DE112012005322B4

DE112012005322B4 - Drehwinkel-Detektiervorrichtung

Info

Publication number: DE112012005322B4
Application number: DE112012005322.2T
Authority: DE
Inventors: c/o Mitsubishi Electric Corp. Tsukamoto Manabu; c/o Mitsubishi Electric Corp. Furukawa Taisuke; c/o Mitsubishi Electric Corp. Kawano Yuji; c/o Mitsubishi Electric Corp. Yokotani Masahiro
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2011-12-20
Filing date: 2012-05-25
Publication date: 2022-02-10
Anticipated expiration: 2032-05-26
Also published as: WO2013094236A1; DE112012005322T5; JP5762567B2; JPWO2013094236A1

Abstract

Drehwinkel-Detektiervorrichtung, die Folgendes aufweist:einen Drehkörper (1), bei welchem N-Pole und S-Pole entlang einer Umfangsoberfläche in einer Magnetisierungsbreite λ abwechselnd magnetisiert sind; underste bis achte magnetische Detektiereinheiten (RA1, RA2, RB1, RB2, RC1, RC2, RD1, RD2) zum Detektieren eines durch den Drehkörper (1) hervorgerufenen Magnetfelds;- wobei die erste und die vierte magnetische Detektiereinheit (RA1, RA2) an einer ersten Erfassungsposition (A) angeordnet sind,- wobei die zweite und die dritte magnetische Detektiereinheit (RB2, RB1) an einer zweiten Erfassungsposition (B) angeordnet sind,- wobei die fünfte und die achte magnetische Detektiereinheit (RC1, RC2) an einer dritten Erfassungsposition (C) angeordnet sind,- wobei die sechste und die siebte magnetische Detektiereinheit (RD2, RD1) an einer vierten Erfassungsposition (D) angeordnet sind,- wobei die erste und die zweite Erfassungsposition (A, B) in einem Abstand L12 angeordnet sind,- wobei die dritte und die vierte Erfassungsposition (C, D) in dem Abstand L12 angeordnet sind,- wobei die erste und die dritte Erfassungsposition (A, C) in einem Abstand L13 angeordnet sind,- wobei die in Reihe geschalteten ersten und dritten magnetischen Detektiereinheiten (RA1, RB1) und die in Reihe geschalteten zweiten und vierten magnetischen Detektiereinheiten (RB2, RA2) zwischen einem ersten und Bezugspotential (VCC) einem zweiten Bezugspotential (GND) parallelgeschaltet sind,- wobei die ersten bis vierten magnetischen Detektiereinheiten eine erste Brückenschaltung bilden (RA1, RA2, RB1, RB2),- wobei die erste und die vierte magnetische Detektiereinheit (RA1, RA2) in dem einen Paar über Kreuz liegender Positionen der Zweige der ersten Brückenschaltung angeordnet sind und die zweite und die dritte magnetische Detektiereinheit (RB2, RB1) in dem anderen Paar über Kreuz liegender Positionen der Zweige angeordnet sind,- wobei die in Reihe geschalteten fünften und siebenten magnetischen Detektiereinheiten (RC1, RD1) und die in Reihe geschalteten sechsten und achten magnetischen Detektiereinheiten (RD2, RC2) zwischen einem dritten Bezugspotential (VCC) und einem vierten Bezugspotential (GND) parallelgeschaltet sind,- wobei die fünften bis achten magnetischen Detektiereinheiten (RC1, RC2, RD1, RD2) eine zweite Brückenschaltung bilden,- wobei die fünfte und die achte magnetische Detektiereinheit (RC1, RC2) in dem einen Paar über Kreuz liegender Positionen der Zweige der zweiten Brückenschaltung angeordnet sind und die sechste und die siebte magnetische Detektiereinheit (RD2, RD1) in dem anderen Paar über Kreuz liegender Positionen der Zweige angeordnet sind,- wobei ein einem Drehwinkel des Drehkörpers (1) entsprechendes Signal auf der Basis einer Differenz Vout (= V34 - V12) zwischen V12 und V34 ausgegeben wird,- wobei V12 eine Differenz zwischen einem Mittelpunktpotential V1 der ersten und der dritten magnetischen Detektiereinheit (RA1, RB1) und einem Mittelpunktpotential V2 der zweiten und der vierten magnetischen Detektiereinheit (RB2, RA2) ist,- wobei V34 eine Differenz zwischen einem Mittelpunktpotential V3 der fünften und der siebten magnetischen Detektiereinheit (RC1, RD1) und einem Mittelpunktpotential V4 der sechsten und der achten magnetischen Detektiereinheit (RD2, RC2) ist,- und wobei die Abstände L12 und L13 die folgenden Relationen erfüllen:L12=2n1λ (n1 ist eine ganze Zahl≥2)L13=2n2λ (n2 ist eine ganze Zahl≥2).

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Drehwinkel-Detektiervorrichtung, welche einen Drehwinkel einer Drehachse oder dergleichen mit einer Einrichtung mit magnetfeldabhängigem Widerstand detektiert.
STAND DER TECHNIK
Eine Einrichtung mit magnetfeldabhängigem Widerstand sowie eine Hall-Einrichtung sind als magnetisch-elektrische Umwandlungseinrichtung bekannt, welche ein von außen angelegtes Magnetfeld detektiert. Zu Einrichtungen mit magnetfeldabhängigem Widerstand zählen eine AMR-Einrichtung (Anisotropic Magneto-Resistance), eine GMR-Einrichtung (Giant Magneto-Resistance) und eine TMR-Einrichtung (Tunnel Magneto-Resistance) und dergleichen. Vor allem die GMR-Einrichtung und die TMR-Einrichtung haben wegen ihres hohen MR-Verhältnisses gegenüber anderen Einrichtungen mit magnetfeldabhängigem Widerstand Aufmerksamkeit erregt.
Das Patentdokument 1 offenbart eine GMR-Einrichtung und eine TMR-Einrichtung mit einer „Spin-Valve“-Struktur. Die Einrichtung mit magnetfeldabhängigem Widerstand mit „Spin-Valve“-Struktur enthält eine erste Dünnfilmschicht aus ferromagnetischem Material (freie Schicht) und eine zweite Dünnfilmschicht aus ferromagnetischem Material (festgehaltene Schicht), welche durch eine nichtmagnetische Dünnfilmschicht getrennt sind. Die Magnetisierungsrichtung der zweiten Dünnfilmschicht ist fixiert. Um die Magnetisierungsrichtung der zweiten Dünnfilmschicht zu fixieren, wird eine Dünnfilmschicht aus antiferromagnetischem Material auf der zweiten Dünnfilmschicht angebracht. Alternativ kann die Dünnfilmschicht aus antiferromagnetischem Material durch eine ferromagnetische Schicht mit hoher Koerzitivfeldstärke und hohem elektrischem Widerstand ersetzt werden.
Nachstehend wird die Arbeitsweise einer Drehwinkel-Detektiervorrichtung mit einer Einrichtung mit magnetfeldabhängigem Widerstand, welche eine „Spin-Valve“-Struktur aufweist, beschrieben. Ein Magnetrotor, auf welchem ein zylindrischer Magnet mit einer mit vielen Polen magnetisierten Umfangsoberfläche angebracht ist, wird um seine Achse gedreht. Beim Erfassen des Drehwinkels des Magnetrotors mit einer Einrichtung mit magnetfeldabhängigem Widerstand ist eine Sensoreinrichtung, wie in 37 gezeigt, in einer Position angeordnet, welche durch einen vordefinierten Abstand r von der Umfangsoberfläche des zylindrischen Magnets getrennt ist.
Die Sensoreinrichtung ist mit Bereichen A und B in einem Intervall versehen, welches der Magnetisierungsbreite λ des zylindrischen Magnets entspricht, und Einrichtungen mit magnetfeldabhängigem Widerstand RA1 und RA2 sind im Bereich A angeordnet, und Einrichtungen mit magnetfeldabhängigem Widerstand RB1 und RB2 sind im Bereich B angeordnet. Wie in 38 gezeigt, sind RA1, RA2, RB1 und RB2 so verschaltet, dass sie eine Brückenschaltung bilden.
In 37 ist der zylindrische Magnet auf der Umfangsoberfläche des Magnetrotors schematisch linear dargestellt. Wenn der Magnetrotor sich in diesem Zustand dreht, bewegt sich die Umfangsoberfläche des Magnetrotors bezüglich der Sensoreinrichtung in der Pfeilrichtung.
Ein Phasenwinkel θ in 37 gibt die Phasenbeziehung zwischen dem Bereich A und dem Magnetpol eines Magnetrotors 1 an. Der Phasenwinkel θ fällt mit dem Winkel des Magnetfelds im Bereich A zusammen. Ein Phasenwinkel 0' in 40 gibt den Winkel des Magnetfelds im Bereich B an, wenn die Phasenbeziehung zwischen dem Bereich A und dem Magnetpol des Magnetrotors 1 den Wert θ besitzt.
Die Bewegung des Magnetrotors bewirkt eine Veränderung der Polarität der den Einrichtungen mit magnetfeldabhängigem Widerstand RA1 und RA2 gegenüberliegenden Umfangsoberfläche des Magnetrotors vom N-Pol ((a) θ = 0°) zur Grenze von N-Pol und S-Pol ((b) θ = 90°), zum S-Pol ((c) θ = 180°), zur Grenze von S-Pol und N-Pol ((d) θ = 270°) und zum N-Pol ((e)θ = 360°).
Demgemäß ändert sich, wie in 39 gezeigt, der Winkel θ des durch die im Bereich A angeordneten Einrichtungen mit magnetfeldabhängigem Widerstand RA1 und RA2 detektierten Magnetfelds von 0° bis 360°. Entsprechend ändert sich der Winkel des durch die im Bereich B angeordneten Einrichtungen mit magnetfeldabhängigem Widerstand RB1 und RB2 detektierten Magnetfelds auf die in 40 gezeigte Weise.
Der Widerstandswert der Einrichtung mit magnetfeldabhängigem Widerstand, welche eine „Spin-Valve“-Struktur aufweist, ändert sich in Abhängigkeit vom Winkel des an die Einrichtung angelegten Magnetfelds. Wie in 41 gezeigt, ändern sich Widerstandswerte der Einrichtungen mit magnetfeldabhängigem Widerstand RA1 und RA2 sowie RB1 und RB2 im Wesentlichen sinusförmig mit der Drehung des Magnetrotors. Demgemäß sind die Wellenformen von Mittelpunktpotentialen V1 und V2 der Brückenschaltung in 38 und Brückenausgangsspannung Vout so wie es in 42 gezeigt ist.
43 ist eine erläuternde Zeichnung, welche den Winkel eines Magnetfelds einer herkömmlichen Drehwinkel-Detektiervorrichtung im Detail zeigt. Üblicherweise ändern sich die durch einen Magnetrotor hervorgerufenen Magnetfelder in der Radialrichtung (x-Achsen-Richtung in 43) und in der Drehrichtung (y-Achsen-Richtung in 43) im Wesentlichen sinusförmig bezüglich des Phasenwinkels. Wie in 43 gezeigt, sind die Amplituden des Magnetfelds in der Drehrichtung und in der Radialrichtung jedoch verschieden. Die Amplitude P des Magnetfelds in der Radialrichtung ist gewöhnlich einmal bis zweimal so groß wie die Amplitude Q des Magnetfelds in der Drehrichtung.
Demgemäß kann man eine x-Achsen-Komponente Hx und eine y-Achsen-Komponente Hy des Magnetfelds bei einem Phasenwinkel θ durch die folgenden Formeln (1) und (2) erhalten. Einen Wert tanα, welcher die Richtung des Magnetfelds beim Phasenwinkel θ darstellt, und eine Richtung α des Magnetfelds kann man durch die folgenden Formeln (3) und (4) erhalten.
Math. 1 $Hx = Pcos θ$
$Hy = Qsin θ$
$tan α = \frac{Qsin θ}{Pcos θ} = \frac{Q}{P} tan θ$
$α= {tan}^{- 1} (\frac{Q}{P} tan θ)$
44 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung, bezüglich einer herkömmlichen Drehwinkel-Detektiervorrichtung, der Relation zwischen dem Phasenwinkel θ und dem Winkel α eines durch eine Einrichtung mit magnetfeldabhängigem Widerstand detektierten Magnetfelds, wobei die Beträge der Amplituden der Stärke des Magnetfelds in der Radialrichtung und in der Drehrichtung verschieden sind. Q/P ist üblicherweise 1 bis 0,5 wie oben beschrieben.
Wie in 44 gezeigt, ist θ = α, wenn Q/P = 1, das heißt, wenn die Amplituden der Stärke des Magnetfelds in der Radialrichtung und in der Drehrichtung gleich sind. Die Fälle, in welchen die Amplitude des Magnetfelds in der Radialrichtung größer als die Amplitude der Stärke des Magnetfelds in der Drehrichtung ist, zum Beispiel Q/P = 0,7 oder Q/P = 0,5, sind in 44 gezeigt. Demgemäß ändert sich der Widerstandswert jeder Einrichtung mit magnetfeldabhängigem Widerstand gemäß einem dreieckförmigen Verlauf mit der Drehung des Magnetrotors, wie in 45 gezeigt.
Die 46 und 47 sind Wellenform-Diagramme, welche eine Änderung der Ausgangsspannung einer herkömmlichen Drehwinkel-Detektiervorrichtung zeigen, wobei die Beträge der Amplituden der Stärke des Magnetfelds in der Radialrichtung und in der Drehrichtung verschieden sind. Wie in 45 gezeigt, ist, wenn der Widerstandswert der Einrichtung mit magnetfeldabhängigem Widerstand eine dreieckige Wellenform aufweist, eine dritte Oberwellenkomponente zur Ausgangsspannung Vout der Brückenschaltung hinzugefügt, so dass sie die Ausgangs-Wellenform verzerrt.
Der Einfluss der fünften und höherer Oberwellen ist gering, und die dritte Oberwellenkomponente ist die Hauptursache von Verzerrungen. Wenn die Ausgangs-Wellenform so verzerrt ist, dass sie in 46 eine Dreieckwelle oder in 47 eine Trapezwelle bildet, erhält man keine genaue Winkelinformation.
Das Patentdokument 2 offenbart eine Drehwinkel-Detektiervorrichtung, welche die detektierte Stärke des Magnetfelds in der Radialrichtung und in der Drehrichtung einer Analog/Digital- (A/D-) Wandlung unterzieht, um ein Vx-Signal und ein Vy-Signal zu erhalten, und ein Erfassungssignal für die Drehrichtung mit einem Korrekturfaktor k multipliziert, so dass die Amplituden der Signale gleich werden.
Das Patentdokument 7 offenbart eine Sensoranordnung zum Erfassen eines von einem Geberobjekt erzeugten oder beeinflussten periodischen Magnetfeldes, die ein erstes, zweites, ein drittes und ein viertes magnetoresistives Sensorelement aufweist, wobei das erste und das zweite magnetoresistive Sensorelement in einem ersten Abstand angeordnet sind, wobei das dritte und das vierte magnetoresistive Sensorelement in einem zweiten Abstand angeordnet sind, wobei das erste und das dritte magnetoresistive Sensorelement in einem dritten Abstand angeordnet sind, wobei der erste Abstand und der zweite Abstand einem kleinsten absoluten Phasenunterschied, bezogen auf das periodische Magnetfeld, von wenigstens 1° und weniger als 90° entsprechen, und wobei der dritte Abstand einem kleinsten absoluten Phasenunterschied von wenigstens 25° entspricht.
Das Patentdokument 8 offenbart einen magnetischen Drehwinkeldetektor, der eine rotierende Trommel besitzt, die ein magnetisches Medium aufweist, das mit einer Magnetisierungsteilung λ auf ihrem kreisbogenförmigen Außenumfang in Umfangsrichtung abwechselnd magnetisiert ist, und die dazu ausgebildet ist, sich in der Umfangsrichtung rotationsmäßig zu bewegen, und der eine Vielzahl von Magnetsensorvorrichtungen besitzt, die auf einem gegenüber von dem Außenumfang der rotierenden Trommel platzierten Substrat parallel zueinander angeordnet sind und dazu ausgebildet sind, eine Änderung in der Stärke eines Magnetfeldes des magnetischen Mediums aufgrund der Rotation der rotierenden Trommel zu erfassen, wobei der magnetische Drehwinkeldetektor Folgendes aufweist: Vorrichtungsanordnungen, von denen jede eine Vielzahl von Magnetsensorvorrichtungen aufweist, zum Positionieren der Magnetsensorvorrichtungen in einer derartigen Anordnung konfiguriert ist, dass harmonische Komponenten zweiter und höherer Ordnungen innerhalb von den jeweiligen Vorrichtungsanordnungen abgegebenen Ausgangssignalen eliminiert werden, sowie auf dem Substrat achsensymmetrisch in Bezug auf eine Symmetrieachse angeordnet ist, und einen Differenzverstärker, der mit Ausgangsanschlüssen der jeweiligen Vorrichtungsanordnungen verbunden ist; wobei es sich bei der Symmetrieachse um eine Achse handelt, die in Bezug auf alle Magnetsensorvorrichtungen auf dem Substrat durch eine baryzentrische Position hindurchgeht und die parallel zu einer Drehwelle der rotierenden Trommel ist, wobei sich die baryzentrische Position auf einer geraden Linie befindet, die in Radialrichtung der rotierenden Trommel verläuft, wobei die in den jeweiligen Vorrichtungsanordnungen enthaltenen Magnetsensorvorrichtungen auf dem Substrat in der gleichen Weise sowie achsensymmetrisch in Bezug auf die Symmetrieachse angeordnet sind, wobei ein Stromversorgungsanschluss und ein Erdungsanschluss, die in den jeweiligen Vorrichtungsanordnungen enthalten sind und mit den Magnetsensorvorrichtungen verbunden sind, achsensymmetrisch in Bezug auf die Symmetrieachse in den Vorrichtungsanordnungen angeordnet sind, und wobei eine Position und ein Drehwinkel der rotierenden Trommel auf der Basis eines Ausgangssignals des Differenzverstärkers erfasst werden.
Das Patentdokument 9 offenbart einen magnetischen Codierer, der eine magnetische Trommel enthält, die an ihrer Außenfläche in gleichen Teilungsabständen voneinander angeordnete magnetisierte Bereiche hat, und eine magnetische Sensoreinheit, die der Außenfläche der magnetischen Trommel gegenüberliegt. In der magnetischen Sensoreinheit sind magnetische Sensoren vorgesehen, die in einem Abstand voneinander angeordnet sind, der kleiner als ein Teilungsabstand der magnetisierten Bereiche ist. Der Codierer enthält ferner eine Rechenvorrichtung, die zwei Sätze von vektoriellen Signalen aus Erfassungssignal-Ausgangspegeln der magnetischen Sensoren, die beim Drehen der magnetischen Trommel oder der magnetischen Sensoreinheit erzeugt werden, berechnet.
Das Patentdokument 10 offenbart einen magnetoresistiven Sensor zur Abtastung eines magnetischen Multipolrades, der eine Vielzahl von gleichförmig angeordneten magnetischen Polpaaren abtastet. Der Sensor weist vier magnetoresistive Widerstände auf, die elektrisch als Wheatstone-Brücke mit zwei Halbbrücken geschaltet sind und ein sinusförmiges bzw. cosinusförmiges Signal abgeben. Zur Unterdrückung der dritten und/oder der fünften Oberwelle des Abtastsignals wird vorgeschlagen, den Abstand zwischen den beiden Halbbrücken so zu wählen, dass er ungleich der halben Wellenlänge beträgt. Für die dritte Oberwelle wird vorzugsweise der Abstand d = lambda/3 gewählt, so dass die Halbbrücken um einen Phasenwinkel von 120° versetzt sind. Zur Unterdrückung der fünften Halboberwelle werden drei gleichartige Sensoren mit entsprechendem Abstand zusammengeschaltet. Die gemessenen Signale werden gemittelt, so dass sich daraus ein um die dritte und fünfte Oberwelle gefilterter Feldverlauf ergibt.
Patentdokument 11 offenbart eine Positionsmesseinrichtung, bei der eine periodische Messteilung von einer Abtasteinheit mit vier Gruppen aus je vier magnetoresistiven Elementen zur Gewinnung positionsabhängiger Ausgangssignale mit optimalen Signalparametern abgetastet wird. Jede Gruppe erstreckt sich über eine Teilungsperiode der Messteilung. Die magnetoresistiven Elemente werden in Form einer Reihen-Parallelschaltung zu zwei Halbbrückenschaltungen verschaltet, wobei die magnetoresistiven Elemente jeder Gruppe des oberen Brückenzweigs gegenüber den entsprechenden magnetoresistiven Elementen ihrer Gruppe des unteren Brückenzweigs um den Betrag t/2 versetzt sind.
Das Patentdokument 12 offenbart eine Vorrichtung zur magnetischen Erfassung der Position oder Geschwindigkeit eines sich bewegenden Körpers unter Verwendung einer Brückenschaltung mit in Reihe geschalteten MR-Elementen. Magnetpole sind dabei kontinuierlich mit einem Abstand λ auf dem peripheren Teil einer Trommel angeordnet, die entsprechend der Bewegung eines sich bewegenden Körpers gedreht wird. Diesen Polen gegenüber ist ein Magnetsensor angeordnet. Der Sensor besteht aus zwei magnetoresistiven Elementpaaren, die in einem Abstand von λ/6 zueinander angeordnet sind, und die beiden Elemente in jedem Paar sind in Positionen angeordnet, die in einem Abstand von λ/2 zueinander liegen. Die beiden Elemente eines jeden Paares sind in Reihe geschaltet, um eine Brückenschaltung zu bilden. Die von den Knoten der in Reihe geschalteten Elemente in den beiden Elementpaaren erhaltenen Signale werden differentiell verstärkt, so dass die Komponenten der dritten harmonischen Welle eliminiert werden und ein unverzerrtes Signal, das die Position oder Geschwindigkeit des sich bewegenden Körpers repräsentiert, erhalten werden kann.
DOKUMENTE ZUM STAND DER TECHNIK
PATENTDOKUMENTE

Patentdokument 1: JP H08 - 21 166 B2
Patentdokument 2: WO 2009 / 099 054 A1
Patentdokument 3: JP S63-279 101 A
Patentdokument 4: JP H02 - 24 512 A
Patentdokument 5: JP H02-194 316 A
Patentdokument 6: JP 2009-210 550 A
Patentdokument 7: DE 10 2007 029 819 A1
Patentdokument 8: DE 11 2008 001 024 T5
Patentdokument 9: DE 102 04 641 A1
Patentdokument 10: DE 100 41 087 A1
Patentdokument 11: DE 42 03 073 A1
Patentdokument 12: US 4 818 939 A

KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
MIT DER ERFINDUNG ZU LÖSENDE PROBLEME
Wie oben beschrieben, wird die detektierte Ausgangs-Wellenform, wenn ein Magnetrotor, auf welchem ein zylindrischer Magnet mit einer mit vielen Polen magnetisierten Umfangsoberfläche angebracht ist, um seine Achse gedreht wird, um den Drehwinkel zu erfassen, und wenn die Amplituden der Stärke des Magnetfelds in der Radialrichtung und in der Drehrichtung verschieden sind, mit einer Verzerrung auf der Basis einer dritten Oberwellenkomponente beaufschlagt. Demgemäß erhält man in diesem Fall keine genaue Winkelinformation.
Die Verwendung der Drehwinkel-Detektiervorrichtung gemäß Patentdokument 2 bewirkt, dass die Amplituden der Stärke des Magnetfelds in der Radialrichtung und in der Drehrichtung gleich sind und die dritte Oberwellenkomponente, mit welcher die detektierte Ausgangs-Wellenform beaufschlagt wird, unterdrückt wird, was eine Erfassung einer genauen Winkelinformation ermöglicht. Um eine solche Drehwinkel-Detektiervorrichtung zu realisieren, sind jedoch ein A/D-Wandler, eine Schaltung zum Berechnen des Faktors k und ein Multiplizierer zum Multiplizieren mit dem Faktor k erforderlich, so dass der Umfang der Schaltung zunimmt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Drehwinkel-Detektiervorrichtung vorzusehen, welche bei gleichzeitiger Verkleinerung des Schaltungsumfangs in der Lage ist, eine genaue Winkelinformation zu liefern.
LÖSUNG DER PROBLEME
Um die obige Aufgabe zu erfüllen, wird eine Drehwinkel-Detektiervorrichtung mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 angegeben. Die obige Aufgabe wird ebenso durch eine Drehwinkel-Detektiervorrichtung mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 2 gelöst. Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Drehwinkel-Detektiervorrichtung ist im Patentanspruch 3 angegeben.
AUSWIRKUNGEN DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein dem Drehwinkel des Drehkörpers entsprechendes Signal auf der Basis des Mittelpunktpotentials einer ersten und einer zweiten magnetischen Detektiereinheit, welche im die Relation L = 2λ/n, wobei n eine ganze Zahl größer als oder gleich 2 ist, erfüllenden Intervall L angeordnet sind, ausgegeben. Damit kann man ein Ausgangssignal, in welchem eine n-te Oberwellenkomponente unterdrückt wird, erhalten, was es ermöglicht, die genaue Winkelinformation des Drehkörpers zu erhalten.
Figurenliste

1 ist eine Konfigurationszeichnung einer Drehwinkel-Detektiervorrichtung der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt eine Anordnung von auf einer Sensoreinrichtung befindlichen Bereichen gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
3 ist ein Schaltplan einer Einrichtung mit magnetfeldabhängigem Widerstand einer Drehwinkel-Detektiervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
4 ist ein Wellenform-Diagramm, welches Änderungen der Widerstandswerte von Einrichtungen mit magnetfeldabhängigem Widerstand der Drehwinkel-Detektiervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt.
5 ist ein Wellenform-Diagramm, welches eine Änderung eines Ausgangspotentials der Drehwinkel-Detektiervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt, wenn die Anordnungsintervalle der Einrichtungen mit magnetfeldabhängigem Widerstand verschieden sind.
6 ist ein Wellenform-Diagramm, welches Unterschiede zwischen dem Ausgangspotential in 5 und einer Sinuswelle zeigt, deren Gleichspannungsanteil, Amplitude, Frequenz und Phase angepasst wurden.
7 ist ein Wellenform-Diagramm, welches, bezüglich der Drehwinkel-Detektiervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung, Änderungen der Widerstandswerte der Einrichtungen mit magnetfeldabhängigem Widerstand und des Ausgangspotentials zeigt, wenn fünfte Oberwellenkomponenten hinzugefügt sind.
8 ist ein Wellenform-Diagramm, welches, bezüglich der Drehwinkel-Detektiervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung, eine Änderung des Ausgangspotentials unter Hinzufügen einer fünften Oberwellenkomponente zeigt, wenn die Anordnungsintervalle der Einrichtungen mit magnetfeldabhängigem Widerstand verschieden sind.
9 ist ein Wellenform-Diagramm, welches Unterschiede zwischen der Ausgangsspannung in 8 und einer Sinuswelle zeigt, deren Gleichspannungsanteil, Amplitude, Frequenz und Phase angepasst wurden.
10 ist ein Schaltplan einer Einrichtung mit magnetfeldabhängigem Widerstand einer Drehwinkel-Detektiervorrichtung gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung.
11 ist ein Wellenform-Diagramm, welches, bezüglich der Drehwinkel-Detektiervorrichtung gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung, Änderungen der Widerstandswerte von Einrichtungen mit magnetfeldabhängigem Widerstand und des Mittelpunktpotentials zeigt.
12 ist ein Wellenform-Diagramm, welches eine Änderung einer Ausgangsspannung der Drehwinkel-Detektiervorrichtung gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung zeigt, wenn die Anordnungsintervalle der Einrichtungen mit magnetfeldabhängigem Widerstand verschieden sind.
13 ist ein Wellenform-Diagramm, welches Unterschiede zwischen der Ausgangsspannung in 12 und einer Sinuswelle zeigt, deren Gleichspannungsanteil, Amplitude, Frequenz und Phase angepasst wurden.
14 ist ein Wellenform-Diagramm, welches, bezüglich der Drehwinkel-Detektiervorrichtung gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung, Änderungen der Widerstandswerte der Einrichtungen mit magnetfeldabhängigem Widerstand und des Mittelpunktpotentials zeigt, wobei fünfte Oberwellenkomponenten hinzugefügt sind.
15 ist ein Wellenform-Diagramm, welches eine Änderung der Ausgangsspannung der Drehwinkel-Detektiervorrichtung gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung zeigt, wenn die Anordnungsintervalle der Einrichtungen mit magnetfeldabhängigem Widerstand verschieden sind.
16 ist ein Wellenform-Diagramm, welches Unterschiede zwischen der Ausgangsspannung in 15 und einer Sinuswelle zeigt, deren Gleichspannungsanteil, Amplitude, Frequenz und Phase angepasst wurden.
17 ist ein Schaltplan einer Einrichtung mit magnetfeldabhängigem Widerstand einer Drehwinkel-Detektiervorrichtung gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung.
18 zeigt eine Anordnung von Bereichen, die sich auf einer Sensoreinrichtung der Drehwinkel-Detektiervorrichtung gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung befinden.
19 ist ein Wellenform-Diagramm, welches Änderungen von Widerstandswerten in einer Brückenschaltung A enthaltener Einrichtungen mit magnetfeldabhängigem Widerstand, des Mittelpunktpotentials und einer Differenzspannung der Drehwinkel-Detektiervorrichtung gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung bezüglich der Anordnung in 18 zeigt.
20 ist ein Wellenform-Diagramm, welches Änderungen von Widerstandswerten in einer Brückenschaltung B enthaltener Einrichtungen mit magnetfeldabhängigem Widerstand, des Mittelpunktpotentials und einer Differenzspannung der Drehwinkel-Detektiervorrichtung gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung bezüglich der Anordnung in 18 zeigt.
21 ist ein Wellenform-Diagramm, welches Änderungen einer Differenzspannung und einer Ausgangsspannung der Drehwinkel-Detektiervorrichtung gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung bezüglich der Anordnung in 18 zeigt.
22 ist ein Wellenform-Diagramm, welches Unterschiede zwischen der Differenzspannung und der Ausgangsspannung in 21 und einer Sinuswelle zeigt, deren Gleichspannungsanteil, Amplitude, Frequenz und Phase angepasst wurden.
23 zeigt eine alternative Anordnung der auf der Sensoreinrichtung der Drehwinkel-Detektiervorrichtung gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung befindlichen Bereiche.
24 zeigt eine alternative Anordnung der auf der Sensoreinrichtung der Drehwinkel-Detektiervorrichtung gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung befindlichen Bereiche.
25 ist ein Wellenform-Diagramm, welches Änderungen von Widerstandswerten in einer Brückenschaltung A enthaltener Einrichtungen mit magnetfeldabhängigem Widerstand, des Mittelpunktpotentials und einer Differenzspannung der Drehwinkel-Detektiervorrichtung gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung bezüglich der Anordnung in 24 zeigt.
26 ist ein Wellenform-Diagramm, welches Änderungen von Widerstandswerten in einer Brückenschaltung B enthaltener Einrichtungen mit magnetfeldabhängigem Widerstand, des Mittelpunktpotentials und einer Differenzspannung der Drehwinkel-Detektiervorrichtung gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung bezüglich der Anordnung in 24 zeigt.
27 ist ein Wellenform-Diagramm, welches Änderungen einer Differenzspannung und einer Ausgangsspannung der Drehwinkel-Detektiervorrichtung gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung bezüglich der Anordnung in 24 zeigt.
28 ist ein Wellenform-Diagramm, welches Unterschiede zwischen der Differenzspannung und der Ausgangsspannung in 27 und einer Sinuswelle zeigt, deren Gleichspannungsanteil, Amplitude, Frequenz und Phase angepasst wurden.
29 zeigt eine alternative Anordnung der auf der Sensoreinrichtung der Drehwinkel-Detektiervorrichtung gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung befindlichen Bereiche.
30 ist ein Schaltplan einer Einrichtung mit magnetfeldabhängigem Widerstand einer Drehwinkel-Detektiervorrichtung gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung.
31 ist ein Wellenform-Diagramm, welches Änderungen der Widerstandswerte von Einrichtungen mit magnetfeldabhängigem Widerstand und des Mittelpunktpotentials der Drehwinkel-Detektiervorrichtung gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung zeigt.
32 ist ein Wellenform-Diagramm, welches das Mittelpunktpotential aus 31 und eine Differenz zwischen der Ausgangsspannung und einer Sinuswelle zeigt, deren Gleichspannungsanteil, Amplitude, Frequenz und Phase angepasst wurden.
33 zeigt eine alternative Anordnung der auf der Sensoreinrichtung der Drehwinkel-Detektiervorrichtung gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung befindlichen Bereiche.
34 ist ein Schaltplan einer Einrichtung mit magnetfeldabhängigem Widerstand der Drehwinkel-Detektiervorrichtung gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung.
35 ist eine Tabelle, welche, bezüglich der Drehwinkel-Detektiervorrichtung gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung, Beispiele von Anordnungsintervallen der Bereiche und der Verdrahtung der Einrichtungen mit magnetfeldabhängigem Widerstand zeigt, gemäß welchen p Arten von Oberwellenkomponenten unterdrückt werden können.
36 zeigt eine alternative Konfiguration der Drehwinkel-Detektiervorrichtung der vorliegenden Erfindung.
37 zeigt eine Anordnung von auf einer Sensoreinrichtung einer herkömmlichen Drehwinkel-Detektiervorrichtung befindlichen Bereichen.
38 ist ein Schaltplan einer Einrichtung mit magnetfeldabhängigem Widerstand gemäß einer herkömmlichen Drehwinkel-Detektiervorrichtung.
39 ist eine erläuternde Zeichnung, welche Winkel eines Magnetfelds eines Bereichs A der herkömmlichen Drehwinkel-Detektiervorrichtung zeigt.
40 ist eine Darstellung, welche Winkel eines Magnetfelds eines Bereichs B der herkömmlichen Drehwinkel-Detektiervorrichtung zeigt.
41 ist ein Wellenform-Diagramm, welches Änderungen der Widerstandswerte von Einrichtungen mit magnetfeldabhängigem Widerstand der herkömmlichen Drehwinkel-Detektiervorrichtung zeigt.
42 ist ein Wellenform-Diagramm, welches Änderungen des Mittelpunktpotentials und einer Ausgangsspannung der herkömmlichen Drehwinkel-Detektiervorrichtung zeigt.
43 ist eine Darstellung, welche Winkel eines Magnetfelds der herkömmlichen Drehwinkel-Detektiervorrichtung genau zeigt.
44 ist ein Diagramm, welches, bezüglich der herkömmlichen Drehwinkel-Detektiervorrichtung, die Relation zwischen einem Phasenwinkel θ und einem Winkel α eines durch eine Einrichtung mit magnetfeldabhängigem Widerstand zu detektierenden Magnetfelds, wenn die Beträge der Amplituden der Stärke des Magnetfelds in einer Radialrichtung und einer Drehrichtung verschieden sind, zeigt.
45 ist ein Wellenform-Diagramm, welches Änderungen von Widerstandswerten von Einrichtungen mit magnetfeldabhängigem Widerstand der herkömmlichen Drehwinkel-Detektiervorrichtung, wenn die Beträge der Amplituden der Stärke des Magnetfelds in der Radialrichtung und in der Drehrichtung verschieden sind, zeigt.
46 ist ein Wellenform-Diagramm, welches eine Änderung einer Ausgangsspannung der herkömmlichen Drehwinkel-Detektiervorrichtung, wenn die Beträge der Amplituden der Stärke des Magnetfelds in der Radialrichtung und in der Drehrichtung verschieden sind, zeigt.
47 ist ein weiteres Wellenform-Diagramm, welches eine Änderung der Ausgangsspannung der herkömmlichen Drehwinkel-Detektiervorrichtung zeigt, wenn die Beträge der Amplituden der Stärke des Magnetfelds in der Radialrichtung und in der Drehrichtung verschieden sind.

Bezugszeichenliste

1: Magnetrotor
2: Zylindrischer Magnet
3: Sensoreinrichtung
4: Differenzverstärker
4A bis 4C: Differenzverstärker
5: Signalverarbeitungseinheit
Abis D: Erfassungspositionen
RA1, RA2, RB1, RB2, RC1, RC2, RD1, RD2: magnetische Detektiereinheiten
VCC, GND: Bezugspotentiale

AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Außerdem sind in den folgenden Ausführungsformen gleiche Konstruktionselemente durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet.
In der folgenden Beschreibung werden Ausführungsformen beschrieben, in welchen eine Einrichtung mit magnetfeldabhängigem Widerstand, gemäß welcher sich der Widerstandswert in Abhängigkeit von der Richtung des angelegten Magnetfelds ändert, als eine magnetische Detektiereinheit zum Erfassen eines Magnetfelds verwendet wird, welches sich mit der Drehung eines Magnetrotors ändert. Die gleiche Wirkung lässt sich auch bei Verwendung anderer magnetischer Detektiereinheiten erzielen. In der folgenden Beschreibung wird die Einrichtung mit magnetfeldabhängigem Widerstand einfach als eine „Einrichtung“ bezeichnet.
Ausführungsform 1
1 ist eine Konfigurationszeichnung einer Drehwinkel-Detektiervorrichtung der vorliegenden Erfindung. Eine Drehwinkel-Detektiervorrichtung 10 enthält einen Magnetrotor 1, auf welchem ein zylindrischer Magnet 2 angebracht ist, und eine Sensoreinrichtung 3 zum Detektieren eines durch den zylindrischen Magnet 2 hervorgerufenen Magnetfelds.
Der zylindrische Magnet 2 enthält 2m Pole, wobei m eine ganze Zahl größer als oder gleich 1 ist, welche entlang der Umfangsoberfläche in einer Magnetisierungsbreite λ abwechselnd magnetisierte N-Pole und S-Pole sind. 1 zeigt eine Konfigurationszeichnung für m = 5. Die Sensoreinrichtung 3 ist in einem vordefinierten Abstand vom Magnetrotor 1 angeordnet.
2 zeigt eine Anordnung von Bereichen, die sich auf der Sensoreinrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung befinden. Wie in 2 gezeigt, enthält die Sensoreinrichtung 3 Bereiche A und B, welche im Intervall L darin angeordnet sind. Die Bereiche A und B enthalten darin und im obigen Intervall L angeordnete Einrichtungen RA beziehungsweise RB. In der folgenden Beschreibung ist das Intervall zwischen den Bereichen außerdem gleich dem Intervall zwischen den in den Bereichen angeordneten Einrichtungen.
3 ist ein Schaltplan einer Einrichtung mit magnetfeldabhängigem Widerstand gemäß der Drehwinkel-Detektiervorrichtung bei der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung. Wie in 3 gezeigt, sind die Einrichtungen RA und RB zwischen einer Gleichstromquelle (VCC) und Masse (GND) in Reihe geschaltet. Die Sensoreinrichtung 3 enthält außerdem eine Signalverarbeitungseinheit 5 zum Ausgeben eines Drehwinkels des Magnetrotors 1 auf der Basis des Mittelpunktpotentials (= Ausgangspotentials) Vout der Einrichtungen RA und RB. Das Intervall L erhält man durch die folgende Formel (5), wobei λ die Magnetisierungsbreite des zylindrischen Magnets 2 ist.
Math. 2 $\begin{array}{l} L = \frac{2}{n} λ \\ (n ist eine ganze Zahl \geq 2) \end{array}$
Wie oben beschrieben, wird, wenn die Amplituden der Stärke des Magnetfelds des Magnetrotors 1 in der Radialrichtung und in der Drehrichtung verschieden sind, in einem Erfassungssignal Vout eine Verzerrung durch eine dritte Oberwellenkomponente hervorgerufen. Außerdem ist die dritte Oberwellenkomponente die Hauptursache von Verzerrung. Anhand von Beispielfällen, in welchen n = 3 und n = 5 ist, wird nachstehend das Verhalten des Widerstandswerts jeder Einrichtung und des Ausgangspotentials Vout beschrieben. $(n = 3)$
Wenn der Magnetrotor 1 sich in der Pfeilrichtung in 1 dreht, bewegt sich der Magnetpol bezüglich der Sensoreinrichtung 3 in der Pfeilrichtung, wie in 2 gezeigt. Die Richtungen der durch die Einrichtungen RA und RB detektierten Magnetfelder ändern sich mit der Bewegung des Magnetpols, und entsprechend ändern sich die Widerstandswerte der Einrichtungen RA und RB wie in 4 gezeigt.
Wenn die Stärke P des Magnetfelds in der Radialrichtung und die Amplitude Q in der Drehrichtung gleich sind, das heißt, Q/P = 1, ändern sich die Widerstandswerte der Einrichtungen RA und RB sinusförmig, wie durch die dünnen Linien in 4 gezeigt. Andererseits, wenn die Amplitude Q der Stärke des Magnetfelds in der Drehrichtung kleiner als die Amplitude P in der Radialrichtung ist, zum Beispiel Q/P = 0,7, ändern sich die Widerstandswerte der Einrichtungen RA und RB gemäß einem dreieckförmigen Verlauf, wie durch die dicken Linien in 4 gezeigt.
Wie in 2 gezeigt, sind die Einrichtungen RA und RB im Intervall L (= 2λ/n (n = 3)) angeordnet. Demgemäß haben die Widerstandswerte der Einrichtungen RA und RB einen Phasenunterschied von 120° (= 180°x 2/3) wie in 4 gezeigt. θ in 4 gibt einen Phasenwinkel des Magnetrotors 1 an und beträgt bei einem einzigen Paar von Magnetisierungspolen auf der Umfangsoberfläche 360°. Dies gilt für weitere Zeichnungen.
Die dicke Linie und die dünne Linie in 5 zeigen die Wellenformen des Ausgangspotentials Vout, wobei L gleich λ ist, beziehungsweise wobei L gleich 2/3λ ist. 6 zeigt Differenzsignale zwischen den Wellenformen des Ausgangspotentials Vout in 5 und einer Sinuswelle. Gleichspannungsanteil, Amplitude, Frequenz und Phase der „Sinuswelle“ wurden hier so angepasst, dass die Differenz zum Ausgangspotential Vout am kleinsten ist. Dies gilt auch für die 9, 13, 16, 22, 28 und 32.
Vergleicht man, wie in 6 gezeigt, den Fall von L = λ und den Fall von L = 2λ/3, liegt das Ausgangspotential Vout im Fall von L = 2λ/3, das heißt, wenn die Einrichtungen RA und RB in einem Intervall, welches 2/3 der Magnetisierungsbreite λ des zylindrischen Magnets 2 entspricht, angeordnet sind, näher an der Sinuswelle. Somit lässt sich sagen, dass im Fall von L = 2λ/3 die dritte Oberwellenkomponente unterdrückt wird und die Höhe der Verzerrung niedrig ist. $(n = 5)$
7 zeigt Widerstandswerte der Einrichtungen RA und RB, wobei fünfte Oberwellenkomponenten hinzugefügt sind. Wie in 7 gezeigt, haben die Widerstandswerte der Einrichtungen RA und RB einen Phasenunterschied von 72° (= 180°× 2/5). Es ist erkennbar, dass die Widerstandswerte der Einrichtungen RA und RB durch die Hinzufügung der fünften Oberwellenkomponenten verzerrt werden, während das Ausgangspotential Vout näher an der Sinuswelle liegt.
8 zeigt Wellenformen des Ausgangspotentials Vout für den Fall von L = λ und den Fall von L = 2/5λ. 9 zeigt die Differenzsignale der Wellenformen des Ausgangspotentials Vout in 8 und der Sinuswelle. Vergleicht man, wie in 9 gezeigt, den Fall von L = λ und den Fall von L = 2λ/5, liegt das Ausgangspotential Vout im Fall von L = 2λ/5, das heißt, wenn die Einrichtungen RA und RB in einem Intervall, welches 2/5 der Magnetisierungsbreite λ des zylindrischen Magnets 2 entspricht, angeordnet sind, näher an der Sinuswelle. Somit lässt sich sagen, dass im Fall von L = 2λ/5 die fünfte Oberwellenkomponente unterdrückt wird und die Höhe der Verzerrung niedrig ist.
Wie oben beschrieben, lässt sich schlussfolgern, dass die n-te Oberwellenkomponente, welche eine Ursache von Verzerrung ist, durch Anordnen der Einrichtungen RA und RB in einem Intervall, welches 2/n der Magnetisierungsbreite λ entspricht, und Anordnen/Verschalten der Einrichtungen, wie in 3 gezeigt, unterdrückt werden kann.
Wie in 1 und dergleichen gezeigt, wird in der vorliegenden Ausführungsform der zylindrische Magnet 2 verwendet, welcher so magnetisiert ist, dass er ein Magnetfeld mit einer Verteilung der magnetischen Flussdichte in der Umfangsrichtung hervorruft, obwohl, wie in 36 gezeigt, auch ein zylindrischer Magnet 2 verwendet werden kann, welcher so magnetisiert ist, dass ein Magnetfeld mit einer Verteilung der magnetischen Flussdichte in der Axialrichtung hervorgerufen wird. Im letzteren Fall ist die Sensoreinrichtung 3 über oder unter dem Magnetpol angeordnet, wobei die Axialrichtung die senkrechte Richtung ist. Dies gilt auch für die folgenden Ausführungsformen.
Ausführungsform 2
10 ist ein Schaltplan einer Einrichtung mit magnetfeldabhängigem Widerstand einer Drehwinkel-Detektiervorrichtung gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung. Die Drehwinkel-Detektiervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform unterscheidet sich darin von derjenigen bei der Ausführungsform 1, dass Bereiche A und B jeweils zwei darin angeordnete Einrichtungen enthalten, um eine Brückenschaltung aus vier Einrichtungen zu bilden. Die Brückenschaltung ist mit einem Differenzverstärker 4 verbunden. Die weiteren Konfigurationen sind die gleichen wie bei der Ausführungsform 1.
In einer Drehwinkel-Detektiervorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind zwei Einrichtungen RA1 und RA2 in einem Bereich A einer Sensoreinrichtung 3 angeordnet, und es sind zwei Einrichtungen RB1 und RB2 in einem Bereich B angeordnet. Die Einrichtungen RA1 und RA2 sind so angeordnet, dass sie Magnetfelder der gleichen Stärke und Richtung vom zylindrischen Magnet 2 detektieren. Dies gilt für einen nachstehenden Fall, in welchem zwei Einrichtungen in demselben Bereich angeordnet sind.
Wie in 10 gezeigt, sind die Einrichtungen RA1, RB2, RB1 und RA2 jeweils in den ersten bis vierten Zweigen (Zweig1 bis Zweig4) der Brückenschaltung angeordnet. In der Brückenschaltung kreuzen sich der erste Zweig und der vierte Zweig, und es kreuzen sich der zweite Zweig und der dritte Zweig. Das heißt, die in demselben Bereich angeordneten Einrichtungen sind in den sich kreuzenden Zweigen der Brückenschaltung angeordnet.
Der erste und der dritte Zweig sind zwischen einer Gleichstromquelle (VCC) und Masse (GND) in Reihe geschaltet, und der zweite Zweig und der vierte Zweig sind ebenso zwischen der Gleichstromquelle (VCC) und der Masse (GND) in Reihe geschaltet. Die ersten und dritten Zweige und die zweiten und vierten Zweige sind parallelgeschaltet.
Das Mittelpunktpotential des ersten und des dritten Zweigs ist als V1 gegeben, während das Mittelpunktpotential des zweiten Zweigs und des vierten Zweigs als V2 gegeben ist. Der Mittelpunkt des ersten und des dritten Zweigs ist mit dem invertierenden Eingangsanschluss (-) des Differenzverstärkers 4 verbunden, während der Mittelpunkt des zweiten Zweigs und des vierten Zweigs mit dem nicht-invertierenden Eingangsanschluss (+) des Differenzverstärkers 4 verbunden ist. Der Differenzverstärker 4 gibt eine Spannung Vout (= V2 - V1) aus. Die Signalverarbeitungseinheit 5 gibt auf der Basis der Ausgangsspannung Vout den Drehwinkel des Magnetrotors 1 aus.
Außerdem kann in der vorliegenden Ausführungsform die n-te Oberwellenkomponente in der Ausgangsspannung Vout unterdrückt werden, wenn die Einrichtungen RA1 und RA2 sowie RB1 und RB2 in einem Intervall, welches 2/n der Magnetisierungsbreite λ des zylindrischen Magnets 2 entspricht, angeordnet werden. Wie bei der Ausführungsform 1 werden der Fall von n = 3 und der Fall von n = 5 beschrieben. $(n = 3)$
Wenn die Amplitude P der Stärke des Magnetfelds in der Drehrichtung kleiner als die Amplitude Q in der Radialrichtung ist, zum Beispiel Q/P = 0,7, ändern sich die Widerstandswerte der Einrichtungen RA1 und RB1 gemäß einem dreieckförmigen Verlauf, wie durch die dünnen Linien in 11 gezeigt. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Einrichtungen RA1 und RA2 und die Einrichtungen RB1 und RB2 so angeordnet, dass sie Magnetfelder der gleichen Stärke und Richtung vom zylindrischen Magnet 2 detektieren, was dazu führt, dass die Widerstandswerte der Einrichtungen RA1 und RA2 gleich sind, während die Widerstandswerte der Einrichtungen RB1 und RB2 gleich sind.
Außerdem entspricht das Mittelpunktpotential VI der Einrichtungen RA1 und RB1 dem Mittelpunktpotential Vout der Einrichtungen RA und RB bei der Ausführungsform 1. Die durch die dicke Linie in 5 gezeigte Ausgangsspannung Vout hat eine Form nahe einer Sinuswelle. Auf die gleiche Weise ist erkennbar, dass das Mittelpunktpotential V2 eine Form nahe der Sinuswelle hat, wie durch die dicke Linie in 11 gezeigt. Dies gilt für das Mittelpunktpotential V2 der Einrichtungen RA2 und RB2.
Vergleicht man, wie in 12 gezeigt, den Fall von L = λ (dünne Linie) und den Fall von L = 2λ/3 (dicke Linie) auch bezüglich der Ausgangsspannung Vout (= V2 - V1), ist demgemäß erkennbar, dass die Ausgangsspannung Vout im Fall von L = 2λ/3, das heißt, im Fall, dass die Einrichtungen RA und RB in einem Intervall, welches 2/3 der Magnetisierungsbreite λ des zylindrischen Magnets 2 entspricht, angeordnet sind, noch näher an der Sinuswelle liegt.
Somit lässt sich sagen, dass im Fall von L = 2λ/3 die dritte Oberwellenkomponente unterdrückt wird und die Höhe der Verzerrung niedrig ist. Dies lässt sich auch in 13 bestätigen, welche die Unterschiede zwischen der Ausgangsspannung Vout und der Sinuswelle zeigt. $(n = 5)$
14 zeigt die Widerstandswerte der Einrichtungen RA1 und RA2 und der Einrichtungen RB1 und RB2, wobei fünfte Oberwellenkomponenten hinzugefügt sind. Die Widerstandswerte der Einrichtungen RA1 und RA2 sowie RB1 und RB2 werden wie im Fall von n = 3 durch die Hinzufügung der fünften Oberwellenkomponenten verzerrt, während erkennbar ist, dass die Mittelpunktpotentiale V1 und V2 näher an der Sinuswelle liegen.
15 zeigt die Wellenformen der Ausgangsspannung Vout (V2 - V1) bei L = X und L = 2/5λ. 16 zeigt die Differenzsignale zwischen der Ausgangsspannung Vout in 15 und der Sinuswelle. Vergleicht man, wie in 15 gezeigt, den Fall von L = X und den Fall von L = 2λ/5, liegt die Ausgangsspannung Vout im Fall von L = 2λ/5, das heißt, im Fall, dass die Einrichtungen RA und RB in einem Intervall, welches 2/5 der Magnetisierungsbreite λ des zylindrischen Magnets 2 entspricht, angeordnet sind, näher an der Sinuswelle. Demgemäß lässt sich sagen, dass im Fall von L = 2λ/5 die fünfte Oberwellenkomponente unterdrückt wird und die Höhe der Verzerrung niedrig ist.
Nachstehend wird der Vorteil der Brückenschaltung beschrieben. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Einrichtungen RA1 und RA2 sowie die Einrichtungen RB1 und RB2, welche dasselbe Magnetfeld detektieren, in sich kreuzenden Zweigen angeordnet, so dass sie die Brückenschaltung bilden. Von den zu den Mittelpunktpotentialen V1 und V2 hinzugefügten Oberwellenkomponenten sind demgemäß Phasen geradzahliger Oberwellen für V1 und V2 entgegengesetzt.
Die Tatsache, dass die Ausgangsspannung Vout eine Differenzausgabe von V1 und V2 ist, ermöglicht das Auslöschen geradzahliger Oberwellen. Somit sollten nur die ungeradzahligen Oberwellen in den Oberwellenkomponenten der Ausgangsspannung Vout betrachtet werden, welche durch den Unterschied der Amplituden der Stärke des Magnetfelds in der Drehrichtung und in der Radialrichtung hervorgerufen werden. Ferner kann, selbst wenn ein äußeres Rauschen zur Ausgangsspannung Vout hinzugefügt wird, ein der zweiten Oberwellenkomponente entsprechendes Rauschen unterdrückt werden.
Wie oben beschrieben, lässt sich schlussfolgern, dass auch im Fall der Konfiguration der vorliegenden Ausführungsform wie bei der Ausführungsform 1 die dritte Oberwellenkomponente unterdrückt werden kann und die Höhe der Verzerrung niedrig gemacht werden kann, indem die Bereiche A und B in einem Intervall, welches 2/3 der Magnetisierungsbreite λ des zylindrischen Magnets 2 entspricht, angeordnet werden. Ferner kann, da die Brückenschaltung vorgesehen ist, auch eine zweite Oberwellenkomponente wie ein äußeres Rauschen unterdrückt werden.
Ausführungsform 3
17 ist ein Schaltplan einer Einrichtung mit magnetfeldabhängigem Widerstand einer Drehwinkel-Detektiervorrichtung gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung. In der vorliegenden Ausführungsform enthält die Sensoreinrichtung 3 vier darin angeordnete Bereiche A bis D, und es enthält jeder Bereich zwei darin angeordnete Einrichtungen, wie zum Beispiel in 18 gezeigt. Die Drehwinkel-Detektiervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform unterscheidet sich darin von derjenigen von Ausführungsform 2, dass zwei Brückenschaltungen enthalten sind und drei Differenzverstärker 4A bis 4C verwendet werden. Die weiteren Konfigurationen sind die gleichen wie bei der Ausführungsform 2.
Gemäß einer Drehwinkel-Detektiervorrichtung 10 der vorliegenden Ausführungsform sind Einrichtungen RA1 und RA2 im Bereich A der Sensoreinrichtung 3, Einrichtungen RB1 und RB2 im Bereich B, Einrichtungen RC1 und RC2 im Bereich C und Einrichtungen RD1 und RD2 im Bereich D angeordnet.
Vier Einrichtungen RA1, RB1, RA2 und RB2 bilden eine Brückenschaltung A in 17. Vier Einrichtungen RC1, RD1, RC2 und RD2 bilden eine Brückenschaltung B. Wie in 17 gezeigt, sind im selben Bereich angeordnete Einrichtungen in sich kreuzenden Zweigen der Brückenschaltung angeordnet.
Die Brückenschaltung A ist mit einem Differenzverstärker 4A verbunden, und die Brückenschaltung B ist mit einem Differenzverstärker 4B verbunden. Der Differenzverstärker 4A gibt eine Differenzspannung V12 (= V2 - V1) des Mittelpunktpotentials V1 der Einrichtungen RA1 und RB1 und des Mittelpunktpotentials V2 der Einrichtungen RA2 und RB2 aus, während der Differenzverstärker 4B eine Differenzspannung V34 (= V4 - V3) des Mittelpunktpotentials V3 der Einrichtungen RC1 und RD1 und des Mittelpunktpotentials V4 der Einrichtungen RC2 und RD2 ausgibt.
Ferner ist der Differenzverstärker 4A mit dem invertierenden Eingangsanschluss (-) des Differenzverstärkers 4C verbunden, und es ist der Differenzverstärker 4B mit dem nicht-invertierenden Eingangsanschluss (+) des Differenzverstärkers 4C verbunden. Der Differenzverstärker 4C gibt eine Spannung Vout (= V34 - V12) aus. Die Signalverarbeitungseinheit 5 gibt den Drehwinkel eines Magnetrotors 1 auf der Basis der Ausgangsspannung Vout aus.
Nachstehend wird das Intervall zwischen jeweiligen Bereichen beschrieben. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Anordnung der Bereiche so festgelegt, dass Oberwellenkomponenten zweier Ordnungen, n1 und n2, unterdrückt werden können.
In der folgenden Beschreibung werden, als ein Beispiel eines Falls von n1 > n2, die Fälle von n1 = 3 und n2 = 2, welche Anordnung eine Unterdrückung der zweiten und dritten Oberwellenkomponenten ermöglicht, beschrieben. Das Intervall zwischen den Bereichen A und B wird durch L_AB bezeichnet.
(Anordnungsbeispiel 3-1)
18 zeigt eine Anordnung von Bereichen, die sich auf der Sensoreinrichtung der Drehwinkel-Detektiervorrichtung gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung befinden. Gemäß dem vorliegenden Anordnungsbeispiel sind die Bereiche A bis D so angeordnet, dass sie L_AB = LCD = 2λ/n1 (n1 = 3) und L_AC = 2λ/n2 (n2 = 2) erfüllen. Die zweiten und dritten Oberwellenkomponenten können dadurch unterdrückt werden.
19 zeigt den Widerstandswert jeder Einrichtung der Brückenschaltung A, das Mittelpunktpotential VI und V2 und die durch den Differenzverstärker 4A ausgegebene Differenzspannung V12 (= V2 - V1). 20 zeigt den Widerstandswert jeder Einrichtung der Brückenschaltung B, die Mittelpunktpotentiale V3 und V4 und die durch den Differenzverstärker 4B ausgegebene Differenzspannung V34 (= V4 - V3). Die Tatsache, dass L_AB = LCD = 2λ/3, ermöglicht es, dass die Differenzspannungen V12 und V34 Wellenformen haben, in welchen die dritten Oberwellenkomponenten unterdrückt werden.
Außerdem zeigt 21 eine Ausgangsspannung Vout (= V4 - V3) des Differenzverstärkers 4C. Die Tatsache, dass L_AC = LBD = λ, ermöglicht es, dass die Ausgangsspannung Vout eine Wellenform hat, in welcher auch die zweite Oberwelle unterdrückt wird. Die Ausgangsspannung Vout hat eine Wellenform, welche der Sinuswelle nahekommt, wobei die dritten und die zweiten Oberwellenkomponenten unterdrückt werden. Dies lässt sich auch in 22 bestätigen, welche die Unterschiede zwischen V12, V34 und Vout und der Sinuswelle zeigt.
23 zeigt eine alternative Anordnung der auf der Sensoreinrichtung der Drehwinkel-Detektiervorrichtung gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung befindlichen Bereiche. Die gleiche Wirkung wie diejenige der Anordnung in 18 lässt sich erzielen, indem die Bereiche A bis D so angeordnet werden, dass sie LAB = 2λ/n1 (n1 = 3) und LAC = LBD = 2λ/n2 (n2 = 2) erfüllen, wie in 23 gezeigt. Das heißt, wenn die Bereiche C und D umgekehrt angeordnet sind, ist das Intervall zwischen den Bereichen gleich (2λ - 2λ/n1). Entsprechend ist, wenn die Bereiche A und B umgekehrt angeordnet sind, das Intervall zwischen den Bereichen gleich (2λ - 2λ/n1). Ferner ist, wenn die Bereiche A und C umgekehrt angeordnet sind, das Intervall zwischen den Bereichen gleich (2λ - 2λ/n2).
(Anordnungsbeispiel 3-2)
In der obigen Beschreibung wurde ein Fall einer Unterdrückung der zweiten und dritten Oberwellenkomponenten bezüglich n1 > n2 beschrieben. Die gleiche Wirkung lässt sich auch im Fall von n1 < n2 erzielen. In der folgenden Beschreibung wird ein Fall einer Unterdrückung der zweiten und dritten Oberwellenkomponenten beschrieben, wobei n1 = 2 und n2 = 3.
24 zeigt eine alternative Anordnung der auf der Sensoreinrichtung der Drehwinkel-Detektiervorrichtung gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung befindlichen Bereiche. Gemäß dem vorliegenden Anordnungsbeispiel sind die Bereiche A bis D so angeordnet, dass sie L_AB = LCD = 2λ/n1 (n1 = 2) und
LAC = 2λ/n2 (n2 = 3) erfüllen.
25 zeigt den Widerstandswert jeder Einrichtung der Brückenschaltung A, die Mittelpunktpotentiale V1 und V2 und die durch den Differenzverstärker 4A ausgegebene Differenzspannung V12 (= V2 - V1). 26 zeigt den Widerstandswert jeder Einrichtung der Brückenschaltung B, die Mittelpunktpotentiale V3 und V4 und die durch den Differenzverstärker 4B ausgegebene Differenzspannung V34 (= V4 - V3). Die Tatsache, dass LAB = LCD = λ, ermöglicht es, dass die Differenzspannungen V12 und V34 Wellenformen haben, in welchen die zweiten Oberwellenkomponenten unterdrückt werden.
27 zeigt eine Ausgangsspannung Vout (= V4 - V3) des Differenzverstärkers 4C. Die Tatsache, dass LAC = LBD = 2λ/3, ermöglicht es, dass die Ausgangsspannung Vout eine Wellenform hat, in welcher auch die dritte Oberwelle unterdrückt wird. Die Ausgangsspannung Vout hat eine Wellenform, welche der Sinuswelle nahekommt, wobei die dritten und die zweiten Oberwellenkomponenten unterdrückt werden. Dies lässt sich auch in 28 bestätigen, welche die Unterschiede zwischen V12, V34 und Vout und der Sinuswelle zeigt.
29 zeigt eine alternative Anordnung der auf der Sensoreinrichtung der Drehwinkel-Detektiervorrichtung gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung befindlichen Bereiche. Wie in 29 gezeigt, lässt sich die gleiche Wirkung wie diejenige der Anordnung in 24 erzielen, indem die Bereiche A bis D so angeordnet werden, dass sie L_AB = L_CD = 2λ/n1 (n1 = 2) und L_AC = 2λ/n2 (n2 = 3) erfüllen.
Das heißt, wenn die Bereiche A und B umgekehrt angeordnet sind, ist das Intervall zwischen den Bereichen gleich (2λ - 2λ/n1). Entsprechend ist, wenn die Bereiche C und D umgekehrt angeordnet sind, das Intervall zwischen den Bereichen gleich (2λ - 2λ/n1). Ferner ist, wenn die Bereiche A und C umgekehrt angeordnet sind, das Intervall zwischen den Bereichen gleich (2λ - 2λ/n2).
Ausführungsform 4
30 ist ein Schaltplan einer Einrichtung mit magnetfeldabhängigem Widerstand einer Drehwinkel-Detektiervorrichtung gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Anzahl von auf einer Sensoreinrichtung 3 anzuordnenden Bereichen erhöht, und es ist die Anzahl p (p ist eine ganze Zahl größer als oder gleich 1) der zu unterdrückenden Oberwellenkomponenten erhöht. Wie in 30 gezeigt, unterscheidet sich die Drehwinkel-Detektiervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform darin von der Ausführungsform 2, dass sie eine einzige Brückenschaltung enthält und in jedem Zweig der Brückenschaltung eine Vielzahl von Einrichtungen angeordnet sind. Weitere Konfigurationen der vorliegenden Ausführungsform sind die gleichen wie diejenigen bei der Ausführungsform 2. $(p = 2)$
Wie bei der Ausführungsform 3 enthält die Sensoreinrichtung 3 vier darauf befindliche Bereiche A bis D, und es sind in jedem Bereich zwei Einrichtungen angeordnet. Einrichtungen RA1 und RA2 sind im Bereich A der Sensoreinrichtung 3 angeordnet, Einrichtungen RB1 und RB2 sind im Bereich B angeordnet, Einrichtungen RC1 und RC2 sind im Bereich C angeordnet und Einrichtungen RD1 und RD2 sind im Bereich D angeordnet.
Wie in 30 gezeigt, sind die Einrichtungen RA1 und RD1 in einem ersten Zweig der Brückenschaltung angeordnet, es sind die Einrichtungen RB2 und RC2 in einem zweiten Zweig angeordnet, es sind die Einrichtungen RB1 und RC1 in einem dritten Zweig angeordnet, und es sind die Einrichtungen RA2 und RD2 in einem vierten Zweig angeordnet.
In der Brückenschaltung kreuzen sich der erste und der vierte Zweig, und es kreuzen sich der zweite und der dritte Zweig. Das heißt, die in demselben Bereich angeordneten Einrichtungen sind in den sich kreuzenden Zweigen der Brückenschaltung angeordnet. Der erste und der dritte Zweig sind zwischen einer Gleichstromquelle (VCC) und Masse (GND) in Reihe geschaltet, und der zweite Zweig und der vierte Zweig sind ebenso zwischen der Gleichstromquelle (VCC) und der Masse (GND) in Reihe geschaltet.
Der erste und der dritte Zweig sowie der zweite und der vierte Zweig sind parallelgeschaltet. Die Schaltungsreihenfolge der Einrichtungen kann geändert werden, solange die Einrichtungen sich in demselben Zweig befinden.
Das Mittelpunktpotential des ersten und des dritten Zweigs ist als V1 gegeben, und das Mittelpunktpotential des zweiten und des vierten Zweigs ist als V2 gegeben. Der Mittelpunkt des ersten und des dritten Zweigs ist mit dem invertierenden Eingangsanschluss (-) des Differenzverstärkers 4 verbunden, und der Mittelpunkt des zweiten und des vierten Zweigs ist mit dem nicht-invertierenden Eingangsanschluss (+) des Differenzverstärkers 4 verbunden.
Der Differenzverstärker 4 gibt eine Spannung Vout (= V2 - V1) aus. Eine Signalverarbeitungseinheit 5 gibt den Drehwinkel des Magnetrotors 1 auf der Basis der Ausgangsspannung Vout aus.
Wie bei der Ausführungsform 3 können Oberwellenkomponenten zweier Ordnungen, n1 und n2, unterdrückt werden, indem die Sensoreinrichtung 3 mit den Bereichen A bis D versehen wird, wie zum Beispiel in 18, 23, 24 oder 29 gezeigt.
Beispielshalber zeigt 31 den Widerstandswert jeder Einrichtung und die Mittelpunktpotentiale V1 und V2, wobei n1 = 3 und n2 = 2. 32 zeigt eine Ausgangsspannung Vout des Differenzverstärkers 4 und die Differenz zwischen Vout und der Sinuswelle. Es ist erkennbar, dass die Ausgangsspannung Vout eine Wellenform hat, welche ganz nah bei der Sinuswelle liegt.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform können Oberwellenkomponenten zweier Ordnungen unterdrückt werden. Überdies gibt es gegenüber Ausführungsform 3 einen Vorteil, dass die Anzahl von Differenzverstärkern verringert werden kann. $(p = 3)$
33 zeigt eine alternative Anordnung der auf der Sensoreinrichtung der Drehwinkel-Detektiervorrichtung gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung befindlichen Bereiche. In 30 sind acht Einrichtungen angeordnet. Das Verwenden doppelt so vieler Einrichtungen, d.h. 16, ermöglicht die Unterdrückung von Oberwellenkomponenten dreier Ordnungen.
Wie in 33 gezeigt, enthält die Sensoreinrichtung 3 acht darauf befindliche Bereiche A bis H. Einrichtungen RA1 und RA2 sind im Bereich A, Einrichtungen RB1 und RB2 im Bereich B, Einrichtungen RC1 und RC2 im Bereich C, Einrichtungen RD1 und RD2 im Bereich D, Einrichtungen RE1 und RE2 im Bereich E, Einrichtungen RF1 und RF2 im Bereich F, Einrichtungen RG1 und RG2 im Bereich G und Einrichtungen RH1 und RH2 im Bereich H der Sensoreinrichtung 3 angeordnet.
Zum Beispiel können die Bereiche A bis H so angeordnet sein, dass $L_{AB} = L_{CD} = L_{EF} = L_{GH} = 2 λ / n 1,$
$L_{AC} = L_{EG} = 2 λ / n 2 und$
$L_{AE} = 2 λ / n 3 (n 3 ist eine ganze Zahl gr \ddot{o} ß er als oder gleich 2)$
erfüllt sind, wie in 33 gezeigt.
34 ist ein Schaltplan einer Einrichtung mit magnetfeldabhängigem Widerstand der Drehwinkel-Detektiervorrichtung gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung. Wie in 34 gezeigt, sind die Einrichtungen in den ersten bis vierten Zweigen der Brückenschaltung angeordnet. Die Schaltungsreihenfolge der Einrichtungen kann geändert werden, solange die Einrichtungen sich in demselben Zweig befinden.
Wie im Fall von p = 2 gibt der Differenzverstärker 4 eine Spannung Vout
(= V2 - V1) aus. Dies ermöglicht es, die Oberwellenkomponenten dreier Ordnungen, der n1-ten, n2-ten und n3-ten Ordnung, in der Ausgangsspannung zu unterdrücken. Somit kann man durch die Signalverarbeitungseinheit 5 den genauen Drehwinkel des Magnetrotors 1 erhalten, wobei die Verzerrung unterdrückt wird. $(p \geq 4)$
35 ist eine Tabelle, welche Beispiele von Anordnungsintervallen der Bereiche und der Verdrahtung der Einrichtungen mit magnetfeldabhängigem Widerstand, gemäß welchen p Arten von Oberwellenkomponenten unterdrückt werden können, bezüglich der Drehwinkel-Detektiervorrichtung gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung zeigt. Bei Befolgung dieser Regel werden Oberwellenkomponenten von vier oder mehr Ordnungen unterdrückt.
Die Schaltungsreihenfolge der Einrichtungen kann geändert werden, solange die Einrichtungen sich in demselben Zweig befinden. Die Anordnungsintervalle und die Verdrahtung sind lediglich Beispiele, und p Arten von Oberwellenkomponenten können auch durch andere Konfigurationen unterdrückt werden.
Zuerst wird die Anordnung der Bereiche beschrieben. Die Sensoreinrichtung 3 enthält darauf befindliche Bereiche (1) bis (2^p). Außerdem sind, folgt man der Regel in 35, ein Bereich (2^km-(2^k-1)) und ein Bereich (2^km-(2^k-1)+2^k-1) in einem Intervall L_k angeordnet (k und m sind ganze Zahlen größer als oder gleich 1). Zwei Einrichtungen R(j)₁ und R(j)₂ befinden sich auf einem Bereich (j) (j ist eine ganze Zahl größer als oder gleich 1). Das Intervall L_k erhält man durch die folgende Formel (6).
Math. 3 $\begin{array}{l} L_{ij} = \frac{2}{n_{k}} λ \\ (n_{k} ist eine ganze Zahl \geq 2) \end{array}$
Die Einrichtungen R(1)₁ bis R(2^p)₁ und die Einrichtungen R(1)₂ bis R(2^p)₂ bilden eine Brückenschaltung. In der Brückenschaltung kreuzen sich ein erster und ein vierter Zweig, und es kreuzen sich gleichzeitig ein zweiter und ein dritter Zweig. Als Anordnung der Einrichtungen wird beispielhaft ein Fall von p = 4 betrachtet. Außerdem wird angenommen, dass die Einrichtungen R(1)₁ bis R(16)₁ den Einrichtungen RA1 bis RP1 entsprechen und die Einrichtungen R(1)₂ bis R(16)₂ den Einrichtungen RA2 bis RP2 entsprechen.
Acht Einrichtungen RA1, RD1, RF1, RG1, RJ1, RK1, RM1 und RP1, welche in Reihe geschaltet sind, sind im ersten Zweig der Brückenschaltung angeordnet. Acht Einrichtungen RB2, RC2, RE2, RH2, RI2, RL2, RN2 und RO2 sind im zweiten Zweig angeordnet. Acht Einrichtungen RB1, RC1, RE1, RH1, RI1, RL1, RN1 und RO1 sind im dritten Zweig angeordnet. Acht Einrichtungen RA2, RD2, RF2, RG2, RJ2, RK2, RM2 und RP2 sind im vierten Zweig angeordnet.
Auch im Fall von p ≥ 5 sind die Einrichtungen in den ersten bis vierten Zweigen in der oben beschriebenen Reihenfolge angeordnet. In jedem Zweig sind 2^p-1 Einrichtungen angeordnet. Außerdem sind die in demselben Bereich angeordneten Einrichtungen in den sich kreuzenden Zweigen der Brückenschaltung angeordnet.
Wie in den Fällen von p = 2 und p = 3 sind 2^p in Reihe geschaltete Einrichtungen R(1)₁ bis R(2^p)₁ zwischen der Gleichstromquelle (VCC) und der Masse (GND) angeordnet. Außerdem sind 2^p in Reihe geschaltete Einrichtungen R(1)₂ bis R(2^p)₂ zwischen der Gleichstromquelle (VCC) und der Masse (GND) angeordnet. Der erste und der dritte Zweig sowie der zweite und der vierte Zweig sind parallelgeschaltet.
Der Differenzverstärker 4 gibt eine Spannung Vout (= V2 - V1) aus, wobei Oberwellenkomponenten von p Arten von Ordnungen unterdrückt werden. Dann kann man durch die Signalverarbeitungseinheit 5 den genauen Drehwinkel des Magnetrotors 1 erhalten, wobei die Verzerrung unterdrückt wird.

Claims

Drehwinkel-Detektiervorrichtung, die Folgendes aufweist: einen Drehkörper (1), bei welchem N-Pole und S-Pole entlang einer Umfangsoberfläche in einer Magnetisierungsbreite λ abwechselnd magnetisiert sind; und erste bis achte magnetische Detektiereinheiten (RA1, RA2, RB1, RB2, RC1, RC2, RD1, RD2) zum Detektieren eines durch den Drehkörper (1) hervorgerufenen Magnetfelds; - wobei die erste und die vierte magnetische Detektiereinheit (RA1, RA2) an einer ersten Erfassungsposition (A) angeordnet sind, - wobei die zweite und die dritte magnetische Detektiereinheit (RB2, RB1) an einer zweiten Erfassungsposition (B) angeordnet sind, - wobei die fünfte und die achte magnetische Detektiereinheit (RC1, RC2) an einer dritten Erfassungsposition (C) angeordnet sind, - wobei die sechste und die siebte magnetische Detektiereinheit (RD2, RD1) an einer vierten Erfassungsposition (D) angeordnet sind, - wobei die erste und die zweite Erfassungsposition (A, B) in einem Abstand L12 angeordnet sind, - wobei die dritte und die vierte Erfassungsposition (C, D) in dem Abstand L12 angeordnet sind, - wobei die erste und die dritte Erfassungsposition (A, C) in einem Abstand L13 angeordnet sind, - wobei die in Reihe geschalteten ersten und dritten magnetischen Detektiereinheiten (RA1, RB1) und die in Reihe geschalteten zweiten und vierten magnetischen Detektiereinheiten (RB2, RA2) zwischen einem ersten und Bezugspotential (VCC) einem zweiten Bezugspotential (GND) parallelgeschaltet sind, - wobei die ersten bis vierten magnetischen Detektiereinheiten eine erste Brückenschaltung bilden (RA1, RA2, RB1, RB2), - wobei die erste und die vierte magnetische Detektiereinheit (RA1, RA2) in dem einen Paar über Kreuz liegender Positionen der Zweige der ersten Brückenschaltung angeordnet sind und die zweite und die dritte magnetische Detektiereinheit (RB2, RB1) in dem anderen Paar über Kreuz liegender Positionen der Zweige angeordnet sind, - wobei die in Reihe geschalteten fünften und siebenten magnetischen Detektiereinheiten (RC1, RD1) und die in Reihe geschalteten sechsten und achten magnetischen Detektiereinheiten (RD2, RC2) zwischen einem dritten Bezugspotential (VCC) und einem vierten Bezugspotential (GND) parallelgeschaltet sind, - wobei die fünften bis achten magnetischen Detektiereinheiten (RC1, RC2, RD1, RD2) eine zweite Brückenschaltung bilden, - wobei die fünfte und die achte magnetische Detektiereinheit (RC1, RC2) in dem einen Paar über Kreuz liegender Positionen der Zweige der zweiten Brückenschaltung angeordnet sind und die sechste und die siebte magnetische Detektiereinheit (RD2, RD1) in dem anderen Paar über Kreuz liegender Positionen der Zweige angeordnet sind, - wobei ein einem Drehwinkel des Drehkörpers (1) entsprechendes Signal auf der Basis einer Differenz Vout (= V34 - V12) zwischen V12 und V34 ausgegeben wird, - wobei V12 eine Differenz zwischen einem Mittelpunktpotential V1 der ersten und der dritten magnetischen Detektiereinheit (RA1, RB1) und einem Mittelpunktpotential V2 der zweiten und der vierten magnetischen Detektiereinheit (RB2, RA2) ist, - wobei V34 eine Differenz zwischen einem Mittelpunktpotential V3 der fünften und der siebten magnetischen Detektiereinheit (RC1, RD1) und einem Mittelpunktpotential V4 der sechsten und der achten magnetischen Detektiereinheit (RD2, RC2) ist, - und wobei die Abstände L12 und L13 die folgenden Relationen erfüllen: $L_{12} = \frac{2}{n_{1}} λ (n_{1} ist eine ganze Zahl \geq 2)$
$L_{13} = \frac{2}{n_{2}} λ (n_{2} ist eine ganze Zahl \geq 2) .$
Drehwinkel-Detektiervorrichtung, die Folgendes aufweist: einen Drehkörper (1), bei welchem N-Pole und S-Pole entlang einer Umfangsoberfläche in einer Magnetisierungsbreite λ abwechselnd magnetisiert sind; und 2^P+1 magnetische Detektiereinheiten zum Detektieren eines durch den Drehkörper hervorgerufenen Magnetfelds, wobei p eine ganze Zahl ≥ 2 ist, wobei als magnetische Detektiereinheiten jeweils eine Einrichtung mit magnetfeldabhänigem Widerstand verwendet wird, gemäß welcher sich der Widerstandswert in Abhängigkeit von der Richtung des angelegten Magnetfelds ändert; - wobei jeweils ein Paar von magnetischen Detektiereinheiten jeweils auf einer von 2^p Erfassungspositionen angeordnet ist, - wobei der Abstand zwischen einer i-ten Erfassungsposition und einer j-ten Erfassungsposition Lij ist, wobei i und j ganze Zahlen größer als oder gleich 1 sind, - wobei 2^p in Reihe geschaltete magnetische Detektiereinheiten und 2^p in Reihe geschaltete magnetische Detektiereinheiten zwischen einem ersten und einem zweiten Bezugspotential parallelgeschaltet sind, - wobei die 2^p+1 magnetischen Detektiereinheiten eine Brückenschaltung bilden, - wobei jeder Zweig der Brückenschaltung 2^p-1 darin angeordnete magnetische Detektiereinheiten enthält, - wobei der erste und der vierte Zweig (Zweig1, Zweig4) an dem einen Paar von über Kreuz liegenden Positionen der Zweige der Brückenschaltung angeordnet sind und der zweite und der dritte Zweig (Zweig2, Zweig3) an dem anderen Paar von über Kreuz liegenden Positionen der Zweige der Brückenschaltung angeordnet sind, - wobei an denselben Erfassungspositionen angeordnete magnetische Detektiereinheiten an den über Kreuz liegenden Positionen der Zweige der Brückenschaltung angeordnet sind, - wobei ein einem Drehwinkel des Drehkörpers (1) entsprechendes Signal auf der Basis einer Differenz Vout (= V2 - V1) zwischen einem Mittelpunktpotential V1 des ersten und des dritten Zweigs (Zweig1, Zweig3) und einem Mittelpunktpotential V2 des zweiten und des vierten Zweigs (Zweig2, Zweig4) ausgegeben wird, - und wobei der Abstand Lij die folgende Relation erfüllt: $L_{ij} = \frac{2}{n_{k (ij)}} λ (n_{k (ij)} ist eine ganze Zahl \geq 2) .$
Drehwinkel-Detektiervorrichtung nach Anspruch 2, wobei p = 2, - wobei die erste und die vierte magnetische Detektiereinheit (RA1, RA2) an einer ersten Erfassungsposition (A) angeordnet sind, - wobei die zweite und die dritte magnetische Detektiereinheit (RB2, RB1) an einer zweiten Erfassungsposition (B) angeordnet sind, - wobei die sechste und die siebte magnetische Detektiereinheit (RC2, RC1) an einer dritten Erfassungsposition (C) angeordnet sind, - wobei die fünfte und die achte magnetische Detektiereinheit (RD1, RD2) an einer vierten Erfassungsposition (D) angeordnet sind, - der Abstand L34 gleich dem Abstand L12 ist, - wobei die in Reihe geschalteten ersten, fünften, dritten und siebenten magnetischen Detektiereinheiten (RA1, RD1, RB1, RC1) und die in Reihe geschalteten zweiten, sechsten, vierten und achten magnetischen Detektiereinheiten (RB2, RC2, RA2, RD2) zwischen einem ersten Bezugspotential (VCC) und einem zweiten Bezugspotential (GND) parallelgeschaltet sind, - wobei die erste und die fünfte magnetische Detektiereinheit (RA1, RD1) in dem ersten Zweig (Zweig1) der Brückenschaltung angeordnet sind, - wobei die zweite und die sechste magnetische Detektiereinheit (RB2, RC2) in dem zweiten Zweig (Zweig2) der Brückenschaltung angeordnet sind, - wobei die dritte und die siebte magnetische Detektiereinheit (RB1, RC1) in dem dritten Zweig (Zweig3) der Brückenschaltung angeordnet sind, - wobei die vierte und die achte magnetische Detektiereinheit (RA2, RD2) in dem vierten Zweig (Zweig4) der Brückenschaltung angeordnet sind, - und wobei die Abstände L12 und L13 die folgende Relation erfüllen: $L_{12} = \frac{2}{n_{1}} λ$
$L_{13} = \frac{2}{n_{2}} λ (n_{1} {und n}_{2} sind voneinander verschiedene ganze Zahlen \geq 2) .$