normalen SIN-Brücke 61. Folglich wird der korrekte Magnetfeldwinkel θ wie folgt erhalten.
[Gleichung 13]

θ = atan2(ΔV_s2m, – ΔV_c21) Gleichung 13

Der Magnetfeldwinkel θ, der in dieser Weise erhalten wird, wird aus einem Detektor ausgegeben. Folglich kann eine Detektionseinheit 302 einer Magnetfeld-Winkelmessvorrichtung 80 der Erfindung kontinuierlich den korrekten Magnetfeldwinkel θ ausgeben, selbst wenn der Fehler im GMR-Element auftritt. Folglich kann ein System der oberen Ebene, das mit einer Magnetfeld-Winkelmessvorrichtung ausgestattet ist, den Betrieb fortsetzen.
In der obigen Beschreibung wurde ein Beispiel beschrieben, in dem der Fehler in der Halbbrücke HB_s1 mit den GMR-Elementen R_s1 und R_s4 auftritt. Wenn der Fehler in der Halbbrücke HB_s2 mit den GMR-Elementen R_s2 und R_s3 auftritt, kann der Magnetfeldwinkel θ durch die folgende Gleichung berechnet werden. [Gleichung 14]
[Gleichung 15]

θ = atan2(ΔV_s1m, – ΔV_o21) Gleichung 15

Selbst wenn der Fehler im GMR-Element der COS-Brücke 60 auftritt, wird ferner der korrekte Magnetfeldwinkel θ in derselben Weise erhalten.
Wie vorstehend beschrieben, wird der Betriebszustand der Magnetfeld-Winkelmessvorrichtung 80, die den Magnetfeldwinkel unter Verwendung des Ausgangssignals der normalen Halbbrücke berechnet, als ”Sicherungsbetriebsart” bezeichnet. Dagegen wird der Betriebszustand, in dem der Magnetfeldwinkel unter Verwendung der Signale ΔV_c21 und ΔV_s21 ohne irgendeinen Fehler in der COS-Brücke 60 und der SIN-Brücke 61 berechnet wird, als ”normale Betriebsart” bezeichnet.
In der Sicherungsbetriebsart wird, wie aus (Gleichung 12) verständlich, der Messwert V_s2 mit einem Faktor von Zwei multipliziert. Da das Rauschen, das im Messwert enthalten ist, auch verdoppelt wird, nimmt folglich der Rauschabstand des Messwerts im Vergleich zur normalen Betriebsart ab. Aus diesem Grund gibt es einen Fall, in dem die Messgenauigkeit des Magnetfeldwinkels θ im Vergleich zur normalen Betriebsart geringfügig verringert ist. In dieser Weise kann die Messgenauigkeit in der Sicherungsbetriebsart verschlechtert sein, aber der korrekte Magnetfeldwinkel θ wird ausgegeben.
Als nächstes werden (1) ein Verfahren zum Detektieren eines Fehlers im GMR-Element und (2) ein Verfahren zum Identifizieren eines Fehlers in irgendeiner Halbbrücke nacheinander beschrieben.
Zuerst wird wie in (Gleichung 12) der Betrag, der durch 2-mal oder -2-mal das Differenzsignal zwischen der mittleren Spannung V_m und den Ausgangsspannungen V_c1, V_c2, V_s1 und V_s2 der jeweiligen Halbbrücken erhalten wird, wie nachstehend definiert. [Gleichung 16]
Wie aus (Gleichung 12) verständlich ist, wird ferner das letzte Gleichheitszeichen in jeder Gleichung von (Gleichung 16) nur dann festgelegt, wenn die jeweiligen Halbbrücken normal sind.
Der Betrag von (Gleichung 16) wird durch geeignetes Setzen der Polarität des Koeffizienten ±2 definiert, so dass jeder Wert gleich dem Wert des Differenzsignals ΔV_c21 oder ΔV_s21 im normalen Zustand wird.
Wie aus (Gleichung 16) verständlich ist, werden ΔV_c1m = ΔV_c2m und ΔV_s1m = ΔV_s2m im normalen Zustand festgelegt. Wenn ΔV_c1m nicht gleich ΔV_c2m ist, ist es folglich verständlich, dass der Fehler in der COS-Brücke 60 auftritt. Wenn ΔV_s1m nicht gleich ΔV_s2m ist, ist es ebenso verständlich, dass der Fehler in der SIN-Brücke 61 auftritt.
In dieser Weise ist es möglich zu detektieren, ob der Fehler in der COS-Brücke 60 auftritt oder der Fehler in der SIN-Brücke 61 auftritt.
Wenn ein Fehler in einer Halbbrücke auftritt, wird als nächstes ein Prozess zum Identifizieren der Halbbrücke, die die Brücke bildet, in der der Fehler aufgetreten ist, beschrieben. Das heißt, dies ist ein Prozess zum Identifizieren der normalen Halbbrücke. Als Beispiel wird hier ein Fall angenommen, in dem der Fehler in der Halbbrücke HB_s1 mit den GMR-Elementen R_s1 und R_s4 auftritt. Selbst wenn der Fehler an einer anderen Stelle auftritt, ist es offensichtlich, dass die Fehlerposition gemäß derselben Prozedur identifiziert werden kann.
Wenn die Identitätsgleichung der trigonometrischen Funktion ”(cosθ)² + (sinθ)² = 1” betrachtet wird, wird die folgende Beziehung aus (Gleichung 8) und (Gleichung 16) während des normalen Betriebs aufgestellt. [Gleichung 17]
(Gleichung 17) wird nur aufgestellt, wenn die Halbbrücke normal betrieben wird. Folglich ist es möglich zu identifizieren, dass der Fehler in der Halbbrücke auftritt, die die Beziehungsgleichung (Gleichung 17) nicht erfüllt.
In der Praxis wird die Feststellung wie nachstehend durchgeführt, um den Einfluss des Messrauschens oder dergleichen auszuschließen. Zuerst wird der folgende Restbetrag berechnet: [Gleichung 18]
Hier werden j = 1 oder 2 und Δ_Res (1) und Δ_Res (2) in Reaktion auf die Signale ΔV_s1m und ΔV_s2m von zwei Halbbrückensignalen, die die SIN-Brücke 61 bilden, erhalten. Der Restbetrag Δ_Res (j) wird durch Subtrahieren der Summe des Quadrats der Signalspannung (ΔV_s2m) der normalen Brücke und des Quadrats von (ΔV_c21) als zweimal die Differenz zwischen der mittleren Spannung V_m und der Signalspannung der Halbbrücke der anderen Brücke von einem konstanten Wert erhalten. Die Fehlerauftrittsstelle wird auf der Basis dessen bestimmt, ob der Absolutwert des Restbetrags groß ist.
In dieser Weise kann, da es möglich ist, den Fehler in der Halbbrücke HB_s1 mit R_s1 und R_s4 zu identifizieren, ΔV_s2m unter Verwendung des Ausgangssignals V_s2 der normalen Halbbrücke HB_s2 berechnet werden und der Magnetfeldwinkel θ kann durch (Gleichung 13) berechnet werden. In dieser Weise wird der korrekte Magnetfeldwinkel berechnet.
[Zweite Ausführungsform]
In einer zweiten Ausführungsform der Erfindung wird ein Beispiel einer erwünschten Schaltungskonfiguration zum Identifizieren einer Fehlerposition und Durchführen einer redundanten Operation beschrieben.
In der Magnetfeld-Winkeldetektionsvorrichtung dieser Ausführungsform ist eine redundante Einheit 311 innerhalb der Detektionseinheit 302 vorgesehen. Die Konfiguration der redundanten Einheit 311 ist in 7 dargestellt.
Die redundante Einheit 311 empfängt die folgenden Signale als Eingangssignale: ein Ausgangssignal V_q1 einer ersten Halbbrücke 65-1 (HB_q1), ein Ausgangssignal V_q2 einer zweiten Halbbrücke 65-2 (HB_q2) und die mittlere Spannung V_m. Hier gilt q = c oder s und die tiefgestellten Zeichen entsprechen jeweils der COS-Brücke 60 und der SIN-Brücke 61. Nachstehend wird das tiefgestellte Zeichen ”q” für diese Bedeutung verwendet.
Die mittlere Spannung V_m ist gleich e₀/2 als 1/2 der Anregungsspannung e₀.
Es ist bevorzugt, dass die Schaltung zum Erzeugen der mittleren Spannung V_m eine Schaltung wie eine ratiometrische Schaltung auf der Basis der Anregungsspannung e₀ ist. Die ratiometrische Schaltung bedeutet eine Schaltung, in der die erzeugte Spannung V_m auf einem konstanten Verhältnis von e₀ gehalten wird, selbst wenn sich die Anregungsspannung e₀ ändert. Der vorteilhafte Effekt, in dem die V_m-Erzeugungsschaltung als ratiometrische Schaltung konfiguriert ist, wird nachstehend beschrieben.
In dieser Ausführungsform wird die mittlere Spannung V_m durch Dividieren der Anregungsspannung e₀ durch die Widerstände R₁ (331-1) und R₂ (331-2) erzeugt. Die Widerstände R₁ (331-1) und R₂ (331-2) können denselben Widerstandswert aufweisen. Da die ratiometrische Schaltung in dieser Weise konfiguriert ist, wird die mittlere Spannung V_m auf 1/2 von e₀ gehalten, selbst wenn sich die Anregungsspannung e₀ ändert.
Die Schaltung (in 7 die Widerstände R₁ und R₂ (331-1 und 331-2) zum Erzeugen der mittleren Spannung V_m kann in der Detektionseinheit 302 vorgesehen sein. Wenn die Leistungsversorgungseinheit zum Erzeugen der Anregungsspannung e₀ separat von der Detektionseinheit 302 vorgesehen ist, kann die Schaltung zum Erzeugen der mittleren Spannung alternativ in der Leistungsversorgungseinheit vorgesehen sein.
Wenn diese Signale eingegeben werden, gibt die redundante Einheit 311 Ausgangssignale ΔV_q21, ΔV_q1m und ΔV_q2m und ein Fehlerdetektionssignal FD_q aus. Das Ausgangssignal ΔV_q21 gibt den durch (Gleichung 8) definierten Betrag an und die Ausgangssignale ΔV_q1m und ΔV_q2m sind die durch (Gleichung 16) definierten Beträge.
Als nächstes wird die interne Konfiguration der redundanten Einheit 311 beschrieben.
Durch die Differenzverstärkung von zwei Halbbrücken-Ausgangssignalen wird ΔV_q21 = (V_q2 – V_q1) ausgegeben. Dies ist ein Signal, das während des normalen Betriebs verwendet wird.
Das erste Halbbrückensignal V_q1 wird (–2)-mal durch die Differenzverstärkung und die inverse Verstärkung mit der mittleren Spannung V_m verstärkt. In dieser Weise wird ΔV_q1m = –2(V_q1 – V_m) erhalten. Das zweite Halbbrückensignal V_q2 wird (+2)-mal durch die Differenzverstärkung und die nicht inverse Verstärkung mit der mittleren Spannung V_m verstärkt. In dieser Weise wird ΔV_q2m = 2(V_q2 – V_m) erhalten.
Das Fehlerdetektionssignal FD_q wird durch Eingeben des Differenzausgangs zwischen ΔV_q1m und ΔV_q2m in eine Fehlerbestimmungseinheit 324 erzeugt. Da (ΔV_q1m – ΔV_q2m) während des normalen Betriebs null wird, wird das Fehlerdetektionssignal durch die Komparatorschaltung der Fehlerbestimmungseinheit erzeugt, wenn der Wert den Schwellenwert überschreitet.
In der Konfiguration der redundanten Einheit 311 dieser Ausführungsform gibt es zwei Punkte, wie folgt.
Erstens wird das Differenzsignal zwischen der mittleren Spannung V_m und dem Ausgangssignal der Halbbrücke verstärkt.
Insbesondere da die Erzeugungsschaltung der mittleren Spannung V_m als ratiometrische Schaltung konfiguriert ist, wie vorstehend beschrieben, wird das Verhältnis zwischen e₀ und V_m auf einem konstanten Wert gehalten, selbst wenn sich die Anregungsspannung e₀ ändert. Wie aus (Gleichung 8) und (Gleichung 16) verständlich ist, ist jedes der Signale ΔV_q21, ΔV_q1m und ΔV_q2m zur Anregungsspannung e₀ proportional. Wie in (Gleichung 13) dargestellt, wird, da das Verhältnis der Signale erhalten wird, wenn der Magnetfeldwinkel θ berechnet wird, der Wert des Magnetfeldwinkels θ nicht beeinflusst, selbst wenn sich die Anregungsspannung e₀ ändert. In dieser Weise wird das Differenzsignal zwischen der mittleren Spannung V_m und dem Ausgangssignal der Halbbrücke verstärkt. Folglich besteht ein vorteilhafter Effekt, dass der Einfluss auf das Ausgangssignal verringert wird, selbst wenn sich die Anregungsspannung ändert.
Zweitens wird die Polarität der Verstärkung des Differenzsignals zwischen dem Halbbrücken-Ausgangssignal und der mittleren Spannung verändert. Die inverse Verstärkung wird auf einer Seite durchgeführt und die nicht inverse Verstärkung wird auf der anderen Seite durchgeführt. Wie aus (Gleichung 16) und (Gleichung 8) verständlich ist, werden folglich ΔV_g21, ΔV_g1m und ΔV_q2m als derselbe Wert während des normalen Betriebs gegeben und somit wird der Signalprozess der Detektionseinheit 302 vereinfacht.
Die Konfiguration der Detektionseinheit 302 der zweiten Ausführungsform wird mit Bezug auf 8 beschrieben.
Die Detektionseinheit 302 umfasst eine redundante Einheit 311-1, die das Ausgangssignal der COS-Brücke 60 annimmt, und eine redundante Einheit 311-2, die das Ausgangssignal der SIN-Brücke 61 annimmt. Die Ausgangssignale der jeweiligen redundanten Einheiten werden in eine Signalverarbeitungseinheit 303 eingegeben. In dieser Ausführungsform wird ein Mikrocomputer als Signalverarbeitungseinheit 303 verwendet, aber die Erfindung ist nicht darauf begrenzt.
Die in die Signalverarbeitungseinheit 303 eingegebenen Signale umfassen ΔV_c21, ΔV_c1m, ΔV_c2m, FD_c, ΔV_s21, ΔV_s1m, ΔV_s2m und FD_s. Folglich wird die Fehlerposition durch dasselbe Verfahren wie jenes der ersten Ausführungsform unter Verwendung dieser Signale identifiziert und der korrekte Magnetfeldwinkel θ kann ausgegeben werden, selbst wenn der Fehler auftritt.
Wie vorstehend beschrieben, wurde ein Fall geschildert, in dem der Fehler in irgendeiner der COS-Brücke 60 und der SIN-Brücke 61 auftritt.
Als nächstes wird ein Fall beschrieben, in dem der Fehler sowohl in der COS-Brücke 60 als auch der SIN-Brücke 61 auftritt. In einem Fall, in dem eine Halbbrücke in jeder der COS-Brücke 60 und der SIN-Brücke 61 normal ist, kann der korrekte Magnetfeldwinkel θ durch das folgende Verfahren ausgegeben werden.
In diesem Fall werden die jeweiligen Fehlerdetektionssignale FD_c und FD_s der COS-Brücke 60 und der SIN-Brücke 61 erzeugt und folglich kann das Auftreten des Fehlers durch zwei Brücken detektiert werden. In diesem Fall wird die korrekte Halbbrücke von jeder der Brücken 60 und 61 identifiziert und der korrekte Magnetfeldwinkel θ wird erhalten, wie nachstehend beschrieben.
[Gleichung 19]

θ = atan2(ΔV_si0m, – ΔV_ci0m Gleichung 19

Hier ist die korrekte Halbbrücke in der COS-Brücke i₀ (= 1 oder 2) und die korrekte Halbbrücke in der SIN-Brücke ist j₀ (= 1 oder 2).
Als nächstes wird ein Prozess zum Identifizieren der korrekten Halbbrücke beschrieben. Zuerst werden die folgenden vier Beträge erhalten. [Gleichung 20]
Hier sind i und j 1 oder 2 und sind Nummern, die den Halbbrücken HB_c1 und HB_s1 oder HB_c2 und HB_s2 entsprechen. Da (Gleichung 20) für alle Kombinationen von (i, j) erhalten wird, wird Δ_Res2 (i, j) für vier Fälle berechnet. In der Kombination der normalen Halbbrücken von vier Halbbrücken wird (Gleichung 20) gemäß der Beziehung von ”(cosθ)² + (sinθ)² = 1” null. In der Praxis sollte Rauschen in den Signalen berücksichtigt werden; daher wird die Kombination (i₀, j₀), bei der der Betrag Δ_Res2 (i, j), der durch (Gleichung 20) definiert ist, unter einen bestimmten Schwellenwert gelangt, angestrebt und identifiziert.
Wenn der Prozess zum Identifizieren der korrekten Halbbrücke beendet ist, wird der korrekte Winkel durch (Gleichung 19) erhalten.
[Dritte Ausführungsform]
Die Magnetfeld-Winkeldetektionsvorrichtung einer dritten Ausführungsform der Erfindung wird mit Bezug auf 9 beschrieben.
9 stellt eine Konfiguration eines Detektors dieser Ausführungsform dar. Die Ausgangssignale der redundanten Einheit 311-1 und der redundanten Einheit 311-2 werden jeweils in die Auswahlschalter 313-1 (SW1) und 313-2 (SW2) eingegeben. Folglich kann die Anzahl der analogen Signaleingangsanschlüsse der Signalverarbeitungseinheit 303 auf zwei verringert werden. Da der analoge Eingangsanschluss einen Analog-Digital-Umsetzer (nachstehend als ADC bezeichnet) verwendet, ist der analoge Eingangsanschluss im Vergleich zum logischen Signaleingangsanschluss teuer und daher ist es erwünscht, die Anzahl der analogen Signaleingangsanschlüsse zu verringern.
Ein Auswahlzustand eines Auswahlschalters 313 dieser Ausführungsform wird mit Bezug auf 10 beschrieben.
Zuerst wird in einem normalen Betriebszustand ein Auswahlschalter SW1 (313-1) mit einer Position 1a verbunden und ein Auswahlschalter SW2 (313-2) wird mit einer Position 2a verbunden. In dieser Weise wird, da ΔV_c21 und ΔV_s21 in die Signalverarbeitungseinheit 303 eingegeben werden, der Magnetfeldwinkel θ gemäß (Gleichung 9) erhalten und wird als Magnetfeldwinkelsignal θ ausgegeben. Das ausgegebene Magnetfeldwinkelsignal kann irgendeines des digitalen Signals und des analogen Signals sein.
Als nächstes stellt 10(A) eine Operation des Auswahlschalters 313 dar, wenn der Fehler in der SIN-Brücke 61 auftritt.
Wenn der Fehler in der SIN-Brücke 61 auftritt, ist das Fehlerdetektionssignal FD_s wirksam und daher ist es möglich, einen Zustand zu detektieren, in dem der Fehler in der SIN-Brücke 61 auftritt. Wie in (ii) von 10(A) dargestellt, wird dann der Auswahlschalter SW1 (313-1) auf 1d gesetzt und der Auswahlschalter SW2 (313-2) wird auf 2b gesetzt. In dieser Weise wird, da ΔV_s2m und ΔV_s1m in die Signalverarbeitungseinheit 303 eingegeben werden, die Halbbrücke, in der der Fehler auftritt, unter Verwendung von (Gleichung 17) identifiziert. Dann wird der Auswahlschalter 313 auf die Position von (iii) oder (iv) von 10(A) gesetzt und der Sicherungsbetrieb wird durchgeführt. Die Auswahl von (iii) oder (iv) wird so durchgeführt, dass das Signal der normalen Halbbrücke in die Signalverarbeitungseinheit 303 in Reaktion auf das Ergebnis der Identifikation der Fehlerauftrittsstelle eingegeben wird. In dieser Weise wird der korrekte Magnetfeldwinkel auf der Basis von (Gleichung 13) oder (Gleichung 15) ausgegeben.
Wenn der Fehler in der COS-Brücke 60 auftritt, wird der Auswahlschalter 313 gemäß 10(B) ausgewählt.
Schließlich wird ein Fall beschrieben, in dem der Fehler sowohl in der COS-Brücke 60 als auch der SIN-Brücke 61 auftritt. In diesem Fall wird der Auswahlschalter 313 gemäß 10(C) ausgewählt.
Als nächstes wird ein Prozess in einem Fall, in dem die Fehlerdetektionssignale FD_c und FD_s von der COS-Brücke 60 und der SIN-Brücke 61 erzeugt werden, beschrieben.
In diesem Fall wird der Auswahlschalter 313 gemäß 10(C) geschaltet. In jedem von vier Schritten, das heißt Schritten (ii) bis (v) von 10(C), wird der Restbetrag Δ_res2 (i, j), der durch (Gleichung 20) definiert ist, berechnet, und die normalen Halbbrücken in der COS-Brücke und der SIN-Brücke werden jeweils gefunden. Wenn die normale Kombination gefunden ist, wird dann irgendeiner der Schritte (ii) bis (v) festgelegt und der korrekte Magnetfeldwinkel θ wird durch (Gleichung 19) berechnet.
[Vierte Ausführungsform]
Die Magnetfeld-Winkelmessvorrichtung 80 einer vierten Ausführungsform unter Verwendung der Erfindung wird mit Bezug auf 11 beschrieben.
In der Magnetfeld-Winkelmessvorrichtung dieser Ausführungsform gibt die Detektionseinheit 302 den Magnetfeldwinkel θ aus und gibt ein Fehlerübertragungssignal 155 und ein Stoppübertragungssignal 156 an die Ausgangsanschlüsse 91 und 92 aus. Das Fehlerübertragungssignal 155 (Fehlersignal) ist ein Signal, das einen Zustand überträgt, in dem das Auftreten des Fehlers in der Magnetfeld-Winkelmessvorrichtung detektiert wird, aber der korrekte Winkel θ wird durch den Betrieb in der Sicherungsbetriebsart ausgegeben.
Unterdessen ist das Stoppübertragungssignal 156 (Ausfallsignal) ein Signal, das einen Zustand meldet, in dem der korrekte Winkel nicht ausgegeben wird, das heißt die Funktion als Magnetfeld-Winkelmessvorrichtung aufgrund eines ernsten Fehlergrades in der Magnetfeld-Winkelmessvorrichtung gestoppt wird. Der Fall, in dem das Stoppübertragungssignal 156 erzeugt wird, ist beispielsweise ein Fall, in dem der Fehler in beiden zwei Halbbrücken, die die COS-Brücke 60 bilden, auftritt.
In dieser Ausführungsform wird der Fehler in der Magnetfeld-Winkelmessvorrichtung durch dasselbe Verfahren wie jenes der ersten Ausführungsform detektiert und die Sicherungsbetriebsart wird durchgeführt. Dann wird das Fehlerübertragungssignal 155 während des Betriebs in der Sicherungsbetriebsart erzeugt.
In 11 werden das Fehlerübertragungssignal 155 und das Stoppübertragungssignal 156 an verschiedene Ausgangsanschlüsse ausgegeben. Das Fehlerübertragungssignal 155 und das Stoppübertragungssignal 156 können in einer Signalleitung gruppiert werden. Als spezifisches Verfahrensbeispiel zum Gruppieren der Signale in einer Signalleitung kann ein Verfahren zum Übertragen von zwei Arten von Signalzuständen durch Vorbereiten von mehreren Signalspannungspegeln oder ein Verfahren zum Ausgeben eines Fehlercodes, der jedem des Fehlerübertragungssignals 155 und des Stoppübertragungssignals 156 entspricht, unter Verwendung eines digitalen Signals veranschaulicht werden.
Ferner können eine Winkelausgabe 151, das Fehlerübertragungssignal 155 und das Stoppübertragungssignal 156 in einer Signalleitung gruppiert werden. Insbesondere werden zwei Arten von Fehlercodesignalen, die vom digitalen Signal identifiziert werden können, das den Winkel θ angibt, im Voraus bestimmt und die Fehlercodes können dem Fehlerübertragungssignal 155 und dem Stoppübertragungssignal 156 zugewiesen werden.
Ein spezifisches Beispiel, in dem das Fehlerübertragungssignal 155 und die Winkelausgabe 151 an dieselbe Signalleitung ausgegeben werden, wird mit Bezug auf 19 beschrieben.
In dieser Ausführungsform werden das Fehlerübertragungssignal und die Winkelausgabe in Form von digitalen Daten mit einer 16-Bit-Länge ausgegeben. Die Konfiguration der digitalen Daten ist in 19 dargestellt. In den Daten sind Winkelinformationen 591 im ersten. Bit bis zwölften Bit enthalten, das Flag des Stoppübertragungssignals 592 ist im fünfzehnten Bit enthalten und das Flag des Fehlerübertragungssignals 593 ist im sechzehnten Bit enthalten. Die Daten der Datenstruktur werden von der Detektionseinheit 302 der Magnetfeld-Winkelmessvorrichtung 80 ausgegeben. In dieser Weise ist es in dem System, das die Daten empfängt, möglich zu erkennen, ob die Magnetfeld-Winkelmessvorrichtung in der normalen Betriebsart oder in der Sicherungsbetriebsart betrieben wird, zusammen mit den Informationen des Magnetfeldwinkels θ.
In dieser Weise kann, da die Anzahl der Ausgangssignalleitungen verringert ist, die kostengünstige Magnetfeld-Winkelmessvorrichtung verwirklicht werden. Da das Signal als digitale Daten ausgegeben wird, kann ferner die Rauschbeständigkeit verbessert werden.
Wie in 19 dargestellt besteht, da das Winkelsignal 591 und das Fehlerübertragungssignal 593 als Satz vorgesehen sind und die vereinigten Daten ausgegeben werden, ein Effekt, dass die Datenempfangsseite gleichzeitig die Messqualität des Winkelsignals 591 erkennen kann und ein geeigneter Prozess durchgeführt werden kann.
In dieser Ausführungsform wird das Signal der Datenstruktur von 19 durch serielle Kommunikation übertragen. Die Daten von 19 können in 1 μs übertragen werden, wenn die Übertragungstaktfrequenz von 16 MHz verwendet wird. In dieser Weise können das Winkelsignal 591 und das Fehlerübertragungssignal 593 im Wesentlichen gleichzeitig übertragen werden.
In dieser Weise kann, wenn das Fehlerübertragungssignal ausgegeben wird, der Betriebszustand der Magnetfeld-Winkelmessvorrichtung im System der oberen Ebene, das mit der Magnetfeld-Winkelmessvorrichtung ausgestattet ist, erkannt werden und daher kann die Handlung gemäß dem Betriebszustand durchgeführt werden. Die spezifische Handlung ist gemäß dem System, das die Magnetfeld-Winkelmessvorrichtung verwendet, unterschiedlich. Eine Handlung kann jedoch durchgeführt werden, die die Sicherheit durch Begrenzen der Funktion oder der Leistung des Systems während beispielsweise des Betriebs in der Sicherungsbetriebsart verbessert.
20 ist ein Diagramm, das ein Beispiel der Baugruppenkonfiguration der Magnetfeld-Winkelmessvorrichtung 80 mit der Konfiguration von 1 oder der Konfiguration von 11 darstellt.
Die COS-Brücke 60 und die SIN-Brücke 61 sind in der MR-Brückeneinheit 70 aufgenommen. Sechs Verdrahtungen sind zwischen der MR-Brückeneinheit 70 und der Detektionseinheit 302 vorgesehen. In dieser Konfiguration sind dann die Anregungsspannung e₀, das Erdpotential GND und vier Halbbrücken-Ausgangssignale (V_c1, V_c2, V_s1 und V_s2) vorgesehen. Das Ausgangssignal aus der Detektionseinheit 302 umfasst die Magnetfeldwinkelausgabe 151 und eine Fehlerübertragungs-Signalausgabe 155. Wie in 19 dargestellt, können ferner die Magnetfeldwinkelausgabe 151 und die Fehlerübertragungs-Signalausgabe 155 zusammen in Form der digitalen Daten gesammelt und an eine Signalleitung ausgegeben werden. Außerdem umfasst die Detektionseinheit 302 einen Erdpotentialanschluss und einen Leistungsversorgungs-Spannungsanschluss (Vcc) für die von außen zugeführte Leistung.
Die interne Konfiguration von 20 weist die Konfiguration von 11 auf.
In der Konfiguration von 20 sind die MR-Brückeneinheit 70 und die Detektionseinheit 302 jeweils durch ein Material wie z. B. ein Harz geformt. In der Baugruppenkonfiguration gibt es einen Fall, in dem die Verdrahtung zwischen der MR-Brücke und der Detektionseinheit 302 aus einem Grund wie z. B. einer Belastung oder einer Restspannung im geformten Abschnitt durchtrennt wird.
In der Konfiguration des Standes der Technik wird, wenn irgendeines der vier Halbbrücken-Ausgangssignale abgetrennt wird, der korrekte Magnetfeldwinkel nicht ausgegeben. In der Konfiguration unter Verwendung der Erfindung wird dagegen, wenn irgendeines der vier Halbbrücken-Ausgangssignale abgetrennt wird, der Magnetfeldwinkel unter Verwendung des Halbbrücken-Ausgangssignals, das nicht abgetrennt ist, berechnet und daher wird der korrekte Magnetfeldwinkel θ ausgegeben.
[Fünfte Ausführungsform]
Eine Drehwinkelmessvorrichtung 82 als fünfte Ausführungsform der Erfindung wird mit Bezug auf 12 beschrieben.
Die Drehwinkelmessvorrichtung 82 umfasst einen Sensormagneten 202 als Magnetflussgenerator und die Magnetfeld-Winkelmessvorrichtung 80. Der Sensormagnet 202 ist in einem Drehkörper 121 vorgesehen und der Drehkörper 121 dreht sich auf einer Drehmittellinie 226.
Da der Sensormagnet 202 ein Magnetflussgenerator ist, erzeugt der Sensormagnet das Magnetfeld in einer in 12 angegebenen Richtung. Wenn sich der Drehkörper 121 dreht, dreht sich auch die Magnetfeldrichtung in der Position der Magnetfeld-Winkelmessvorrichtung 80. Folglich kann der Drehwinkel θr des Drehkörpers 121 durch Messen des Magnetfeldwinkels gemessen werden.
Die Magnetfeld-Winkelmessvorrichtung 80, die in dieser Ausführungsform verwendet wird, weist dieselbe Konfiguration wie jene der Magnetfeld-Winkelmessvorrichtung 80 der ersten Ausführungsform auf. Selbst wenn der Fehler in einer der Halbbrücken des Magnetwiderstandselements auftritt, das in der Drehwinkelmessvorrichtung 82 enthalten ist, kann folglich der korrekte Drehwinkel θr erhalten werden, obwohl die Messgenauigkeit im Vergleich zum normalen Zustand geringfügig verschlechtert sein kann. Folglich besteht ein Effekt, dass die Funktion des Systems der oberen Ebene mit der Drehwinkelmessvorrichtung 82 fortgesetzt werden kann.
[Sechste Ausführungsform]
Eine Rotationsmaschine, die eine Magnetfeld-Winkelmessvorrichtung verwendet, als sechste Ausführungsform der Erfindung wird mit Bezug auf 13 beschrieben. Beispiele der Rotationsmaschine umfassen einen Motor und einen Generator, aber hier wird der Motor veranschaulicht.
13 stellt eine Querschnittsansicht der Rotationsmaschine dieser Ausführungsform dar. Diese Ausführungsform umfasst einen Motor 100 und eine Drehwinkeldetektionseinheit 200.
Der Motor 100 wird verwendet, um ein Drehmoment zu erzeugen, indem eine Magnetwirkung zwischen mehreren festen Magnetpolen und mehreren Drehmagnetpolen verursacht wird, um die mehreren Drehmagnetpole zu drehen, und umfasst einen Stator 110, der die mehreren festen Magnetpole bildet, und einen Rotor 120, der die mehreren Drehmagnetpole bildet. Der Stator 110 umfasst einen Statorkern 111 und eine Statorspule 112, die am Statorkern 111 befestigt ist. Der Rotor 120 ist an der inneren Umfangsseite des Stators 110 so angeordnet, dass er dem Stator mit einem Spalt dazwischen zugewandt ist, und ist drehbar gelagert. In dieser Ausführungsform wird ein Dreiphasen-Wechselstrom-Synchronmotor vom Oberflächenmagnettyp als Motor 100 verwendet.
Ein Gehäuse umfasst einen zylindrischen Rahmen 101 und einen ersten Halter 102 und einen zweiten Halter 103, die an beiden axialen Enden des Rahmens 101 vorgesehen sind. Ein Lager 106 ist im hohlen Abschnitt des ersten Halters 101 vorgesehen und ein Lager 107 ist im hohlen Abschnitt des zweiten Halters 103 vorgesehen. Diese Lager stützen die Drehwelle 121 drehbar ab.
Eine Dichtungskomponente (nicht dargestellt) ist zwischen dem Rahmen 101 und dem ersten Halter 102 vorgesehen. Die Dichtungskomponente ist ein O-Ring, der mit einer ringförmigen Gestalt ausgebildet ist, und wird komprimiert, während sie durch den Rahmen 101 und den ersten Halter 102 in der axialen Richtung und der radialen Richtung eingefügt wird. Folglich kann der Spalt zwischen dem Rahmen 101 und dem ersten Halter 102 abgedichtet werden und daher kann die Vorderseite wasserdicht gemacht werden. Ferner ist ein Spalt zwischen dem Rahmen 101 und dem zweiten Halter 103 auch durch ein Dichtungselement (nicht dargestellt) wasserdicht gemacht.
Der Stator 110 umfasst den Statorkern 111 und die Statorspule 112, die am Statorkern 111 befestigt ist, und ist in der inneren Umfangsoberfläche des Rahmens 101 vorgesehen. Der Statorkern 111 ist ein magnetischer Körper (ein einen Magnetpfad bildender Körper), der durch Stapeln von mehreren Siliziumstahlplatten in der axialen Richtung ausgebildet ist, und umfasst einen ringförmigen Trägerkern und mehrere Zähne, die vom inneren Umfangsabschnitt des Trägerkerns nach innen in der radialen Richtung vorstehen und im gleichen Intervall in der Umfangsrichtung angeordnet sind.
Ein Wicklungsdrahtleiter, der die Statorspule 112 bildet, ist konzentriert auf jeden der mehreren Zähne gewickelt. Die mehreren Wicklungsdrahtleiter sind mit den jeweiligen Phasen durch die Wicklungselemente, die parallel im axialen Ende eines Spulenendes (nahe dem zweiten Halter 103) der Statorspule 112 angeordnet sind, elektrisch verbunden und sind als Dreiphasen-Wicklungsdraht elektrisch verbunden. Als Verfahren zum Verbinden der Dreiphasen-Wicklungsdrähte sind ein Δ-Verbindungsverdrahtungsverfahren (Delta-Verbindungsverdrahtungsverfahren) und ein Y-Verbindungsverdrahtungsverfahren (Stern-Verbindungsverdrahtungsverfahren) bekannt. In dieser Ausführungsform wird ein Δ-Verbindungsverdrahtungsverfahren (Delta-Verbindungsverdrahtungsverfahren) verwendet.
Der Rotor 120 umfasst einen Rotorkern, der an der äußeren Umfangsoberfläche der Drehwelle 121 befestigt ist, mehrere Magnete, die an der äußeren Umfangsoberfläche des Rotorkerns befestigt sind, und eine Magnetabdeckung, die in der äußeren Umfangsseite des Magneten vorgesehen ist. Die Magnetabdeckung wird verwendet, um die Streuung des Magneten vom Rotorkern zu verhindern, und ist ein zylindrisches Element oder ein röhrenförmiges Element, das aus einem nicht magnetischen Körper aus Edelstahl (im Allgemeinen als SUS bezeichnet) gebildet ist.
Als nächstes wird eine Konfiguration der Drehwinkeldetektionseinheit 200 beschrieben.
Die Drehwinkeldetektionseinheit 200 umfasst eine Magnetfeld-Winkelmessvorrichtung 201 (nachstehend als Magnetfeldsensormodul 201 bezeichnet) und einen Sensormagneten 202. Die Drehwinkeldetektionseinheit 200 ist in einem Raum vorgesehen, der von einem Gehäuse 203 und dem zweiten Halter 103 umgeben ist. Der Sensormagnet 202 ist in einer Welle vorgesehen, die sich zusammen mit der Drehwelle 121 dreht, und wenn sich die Drehposition der Drehwelle 121 ändert, ändert sich die Magnetfeldrichtung. Durch Detektieren der Magnetfeldrichtung unter Verwendung des Magnetfeldsensormoduls 201 kann der Drehwinkel (die Drehposition) der Drehwelle 121 gemessen werden.
Wenn das Magnetfeldsensormodul 201 so vorgesehen ist, dass die MR-Brückeneinheit 70 des Magnetfeldsensormoduls 201 auf der Drehmittellinie 226 der Drehwelle 121 angeordnet ist, kann die Verzerrung der räumlichen Verteilung des durch den Sensormagneten 202 erzeugten Magnetfeldes wünschenswert verringert werden.
Der Sensormagnet 202 ist ein zweipoliger Magnet, der mit zwei Polen magnetisiert ist, oder ein mehrpoliger Magnet, der mit vier oder mehr Polen magnetisiert ist.
Das Magnetfeldsensormodul (die Magnetfeld-Winkelmessvorrichtung) verwendet die Magnetfeld-Winkelmessvorrichtung 80, die in der vierten Ausführungsform der Erfindung beschrieben wurde.
Das Magnetfeldsensormodul 201 ist im Gehäuse 203 vorgesehen. Es ist erwünscht, dass das Gehäuse 203 aus einem Material wie z. B. Aluminium oder einem Harz ausgebildet ist, dessen Absolutwert der magnetischen Suszeptibilität 0,1 oder weniger ist, um die Magnetflussrichtung nicht zu beeinflussen. In dieser Ausführungsform wird ein Harz verwendet.
Ferner kann das Magnetfeldsensormodul 201 in Bezug auf den Motor fixiert sein. Das Magnetfeldsensormodul 201 kann an der anderen Komponente als dem Gehäuse 203 befestigt sein. Wenn das Magnetfeldsensormodul in Bezug auf den Motor fixiert ist, kann der Drehwinkel der Drehwelle 121 durch Detektieren einer Änderung der Magnetfeldrichtung des Magnetfeldsensors 201 detektiert werden, wenn sich die Richtung des Sensormagneten 202 mit einer Änderung des Drehwinkels der Drehwelle 121 ändert.
Eine Sensorverdrahtung 208 ist mit dem Magnetfeldsensormodul 201 verbunden. Das Ausgangssignal des Magnetfeldsensors 201 wird durch die Sensorverdrahtung 208 übertragen.
Als nächstes wird eine Konfiguration zum Steuern der Rotationsmaschine dieser Ausführungsform mit Bezug auf 14 beschrieben.
Das Ausgangssignal der Magnetfeld-Winkelmessvorrichtung 80 wird in die Rotationsmaschinen-Steuereinheit (Rotationsmaschinensteuer-ECU) 411 eingegeben. Das in die Rotationsmaschinen-Steuereinheit eingegebene Signal umfasst drei Arten von Signalen, das heißt den Magnetfeldwinkel (Drehwinkel) θ, das Fehlerübertragungssignal und das Stoppübertragungssignal. Diese drei Arten von Signalen können einzeln über drei Signalleitungen übertragen werden. Wie vorstehend beschrieben, können die Signale alternativ durch Zeitteilung über eine Signalleitung beispielsweise in Form des digitalen Signals übertragen werden.
Wenn das Fehlerübertragungssignal in der Rotationsmaschinen-Steuereinheit nicht verwendet wird, kann ferner das in die Rotationsmaschinen-Steuereinheit eingegebene Signal nur das Signal des Drehwinkels θ sein.
Die Rotationsmaschinen-Steuereinheit berechnet eine geeignete Antriebsspannung, die der Rotationsmaschine gegeben werden soll, auf der Basis des Eingangsdrehwinkels θ, gibt ein Signal an eine Rotationsmaschinen-Antriebseinheit 412 aus und treibt die Rotationsmaschine 100 durch die aus der Rotationsmaschinen-Antriebseinheit 412 ausgegebene Antriebswellenform an.
Obwohl es verschiedene Rotationsmaschinen-Steuerverfahren in der Rotationsmaschinen-Steuereinheit gibt, wird in dieser Ausführungsform ein Vektorsteuerverfahren verwendet.
Gemäß dieser Ausführungsform wird, selbst wenn der Fehler in der Halbbrücke eines Teils der MR-Brückeneinheit 70, die die Magnetfeld-Winkelmessvorrichtung 80 bildet, auftritt, die Sicherungsbetriebsart durchgeführt und der korrekte Winkel wird in die Rotationsmaschinen-Steuereinheit eingegeben. Folglich besteht ein Effekt, dass der Funktionsbetrieb der Rotationsmaschine kontinuierlich durchgeführt werden kann.
Ferner wird das Fehlerübertragungssignal in die Rotationsmaschinen-Steuereinheit in der Sicherungsbetriebsart eingegeben. In diesem Fall überträgt die Rotationsmaschinen-Steuereinheit das Fehlerübertragungssignal zum System der oberen Ebene, das in der Rotationsmaschine vorgesehen ist. Im System der oberen Ebene ist es möglich, eine geeignete Handlung durchzuführen, bei der die Funktion des Systems auf der Basis des Fehlerübertragungssignals, das von der Rotationsmaschine übertragen wird, begrenzt wird.
In 14 sind ferner die MR-Brückeneinheit 70 und die Detektionseinheit 302 innerhalb der Magnetfeld-Winkelmessvorrichtung 80 angeordnet, so dass sie nahe dem Sensormagneten 202 angeordnet sind. Diese Ausführungsform ist jedoch nicht darauf begrenzt. Als weiteres Konfigurationsbeispiel kann die Signalverarbeitungseinheit 303 innerhalb der Detektionseinheit 302 nahe der Rotationsmaschinen-Steuereinheit angeordnet sein. Alternativ kann die Signalverarbeitungseinheit 303 innerhalb der Rotationsmaschinen-Steuereinheit vorgesehen sein.
In einem Fall, in dem die Signalverarbeitungseinheit 303 als Mikrocontroller konfiguriert ist, kann die Anzahl der verwendeten Mikrocontroller durch Vorsehen der Funktion der Signalverarbeitungseinheit 303 in der Rotationsmaschinen-Steuereinheit verringert werden und daher besteht ein Effekt, dass die kostengünstige Rotationsmaschine verwirklicht werden kann.
In der Beschreibung von 13 und 14 ist der Motor ferner als Rotationsmaschine veranschaulicht. In dieser Patentbeschreibung umfasst die ”Rotationsmaschine” nicht nur den Motor, sondern auch einen ”Generator”, das heißt eine Maschine zum Umwandeln von mechanischer Energie in elektrische Energie. Selbst im Fall des Generators kann der Effekt der Erfindung durch dieselbe Konfiguration wie jene von 13 oder 14 erhalten werden.
[Siebte Ausführungsform]
Ein Beispiel einer elektrischen Servolenkung (als EPS bezeichnet) einer siebten Ausführungsform der Erfindung ist in 15 dargestellt.
Eine Drehbewegung einer Lenkwelle 503, die mechanisch mit einem Lenkrad 501 verbunden ist, ist mit der Bewegung einer Drehwelle 121 durch eine Gelenkeinheit 504 verknüpft, die aus einem Zahnrad besteht. Die Drehwelle 121 ist eine Drehwelle des Motors 100 und ein Ende davon ist mit dem Sensormagneten 202 versehen. Die Magnetfeld-Winkelmessvorrichtung 80 (nachstehend als Magnetfeldsensormodul 201 bezeichnet) ist nahe dem Sensormagneten 202 vorgesehen und misst den Drehwinkel der Drehwelle 121 und überträgt das Ergebnis zu einer ECU 411. Die ECU 411 berechnet ein geeignetes Motorantriebsausmaß aus einem Signal von einem Drehmomentsensor (nicht dargestellt), der innerhalb einer Lenksäule 502 vorgesehen ist, und dem Drehwinkelsignal θ vom Magnetfeldsensormodul 201 und überträgt das Ergebnis zur Motorantriebseinheit 412. Folglich unterstützt der Motor 100 die Bewegung der Lenkwelle 503 durch die Drehwelle 121.
In dieser Ausführungsform wird die in der vierten Ausführungsform der Erfindung beschriebene Magnetfeld-Winkelmessvorrichtung in der Magnetfeld-Winkelmessvorrichtung 80 verwendet. Da der korrekte Magnetfeldwinkel (Drehwinkel) ausgegeben wird, selbst wenn der Fehler in der Halbbrücke der MR-Brücke auftritt, besteht folglich ein Effekt, da die Funktion der elektrischen Servolenkung kontinuierlich durchgeführt werden kann.
Dies ist eine besonders wichtige Funktion in einem Steer-by-Wire-System ohne mechanische Sicherung oder ein hydraulisches System.
[Achte Ausführungsform]
Ein Fahrzeug 580 als achte Ausführungsform unter Verwendung der Erfindung wird mit Bezug auf 16 beschrieben.
In dieser Ausführungsform ist das Fahrzeug 580, das das elektrische Servolenksystem verwendet, vorgesehen. Die Magnetfeld-Winkelmessvorrichtung 80, die in der elektrischen Servolenkung verwendet wird, ist die Drehwinkelmessvorrichtung der vierten Ausführungsform der Erfindung.
Wenn der Fehler in der Magnetfeld-Winkelmessvorrichtung 80 auftritt, wird die Sicherungsbetriebsart gemäß dem Typ von Fehler durchgeführt und das Fehlerübertragungssignal wird erzeugt. In einem Fall des Fehlers, der die Sicherungsbetriebsart nicht ermöglichen kann, wird alternativ das Stoppübertragungssignal erzeugt.
Das Stoppübertragungssignal wird zu einem System 581 der oberen Ebene eines elektrischen Servolenksystems (EPS-Systems) 582 übertragen. Alternativ kann das Signal zum System 581 der oberen Ebene durch eine elektronische Steuereinheit (ECU) des elektrischen Servolenksystems (EPS-Systems) 582 übertragen werden. Obwohl in 16 nicht dargestellt, kann das Signal alternativ zum System 581 der oberen Ebene durch ein System und eine andere Ebene als das EPS-System 582 übertragen werden.
Wenn das Fehlerübertragungssignal zum System 581 der oberen Ebene übertragen wird, führt das System 581 der oberen Ebene alle folgenden Operationen oder mehrere Kombinationen der Operationen durch.
Erstens wird der Fehler auf einem Anzeigesystem 584 eines Fahrersitzes angezeigt oder das Auftreten des Fehlers wird an den Fahrer durch einen Ton wie z. B. eine Alarmglocke gemeldet. In dieser Weise kann das Fahrzeug 580 betrieben werden, aber der Fahrer erhält eine Anforderung zum baldmöglichsten Aufsuchen einer Fahrzeugreparaturstation oder dergleichen.
Zweitens führt das System 581 der oberen Ebene eine Funktionsbegrenzungsbetriebsart durch. In der Funktionsbegrenzungsbetriebsart wird ein Sicherheitsniveau durch eine Begrenzung der Funktion verbessert, wie z. B. eine Begrenzung der maximalen Geschwindigkeit des Fahrzeugs 580. Die Funktionsbegrenzungsbetriebsart kann auch einen Vorgang vorsehen, der zum Fahren zur Reparaturstation erforderlich ist. In dieser Ausführungsform wird die maximale Geschwindigkeit durch Begrenzen der Funktion des Fahrzeugantriebssystems 586 begrenzt.
Drittens überträgt das System 581 der oberen Ebene das Auftreten des Fehlers zu einer Fahrzeugreparaturstation 588 unter Verwendung eines drahtlosen Sendesystems 585. Folglich kann die Fahrzeugreparaturstation 588 unverzüglich das entsprechende Fahrzeug reparieren, wenn das Fahrzeug die Fahrzeugreparaturstation aufsucht. Wenn das entsprechende Fahrzeug die Fahrzeugreparaturstation nicht aufsucht, selbst nachdem eine vorbestimmte Zeitdauer abläuft, kann der Fahrzeugeigentümer ferner häufig eine Reparaturanforderung erhalten.
Gemäß dem Fahrzeug 580 dieser Ausführungsform wird in dieser Weise, wenn der Fehler in der Magnetfeld-Winkelmessvorrichtung 80 auftritt und die Sicherungsbetriebsart durchgeführt wird, die Funktion für die Fahrt zur Fahrzeugreparaturstation vorgesehen und die Funktion oder die Leistung in Bezug auf die maximale Geschwindigkeit wird begrenzt, wodurch die Sicherheit verbessert wird. Wenn das Auftreten des Fehlers zu mehreren entsprechenden Personen der Reparaturstation übertragen wird oder zum Fahrer und mehreren Systemen übertragen wird, besteht ferner ein Effekt, dass die Reparatur des Fehlers unverzüglich vorangetrieben werden kann.
[Neunte Ausführungsform]
Eine neunte Ausführungsform der Erfindung wird mit Bezug auf 17 beschrieben. Diese Ausführungsform bezieht sich auf ein Beispiel einer Hybridfahrzeug-Antriebsvorrichtung unter Verwendung der Drehwinkelmessvorrichtung.
17 ist ein schematisches Diagramm einer Hybridfahrzeug-Antriebsvorrichtung, die durch die Kombination eines Elektromotors und einer Brennkraftmaschine als Leistung eines Kraftfahrzeugs erhalten wird. Die Ausgangsdrehwelle der Kraftmaschine 553, der Generator 552 und der Antriebsmotor 551 sind koaxial angeordnet und übertragen jeweils eine geeignete Leistung durch die Funktion eines Leistungsverteilungsmechanismus 554. Ein Leistungsverteilungsverfahren wird auf der Basis von Informationen über einen Fahrzeugbetriebszustand, einen Beschleunigungsbefehlszustand und einen Batterieladezustand geeignet festgelegt. Ferner ist ein Leistungskombinationsmechanismus 557 vorgesehen, um Leistung vom Leistungsverteilungsmechanismus 554 zu einer Leistungswelle 558 zu übertragen.
Im Antriebsmotor 551 wird die in der sechsten Ausführungsform der Erfindung beschriebene Rotationsmaschine verwendet. Der Antriebsmotor 551 umfasst den Motor 100 und die Drehwinkeldetektionseinheit 200, wie in der sechsten Ausführungsform beschrieben. Die Drehwinkeldetektionseinheit 200 bildet einen Antriebsmotor-Drehwinkelsensor 560, der den Drehwinkel des Antriebsmotors 551 detektiert.
Der Generator 552 ist mit einem Generator-Drehwinkelsensor 562 versehen. Die Drehwelle des Generators ist mit dem Sensormagneten 563 versehen und die Richtung des durch den Sensormagneten 563 erzeugten Magnetfeldes wird durch den Generator-Drehwinkelsensor 562 gemessen. Im Generator-Drehwinkelsensor 562 wird die in der ersten Ausführungsform beschriebene Magnetfeld-Winkelmessvorrichtung verwendet.
Gemäß der Konfiguration dieser Ausführungsform kann, da der korrekte Drehwinkel θ unter Verwendung der normalen Halbbrücke ausgegeben wird, wenn der Fehler in der MR-Brückeneinheit 70 der Drehwinkelmessvorrichtung 82 auftritt, ein Betrieb in der Sicherungsbetriebsart durchgeführt werden. Folglich besteht ein Effekt, dass der Stopp des ganzen Fahrzeugs verhindert werden kann.
Außerdem ist es in dieser Ausführungsform ferner erwünscht, das Fehlerübertragungssignal zum System der oberen Ebene zu übertragen, wenn der Fehler im Antriebsmotor oder im Generator-Drehwinkelsensor 562 auftritt und die Sicherungsbetriebsart durchgeführt wird.
Wenn das System der oberen Ebene das Fehlerübertragungssignal empfängt, wird die Sicherheit durch Durchführen einer Handlung sichergestellt, bei der die maximale Geschwindigkeit des Fahrzeugs begrenzt wird. Ferner besteht ein Effekt, dass eine Handlung wie z. B. eine Reparatur unverzüglich durch Erzeugen eines Alarms zum Melden des Fehlerzustandes an den Fahrer oder Melden des Fehlers durch die Kommunikation mit der Fahrzeugreparaturstation durchgeführt werden kann.
Ferner ist es auch nützlich, die Funktion des regenerativen Bremsens unter Verwendung des Generators als Begrenzung der Funktion im Fall des Fehlers zu begrenzen. Wenn der Generator-Drehwinkelsensor in eine Sicherungsbetriebsart gelangt, wird die Funktion des regenerativen Bremsens unter Verwendung des Generators gestoppt und die Bremsfunktion wird durch die mechanische Bremse unter Verwendung des hydraulischen Systems oder dergleichen durchgeführt. In dieser Weise besteht ein Effekt, dass die Sicherheit sichergestellt werden kann, ohne einen gefährlichen Zustand wie z. B. einen unzureichenden Bremszustand, der durch die Funktionsstörung des Generators verursacht wird, zu verursachen.
[Zehnte Ausführungsform]
In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist die Hybridfahrzeug-Antriebsvorrichtung veranschaulicht, aber ein Beispiel einer Elektrofahrzeug-Antriebsvorrichtung als zehnte Ausführungsform der Erfindung wird mit Bezug auf 18 beschrieben.
18 ist ein schematisches Diagramm einer Elektrofahrzeug-Antriebsvorrichtung, die einen Leistungselektromotor eines Fahrzeugs verwendet. Der Antriebsmotor 551 und der Generator 552 sind koaxial vorgesehen und übertragen jeweils eine geeignete Leistung durch die Funktion des Leistungsverteilungsmechanismus 554. Das Leistungsverteilungsverfahren wird auf der Basis von Informationen über einen Fahrzeugbetriebszustand, einen Beschleunigungsbefehlszustand und einen Batterieladungszustand geeignet festgelegt.
Im Antriebsmotor 511 wird die in der sechsten Ausführungsform der Erfindung beschriebene Rotationsmaschine verwendet. Wie in der sechsten Ausführungsform beschrieben, umfasst der Antriebsmotor 511 den Motor 100 und die Drehwinkeldetektionseinheit 200.
Der Generator 552 ist mit dem Generator-Drehwinkelsensor 562 versehen. Die Drehwelle des Generators ist mit dem Sensormagneten 563 versehen und die Richtung des durch den Sensormagneten 563 erzeugten Magnetfeldes wird durch den Generator-Drehwinkelsensor 562 gemessen. Im Generator-Drehwinkelsensor 562 wird die in der ersten Ausführungsform beschriebene Magnetfeld-Winkelmessvorrichtung verwendet.
Gemäß der Konfiguration dieser Ausführungsform kann, da der korrekte Drehwinkel θ unter Verwendung der normalen Halbbrücke ausgegeben wird, wenn der Fehler in der MR-Brückeneinheit 70 der Drehwinkelmessvorrichtung 82 auftritt, ein Betrieb in der Sicherungsbetriebsart durchgeführt werden. Folglich besteht ein Effekt, dass der Stopp des ganzen Fahrzeugs verhindert werden kann.
Da das Fahrzeug vollständig gestoppt wird, wenn der Antriebsmotor des Elektrofahrzeugs seine Funktion beendet, ist der Effekt der Erfindung besonders wirksam.
Wie vorstehend beschrieben, wurde ein Beispiel der Verwendung des GMR-Elements als Magnetwiderstandselement der MR-Brückeneinheit 70 beschrieben.
Die Erfindung ist nicht auf das GMR-Element begrenzt, sondern kann auch auf ein Magnetwiderstandselement angewendet werden. Hier wird ein Beispiel der Verwendung eines anisotropen Magnetwiderstandselements (AMR-Elements) beschrieben.
Im AMR-Element ändert sich, wenn der Winkel α (nachstehend als Stromrichtung α bezeichnet), der die Stromflussrichtung angibt, und der Magnetfeldwinkel θ_m definiert sind, der Widerstandswert des Elements gemäß der folgenden Gleichung
[Gleichung 21]

R = R₀ + ΔRcos²(θ_m – α) = R₀ + ΔRcos²(θ) Gleichung 21

Hier wird in der letzten Gleichung der Referenzwinkel des Magnetfeldwinkels θ gleich der Stromrichtung α gesetzt. Ferner kann die Stromrichtung α gemäß der Verdrahtungsstrukturform gesetzt werden.
In der COS-Brücke 60 von 4 sind die Stromrichtungen der MR-Elemente R₁ und R₃ als α = 0 festgelegt und die Stromrichtungen der MR-Elemente R₄ und R₂ sind als α = 90° festgelegt. Dann wird die Signalspannung ΔV_c21 = V_c2 – V_c1 wie nachstehend festgelegt. [Gleichung 22]
In der SIN-Brücke 61 von 4 sind die Stromrichtungen der MR-Elemente R₁ und R₃ als α = 45° festgelegt und die Stromrichtungen der MR-Elemente R₄ und R₂ sind als α = 135° festgelegt. Dann wird die Signalspannung ΔV_s21 = V_s2 – V_s1 wie nachstehend festgelegt.
[Gleichung 23]

ΔV_S21 – Asin(2θ) Gleichung 23

[Gleichung 24]

2θ = atan2(ΔV_s21, Δ_o21) Gleichung 24

Folglich wird der Magnetfeldwinkel θ erhalten.
Hier ist der effektive Magnetfeldwinkel θ_eff als θ_eff = 2θ definiert. Im Signalausgang der Brückenschaltung mit dem AMR-Element ist dann die COS-Brücke 60 zu cos(θ_eff) proportional und die SIN-Brücke 61 ist zu sin(θ_eff) proportional.
In dieser Weise wird in der Magnetfeld-Winkelmessvorrichtung unter Verwendung des AMR-Elements der effektive Magnetfeldwinkel θ_eff = 2θ definiert, die Brücke zum Ausgeben eines Signals, das zum Cosinus cos(θ_eff) des effektiven Magnetfeldwinkels θ_eff proportional ist, ist durch die COS-Brücke 60 definiert und die Brücke zum Ausgeben eines Signals, das zum Sinus sin(θ_eff) des effektiven Magnetfeldwinkels θ_eff proportional ist, ist durch die SIN-Brücke 61 definiert. Zu diesem Zeitpunkt wird der Referenzwinkel des Magnetfeldwinkels geeignet ausgewählt, so dass zwei Signale zu cos(θ_eff) und sin(θ_eff) proportional sind.
Das heißt, (Gleichung 8) und (Gleichung 9) der Brückenschaltung des GMR-Elements entsprechen im Wesentlichen einander.
Als nächstes wird die folgende Gleichung erhalten, wenn die Differenzspannung zwischen der mittleren Spannung V_m = e₀/2 und der Signalspannung jeder Halbbrücke erhalten wird.
[Gleichung 25]

ΔV_c1m = –2(V_C1 – V_m) = Acos(2θ) ΔV_C2m = +2(V_C2 – V_m) = Acos(2θ) ΔV_S1m = –2(V_S1 – V_m) = Asin(2θ) V_S2m = +2(V_S2 – V_m) = Asin(2θ) Gleichung 25

Dies entspricht (Gleichung 16).
Hier wird ein Fall, in dem der Fehler in der SIN-Brücke 61 auftritt, angenommen. In diesem Fall wird der Magnetfeldwinkel θ unter Verwendung des Signals ΔV_sjm (j = 1 oder 2) der normalen Halbbrücke erhalten.
[Gleichung 26]

2θ = atan2(ΔV_sin, ΔV_o21) Gleichung 26

Der Magnetwinkel wird wie vorstehend erhalten.
Als nächstes wird ein Prozess zum spezifischen Identifizieren der normalen Halbbrücke im Einzelnen beschrieben. Da die Beziehungsgleichung von ”(cosθ_eff)² + (sinθ_eff) = 1” aufgestellt wird, ist der Restbetrag durch die folgende Gleichung definiert:
[Gleichung 27]

Δ_Res(j) = A² – {(ΔV_C21)² + (ΔV_Sim)² Gleichung 27

Folglich wird (j = 1 oder 2) berechnet und es ist möglich, die Halbbrücke des Schwellenwerts oder weniger als normale Halbbrücke zu identifizieren.
Folglich ist es offensichtlich, dass die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen unter Verwendung des GMR-Elements wirksam sind, wenn das AMR-Element verwendet wird.
Bezugszeichenliste

51, 52: GMR-Element
53: Verlustabschnitt
60: COS-Brücke
61: SIN-Brücke
65: Halbbrücke
70: MR-Brückeneinheit
71, 72: Halbbrücken-Ausgangsanschluss
80: Magnetfeld-Winkelmessvorrichtung
82: Drehwinkelmessvorrichtung
100: Motor
110: Stator
111: Statorkern
112: Statorspule
120: Rotor
121: Drehkörper
151: Winkelausgabe
155: Fehlerübertragungssignal
156: Stoppübertragungssignal
200: Drehwinkeldetektionseinheit
202: Sensormagnet
226: Drehmittellinie
260: Wafer
262: Waferkontaktstelle
265: Sensorelementbaugruppe
302: Detektionseinheit
303: Signalverarbeitungseinheit
311: Redundante Einheit
313: Auswahlschalter
331: Widerstand
411: Elektronische Steuereinheit
412: Antriebseinheit
501: Lenkrad
502: Lenksäule
503: Lenkwelle
504: Gelenkeinheit
551: Antriebsmotor
552: Generator
553: Kraftmaschine
554: Leistungsverteilungsmechanismus
557: Leistungskombinationsmechanismus
558: Leistungswelle
560: Antriebsmotor-Drehwinkelsensor
562: Generator-Magnetfeldwinkelsensor
563: Sensormagnet
580: Fahrzeug
581: System der oberen Ebene
582: EPS-System
583: Fahrzeugantriebssystem
584: Fahrersitz-Anzeigesystem
585: Drahtloses Sendesystem
588: Fahrzeugreparaturstation
591: Winkelinformationsaten
592: Stoppsignaldaten
593: Fehlersignaldaten

Alle Veröffentlichungen, Patente und Patentanmeldungen, die in dieser Patentbeschreibung angeführt sind, werden als Referenz in diese Patentbeschreibung aufgenommen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2010-291545 [0038]

Claims

Magnetfeld-Winkelmessvorrichtung (80), die Folgendes umfasst: eine COS-Brücke (60) und eine SIN-Brücke (61), von denen jede ein Magnetwiderstandselement umfasst; und eine Detektionseinheit (302), wobei die Detektionseinheit ein Winkelsignal auf der Basis eines aus einer normalen Halbbrücke ausgegebenen Signals ausgibt, wenn ein Fehler in irgendeiner der jeweiligen Halbbrücken der COS-Brücke oder der SIN-Brücke auftritt.
Magnetfeld-Winkelmessvorrichtung (80) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner Folgendes umfasst: eine Einheit zum Identifizieren der normalen Halbbrücke.
Magnetfeld-Winkelmessvorrichtung (80) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionseinheit (302) ein Fehlerübertragungssignal (155) ausgibt, wenn ein Winkelsignal auf der Basis des aus der normalen Halbbrücke ausgegebenen Signals ausgegeben wird.
Magnetfeld-Winkelmessvorrichtung (80) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stoppübertragungssignal (156) zusätzlich zum Fehlerübertragungssignal (155) vorgesehen wird.
Magnetfeld-Winkelmessvorrichtung (80) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Fehlerübertragungssignal (155) als digitales Signal unter Verwendung derselben Signalleitung wie jener des Winkelsignals ausgegeben wird.
Drehwinkelmessvorrichtung (82), die Folgendes umfasst: einen Magnetflussgenerator, der an einem Drehkörper befestigt ist; und die Magnetfeld-Winkelmessvorrichtung (80) nach Anspruch 1, wobei der Drehwinkel des Drehkörpers durch Messen einer Richtung eines durch den Magnetflussgenerator erzeugten Magnetfeldes gemessen wird.
Rotationsmaschine, die Folgendes umfasst: einen Rotor (120); einen Stator (110); einen Magnetflussgenerator, der sich zusammen mit dem Rotor dreht; und die Magnetfeld-Winkelmessvorrichtung (80) nach Anspruch 1, wobei eine Richtung eines Magnetfeldes, das durch den Magnetflussgenerator erzeugt wird, durch die Magnetfeld-Winkelmessvorrichtung gemessen wird.
System, das mit der Magnetfeld-Winkelmessvorrichtung (80) nach Anspruch 3 ausgestattet ist, wobei das System eine normale Betriebsart und eine Funktionsbegrenzungsbetriebsart umfasst, ein Teil einer Funktion des Systems in der Funktionsbetriebsart begrenzt wird, und die Funktionsbegrenzungsbetriebsart durchgeführt wird, wenn die Magnetfeld-Winkelmessvorrichtung das Fehlerübertragungssignal ausgibt.
Fahrzeug (580), das die Magnetfeld-Winkelmessvorrichtung (80) nach Anspruch 3 verwendet, wobei das Fahrzeug eine normale Betriebsart und eine Funktionsbegrenzungsbetriebsart umfasst, und die Funktionsbegrenzungsbetriebsart durchgeführt wird, wenn die Magnetfeld-Winkelmessvorrichtung das Fehlerübertragungssignal (155) ausgibt.
Fahrzeug (580) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine maximale Geschwindigkeit des Fahrzeugs in der Funktionsbegrenzungsbetriebsart niedriger ist als eine maximale Geschwindigkeit in der normalen Betriebsart.
Fahrzeugantriebsvorrichtung, die Folgendes umfasst: die Rotationsmaschine nach Anspruch 7.
Fahrzeugantriebsvorrichtung, die Folgendes umfasst: die Rotationsmaschine nach Anspruch 7, die als Motor dient, wobei die Detektionseinheit (302) ein Fehlerübertragungssignal (155) ausgibt, wenn die Magnetfeld-Winkelmessvorrichtung (80) ein Winkelsignal auf der Basis eines Signals ausgibt, das aus der normalen Halbbrücke ausgegeben wird, und die maximale Drehzahl des Motors begrenzt wird, wenn das Fehlerübertragungssignal ausgegeben wird.
Fahrzeugantriebsvorrichtung, die Folgendes umfasst: einen Generator; und einen Motor, wobei der Generator mit der Magnetfeld-Winkelmessvorrichtung (80) nach Anspruch 3 versehen ist, und wenn die Magnetfeld-Winkelmessvorrichtung das Fehlerübertragungssignal (155) ausgibt, eine Funktion zum regenerativen Bremsen unter Verwendung des Generators begrenzt wird.
Magnetfeld-Winkelmessvorrichtung (80) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetwiderstandselement ein Riesenmagnetwiderstandselement ist.
Magnetfeld-Winkelmessvorrichtung (80) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetwiderstandselement ein anisotropes Magnetwiderstandselement ist.
Magnetfeld-Winkelmessvorrichtung (80) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionseinheit (302) einen Differenzdetektor für ein Ausgangssignal der Halbbrücke und einer mittleren Spannung als 1/2 einer Anregungsspannung für die Halbbrücke umfasst.
Magnetfeld-Winkelmessvorrichtung (80) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Fehler eine Trennung zwischen einer der Halbbrücken und der Detektionseinheit ist.
Magnetfeld-Winkelmessvorrichtung (80) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn das Winkelsignal auf der Basis des aus der normalen Halbbrücke ausgegebenen Signals ausgegeben wird, die Detektionseinheit das Fehlerübertragungssignal ausgibt.
Magnetfeld-Winkelmessvorrichtung (80) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stoppübertragungssignal (156) zusätzlich zum Fehlerübertragungssignal (155) vorgesehen wird.
Magnetfeld-Winkelmessvorrichtung (80) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Fehlerübertragungssignal (155) als digitales Signal unter Verwendung derselben Signalleitung wie jener des Winkelsignals ausgegeben wird.
Magnetfeld-Winkelmessvorrichtung (80) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Spannung durch eine ratiometrische Schaltung aus der Anregungsspannung erzeugt wird.
Verfahren zum Berechnen eines Winkels einer Magnetfeld-Winkelmessvorrichtung (80) mit einer COS-Brücke (60) und einer SIN-Brücke (61), von denen jede ein Magnetwiderstandselement umfasst, und einer Detektionseinheit (302), wobei die Detektionseinheit ein Winkelsignal auf der Basis eines aus einer normalen Halbbrücke ausgegebenen Signals berechnet, wenn ein Fehler in irgendeiner der jeweiligen Halbbrücken der COS-Brücke oder der SIN-Brücke auftritt.