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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Rotationserfassungssensor zur
Erfassung von sowohl einer Rotationsposition als auch einer Rotationsrichtung
eines rotierenden Körpers.
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Die
US 6,452,381 , welche der
JP-A-H11-237256 entspricht,
offenbart einen Rotationserfassungssensor zur Erfassung einer Rotationsposition
eines rotierenden Körpers mit einer Verzahnung. Diese Art
von Rotationserfassungssensor weist einen Bias-Magneten und zwei
Magnetsensoren auf. Der Bias-Magnet erzeugt ein zur Verzahnung des
rotierenden Körpers gerichtetes Magnetfeld. Wenn der rotierende
Körper rotiert, ändert sich das Magnetfeld mit
einer Bewegung zwischen Kopf und Fuß der Verzahnung. Jeder
Magnetsensor erfasst die Änderung des Magnetfeldes und
gibt ein Sensorsignal mit einer unterschiedlichen Phase aus. Die
Rotationsposition des rotierenden Körpers wird auf der Grundlage
der Sensorsignale erfasst.
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Es
sind, wie vorstehend beschrieben, wenigstens zwei Magnetsensoren
erforderlich, um eine Rotationsposition eines rotierenden Körpers
zu erfassen. Gleichermaßen sind wenigstens zwei Magnetsensoren
erforderlich, um eine Rotationsrichtung des rotierenden Körpers
zu erfassen. Folglich muss der Rotationserfassungssensor wenigstens
vier Magnetsensoren aufweisen, wenn er dazu ausgelegt ist, nicht
nur die Rotationsposition, sondern ebenso die Rotationsrichtung
des rotierenden Körpers zu erfassen. Mit einer zunehmenden
Anzahl von Magnetsensoren im Rotationserfassungssensor erhöht
sich folglich auch die Größe des Rotationserfassungssensors.
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Es
ist folglich Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Rotationserfassungssensor
bereitzustellen, der dazu ausgelegt ist, sowohl die Rotationsposition
als auch die Rotationsrichtung eines rotierenden Körpers
unter Verwendung einer verringerten Anzahl von Magnetsensoren zu
erfassen.
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Ein
Rotationserfassungssensor zur Erfassung von sowohl einer Rotationsposition
als auch einer Rotationsrichtung eines rotierenden Körpers
mit einem Zahnrad weist einen Magneten, mehrere Magnetsensoren,
ein Rotationspositionserfassungsmittel und ein Rotationsrichtungserfassungsmittel
auf. Der Magnet erzeugt ein zu einem Zahnradzahn des rotierenden
Körpers gerichtetes Magnetfeld. Die Magnetsensoren sind
zwischen dem Zahnrad und dem Magneten angeordnet und fluchten entlang
einer imaginären geraden Linie, die senkrecht zu einer
magnetischen Mittelachse des Magneten verläuft. Die Magnetsensoren
geben Sensorsignale aus, die in der Phase voneinander verschoben
sind. Jedes Sensorsignal weist einen Spannungs- oder Stromwert auf,
der sich in Abhängigkeit des Magnetfeldes ändert.
Das Rotationspositionserfassungsmittel empfängt die Sensorsignale
von wenigstens zwei der mehreren Magnetsensoren. Das Rotationspositionserfassungsmittel
unterzieht die empfangenen Sensorsignale einer Differenzoperation,
um ein eine Rotationsposition des rotierenden Körpers anzeigendes Positionssignal
auszugeben. Das Rotationsrichtungserfassungsmittel empfängt
das Sensorsignal von wenigstens einem der wenigstens zwei Magnetsensoren.
Das Rotationsrichtungserfassungsmittel gibt ein Richtungssignal,
das eine Rotationsrichtung des rotierenden Körpers anzeigt,
auf der Grundlage des Positionssignals und des empfangenen Sensorsignals
aus.
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Die
obige und weitere Aufgaben, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden
Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung, die unter Bezugnahme
auf die beigefügte Zeichnung gemacht wurde, näher
ersichtlich sein. In der Zeichnung zeigt:
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1 eine
Abbildung zur Veranschaulichung eines Rotationserfassungssensors
gemäß einer ersten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung;
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2A eine
Abbildung zur Veranschaulichung von Magnetwiderstandselementen,
die auf einem Sensorchip des in der 1 gezeigten
Rotationserfassungssensors befestigt sind, 2B eine Abbildung
zur Veranschaulichung jedes in der 2A gezeigten
Magnetwiderstandselements, und 2C eine
Abbildung zur Veranschaulichung einer Ersatzschaltung der 2B;
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3 einen
Schaltplan des in der 1 gezeigten Rotationserfassungssensors;
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4A eine
Abbildung zur Veranschaulichung von magnetischen Mitten der in der 2A gezeigten
Magnetwiderstandselemente, 4B ein Diagramm
zur Veranschaulichung von Ausgängen von Operationsverstärkern,
die in einem Signalprozessor des in der 1 gezeigten
Rotationserfassungssensors enthalten sind, und 4C ein
Diagramm zur Veranschaulichung von Ausgängen von Komparatoren,
die in dem Signalprozessor enthalten sind;
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5A eine
Abbildung zur Veranschaulichung der Ausgänge der Komparatoren
zu einem Zeitpunkt, an dem sich ein Rotor in einer Vorwärtsrichtung
dreht, und 5B eine Abbildung zur Veranschaulichung
der Ausgänge der Komparatoren zu einem Zeitpunkt, an dem
sich der Rotor in einer Rückwärtsrichtung dreht;
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6A eine
Schaltung zur Veranschaulichung einer Verbindung zwischen dem Sensorchip und
den Operationsverstärkern des in der 1 gezeigten
Rotationserfassungssensors, und 6B ein
Diagramm zur Veranschaulichung von Ausgängen der in der 6A gezeigten
Operationsverstärker;
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7A eine
Schaltung zur Veranschaulichung einer Verbindung zwischen einem
Sensorchip und Operationsverstärkern eines Rotationserfassungssensors
gemäß einem ersten Vergleichsbeispiel, und 7B ein
Diagramm zur Veranschaulichung von Ausgängen der in der 7A gezeigten Operationsverstärker;
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8A eine
Schaltung zur Veranschaulichung einer Verbindung zwischen einem
Sensorchip und Operationsverstärkern eines Rotationserfassungssensors
gemäß einer zweiten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung, und 8B ein
Diagramm zur Veranschaulichung von Ausgängen der in der 8A gezeigten
Operationsverstärker;
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9A eine
Schaltung zur Veranschaulichung einer Verbindung zwischen einem
Sensorchip und Operationsverstärkern eines Rotationserfassungssensors
gemäß einem zweiten Vergleichsbeispiel, und 9B ein
Diagramm zur Veranschaulichung von Ausgängen der in der 9A gezeigten Operationsverstärker;
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10A eine Schaltung zur Veranschaulichung einer
Verbindung zwischen einem Sensorchip und Operationsverstärkern
eines Rotationserfassungssensors gemäß einer Modifikation
der zweiten Ausführungsform, und 10B ein
Diagramm zur Veranschaulichung von Ausgängen der in der 10A gezeigten Operationsverstärker;
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11A eine Schaltung zur Veranschaulichung einer
Verbindung zwischen einem Sensorchip und Operationsverstärkern
eines Rotationserfassungssensors gemäß einer dritten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und 11B ein Diagramm zur Veranschaulichung von Ausgängen
der in der 11A gezeigten Operationsverstärker;
und
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12A eine Schaltung zur Veranschaulichung einer
Verbindung zwischen einem Sensorchip und Operationsverstärkern
eines Rotationserfassungssensors gemäß einem dritten
Vergleichsbeispiel, und 12B ein
Diagramm zur Veranschaulichung von Ausgängen der in der 12A gezeigten Operationsverstärker.
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(Erste Ausführungsform)
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Ein
Rotationserfassungssensor 10 gemäß einer
ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist,
wie in 1 gezeigt, einen Sensorchip 20a, einen
Bias-Magneten 30 und einen Signalprozessor 40 auf.
Der Rotationserfassungssensor 10 ist dazu ausgelegt, sowohl
eine Rotationsposition als auch eine Rotationsrichtung eines Rotors
R zu erfassen. Der Rotationserfassungssensor 10 kann beispielsweise
dazu verwendet werden, einen Kurbelwellewinkel eines Verbrennungsmotors
zu erfassen.
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Der
Rotor R rotiert beispielsweise zusammen mit einer als Rotationsachse
dienenden Kurbelwelle eines Motors (nicht gezeigt). Der Rotor R
weist, wie in 1 gezeigt, ein Zahnrad G auf,
das um seinen Umfang herum angeordnet ist. Das Zahnrad G ist beispielsweise
aus einem magnetischen Material aufgebaut und weist einen Zahnradzahn
T bestehend aus einem Kopf T1 und einem Fuß T2 auf. In der 1 stellt
C eine Rotationsmitte des Rotors R dar.
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Der
Bias-Magnet 30 ist in der Form einer hohlen Röhre
ausgebildet und erzeugt ein zum Zahnradzahn T gerichtetes Magnetfeld.
Der Bias-Magnet 30 weist eine Stirnfläche und
eine auf der gegenüberliegenden Seite der Stirnfläche
liegende Rückseitenoberfläche auf. Die Stirnfläche
des Bias-Magneten 30 befindet sich auf der Seite des Rotors
R, und die Rückseitenoberfläche des Bias-Magneten 30 befindet
sich auf der Seite des Signalprozessors 40. Der Bias-Magnet 30 ist
derart gebildet, dass die Stirnfläche oder die Rückseitenoberfläche
als Nordpol und die andere der beiden Flächen als Südpol
dienen kann. Der Bias-Magnet 30 ist beispielsweise derart bezüglich
des Rotors R positioniert, dass eine Mittelachse J0 des Bias-Magneten 30 die
Rotationsmitte C des Rotors R schneiden kann. Folglich verläuft
eine magnetische Mitte des Bias-Magneten 30 im Wesentlichen
senkrecht zum Zahnrad G. In der 1 stellt
K1 eine imaginäre Mittellinie dar, die eine Mittellinie
des Sensorchips 20a in dessen Längsrichtung anzeigt,
und stellt K2 eine imaginäre gerade Linie dar, die senkrecht
zur imaginären Mittellinie K1 verläuft.
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Der
Sensorchip 20a weist, wie in 2A gezeigt,
eine rechteckige Platine und drei MRE-(Magnetwiderstandselement)-Brücken 21–23 auf,
die auf der Platine befestigt sind. Die Anzahl der MRE-Brücken
im Sensorchip 20 kann variieren. Der Sensorchip 20a kann
beispielsweise gebildet werden, indem die MRE-Brücken 21–23 auf
einem aus Kupfer aufgebauten Leiterrahmen befestigt werden und der
Leiterrahmen mit einem wärmehärtenden Harz, wie
beispielsweise Epoxydharz, verkapselt wird.
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Der
Sensorchip 20a ist derart zwischen dem Rotor R und dem
Bias-Magneten 30 angeordnet, dass die MRE-Brücken 21–23 entlang
der imaginären geraden Linie K2 fluchten. Der Sensorchip 20a ist teilweise
innerhalb des hohlrohrförmigen Bias-Magneten 30 angeordnet,
derart, dass sich die imaginäre Mittellinie K1 (d. h. die
Mittellinie des Sensorchips 20a in dessen Längsrichtung)
im Wesentlich mit der Mittelachse J0 des Bias-Magneten 30 überschneiden kann.
Folglich verbindet die imaginäre Mittellinie K1 die Rotationsmitte
C des Rotors R und die imaginäre gerade Linie K2 im kürzesten
Abstand. Die MRE-Brücke 22 ist so nahe wie möglich
an der imaginären Mittellinie K1 angeordnet.
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Die
MRE-Brücke 22 ist, wie in 2A gezeigt,
zwischen den MRE-Brücken 21, 23 angeordnet.
Ein Abstand L1 zwischen den MRE-Brücken 21, 22 ist
in einer Richtung entlang der imaginären geraden Linie
K2 gleich einem Abstand 12 zwischen den MRE-Brücken 22, 23.
Jede der MRE-Brücken 21–23 wird
mit einer Energieversorgungsspannung E bezüglich eines
Referenzpotentials (d. h. eines Massepotentials) Gnd versorgt.
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Bei
der ersten Ausführungsform liegt die MRE-Brücke 22,
die zwischen den MRE-Brücken 21, 23 angeordnet
ist, auf der imaginären Mittellinie K1. Folglich ist die
MRE-Brücke 22 dichter an dem Rotor R als die MRE-Brücken 21, 23 angeordnet.
D. h., ein Abstand zwischen dem Rotor R und der MRE-Brücke 22 ist
geringer als ein Abstand zwischen dem Rotor R und irgendeiner der
MRE-Brücken 21, 23.
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Jede
der MRE-Brücken 21–23 weist,
wie in 2B gezeigt, vier MRE-Elemente
MREa–MREd auf, von denen jedes aus einem ferromagnetischen Material
(z. B. einer Nickel-Kobalt- oder einer Nickel-Eisen-Legierung) mit
einem anisotropen Magnetwiderstandseffekt aufgebaut ist. Jedes der
Elemente MREa–MREd weist lange und kurze Abschnitte auf,
die in Form eines Kamms verbunden sind. Die Elemente MREa–MREd
weisen Widerstände, Ra, Rb, Rc bzw. Rd auf.
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Eine
Widerstandsänderung in jedem der Elemente MREa–MREd
tritt eher durch den langen als durch den kurzen Abschnitt bedingt
auf. Folglich weist jedes der Elemente MREa–MREd eine Erfassungsachse
auf, die in einer Richtung entlang des langen Abschnitts ausgerichtet
ist. Da sich der lange Abschnitt von jedem der Elemente MREa-MREd
in unterschiedlicher Richtung erstreckt, ist die Erfassungsachse
von jedem der Elemente MREa–MREd in eine unterschiedliche
Richtung ausgerichtet. Die Anzahl und die Länge der langen
und kurzen Abschnitte sind unter den Elemente MREa–MREd gleich.
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Die
vier Elemente MREa–MREd sind, wie in 2B gezeigt,
in einer Matrix bestehend aus zwei Reihen und zwei Spalten angeordnet.
Insbesondere ist das Elemente MREa in der ersten Reihe und in der ersten
Spalte, das Elemente MREb in der zweiten Reihe und in der ersten
Spalte, das Elemente MREc in der ersten Reihe und in der zweiten
Spalte und das Elemente MREd in der zweiten Reihe und in der zweiten
Spalte angeordnet. Jede Spalte ist parallel zur magnetischen Mitte
des Bias-Magneten 30 ausgerichtet, und jede Reihe ist entlang
der Rotationsrichtung des Rotors R ausgerichtet. Die Erfassungsachse
von jedem der Elemente MREa, MREd ist in einem Winkel von ungefähr
45 Grad bezüglich der magnetischen Mitte des Bias-Magneten 30 ausgerichtet.
Die Erfassungsachse von jedem der Elemente MREb, MREc ist in einem
Winkel von ungefähr minus 45 Grad bezüglich der
magnetischen Mitte des Bias-Magneten 30 ausgerichtet.
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Folglich
verläuft die Erfassungsachse von jedem der Elemente MREa,
MREd orthogonal zur Erfassungsachse von jedem der Elemente MREb, MREc.
Wenn sich die Widerstände Ra, Rd der Elemente MREa, MREd
mit einer Änderung eines auf die MRE-Brücken 21–23 aufgebrachten
Magnetfeldes erhöhen, verringern sich die Widerstände
Rb, Rc der Elemente MREb, MREc mit der Magnetfeldänderung.
Demgegenüber erhöhen sich die Widerstände Rb,
Rc der Elemente MREb, MREc mit der Magnetfeldänderung,
wenn sich die Widerstände Ra, Rd der Elemente MREa, MREd
mit der Magnetfeldänderung verringern.
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Die
Elemente MREa, MREd, MREb und MREc sind, wie deutlich in der 2C gezeigt,
in der erwähnten Reihenfolge zwischen der Energieversorgungsspannung
E und dem Massepotential Gnd in Reihe geschaltet. Insbesondere ist
das Element MREa mit seinem einen Ende mit der Energieversorgungsspannung
E und mit seinem anderen Ende mit dem Element MREd verbunden. Das
Element MREd ist mit seinem einen Ende mit dem Element MREa und
mit seinem anderen Ende mit dem Element MREb verbunden. Das Element
MREb ist mit seinem einen Ende mit dem Element MREd und mit seinem anderen
Ende mit dem Element MREc verbunden. Das Element MREc ist mit seinem
einen Ende mit dem Element MREb und mit seinem anderen Ende mit
dem Massepotential Gnd verbunden. Ein Potential an einem Knoten
zwischen den Elementen MREd, MREb der MRE-Brücke 21 wird
als Sensorsignal V1 ausgegeben. Gleichermaßen wird ein
Potential V2 an einem Knoten zwischen den Elementen MREd, MREb der
MRE-Brücke 22 als Sensorsignal V2 ausgegeben.
Gleichermaßen wird ein Potential zwischen den Elementen
MREd, MREb der MRE-Brücke 23 als Sensorsignal
V3 ausgegeben. Alternativ können die Elemente MREc, MREb,
MREd und MREa in der er wähnten Reihenfolge zwischen der
Energieversorgungsspannung E und dem Massepotential Gnd in Reihe
geschaltet werden.
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Das
von der MRE-Brücke 21 ausgegebene Sensorsignal
V1 wird durch die folgende Gleichung beschrieben. V1
= E(Rb + Rσ1 + Rc + Rσ2)/(Ra + Rσ1 +
Rb + Rσ2 + Rc + Rσ1 + Rd + Rσ2)
=
E(Rb + Rc + (Rσ1 + Rσ2))/(Ra + Rb + Rc + Rd + 2(Rσ1
+ Rσ2))
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In
der obigen Gleichung beschreiben Rσ1, Rσ2 Widerstandsänderungen,
die aus magnetostriktiven Effekten resultieren, die durch externe
Belastungen σ1, σ2 verursacht werden, die auf
die MRE-Brücke 21 aufgebracht werden. Ein Term
"Rσ1 + Rσ2" ist sowohl im Zähler als
auch im Nenner der Gleichung enthalten. Folglich wird das Sensorsignal V1
dann, wenn die Widerstände Ra–Rd der Elemente MREa–MREd
gleich sind, nicht durch eine Differenz zwischen den externen Belastungen σ1, σ2
beeinflusst.
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Die
Elemente MREa, MREd sind in verschiedenen Spalten der Matrix angeordnet,
und die Elemente MREb, MREc sind in verschiedenen Spalten der Matrix
angeordnet. Insbesondere sind die Elemente MREc, MREd in der zweiten
Spalte angeordnet, während die Elemente MREa, MREb in der
ersten Spalte angeordnet sind. Folglich kann die Summe der magnetostriktiven
Effekte in den Elementen MREa, MREd selbst dann, wenn verschiedene
externe Belastungen σ1, σ2 jeweils auf die erste
bzw. die zweite Spalte aufgebracht werden, gleich der Summe der
magnetostriktiven Effekte in den Elementen MREb, MREc sein. Folglich
kann das Sensorsignal V1 dann, wenn die Widerstände Ra–Rd
der Elemente MREa–MREd jeweils gleich sind, genau die Richtung des
auf die MRE-Brücke 21 aufgebrachten Bias-Magnetfeldes
anzeigen, unabhängig von der Differenz zwischen den externen
Belastungen σ1, σ2. Jede der MRE-Brücken 22, 23 ist
gleich der MRE-Brücke 21 aufgebaut.
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Die
Sensorsignale V1–V3 weisen verschiedene Phasen auf. D.
h., die Sensorsignale V1–V3 sind in der Phase voneinander
verschoben. Der Signalprozessor 40 emp fängt die
Sensorsignale V1–V3 vom Sensorchip 20a und unterzieht
die Sensorsignale V1–V3 einer Differenzoperation.
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Der
Signalprozessor 40 weist beispielsweise, wie in 3 gezeigt,
Operationsverstärker (op-amp) 41, 42,
Komparatoren 43, 44 und eine Signalverarbeitungsschaltung 48 auf.
Der op-amp 41 weist eine Verstärkung von α (z.
B. zwei oder drei) und der op-amp 42 eine Verstärkung
von β (z. B. zwei oder drei) auf.
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Der
op-amp 41 weist einen nichtinvertierenden Eingang (+) zum
Empfangen des Sensorsignals V1 von der MRE-Brücke 21 und
einen invertierenden Eingang (–) zum Empfangen des Sensorsignals
V2 von der MRE-Brücke 22 auf. Der op-amp 41 multipliziert
eine Differenz zwischen den Sensorsignalen V1, V2 mit einer Verstärkung α,
um so ein Differenzsignal Vm(=α(V1 – V2) an den
Komparator 43 zu geben. Der Komparator 43 weist
einen ersten Eingang zum Empfangen des Differenzsignals Vm vom op-amp 41 und
einen zweiten Eingang zum Empfangen einer Referenzspannung Vrefm
als Schwellenwertspannung Vth auf.
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Der
op-amp 42 weist einen nichtinvertierenden Eingang (+) zum
Empfangen des Sensorsignals V2 von der MRE-Brücke 22 und
einen invertierenden Eingang (–) zum Empfangen des Sensorsignals
V3 von der MRE-Brücke 23 auf. Der op-amp 42 multipliziert
eine Differenz zwischen den Sensorsignalen V2, V3 mit einer Verstärkung β,
um so ein Differenzsignal Vs(=β(V2 – V3)) an den
Komparator 44 zu geben. Der Komparator 44 weist
einen ersten Eingang zum Empfangen des Differenzsignals Vs vom op-amp 42 und
einen zweiten Eingang zum Empfangen einer Referenzspannung Vrefs
als Schwellenwertspannung Vth auf.
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Wenn
das vom op-amp 41 ausgegebene Differenzsignal Vm, wie in 4B gezeigt,
die Schwellenwertspannung Vth überschreitet, nimmt ein
Ausgangssignal Cm des Komparators 43 einen High-(H)-Pegel
an. Demgegenüber nimmt das Ausgangssignal Cm des Komparators 43 einen L-(Low)-Pegel
an, wenn das Differenzsignal Vm die Schwellenwertspannung Vth unterschreitet.
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Ein
Spitzenwert des Differenzsignals Vm stellt eine magnetische Mitte
J1 dar, die sich im Wesentlichen in der Mitte zwischen den MRE-Brücken 21, 22 befindet.
Folglich kann durch eine Abstimmung der Schwellenwertspannung Vth
bestimmt werden, dass sich der Zahnradzahn T des Rotors R in unmittelbarer
Nähe der magnetischen Mitte J1 der MRE-Brücken 21, 22 befindet.
Folglich kann die Rotationsposition des Rotors R auf der Grundlage
des Differenzsignals Vm erfasst werden. Insbesondere kann die Rotationsposition
des Rotors R auf der Grundlage eines logischen Pegels des Ausgangssignals
Cm des Komparators 43 erfasst werden.
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Wenn
das vom op-amp 42 ausgegebene Differenzsignal Vs, wie in 4B gezeigt,
die Schwellenwertspannung Vth überschreitet, nimmt ein
Ausgangssignal Cs des Komparators 44 einen H-Pegel an.
Demgegenüber nimmt das Ausgangssignal Cs des Komparators 44 einen
L-Pegel an, wenn das Differenzsignal Vs die Schwellenwertspannung
Vth unterschreitet.
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Ein
Spitzenwert des Differenzsignals Vs stellt eine magnetische Mitte
J2 dar, die sich im Wesentlichen in der Mitte zwischen den MRE-Brücken 22, 23 befindet.
Folglich kann durch eine Abstimmung der Schwellenwertspannung Vth
bestimmt werden, dass sich der Zahnradzahn T des Rotors R in unmittelbarer
Nähe der magnetischen Mitte J2 der MRE-Brücken 22, 23 befindet.
Folglich kann die Rotationsposition des Rotors R auf der Grundlage
des Differenzsignals Vs erfasst werden. Insbesondere kann die Rotationsposition
des Rotors R auf der Grundlage eines logischen Pegels des Ausgangssignals
Cs des Komparators 44 erfasst werden.
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Gemäß obiger
Beschreibung kann die Rotationsposition des Rotors R auf der Grundlage
von wenigstens einem der Differenzsignale Vm, Vs erfasst werden.
Bei der ersten Ausführungsform wird die Rotationsposition
des Rotors R unter Verwendung von nur dem Differenzsignal Vm erfasst.
Das Differenzsignal Vs wird zur Erfassung der Rotationsrichtung
des Rotors R verwendet.
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Gemäß obiger
Beschreibung weist das vom op-amp 42 ausgegebene Differenzsignal
Vs an der magnetischen Mitte J2, die sich im Wesentlich in der Mitte
zwischen den MRE-Brücken 22, 23 befindet,
einen Spitzenwert auf, während, das vom op-amp 41 ausgegebene
Differenzsignal Vm an der magnetischen Mitte J1, die sich im Wesentlichen
in der Mitte zwischen den MRE-Brücken 21, 22 befindet,
einen Spitzenwert aufweist. Folglich kann die Rotationsrichtung
des Rotors R auf der Grundlage eines Positionsverhältnisses
zwischen den Differenzsignalen Vm, Vs erfasst werden. Es wird angemerkt,
dass jede der MRE-Brücken 21–23 mit
Magnetwiderstandselementen aufgebaut ist. Aufgrund der Eigenschaften der
Magnetowiderstandselemente können die Differenzsignale
Vm, Vs, wie in 4B gezeigt, einen schmalen bzw.
spitzen Spitzenwert aufweisen.
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Das
Positionsverhältnis zwischen den Differenzsignalen Vm,
Vs kann beispielsweise als Positionsverhältnis zwischen
ansteigenden Flanken der Ausgangssignale Cm, Cs der Komparatoren 43, 44 betrachtet
werden. Insbesondere nähert sich der Zahnradzahn T dem
Sensorchip 20a von einer Seite der MRE-Brücke 21 aus,
wenn der Rotor R, wie in 5A gezeigt,
in einer Vorwärtsrichtung For rotiert. Folglich wird das
Differenzsignal Vm an den Komparator 43 gegeben, bevor
das Differenzsignal Vs an den Komparator 44 gegeben wird.
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Folglich
nimmt das Ausgangssignal Cm des Komparators 43 einen H-Pegel
an, bevor das Ausgangssignal Cs des Komparators 44 einen
H-Pegel annimmt. D. h., das Ausgangssignal Cs des Komparators 44 verbleibt,
wie in 5A gezeigt, in einem Moment,
in welchem das Ausgangssignal Cm des Komparators 43 vom
L- zum H-Pegel wechselt, bei dem L-Pegel. Der Moment ist in der 5A durch
einen Kreis gekennzeichnet.
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Wenn
der Rotor R demgegenüber, wie in 5B gezeigt,
in einer Rückwärtsrichtung Rev rotiert, nähert
sich der Zahnradzahn T dem Sensorchip 20 von einer Seite
der MRE-Brücke 23 aus. Folglich wird das Differenzsignal
Vs an den Komparator 44 gegeben, bevor das Differenzsignal
Vm an den Komparator 43 gegeben wird.
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Folglich
nimmt das Ausgangssignal Cs des Komparators 44 einen H-Pegel
an, bevor das Ausgangssignal Cm des Komparators 43 einen
H-Pegel annimmt. D. h., das Ausgangssignal Cs des Komparators 44 verbleibt,
wie in 5B gezeigt, in einem Moment,
in welchem das Ausgangssignal Cm des Komparators 43 vom
L- zum H-Pegel wechselt, bei dem H-Pegel. Der Moment ist in der 5B durch
einen Kreis gekennzeichnet.
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Folglich
kann die Rotationsrichtung des Rotors R auf der Grundlage des logischen
Pegels des Ausgangssignals Cs des Komparators 44 erfasst werden.
Insbesondere wird dann, wenn das Ausgangssignal Cs des Komparators 44 in
einem Moment, in welchem das Ausgangssignal Cm des Komparators 43 vom
L- zum H-Pegel wechselt, bei dem L-Pegel verbleibt, bestimmt, dass
der Rotor R in der Vorwärtsrichtung rotiert. Wenn das Ausgangssignal Cs
des Komparators 44 in dem Moment, in welchem das Ausgangssignal
Cm des Komparators vom L- zum H-Pegel wechselt, bei dem H-Pegel
verbleibt, bestimmt, dass der Rotor in der Rückwärtsrichtung rotiert.
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Wie
aus den 4B, 4C ersichtlich wird,
kann die Länge der H-Pegel-Periode der Ausgangssignale
Cm, Cs durch eine Abstimmung der Verstärkungen α, β,
der op-amp 41, 42 und der Schwellenwertspannung
Vth der Komparatoren 43, 44 abgestimmt werden.
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Bei
der ersten Ausführungsform sind die Verstärkungen α, β und
die Schwellenwertspannung Vth beispielsweise derart abgestimmt,
dass die H-Pegel-Periode des Ausgangssignals Cs länger
als die H-Pegel-Periode des Ausgangssignals Cm sein kann, und dass
das Ausgangssignal Cm im Wesentlichen in der Mitte der H-Pegel-Periode
des Ausgangssignals Cs vom L- zum H-Pegel wechseln kann. Bei solch
einem Ansatz wird der logische Pegel des Ausgangssignals Cs in dem
Moment, in welchem das Ausgangssignal Cm vom L- zum H-Pegel wechselt,
sicher erfasst, so dass die Rotationsrichtung des Rotors R genau
erfasst werden kann.
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In
dem Signalprozessor 40 empfängt die Signalverarbeitungsschaltung 48,
wie in 3 gezeigt, die Ausgangssignale Cm, Cs von den
Komparatoren 43, 44. Die Signalverarbeitungsschaltung 48 unterzieht
die Ausgangssignale Cm, Cs einer Signalverarbeitung, um die Rotationsposition
und die Rotationsrichtung des Rotors R zu erfassen. Anschließend
gibt die Signalverarbeitungsschaltung 48 Rotationspositionsdaten
Dp, welche die Rotationsposition des Rotors R anzeigen, und Rotationsrichtungsdaten
Dd, welche die Rotationsrichtung des Rotors R anzeigen, aus. Die
Signalverarbeitungs schaltung 48 kann beispielsweise eine
logische Schaltung, einen digitalen Signalprozessor (DSP) und/oder
dergleichen aufweisen.
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So
nehmen die Rotationspositionsdaten Dp beispielsweise einen H-Pegel
an, wenn sich der Zahnradzahn T des Rotors R innerhalb eines vorbestimmten
Winkelbereichs befindet. Demgegenüber nehmen die Rotationspositionsdaten
Dp einen L-Pegel an, wenn sich der Zahnradzahn T außerhalb
des vorbestimmten Winkelbereichs befindet. Die Rotationsrichtungsdaten
Dd nehmen beispielsweise einen L-Pegel an, wenn der Rotor R in der
Vorwärtsrichtung rotiert. Die Rotationsrichtungsdaten Dd
nehmen einen H-Pegel an, wenn der Rotor R in der Rückwärtsrichtung
rotiert.
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Gemäß dem
Rotationserfassungssensor 10 der ersten Ausführungsform
ist der Sensorchip 20a, wie vorstehend beschrieben, dazu
ausgelegt, sowohl die Rotationsposition als auch die Rotationsrichtung des
Rotors R unter Verwendung von drei MRE-Brücken 21–23 zu
erfassen. Der Sensorchip 20a ist derart zwischen dem Zahnrad
G des Rotors R und dem Bias-Magneten 30 angeordnet, dass
die MRE-Brücken 21–23 entlang
der imaginären geraden Linie K2, die senkrecht zur Mittelachse
J0 des Bias-Magneten 30 verläuft, fluchten können.
Da die MRE-Brücke 22 zwischen den MRE-Brücken 21, 23 angeordnet
ist, ist die MRE-Brücke 22 näher am Rotor
R als die MRE-Brücken 21, 23 angeordnet.
D. h., der Abstand zwischen dem Rotor R und der MRE-Brücke 22 ist kürzer
als der Abstand zwischen dem Rotor R und irgendeiner der MRE-Brücken 21, 23.
Die von den MRE-Brücken 21–23 ausgegebenen
Sensorsignale V1–V3 sind in der Phase voneinander verschoben.
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Der
op-amp 41 unterzieht die Sensorsignale V1, V2 der Differenzoperation.
Insbesondere multipliziert der op-amp 41 die Differenz
zwischen den Sensorsignalen V1, V2 mit der Verstärkung α,
um so das Differenzsignal Vm auszugeben. Der Komparator 43 vergleicht
das Differenzsignal Vm mit der Schwellenwertspannung Vth (d. h.
der Referenzspannung Vrefm) und gibt das Ausgangssignal Cm in Übereinstimmung
mit dem Vergleichsergebnis aus. Die Rotationsposition des Rotors
R wird auf der Grundlage des logischen Pegels des Ausgangssignals
Cm erfasst.
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Der
op-amp 42 unterzieht die Sensorsignale V2, V3 der Differenzoperation.
Insbesondere multipliziert der op-amp 42 die Differenz
zwischen den Sensorsignalen V2, V3 mit der Verstärkung β,
um so das Differenzsignal Vs auszugeben. Die MRE-Brücke 22, welche
das Sensorsignal V2 ausgibt, ist so nahe wie möglich an
der imaginären Mittellinie K1 angeordnet. Die MRE-Brücke 23,
welche das Sensorsignal V3 ausgibt, ist weiter als die MRE-Brücke 22 von
der imaginären Mittellinie K1 entfernt angeordnet. Die imaginäre
Mittellinie K1 verbindet die Rotationsmitte C des Rotors R und die
imaginäre gerade Linie K2 im kürzesten Abstand.
Der Komparator 43 vergleicht das Differenzsignal Vs mit
der Schwellenwertspannung Vth (d. h. der Referenzspannung Vrefs)
und gibt das Ausgangssignal Cs in Übereinstimmung mit dem Vergleichsergebnis
aus. Die Rotationsrichtung des Rotors R wird auf der Grundlage de
logischen Pegel der Ausgangssignale Cm, Cs erfasst.
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Die
erste Ausführungsform kann unter Bezugnahme auf die 6A, 6B wie
folgt zusammengefasst werden. Die Rotationsposition des Rottors
R wird, wie in 6A gezeigt, unter Verwendung von
zwei Sensorsignalen A, M erfasst, die von den MRE-Brücken 21 bzw. 22 ausgegeben
werden. Das von der MRE-Brücke 22 ausgegebene
Sensorsignal M wird ebenso zur Erfassung der Rotationsrichtung des
Rotors R verwendet. Bei solch einem Ansatz kann die Anzahl von MRE-Brücken
(d. h. Magnetsensoren), die dazu ausgelegt ist, die Rotationsrichtung des
Rotors R zu erfassen, verringert werden.
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In
der 6A werden die von den MRE-Brücken 21, 22 ausgegebenen
Sensorsignale A, M derart an den op-amp 41 gegeben, dass
der op-amp 41 ein Differenzsignal A – M an den
Komparator 43 (nicht in der 6A gezeigt)
gibt. Gleichermaßen werden die von den MRE-Brücken 22, 23 ausgegebenen
Sensorsignale M, D derart an den op-amp 42 gegeben, dass
der op-amp 42 ein Differenzsignal M – D an den
Komparator 44 (nicht in der 6A gezeigt)
gibt. In der 6B werden die Differenzsignale A – M,
M – D als Ablenkwinkel eines magnetischen Vektors dargestellt.
Die Komparatoren 43, 44 geben die Ausgangssignale
Cm, Cs aus, indem sie die Differenzsignale A – M, M – D
mit der Schwellenwertspannung Vth vergleichen.
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Die 7A und 7B zeigen
ein erstes Vergleichsbeispiel, in dem zwei MRE-Brücken
dazu ausgelegt sind, die Rotationsrichtung des Rotors R zu erfassen.
Ein Sensorchip 100a des ersten Vergleichsbeispiels weist,
wie in 7A gezeigt, vier MRE-Brücken 21, 102, 103, 24 auf.
Sensorsignale A, C, die von den MRE-Brücken 21, 103 ausgegeben werden,
werden derart an den op-amp 41 gegeben, dass der op-amp 41 ein
Differenzsignal A – C an den Komparator 43 (nicht
in der 7A gezeigt) gibt. Sensorsignale
B, D, die von den MRE-Brücken 102, 24 ausgegeben
werden, werden derart an den op-amp 42 gegeben, dass der
op-amp 42 ein Differenzsignal B – D an den Komparator 44 (nicht
in der 7A gezeigt) gibt.
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Die
Komparatoren 43, 44 können die Ausgangssignale
Cm, Cs, wie in der 7B gezeigt, ausgeben, indem
sie die Differenzsignale A – C, B – D mit der
Schwellenwertspannung Vth vergleichen. Folglich kann das erste Vergleichsbeispiel,
gleich der ersten Ausführungsform, sowohl die Rotationsposition
als auch die Rotationsrichtung des Rotors R erfassen. Während
der Sensorchip 20a der ersten Ausführungsform
drei MRE-Brücken 21–23 verwendet,
verwendet der Sensorchip 100a des ersten Vergleichsbeispiels
vier MRE-Brücken 21, 24, 102, 103.
Folglich ist der Sensorchip 100a länger (d. h.
größer) als der Sensorchip 20a ausgebildet.
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Gemäß dem
Rotationserfassungssensor 10 der ersten Ausführungsform
unterzieht der op-amp 41 die Sensorsignale V1, V2 einer
Differenzoperation, um so das Differenzsignal Vm auszugeben. Das Differenzsignal
Vm basiert auf der magnetischen Mitte J1, die im Wesentlichen in
der Mitte zwischen den MRE-Brücken 21, 22 angeordnet
ist. Der op-amp 42 unterzieht die Sensorsignale V2, V3
einer Differenzoperation, um so das Differenzsignal Vs auszugeben. Das
Differenzsignal Vs basiert auf der magnetischen Mitte J2, die im
Wesentlichen in der Mitte zwischen den MRE-Brücken 22, 23 angeordnet
ist. Da die magnetischen Mitten J1, J2, wie in den 4A und 4B gezeigt,
an verschiedenen Positionen angeordnet sind, weisen die Differenzsignale
Vm, Vs an verschiedenen Positionen einen Spitzenwert auf. Folglich
kann die Rotationsrichtung des Rotors R auf der Grundlage des Positionsverhältnisses
zwischen den Differenzsignalen Vm, Vs erfasst werden. Bei solch
einem Ansatz kann die Anzahl der MRE-Brücken im Sensorchip 20a verringert
werden. Folglich kann die Länge des Sensor chips 20a in
der Richtung entlang der imaginäre Linie K2 derart verringert
werden, dass die Größe des Sensorchips 20a verringert werden
kann.
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Die
erste Ausführungsform kann wie folgt zusammengefasst werden.
Der op-amp 41 und der Komparator 43 bilden ein Rotationspositionserfassungsmittel.
Das Rotationspositionserfassungsmittel unterzieht die Sensorsignale
V1, V2 einer Differenzoperation und gibt ein Positionssignal Vm
(Cm) aus, welches die Rotationsposition des Rotors R anzeigt. Der
op-amp 42, der Komparator 44 und die Signalverarbeitungsschaltung 48 bilden
ein Rotationsrichtungserfassungsmittel. Das Rotationsrichtungserfassungsmittel
gibt ein Richtungssignal Dd, welches die Rotationsrichtung des Rotors
R anzeigt, auf der Grundlage des Positionssignals Vm und des Sensorsignals
V2 aus. Auf diese Weise wird das Sensorsignal V2 sowohl an das Rotationspositionserfassungsmittel
als auch an das Rotationsrichtungserfassungsmittel gegeben. Genauer
gesagt, die MRE-Brücke 22 wird vom Rotationspositionserfassungsmittel
und vom Rotationsrichtungserfassungsmittel gemeinsam genutzt und
dazu verwendet, nicht nur die Rotationsposition, sondern ebenso
die Rotationsrichtung des Rotors R zu erfassen. Die gemeinsam genutzte MRE-Brücke 22 ist
näher an der imaginären Mittellinie K1 als die
MRE-Brücken 21, 23 angeordnet.
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(Zweite Ausführungsform)
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Nachstehend
wird ein Rotationserfassungssensor 11 gemäß einer
zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter
Bezugnahme auf die 8A und 8B beschrieben.
Die erste und die zweite Ausführungsform unterscheiden
sich wie folgt. Ein Sensorchip 20b des Rotationserfassungssensors 11 weist
eine rechteckige Platine und fünf MRE-Brücken 21–25 auf,
die auf der Platine befestigt sind. Die MRE-Brücken 21–25 fluchten
in der erwähnten Reihenfolge zu regelmäßigen
Intervallen derart entlang der imaginären geraden Linie
K2, dass die MRE-Brücke 23 in der Mitte der fünf
MRE-Brücken 21–25 angeordnet
werden kann. Die MRE-Brücken 24, 25 sind auf
die gleiche Weise wie die MRE-Brücken 21–23 aufgebaut,
die vorstehend in Verbindung mit der ersten Ausführungsform
unter Bezugnahme auf die 2B, 2C beschrieben
wurden.
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Gleich
dem Sensorchip 20a der ersten Ausführungsform
ist der Sensorchip 20b teilweise innerhalb des hohlrohrförmigen
Bias-Magneten 30 angeordnet, derart, dass sich die imaginäre
Mittellinie K1 (d. h. eine Mittellinie des Sensorchips 20b in
dessen Längsrichtung) im Wesentlichen mit der Mittelachse J0
des Bias-Magneten 30 überschneidet. Die MRE-Brücke 23 ist
so nahe wie möglich an der imaginären Mittellinie
K1 angeordnet.
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Bei
der zweiten Ausführungsform weist ein Signalprozessor op-amp 41a–41c, 42,
die Komparatoren 43, 44 (nicht in der 8A gezeigt)
und die Signalverarbeitungsschaltung 48 (nicht in der 8A gezeigt)
auf. Ein von der MRE-Brücke 21 ausgegebenes Sensorsignal
A wird an jeden nichtinvertierenden Eingang (+) der op-amp 41b, 42 gegeben.
Ein von der MRE-Brücke 22 ausgegebenes Sensorsignal
B wird an einen nichtinvertierenden Eingang (+) des op-amp 41a gegeben.
Ein von der MRE-Brücke 24 ausgegebenes Sensorsignal
wird an einen invertierenden Eingang (–) des op-amp 41a gegeben.
Ein von der MRE-Brücke 25 ausgegebenes Sensorsignal D
wird an einen invertierenden Eingang (–) des op-amp 41b gegeben.
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Der
op-amp 41a unterzieht die Sensorsignale B, C einer Differenzoperation.
Insbesondere multipliziert der op-amp 41a eine Differenz
zwischen den Sensorsignalen B, C mit einer Verstärkung
von beispielsweise zwei, um so ein Differenzsignal 2(B – C) auszugeben.
Der op-amp 41b unterzieht die Sensorsignale A, D einer
Differenzoperation. Insbesondere multipliziert der op-amp 41b eine
Differenz zwischen den Sensorsignalen A, D mit einer Verstärkung
von beispielsweise eins, um so ein Differenzsignal A – D auszugeben.
Die Differenzsignale 2(B – C), A – D werden an
den op-amp 41c gegeben. Der op-amp 41c unterzieht
die Differenzsignale 2(B – C), A – D einer Differenzoperation.
Insbesondere multipliziert der op-amp 41c eine Differenz
zwischen den Differenzsignalen 2(B – C), A – D
mit einer Verstärkung von beispielsweise zwei, um so ein
Differenzsignal 2(B – C) – (A – D) entsprechend
dem Positionssignal Vm der ersten Ausführungsform auszugeben.
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Ein
von der MRE-Brücke 23 ausgegebenes Sensorsignal
M wird an einen invertierenden Eingang (–) des op-amp 42 gegeben.
Der op-amp 42 unterzieht die Sensorsignale A, M einer Differenzoperation.
Insbesondere multipliziert der op-amp 42 eine Diffe renz
zwischen den Sensorsignalen A, M mit einer Verstärkung
von beispielsweise eins, um so ein Differenzsignal A – M
entsprechend dem Differenzsignal Vs der ersten Ausführungsform
auszugeben.
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Bei
dem Sensorchip 20b sind die MRE-Brücken 21, 25 symmetrisch
zur imaginären Mittellinie K1 angeordnet. Gleichermaßen
sind die MRE-Brücken 22, 24 symmetrisch
zur imaginären Mittellinie K1 angeordnet. Da die Sensorsignale
A, B, C, D unterschiedlich an den op-amp 41a, 41b gegeben
werden, stimmt eine magnetische Mitte J1 der MRE-Brücken 21, 22, 24, 25 im
Wesentlichen mit der imaginären Linie K1 überein.
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Das
an den nichtinvertierenden Eingang (+) des op-amp 42 gegebene
Sensorsignal A wird von der MRE-Brücke 21 ausgegeben,
die am weitesten von der imaginären Linie K1 entfernt angeordnet
ist. Demgegenüber wird das an den invertierenden Eingang
(–) des op-amp 42 gegebene Sensorsignal M von
der MRE-Brücke 23 ausgegeben, die auf der imaginären
Linie K1 liegt. Folglich befindet sich eine magnetische Mitte J2
der MRE-Brücken 21, 23 im Wesentlichen
in der Mitte zwischen den MRE-Brücken 21, 23.
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Gemäß dem
Rotationserfassungssensor 11 der zweiten Ausführungsform
unterzieht der op-amp 42 die Sensorsignale A, M, wie vorstehend
beschrieben, einer Differenzoperation, um so das Differenzsignal
Vs (d. h. A – M) auszugeben. Das Differenzsignal Vs basiert
auf der magnetischen Mitte J2, die sich im Wesentlichen in der Mitte
zwischen den MRE-Brücken 21, 23 befindet.
Die op-amp 41a–41c unterziehen die Signale
A, B, C, D einer Differenzoperation, um so das Differenzsignal Vm
(d. h. 2(B – C) – (A – D)) auszugeben.
Das Differenzsignal Vm basiert auf der magnetischen Mitte J1, die
im Wesentlichen mit der imaginären Mittellinie K1 übereinstimmt.
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Da
die magnetischen Mitten J1, J2, wie in den 8A und 8B gezeigt,
an verschiedenen Positionen angeordnet sind, weisen die Differenzsignale
Vm, Vs an verschiedenen Positionen Spitzenwerte auf. Folglich kann
die Rotationsrichtung des Rotors R, wie bei der ersten Ausführungsform,
auf der Grundlage des Positionsverhältnisses zwischen den
Differenzsignalen Vm, Vs erfasst werden.
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Die
Sensorsignale A, B, C, D werden von den MRE-Brücken 21, 22, 24, 25 ausgegeben,
die symmetrisch zur imaginären Mittellinie K1 angeordnet
sind. Die MRE-Brücke 23 ist auf der imaginären Mittellinie
K1 angeordnet. Folglich ist die MRE-Brücke 23 näher
an der imaginären Mittellinie K1 als irgendeine der anderen
MRE-Brücken 21, 22, 24, 25 angeordnet.
D. h., ein Abstand zwischen der MRE-Brücke 23 und
der imaginären Mittellinie K1 ist geringer als ein Abstand
zwischen irgendeiner der MRE-Brücken 21, 22, 24, 25 und
der imaginären Mittellinie K1.
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Die
magnetische Mitte J2 der MRE-Brücken 21, 23 ist
weiterer von der imaginären Mittellinie K1 entfernt angeordnet
als eine magnetische Mitte der MRE-Brücken 22, 23 und
eine magnetische Mitte der MRE-Brücken, 23, 24.
Bei solch einem Ansatz kann eine Phasendifferenz zwischen dem Differenzsignal Vm
(d. h. 2(B – C) – (A – D)) und dem Differenzsignal Vs
(d. h. (A – M)), wie in 8B gezeigt,
derart erhöht werden, dass die Rotationsrichtung des Rotors R
sicher erfasst werden kann.
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Die 9A und 9B zeigen
ein zweites Vergleichsbeispiel, in dem zwei MRE-Brücken
dazu ausgelegt sind, die Rotationsrichtung des Rotors R zu erfassen.
Ein Sensorchip 100b des zweiten Vergleichsbeispiels weist
sechs MRE-Brücken 21–25, 106 auf.
Ein von der MRE-Brücke 21 ausgegebenes Sensorsignal
A wird an den nichtinvertierenden Eingang (+) des op-amp 41b gegeben,
und ein von der MRE-Brücke 22 ausgegebenes Sensorsignal
B wird an den nichtinvertierenden Eingang (+) des op-amp 41a gegeben.
Ein von der MRE-Brücke 24 ausgegebenes Sensorsignal
C wird an den invertierenden Eingang (–) des op-amp 41a gegeben,
und ein von der MRE-Brücke 25 ausgegebenes Sensorsignal
D wird an den invertierenden Eingang (–) des op-amp 41b gegeben.
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Der
op-amp 41a multipliziert eine Differenz zwischen den Sensorsignalen
B, C mit einer Verstärkung von zwei, um so ein Differenzsignal
2(B – C) auszugeben. Der op-amp 41b multipliziert
eine Differenz zwischen den Sensorsignalen A, D mit einer Verstärkung
von eins, um so ein Differenzsignal A – D auszugeben. Die
Differenzsignale 2(B – C), A – D werden derart
an den op-amp 41c gegeben, dass der op-amp 41c ein
Differenzsignal 2(B – C) – (A – D), welches
dem Differenzsignal Vm entspricht, an den Komparator 43 ausgibt.
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Ein
von der MRE-Brücke 23 ausgegebenes Sensorsignal
M wird an den invertierenden Eingang (–) des op-amp 42 gegeben,
und ein von der MRE-Brücke 106 ausgegebenes Sensorsignal
E wird an den nichtinvertierenden Eingang (+) des op-amp 42 gegeben.
Der op-amp 42 multipliziert eine Differenz zwischen den
Sensorsignalen E, M mit einer Verstärkung von eins, um
so ein Differenzsignal E – M, welches dem Differenzsignal
Vs entspricht, an den Komparator 44 auszugeben.
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Die
Komparatoren 43, 44 können die Ausgangssignale
Cm, Cs, wie in der 9B gezeigt, ausgeben, indem
sie die Differenzsignale 2(B – C) – (A – D),
E – M mit der Schwellenwertspannung Vth vergleichen. Folglich
kann das zweite Vergleichsbeispiel, gleich der zweiten Ausführungsform,
sowohl die Rotationsposition als auch die Rotationsrichtung des
Rotors R erfassen. Während der Sensorchip 20b der
zweiten Ausführungsform fünf MRE-Brücken 21–25 verwendet,
verwendet der Sensorchip 100b des zweiten Vergleichsbeispiels
sechs MRE-Brücken 21–25, 106.
Folglich ist der Sensorchip 100b länger (d. h.
größer) als der Sensorchip 20b ausgebildet.
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Gemäß dem
Rotationserfassungssensor 11 der zweiten Ausführungsform
wird die MRE-Brücke 21, wie vorstehend beschrieben,
dazu verwendet, sowohl die Rotationsposition als auch die Rotationsrichtung
des Rotors R zu erfassen. Bei solch einem Ansatz wird die Anzahl
von MRE-Brücken im Sensorchip 20b derart verringert,
dass die Länge (d. h. die Größe) des
Sensorchips 20b verringert werden kann. Ferner wird die
Phasendifferenz zwischen den Differenzsignalen Vm, Vs derart erhöht,
dass die Rotationsrichtung des Rotors R sicher erfasst werden kann.
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Die
zweite Ausführungsform kann wie folgt zusammengefasst werden.
Der op-amp 41a–41c und der Komparator 43 bilden
ein Rotationspositionserfassungsmittel. Das Rotationspositionserfassungsmittel
unterzieht die Sensorsignale A – D einer Differenzoperation
und gibt ein Positionssignal Vm(Cm) aus, welches die Rotationsposition
des Rotors R anzeigt. Der op-amp 42, der Komparator 44 und
die Signalverarbeitungsschaltung 48 bilden ein Rotationsrichtungserfassungsmittel.
Das Rotationsrichtungserfassungsmittel gibt ein Richtungssignal
Dd, welches die Rotationsrichtung des Rotors R anzeigt, auf der
Grundlage des Positionssignals Vm und des Sensorsignals A aus. Auf diese
Weise wird das Sensorsignal A sowohl an das Rotationspositionserfassungsmittel
als auch an das Rotationsrichtungserfassungsmittel gegeben. Genauer
gesagt, die MRE-Brücke 21 wird vom Rotationspositionserfassungsmittel
und vom Rotationsrichtungserfassungsmittel gemeinsam genutzt und
dazu verwendet, nicht nur die Rotationsposition, sondern ebenso
die Rotationsrichtung des Rotors R zu erfassen. Die gemeinsam genutzte MRE-Brücke 21 ist
am weitesten von der imaginären Mittellinie K1 entfernt
angeordnet.
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Der
Sensorchip 20b kann beispielsweise zu einem in den 10A, 10B gezeigten
Sensorchip 20c modifiziert werden. Aus einem Vergleich
der 8A, 8B mit den 10A, 10B wird
ersichtlich, dass die zwei Sensorsignale B, M, die von den MRE-Brücken 22, 23 des
Sensorchips 20b ausgegeben werden, zu einem einzigen Sensorsignal
B kombiniert werden, das von der MRE-Brücke 22 des Sensorchips 20c ausgegeben
wird. Das Sensorsignal B wird zusätzlich zum nichtinvertierenden
Eingang (+) des op-amp 41a an den invertierenden Eingang
(–) des op-amp 42 gegeben. Auf diese Weise gibt
der op-amp 42 ein dem Differenzsignal Vs entsprechendes
Differenzsignal A – B aus.
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Der
Sensorchip 20c kann auf die gleiche Weise wie der Sensorchip 20b arbeiten.
Der op-amp 42 unterzieht die Sensorsignale A, B einer Differenzoperation,
um so das Differenzsignal Vs (d. h. A – B) auszugeben.
Das Differenzsignal Vs basiert auf der magnetischen Mitte J2, die
im Wesentlichen in der Mitte zwischen den MRE-Brücken 21, 22 angeordnet ist.
Die op-amp 41a–41c unterzieht die Sensorsignale
A, B, C, D einer Differenzoperation, um so das Differenzsignal Vm
(d. h. 2(B – C) – (A – D)) auszugeben.
Das Differenzsignal Vm basiert auf der magnetischen Mitte J1, die
im Wesentlichen mit der imaginären Mittellinie K1 übereinstimmt.
Da die magnetischen Mitten J1, J2, wie in den 10A, 10B gezeigt,
an verschiedenen Positionen angeordnet sind, weisen die Differenzsignale
Vm, Vs an verschiedenen Positionen Spitzenwerte auf. Folglich kann
die Rotationsrichtung des Rotors R, wie bei der ersten Ausführungsform,
auf der Grundlage des Positionsverhältnisses zwischen den
Differenzsignalen Vm, Vs erfasst werden. Da die Phasendifferenz
zwischen den Differenzsignalen Vm, Vs erhöht ist, kann die
Rotationsrichtung des Rotors R sicher erfasst werden.
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(Dritte Ausführungsform)
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Nachstehend
wird ein Rotationserfassungssensor 12 gemäß einer
dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter
Bezugnahme auf die 11A und 11B beschrieben.
Die erste und die dritte Ausführungsform unterscheiden
sich wie folgt. Ein Sensorchip 20d der dritten Ausführungsform weist
eine rechteckige Platine und zwei MRE-Brücken 21, 22 auf,
die auf der Platine befestigt sind. Gleich dem Sensorchip 20a der
ersten Ausführungsform ist der Sensorchip 20d teilweise
innerhalb des hohlrohrförmigen Bias-Magneten 30 angeordnet, derart,
dass die imaginäre Mittellinie K1 (d. h. eine Mittellinie
des Sensorchips 20d in dessen Längsrichtung) im
Wesentlichen mit der Mittelachse J0 des Bias-Magneten 30 übereinstimmt.
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Bei
der dritten Ausführungsform weist ein Signalprozessor einen
op-amp 41, einen Verstärker 47, die Komparatoren 43, 44 (nicht
in der 11A gezeigt) und die Signalverarbeitungsschaltung 48 (nicht in
der 11A gezeigt) auf.
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Ein
von der MRE-Brücke 21 ausgegebenes Sensorsignal
B wird an einen nichtinvertierenden Eingang (+) des op-amp 41 gegeben,
und ein von der MRE-Brücke 22 ausgegebenes Sensorsignal
C wird an einen invertierenden Eingang (–) des op-amp 41 gegeben.
Der op-amp 41 unterzieht die Sensorsignale B, C einer Differenzoperation.
Insbesondere multipliziert der op-amp 41 eine Differenz
zwischen den Sensorsignalen B, C mit einer Verstärkung
von beispielsweise eins, um so ein Differenzsignal B – C, welches
dem Differenzsignal Vm entspricht, an den Komparator 43 auszugeben.
Das Sensorsignal C wird ebenso an den Verstärker 47 gegeben.
Der Verstärker 47 gibt das dem Differenzsignal
Vs entsprechende Sensorsignal C an den Komparator 44.
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Die 12A, 12B zeigen
ein drittes Vergleichsbeispiel, in dem zwei MRE-Brücken
dazu ausgelegt sind, eine Rotationsrichtung des Rotors R zu erfassen.
Ein Sensorchip 100d des dritten Vergleichsbeispiels weist
drei MRE-Brücken 21, 23, 103 auf.
Ein von der MRE-Brücke 21 ausgegebenes Sensorsignal
B wird an den nichtinvertierenden Eingang (+) des op-amp 41 gegeben,
und ein von der MRE-Brücke 23 ausgegebenes Sensorsignal
C wird an einen invertierenden Eingang (–) des op-amp 41 gegeben.
Ein von der MRE-Brücke 103 ausgegebenes Sensorsignal
M wird an den Verstärker 47 gegeben. Folglich
kann das dritte Vergleichsbeispiel, gleich der dritten Ausführungsform,
sowohl die Rotationsposition als auch die Rotationsrichtung des
Rotors R erfassen. Während der Sensorchip 20d der dritten
Ausführungsform zwei MRE-Brücken 21, 22 verwendet,
verwendet der Sensorchip 100d des dritten Vergleichsbeispiels
drei MRE-Brücken 21, 23, 103.
Folglich ist der Sensorchip 100d länger (d. h. größer)
als der Sensorchip 20d ausgebildet.
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Die
dritte Ausführungsform kann wie folgt zusammengefasst werden.
Der op-amp 41 und der Komparator 43 bilden ein
Rotationspositionserfassungsmittel. Das Rotationspositionserfassungsmittel unterzieht
die Sensorsignale B, C einer Differenzoperation und gibt ein Positionssignal
Vm (Cm) aus, welches die Rotationsposition des Rotors R anzeigt.
Der Verstärker 47, der Komparator 44 und
die Signalverarbeitungsschaltung 48 bilden ein Rotationsrichtungserfassungsmittel.
Das Rotationsrichtungserfassungsmittel gibt ein Richtungssignal
Dd, welches die Rotationsrichtung des Rotors R anzeigt, auf der Grundlage
des Positionssignals Vm und des Sensorsignals C aus. Auf diese Weise
wird das Sensorsignal C sowohl an das Rotationspositionserfassungsmittel
als auch an das Rotationsrichtungserfassungsmittel gegeben. Genauer
gesagt, die MRE-Brücke 22 wird vom Rotationspositionserfassungsmittel
und vom Rotationsrichtungserfassungsmittel gemeinsam genutzt und
dazu verwendet, nicht nur die Rotationsposition, sondern ebenso
die Rotationsrichtung des Rotors R zu erfassen.
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(Modifikationen)
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Die
vorstehend beschriebenen Ausführungsformen können
auf verschiedene Weise modifiziert werden. So kann bei der dritten
Ausführungsform beispielsweise anstelle des Sensorsignals
C das Sensorsignal B sowohl an den op-amp 41 als auch an den
Verstärker 47 gegeben werden. Die MRE-Brücken 21, 22 können
als Hall-Element aufgebaut sein.
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Solche Änderungen
und Modifikationen sollen als mit im Schutzumfang der vorliegenden
Erfindung, so wie er in den beigefügten Ansprüchen
dargelegt wird, beinhaltet verstanden werden.
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Vorstehend
wurde ein Rotationserfassungssensor offenbart.
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Ein
Rotationserfassungssensor zur Erfassung von sowohl einer Rotationsposition
als auch einer Rotationsrichtung eines rotierenden Körpers
R mit einem Zahnrad G weist einen Magneten 30, mehrere
Magnetsensoren 21–25, ein Rotationspositionserfassungsmittel 41, 41a–41c, 43 und
ein Rotationsrichtungserfassungsmittel 42, 44, 48 auf.
Der Magnet 30 erzeugt ein Magnetfeld, das zu einem Zahn
T des Zahnrads G des rotierenden Körpers gerichtet ist. Wenn
der rotierende Körper R rotiert, geben die Magnetsensoren 21–25 Sensorsignale
aus, die in der Phase voneinander verschoben sind. Das Rotationspositionserfassungsmittel 41, 41a–41c, 43 unterzieht die
von wenigstens zwei Magnetsensoren empfangenen Signale einer Differenzoperation
und gibt ein Rotationspositionssignal aus. Das Rotationsrichtungserfassungsmittel 42, 44, 48 gibt
ein Rotationsrichtungssignal auf der Grundlage des Positionssignals und
des Sensorsignals aus, das von wenigstens einem der wenigstens zwei
Magnetsensoren empfangen wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - US 6452381 [0002]
- - JP 11-237256 A [0002]