Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Drehwinkelerfassungsvorrichtung,
die mit Magnetsensoren ausgestattet ist.The
The present invention relates to a rotation angle detecting device.
which is equipped with magnetic sensors.
Drehwinkelerfassungseinrichtungen
vom sogenannten Magnetaufnahmetyp (magnetic pickup, MPU) sind bekannt.
Eine derartige MPU-Drehwinkelerfassungseinrichtung umfasst einen
magnetischen Aufnahmesensor und einen Rotor, der mit dem sich drehenden
Objekt rotiert, zur Erfassung eines Drehwinkels des rotierenden
Objekts entsprechend eines Ausgangssignals der Aufnahmesensoren,
die mit der Rotation des Rotors ebenfalls rotieren. Der Rotor ist ein
Zahnradtyprotor mit in gleichförmigen
Intervallen am äußeren Umfang
desselben angeordneten Zähnen,
mit der Ausnahme eines vorbestimmten zahnlosen Bereichs. Die MPU-Drehwinkelerfassungseinrichtung
erfasst einen Bezugsdrehwinkel mittels einer speziellen Wellenform
bzw. Signalform des Ausgangssignals des Aufnahmesensors, das dem
voreingestellten glatten Teil des Zahnradtyprotors entspricht. Sodann
wird ein Drehwinkel des sich drehenden Objekts relativ zu dem Bezugsdrehwinkel
durch Vergleichen des Pegels des Ausgangssignals mit dem Pegel der
spezifischen Wellenform ermittelt, um schließlich den Drehwinkel (Rotationswinkel)
des sich drehenden Objekts zu ermitteln.Rotation angle detection devices
The so-called magnetic pickup type (MPU) are known.
Such an MPU rotation angle detection device comprises a
magnetic recording sensor and a rotor that rotates with the
Object rotates, for detecting a rotation angle of the rotating
Object corresponding to an output of the pickup sensors,
which also rotate with the rotation of the rotor. The rotor is on
Gear type motor with in uniform
Intervals on the outer circumference
the same teeth arranged,
with the exception of a predetermined toothless area. The MPU rotation angle detection device
detects a reference rotation angle by means of a special waveform
or waveform of the output signal of the recording sensor, the
preset smooth part of the Zahnradtyprotors corresponds. thereupon
becomes a rotation angle of the rotating object relative to the reference rotation angle
by comparing the level of the output signal with the level of
determined specific waveform to finally the rotation angle (rotation angle)
to determine the rotating object.
Andererseits
ist eine Drehwinkelerfassungseinrichtung zur Erfassung eines Drehwinkels
eines sich drehenden bzw. rotierenden Objekts innerhalb eines Bereichs
von 0° und
360° bekannt
und in der Offenlegungsschrift JP-A-62-95402 offenbart. Diese Drehwinkelerfassungseinrichtung
umfasst ein Paar Hallelemente und Permanentmagnete. In dieser Einrichtung
sind die Hallelemente in der Weise vorgesehen, dass sie relativ
zu den Permanentmagneten rotieren, wenn das rotierende (sich drehende
zu erfassende) Objekt rotiert. Der Drehwinkel des rotierenden Objekts
wird aus den analogen Ausgangssignalen der Hallelemente mittels
der Berechnung trigonometrischer Funktionen erhalten.on the other hand
is a rotation angle detecting means for detecting a rotation angle
of a rotating object within a range
from 0 ° and
360 ° known
and in published patent application JP-A-62-95402. This rotation angle detection device
includes a pair of Hall elements and permanent magnets. In this facility
the Hall elements are provided in such a way that they are relative
rotate to the permanent magnets when the rotating (rotating
to be detected) object rotates. The angle of rotation of the rotating object
is from the analog output signals of the Hall elements means
obtained from the calculation of trigonometric functions.
In
der vorherigen MPU-Drehwinkelerfassungseinrichtung muss der Rotor
in entsprechender Weise hergestellt werden, dass er eine geeignete
Lücke zwischen
dem Rotor und dem Aufnahmesensor zur Erfassung des Bezugswinkels
und des relativen Drehwinkels desselben aufweist. D.h. die Größe (Abmessung)
des Rotors variiert, und es können
die Ausgangssignale des Aufnahmesensors ebenfalls variieren.In
The previous MPU rotation angle detection device needs the rotor
be prepared in such a way that it is a suitable
Gap between
the rotor and the pickup sensor for detecting the reference angle
and the relative rotation angle thereof. That the size (dimension)
of the rotor varies, and it can
the output signals of the recording sensor also vary.
Bei
der letzteren Drehwinkelerfassungseinrichtung kann das Ausgangssignal
durch Störungen bzw.
Rauschen von außerhalb
gestört
werden, so dass ein Erfassungsfehler verursacht werden kann.at
the latter rotation angle detection device can output the signal
by disturbances or
Noise from outside
disturbed
so that a detection error can be caused.
Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine kompakte
Drehwinkelerfassungsvorrichtung bereitzustellen, die den Drehwinkel eines
sich drehenden (rotierenden) Objekts mit wesentlich geringeren Erfassungsfehlern
erfasst.Of the
The present invention is therefore based on the object, a compact
To provide rotation angle detecting device, the rotation angle of a
rotating (rotating) object with much lower detection errors
detected.
Gemäß der vorliegenden
Erfindung in Verbindung mit Patentanspruch 1 umfasst eine Drehwinkelerfassungsschaltung
eine Feldformungseinrichtung zum Formen bzw. Erzeugen eines Magnetfelds, eine
in dem Magnetfeld angeordnete Magneterfassungseinrichtung, die Magnetsensorelemente
aufweist zur Erzeugung analoger Sensorsignale, eine Drehwinkelsignalformungseinrichtung
und eine Pulssignalformungseinrichtung zum Formen bzw. Erzeugen
eines Ausgangspulssignals, dessen Pegel sich ändert, wenn der Drehwinkel
des rotierenden Objekts einem von vorbestimmten Kandidatenwinkeln
entspricht, aus den analogen Sensorsignalen der Magneterfassungseinrichtung.According to the present
The invention in conjunction with claim 1 comprises a rotation angle detection circuit
a field shaping device for forming or generating a magnetic field, a
in the magnetic field arranged magnetic detection device, the magnetic sensor elements
has a rotation angle signal shaping device for generating analog sensor signals
and pulse signal shaping means for shaping
an output pulse signal whose level changes as the angle of rotation
of the rotating object one of predetermined candidate angles
corresponds, from the analog sensor signals of the magnetic detection device.
Da
die Pulssignalformungseinrichtung ein Pulssignal ausbildet zur Angabe
des Drehwinkels eines rotierenden Objekts, wenn der Drehwinkel des rotierenden
Objekts einem von voreingestellten Kandidatenwinkeln entspricht,
kann der Drehwinkel ohne Störung
durch ein Rauschen von außen
erfasst werden.There
the pulse signal forming means forms a pulse signal for indication
the angle of rotation of a rotating object when the angle of rotation of the rotating
Object corresponds to one of preset candidate angles,
can the rotation angle without interference
by a noise from the outside
be recorded.
Gemäß der vorliegenden
Erfindung in Verbindung mit Patentanspruch 2 können die Magnetsensorelemente
zumindest ein Paar von Grundsensorelementen aufweisen und können derart
angeordnet sein, dass die Phase des analogen Sensorsignals jedes
der Magnetsensorelemente unterschiedlich wird zu der umgekehrten
Phase der analogen Sensorsignale der anderen Magnetsensorelemente.
Auf diese Weise wird das Drehwinkelsignal aus den analogen Sensorsignalen
der Grundmagnetsensorelemente mittels der Berechnung trigonometrischer Funktionen
geformt, und es werden die voreingestellten Kandidatenwinkel durch
Vergleichen der analogen Sensorsignale der Magnetsensorelemente
mit einem Schwellenwertpegel geformt. Daher können die Kandidatenwinkelpulssignale
aus den Ausgangssignalen der Hallelemente ohne eine A/D-Wandlung geformt
bzw. gebildet werden.According to the present
Invention in conjunction with claim 2, the magnetic sensor elements
have at least one pair of basic sensor elements and can so
be arranged that the phase of the analog sensor signal each
the magnetic sensor elements becomes different to the reverse one
Phase of the analog sensor signals of the other magnetic sensor elements.
In this way, the rotation angle signal from the analog sensor signals
the basic magnetic sensor elements by means of the calculation of trigonometric functions
formed, and there are the default candidate angle through
Compare the analog sensor signals of the magnetic sensor elements
shaped with a threshold level. Therefore, the candidate angle pulse signals
formed from the output signals of the Hall elements without an A / D conversion
or be formed.
Gemäß der vorliegenden
Erfindung in Verbindung mit Patentanspruch 3 ist eine Offsetanpassungsschaltung
vorgesehen, so dass die Pulssignalformungseinrichtung das Ausgangspulssignal
aus den analogen Sensorsignalen formen kann, deren Offsets durch
die Offsetanpassungsschaltung beseitigt sind.According to the present
The invention in conjunction with claim 3 is an offset matching circuit
provided such that the pulse signal shaping device, the output pulse signal
from the analog sensor signals can form their offsets
the offset matching circuit is eliminated.
Gemäß der vorliegenden
Erfindung in Verbindung mit Patentanspruch 4 ist eine AC-Kopplungsschaltung
vorgesehen zum Beseitigen von Offsets der analogen Sensorsignale
der Magnetsensorelemente.According to the present
The invention in conjunction with claim 4 is an AC coupling circuit
provided for eliminating offsets of the analog sensor signals
the magnetic sensor elements.
Gemäß der vorliegenden
Erfindung in Verbindung mit Patentanspruch 5 sind eine erste Offsetanpassungseinrichtung
und eine zweite Offsetanpassungseinrichtung vorgesehen. Die erste
Offsetanpassungseinrichtung beseitigt Offsets, die in den analogen
Sensorsignalen der ausgewählten
Gruppe der Magnetsensorelemente enthalten sind, wenn der Drehwinkel
des rotierenden Objekts ermittelt wird. Die zweite Offsetwinkelanpassungseinrichtung
umfasst eine Kopplungsschaltung zum Beseitigen von in den analogen
Sensorsignalen sämtlicher
der Magnetsensorelemente enthaltenen Offsets, wenn der Drehwinkel
des rotierenden Objekts ermittelt wird. Die Pulssignalformungseinrichtung
umfasst eine erste Pulssignalformungseinrichtung, eine zweite Pulssignalformungseinrichtung
und eine Auswähleinrichtung.
Die Drehwinkelsignalformungseinrichtung formt bzw. bildet ein Drehwinkelsignal
mittels der Berechnung trigonometrischer Funktionen aus den analogen
Sensorsignalen der Grundmagnetsensorelemente nach der Beseitigung
der Offsets. Die erste Pulssignalformungseinrichtung formt ein erstes
Kandidatenpulssignal durch Vergleichen des Drehwinkels mit einem
der ersten voreingestellten Kandidatenwinkel, und die zweite Pulssignalformungseinrichtung
formt ein zweites Kandidatenpulssignal durch Vergleichen des Drehwinkels
mit einem voreingestell ten Bezugswert. Die Auswähleinrichtung wählt das
erste Kandidatenpulssignal, falls die Drehzahl bzw. die Rotations- oder Drehgeschwindigkeit
des rotierenden Objekts kleiner als eine voreingestellte Geschwindigkeit
ist, und das zweite Kandidatenpulssignal, falls die Drehgeschwindigkeit
des rotierenden Objekts nicht kleiner als die voreingestellte Geschwindigkeit
ist.According to the present
Invention in conjunction with claim 5 are a first offset adjustment device
and a second offset adjusting device. The first
Offset matching eliminates offsets that are in the analog
Sensor signals of the selected
Group of magnetic sensor elements are included when the rotation angle
of the rotating object is determined. The second offset angle adjustment device
includes a coupling circuit for removing in the analog
Sensor signals all
the magnetic sensor elements contained offsets when the angle of rotation
of the rotating object is determined. The pulse signal shaping device
comprises a first pulse signal shaping device, a second pulse signal shaping device
and a selector.
The rotation angle signal shaping device forms a rotation angle signal
by means of the calculation of trigonometric functions from the analogue
Sensor signals of the basic magnetic sensor elements after removal
the offsets. The first pulse signal shaping device forms a first one
Candidate pulse signal by comparing the angle of rotation with a
the first preset candidate angle, and the second pulse signal shaping device
forms a second candidate pulse signal by comparing the angle of rotation
with a pre-set reference value. The selector selects that
first candidate pulse signal, if the rotational speed or the rotational or rotational speed
of the rotating object is less than a preset speed
and the second candidate pulse signal if the rotational speed
of the rotating object not smaller than the preset speed
is.
Gemäß der Drehwinkelerfassungsvorrichtung
in Verbindung mit Patentanspruch 6 sind die Magneterfassungseinrichtung,
die Drehwinkelsignalformungseinrichtung und die Pulssignalformungseinrichtung
in einem gemeinsamen Chip angeordnet.According to the rotation angle detecting device
in conjunction with claim 6, the magnetic detection device,
the rotation angle signal shaping device and the pulse signal shaping device
arranged in a common chip.
Weitere
Aufgaben, Merkmale und Charakteristika der vorliegenden Erfindung
sowie die Funktionen der entsprechenden Teile der vorliegenden Erfindung
werden aus dem Studium der nachfolgenden detaillierten Beschreibung,
den zugehörigen
Patentansprüchen
und den Figuren deutlich. Es zeigen:Further
Objects, features and characteristics of the present invention
as well as the functions of the corresponding parts of the present invention
are obtained from the study of the following detailed description,
the associated
claims
and the figures clearly. Show it:
1 ein
Blockschaltbild einer Drehwinkelerfassungsvorrichtung gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung, 1 FIG. 4 is a block diagram of a rotation angle detecting apparatus according to the first embodiment of the invention; FIG.
2 ein
Blockschaltbild eines Zündsystems
für eine
Brennkraftmaschine, das die Drehwinkelerfassungsvorrichtung gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
umfasst, 2 FIG. 12 is a block diagram of an ignition system for an internal combustion engine including the rotation angle detection device according to the first embodiment; FIG.
3A eine
schematische Darstellung eines Hauptteils der Drehwinkelerfassungsvorrichtung
gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel,
und 3B eine seitliche Schnittansicht des in 3A entsprechend
der Linie 3B-3B geschnittenen Teils, 3A a schematic representation of a main part of the rotation angle detecting device according to the first embodiment, and 3B a side sectional view of the in 3A according to the line 3B-3B cut part,
4 eine
graphische Darstellung zur Veranschaulichung von Ausgangssignalen
eines Hallelementpaars bezüglich
der Drehwinkel eines Rotors, 4 4 is a graph illustrating output signals of a Hall element pair with respect to the rotational angles of a rotor;
5 eine
graphische Darstellung zur Veranschaulichung einer Kennlinie von
Betriebswinkeln bezüglich
der Drehwinkel des Rotors, 5 4 is a graph illustrating a characteristic of operating angles with respect to the rotational angle of the rotor;
6 eine
graphische Darstellung zur Veranschaulichung einer Kennlinie von
Ausgangsdrehwinkeln bezüglich
der Drehwinkel des Rotors, 6 FIG. 4 is a graph illustrating a characteristic of output rotation angles with respect to the rotation angles of the rotor; FIG.
7 eine
Tabelle zur Veranschaulichung einer Beziehung zwischen dem positiven
oder negativen Vorzeichen der Ausgangssignale der Hallelemente und
der Drehwinkel, 7 FIG. 4 is a table showing a relationship between the positive or negative signs of the output signals of the Hall elements and the rotation angles. FIG.
8 eine
graphische Darstellung zur Veranschaulichung einer Beziehung zwischen
dem Drehwinkel des Rotors und der Pulssignale, 8th FIG. 4 is a graph showing a relationship between the rotational angle of the rotor and the pulse signals. FIG.
9A eine
schematische Darstellung einer Draufsicht auf die Drehwinkelerfassungsvorrichtung gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel,
und 9B eine seitliche Schnittansicht der in 9A gezeigten
Vorrichtung entsprechend einem Schnitt entlang der Linie IXB-IXB, 9A a schematic representation of a plan view of the rotation angle detecting device according to a second embodiment, and 9B a side sectional view of in 9A shown device corresponding to a section along the line IXB-IXB,
10 ein
Blockschaltbild zur Veranschaulichung einer Drehwinkelerfassungsvorrichtung
gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, 10 FIG. 4 is a block diagram illustrating a rotation angle detecting device according to the second embodiment of the present invention; FIG.
11A eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung
von Kennlinien der Ausgangssignale von sechs Hallelementen bezüglich der
Drehwinkel, und 11B eine graphische Darstellung
zur Veranschaulichung von Ausgangspuls signalen einer Pulssignalerzeugungsschaltung
zur Angabe der Kandidatenwinkel, 11A a graph illustrating characteristics of the output signals of six Hall elements with respect to the rotation angle, and 11B 4 is a graph showing output pulse signals of a pulse signal generating circuit for indicating candidate angles.
12 ein
Blockschaltbild zur Veranschaulichung einer Drehwinkelerfassungsvorrichtung
gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, 12 FIG. 4 is a block diagram illustrating a rotation angle detecting apparatus according to a third embodiment of the present invention; FIG.
13 eine
schematische Darstellung zur Veranschaulichung einer Drehwinkelerfassungsvorrichtung
gemäß einem
vierten Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung, 13 a schematic representation for illustrating a rotation angle detecting device according to a fourth embodiment the present invention
14 eine
schematische Darstellung zur Veranschaulichung einer Änderung
der Drehwinkelerfassungsvorrichtung gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel, 14 FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a change of the rotation angle detecting device according to the fourth embodiment; FIG.
15 eine
schematische Darstellung einer Drehwinkelerfassungsvorrichtung gemäß einem
fünften
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, und 15 a schematic representation of a rotation angle detecting device according to a fifth embodiment of the present invention, and
16 eine
schematische Darstellung einer Drehwinkelerfassungsvorrichtung gemäß einem sechsten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung. 16 a schematic representation of a rotation angle detecting device according to a sixth embodiment of the invention.
Eine
Vielzahl von Ausführungsbeispielen
gemäß der Erfindung
wird nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Figuren beschrieben.A
Variety of embodiments
according to the invention
will be described below with reference to the accompanying figures.
(Erstes Ausführungsbeispiel)(First embodiment)
Eine
Drehwinkelerfassungsvorrichtung 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird unter Bezugnahme auf die 1–8 beschrieben.A rotation angle detecting device 10 According to the first embodiment of the invention will be with reference to the 1 - 8th described.
Die
Drehwinkelerfassungsvorrichtung 10 wird üblicherweise
als eine Kurbelwinkelerfassungsvorrichtung (Kurbelwellenwinkelerfassungsvorrichtung)
verwendet, die an einer Zündeinrichtung 12 für eine Brennkraftmaschine
zusammen mit einer elektronischen Steuerungseinheit (ECU) 40 angeordnet ist,
wie es in 2 gezeigt ist. Die Drehwinkelerfassungsvorrichtung 10 stellt
sowohl analoge als auch Pulssignale bezüglich der Drehwinkel einer
Kurbelwelle der Maschine (nachstehend als Kurbelwinkel bezeichnet)
bereit. Die elektronische Steuerungseinheit (ECU) 40 bestimmt
(bzw. unterscheidet) einen zu zündenden
Zylinder auf der Basis der analogen Signale und der Pulssignale.The rotation angle detection device 10 is commonly used as a crank angle detecting device (crankshaft angle detecting device) attached to an ignition device 12 for an internal combustion engine together with an electronic control unit (ECU) 40 is arranged as it is in 2 is shown. The rotation angle detection device 10 provides both analog and pulse signals with respect to the rotational angles of a crankshaft of the engine (hereinafter referred to as crank angle). The electronic control unit (ECU) 40 determines (distinguishes) a cylinder to be ignited on the basis of the analog signals and the pulse signals.
Gemäß der Darstellung
in den 1, 3A und 3B umfasst
die Drehwinkelerfassungsvorrichtung 10 ein zylindrisches
Joch 20, ein Paar bogenförmiger Permanentmagnete 22 und 24, ein
Paar Hallelemente 30 und 31 und einen Halbleiterchip
(nachstehend als Sensorchip bezeichnet) 70, in welchem
eine Ansteuerungsschaltung 50, ein Verstärker 52,
ein A/D-Wandler 54,
eine Offsetanpassungsschaltung 56, eine Steuerungsschaltung 58, eine
Drehwinkelsignalformungsschaltung (R.A.-Signalformungsschaltung) 60,
eine Pulssignalformungsschaltung 62 und dergleichen zusammen
mit den Hallelementen 30 und 31 ausgebildet sind.As shown in the 1 . 3A and 3B includes the rotation angle detecting device 10 a cylindrical yoke 20 , a pair of arcuate permanent magnets 22 and 24 , a pair of reverb elements 30 and 31 and a semiconductor chip (hereinafter referred to as a sensor chip) 70 in which a drive circuit 50 , an amplifier 52 , an A / D converter 54 , an offset matching circuit 56 , a control circuit 58 , a rotational angle waveform shaping circuit (RA waveform shaping circuit) 60 a pulse signal shaping circuit 62 and the like together with the Hall elements 30 and 31 are formed.
Das
Joch 20 und die Permanentmagnete 22 und 24 rotieren
zusammen mit einem (nicht gezeigten) rotierenden bzw. sich drehenden
Objekt und bilden eine Feldformungseinrichtung. Die Permanentmagnete 22 und 24 sind
entsprechend eines 180°-Intervalls
auf der Innenwand des zylindrischen Jochs 20 zum Bereitstellen
eines parallelen und gleichförmigen
Magnetfelds einander gegenüber
angeordnet.The yoke 20 and the permanent magnets 22 and 24 rotate together with a rotating object (not shown) and form a field-shaping device. The permanent magnets 22 and 24 are corresponding to a 180 ° interval on the inner wall of the cylindrical yoke 20 for providing a parallel and uniform magnetic field opposite each other.
Der
Sensorchip 70 ist an einer Trägereinrichtung befestigt, die
sich nicht mit dem rotierenden Objekt dreht, so dass die Hallelemente 30 und 31 in
einem zentralen Teil des Jochs 20 angeordnet sind.The sensor chip 70 is attached to a support device that does not rotate with the rotating object, so that the Hall elements 30 and 31 in a central part of the yoke 20 are arranged.
Die
Hallelemente 30 und 31 werden für einen Betrieb
mittels der Ansteuerungsschaltung 50 mit einem konstanten
Strom oder einer konstanten Spannung angesteuert. Die Hallelemente 30 und 31 sind jeweils
in der Form angeordnet, dass sie einen Winkel von 90° zueinander
in der Drehrichtung des rotierenden Objekts bilden.The hall elements 30 and 31 be for operation by means of the drive circuit 50 controlled by a constant current or a constant voltage. The hall elements 30 and 31 are each arranged in the form that they form an angle of 90 ° to each other in the direction of rotation of the rotating object.
Dreht
sich das Joch 20 mit den Permanentmagneten 22 und 24 gemäß der Darstellung
in 4, dann erzeugen die Hallelemente 30 und 31 jeweils
sinusförmige
Ausgangssignale 100 und 101, die zueinander eine
Phasendifferenz von 90° aufweisen.
Dies bedeutet, dass das Ausgangssignal 100 des Hallelements 30 und
das Ausgangssignal 101 des Hallelements 31 zueinander
eine Sinus-Cosinus-Relation aufweisen.The yoke turns 20 with the permanent magnets 22 and 24 as shown in 4 , then create the Hall elements 30 and 31 each sinusoidal output signals 100 and 101 , which have a phase difference of 90 ° to each other. This means that the output signal 100 of the Hall element 30 and the output signal 101 of the Hall element 31 have a sine-cosine relation to each other.
Somit
können
die nachfolgenden Ausdrücke gebildet
werden, falls: der Drehwinkel des rotierenden Objekts θ ist, die
Spannung des Ausgangssignals 100 des Hallelements 30 Va
ist, die Spannung des Ausgangssignals 101 des Hallelements 30 Vb ist,
ein Koeffizient, der sich auf die Verstärkung der Hallelemente 30 und 31 bezieht,
k ist, die magnetische Flussdichte, die mittels der Permanentmagnete 22 und 24 gebildet
wird, B ist, und der Betrag des konstanten und den Hallelementen
zugeführten Stroms
I ist. Va = kBI·sinθ (1) Vb = kBI·sin (θ + 90) = kBI·cosθ (2) Thus, the following expressions can be formed if: the rotation angle of the rotating object is θ, the voltage of the output signal 100 of the Hall element 30 Va is the voltage of the output signal 101 of the Hall element 30 Vb is a coefficient that focuses on the amplification of the Hall elements 30 and 31 k, is the magnetic flux density produced by means of the permanent magnets 22 and 24 is B, and the magnitude of the constant and the Hall elements supplied current I is. Va = kBI · sinθ (1) Vb = kBI × sin (θ + 90) = kBI × cos θ (2)
Der
Verstärker 52 verstärkt die
Ausgangssignale 100 und 101 der Hallelemente 30 und 31.
Der A/D-Wandler 54 wandelt die analogen verstärkten Ausgangssignale
in numerische digitale Daten durch Abtasten dieser Signale entsprechend
eines vorbestimmten Zyklus um.The amplifier 52 amplifies the output signals 100 and 101 the Hall elements 30 and 31 , The A / D converter 54 converts the analogue amplified output signals into numerical digital data by sampling these signals according to a predetermined cycle.
Sind
Offsets oder Gleichspannungskomponenten in den Ausgangssignalen
Va und Vb der Hallelemente 30 und 31 enthalten,
dann beseitigt die Offsetanpassungsschaltung diese Offsets. Die
Steuerungsschaltung 58 formt ein Drehwinkelsignal (R.A.-Signal)
und ein Pulssignal in Zusammenarbeit mit der Drehwinkelsignalformungsschaltung 60 und der
Pulssignalformungsschaltung 62.Are offsets or DC components in the output signals Va and Vb of the Hall elements 30 and 31 then the offset matching circuit eliminates these offsets. The control circuit 58 forms a rotation angle signal (RA signal) and a pulse signal in cooperation with the rotation angle signal shaping circuit 60 and the pulse signal shaping circuit 62 ,
Die
Steuerungsschaltung 58 liest die Ausgangssignale der Hallelemente 30 und 31,
während diese
keinem Magnetfeld unterworfen werden. Dann speichert die Drehwinkelerfassungsvorrichtung 10 die
Pegel der gelesenen Ausgangssignale als Offsetwerte. Im einzelnen
umfasst die Drehwinkelerfassungsvorrichtung 10 einen nicht-flüchtigen
Speicher in der Offsetanpassungsschaltung 56, und die Steuerungsschaltung 58 speichert
die Offsetwerte in dem nicht-flüchtigen
Speicher. Die Steuerungsschaltung 58 subtrahiert die gespeicherten
Offsetwerte von den Ausgangssignalen der Hallelemente 30 und 31,
die gelesen wurden, während
ein Drehwinkelsignal und ein Pulssignal geformt wurden. Somit beseitigen
die Steuerungsschaltung 58 und die Offsetanpassungsschaltung 56 die
Offsets bei den Hallelementen 30 und 31. Daher
sind die Werte Va und Vb numerische digitale Werte, die mittels
des A/D-Wandlers umgewandelt wurden, nachdem die Offsets und die
Verstärkung
derselben korrigiert worden sind.The control circuit 58 reads the output signals of the Hall elements 30 and 31 while they are not subjected to a magnetic field. Then, the rotation angle detecting device stores 10 the levels of the read output signals as offset values. In detail, the rotation angle detecting device includes 10 a nonvolatile memory in the offset matching circuit 56 , and the control circuit 58 stores the offset values in the non-volatile memory. The control circuit 58 subtracts the stored offset values from the output signals of the Hall elements 30 and 31 which were read while a rotation angle signal and a pulse signal were being formed. Thus eliminate the control circuit 58 and the offset matching circuit 56 the offsets at the Hall elements 30 and 31 , Therefore, the values Va and Vb are numerical digital values converted by the A / D converter after the offsets and the gain thereof have been corrected.
Die
Steuerungsschaltung 58 rechnet einen Wert tan θ aus den
Werten Va/Vb und einen Betriebswinkel 110 mittels des Arcustangens
desselben, woraus sich ergibt: Va/Vb = sin θ/cos θ = tan θ (3) θ = arctan (Va/Vb) (4) The control circuit 58 calculates a value tan θ from the values Va / Vb and an operating angle 110 by means of the arctangent of the same, from which results: Va / Vb = sin θ / cos θ = tan θ (3) θ = arctane (Va / Vb) (4)
Somit
hat der Betriebswinkel einen Zyklus von 180°.Consequently
the operating angle has a cycle of 180 °.
Die
Steuerungsschaltung 58 bestimmt den Drehwinkel des rotierenden
Objekts innerhalb eines Winkels von 360° durch Erkennen des positiven
oder negativen Vorzeichens der Werte Va und Vb, wie es in 7 dargestellt
ist. Danach formt die Steuerungsschaltung 58 einen Ausgangswinkel 120 durch
Addieren eines entsprechenden Offsetwerts zu dem Betriebswinkel 110 auf
der Basis des bestimmten Drehwinkels. Die Steuerungsschaltung 58 steuert
die Drehwinkelsignalformungsschaltung 60 zur Erzeugung
eines analogen Drehwinkelsignals bezüglich des Ausgangswinkels 120.
Die Steuerungsschaltung 58 sendet somit der Drehwinkelsignalformungsschaltung 60 ein
Digitalsignal des Ausgangswinkels 120. Die Drehwinkelsignalformungsschaltung 60 wandelt mittels
eines nicht gezeigten D/A-Wandlers das Digitalsignal in den Ausgangswinkel 120 in
Form eines analogen Winkelsignals um, dessen Pegel proportional
zu dem Ausgangswinkel ist.The control circuit 58 determines the rotation angle of the rotating object within an angle of 360 ° by detecting the positive or negative sign of the values Va and Vb, as shown in FIG 7 is shown. After that, the control circuit forms 58 an initial angle 120 by adding a corresponding offset value to the operating angle 110 based on the determined angle of rotation. The control circuit 58 controls the rotation angle signal shaping circuit 60 for generating an analog rotation angle signal with respect to the output angle 120 , The control circuit 58 thus sends the rotation angle signal shaping circuit 60 a digital signal of the output angle 120 , The rotation angle signal forming circuit 60 converts the digital signal into the output angle by means of a D / A converter (not shown) 120 in the form of an analog angle signal whose level is proportional to the output angle.
Die
Steuerungsschaltung 58 steuert die Pulssignalformungsschaltung 62 zur
Erzeugung eines Pulssignals, dessen Signalpegel einer Änderung unterliegt,
falls der Drehwinkel des rotierenden Objekts einer der Vielzahl
der voreingestellten Kandidatenwinkel ist. Insbesondere umfassen
die Kandidatenwinkel einen zu erfassenden Winkel mittels der Drehwinkelerfassungsvorrichtung 10.
Wird die Drehwinkelerfassungsvorrichtung 10 als eine Kurbelwinkelerfassungsvorrichtung
einer Zündeinrichtung
für eine
Brennkraftmaschine 12 verwendet, dann sind die Kandidatenwinkel
die Kurbelwinkel (Kurbelwellenwinkel), die den Zündzeitpunkten (Zündzeitsteuerung)
entsprechen. Im einzelnen vergleicht die Steuerungsschaltung 58 eine
Vielzahl von Schwellenwerten, die jeweils den Kandidatenwinkeln
entsprechen, mit einem analogen Wert des Ausgangswinkels 120, und ändert den
Pegel des Ausgangspulssignals der Pulssignalformungsschaltung 62 von
einem hohen Pegel zu einem niedrigen Pegel oder von einem niedrigen
Pegel zu einem hohen Pegel, falls der Ausgangswinkel 120 gleich
einem der Kandidatenwinkel ist.The control circuit 58 controls the pulse signal shaping circuit 62 for generating a pulse signal whose signal level is subject to change if the rotation angle of the rotating object is one of the plurality of preset candidate angles. In particular, the candidate angles include an angle to be detected by means of the rotation angle detection device 10 , Will the rotation angle detecting device 10 as a crank angle detecting device of an ignition device for an internal combustion engine 12 are used, then the candidate angles are the crank angles (crankshaft angles) corresponding to the ignition times (ignition timing). In particular, the control circuit compares 58 a plurality of thresholds, each corresponding to the candidate angles, having an analog value of the output angle 120 , and changes the level of the output pulse signal of the pulse signal shaping circuit 62 from a high level to a low level or from a low level to a high level if the output angle 120 equal to one of the candidate angles.
Gemäß der Darstellung
in 2 sind der Sensorchip 70 und die elektronische
Steuerungseinheit ECU 40 mittels einer Winkelsignalübertragungsleitung 80 und
einer Pulssignalübertragungsleitung 81 verbunden.
Der A/D-Wandler 42 wandelt analoge Drehwinkelsignale in
numerische Digitalsignale um.As shown in 2 are the sensor chip 70 and the electronic control unit ECU 40 by means of an angle signal transmission line 80 and a pulse signal transmission line 81 connected. The A / D converter 42 converts analog rotation angle signals into numeric digital signals.
Die
Zentraleinheit CPU 44 umfasst einen Speicher ROM und einen
Speicher RAM zum Speichern von Programmen zur Bestimmung des Drehwinkels
(Rotationswinkels) des rotierenden Objekts aus den numerischen Digitaldaten
und dem Pulssignal. Gemäß der Darstellung
in 8 bestimmt die Zentraleinheit CPU 44 einen
Bezugswinkel aus dem Ausgangswinkel 120. Ändert sich
der Signalpegel des Pulssignals von einem zum anderen nach dem Bezugswinkel,
dann wählt
die Zentraleinheit CPU 44 einen Kandidatenwinkel aus der
Vielzahl der Kandidatenwinkel aus. Unmittelbar nachdem die Zentraleinheit
CPU 44 den Bezugswinkel zu 45° bestimmt hat, wählt die
Zentraleinheit CPU 44 beispielsweise „60°" aus zwölf Kandidatenwinkeln aus, wenn
das Pulssignal abfällt.
Steigt das Pulssignal danach an, dann wählt die Zentraleinheit CPU 44 „90°" aus. Der ausgewählte Kandidatenwinkel
ist der Drehwinkel des rotierenden Objekts, wenn sich der Signalpegel des
Pulssignals ändert.The central processing unit CPU 44 comprises a memory ROM and a memory RAM for storing programs for determining the rotation angle (rotation angle) of the rotating object from the digital numerical data and the pulse signal. As shown in 8th determines the CPU CPU 44 a reference angle from the output angle 120 , If the signal level of the pulse signal changes from one to the other according to the reference angle, the CPU selects CPU 44 a candidate angle from the plurality of candidate angles. Immediately after the CPU CPU 44 has determined the reference angle to 45 °, the CPU selects CPU 44 For example, "60 °" out of twelve candidate angles when the pulse signal drops, and if the pulse signal rises thereafter, the CPU selects CPU 44 The selected candidate angle is the rotation angle of the rotating object when the signal level of the pulse signal changes.
Dreht
sich ferner das rotierende Objekt auf zwei Arten, dann kann die
Drehrichtung mittels eines inkrementalen Drehkodierers bestimmt
werden, mit welchem ein Paar von in der Phase zueinander unterschiedlichen
Pulssignalen gebildet werden.rotates
Furthermore, if the rotating object in two ways, then the
Direction of rotation determined by means of an incremental rotary encoder
with which a pair of different in phase to each other
Pulse signals are formed.
Da
die Drehwinkelerfassungsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
den Drehwinkel des rotierenden Objekts aus dem Pulssignal ermittelt,
können
Erfassungsfehler erheblich vermindert werden. Da sich ferner das
Joch 20 und die Permanentmagnete 22 und 24 zusammen
mit dem rotierenden Objekt relativ zu dem Sensorchip 70 zum Ändern der
Richtung des mittels der Hallelemente 30 und 31 zu
erfassenden Magnetfelds drehen, hat eine Variation der Position
des Jochs 20 und der Permanentmagnete 24 keinen
nachteiligen Einfluss auf die Richtungsänderung in dem Magnetfeld.
Ferner kann der Erfassungsfehler minimiert werden, da die Hallelemente 30 und 31 mit
einer hohen Genauigkeit auf dem Sensorchip 70 ausgebildet
sind.Since the rotation angle detection device according to the first embodiment detects the rotation angle of the rotating object from the pulse signal, detection errors can be significantly reduced. Further, the yoke 20 and the permanent magnets 22 and 24 along with the rotating object relative to the sensor chip 70 for changing the direction of the means of the Hall elements 30 and 31 To turn magnetic field to be detected has one Variation of the position of the yoke 20 and the permanent magnets 24 no adverse effect on the change of direction in the magnetic field. Furthermore, the detection error can be minimized because the Hall elements 30 and 31 with a high accuracy on the sensor chip 70 are formed.
(Zweites Ausführungsbeispiel)Second Embodiment
Eine
Drehwinkelerfassungsvorrichtung 210 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die 9 bis 11 beschrieben.
Insbesondere bezeichnen die gleichen Bezugszeichen wie in dem ersten
Ausführungsbeispiel
die gleichen oder im wesentlichen gleichen Teile oder Komponenten
wie beim ersten Ausführungsbeispiel.A rotation angle detecting device 210 According to the second embodiment of the invention will be described below with reference to the 9 to 11 described. In particular, the same reference numerals as in the first embodiment denote the same or substantially the same parts or components as in the first embodiment.
Die
Drehwinkelerfassungsvorrichtung 210 umfasst sechs Hallelemente 30 bis 35.
Die Hallelemente 30–35 werden
mittels der Ansteuerungsschaltung 50 jeweils mit einem
konstanten Strom versorgt. Jedes der sechs Hallelemente 30 bis 35 ist
an einer Position angeordnet, die bezüglich der Mitte 20a eines
Kreises 90 nicht-symmetrisch zu einer Position ist, bei
der ein anderes Hallelement angeordnet ist, wie es in 9 gezeigt ist. Mit anderen Worten, die Hallelemente
sind in Umfangsrichtung an einer halben Seite des Kreises 90 und
mit einer Erstreckung in radialen Richtungen angeordnet, so dass
die Phase des Ausgangssignals jedes der Hallelemente 30 bis 35 unterschiedlich
ist zu den umgekehrten Phasen der Ausgangssignale der anderen Hallelemente 30 bis 35.
Im einzelnen sind die Hallelemente 30 bis 35 in
Umfangsrichtung innerhalb einer Zone von 150° bei Intervallen von 30° angeordnet,
um auf diese Weise Pulssignale mit zwölf Kandidatenwinkeln bereitzustellen,
die zueinander jeweils um 30° versetzt sind
und, gemäß der Darstellung
in 11B, über
einen Bereich von 0° bis
360° reichen.The rotation angle detection device 210 includes six Hall elements 30 to 35 , The hall elements 30 - 35 be by means of the drive circuit 50 each supplied with a constant current. Each of the six hall elements 30 to 35 is located at a position relative to the center 20a a circle 90 is not symmetrical to a position at which another Hall element is arranged, as in 9 is shown. In other words, the Hall elements are circumferentially on half a side of the circle 90 and arranged with an extent in radial directions, so that the phase of the output signal of each of the Hall elements 30 to 35 is different from the reverse phases of the output signals of the other Hall elements 30 to 35 , In particular, the Hall elements 30 to 35 arranged circumferentially within a zone of 150 ° at intervals of 30 °, so as to provide in this way pulse signals with twelve candidate angles, which are offset from each other by 30 ° and, as shown in FIG 11B , ranging over a range of 0 ° to 360 °.
Die
Drehwinkelsignalformungsschaltung 60 formt das Drehwinkelsignal
der analogen Sensorsignale der Hallelemente 30 und 31 mittels
der Berechnung trigonometrischer Funktionen in gleicher Weise, wie
es vorstehend beschrieben ist. Zum Spezifizieren der Hallelemente 30 und 31 wird
nachstehend auf diese als Grundhallelemente Bezug genommen.The rotation angle signal forming circuit 60 forms the rotation angle signal of the analog sensor signals of the Hall elements 30 and 31 by calculating trigonometric functions in the same way as described above. To specify the Hall elements 30 and 31 is hereinafter referred to as a basic Hall elements.
Gemäß der Darstellung
in 10 umfasst die Drehwinkelerfassungsvorrichtung 210 die
zweite Offsetanpassungsschaltung 256 in dem Sensorchip 70 zusätzlich zu
der ersten Offsetanpassungsschaltung 56 in der Drehwinkelerfassungsvorrichtung 10 gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Die Pulssignalformungsschaltung 62 des ersten
Ausführungsbeispiels
wird durch eine Pulssignalformungsschaltung 262 ersetzt.As shown in 10 includes the rotation angle detecting device 210 the second offset matching circuit 256 in the sensor chip 70 in addition to the first offset matching circuit 56 in the rotation angle detecting device 10 according to the first embodiment of the invention. The pulse signal shaping circuit 62 of the first embodiment is constituted by a pulse signal shaping circuit 262 replaced.
Die
zweite Offsetanpassungsschaltung 256 beseitigt die Offsets
der Ausgangssignale der Hallelemente 30 bis 35.
Die zweite Offsetanpassungsschaltung 256 umfasst variable
Widerstände,
die jeweils mit den Hallelementen 30 bis 35 verbunden sind,
wobei deren Widerstandswert zum Beseitigen der Offsets verändert werden
kann. Die Pulssignalformungsschal tung 262 formt bzw. erzeugt
Pulssignale, deren Pegel in Abhängigkeit
von dem Vergleichsergebnis der Ausgangssignale der Hallelemente 30 bis 35 nach
einer Offsetbeseitigung mit einem Schwellenwert veränderlich
sind. Mit anderen Worten, die Pulssignalformungsschaltung 262 formt bzw.
erzeugt die Kandidatenwinkelpulssignale aus den Ausgangssignalen
der Hallelemente 30 bis 35 ohne eine A/D-Wandlung.The second offset adjustment circuit 256 eliminates the offsets of the output signals of the Hall elements 30 to 35 , The second offset adjustment circuit 256 includes variable resistors, each with the Hall elements 30 to 35 are connected, wherein the resistance value for removing the offsets can be changed. The Pulsesignalformungsschal device 262 forms or generates pulse signals whose level as a function of the comparison result of the output signals of the Hall elements 30 to 35 are variable after offset removal with a threshold. In other words, the pulse signal shaping circuit 262 forms or generates the candidate angle pulse signals from the output signals of the Hall elements 30 to 35 without an A / D conversion.
Die
Pulssignalformungsschaltung 262 ändert den Pegel des Ausgangspulssignals,
wenn sich das Vergleichsergebnis eines der Ausgangssignale 100–105 der
Hallelemente 30 bis 35 mit einem Schwellenwert
von dem positiven Vorzeichen (+) zu dem Minuszeichen (–) oder
umgekehrt ändert.
Mit anderen Worten, die Pulssignalformungsschaltung 262 stimmt
einen Signalpegel des Ausgangspulssignals auf den hohen Pegel ein,
wenn sich der Signalpegel des Ausgangssignals 104 von der
positiven Seite zur negativen Seite gemäß der Darstellung in 11A bei einem Drehwinkel von 30° ändert. Die Pulssignalformungsschaltung 262 stellt
ferner den Signalpegel des Ausgangssignals auf den niedrigen Pegel
ein, wenn sich der Signalpegel des Ausgangssignals 105 von
der positiven Seite zur negativen Seite gemäß der Darstellung in 11A bei dem Drehwinkel von 60° ändert. Die Pulsformungsschaltung 262 formt
somit ein Pulssignal, das bei dem Drehwinkel von 30° ansteigt
und bei dem Drehwinkel von 60° abfällt.The pulse signal shaping circuit 262 changes the level of the output pulse signal when the comparison result of one of the output signals 100 - 105 the Hall elements 30 to 35 with a threshold from the positive sign (+) to the minus sign (-) or vice versa. In other words, the pulse signal shaping circuit 262 Adjusts a signal level of the output pulse signal to the high level when the signal level of the output signal 104 from the positive side to the negative side as shown in 11A changes at a rotation angle of 30 °. The pulse signal shaping circuit 262 Further sets the signal level of the output signal to the low level when the signal level of the output signal 105 from the positive side to the negative side as shown in 11A at the rotation angle of 60 ° changes. The pulse shaping circuit 262 thus forms a pulse signal which rises at the rotation angle of 30 ° and drops at the rotation angle of 60 °.
Die
Pulssignalformungsschaltung 262 kann somit zwölf Pulssignale
bilden, die den zwölf
Kandidatenwinkeln entsprechen und innerhalb eines Bereichs von 360° zueinander
um 30° unterschiedlich sind,
wobei der Signalpegel der Ausgangssignale der Hallelemente 30 bis 35 mit
dem Null-Schwellenwertpegel (0) verglichen wird. Somit können die
Kandidatenwinkel in gewünschter
Weise eingestellt werden, indem die Position jedes der zweiten Hallelemente sowie
der Schwellenwert bestimmt wird.The pulse signal shaping circuit 262 can thus form twelve pulse signals corresponding to the twelve candidate angles and different within a range of 360 ° to each other by 30 °, wherein the signal level of the output signals of the Hall elements 30 to 35 is compared with the zero threshold level (0). Thus, the candidate angles can be desirably adjusted by determining the position of each of the second Hall elements as well as the threshold.
In
der Drehwinkelerfassungsvorrichtung 210 gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung können
somit Pulssignale aus den Ausgangssignalen der Hallelemente 30 bis 35 ohne
A/D-Wandlung gebildet werden. Dieser Aufbau vermeidet Abtastfehler
infolge der A/D-Wandlung.In the rotation angle detecting device 210 Thus, according to the second embodiment of the invention, pulse signals can be obtained from the output signals of the Hall elements 30 to 35 be formed without A / D conversion. This structure avoids sampling errors due to the A / D conversion.
(Drittes Ausführungsbeispiel)(Third Embodiment)
Eine
Drehwinkelerfassungsvorrichtung 310 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel
wird nachstehend unter Bezugnahme auf 12 beschrieben. Die
Drehwinkelerfassungsvorrichtung 310 umfasst eine Offsetanpassungsschaltung 356,
die die Offsetanpassungsschaltung 56 des ersten Ausführungsbeispiels
ersetzt, eine AC-Kopplungsschaltung 357 und einen Satz
eines Paars von ersten und zweiten Kandidatenpulssignalformungsschaltungen 362 und 363 sowie
eine Auswählschaltung 364,
die die Pulsformungsschaltung 62 des ersten Ausführungsbeispiels
ersetzt. Die Offsetanpassungsschaltung 356, die AC-Kopplungsschaltung 357,
die ersten und zweiten Kandidatenpulssignalformungsschaltungen 362 und 363 sowie
die Auswählschaltung 364 sind zusammen
in dem Sensorchip 70 angeordnet.A rotation angle detecting device 310 according to the third embodiment is after standing with reference to 12 described. The rotation angle detection device 310 includes an offset adjustment circuit 356 containing the offset matching circuit 56 of the first embodiment, an AC coupling circuit 357 and a set of a pair of first and second candidate pulse signal shaping circuits 362 and 363 and a selection circuit 364 containing the pulse shaping circuit 62 of the first embodiment replaced. The offset adjustment circuit 356 , the AC coupling circuit 357 , the first and second candidate pulse signal shaping circuits 362 and 363 and the selection circuit 364 are together in the sensor chip 70 arranged.
Die
Offsetanpassungsschaltung 356 beseitigt den Offset der
Grund-Hallelemente 30 und 31 auf der Basis des
Offsetwerts derselben, wenn das Magnetfeld nicht um die Grund-Hallelemente 30 und 31 in gleicher
Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel ausgebildet
ist. Somit kann die Offsetanpassungsschaltung 356 die Offsets
der Grund-Hallelemente 30 und 31 ungeachtet der
Frequenzen der Ausgangssignale 100 und 101 der
Hallelemente 30 und 31 beseitigen.The offset adjustment circuit 356 eliminates the offset of the fundamental Hall elements 30 and 31 on the basis of the offset value thereof, when the magnetic field is not around the fundamental Hall elements 30 and 31 is formed in the same manner as in the first embodiment. Thus, the offset matching circuit 356 the offsets of the basic Hall elements 30 and 31 regardless of the frequencies of the output signals 100 and 101 the Hall elements 30 and 31 remove.
Die
erste Kandidatenpulssignalformungsschaltung 362 weist im
wesentlichen denselben Aufbau wie die Pulssignalformungsschaltung 62 des
ersten Ausführungsbeispiels
auf. Die erste Kandidatenpulssignalformungsschaltung 362 bildet
auf der Basis numerischer Daten, die mittels der Offsetanpassungsschaltung 356 korrigiert
wurde, erste Kandidatensignale, die den Pulssignalen entsprechen,
die mittels der Pulssignalformungsschaltung 62 gebildet wurden.The first candidate pulse signal shaping circuit 362 has substantially the same structure as the pulse signal shaping circuit 62 of the first embodiment. The first candidate pulse signal shaping circuit 362 forms on the basis of numerical data obtained by means of the offset matching circuit 356 has been corrected, first candidate signals corresponding to the pulse signals generated by the pulse signal shaping circuit 62 were formed.
Die
AC-Kopplungsschaltung 357 eliminiert die Offsets der Hallelemente.
Die zweite Kandidatenpulssignalformungsschaltung 363 weist
im wesentlichen denselben Aufbau wie die Pulssignalformungsschaltung 262 des
zweiten Ausführungsbeispiels
auf. Die zweite Kandidatenpulssignalformungsschaltung 363 formt
bzw. erzeugt die zweiten Kandidatenpulssignale aus den Ausgangssignalen
der Hallelemente 30 bis 35, deren Offsets mittels
der AC-Kopplungsschaltung 357 korrigiert wurden, die dem
durch die Pulssignalformungsschaltung 262 des zweiten Ausführungsbeispiels
gebildeten Pulssignal entsprechen, wobei die AC-Kopplungsschaltung 357 eine Schaltung
ist, die aus kleineren Kondensatoren als die Offsetanpassungsschaltung 256 besteht.
Insbesondere kann die AC-Kopplungsschaltung 357 nicht die
Offsets der Ausgangssignale beseitigen, falls die Drehgeschwindigkeit
des rotierenden Objekts extrem klein ist. Daher wählt die
Auswählschaltung 364 entweder
das erste oder das zweite Kandidatenpulssignal gemäß der Drehgeschwindigkeit
des rotierenden Objekts als ihr Ausgangssignal aus. Mit anderen Worten,
die Ausgangsschaltung 364 wählt die ersten Kandidatenpulssignale
aus, falls die Drehgeschwindigkeit des rotierenden Objekts niedriger
als eine voreingestellte Geschwindigkeit ist, oder wählt andererseits
die zweiten Kandidatenpulssignale aus. Auf diese Weise wird ein
Erfassungsfehler infolge eines Abtastfehlers beseitigt.The AC coupling circuit 357 eliminates the offsets of the Hall elements. The second candidate pulse signal shaping circuit 363 has substantially the same structure as the pulse signal shaping circuit 262 of the second embodiment. The second candidate pulse signal shaping circuit 363 forms or generates the second candidate pulse signals from the output signals of the Hall elements 30 to 35 , their offsets by means of the AC coupling circuit 357 which were corrected by the pulse signal shaping circuit 262 of the second embodiment, wherein the AC coupling circuit 357 a circuit is made up of smaller capacitors than the offset matching circuit 256 consists. In particular, the AC coupling circuit 357 do not eliminate the offsets of the output signals if the rotational speed of the rotating object is extremely small. Therefore, the selection circuit selects 364 either the first or the second candidate pulse signal according to the rotational speed of the rotating object as its output signal. In other words, the output circuit 364 selects the first candidate pulse signals if the rotational speed of the rotating object is lower than a preset speed, or otherwise selects the second candidate pulse signals. In this way, a detection error due to a sampling error is eliminated.
(Viertes Ausführungsbeispiel)(Fourth Embodiment)
Eine
Drehwinkelerfassungsvorrichtung 410 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die 13 und 14 beschrieben.A rotation angle detecting device 410 according to the fourth embodiment of the invention will be described below with reference to the 13 and 14 described.
Gemäß der Darstellung
in den 13 und 14 umfasst
die Drehwinkelerfassungsvorrichtung 410 achtzehn (18) Hallelemente 430 bis 447,
die entsprechend eines Kreises angeordnet sind zur Bereitstellung
von sechsunddreißig
(36) Kandidatenwinkeln, deren Phasenwinkel jeweils 10° zueinander unterschiedlich
ist. Die Hallelemente 439 bis 447 gemäß der Darstellung
in 13 können
an diagonal gegenüberliegenden
Seiten des Kreises angeordnet werden, so dass jedes Hallelement
an einer Position angeordnet ist, die bezüglich der Mitte des Kreises
zu einer Position nicht symmetrisch ist, bei der ein anderes Hallelement
angeordnet ist, wie es in 14 gezeigt
ist, indem auf einfache Weise die Phase der Ausgangssignale derselben
umgekehrt wird.As shown in the 13 and 14 includes the rotation angle detecting device 410 eighteen (18) Hall elements 430 to 447 arranged in a circle to provide thirty-six (36) candidate angles whose phase angles are each different by 10 ° from each other. The hall elements 439 to 447 as shown in 13 can be arranged on diagonally opposite sides of the circle, so that each Hall element is arranged at a position which is not symmetrical with respect to the center of the circle to a position at which another Hall element is arranged, as shown in FIG 14 is shown by simply reversing the phase of the output signals thereof.
Da
die in 13 gezeigte Anordnung weitere
Abstände
(beispielsweise 20°)
zwischen den Hallelementen (mit Ausnahme des Abstands zwischen den
Hallelementen 430 und 447) bereitstellt, ist es einfacher,
Zuführungsleitungen
zum Verbinden der Hallelemente zwischen den Hallelementen anzuordnen,
als in der Anordnung gemäß der Darstellung
in 14 mit dazwischen angeordneten Abständen von
10°. Mit
anderen Worten, die Anordnung gemäß der Darstellung in 13 kann
die Chipgröße des Sensorchips
kleiner als in der Anordnung von 14 ermöglichen.
In bevorzugter Weise sind die Hallelemente 430 und 443 als
die Grund-Hallelemente vorgesehen, die den Grund-Hallelementen 30 und 31 der
vorherigen Ausführungsbeispiele
entsprechen, da diese an Posi tionen mit einem Winkelabstand von 90° zueinander
angeordnet sind.Since the in 13 shown arrangement further distances (for example 20 °) between the Hall elements (with the exception of the distance between the Hall elements 430 and 447 ), it is easier to arrange feed lines for connecting the Hall elements between the Hall elements than in the arrangement as shown in FIG 14 with intervals of 10 ° between them. In other words, the arrangement as shown in FIG 13 the chip size of the sensor chip can be smaller than in the arrangement of 14 enable. Preferably, the Hall elements 430 and 443 provided as the basic Hall elements, the basic Hall elements 30 and 31 correspond to the previous embodiments, since these are arranged on Posi functions at an angular distance of 90 ° to each other.
(Fünftes Ausführungsbeispiel)(Fifth Embodiment)
Eine
Drehwinkelerfassungsvorrichtung 510 gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel wird nachstehend
unter Bezugnahme auf 15 beschrieben.A rotation angle detecting device 510 according to the fifth embodiment will be described below with reference to 15 described.
Achtzehn
Hallelemente 430 bis 447 sind in zwei Gruppen
aufgeteilt, die jeweils entsprechend zweier konzentrischer Kreise 90 und 91 angeordnet sind:
die Hallelemente 430 bis 438 sind auf dem inneren
Kreis 90 mit Intervallen von 20° angeordnet; und die Hallelemente 439 bis 447 sind
auf dem Kreis 91 mit Intervallen von 20° angeordnet. Die Hallelemente 430 bis 438 sind
bezüglich
der Hallelemente 439 bis 447 um 10° in der Drehrichtung
versetzt.Eighteen Hall elements 430 to 447 are divided into two groups, each corresponding to two concentric circles 90 and 91 are arranged: the Hall elements 430 to 438 are on the inner circle 90 arranged at intervals of 20 °; and the hall elements 439 to 447 are on the circle 91 arranged at intervals of 20 °. The hall elements 430 to 438 are with respect to the Hall elements 439 to 447 offset by 10 ° in the direction of rotation.
Diese
Anordnung stellt jedenfalls weitere Abstände zwischen den Hallelementen
bereit, so dass die Verbindungsleitungen zum Verbinden der Hallelemente
auf einfache Weise zwischen den Hallelementen ausgebildet werden
können,
und wobei auf diese Weise ein kompakter Sensorchip bereitgestellt
werden kann.These
Arrangement provides any further distances between the Hall elements
ready so that the connecting lines for connecting the hall elements
be formed in a simple manner between the Hall elements
can,
and thus providing a compact sensor chip
can be.
(Sechstes Ausführungsbeispiel)(Sixth Embodiment)
Eine
Drehwinkelerfassungsvorrichtung 610 gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel
wird nachstehend unter Bezugnahme auf 16 beschrieben.A rotation angle detecting device 610 according to the sixth embodiment will be described below with reference to 16 described.
Achtzehn
Hallelemente 430 bis 447 sind in zwei Gruppen
aufgeteilt, die jeweils auf dem Kreis 90 in unterschiedlichen
Schichten (Ebenen) des Sensorchips angeordnet sind.Eighteen Hall elements 430 to 447 are divided into two groups, each on the circle 90 are arranged in different layers (planes) of the sensor chip.
Die
Hallelemente 430 bis 438 sind auf einer Schicht
mit Intervallen von 20° angeordnet,
und die Hallelemente 439 bis 447 sind auf einer
weiteren Schicht mit denselben Intervallen angeordnet. Die Hallelemente 430 bis 438 sind
von den Hallelementen 439 bis 447 um 10° in der Drehrichtung
versetzt. Diese Anordnung stellt ebenfalls weitere Abstände zwischen
den Hallelementen bereit, so dass Verbindungsleitungen zum Verbinden
der Hallelemente zwischen den Hallelementen auf einfachere Weise ausgebildet
werden können,
so dass ein kompakter Sensorchip bereitgestellt werden kann.The hall elements 430 to 438 are arranged on a layer with intervals of 20 °, and the Hall elements 439 to 447 are arranged on another layer with the same intervals. The hall elements 430 to 438 are from the hall elements 439 to 447 offset by 10 ° in the direction of rotation. This arrangement also provides further gaps between the Hall elements, so that connection lines for connecting the Hall elements between the Hall elements can be formed in a simpler manner, so that a compact sensor chip can be provided.
(Abwandlungen)(Modifications)
Die
Drehwinkelerfassungsvorrichtung gemäß der Erfindung kann auch die
nachfolgenden Abwandlungen aufweisen:
- (1) die
vorstehend beschriebenen Hallelemente können durch Magnetwiderstandselemente
ersetzt werden;
- (2) die Grund-Hallelemente 30 und 31 des ersten oder
dritten Ausführungsbeispiels
können
durch drei oder mehr Hallelemente ersetzt werden;
- (3) die Hallelemente 30 bis 35 des zweiten
oder dritten Ausführungsbeispiels
oder die Hallelemente 430 bis 447 des vierten
bis sechsten Ausführungsbeispiels
können
durch zwei oder mehr Hallelemente ersetzt werden;
- (4) die Grund-Hallelemente 30 und 31, der
Verstärker 52,
der A/D-Wandler 54, die Offsetanpassungsschaltung 56, die
Drehwinkelsignalformungsschaltung 60 und die Pulssignalformungsschaltung 62 können in
verschiedene Gruppen zur Anordnung mittels unterschiedlicher Chips aufgeteilt
werden; und
- (5) die Offsetanpassungsschaltung 256 kann durch eine
AC-Kopplungsschaltung ersetzt werden.
The rotation angle detecting device according to the invention may also have the following modifications: - (1) the above-described Hall elements can be replaced by magnetic resistance elements;
- (2) the fundamental Hall elements 30 and 31 of the first or third embodiment may be replaced by three or more Hall elements;
- (3) the Hall elements 30 to 35 of the second or third embodiment or the Hall elements 430 to 447 of the fourth to sixth embodiments may be replaced by two or more Hall elements;
- (4) the basic Hall elements 30 and 31 , the amplifier 52 , the A / D converter 54 , the offset adjustment circuit 56 , the rotation angle signal forming circuit 60 and the pulse signal shaping circuit 62 can be divided into different groups for arrangement by means of different chips; and
- (5) the offset matching circuit 256 can be replaced by an AC coupling circuit.
In
der vorstehenden Beschreibung der vorliegenden Erfindung wurde die
Erfindung in Verbindung mit speziellen Ausführungsbeispielen derselben
offenbart. Es ist jedoch offensichtlich, dass unterschiedliche Abwandlungen
und Änderungen
der speziellen Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung möglich
sind, ohne von dem Bereich der Erfindung entsprechend den zugehörigen Patentansprüchen abzuweichen.In
the foregoing description of the present invention has been the
Invention in conjunction with specific embodiments thereof
disclosed. However, it is obvious that different modifications
and changes
the specific embodiments
of the present invention possible
are without departing from the scope of the invention according to the appended claims.
Somit
umfasst eine Drehwinkelerfassungsschaltung 10, 210, 310, 410, 510 und 610 zur
Erfassung eines Drehwinkels eines rotierenden Objekts Permanentmagnetteile 20, 22 und 24 zum
Erzeugen eines Magnetfelds, Hallelemente 30 bis 35 und 430 bis 447,
die in dem Magnetfeld angeordnet sind, eine analoge Drehwinkelsignalformungsschaltung 60 und eine
Pulssignalformungsschaltung 62, 262, 362 und 363,
die aus den analogen Sensorsignalen der Hallelemente, ein Ausgangspulssignal
formt bzw. erzeugt, dessen Pegel sich ändert, wenn der Drehwinkel
des rotierenden Objekts einem von voreingestellten Kandidatenwinkeln
entspricht.Thus, a rotation angle detection circuit includes 10 . 210 . 310 . 410 . 510 and 610 for detecting a rotation angle of a rotating object permanent magnet parts 20 . 22 and 24 for generating a magnetic field, Hall elements 30 to 35 and 430 to 447 which are arranged in the magnetic field, an analog rotation angle signal shaping circuit 60 and a pulse signal shaping circuit 62 . 262 . 362 and 363 which forms from the analog sensor signals of the Hall elements, an output pulse signal whose level changes when the rotation angle of the rotating object corresponds to one of preset candidate angles.