DE102010001308A1

DE102010001308A1 - Hubsensor und Drehwinkelsensor

Info

Publication number: DE102010001308A1
Application number: DE102010001308A
Authority: DE
Inventors: Koichiro Kariya-city Matsumoto; Tetsuya Kariya-city Aoki; Takashi Kariya-city Kawashima; Tatsuya Kariya-city Kitanaka; Yoshiyuki Kairya-city Kono
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2009-01-29
Filing date: 2010-01-28
Publication date: 2010-08-05
Anticipated expiration: 2030-01-29
Also published as: JP4985730B2; US8368391B2; DE102010001308B4; US20100188074A1; JP2010197373A

Abstract

Ein Hubsensor (1) hat zwei Magnete (2, 3), welche in Querschnittsrichtung magnetisiert sind und in einer Längsrichtung angeordnet sind, sowie zwei magnetempfindliche Abschnitte (4, 5), die parallel zur Längsrichtung angeordnet sind. Die Magnete (2, 3) haben bogenförmig verlaufende Wölbungsendkanten (6, 7) und sind so magnetisiert, dass die Wölbungsendkanten (6, 7) einander entgegengesetzte Polaritäten haben. Somit fällt eine Verteilung einer Magnetflussdichte auf einer Anordnungsachse im Wesentlichen mit einer Sinuskurve zusammen. Der Magnetfluss mit einer derartigen Verteilung wird in Längsrichtung zusammen mit dem Magneten (2, 3) verschoben. Die magnetempflindlichen Abschnitte (4, 5) sind auf der Anordnungsachse voneinander um einen Betrag entsprechend einem Viertel eines Zyklus der Sinuskurve beabstandet. Somit wird der Hubsensor (1) nicht durch die Temperatur beeinflusst und hat eine hohe Erfassungsgenauigkeit.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Hubsensor, der einen linearen Verschiebungsbetrag (d. h. Hubbetrag) eines sensierten oder überwachten Körpers erfasst, der linear verschoben wird, sowie einen Drehwinkelsensor, der (zusätzlich oder alternativ) einen Drehwinkel des sensierten oder überwachten Körpers erfasst, der sich dreht.
Üblicherweise werden viele Ausgangswerte von Hubsensoren und Drehwinkelsensoren für verschiedene Steuerarten in einem Fahrzeug verwendet und nehmen in der Steuerung wichtige Positionen ein. Beispielsweise hat der Hubsensor ein bewegliches Bauteil, welches einen Magnetfluss bildet und welches linear abhängig von einer linearen Verschiebung eines überwachten Körpers verschoben wird, und ein festes Bauteil, welches den magnetischen Fluss (Magnetfluss, Induktionsfluss) erfasst und den Magnetfluss in einen elektrischen Ausgang zur Ausgabe dieses elektrischen Ausgangs wandelt. Der Drehwinkelsensor weist beispielsweise ein bewegliches Bauteil auf, welches einen Magnetfluss bildet und abhängig von der Drehung des zu überwachenden Körpers dreht, sowie ein festes Bauteil, welches den Magnetfluss erfasst und den Magnetfluss in einen elektrischen Ausgang wandelt, um diesen elektrischen Ausgang auszugeben.
Der Hubsensor und der Drehwinkelsensor berechnen entsprechende Ausgangswerte basierend auf den elektrischen Ausgängen, die von den jeweiligen festen Bauteilen ausgegeben werden. Eine elektronische Steuereinheit (ECU) erfasst einen Hubbetrag und einen Drehwinkel des überwachten Körpers basierend auf den Ausgangswerten und führt verschiedene Arten von Steuerverarbeitungen durch.
Der von dem beweglichen Bauteil gebildete Magnetfluss und der elektrische Ausgang, der vom festen Bauteil ausgegeben wird, schwanken temperaturabhängig. Damit können die Erfassungsgenauigkeit des Hubsensors und des Drehwinkelsensors nicht über einen Grenzwert hinaus, der von der Temperaturcharakteristik abhängig, verbessert werden. Im Hubsensor wird damit eine Korrelation zwischen dem Hubbetrag und dem Ausgangswert nicht zu einer idealen linearen Charakteristik. Im Drehwinkelsensor wird eine Korrelation zwischen dem Drehwinkel und dem Ausgangswert ebenfalls nicht zu einer idealen linearen Charakteristik.
Es wurde eine Positionssensor vorgeschlagen, der mittels zweier Magnete unterschiedlicher Polaritäten einen Magnetfluss bildet und mittels zweier anderer Magnete einen umgekehrten Magnetfluss bildet, wobei der Positionssensor Ausgangswerte an sowohl der Plusseite als auch der Minusseite über null hinweg erhalten kann (siehe beispielsweise JP-A-2004-286017 ). Jedoch schwanken der Magnetfluss und der elektrische Ausgang auch bei diesem Positionssensor abhängig von der Temperatur. Die Erfassungsgenauigkeit wird nicht besser als ein Grenzwert, der auf der Temperaturcharakteristik basiert. Wenn somit der Magnet dreht, während er linear verschoben wird, schwankt die erfasste Magnetflussdichte. Folglich nimmt ein Erfassungsfehler des Hubbetrags, der mit der Drehung des Magneten einhergeht, zu.
Es Ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, hochgenaue Ausgangswerte von Hubbetrag und Drehwinkel zu erhalten, auch wenn ein Magnetfluss oder ein elektrischer Ausgang temperaturabhängig schwanken, und einen Erfassungsfehler des Hubbetrags zu unterbinden, auch wenn ein Magnet sich dreht, während der Magnet linear verschoben wird.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung erfasst oder sensiert ein Hubsensor einen linearen Verschiebungsbetrag (d. h. Hubbetrag) eines zu überwachenden Körpers, der linear versetzt oder verschoben wird. Der Hubsensor hat einen Magneten, der in einer Richtung senkrecht zur Längsrichtung des Magneten magnetisiert ist, und zwei auf Magnetismus ansprechende Abschnitte (magnetempfindliche Abschnitte), die parallel zur Längsrichtung angeordnet sind, um einen Magnetfluss zu erfassen, der von dem Magneten gebildet wird, und um elektrische Ausgänge zu erzeugen.
Die beiden magnetempfindlichen Abschnitte sind so angeordnet, dass ihre magnetempfindlichen Oberflächen in der gleichen Richtung liegen. Der Magnet wird in Längsrichtung relativ zu den beiden magnetempfindlichen Abschnitten abhängig von der linearen Verschiebung des zu überwachenden Körpers verschoben und hat eine zu dem magnetempfindlichen Abschnitt weisende Umfangskante, die entlang der Magnetisierungsrichtung zu einer Anordnungsachse weist, auf der die beiden magnetempfindlichen Abschnitte angeordnet sind. Die zu dem magnetempfindlichen Abschnitt weisende Umfangskante hat eine gekrümmte Form derart, dass eine Korrelation zwischen einer Magnetflussdichte auf der Anordnungsachse und einer Koordinate der Anordnungsachse im Wesentlichen mit einer Sinuskurve zusammenfällt.
Somit werden eine Korrelation zwischen dem Hubbetrag des Magneten und der Magnetflussdichte, die basierend auf dem elektrischen Ausgang eines bestimmten der zwei magnetempfindlichen Abschnitte berechnet wird, und eine Korrelation zwischen dem Hubbetrag des Magneten und der Magnetflussdichte, die basierend auf dem elektrischen Ausgang des anderen der beiden magnetempfindlichen Abschnitte berechnet wird, zwei Sinuskurven mit gleichem Zyklus und unterschiedlichen Phasen. Die Phasendifferenz zwischen den beiden Sinuskurven kann aus einem Abstand zwischen den beiden magnetempfindlichen Abschnitten berechnet werden.
Somit kann die Temperaturcharakteristik des Magnetflusses und können die Temperaturcharakteristika der elektrischen Ausgänge aufgehoben werden, indem Summe und Differenz eines numerischen Werts basierend auf dem elektrischen Ausgang erhalten werden, der von einem bestimmten der magnetempfindlichen Abschnitte erhalten wird, und eines numerischen Werts basierend auf dem elektrischen Ausgang, der vom anderen der magnetempfindlichen Abschnitte erhalten wird, und durch Division der Differenz mit der Summe, um ein Beispiel zu nennen. Zusätzlich kann ein numerischer Wert äquivalent zu einem Tangens, welcher den Hubbetrag des Magneten als eine Variable verwendet, aus dem numerischen Wert erhalten werden, der durch die Division erhalten wird. Durch Anwenden einer inversen trigonometrischen Funktionsverarbeitung (Verarbeitung einer inversen trigonometrischen Funktion) auf den erhaltenen Tangens kann die Korrelation zwischen dem Hubbetrag des Magneten und dem numerischen Wert, der durch die inverse trigonometrische Funktionsverarbeitung erhalten wird, zu einer idealen linearen Charakteristik gemacht werden, welche von der Temperaturcharakteristik des Magnetflusses und den Temperaturcharakteristika der elektrischen Ausgänge unbeeinflusst ist.
Selbst wenn der Magnetfluss oder die elektrischen Ausgänge temperaturabhängig schwanken, kann ein hochgenauer Ausgangswert betreffend den Hubbetrag erhalten werden. Auch wenn sich der Magnet dreht, während er linear verschoben wird, ändern sich die Magnetflussdichten, die von den beiden magnetempfindlichen Abschnitten erfasst werden, entsprechend mit einer gleichen Rate. Somit kann ein Erfassungsfehler des Hubbetrags, der mit der Drehung des Magneten einhergeht, unterbunden werden.
Die oben erwähnte Form der zu dem magnetempfindlichen Abschnitt weisenden Umfangskante, welche die Korrelation zwischen der Magnetflussdichte auf der Anordnungsachse und der Koordinate der Anordnungsachse im Wesentlichen mit der Sinuskurve zusammenfallend macht, ist Teil einer quadratischen Kurve, beispielsweise ein Kreisbogen oder ein Ellipsenbogen (Segment). Die Form der zu dem magnetempfindlichen Abschnitt weisenden Umfangskante kann in Richtung der Anordnungsachse konvex verlaufen oder kann von der Anordnungsachse konkav weg verlaufen. Der hier und nachfolgend verwendete Begriff „Kante” bzw. „Umfangskante” sei im weitesten Sinn auch als „Fläche”, „Bereich”, „Seite” etc. verstanden.
Gemäß einem zweiten Aspekt oder vorteilhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung hat der Hubsensor weiterhin einen anderen Magneten, der eine zu einem magnetempfindlichen Abschnitt weisende Umfangskante in der gleichen Form wie die zum magnetempfindlichen Abschnitt weisende Umfangskante des Magneten hat. Der andere Magnet wird so magnetisiert, dass seine Polarität an der zum magnetempfindlichen Abschnitt weisenden Umfangskantenseite entgegengesetzt zu einer Polarität des Magneten an der zum magnetempfindlichen Abschnitt weisenden Umfangskantenseite des Magneten ist. Der andere Magnet wird zusammen mit dem Magneten relativ zu den beiden magnetempfindlichen Abschnitten verschoben, wobei eine Spiegelsymmetrie zwischen den zum magnetempfindlichen Abschnitt wesenden Umfangskanten des Magneten und des anderen Magneten über die Anordnungsachse hinweg beibehalten wird. Somit kann eine Robustheit gegenüber einer Positionsabweichung verbessert werden.
Gemäß einem dritten Aspekt oder vorteilhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung hat der Hubsensor weiterhin einen anderen magnetempfindlichen Abschnitt, der unterschiedlich zu den beiden magnetempfindlichen Abschnitten ist und der im Wesentlichen in einer gleichen Position wie wenigstens ein bestimmter der beiden magnetempfindlichen Abschnitte auf der Anordnungsachse angeordnet ist. Der andere magnetempfindliche Abschnitt hat eine magnetempfindliche Oberfläche, die nicht parallel zur magnetempfindlichen Oberfläche des bestimmten der beiden magnetempfindlichen Abschnitte ist. Der zu überwachende Körper wird linear verschoben und dreht sich. Der Magnet und der andere Magnet werden in Längsrichtung relativ zu den beiden magnetempfindlichen Abschnitten und dem anderen magnetempfindlichen Abschnitt verschoben und drehen gemäß der Drehung des zu überwachenden Körpers relativ zu den beiden magnetempfindlichen Abschnitten und dem anderen magnetempfindlichen Abschnitt.
Somit werden eine Korrelation zwischen dem Drehwinkel des Magneten und der Magnetflussdichte, berechnet basierend auf dem elektrischen Ausgang des bestimmten der beiden magnetempfindlichen Abschnitte, und eine Korrelation zwischen dem Drehwinkel des Magneten und der Magnetflussdichte, berechnet basierend auf dem elektrischen Ausgang des anderen magnetempfindlichen Abschnitts, zwei Sinuskurven mit gleichem Zyklus und unterschiedlichen Phasen. Die Phasendifferenz zwischen den beiden Sinuskurven kann aus einem Winkel berechnet werden, der zwischen der magnetempfindlichen Oberfläche des bestimmten der beiden magnetempfindlichen Abschnitte und der magnetempfindlichen Oberfläche des anderen magnetempfindlichen Abschnitts gebildet ist.
Daher kann die Temperaturcharakteristik des Magnetflusses und können die Temperaturcharakteristika der elektrischen Ausgänge aufgehoben werden, indem Summe und Differenz eines numerischen Werts basierend auf dem elektrischen Ausgang erhalten werden, der von einem bestimmten der beiden magnetempfindlichen Abschnitte erhalten wird, und eines numerischen Werts basierend auf dem elektrischen Ausgang, der von dem anderen magnetempfindlichen Abschnitt erhalten wird, und durch Division der Differenz mit der Summe, um ein Beispiel zu nennen. Zusätzlich kann ein numerischer Wert äquivalent zu einem Tangens, welcher den Drehwinkel des Magneten als eine Variable verwendet, aus dem numerischen Wert erhalten werden, der durch die Division erhalten wird. Durch Anwenden der inversen trigonometrischen Funktionsverarbeitung auf den erhaltenen Tangens kann eine Korrelation zwischen dem Drehwinkel des Magneten und einem numerischen Wert, der durch die inverse trigonometrische Funktionsverarbeitung erhalten wird, zu einer idealen linearen Charakteristik gemacht werden, welche von der Temperaturcharakteristik des Magnetflusses und den Temperaturcharakteristika der elektrischen Ausgänge unbeeinflusst ist.
Selbst wenn somit der Magnetfluss oder die elektrischen Ausgänge temperaturabhängig schwanken, können hochgenaue Ausgangswerte sowohl betreffend den Hubbetrag als auch den Drehwinkel erhalten werden. Somit kann mit einem einzelnen Sensor eine hochgenaue Erfassung von sowohl dem Hubbetrag als auch dem Drehwinkel durchgeführt werden. Folglich können gleichzeitig eine Verbesserung der Genauigkeit sowie Anordenbarkeit und Kostenverringerung erhalten werden.
Gemäß einem vierten Aspekt oder vorteilhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung hat der Hubsensor noch einen weiteren magnetempfindlichen Abschnitt, der unterschiedlich zu dem anderen magnetempfindlichen Abschnitt ist und im Wesentlichen in einer gleichen Position wie der andere der beiden magnetempfindlichen Abschnitte auf der Anordnungsachse angeordnet ist. Der noch weitere magnetempfindliche Abschnitt hat eine magnetempfindliche Oberfläche, die nicht parallel zu der magnetempfindlichen Oberfläche des anderen der beiden magnetempfindlichen Abschnitte ist und die in der gleichen Richtung wie die magnetempfindliche Oberfläche des anderen magnetempfindlichen Abschnitts liegt.
Was somit die Erfassung des Hubbetrags betrifft, so kann der Ausgangswert berechnet werden, indem entweder eine Kombination (erste Kombination) des elektrischen Ausgangs von dem bestimmten der beiden magnetempfindlichen Abschnitte und des elektrischen Ausgangs von dem anderen der beiden magnetempfindlichen Abschnitte oder eine Kombination (dritte Kombination) des elektrischen Ausgangs von dem anderen magnetempfindlichen Abschnitt und eines elektrischen Ausgangs von dem noch anderen magnetempfindlichen Abschnitt gewählt wird.
Weiterhin, was die Erfassung des Drehwinkels betrifft, so kann der Ausgangswert berechnet werden durch Wählen einer Kombination (zweite Kombination) des elektri schen Ausgangs von dem bestimmten der beiden magnetempfindlichen Abschnitte und des elektrischen Ausgangs von dem anderen magnetempfindlichen Abschnitt und einer Kombination (vierte Kombination) des elektrischen Ausgangs von dem anderen der beiden magnetempfindlichen Abschnitte und des elektrischen Ausgangs von dem noch anderen magnetempfindlichen Abschnitt. Der Magnetfluss, der von dem Magneten und dem anderen Magneten gebildet wird, ist ein einzigartiger, der die Korrelation zwischen der Magnetflussdichte auf der Anordnungsachse und der Koordinate der Anordnungsachse im Wesentlichen übereinstimmend mit der Sinuskurve macht. Somit unterscheiden sich die Magnetflussdichten, die von den jeweiligen magnetempfindlichen Abschnitten erfasst werden, voneinander abhängig von Hubbetrag und Drehwinkel.
Wenn daher der Hubbetrag erfasst wird, kann ein Signal/Rausch-Abstand bezüglich des Ausgangswerts erhöht werden, indem eine Kombination aus erster und dritter Kombination basierend auf dem Drehwinkel gewählt wird, weiche eine höhere erfasste Magnetflussdichte liefert. Wenn der Drehwinkel erfasst wird, kann der Signal/Rausch-Abstand bezüglich des Ausgangswerts erhöht werden, indem eine Kombination aus zweiter und vierter Kombination basierend auf dem Hubbetrag gewählt wird, welche eine höhere erfasste Magnetflussdichte liefert. Somit können genauere Ausgangswerte sowohl betreffend den Hubbetrag als auch den Drehwinkel erhalten werden.
Gemäß einem fünften Aspekt oder vorteilhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wählt und verwendet der Hubsensor eine Kombination zwischen erster und dritter Kombination basierend auf dem Drehwinkel, welche die höhere erfasste Magnetflussdichte liefert, um den linearen Verschiebungsbetrag zu erfassen. Der Hubsensor wählt und verwendet eine Kombination aus zweiter und vierter Kombination basierend auf dem linearen Verschiebungsbetrag zur Erfassung des Drehwinkels, welche die höhere erfasste Magnetflussdichte liefert.
Gemäß einem sechsten Aspekt oder vorteilhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind in dem Hubsensor die beiden magnetempfindlichen Abschnitte auf der Anordnungsachse so angeordnet, dass sie voneinander um einen Abstand eines Viertels eines Zyklus der Sinuskurve beabstandet sind. Somit haben die Sinuskurve basierend auf dem elektrischen Ausgang, erhalten von dem bestimmten der beiden magnetempfindlichen Abschnitte, und die Sinuskurve basierend auf dem elektrischen Ausgang, erhalten von dem anderen der beiden magnetempfindlichen Abschnitte, den gleichen Zyklus und die Phasendifferenz, die ein Viertel des Zyklus beträgt. Wenn daher die Sinuskurve basierend auf dem elektrischen Ausgang, erhalten von dem bestimmten der beiden magnetempfindlichen Abschnitte, als eine Sinusfunktion betrachtet wird, welche den Hubbetrag des Magneten als eine Variable verwendet, kann die Sinuskurve basierend auf dem elektrischen Ausgang, erhalten von dem anderen der beiden magnetempfindlichen Abschnitte, in eine Kosinusfunktion gewandelt werden, welche den Hubbetrag des Magneten als eine Variable verwendet.
Daher kann ein numerischer Wert äquivalent zu einem Tangens, welcher den Hubbetrag des Magneten als Variable verwendet, erhalten werden, indem ein numerischer Wert basierend auf dem elektrischen Ausgang von dem bestimmten der beiden magnetempfindlichen Abschnitte durch einen numerischen Wert dividiert wird, der auf dem elektrischen Ausgang von dem anderen der beiden magnetempfindlichen Abschnitte basiert. Die Temperaturcharakteristik des Magnetflusses und die Temperaturcharakteristika der elektrischen Ausgänge können durch die Division aufgehoben werden. Durch Anwenden der inversen trigonometrischen Funktionsverarbeitung auf den erhaltenen Tangens kann die Korrelation zwischen dem Hubbetrag des Magneten und dem numerischen Wert, erhalten durch die inverse trigonometrische Funktionsverarbeitung, eine ideale lineare Charakteristik werden, welche von der Temperaturcharakteristik des Magnetflusses und den Temperaturcharakteristika der elektrischen Ausgänge unbeeinflusst ist.
Somit kann der Ausgangswert betreffend den Hubbetrag mit einfachen mathematischen Ausdrücken berechnet werden. Damit ist die Rechenlast zur Erfassung des Hubbetrags verringerbar.
Gemäß einem siebten Aspekt oder vorteilhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung bilden in dem Hubsensor die magnetempfindliche Oberfläche des bestimmten der beiden magnetempfindlichen Abschnitte und die magnetempfindliche Oberfläche des anderen magnetempfindlichen Abschnitts einen rechten Winkel. Somit haben die Sinuskurve basierend auf dem elektrischen Ausgang von dem bestimmten der beiden magnetempfindlichen Abschnitte und die Sinuskurve basierend auf dem elektrischen Ausgang von dem anderen magnetempfindlichen Abschnitt den gleichen Zyklus und eine Phasendifferenz eines rechten Winkels. Wenn daher die Sinuskurve basierend auf dem elektrischen Ausgang von dem bestimmten der beiden magnetempfindlichen Abschnitte als eine Sinusfunktion betrachtet wird, welche den Drehwinkel des Magneten als eine Variable verwendet, kann die Sinuskurve basierend auf dem elektrischen Ausgang von dem anderen magnetempfindlichen Abschnitt in eine Kosinusfunktion gewandelt werden, welche den Drehwinkel des Magneten als eine Variable verwendet.
Somit kann ein numerischer Wert äquivalent zu einem Tangens, welcher den Drehwinkel des Magneten als eine Variable verwendet, erhalten werden, indem ein numerischer Wert basierend auf dem elektrischen Ausgang von dem bestimmten der beiden magnetempfindlichen Abschnitte durch einen numerischen Wert basierend auf dem elektrischen Ausgang von dem anderen magnetempfindlichen Abschnitt dividiert wird. Die Temperaturcharakteristik des Magnetflusses und die Temperaturcharakteristika der elektrischen Ausgänge können durch die Division aufgehoben werden. Durch Anwenden der inversen trigonometrischen Funktionsverarbeitung auf den erhaltenen Tangens kann eine Korrelation zwischen dem Drehwinkel des Magneten und einem numerischen Wert von der inversen trigonometrischen Funktionsverarbeitung zu einer idealen linearen Charakteristik gemacht werden, welche von den Temperaturcharakteristika des Magnetflusses und der elektrischen Ausgänge unbeeinflusst ist.
Somit kann der Ausgangswert betreffend den Drehwinkel durch einfache mathematische Ausdrücke berechnet werden. Die Rechenlast zur Erfassung des Drehwinkels kann damit verringert werden.
Gemäß einem achten Aspekt oder vorteilhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung bilden die magnetempfindliche Oberfläche des anderen der beiden magnetempfindlichen Abschnitte und die magnetempfindliche Oberfläche des noch anderen magnetempfindlichen Abschnitts einen rechten Winkel. Somit kann die Rechenlast betreffend die Erfassung des Drehwinkels sowohl im Fall des Auswählens der zweiten Kombination und im Fall des Auswählens der vierten Kombination verringert wer den. Wenn die beiden magnetempfindlichen Abschnitte, d. h. der bestimmte und der andere der beiden magnetempfindlichen Abschnitte, auf der Anordnungsachse so angeordnet werden, dass sie voneinander um einen Betrag eines Viertels des Zyklus der Sinuskurve beabstandet sind, kann die Rechenlast betreffend die Erfassung des Hubbetrags sowohl im Fall des Auswählens der ersten Kombination als auch im Fall des Auswählens der dritten Kombination verringert werden.
Gemäß einem neunten Aspekt oder vorteilhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung hat der Hubsensor weiterhin einen magnetischen Körper, der eine Umfangskante des Magneten an einer Seite entgegengesetzt zu der zum magnetempfindlichen Abschnitt weisenden Umfangskante bezüglich der Magnetisierungsrichtung abdeckt. Eine Robustheit gegenüber einem magnetischen Störfeld kann damit verbessert werden.
Gemäß einem zehnten Aspekt oder vorteilhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung deckt beim Hubsensor der magnetische Körper eine Umfangskante des anderen Magneten an einer Seite entgegengesetzt zu der zum magnetempfindlichen Abschnitt weisenden Umfangskante bezüglich der Magnetisierungsrichtung ab. Wenn somit der Hubsensor den anderen Magneten hat, kann die Robustheit gegenüber einem magnetischen Störfeld verbessert werden.
Gemäß einem elften Aspekt oder vorteilhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind die beiden magnetempfindlichen Abschnitte des Hubsensors Hallelemente und werden von einem einzelnen Chip gebildet. Somit kann die Abmessung des Hubsensors verringert werden, und Leistungsfähigkeit und Charakteristika der beiden magnetempfindlichen Abschnitte sind weiter aneinander angeglichen.
Gemäß einem zwölften Aspekt oder vorteilhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind in dem Hubsensor die beiden magnetempfindlichen Abschnitte, der andere magnetempfindliche Abschnitt und der noch andere magnetempfindliche Abschnitt Hallelemente. Die beiden magnetempfindlichen Abschnitte sind von einem einzelnen Chip gebildet. Der andere magnetempfindliche Abschnitt und der noch andere magnetempfindliche Abschnitt sind durch einen anderen einzelnen Chip gebildet.
Somit kann die Abmessung des Hubsensors verringert werden. Leistungsfähigkeit und Charakteristika der beiden magnetempfindlichen Abschnitte können weiter aneinander angenähert werden. Leistungsfähigkeit und Charakteristika des anderen magnetempfindlichen Abschnitts und des noch anderen magnetempfindlichen Abschnitts können werter aneinander angenähert werden.
Gemäß einem dreizehnten Aspekt oder vorteilhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind in dem Hubsensor die beiden magnetempfindlichen Abschnitte, der andere magnetempfindliche Abschnitt und der noch andere magnetempfindliche Abschnitt Hallsensoren. Der bestimmte der beiden magnetempfindlichen Abschnitte und der andere magnetempfindliche Abschnitt sind von einem einzelnen Chip gebildet. Der andere der beiden magnetempfindlichen Abschnitte und der noch andere magnetempfindliche Abschnitt sind durch einen anderen einzelnen Chip gebildet. Somit können die Abmessungen des Hubsensors verringert werden. Leistungsfähigkeit und Charakteristika des bestimmten der beiden magnetempfindlichen Abschnitte und des anderen magnetempfindlichen Abschnitts können weiter aneinander angenähert werden. Leistungsfähigkeit und Charakteristika des anderen der beiden magnetempfindlichen Abschnitte und des noch anderen magnetempfindlichen Abschnitts können weiter aneinander angenähert werden.
Gemäß einem vierzehnten Aspekt oder vorteilhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung hat der Hubsensor weiterhin Joche, welche an den beiden Längsenden des Magneten befestigt sind. Dieser Aufbau zeigt einen anderen Betriebsmodus des beweglichen Bauteils mit dem Magneten.
Gemäß einem fünfzehnten Aspekt oder vorteilhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung hat der Hubsensor Joche, die an beiden Längsenden des anderen Magneten befestigt sind. Dieser Aufbau zeigt einen anderen Betriebsmodus der beweglichen Bauteile mit dem Magneten und dem anderen Magneten.
Gemäß einem sechzehnten weiteren Aspekt oder vorteilhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung hat ein Hubsensor zwei Magnete, die so angeordnet sind, dass ihre Längsrichtungen parallel zu einander sind, und so angeordnet sind, dass die Magnete in einer Querschnittsrichtung senkrecht zur Längsrichtung aufeinander zuweisen, und die beiden magnetempfindlichen Abschnitte so angeordnet sind, dass die beiden magnetempfindlichen Abschnitte zwischen den beiden Magneten in Querschnittsrichtung in gleicher Position bezüglich er Längsrichtung liegen. Die beiden magnetempfindlichen Abschnitte sind so angeordnet, dass ihre magnetempfindlichen Oberflächen nicht parallel zueinander sind. Jeder Magnet hat eine zum magnetempfindlichen Abschnitt weisende Umfangskante, welche eine von beiden Endumfangskanten des Magneten in Querschnittsrichtung ist und zu den beiden magnetempfindlichen Abschnitten weist. Die beiden Magnete sind entsprechend in Querschnittsrichtung magnetisiert und so angeordnet, dass die zum magnetempfindlichen Abschnitt weisenden Umfangskanten der beiden Magnete entgegengesetzte Polaritäten haben.
Weiterhin sind die zum magnetempfindlichen Abschnitt weisenden Umfangskanten der Magnete im Wesentlichen in einer gleichen gekrümmten Form so ausgebildet, dass eine Korrelation zwischen einer Magnetflussdichte auf einer Anordnungsachse und einer Koordinate der Anordnungsachse im Wesentlichen mit einer Sinuskurve zusammenfällt, und so, dass die zum magnetempfindlichen Abschnitt weisenden Umfangskanten eine Spiegelsymmetrie zwischen sich über die Anordnungsachse hinweg zeigen. Die Anordnungsachse enthält die Position, wo die beiden magnetempfindlichen Abschnitte liegen, und erstreckt sich parallel zur Längsrichtung. Die beiden Magnete werden in Längsrichtung relativ zu den beiden magnetempfindlichen Abschnitten gemäß der linearen Verschiebung des zu überwachenden Körpers verschoben und drehen relativ zu den beiden magnetempfindlichen Abschnitten gemäß der Drehung des zu überwachenden Körpers, wobei die Spiegelsymmetrie zwischen den zu dem magnetempfindlichen Abschnitt weisenden Umfangskanten der beiden Magnete beibehalten wird.
Obgleich somit der Erfassungsbereich des Hubbetrags enger als bei dem Aufbau gemäß den bisher genannten ersten bis fünfzehnten Aspekten der vorliegenden Erfindung wird, kann die Anzahl von magnetempfindlichen Abschnitten, die zur Erfassung des Hubbetrags notwendig sind, verringert werden und der Aufbau wird vereinfacht.
Eine Korrelation zwischen einer Magnetflussdichte auf der Anordnungsachse und einer Koordinate der Anordnungsachse ist eine Sinuskurve. Somit kann ein Abschnitt der Korrelation zwischen der Magnetflussdichte und der Koordinate anders als Abschnitte, in welchen die Sinuskurve sich in konvexer Form oder konkaver Form krümmt, linear angenähert werden. Somit kann auch ohne Verwendung der elektrischen Ausgänge von den beiden magnetempfindlichen Abschnitten, die auf der Anordnungsachse beabstandet zueinander liegen, wie bei den bisher beschriebenen ersten bis fünfzehnten Aspekten der vorliegenden Erfindung angewendet, der Ausgangswert betreffend den Hubbetrag erhalten werden, indem der einzelne magnetempfindliche Abschnitt auf der Anordnungsachse angeordnet wird und indem der einzelne elektrische Ausgang verwendet wird, der alleine von dem einzelnen magnetempfindlichen Abschnitt erhalten wird.
Die beiden magnetempfindlichen Abschnitte sind in einer gleichen Position auf der Anordnungsachse so angeordnet, dass ihre magnetempfindlichen Oberflächen nicht parallel zueinander sind. Wie bei dem Aufbau des weiter oben genannten (dritten) Aspekts der vorliegenden Erfindung kann die Korrelation zwischen dem Ausgangswert, der basierend auf den elektrischen Ausgängen von den beiden magnetempfindlichen Abschnitten berechnet wird, und dem Drehwinkel des Magneten zu einer idealen linearen Charakteristik gemacht werden, welche von den Temperaturcharakteristika des Magnetflusses und der elektrischen Ausgänge unbeeinflusst ist. Obgleich somit der Erfassungsbereich für den Hubbetrag eingeengt ist, kann ein hochgenauer Ausgangswert in einem weiten Erfassungsbereich betreffend die Erfassung des Drehwinkels erhalten werden. Somit können sowohl der Hubbetrag als auch der Drehwinkel mit einer geringeren Anzahl von magnetempfindlichen Abschnitten erfasst werden.
Was den elektrischen Ausgang betrifft, der zur Erfassung des Hubbetrags verwendet wird, kann der elektrische Ausgang von dem bestimmten der beiden magnetempfindlichen Abschnitte oder der elektrische Ausgang von dem anderen der beiden magnetempfindlichen Abschnitte gewählt werden. Wenn daher der Hubbetrag erfasst wird, kann der Signal/Rausch-Abstand bezüglich des Ausgangswerts erhöht werden, indem von den beiden elektrischen Ausgängen, die von den beiden magnetempfindli chen Abschnitten erhalten werden, derjenige elektrische Ausgang gewählt wird, der die höhere erfasste Magnetflussdichte liefert.
Gemäß einem siebzehnten Aspekt oder vorteilhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erfasst der Hubsensor den linearen Verschiebungsbetrag des zu überwachenden Körpers und überwacht einen Drehwinkel des zu überwachenden Körpers. Der Hubsensor korrigiert den linearen Verschiebungsbetrag abhängig vom Drehwinkel.
Der Hubsensor gemäß dem voranstehenden sechzehnten Aspekt oder vorteilhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erfasst den Hubbetrag, indem nur der einzelne elektrische Ausgang verwendet wird, der von dem einzelnen magnetempfindlichen Abschnitt erhalten wird. Wenn daher der Magnet abhängig von der Drehung des zu überwachenden Körpers dreht, ist der Einfluss des Drehwinkels sehr hoch.
Was diesen Punkt betrifft, kann, indem der Hubbetrag abhängig von dem Drehwinkel korrigiert wird, wie beim siebzehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung, ein hochgenauer Ausgangswert betreffend den Hubbetrag erhalten werden.
Gemäß einem weiteren (achtzehnten) Aspekt oder vorteilhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erfasst ein Drehwinkelsensor einen Drehwinkel eines sich drehenden zu überwachenden Körpers. Der Drehwinkelsensor hat zwei Magnete, drei magnetempfindliche Abschnitte und einen Drehung/Hub-Wandlermechanismus. Die beiden Magnete sind so angeordnet, dass ihre Längsrichtungen parallel zueinander sind, und so, dass die Magnete in einer Querschnittsrichtung senkrecht zur Längsrichtung gesehen einander gegenüber sind. Die beiden Magnete drehen gemäß der Drehung des zu überwachenden Körpers. Die drei magnetempfindlichen Abschnitte sind so angeordnet, dass sie in Querschnittsrichtung zwischen den beiden Magneten liegen. Der Drehung/Hub-Wandlermechanismus wandelt die Drehung der beiden Magnete in eine lineare Verschiebung, um die beiden Magnete linear in Längsrichtung zu verschieben.
Bestimmte zwei der drei magnetempfindlichen Abschnitte sind im Wesentlichen in einer gleichen Position bezüglich der Längsrichtung so angeordnet, dass die magnetempfindlichen Oberflächen der bestimmten zwei magnetempfindlichen Abschnitte nicht parallel zueinander sind. Der andere der drei magnetempfindlichen Abschnitte liegt separat von den zwei bestimmten magnetempfindlichen Abschnitten auf der Anordnungsachse, welche die Position enthält, wo die bestimmten zwei magnetempfindlichen Abschnitte angeordnet sind, und welche sich parallel zur Längsrichtung erstreckt. Eine magnetempfindliche Oberfläche des anderen der drei magnetempfindlichen Abschnitte Ist in gleicher Richtung wie die magnetempfindliche Oberfläche des bestimmten der bestimmten zwei magnetempfindlichen Abschnitte.
Jeder Magnet hat eine zum magnetempfindlichen Abschnitt weisende Umfangskante, welche eine von beiden Umfangskanten des Magneten in Querschnittsrichtung ist und zu den drei magnetempfindlichen Abschnitten weist. Die zwei Magnete sind in Querschnittsrichtung entsprechend so magnetisiert, dass die zum magnetempfindlichen Abschnitt weisenden Umfangskanten der beiden Magnete entgegengesetzte Polaritäten haben. Die zum magnetempfindlichen Abschnitt weisenden Umfangskanten haben im Wesentlichen die gleiche gekrümmte Form derart, dass eine Korrelation zwischen einer Magnetflussdichte auf der Anordnungsachse und einer Koordinate der Anordnungsachse im Wesentlichen mit einer Sinuskurve zusammenfällt, und derart, dass die zum magnetempfindlichen Abschnitt weisenden Umfangskanten bezüglich der Anordnungsachse Spiegelsymmetrie bilden.
Die beiden Magnete werden linear in Längsrichtung verschoben und drehen relativ zu den drei magnetempfindlichen Abschnitten gemäß der Drehung des zu überwachenden Körpers, wobei die Spiegelsymmetrie zwischen den zum magnetempfindlichen Abschnitt weisenden Umfangskanten beibehalten wird.
Somit kann der Drehwinkel in den Hubbetrag umgewandelt werden. Selbst wenn daher der Drehwinkel 360° übersteigt, kann der Ausgangswert betreffend den Drehwinkel dem Drehwinkel auf einer Eins-zu-eins-Basis zugeordnet werden. Der Ausgangswert wird berechnet, indem der elektrische Ausgang verwendet wird, der von dem bestimmten der bestimmten zwei magnetempfindlichen Abschnitte erhalten wird, und der elektrische Ausgang verwendet wird, der von dem anderen der drei magnetempfindlichen Abschnitte erhalten wird. Somit kann wie bei den ersten bis fünfzehnten Aspekten der vorliegenden Erfindung die Korrelation zwischen dem Hubbetrag, der durch Umwandeln des Drehwinkels erzeugt wird, und dem Ausgangswert zu einer idealen linearen Charakteristik gemacht werden, welche durch die Temperaturcharakteristika des Magnetflusses und der elektrischen Ausgänge unbeeinflusst ist.
Selbst wenn daher der Magnetfluss oder die elektrischen Ausgänge temperaturabhängig schwanken, kann ein Drehwinkel, der 360° übersteigt, mit hoher Genauigkeit erfasst werden.
Gemäß einem neunzehnten Aspekt oder vorteilhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung teilt der Drehwinkelsensor den Drehwinkel in einen Winkel eines ganzzahligen Vielfachen von 360° und einen Winkel gleich oder kleiner als 360°. Der Drehwinkelsensor erfasst den Winkel des ganzzahligen Vielfachen von 360° basierend auf einer linearen Verschiebung, die erhalten wird durch Umwandeln der Drehung der beiden Magnete durch den Drehung/Hub-Wandlermechanismus. Der Drehwinkelsensor erfasst den Winkel gleich oder kleiner als 360° unter Verwendung elektrischer Ausgänge, welche von den bestimmten zwei magnetempfindlichen Abschnitten erhalten werden. Somit wird der Winkel des ganzzahligen Vielfachen von 360° grob aus dem Hubbetrag erfasst, und der Winkel gleich oder kleiner als 360° wird genauer erfasst. Somit kann ein genauerer Ausgangswert erhalten werden, was den Drehwinkel betrifft.
Das heißt, der Ausgangswert betreffend den Winkel gleich oder kleiner als 360° wird berechnet unter Verwendung des elektrischen Ausgangs von dem bestimmten der bestimmten zwei magnetempfindlichen Abschnitte und des elektrischen Ausgangs von dem anderen der bestimmten zwei magnetempfindlichen Abschnitte. Wie beim dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann daher die Korrelation zwischen dem Ausgang betreffend den Drehwinkel gleich oder kleiner als 360° und dem Winkel gleich oder kleiner als 360° zu einer idealen linearen Charakteristik gemacht werden, welche von den Temperaturcharakteristika Magnetflusses und der elektrischen Ausgänge unbeeinflusst ist. Selbst wenn daher der Magnetfluss oder die elektrischen Ausgänge temperaturabhängig schwanken, kann ein hochgenauer Ausgangswert betreffend den Winkel gleich oder kleiner als 360° erhalten werden. Folglich kann ein genauerer Ausgangswert erhalten werden, was den Drehwinkel betrifft.
Das Schema des Teilens des Drehwinkels in einen Winkel eines ganzzahligen Vielfachen von 360° und eines Winkels gleich oder kleiner als 360° und des Verwendens des Ausgangswerts mit höherer Genauigkeit betreffend den Winkel gleich oder kleiner als 360° ist effektiv, wenn der Hubbetrag gering ist und die Auflösung des Drehwinkels grob.
Gemäß einem zwanzigsten Aspekt oder vorteilhaften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung hat der Drehwinkelsensor weiterhin einen anderen magnetempfindlichen Abschnitt, der unterschiedlich zu den drei magnetempfindlichen Abschnitten ist. Der andere magnetempfindliche Abschnitt ist in einer gleichen Position wie der andere der drei magnetempfindlichen Abschnitte auf der Anordnungsachse angeordnet. Eine magnetempfindliche Oberfläche des anderen magnetempfindlichen Abschnitts liegt in gleicher Richtung wie eine magnetempfindliche Oberfläche des anderen der bestimmten zwei magnetempfindlichen Abschnitte. Somit hat der Drehwinkelsensor eine Anordnung ähnlich wie die vier magnetempfindlichen Abschnitte des Hubsensors gemäß dem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung.
Was daher die Erfassung sowohl des Winkels eines ganzzahligen Vielfachen von 360° (oder Hubbetrags, der durch Umwandeln des Drehwinkels erzeugt wird) als auch des Winkels gleich oder kleiner als 360° betrifft, kann, wie beim vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung, der Signal/Rausch-Abstand bezüglich jedes Ausgangswerts verbessert werden, indem diejenige Kombination gewählt wird, welche die höhere erfasste magnetische Flussdichte liefert. Somit können genauere Ausgangswerte betreffend sowohl den Winkel des ganzzahligen Vielfachen von 360° als auch den Winkel gleich oder kleiner als 360° erhalten werden. Folglich kann ein genauerer Ausgangswert erhalten werden, was den Drehwinkel betrifft.
Weitere Einzelheiten, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich besser aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung.
Es zeigt:
1 schematisch den Aufbau eines Hubsensors gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ein Charakteristikdiagramm der Verteilung einer Magnetflussdichte auf einer Anordnungsachse bei der ersten Ausführungsform;
3 ein Charakteristikdiagramm einer Korrelation zwischen einem Hubbetrag und der Magnetflussdichte, direkt erhalten basierend auf einem elektrischen Ausgang eines magnetempfindlichen Abschnitts bei der ersten Ausführungsform;
4A ein schematisches Konstruktionsdiagramm einer Sensoranordnung des Hubsensors gemäß der ersten Ausführungsform;
4B ein schematisches Konstruktionsdiagramm eines arithmetischen Schaltkreises in der Sensoranordnung gemäß der ersten Ausführungsform;
5 ein Charakteristikdiagramm einer Korrelation zwischen dem Hubbetrag und der Magnetflussdichte nach einer Offset-Einstellung bei der ersten Ausführungsform;
6 ein Charakteristikdiagramm einer Korrelation zwischen dem Hubbetrag und einem Ausgangswert betreffend den Hubbetrag bei der ersten Ausführungsform;
7A ein Magnetkraftliniendiagramm eines Magnetflusses, der zwischen zwei kreisbogenförmig gewölbten Magneten bei der ersten Ausführungsform gebildet wird;
7B ein Magnetkraftliniendiagramm eines Magnetflusses, der zwischen zwei Vergleichsmagneten bei einem Vergleichsbeispiel gebildet wird;
8A ein Vergleichsdiagramm einer Korrelation zwischen einer Koordinate der Anordnungsachse und Verdichtung und Ausdünnung der Linien der Magnetkraft auf der Anordnungsachse bei der ersten Ausführungsform;
8B ein Vergleichsdiagramm einer Korrelation zwischen dem Hubbetrag und einem Endausgangswert des Hubsensors bei der ersten Ausführungsform;
9A ein schematisches Konstruktionsdiagramm einer Sensoranordnung eines Hubsensors gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
9B ein schematisches Konstruktionsdiagramm eines Chips in der Sensoranordnung gemäß der zweiten Ausführungsform;
10 ein schematisches Konstruktionsdiagramm eines Hubsensors gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
11 ein schematisches Konstruktionsdiagramm eines Hubsensors gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
12 ein Charakteristikdiagramm einer Korrelation zwischen einem Hubbetrag und einer Magnetflussdichte, direkt erhalten basierend auf einem elektrischen Ausgang des magnetempfindlichen Abschnitts bei der vierten Ausführungsform;
13 ein Charakteristikdiagramm einer Korrelation zwischen einem Drehwinkel und einer Magnetflussdichte, direkt erhalten basierend auf dem elektrischen Ausgang des magnetempfindlichen Abschnitts bei der vierten Ausführungsform;
14A ein schematisches Konstruktionsdiagramm einer Sensoranordnung eines Hubsensors gemäß der vierten Ausführungsform;
14B ein schematisches Konstruktionsdiagramm eines Chips in der Sensoranordnung gemäß der vierten Ausführungsform;
15 ein Charakteristikdiagramm einer Korrelation zwischen dem Hubbetrag und der Magnetflussdichte nach der Offset-Einstellung bei der vierten Ausführungsform;
16 ein Charakteristikdiagramm einer Korrelation zwischen dem Drehwinkel und einem Ausgangswert betreffend den Drehwinkel bei der vierten Ausführungsform;
17A ein Charakteristikdiagramm einer Korrelation zwischen dem Hubbetrag und der Magnetflussdichte, direkt erhalten basierend auf dem elektrischen Ausgang des magnetempfindlichen Abschnitts bei der vierten Ausführungsform;
17B ein Charakteristikdiagramm einer Korrelation zwischen dem Hubbetrag und der Magnetflussdichte nach der Offset-Einstellung bei der vierten Ausführungsform;
18A ein Charakteristikdiagramm einer Korrelation zwischen dem Hubbetrag und der Magnetflussdichte, direkt erhalten basierend auf dem elektrischen Ausgang des magnetempfindlichen Abschnitts bei der vierten Ausführungsform;
18B ein Charakteristikdiagramm einer Korrelation zwischen dem Hubbetrag und der Magnetflussdichte nach der Offset-Einstellung bei der vierten Ausführungsform;
19A ein Charakteristikdiagramm einer Korrelation zwischen dem Hubbetrag und der Magnetflussdichte, direkt erhalten basierend auf dem elektrischen Ausgang des magnetempfindlichen Abschnitts bei der vierten Ausführungsform;
19B ein Charakteristikdiagramm einer Korrelation zwischen dem Hubbetrag und der Magnetflussdichte nach der Offset-Einstellung bei der vierten Ausführungsform;
20 ein Charakteristikdiagramm einer Korrelation zwischen dem Drehwinkel und der Magnetflussdichte, direkt erhalten basierend auf dem elektrischen Ausgang des magnetempfindlichen Abschnitts bei der vierten Ausführungsform;
21 ein Charakteristikdiagramm einer Korrelation zwischen dem Drehwinkel und der Magnetflussdichte, direkt erhalten basierend auf dem elektrischen Ausgang des magnetempfindlichen Abschnitts bei der vierten Ausführungsform;
22 ein Charakteristikdiagramm einer Korrelation zwischen dem Drehwinkel und der Magnetflussdichte, direkt erhalten basierend auf dem elektrischen Ausgang des magnetempfindlichen Abschnitts bei der vierten Ausführungsform;
23 ein schematisches Konstruktionsdiagramm eines Hubsensors gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
24A bis 24C jeweils Charakteristikdiagramme einer Korrelation zwischen einem Hubbetrag und einer Magnetflussdichte, direkt erhalten basierend auf einem elektrischen Ausgang eines magnetempfindlichen Abschnitts bei der fünften Ausführungsform;
24D ein Charakteristikdiagramm einer Korrelation zwischen dem Hubbetrag und einem Ausgangswert betreffend den Hubbetrag nach einer Korrektur bei der fünften Ausführungsform;
25 ein schematisches Konstruktionsdiagramm eines Drehwinkelsensors gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
26 ein Charakteristikdiagramm einer Korrelation zwischen einem Drehwinkel und einem Ausgangswert betreffend den Drehwinkel bei der sechsten Ausführungsform;
27 ein Charakteristikdiagramm einer Korrelation zwischen dem Drehwinkel und einem Ausgangswert betreffend den Drehwinkel bei der sechsten Ausführungsform;
28 ein schematisches Konstruktionsdiagramm eines Hubsensors eines modifizierten Beispiels der vorliegenden Erfindung; und
29 ein schematisches Konstruktionsdiagramm eines Hubsensors eines anderen modifizierten Beispiels der vorliegenden Erfindung.
Ein Hubsensor gemäß eines ersten Modus (Aspekt, Ausführungsform) der vorliegenden Erfindung erfasst einen linearen Verschiebungsbetrag (Hubbetrag) eines überwachten oder sensierten Körpers oder Gegenstands, der linear versetzt oder verschoben wird. Der Hubsensor hat einen Magneten, der in einer Richtung senkrecht zu einer Längsrichtung des Magneten magnetisiert ist, und zwei magnetempfindliche Abschnitte, die parallel zur Längsrichtung angeordnet sind. Die beiden magnetempfindlichen Abschnitte erfassen einen Magnetfluss, der von dem Magneten gebildet wird, und erzeugen elektrische Ausgänge (Ausgangssignale).
Die beiden magnetempfindlichen Abschnitte sind so angeordnet, dass ihre magnetempfindlichen Oberflächen in einer gleichen Richtung liegen. Der Magnet wird in Längsrichtung relativ zu den beiden magnetempfindlichen Abschnitten gemäß der Linearverschiebung des zu überwachenden Körpers versetzt oder verschoben. Der Magnet hat eine zu dem magnetempfindlichen Abschnitt weisende Umfangskante (Fläche, Abschnitt, Seite), die in Richtung der Magnetisierung zu einer Anordnungsachse weist, auf der die beiden magnetempfindlichen Abschnitte angeordnet sind. Die zum magnetempfindlichen Abschnitt weisende Umfangskante hat eine gekrümmte Form derart, dass eine Korrelation zwischen einer Magnetflussdichte auf der Anordnungsachse und einer Koordinate der Anordnungsachse im Wesentlichen mit einer Sinuskurve zusammenfällt.
Der Hubsensor hat einen anderen Magneten, der eine zum magnetempfindlichen Abschnitt weisende Umfangskante in gleicher Form wie die zum magnetempfindlichen Abschnitt weisende Umfangskante des Magneten hat. Der andere Magnet ist so magnetisiert, dass seine Polarität an der zum magnetempfindlichen Abschnitt weisenden Umfangskantenseite entgegengesetzt zu einer Polarität des Magneten an der zum magnetempfindlichen Abschnitt weisenden Umfangskantenseite des Magneten ist. Der andere Magnet wird zusammen mit dem Magneten relativ zu den beiden magnetempfindlichen Abschnitten verschoben, wobei eine Spiegelsymmetrie zwischen den zu dem magnetempfindlichen Abschnitt weisenden Umfangskanten des Magneten und des an deren Magneten bezüglich der Anordnungsachse beibehalten wird. Die beiden magnetempfindlichen Abschnitte liegen auf der Anordnungsachse so, dass sie voneinander um einen Betrag entsprechend einem Viertel eines Zyklus der Sinuskurve beabstandet sind.
In einem Hubsensor gemäß einem zweiten Modus der vorliegenden Erfindung sind die beiden magnetempfindlichen Abschnitte Hallelemente und werden von einem einzelnen Chip gebildet.
Ein Hubsensor gemäß einem dritten Modus der vorliegenden Erfindung hat einen magnetischen Körper, der eine Umfangskante des Magneten an einer Seite entgegengesetzt zu der zum magnetempfindlichen Abschnitt weisenden Umfangskante bezüglich der Magnetisierungsrichtung abdeckt. Der magnetische Körper deckt auch eine Umfangskante des anderen Magneten an einer Seite entgegengesetzt zu der zum magnetempfindlichen Abschnitt weisenden Umfangskante bezüglich der Magnetisierungsrichtung ab.
In einem Hubsensor gemäß einem vierten Modus der vorliegenden Erfindung ist ein anderer magnetempfindlicher Abschnitt unterschiedlich zu den zwei magnetempfindlichen Abschnitten im Wesentlichen in gleicher Position wie der wenigstens eine der zwei magnetempfindlichen Abschnitte auf der Anordnungsachse angeordnet. Der andere magnetempfindliche Abschnitt hat eine magnetempfindliche Oberfläche, die nicht parallel zu der magnetempfindlichen Oberfläche des bestimmten der zwei magnetempfindlichen Abschnitte ist. Der zu überwachende Körper wird linear verschoben und dreht sich. Der Magnet und der andere Magnet werden in Längsrichtung relativ zu den zwei magnetempfindlichen Abschnitten und dem anderen magnetempfindlichen Abschnitt verschoben. Der Magnet und der andere Magnet drehen relativ zu den zwei magnetempfindlichen Abschnitten und dem anderen magnetempfindlichen Abschnitt gemäß der Drehung des zu überwachenden Körpers.
Der Hubsensor wählt und verwendet eine Kombination, welche eine höhere erfasste Magnetflussdichte liefert, aus ersten und dritten Kombinationen basierend auf dem Drehwinkel, um den linearen Verschiebungsbetrag zu erfassen. Der Hubsensor wählt und verwendet eine Kombination, welche eine höhere erfasste Magnetflussdichte liefert, aus zweiten und vierten Kombinationen basierend auf der linearen Verschiebung, um den Drehwinkel zu erfassen. Die zwei magnetempfindlichen Abschnitte, der andere magnetempfindliche Abschnitt und der noch andere magnetempfindliche Abschnitt sind Hallelemente. Die zwei magnetempfindlichen Abschnitte werden durch einen einzelnen Chip gebildet. Der andere magnetempfindliche Abschnitt und der noch andere magnetempfindliche Abschnitt werden durch einen anderen einzelnen Chip gebildet.
Ein Hubsensor gemäß einem fünften Modus der vorliegenden Erfindung hat zwei Magnete, die so angeordnet sind, dass ihre Längsrichtungen parallel zueinander sind, und so angeordnet sind, dass die Magnete in Querschnittsrichtung senkrecht zu einer Längsrichtung aufeinander zuweisen, wobei die zwei magnetempfindlichen Abschnitte so angeordnet sind, dass die magnetempfindlichen Abschnitte zwischen den Magneten in Querschnittsrichtung an einer gleichen Position bezüglich der Längsrichtung liegen. Die zwei magnetempfindlichen Abschnitte sind so angeordnet, dass ihre magnetempfindlichen Oberflächen nicht parallel zueinander sind. Jeder Magnet hat eine zu dem magnetempfindlichen Abschnitt weisende Umfangskante, welche eine von beiden Endumfangskanten des Magneten in Querschnittsrichtung ist und zu den zwei magnetempfindlichen Abschnitten weist. Die zwei Magnete sind in Querschnittsrichtung entsprechend so magnetisiert, dass die zu dem magnetempfindlichen Abschnitt weisenden Umfangskanten der beiden Magnete entgegengesetzte Polaritäten haben.
Die zum magnetempfindlichen Abschnitt weisenden Umfangskanten sind im Wesentlichen in einer gebogenen oder gekrümmten Form so ausgebildet, dass eine Korrelation zwischen einer Magnetflussdichte auf der Anordnungsachse, welche die Position enthält, wo die beiden magnetempfindlichen Abschnitte liegen, und welche parallel zur Längsrichtung verläuft, und einer Koordinate auf der Anordnungsachse im Wesentlichen mit einer Sinuskurve zusammenfällt, und so, dass die zum magnetempfindlichen Abschnitt weisenden Umfangskanten eine Spiegelsymmetrie bezüglich der Anordnungsachse liefern. Die beiden Magnete werden in Längsrichtung relativ zu den zwei magnetempfindlichen Abschnitten abhängig von der linearen Verschiebung des zu überwachenden Körpers verschoben und drehen relativ zu den zwei magnetempfindli chen Abschnitten abhängig von der Drehung des zu überwachenden Körpers, wobei die Spiegelsymmetrie zwischen den zu dem magnetempfindlichen Abschnitt weisenden Umfangskanten der beiden Magnete beibehalten wird.
Der Hubsensor erfasst den linearen Verschiebungsbetrag des zu überwachenden Körpers und erfasst einen Drehwinkel des zu überwachenden Körpers. Der Hubsensor korrigiert den linearen Verschiebungsbetrag abhängig vom Drehwinkel.
Ein Drehwinkelsensor gemäß einem sechsten Modus der vorliegenden Erfindung erfasst einen Drehwinkel eines zu überwachenden Körpers, der sich dreht. Der Drehwinkelsensor hat zwei Magnete, die so angeordnet sind, dass ihre Längsrichtungen parallel zueinander sind, und so angeordnet sind, dass die Magnete in einer Querschnittsrichtung senkrecht zur Längsrichtung gesehen aufeinander zuweisen. Die zwei Magnete drehen gemäß der Drehung des zu überwachenden Körpers. Der Drehwinkelsensor hat drei magnetempfindliche Abschnitte, die so angeordnet sind, dass sie in Querschnittsrichtung zwischen den beiden Magneten liegen. Der Drehwinkelsensor hat einen Drehung/Hub-Wandlermechanismus, der die Drehung der beiden Magnete in eine lineare Verschiebung wandelt, so dass die beiden Magnete linear in Längsrichtung verschoben werden.
Bestimmte zwei der drei magnetempfindlichen Abschnitte sind im Wesentlichen in einer gleichen Position bezüglich der Längsrichtung so angeordnet, dass magnetempfindliche Oberflächen der bestimmten zwei magnetempfindlichen Abschnitte nicht parallel zueinander sind. Der andere (verbleibende) der drei magnetempfindlichen Abschnitte ist separat von den bestimmten zwei magnetempfindlichen Abschnitten auf der Anordnungsachse angeordnet, welche die Position enthält, wo die bestimmten zwei magnetempfindlichen Abschnitte angeordnet sind, und welche sich parallel zur Längsrichtung erstreckt. Eine magnetempfindliche Oberfläche des anderen magnetempfindlichen Abschnitts weist in gleicher Richtung wie eine magnetempfindliche Oberfläche des bestimmten der bestimmten zwei magnetempfindlichen Abschnitte.
Jeder Magnet hat eine zum magnetempfindlichen Abschnitt weisende Umfangskante, welche eine von beiden Endumfangskanten des Magneten in Querschnittsrich tung gesehen ist und welche zu den drei magnetempfindlichen Abschnitten weist. Die zwei Magnete sind in Querschnittsrichtung entsprechend so magnetisiert, dass die zum magnetempfindlichen Abschnitt weisenden Umfangskanten der beiden Magnete entgegengesetzte Polaritäten haben. Die zum magnetempfindlichen Abschnitt weisenden Umfangskanten sind in einer im Wesentlichen gleichen gekrümmten Form so ausgebildet, dass eine Korrelation zwischen einer Magnetflussdichte auf der Anordnungsachse und einer Koordinate auf der Anordnungsachse im Wesentlichen mit einer Sinuskurve zusammenfällt, und so, dass die zum magnetempfindlichen Abschnitt weisenden Umfangskanten eine Spiegelsymmetrie bezüglich der Anordnungsachse bilden.
Die beiden Magnete werden linear in Längsrichtung verschoben und drehen relativ zu den drei magnetempfindlichen Abschnitten gemäß der Drehung des zu überwachenden Körpers, wobei die Spiegelsymmetrie zwischen den zum magnetempfindlichen Abschnitt weisenden Umfangskanten der Magnete beibehalten wird.
Der Drehwinkelsensor teilt den Drehwinkel in einen Winkel von einem ganzzahligen Vielfachen von 360° und in einen Winkel gleich oder kleiner als 360°. Der Drehwinkelsensor erfasst den Winkel des ganzzahligen Vielfachen von 360° basierend auf einem linearen Verschiebungsbetrag, der erhalten wird durch Umwandlung der Drehung der beiden Magnete durch den Dreh/Hub-Wandlermechanismus. Der Drehwinkelsensor erfasst den Winkel gleich oder kleiner als 360° durch Verwendung elektrischer Ausgänge von den bestimmten zwei magnetempfindlichen Abschnitten.
Der Drehwinkelsensor hat einen anderen magnetempfindlichen Abschnitt unterschiedlich zu den drei magnetempfindlichen Abschnitten. Der andere magnetempfindliche Abschnitt ist in gleicher Position wie der andere der drei magnetempfindlichen Abschnitte auf der Anordnungsachse angeordnet. Eine magnetempfindliche Oberfläche des anderen magnetempfindlichen Abschnitts liegt in gleicher Richtung wie eine magnetempfindliche Oberfläche des anderen der bestimmten zwei magnetempfindlichen Abschnitte.
<Erste Ausführungsform>
Ein Aufbau eines Hubsensors 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 6 beschrieben. Der Hubsensor 1 erfasst einen linearen Verschiebungsbetrag (Hubbetrag) eines zu überwachenden Körpers (nicht gezeigt), der linear verschoben wird. Gemäß 1 weist der Hubsensor 1 zwei Magnete 2, 3 als bewegliche Bauteile auf, welche einen Magnetfluss bilden und gemäß der Verschiebung des zu überwachenden Körpers (bzw. mit diesem) linear verschoben werden, sowie zwei magnetempfindliche Abschnitte 4, 5 als feste Bauteile, welche den Magnetfluss erfassen und den Magnetfluss in elektrische Ausgänge (Ausgangssignale) umwandeln, um diese elektrischen Ausgänge auszugeben. Der Hubsensor 1 ist ein kontaktfreier Sensor, der in der Lage ist, den Hubbetrag des überwachten Körpers zu überwachen, ohne einen Kontakt zwischen dem beweglichen Bauteil und dem festen Bauteil herzustellen.
Beispielsweise ist der Hubsensor 1 in ein Fahrzeug eingebaut und berechnet einen Ausgangswert basierend auf den elektrischen Ausgängen, die von den beiden magnetempfindlichen Abschnitten 4, 5 ausgegeben werden. Der berechnete Ausgangswert wird in eine elektronische Steuereinheit (ECU) eingegeben und für verschiedene Arten von Steuerverarbeitungen verwendet. Beispielsweise kann der Hubsensor 1 auf geeignete Weise als Höhensensor zur Erfassung einer Aufhängungshöhe, als Nockenhubsensor zur Erfassung einer Position einer Nockenwelle für ein Ansaugventil eines Motors, als EGR-Hubsensor zum Erfassen des Hubbetrags eines EGR-Stellglieds zur Veränderung der EGR-Größe etc. verwendet werden.
Der Hubsensor 1 kann auch in einem Toroidal-CVT (continuously variable transmission – stufenlos schaltbares Getriebe) zur Erfassung der Position einer Antriebsrolle verwendet werden, um die Änderung des Übersetzungsverhältnisses durch Kontaktieren einer Eingangsscheibe mit einer Ausgangsscheibe zu bestimmen. Das Toroidal-CVT ist ein Automatikgetriebe, das in der Lage ist, das Übersetzungsverhältnis stufenlos zu ändern.
Jeder der Magnete 2, 3 hat die Form eines langgestreckten Stabs derart, dass jeder der Magnete 2, 3 in einer Bogenform gewölbt oder ausgebaucht ist, wenn er in Querschnittsrichtung senkrecht zur Längsrichtung betrachtet wird. Somit haben die Magnete 2, 3 Wölbungsendkanten(-endflächen, Seitenflächen) 6, 7. Das heißt, jede der Wölbungsendkanten 6, 7 der Magnete 2, 3 hat die Form eines Kreisbogens. Jeder der Magnete 2, 3 ist in Querschnittsrichtung magnetisiert. Die Magnete 2, 3 sind so angeordnet, dass ihre Längsrichtungen zusammenfallen, und derart, dass ihre Querschnittsrichtungen zusammenfallen. Die Magnete 2, 3 werden linear in Längsrichtung gemäß der Verschiebung des zu überwachenden Körpers verschoben.
Die beiden magnetempfindlichen Abschnitte 4, 5 liegen auf einer Anordnungsachse. Die Wölbungsendkanten 6, 7 sind so angeordnet, dass sie zur Anordnungsachse entlang der Magnetisierungsrichtung weisen. Das heißt, die Wölbungsendkanten 6, 7 bilden jeweils zu dem magnetempfindlichen Abschnitt weisende Umfangskanten, die zur Anordnungsachse in Magnetisierungsrichtung zeigen. Die Wölbungsendkanten 6, 7 liegen einander gegenüber, um bezüglich der Anordnungsachse eine Spiegelsymmetrie zu bilden. Die Magnete 2, 3 sind so magnetisiert und angeordnet, dass eine Polarität des Magneten 2 an einer Endseite bezüglich der Querschnittsrichtung eine entgegengesetzte Polarität zum Magneten 3 an der anderen Endseite bezüglich der Querschnittsrichtung hat. Das heißt, die Polarität auf Seiten der Wölbungsendkante 6 des Magneten 2 ist entgegengesetzt zur Polarität auf Seiten der Wölbungsendkante 7 des Magneten 3.
Die Magnete 2, 3 bewegen sich in Längsrichtung, wobei die obigen Lagebeziehungen der Wölbungsendkanten 6, 7 und die Spiegelsymmetrie beibehalten werden. Die Richtung der Anordnungsachse ist parallel zur Längsrichtung. Die Magnetisierungsrichtung ist gleich oder parallel zur Querschnittsrichtung.
Gemäß 1 ist eine dritte Richtung als eine Richtung senkrecht sowohl zur Längsrichtung als auch zur Querschnittsrichtung definiert. Unter der Annahme, dass die Wölbungsendkanten 6, 7 durch eine virtuelle Ebene senkrecht zur Längsrichtung geschnitten werden, definierten Schnittebenenlinien 8, 9, gebildet von den Wölbungsendkanten 6, 7, und die virtuelle Ebene Liniensegmente, welche parallel zur dritten Richtung sind und eine gleiche Länge ungeachtet einer Koordinate der virtuellen Ebene auf der Anordnungsachse haben. Das heißt, jede der Wölbungsendkanten 6, 7 definiert eine kreisbogenförmig gekrümmte Oberfläche, welche eine langgestreckte rechteckför mige Ebene ist, die in Form eines Kreisbogens gewölbt oder gekrümmt ist. Der Teil (b) von 1 zeigt einen Querschnitt durch den Hubsensor 1 in Teil (a) von 1 entlang dortiger Linie A-A.
Da die Wölbungsendkanten 6, 7 aufeinander zuweisen, hat eine Magnetflussdichte auf der Anordnungsachse senkrecht zur Querschnittsrichtung eine Verteilung beispielsweise gemäß 2. Gemäß der Verteilung der Magnetflussdichte fällt, da die Wölbungsendkanten 6, 7 kreisbogenförmig sind, eine Korrelation zwischen der Magnetflussdichte auf der Anordnungsachse und der Koordinate der Anordnungsachse im Wesentlichen mit einer Sinuskurve zusammen, die geschaffen wird, indem beispielsweise einer Sinusfunktion ein Offset hinzugefügt wird. Der Magnetfluss mit einer solchen Korrelation wird zusammen mit den Magneten 2, 3 linear in Längsrichtung verschoben.
Jeder der magnetempfindlichen Abschnitte 4, 5 ist ein Hall-IC mit einem Hallelement (nicht gezeigt) und einer Schaltung (nicht gezeigt), welche zu einem einzelnen Körper gepackt sind. Das Hallelement erfasst den Magnetfluss der Magnete 2, 3 und erzeugt ein analoges Signal. Die Schaltung führt eine digitale Verarbeitung des Analogsignals vom Hallelement durch. Die magnetempfindlichen Abschnitte 4, 5 geben digitalisierte elektrische Ausgänge an eine arithmetische Schaltung 13 aus, wie später beschrieben wird.
Wie im Teil (a) von 1 gezeigt, liegen die magnetempfindlichen Abschnitte 4, 5 in einem bestimmten Abstand auf der Anordnungsachse. Der bestimmte Abstand ist ein Viertel (d/2) eines Zyklus (2d) der Sinuskurve, was die Korrelation zwischen der Magnetflussdichte auf der Anordnungsachse und der Koordinate der Anordnungsachse ist. Das heißt, die magnetempfindlichen Abschnitte 4, 5 sind so angeordnet, dass sie voneinander um einen Betrag d/2 auf der Anordnungsachse beabstandet sind.
Die magnetempfindlichen Abschnitte 4, 5 sind kompatible Hall-ICs mit identischer Funktion und identischen Charakteristika. Das heißt, wenn Spannungen, welche an den Hallelementen der magnetempfindlichen Abschnitte 4, 5 anliegen, gleich sind und die Temperaturen der Hallelemente gleich sind, haben Hallströme Ia, Ib, der magnetempfindlichen Abschnitte 4, 5 den gleichen Wert. Wenn die Temperaturen der Hallelemente der magnetempfindlichen Abschnitte 4, 5 gleich sind, nehmen Hallkoeffizienten Ka, Kb der magnetempfindlichen Abschnitte 4, 5 den gleichen Wert an. Die magnetempfindlichen Abschnitte 4, 5 sind so angeordnet, dass ihre magnetempfindlichen Oberflächen in gleicher Richtung weisen, z. B. in einer Richtung senkrecht zur Querschnittsrichtung.
Bei obigem Aufbau fallen Korrelationen zwischen dem linearen Verschiebungsbetrag (Hubbetrag L) der Magnete 2, 3 in Längsrichtung und die Magnetflussdichten, welche direkt basierend auf elektrischen Ausgängen der magnetempfindlichen Abschnitte 4, 5 erhalten werden (d. h. Magnetflussdichten, welche direkt von den magnetempfindlichen Abschnitten 4, 5 erfasst werden), im Wesentlichen mit Sinuskurven zusammen, die beispielsweise gebildet werden durch Addition eines Offsets zu Sinusfunktionen mit einer Phasendifferenz d/2 zwischen sich, wie durch die Charakteristiklinien α und β in 3 gezeigt.
Das heißt, die Charakteristiklinie α fällt im Wesentlichen mit einer Sinuskurve zusammen, welche gebildet wird durch Addition eines Offsets zu einer Sinusfunktion, welche den Hubbetrag L als Variable verwendet. Die Charakteristiklinie β wird gebildet durch eine Parallelverschiebung der Charakteristiklinie α um den Betrag d/2. Der Betrag d/2 ist äquivalent einem Viertel eines Zyklus 2/d der Charakteristiklinie α. Daher fällt die Charakteristiklinie β im Wesentlichen mit einer Kosinuskurve zusammen, die gebildet wird durch Addition eines Offsets zu einer Kosinusfunktion, welche den Hubbetrag L als Variable verwendet. Bei den Charakteristiklinien α, β ist die Amplitude gleich.
Verschiedene Arten arithmetischer Verarbeitungen werden an die elektrischen Ausgänge angelegt, die von den magnetempfindlichen Abschnitten 4, 5 ausgegeben werden; dies erfolgt in einem DSP 14 (digitaler Signalprozessor) gemäß 4B). Der DSP 14 bildet zusammen mit einem D/A-Wandler 15 eine einzelne Arithmetikschaltung 13. Gemäß 4A bildet die Arithmetikschaltung 13 zusammen mit den beiden Hall-ICs als magnetempfindlichen Abschnitten 4, 5 eine einzelne Sensoranordnung 16.
Der DSP 14 hat Funktionen einer ersten Offseteinstellvorrichtung 17 zur Subtraktion des Offsetbetrags von jedem der elektrischen Ausgänge der magnetempfindlichen Abschnitte 4, 5, einer ersten inversen trigonometrischen Funktionsberechnungsvorrich tung 18 zum Anwenden einer inversen trigonometrischen Funktionsberechnung auf einen numerischen Wert, der unter Verwendung der zwei berechneten Werte von der ersten Offseteinstellvorrichtung 17 erhalten wird, und einer Verstärkungseinstellvorrichtung 19.
Die erste Offseteinstellvorrichtung 17 verwendet einen numerischen Wert äquivalent zu einem Zwischenwert zwischen Maximum und Minimum der Magnetflussdichten in den Charakteristiklinien α, β als Offsetbetrag und subtrahiert den Offsetbetrag von den Magnetflussdichten, die direkt aus den elektrischen Ausgängen der magnetempfindlichen Abschnitte 4, 5 erhalten werden. Der Zwischenwert wird als gerichteter Mittelwert von Maximum und Minimum berechnet (Beispiel)
Das heißt, die Charakteristiklinie α in 3 wird eine Charakteristiklinie α', welche im Wesentlichen mit einer Sinusfunktion zusammenfällt, die gemäß 5 den Hubbetrag L als Variable verwendet. Die Charakteristiklinie β in 3 wird eine Charakteristiklinie β', welche im Wesentlichen mit einer Kosinusfunktion zusammenfällt, welche gemäß 5 den Hubbetrag L als Variable verwendet. Das heißt, die Magnetflussdichten, welche die Verarbeitung der ersten Offseteinstellvorrichtung 17 durchlaufen haben, d. h. die Korrelationen zwischen den Magnetflussdichten und dem Hubbetrag L nach der Offseteinstellung, werden zu der Charakteristiklinie α', die an die Sinusfunktion angenähert ist, welche den Hubbetrag L als Variable verwendet, und der Charakteristiklinie β', die an die Kosinusfunktion angenähert ist, welche den Hubbetrag L als Variable verwendet.
Daher lassen sich die Ausgangswerte äquivalent zu den Magnetflussdichten nach der Offseteinstellung, d. h. die Ausgangsspannungen Va, Vb, die erhalten werden durch Anlegen der Offseteinstellung an die Hallspannungen von den beiden Hall-ICs (magnetempfindlichen Abschnitten 4, 5), durch Annäherungsgleichungen gemäß den nachfolgenden Gleichungen 1 und 2 unter Verwendung entsprechender Amplituden Ea, Eb ausdrücken:
(Gleichung 1)

Va = Ea·sinL

(Gleichung 2)

Vb = Eb·cosL

Die Amplituden Ea, Eb werden durch die folgenden Gleichungen 3 und 4 unter Verwendung einer Amplitude B der Verteilung der Magnetflussdichte gemäß 2 ausgedrückt:
(Gleichung 3)

Ea = Ka·Ia·B

(Gleichung 4)

Eb = Kb·Ib·B

Die magnetempfindlichen Abschnitte 4, 5 sind kompatible Hall-ICs mit identischem Betrieb und identischen Charakteristika und werden in einer Atmosphäre gleicher Temperatur verwendet. Somit sind die Hallströme Ia, Ib zueinander gleich und die Hallkoeffizienten Ka, Kb sind zueinander gleich. Die magnetempfindlichen Abschnitte 4, 5 erfassen den gleichen Magnetfluss, der von den Magneten 2, 3 gebildet wird. Somit ist zwischen den magnetempfindlichen Abschnitten 4, 5 der numerische Wert der Amplitude B gleich. Daher sind die Gleichungen Ea, Eb zueinander gleich. Damit fällt gemäß folgender Gleichung 5 ein Wert Va/Vb im Wesentlichen mit einem Tangens zusammen, welcher den Hubbetrag L als eine Variable verwendet:
(Gleichung 5)

Va/Vb = tanL

Weiterhin kann der Hubbetrag L erhalten werden durch Anwenden der inversen trigonometrischen Funktionsberechnung auf den Wert Va/Vb gemäß folgender Gleichung 6:
(Gleichung 6)

L = arctan(Va/Vb)

Die erste inverse trigonometrische Funktionsberechnungsvorrichtung 18 führt eine arithmetische Verarbeitung äquivalent den Gleichungen 5 und 6 durch, indem die inverse trigonometrische Funktionsberechnungsvorrichtung auf einen numerischen Wert angewendet wird, der erhalten wird durch Durchführung einer Division der zwei berechneten Werte von der ersten Offseteinstellvorrichtung 17. Die erste trigonometrische Funktionsberechnungsvorrichtung 18 wendet eine arithmetische Verarbeitung an, welche gleich der nachfolgenden Gleichung 7 ist, und zwar auf den numerischen Wert, der durch die inverse trigonometrische Funktion erhalten wird, und definiert den durch die arithmetische Verarbeitung erhaltenen numerischen Wert als Ausgangswert V(L) des Hubbetrags L.
(Gleichung 7)

V(L) = arctan(Va/Vb)·d/π

Das heißt, der Ausgangswert V(L) bezüglich des Hubbetrags L zeigt eine ideale lineare Charakteristik in einem tatsächlich verwendeten Bereich des Hubbetrags L, wie in 6 gezeigt. Ein digitales Signal äquivalent zu dem berechneten Ausgangswert V(L) wird in dem D/A-Wandler 15 einer Analogbearbeitung unterzogen und an die ECU ausgegeben (siehe 4). Die Verstärkungseinstellvorrichtung 19 führt eine elektrische Einstellung durch, um die Amplituden Ea, Eb anzugleichen, wenn die elektrischen Amplituden Ea, Eb aufgrund elektrischer Differenzen ungleich sind.
<Effekte der ersten Ausführungsform>
Der Hubsensor 1 gemäß der ersten Ausführungsform hat die beiden Magnete 2, 3 und die beiden magnetempfindlichen Abschnitte 4, 5. Die beiden Magnete 2, 3 sind so angeordnet, dass die Längsrichtungen der Magnete 2, 3 parallel zueinander sind, und so, dass die Magnete 2, 3 in einer Querschnittsrichtung senkrecht zur Längsrichtung aufeinander zuweisen. Die Magnete 2, 3 werden gemäß der linearen Verschiebung des zu überwachenden Körpers linear in Längsrichtung verschoben. Die magnetempfindlichen Abschnitte 4, 5 liegen parallel zur Längsrichtung so, dass die magnetempfindlichen Abschnitte 4, 5 zwischen den beiden Magneten 2, 3 in Querschnittsrichtung gese hen liegen, und so, dass die magnetempfindlichen Abschnitte 4, 5 voneinander in Längsrichtung beabstandet sind.
Die Magnete 2, 3 haben die Wölbungsendkanten 6, 7 in der jeweiligen (Kreis)Bogenform. Die Wölbungsendkanten 6, 7 weisen aufeinander zu, um bezüglich der Anordnungsachse eine Spiegelsymmetrie zu bilden. Die Magnete 2, 3 sind so magnetisiert und angeordnet, dass die Polarität auf Seiten der Wölbungsendkante 6 des Magneten 2 entgegengesetzt zur Polarität auf Seiten der Wölbungsendkante 7 des Magneten 3 ist. Die Magnete 2, 3 werden linear in Längsrichtung verschoben, wobei die obigen Lagebeziehungen der Wölbungsendkanten 6, 7 beibehalten werden.
Im Ergebnis fällt die Verteilung der Magnetflussdichte auf der Anordnungsachse, wo die magnetempfindlichen Abschnitte 4, 5 liegen, im Wesentlichen mit einer Sinuskurve zusammen, die gebildet wird, indem Eingangspfad der Offset zu der Sinusfunktion mit dem Zyklus 2d addiert wird (2). Der Magnetfluss mit einer solchen Verteilung wird linear in Längsrichtung zusammen mit den Magneten 2, 3 verschoben. Die magnetempfindlichen Abschnitte 4, 5 erfassen den so verschobenen Magnetfluss, so dass sich elektrischen Ausgänge der magnetempfindlichen Abschnitte 4, 5 ändern. Die magnetempfindlichen Abschnitte 4, 5 sind so angeordnet, dass sie voneinander um einen Betrag d/2 auf der Anordnungsachse beabstandet sind.
Somit fällt sowohl die Charakteristiklinie α als Korrelation zwischen dem Hubbetrag L und der Magnetflussdichte, die basierend auf dem elektrischen Ausgang des magnetempfindlichen Abschnitts 4 berechnet wird, und die Charakteristiklinie β als Korrelation zwischen dem Hubbetrag L und der Magnetflussdichte, die basierend auf dem elektrischen Ausgang des magnetempfindlichen Abschnitts 5 berechnet wird, im Wesentlichen mit den Sinuskurven zusammen. Die Charakteristiklinien α, β haben gleichen Zyklus und die Phasendifferenz zwischen ihnen beträgt ein Viertel des Zyklus (siehe 3). Wenn daher die Charakteristiklinie α' erhalten wird, indem die Offseteinstellung auf die Charakteristiklinie α angewendet wird und als Sinusfunktion betrachtet wird, welche den Hubbetrag L als Variable verwendet, kann die Charakteristiklinie β', die erhalten wird durch Anwenden der Offseteinstellung auf die Charakteristiklinie β, als Kosi nusfunktion betrachtet werden, welche den Hubbetrag L als Variable verwendet (siehe 5).
Somit kann der numerische Wert äquivalent zu dem Tangens, der den Hubbetrag L als Variable verwendet, erhalten werden durch Division der Ausgangsspannung Va, erhalten durch Anlegen der Offseteinstellung an die Hallspannung von dem magnetempfindlichen Abschnitt 4, durch die Ausgangsspannung Vb, erhalten durch Anlegen der Offseteinstellung an die Hallspannung von dem magnetempfindlichen Abschnitt 5. Die Temperaturcharakteristik des Magnetflusses von den Magneten 2, 3 und die Temperaturcharakteristika der elektrischen Ausgänge von den magnetempfindlichen Abschnitten 4, 5 können durch die Division aufgehoben werden (siehe Gleichung 5).
Durch Anwenden der inversen trigonometrischen Funktionsverarbeitung auf den erhaltenen Tangens kann die Korrelation zwischen dem Hubbetrag L und dem numerischen Wert, der durch die inverse trigonometrische Funktionsverarbeitung erhalten wird, zu der idealen linearen Charakteristik gemacht werden, welche unbeeinflusst ist durch die Temperaturcharakteristika des Magnetflusses und der elektrischen Ausgänge (siehe Gleichungen 6 und 7). Selbst wenn daher der Magnetfluss durch die Magnete 2, 3 als die beweglichen Bauteile oder die elektrischen Ausgänge von den magnetempfindlichen Abschnitten 4, 5 als festen Bauteilen sich temperaturabhängig ändern oder schwanken, lässt sich ein hochgenauer Ausgangswert V(L) betreffend den Hubbetrag L erhalten.
Wenn die Magnete 2, 3 um die Anordnungsachse herum drehen, ändern sich die Magnetflussdichten, die von den magnetempfindlichen Abschnitten 4, 5 erfasst werden, im gleichen Verhältnis. Somit kann ein Erfassungsfehler des Hubbetrags L, der mit der Drehung der Magnete 2, 3 einhergeht, unterbunden werden.
Der Abstand zwischen den magnetempfindlichen Abschnitten 4, 5 beträgt ein Viertel eines Zyklus 2d der Charakteristiklinien α, β. Wenn daher die Charakteristiklinie als Sinusfunktion betrachtet wird, welche den Hubbetrag L als Variable verwendet, kann die Charakteristiklinie β' als Kosinusfunktion betrachtet werden, welche den Hubbetrag L als Variable verwendet. Somit kann der Hubbetrag L einfacher als in einem Fall be rechnet werden, wo der Abstand zwischen den magnetempfindlichen Abschnitten 4, 5 nicht ein Viertel des Zyklus 2d beträgt. Die Rechenlast kann damit verringert werden.
Die Schnittebenenlinien 8, 9, welche von den Wölbungsendkanten 6, 7 und der virtuellen Ebene senkrecht zur Längsrichtung gebildet werden, definieren die Liniensegmente, die parallel zur dritten Richtung sind und gleiche Länge ungeachtet der Koordinate der virtuellen Ebene auf der Anordnungsachse haben (siehe Teil (b) von Fig.). Somit kann die Verteilung der Magnetflussdichte auf der Anordnungsachse mit Sicherheit an die Sinuskurve angenähert werden.
Die Verteilung der Magnetflussdichte auf der Anordnungsachse (d. h. die Korrelation zwischen Magnetflussdichte auf der Anordnungsachse und Koordinate der Anordnungsachse) nähert sich an die Sinuskurve an und ein Fehler bezüglich des Hubbetrags L nimmt ab, wenn die bogenförmig gewölbten Magnete 2, 3 gemäß der ersten Ausführungsform verwendet werden.
Die Effekte der vorliegenden Ausführungsform werden auf der Grundlage eines Vergleichs mit dem Fall erläutert, bei dem Magnete in einfacher Stabform (7A und 7B) verwendet werden.
Nachfolgend wird ein stabförmiger Magnet als Vergleichsgegenstand als Vergleichsmagnet bezeichnet. 7A zeigt einen Magnetfluss zwischen Magneten 2, 3 in gewölbter Bogenform gemäß der ersten Ausführungsform durch Magnetkraftlinien. 7B einen Magnetfluss zwischen zwei Vergleichsmagneten durch Magnetkraftlinien.
Eine Verdichtung und Ausdünnung der Abstände der Magnetkraftlinien (äquivalent zur Magnetflussdichte) auf der Anordnungsachse innerhalb des Bereichs, wo die Magnete 2, 3 einander gegenüberliegen, ist im Fall von gewölbten Magneten 2, 3 gemäß 7A zu sehen. Gemäß 7A sind die Magnetkraftlinien in einem mittigen Bereich am dichtesten, wo der Abstand zwischen den Wölbungsendkanten 6, 7 in Querschnittsrichtung am kürzesten ist. Die Magnetkraftlinien sind an den beiden seitlichen Enden in 7A am weitesten voneinander beabstandet, wo auch der Abstand zwischen den Wölbungsendkanten 6, 7 in Querschnittsrichtung am längsten ist. Die Magnetkraftlinien auf der Anordnungsachse werden entlang einer Richtung von einer mittigen Position aus zu den beiden Endpositionen allmählich ausgedünnt. Da die Wölbungsendkanten 6, 7 in Bogenform (Kreisbogenform) ausgebildet sind, kann die Korrelation zwischen Verdichtung und Ausdünnung der Abstände der Magnetkraftlinien auf der Anordnungsachse unter der Koordinate der Anordnungsachse im Wesentlichen mit der Sinuskurve in Übereinstimmung gebracht werden (siehe Korrelation der bogenförmig gewölbten Magnete, angegeben durch die durchgezogenen Linie in 8A).
Im Gegensatz hierzu zeigt 7B eine Verdichtung und Ausdünnung der Abstände zwischen den Magnetkraftlinien entlang der Anordnungsachse innerhalb des Bereichs, wo die beiden Vergleichsmagnete aufeinander zuweisen. Gemäß 7B sind die Abstände zwischen den Magnetkraftlinien über einen weiten Bereich einschließlich einer mittigen Position hinweg im Wesentlichen konstant. Die Magnetkraftlinien werden nahe den Endabschnitten in 7B ausgedünnter. Somit verbleiben Verdichtung bzw. Ausdünnung der Abstände zwischen den Magnetkraftlinien entlang der Anordnungsachse entlang einer Richtung von einer mittigen Position zu beiden Endabschnitten hinweg im Wesentlichen konstant. Die Magnetkraftlinien dünnen plötzlich oder schlagartig aus, wenn eine bestimmte Position überschritten wird (siehe Korrelation von Vergleichsmagneten gemäß der gestrichelten Linie in 8A).
Wenn somit die Vergleichsmagnete als bewegliche Bauteile verwendet werden, wird die Korrelation zwischen Hubbetrag L und Ausgangswert V(L) nicht zu einer idealen linearen Charakteristik in dem tatsächlich benutzten Bereich des Hubbetrags L (gestrichelte Linie in 8). Ein Fehler betreffend den Hubbetrag L wird größer im Fall von kreisbogenförmig gewölbten Magneten 2, 3 (durchgezogene Linie in 8B).
<Zweite Ausführungsform>
Nachfolgend wird ein Hubsensor 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert. Der Hubsensor 1 gemäß der zweiten Ausführungsform hat magnetempfindliche Abschnitte 4, 5, welche kompatible Hallelemente sind, welche identische Funktion und identische Charakteristik haben. Gemäß den 9A und 9B sind die magnetempfindlichen Abschnitte 4, 5 durch einen einzelnen Chip 20 zu sammen mit einem DSP 14 gebildet, der die Funktionen der ersten Offseteinstellungsvorrichtung 17, der ersten inversen trigonometrischen Funktionsberechnungsvorrichtung 18 und der Verstärkungseinstellvorrichtung 19 hat.
Der Chip 20 hat weiterhin die Funktion von Operationsverstärkern 21, 22, die Ausgangssignale von den Hallelementen als magnetempfindliche Abschnitte 4, 5 verstärken, eines A/D-Wandlers 23, der eine digitale Verarbeitung der verstärkten Ausgangssignale durchführt, und eines D/A-Wandlers 15. Somit können die Abmessungen des Hubsensors 1 verringert werden, und Funktion und Eigenschaften der magnetempfindlichen Abschnitte können näher aneinander angeglichen werden.
<Dritte Ausführungsform>
Nachfolgend wird ein Hubsensor 1 gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert. Gemäß 10 hat der Hubsensor 1 gemäß der driften Ausführungsform einen magnetischen Körper 28, der Umfänge 26, 27 der Magnete 2, 3 an Seiten gegenüber der Wölbungsendkanten 6, 7 bezüglich der Magnetisierungsrichtung abdeckt. Die Robustheit gegenüber einem magnetischen Störfeld kann damit verbessert werden.
<Vierte Ausführungsform>
Der Aufbau eines Hubsensors 1 gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die 11 bis 22 beschrieben. Der Hubsensor 1 gemäß der vierten Ausführungsform kann einen Drehwinkel θ zusätzlich zu dem Hubbetrag L erfassen. Beispielsweise kann der Hubsensor 1 in einem Toroidal-CVT zur Erfassung sowohl von Position als auch Kippwinkel einer Kippachsenrichtung eines Drehzapfens verwendet werden, der eine Leistungsrolle hält, so dass die Leistungsrolle frei kippen kann.
Im Hubsensor 1 gemäß der vierten Ausführungsform ist ein anderer magnetempfindlicher Abschnitt 30 unterschiedlich zu den magnetempfindlichen Abschnitten 4, 5 im Wesentlichen in gleicher Position wie der magnetempfindliche Abschnitt 4 auf der An ordnungsachse angeordnet, und noch ein anderer magnetempfindlicher Abschnitt 31 unterschiedlich zu dem anderen magnetempfindlichen Abschnitt 30 ist im Wesentlichen in gleicher Position wie der magnetempfindliche Abschnitt 5 auf der Anordnungsachse angeordnet, wie in Teil (a) von 11 gezeigt.
Teil (b) von 11 zeigt einen Querschnitt durch den Hubsensor 1 in Teil (a) von 11 entlang dortiger Linie B-B. Wie in Teil (b) von 11 gezeigt, sind die magnetempfindlichen Abschnitte 4, 30 so angeordnet, dass sie einen Winkel θc kleiner als 90° zwischen ihren magnetempfindlichen Oberflächen bilden. Die magnetempfindlichen Abschnitte 5, 31 sind so angeordnet, dass sie einen Winkel θc kleiner als 90° zwischen ihren magnetempfindlichen Oberflächen bilden. Die magnetempfindlichen Abschnitte 4, 5 sind so angeordnet, dass ihre magnetempfindlichen Oberflächen in gleicher Richtung weisen. Die magnetempfindlichen Abschnitte 30, 31 sind so angeordnet, dass ihre magnetempfindlichen Oberflächen in gleicher Richtung weisen. Die Gruppe magnetempfindlicher Abschnitte 4, 30 und die Gruppe magnetempfindlicher Abschnitte 5, 31 sind voneinander in einem Abstand e kürzer als der Abstand d/2 auf der Anordnungsachse angeordnet. Die magnetempfindlichen Abschnitte 4, 5, 30, 31 sind kompatible Hallelemente mit identischer Funktion und identischen Eigenschaften.
Der zu überwachende Körper wird linear verschoben und dreht sich. Die Magnete 2, 3 werden relativ zu den magnetempfindlichen Abschnitten 4, 5, 30, 31 gemäß der Linearverschiebung des zu überwachenden Körpers bewegt. Die Magnete 2, 3 drehen auch relativ zu den magnetempfindlichen Abschnitten 4, 5, 30, 31 abhängig von der Drehung des zu überwachenden Körpers.
Wenn bei obigem Aufbau der Drehwinkel θ 0° beträgt, fallen Korrelationen zwischen dem Hubbetrag L der Magnete 2, 3 in Längsrichtung und den Magnetflussdichten, die direkt basierend auf den elektrischen Ausgängen der magnetempfindlichen Abschnitte 4, 5 erhalten werden, im Wesentlichen mit Sinuskurven zusammen, welche erhalten werden, indem beispielsweise ein Offset zu Sinusfunktionen mit einer Phasendifferenz e dazwischen hinzuaddiert wird, wie durch die Charakteristiklinien γ, δ in 12 gezeigt. Eine Korrelation zwischen dem Hubbetrag L und den Magnetflussdichten, die direkt basierend auf den elektrischen Ausgängen der magnetempfindlichen Ab schnitte 30, 31 erhalten werden, fällt im Wesentlichen mit Sinuskurven zusammen, die erhalten werden durch beispielsweise Addition eines Offsets zu Sinusfunktionen mit einer Phasendifferenz e dazwischen, wie durch die Charakteristiklinien ε, ζ in 12 gezeigt.
Das heißt, die Charakteristiklinien γ, δ und die Charakteristiklinien ε, ζ fallen im Wesentlichen mit Sinuskurven zusammen, welche durch Addition eines Offsets zur Sinusfunktionen erhalten werden, wobei jede den Hubbetrag L als Variable verwendet. Die Charakteristiklinien δ, ζ fallen mit Linien zusammen, die erhalten werden durch Parallelverschiebung der Charakteristiklinien γ, ε um einen Betrag e. Die Charakteristiklinien γ, δ haben gleiche Amplitude. Die Charakteristiklinien ε, ζ haben auch gleiche Amplitude. Eine Größenbeziehung zwischen der Amplitude der Charakteristiklinien γ, δ und der Amplitude der Charakteristiklinien ε, ζ ändert sich abhängig vom Drehwinkel θ, wie später erläutert.
Wenn der Hubbetrag L Null beträgt, fallen Korrelationen zwischen dem Drehwinkel θ der Magnete 2, 3 und den Magnetflussdichten, die direkt basierend auf den elektrischen Ausgängen der magnetempfindlichen Abschnitte 4, 30 erhalten werden, im Wesentlichen mit Sinuskurven zusammen, die zwischen sich eine Phasendifferenz θc haben, wie beispielsweise durch die Charakteristiklinien η, ι in 13 gezeigt. Korrelationen zwischen dem Drehwinkel θ und den Magnetflussdichten, die direkt basierend auf den elektrischen Ausgängen der magnetempfindlichen Abschnitte 5, 31 erhalten werden, fallen im Wesentlichen mit Sinuskurven zusammen, die zwischen sich eine Phasendifferenz θc haben, wie beispielsweise durch die Charakteristiklinien κ, λ in 13 gezeigt.
Das heißt, die Charakteristiklinien η, ι und die Charakteristiklinien κ, λ fallen im Wesentlichen mit den Sinuskurven zusammen, von denen jede den Drehwinkel θ als Variable verwendet. Die Charakteristiklinien ι, λ fallen mit Linien zusammen, die erhalten werden durch Parallelverschiebung der Charakteristiklinien η, κ um einen Betrag θc. Die Charakteristiklinien η, ι haben die gleiche Amplitude. Die Charakteristiklinien κ, λ haben ebenfalls gleiche Amplitude. Eine Größenbeziehung zwischen der Amplitude der Charakteristiklinien η, ι und der Amplitude der Charakteristiklinien κ, λ ändert sich abhängig vom Hubbetrag L, wie später beschrieben wird.
Die magnetempfindlichen Abschnitte 4, 5, 30, 31 sind Hallelemente. Gemäß den 14A und 14B sind die magnetempfindlichen Abschnitte 4, 5 in einem einzelnen Chip 20a enthalten und die magnetempfindlichen Abschnitte 30, 31 sind in einem anderen einzelnen Chip 20b unterschiedlich zum Chip 20a enthalten. Eine Sensoranordnung 16 hat zusätzlich den Chips 20a, 20b eine Arithmetikschaltung 13. Wie bei der ersten Ausführungsform hat die Arithmetikschaltung 13 den DSP 14, den D/A-Wandler 15 etc.
Der DSP 14 gemäß der vierten Ausführungsform hat die Funktionen einer ersten Offseteinstellvorrichtung 17, einer ersten inversen trigonometrischen Funktionsberechnungsvorrichtung 18, einer zweiten Offseteinstellvorrichtung 33 (wird später erläutert) und zweiten bis vierten inversen trigonometrischen Funktionsberechnungsvorrichtungen 34, 35, 36 (werden später erläutert).
Der Chip 20a hat die Funktionen von Operationsverstärkern 21, 22 und eine Funktion eines A/D-Wandlers 23a, der eine digitale Signalverarbeitung an Signalen anwendet, die von den Operationsverstärkern 21, 22 verstärkt wurden. Die Ausgangssignale, welche digital verarbeitet wurden, werden an die Arithmetikschaltung 13 ausgegeben. Der Chip 20b hat Funktionen von Operationsverstärkern 38, 39, welche die Ausgangssignale von den magnetempfindlichen Abschnitten 30, 31 verstärken, und die Funktion eines A/D-Wandlers 23b, der eine digitale Signalverarbeitung an den Signalen anwendet, die von den Operationsverstärkern 38, 39 verstärkt wurden. Die Ausgangssignale, welche digital verarbeitet wurden, werden der Arithmetikschaltung 13 ausgegeben.
Die zweite Offseteinstellvorrichtung 33 subtrahiert einen Offsetbetrag von den entsprechenden elektrischen Ausgängen der magnetempfindlichen Abschnitte 30, 31. Beispielsweise verwendet die zweite Offseteinstellvorrichtung 33 einen numerischen Wert äquivalent zu einem Zwischenwert zwischen Maximum und Minimum der Magnetflussdichten in den Charakteristiklinien ε, ζ als Offsetbetrag und subtrahiert den Offsetbetrag von den Magnetflussdichten, die direkt anhand der elektrischen Ausgänge der magnet empfindlichen Abschnitte 30, 31 erhalten wurden. Der Zwischenwert wird beispielsweise als gewichteter Durchschnitt von Maximum und Minimum berechnet.
Wie bei der ersten Ausführungsform subtrahiert die erste Offseteinstellvorrichtung 17 einen Offsetbetrag von den jeweiligen elektrischen Ausgängen der magnetempfindlichen Abschnitte 4, 5. Das heißt, die erste Offseteinstellvorrichtung 17 gemäß der vierten Ausführungsform verwendet einen numerischen Wert äquivalent zu einem Zwischenwert zwischen Maximum und Minimum der Magnetflussdichten in den Charakteristiklinien γ, δ als Offsetbetrag und subtrahiert den Offsetbetrag von den Magnetflussdichten, die direkt aus den elektrischen Ausgängen der magnetempfindlichen Abschnitte 4, 5 erhalten werden.
Wenn die Charakteristiklinien γ, δ gemäß 12 die Verarbeitung der ersten Offseteinstellvorrichtung 17 durchlaufen, ändern sich die Charakteristiklinien γ, δ in Charakteristiklinien γ', δ', welche im Wesentlichen mit Sinusfunktionen zusammenfallen oder übereinstimmen, von denen jede den Hubbetrag L als Variable verwendet, wie in 15 gezeigt. Wenn die Charakteristiklinien ε, ζ durch die zweite Offseteinstellvorrichtung 33 bearbeitet worden sind, ändern sich die Charakteristiklinien ε, ζ in Charakteristiklinien ε', ζ', welche im Wesentlichen mit Sinusfunktionen zusammenfallen oder übereinstimmen, von denen jede den Hubbetrag L als Variable verwendet.
Die Charakteristiklinien γ', δ' sind die beiden Sinusfunktionen mit einer Phasendifferenz e dazwischen. Die Charakteristiklinie δ' fällt mit einer Linie zusammen, die erhalten wird durch Parallelverschiebung der Charakteristiklinie γ' um die Distanz e. Die Charakteristiklinien γ', δ' haben gleiche Amplitude. Ebenso sind die Charakteristiklinien ε', ζ' die beiden Sinusfunktionen mit einer Phasendifferenz e dazwischen. Die Charakteristiklinie ζ' fällt mit einer Linie zusammen, die erhalten wird durch Parallelverschiebung der Charakteristiklinie ε' um den Betrag e. Die Charakteristiklinien ε', ζ' haben gleiche Amplitude.
Daher können die Ausgangsspannungen Vc, Vd, erhalten durch Verstärkung und Offseteinstellung der Halsspannungen von den magnetempfindlichen Abschnitten 4, 5 durch die folgenden Gleichungen 8 und 9 als angenäherte Gleichung unter Verwendung entsprechender Amplituden Ec, Ed und des Hubbetrags L als Variable ausgedrückt werden.
(Gleichung 8)

Vc = Ec·sinL

(Gleichung 9)

Vd = Ed·sin(L – e)

Die Ausgangsspannungen Ve, Vf, erhalten durch Verstärkung und Offseteinstellung der Hallspannungen von den magnetempfindlichen Abschnitten 30, 31 werden durch die folgenden Gleichungen 10 und 11 als angenäherte Gleichung unter Verwendung entsprechender Amplituden Ee, Ef und des Hubbetrags L als Variable ausgedrückt.
(Gleichung 10)

Ve = Ee·sinL

(Gleichung 11)

Vf = Ef·sin(L – e)

Wie die Amplituden Ea, Eb der ersten Ausführungsform sind die Amplituden ec, Ed zueinander gleich und die Amplituden Ee, Ef sind zueinander gleich. Daher können beispielsweise die Temperaturcharakteristik von Magnetfluss und die Temperaturcharakteristika der elektrischen Ausgänge aufgehoben werden durch Berechnung einer Differenz (Vc – Vd) und einer Summe (Vc + Vd) der Ausgangsspannungen Vc, Vd und durch Division der Differenz (Vc – Vd) durch die Summe (Vc + Vd). Die Temperaturcharakteristik von Magnetfluss und die Temperaturcharakteristika der elektrischen Ausgänge können aufgehoben werden, indem ebenfalls eine Differenz (Ve – Vf) und eine Summe (Ve + Vf) der Ausgangsspannungen Ve, Vf berechnet wird und die Differenz (Ve – Vf) durch die Summe (Ve + Vf) dividiert wird.
Weiterhin kann ein numerischer Wert äquivalent zu einem Tangens, der den Betrag L als Variable verwendet, aus dem numerischen Wert erhalten werden, der durch die Division erhalten wird. Durch Anwenden der inversen trigonometrischen Funktionsverarbeitung auf den erhaltenen Tangens können die folgenden Gleichungen 12 und 13 des Hubbetrags L erhalten werden.
(Gleichung 12)

L = arctan[cot{e/2·π/d·(Vc – Vd)/(Vc + Vd)}]

(Gleichung 13)

L = arctan[cot{e/2·π/d·(Ve – Vf)/(Ve + Vf)}]

Die erste inverse trigonometrische Funktionsberechnungsvorrichtung 18 führt eine arithmetische Verarbeitung äquivalent zu Gleichung 12 durch Anwenden der inversen trigonometrischen Funktionsberechnung auf einen numerischen Wert durch, der erhalten wird unter Verwendung der zwei berechneten Werte (Ausgangsspannungen Vc, Vd) von der ersten Offseteinstellvorrichtung 17. Die erste inverse trigonometrische Funktionsberechnungsvorrichtung 18 wendet eine arithmetische Verarbeitung äquivalent zur folgenden Gleichung 14 auf den numerischen Wert an, der erhalten wird durch die inverse trigonometrische Funktionsberechnung, und definiert den durch diese Verarbeitung erhaltenen numerischen Wert als Ausgangswert V(L) des Hubbetrags L.
(Gleichung 14)

V(L) = arctan[cot{e/2·π/d·(Vc – Vd)/(Vc + Vd)}]·d/π

Die dritte inverse trigonometrische Funktionsberechnungsvorrichtung 35 führt eine arithmetische Verarbeitung äquivalent zu Gleichung 13 durch Anwenden der inversen trigonometrischen Funktionsberechnung auf einen numerischen Wert durch, der erhalten wird unter Verwendung der zwei berechneten Werte (Ausgangsspannungen Ve, Vf) von der zweiten Offseteinstellvorrichtung 33. Die dritte inverse trigonometrische Funktionsberechnungsvorrichtung 35 wendet eine arithmetische Verarbeitung äquivalent zur folgenden Gleichung 15 auf den numerischen Wert an, der erhalten wird durch die in verse trigonometrische Funktionsberechnung, und definiert den durch diese Verarbeitung erhaltenen numerischen Wert als Ausgangswert V(L) des Hubbetrags L.
(Gleichung 15)

V(L) = arctan[cot{e/2·π/d·(Ve – Vf)/(Ve + Vf)}]·d/π

Somit kann unter Verwendung der Hallspannungen von den magnetempfindlichen Abschnitten 4, 5 (äquivalent zu Magnetflussdichten gemäß den Charakteristiklinien γ, δ) der Ausgangswert V(L) betreffend den Hubbetrag L zu einer idealen linearen Charakteristik gemacht werden, und zwar in dem tatsächlich verwendeten Bereich des Hubbetrags L gemäß 6. Auch kann unter Verwendung der Hallspannungen von den magnetempfindlichen Abschnitten 30, 31 (äquivalent zu Magnetflussdichten gemäß den Charakteristiklinien ε, ζ der Ausgangswert V(L) bezüglich des Hubbetrags L zu einer idealen linearen Charakteristik in einem tatsächlich verwendeten Bereich des Hubbetrags L gemäß 6 gemacht werden.
Ausgangsspannungen Vg, Vh, die erhalten werden ohne Verarbeitung durch die ersten und zweiten Offseteinstellvorrichtungen 17, 33 an den Hallspannungen, die von den magnetempfindlichen Abschnitten 4, 30 ausgegeben und verstärkt werden, sind durch die folgenden Gleichungen 16 und 17 als Annäherungsgleichungen unter Verwendung entsprechender Amplituden Eg, Eh und unter Verwendung des Drehwinkels θ als Variable ausdrückbar.
(Gleichung 16)

Vg = Eg·sinθ

(Gleichung 17)

Vh = Eh·sin(θ – θc)

Ausgangsspannungen Vi, Vj, die erhalten werden ohne Verarbeitung durch die ersten und zweiten Offseteinstellvorrichtungen 17, 33 an den Hallspannungen, die von den magnetempfindlichen Abschnitten 5, 31 ausgegeben und verstärkt werden, sind durch die folgenden Gleichungen 18 und 19 als Annäherungsgleichungen unter Verwendung entsprechender Amplituden Ei, Ej und unter Verwendung des Drehwinkels θ als Variable ausdrückbar.
(Gleichung 18)

Vi = Ei·sinθ

(Gleichung 19)

Vj = Ej·sin(θ – θc)

Wie bei den Amplituden Ea, Eb der ersten Ausführungsform sind die Amplituden Eg, Eh zueinander gleich und die Amplituden Ei, Ej sind zueinander gleich. Somit können beispielsweise die Temperaturcharakteristika von Magnetfluss und elektrischen Ausgängen aufgehoben werden, indem eine Differenz (Vg – Vh) und eine Summe (Vg + Vh) der Ausgangsspannungen Vg, Vh berechnet wird und die Differenz (Vg – Vh) durch die Summe (Vg + Vh) dividiert wird. Die Temperaturcharakteristika von Magnetfluss und elektrischen Ausgängen können auch aufgehoben werden durch Berechnen einer Differenz (Vi – Vj) und einer Summe (Vi + Vj) der Ausgangsspannungen Vi, Vj und durch Division der Differenz (Vi – Vj) durch die Summe (Vi + Vj).
Weiterhin kann ein numerischer Wert äquivalent zu einem Tangens, der den Drehwinkel θ als Variable verwendet, aus dem numerischen Wert erhalten werden, der durch die Division erhalten wird. Durch Anwenden der inversen trigonometrischen Funktionsverarbeitung auf den erhaltenen Tangens können die folgenden Gleichungen 20 und 21 des Drehwinkels θ erhalten werden.
(Gleichung 20)

θ = arctan[cot{θc/2·π/180°·(Vg – Vh)/(Vg + Vh)}]

(Gleichung 21)

θ = arctan[cot{θc/2·π/180°·(Vi – Vj)/(Vi + Vj)}]

Die zweite inverse trigonometrische Funktionsberechnungsvorrichtung 34 führt eine arithmetische Verarbeitung äquivalent zu Gleichung 20 durch, indem die inverse trigonometrische Funktionsberechnung auf die numerischen Werte (Ausgangsspannungen Vg, Vh) angewendet wird, die unter Verwendung der Hallspannungen der magnetempfindlichen Abschnitte 4, 30 erhalten werden. Die zweite inverse trigonometrische Funktionsberechnungsvorrichtung 34 wendet eine arithmetische Verarbeitung äquivalent zur folgenden Gleichung 22 auf den numerischen Wert an, der durch die inverse trigonometrische Funktionsberechnung erhalten wird, und definiert den numerischen Wert, der durch die Verarbeitung erhalten wird, als Ausgangswert V(θ) des Drehwinkels θ.
(Gleichung 22)

V(θ) = arctan[cot{θc/2·π/180°·(Vg – Vh)/(Vg + Vh)}]·180°/π

Die vierte inverse trigonometrische Funktionsberechnungsvorrichtung 36 führt eine arithmetische Verarbeitung äquivalent zu Gleichung 21 durch, indem die inverse trigonometrische Funktionsberechnung auf die numerischen Werte (Ausgangsspannungen Vi, Vj) angewendet wird, die unter Verwendung der Hallspannungen der magnetempfindlichen Abschnitte 5, 31 erhalten werden. Die vierte inverse trigonometrische Funktionsberechnungsvorrichtung 36 wendet eine arithmetische Verarbeitung äquivalent zur folgenden Gleichung 23 auf den numerischen Wert an, der durch die inverse trigonometrische Funktionsberechnung erhalten wird, und definiert den numerischen Wert, der durch die Verarbeitung erhalten wird, als Ausgangswert V(θ) des Drehwinkels θ.
(Gleichung 23)

V(θ) = arctan[cot{θc/2·π/180°·(Vi – Vj)/(Vi + Vj)}]·180°/π

Somit kann unter Verwendung der Hallspannungen von den magnetempfindlichen Abschnitten 4, 30 (äquivalent zu den Magnetflussdichten gemäß den Charakteristiklinien η, ι) der Ausgangswert V(θ) betreffend den Drehwinkel θ zu einer idealen linearen Charakteristik im Bereich des Drehwinkels θ von 0° bis 360° gemacht werden, wie in 16 gezeigt. Auf ähnliche Weise kann unter Verwendung der Hallspannungen von den magnetempfindlichen Abschnitten 5, 31 (äquivalent zu den Magnetflussdichten gemäß den Charakteristiklinien κ, λ) der Ausgangswert V(θ) betreffend den Drehwinkel θ zu einer idealen linearen Charakteristik im Bereich des Drehwinkels θ von 0° bis 360° gemacht werden, wie in 16 gezeigt.
Was die Erfassung des Hubbetrags L betrifft, so berechnet der DSP 14 bei der vierten Ausführungsform den Ausgangswert V(L) durch Auswählen entweder einer Kombination (erste Kombination) der Ausgangsspannungen Vc, Vd von den magnetempfindlichen Abschnitten 4, 5 oder einer Kombination (dritte Kombination) der Ausgangsspannungen Ve, Vf von den magnetempfindlichen Abschnitten 30, 31. Das heißt, der DSP 14 berechnet den Ausgangswert V(L) durch Wählen der Gruppe der ersten Offseteinstellvorrichtung 17 und der ersten inversen trigonometrischen Funktionsberechnungsvorrichtung 18 oder der Gruppe der zweiten Offseteinstellvorrichtung 33 und der dritten inversen trigonometrischen Funktionsberechnungsvorrichtung 35.
Was die Erfassung des Drehwinkels θ betrifft, so berechnet der DSP 14 den Ausgangswert V(θ) durch Auswählen entweder einer Kombination (zweite Kombination) der Ausgangsspannungen Vg, Vh von den magnetempfindlichen Abschnitten 4, 30 oder einer Kombination (vierte Kombination) der Ausgangsspannungen Vi, Vj von den magnetempfindlichen Abschnitten 5, 31. Das heißt, der DSP 14 berechnet den Ausgangswert V(θ) durch Wählen der zweiten inversen trigonometrischen Funktionsberechnungsvorrichtung 34 oder der inversen trigonometrischen Funktionsberechnungsvorrichtung 36.
Der Magnetfluss, der von den Magneten 2, 3 gebildet wird, ist einzigartig und liefert die Korrelation zwischen der Magnetflussdichte auf der Anordnungsachse und der Koordinate der Anordnungsachse, die im Wesentlichen mit der Sinuskurve zusammenfällt. Daher unterscheiden sich die Magnetflussdichten, die entsprechend von den magnetempfindlichen Abschnitten 4, 5, 30, 31 erfasst werden, voneinander abhängig von Hubbetrag L und Drehwinkel θ. Wenn daher der DSP 14 den Hubbetrag L erfasst, berechnet der DSP 14 den Ausgangswert V(L) durch Wählen einer Kombination, welche eine höhere erfasste Magnetflussdichte liefert, aus den ersten und dritten Kombinationen basierend auf dem Drehwinkel θ, um einen Signal/Rausch-Abstand bezüglich des Ausgangswerts V(L) zu erhöhen.
Beispielsweise sind numerische Werte des Drehwinkels θ zu einem Zeitpunkt, zu dem ein Absolutwert der Magnetflussdichte der Charakteristiklinie η (Magnetflussdichte, die direkt basierend auf dem elektrischen Ausgang vom magnetempfindlichen Abschnitt 4 erhalten wird) mit einem Absolutwert der Magnetflussdichte der Charakteristiklinie ι (Magnetflussdichte, die direkt basierend auf dem elektrischen Ausgang vom magnetempfindlichen Abschnitt 30 erhalten wird) zusammenfällt, gemäß 13 als Werte θ1 bis θ4 definiert. In diesem Fall ist in einem Bereich, wo der Drehwinkel θ kleiner als θ1 ist, der Absolutwert der Magnetflussdichte der Charakteristiklinie η größer als der der Charakteristiklinie ι. Daher ist die Magnetflussdichte, die vom magnetempfindlichen Abschnitt 4 erfasst wird, höher als die Magnetflussdichte, die vom magnetempfindlichen Abschnitt 30 erfasst wird.
Daher ist die Amplitude der Charakteristiklinie γ (Korrelation zwischen der Magnetflussdichte, die direkt basierend auf dem elektrischen Ausgang des magnetempfindlichen Abschnitts 4 erhalten wird, und dem Hubbetrag L) größer als die Amplitude der Charakteristiklinie ε (Korrelation zwischen der Magnetflussdichte, die direkt basierend auf dem elektrischen Ausgang des magnetempfindlichen Abschnitts 30 erhalten wird, und dem Hubbetrag L), wie beispielsweise in den 17A und 17B gezeigt. Daher wählt der DSP 14 die erste Kombination zur Erfassung des Hubbetrags L, wenn der Drehwinkel θ kleiner als θ1 ist, und berechnet den Ausgangswert V(L) durch die erste Offseteinstellvorrichtung 17 und die erste inverse trigonometrische Funktionsberechnungsvorrichtung 18.
In einem Bereich, wo der Drehwinkel θ größer als θ1 und kleiner als θ2 ist, ist der Absolutwert der Magnetflussdichte der Charakteristiklinie ι größer als der der Charakteristiklinie η. Daher ist die Magnetflussdichte, die vom magnetempfindlichen Abschnitt 30 erfasst wird, höher als die Magnetflussdichte, die vom magnetempfindlichen Abschnitt 4 erfasst wird. Somit wird die Amplitude der Charakteristiklinie ε größer als die Amplitude der Charakteristiklinie γ, wie in den 18A und 18B gezeigt. Daher wählt der DSP 14 die dritte Kombination zur Erfassung des Hubbetrags L, wenn der Drehwinkel θ größer als θ1 und kleiner als θ2 ist, und berechnet den Ausgangswert V(L) durch die zweite Offseteinstellvorrichtung 33 und die dritte inverse trigonometrische Funktionsberechnungsvorrichtung 35.
In einem Bereich, wo der Drehwinkel θ größer als θ2 und kleiner als θ3 ist, ist der Absolutwert der Magnetflussdichte der Charakteristiklinie η größer als derjenige der Charakteristiklinie ι. Daher ist die Magnetflussdichte, die vom magnetempfindlichen Abschnitt 4 erfasst wird, höher als die Magnetflussdichte, die vom magnetempfindlichen Abschnitt 30 erfasst wird. Somit wird die Amplitude der Charakteristiklinie γ größer als die Amplitude der Charakteristiklinie ε, wie in den 19A und 19B gezeigt. Somit wählt der DSP 14 die erste Kombination zur Erfassung des Hubbetrags L, wenn der Drehwinkel θ größer als θ2 und kleiner als θ3 ist, und berechnet den Ausgangswert V(L) durch die erste Offseteinstellvorrichtung 17 und die erste inverse trigonometrische Funktionsberechnungsvorrichtung 18.
In einem Bereich, wo der Drehwinkel θ größer als θ3 und kleiner ist θ4 ist, ist der Absolutwert der Magnetflussdichte der Charakteristiklinie ι größer als derjenige der Charakteristiklinie η. Daher ist die Magnetflussdichte, die vom magnetempfindlichen Abschnitt 30 erfasst wird, höher als die Magnetflussdichte, die vom magnetempfindlichen Abschnitt 4 erfasst wird. Somit wird die Amplitude der Charakteristiklinie ε größer als die Amplitude der Charakteristiklinie γ. Damit wählt der DSP 14 die dritte Kombination zur Erfassung des Hubbetrags L, wenn der Drehwinkel θ größer als θ3 und kleiner als θ4 ist, und berechnet den Ausgangswert V(L) durch die zweite Offseteinstellvorrichtung 33 und die dritte inverse trigonometrische Funktionsberechnungsvorrichtung 35.
In einem Bereich, wo der Drehwinkel θ größer als θ4 ist, ist der Absolutwert der Magnetflussdichte der Charakteristiklinie η größer als derjenige der Charakteristiklinie ι. Daher ist die Magnetflussdichte, die vom magnetempfindlichen Abschnitt 4 erfasst wird, höher als die Magnetflussdichte, die vom magnetempfindlichen Abschnitt 30 erfasst wird. Somit wird die Amplitude der Charakteristiklinie γ größer als die Amplitude der Charakteristiklinie ε. Daher wählt der DSP 14 die erste Kombination zur Erfassung des Hubbetrags L, wenn der Drehwinkel θ als θ4 ist, und berechnet den Ausgangswert V(L) durch die erste Offseteinstellvorrichtung 17 und die erste inverse trigonometrische Funktionsberechnungsvorrichtung 18.
Wenn der Drehwinkel θ einer der Winkel θ1 bis θ4 ist, fällt der Absolutwert der Magnetflussdichte der Charakteristiklinie κ (Magnetflussdichte, die direkt basierend auf dem elektrischen Ausgang vom magnetempfindlichen Abschnitt 5 erhalten wird) mit dem Absolutwert der Magnetflussdichte der Charakteristiklinie λ zusammen (Magnetflussdichte, die direkt basierend auf dem elektrischen Ausgang vom magnetempfindlichen Abschnitt 31 erhalten wird). Die Größenbeziehung zwischen den Absolutwerten der Charakteristiklinien κ, λ ist ähnlich zur Größenbeziehung zwischen den Absolutwerten der Charakteristiklinien η, ι.
Daher ist die Größenbeziehung zwischen der Amplitude der Charakteristiklinie 6 (Korrelation zwischen der Magnetflussdichte, die direkt basierend auf dem elektrischen Ausgang des magnetempfindlichen Abschnitts 5 erhalten wird, und dem Hubbetrag L) und der Amplitude der Charakteristiklinie ζ (Korrelation zwischen der Magnetflussdichte, die direkt basierend auf dem elektrischen Ausgang des magnetempfindlichen Abschnitts 31 erhalten wird, und dem Hubbetrag L) ähnlich zur Größenbeziehung zwischen der Amplitude der Charakteristiklinie γ und der Amplitude der Charakteristiklinie ε (siehe 17A bis 19B). Ein Auswahlergebnis in einem Fall, wo die erste oder dritte Kombination gemäß der Größenbeziehung zwischen dem Absolutwert der Charakteristiklinien κ, λ gewählt wird, fällt mit dem Wahlergebnis für den Fall zusammen, wo die Auswahl basierend auf der Größenbeziehung zwischen den Absolutwerten der Charakteristiklinien η, ι durchgeführt wird.
Wenn der DSP 14 den Drehwinkel θ erfasst, berechnet der DSP 14 den Ausgangswert V(θ) durch Auswahl einer Kombination, welche eine höhere erfasste Magnetflussdichte liefert, aus den zweiten und vierten Kombinationen basierend auf dem Hubbetrag L, um den Signal/Rausch-Abstand bezüglich des Ausgangswerts V(θ) zu erhöhen.
Beispielsweise sind gemäß 12 die numerischen Werte des Hubbetrags L zu dem Zeitpunkt, zu dem der Absolutwert der Magnetflussdichte der Charakteristiklinie γ (Magnetflussdichte, die direkt basierend auf dem elektrischen Ausgang vom magnetempfindlichen Abschnitt 4 erhalten wird) mit dem Absolutwert der Magnetflussdichte der Charakteristiklinie δ übereinstimmt (Magnetflussdichte, die direkt basierend auf dem elektrischen Ausgang vom magnetempfindlichen Abschnitt 5 erhalten wird), als L1, L2 und L3 definiert.
In diesem Fall ist in einem Bereich, wo der Hubbetrag L kleiner als L1 ist, der Absolutwert der Magnetflussdichte der Charakteristiklinie δ größer als derjenige der Charakteristiklinie γ. Somit ist die Magnetflussdichte, die vom magnetempfindlichen Abschnitt 5 erfasst wird, höher als die Magnetflussdichte, die vom magnetempfindlichen Abschnitt 4 erfasst wird.
Damit wird beispielsweise gemäß 20 die Amplitude der Charakteristiklinie κ (Korrelation zwischen der Magnetflussdichte, die direkt basierend auf dem elektrischen Ausgang des magnetempfindlichen Abschnitts 5 erhalten wird, und dem Drehwinkel θ) größer als die Amplitude der Charakteristiklinie η (Korrelation zwischen der Magnetflussdichte, die direkt basierend auf dem elektrischen Ausgang des magnetempfindlichen Abschnitts 4 erhalten wird, und dem Drehwinkel θ). Daher wählt der DSP 14 die vierte Kombination zur Erfassung des Drehwinkels θ, wenn der Hubbetrag L kleiner als L1 ist, und berechnet den Ausgangswert V(θ) durch die vierte inverse trigonometrische Funktionsberechnungsvorrichtung 36.
In einem Bereich, wo der Hubbetrag L größer als L1 und kleiner als L2 ist, ist der Absolutwert der Magnetflussdichte der Charakteristiklinie γ größer als derjenige der Charakteristiklinie δ. Somit ist die Magnetflussdichte, die von dem magnetempfindlichen Abschnitt 4 erfasst wird, höher als die Magnetflussdichte, die die von dem magnetempfindlichen Abschnitt 5 erfasst wird. Damit wird die Amplitude der Charakteristiklinie η größer als die Amplitude der Charakteristiklinie κ, wie in 21 gezeigt. Daher wählt der DSP 14 die zweite Kombination und berechnet den Ausgangswert V(θ) durch die zweite inverse trigonometrische Funktionsberechnungsvorrichtung 34 zur Erfassung des Drehwinkels θ, wenn der Hubbetrag L größer als L1 und kleiner als L2 ist.
In einem Bereich, wo der Hubbetrag L größer als L2 und kleiner als L3 ist, ist der Absolutwert der Magnetflussdichte der Charakteristiklinie δ größer als derjenige der Charakteristiklinie γ. Somit ist die Magnetflussdichte, die von dem magnetempfindlichen Abschnitt 5 erfasst wird, höher als die Magnetflussdichte, die von dem magnetempfindlichen Abschnitt 4 erfasst wird. Damit wird die Amplitude der Charakteristiklinie κ größer als die Amplitude der Charakteristiklinie η, wie in 22 gezeigt. Daher wählt der DSP 14 die vierte Kombination und berechnet den Ausgangswert V(θ) durch die vierte inverse trigonometrische Funktionsberechnungsvorrichtung 36 zur Erfassung des Drehwinkels θ, wenn der Hubbetrag L größer als L2 und kleiner als L3 ist.
In einem Bereich, wo der Hubbetrag L größer als L3 ist, Ist der Absolutwert der Magnetflussdichte der Charakteristiklinie γ größer als derjenige der Charakteristiklinie δ. Somit ist die Magnetflussdichte, die von dem magnetempfindlichen Abschnitt 4 erfasst wird, höher als die Magnetflussdichte, die von dem magnetempfindlichen Abschnitt 5 erfasst wird. Damit wir die Amplitude der Charakteristiklinie η größer als die Amplitude der Charakteristiklinie κ. Daher wählt der DSP 14 die zweite Kombination und berechnet den Ausgangswert V(θ) durch die zweite inverse trigonometrische Funktionsberechnungsvorrichtung 34 zur Erfassung des Drehwinkels θ, wenn der Hubbetrag L größer als L3 ist.
Wenn der Hubbetrag L einer der Werte von L1 bis L3 ist, fällt der Absolutwert der Magnetflussdichte der Charakteristiklinie ε (Magnetflussdichte, die direkt basierend auf dem elektrischen Ausgang des magnetempfindlichen Abschnitts 30 erhalten wird) mit dem Absolutwert der Magnetflussdichte der Charakteristiklinie ζ zusammen (Magnetflussdichte, die direkt basierend auf dem elektrischen Ausgang des magnetempfindlichen Abschnitts 31 erhalten wird). Die Größenbeziehung zwischen den Absolutwerten der Charakteristiklinien ε, ζ ist ähnlich zu der Größenbeziehung zwischen den Absolutwerten der Charakteristiklinien γ, δ.
Daher ist die Größenbeziehung zwischen der Amplitude der Charakteristiklinie ι (Korrelation zwischen der Magnetflussdichte, die direkt basierend auf dem elektrischen Ausgang des magnetempfindlichen Abschnitts 30 erhalten wird, und dem Drehwinkel θ) und der Amplitude der Charakteristiklinie λ (Korrelation zwischen der Magnetflussdichte, die direkt basierend auf dem elektrischen Ausgang des magnetempfindlichen Abschnitts 31 erhalten wird, und dem Drehwinkel θ) ähnlich zur Größenbeziehung zwischen der Amplitude der Charakteristiklinie η und der Amplitude der Charakteristiklinie κ (siehe 20 bis 22). Ein Wahlergebnis für den Fall, wo die zweite oder vierte Kombination gemäß der Größenbeziehung zwischen den Absolutwerten der Charakteristiklinien ε, ζ gewählt wird, fällt mit dem Wahlergebnis für den Fall zusammen, wo die Wahl basierend auf der Größenbeziehung zwischen den Absolutwerten der Charakteristiklinien γ, δ durchgeführt wird.
<Effekte der vierten Ausführungsform>
Im Hubsensor 1 gemäß der vierten Ausführungsform sind die magnetempfindlichen Abschnitte 30, 31 im Wesentlichen in gleichen Positionen wie die magnetempfindlichen Abschnitte 4, 5 auf der Anordnungsachse angeordnet. Die magnetempfindlichen Abschnitte 4, 30 sind so angeordnet, dass zwischen ihren magnetempfindlichen Oberflächen der Winkel θc gebildet ist. Die magnetempfindlichen Abschnitte 5, 31 sind so angeordnet, dass zwischen ihren magnetempfindlichen Oberflächen der Winkel θc gebildet ist.
Die magnetempfindlichen Abschnitte 4, 5 sind so angeordnet, dass ihre magnetempfindlichen Oberflächen in gleicher Richtung weisen. Die magnetempfindlichen Abschnitte 30, 31 sind so angeordnet, dass die magnetempfindlichen Oberflächen hiervon in die gleiche Richtung weisen. Die Gruppe der magnetempfindlichen Abschnitte 4, 30 und die Gruppe der magnetempfindlichen Abschnitte 5, 31 sind voneinander um einen Betrag e auf der Anordnungsachse beabstandet angeordnet. Der zu überwachende Körper wird linear verschoben und dreht sich. Die Magnete 2, 3 werden in Längsrichtung relativ zu den magnetempfindlichen Abschnitten 4, 5, 30, 31 abhängig vom Hub des zu überwachenden Körpers bewegt. Die Magnete 2, 3 drehen auch relativ zu den magnetempfindlichen Abschnitten 4, 5, 30, 31 abhängig von der Drehung des zu überwachenden Körpers.
Somit stimmen die Korrelationen zwischen den Magnetflussdichte8n, die direkt basierend auf den elektrischen Ausgängen der magnetempfindlichen Abschnitte 4, 5 erhalten werden, und dem Hubbetrag L im Wesentlichen mit den Sinuskurven überein, die durch Addition des Offsets zu den Sinusfunktionen mit der Phasendifferenz e dazwischen erhalten werden. Die Korrelationen zwischen den Magnetflussdichten, die direkt basierend auf den elektrischen Ausgängen der magnetempfindlichen Abschnitte 30, 31 erhalten werden, und dem Hubbetrag L stimmen im Wesentlichen mit den Sinuskurven überein, die durch Addition des Offsets zu den Sinusfunktionen mit der Phasendifferenz e dazwischen erhalten werden (siehe 12).
Die Korrelationen zwischen den Magnetflussdichten, die direkt basierend auf den elektrischen Ausgängen der magnetempfindlichen Abschnitte 4, 30 erhalten werden, und dem Drehwinkel θ stimmen im Wesentlichen mit den Sinuskurven überein, welche die Phasendifferenz θc zwischen sich haben. Die Korrelationen zwischen den Magnetflussdichten, die direkt basierend auf den elektrischen Ausgängen der magnetempfindlichen Abschnitte 5, 31 erhalten werden, und dem Drehwinkel θ stimmen im Wesentlichen mit den Sinuskurven überein, welche die Phasendifferenz θc zwischen sich haben (siehe 13). Folglich kann die Korrelation zwischen dem Ausgangswert V(L) des Hubbetrags L und dem Hubbetrag L und die Korrelation zwischen dem Ausgangswert V(θ) des Drehwinkels Θ und dem Drehwinkel θ zu idealen linearen Charakteristika gemacht werden (siehe 6 und 16), indem die Temperaturcharakteristika von Magnetfluss und elektrischen Ausgängen aufgehoben werden.
Selbst wenn daher der Magnetfluss oder die elektrischen Ausgänge temperaturabhängig schwanken, können hochgenaue Ausgangswerte V(L), V(θ) sowohl betreffend den Hubbetrag L aus auch den Drehwinkel θ erhalten werden. Somit kann mittels des einzigen Hubsensors 1 eine hochgenaue Erfassung von sowohl Hubbetrag L als auch Drehwinkel θ durchgeführt werden. Somit lässt sich eine Verbesserung der Genauigkeit und der Anordenbarkeit sowie der Kostenverringerung gleichzeitig erhalten.
Was die Erfassung des Hubbetrags L betrifft, so kann der Ausgangswert V(L) berechnet werden, indem entweder die Kombination (erste Kombination) der elektrischen Ausgänge von den magnetempfindlichen Abschnitten 4, 5 oder die Kombination (dritte Kombination) der elektrischen Ausgänge von den magnetempfindlichen Abschnitten 30, 31 gewählt wird. Was die Erfassung des Drehwinkels θ betrifft, so kann der Ausgangswert V(θ) berechnet werden, indem entweder die Kombination (zweite Kombination) der elektrischen Ausgänge von den magnetempfindlichen Abschnitten 4, 30 oder die Kombination (vierte Kombination) der elektrischen Ausgänge von den magnetempfindlichen Abschnitten 5, 31 gewählt wird.
Der von den Magneten 2, 3 gebildete Magnetfluss ist ein einzigartiger, der die Korrelation zwischen der Magnetflussdichte auf der Anordnungsachse und der Koordinate der Anordnungsachse im Wesentlichen in Übereinstimmung mit der Sinuskurve bringt. Somit unterscheiden sich die von den magnetempfindlichen Abschnitten 4, 5, 30, 31 erfassten Magnetflussdichten voneinander abhängig vom Hubbetrag L und vom Drehwinkel θ.
Wenn daher der Hubbetrag L erfasst wird, kann der Signal/Rausch-Abstand bezüglich des Ausgangswerts V(L) erhöht werden, indem die Kombination gewählt wird, welche die höhere erfasste Magnetflussdichte liefert, wobei die Auswahl zwischen den ersten und dritten Kombinationen basierend auf dem Drehwinkel θ erfolgt. Wenn der Drehwinkel θ erfasst wird, kann der Signal/Rausch-Abstand bezüglich des Ausgangswerts V(θ) erhöht werden, indem aus der zweiten und vierten Kombination diejenige Kombination gewählt wird, welche die höhere erfasste Magnetflussdichte liefert (basierend auf dem Hubbetrag L). Somit können genauere Ausgangswerte V(L), V(θ) unter Berücksichtigung sowohl des Hubbetrags L als auch des Drehwinkels θ erhalten werden.
Der Hubsensor 1 gemäß der vierten Ausführungsform hat die magnetempfindlichen Abschnitte 4, 5, 30, 31, welche Hallelemente sind. Die magnetempfindlichen Abschnitte 4, 5 sind in dem einzelnen Chip 20a enthalten. Die magnetempfindlichen Abschnitte 30, 31 sind in dem einzelnen Chip 20b enthalten, der unterschiedlich zum Chip 20a ist. Die Abmessungen des Hubsensors 1 können damit verringert werden, und die Leistungsfähigkeit und die Eigenschaften der magnetempfindlichen Abschnitte 4, 5, 30, 31 können weiter aneinander angeglichen werden.
<Fünfte Ausführungsform>
Nachfolgend wird ein Hubsensor 1 gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Gemäß 23 hat der Hubsensor 1 gemäß der fünften Ausführungsform nur zwei magnetempfindliche Abschnitte 4, 30 der magnetempfindlichen Abschnitte 4, 5, 30, 31 des Hubsensors 1 der vierten Ausführungsform. Der Teil (b) von 23 zeigt einen Querschnitt durch den Hubsensor 1 in Teil (a) von 23 entlang der dortigen Linie C-C. Bei diesem Aufbau sind beispielsweise, wenn der Hubbetrag L null beträgt, Korrelationen zwischen dem Drehwinkel θ und den Magnetflussdichten, die direkt basierend auf den elektrischen Ausgängen der magnetempfindlichen Abschnitte 4, 30 erhalten werden, ähnlich zu denjenigen der Charakteristiklinien η, ι von 13. Korrelationen zwischen dem Hubbetrag L und den Magnetflussdichten, die direkt basierend auf den elektrischen Ausgängen der magnetempfindlichen Abschnitte 4, 30 erhalten werden, sind ähnlich zu denjenigen der Charakteristiklinien γ, ε der 17A bis 19B. Die Amplituden hiervon ändern sich abhängig vom Drehwinkel θ.
Was daher die Erfassung des Drehwinkels θ betrifft, kann die Korrelation zwischen dem Ausgangswert V(θ) und dem Drehwinkel θ in eine ideale lineare Charakteristik gebracht werden, die unbeeinflusst von Temperaturcharakteristika des Magnetflusses und der elektrischen Ausgänge ist, indem Gleichung 22 verwendet wird. Somit kann ein hochgenauer Ausgangswert V(θ) erhalten werden. Der Ausgangswert V(L) des Hubbetrags L wird berechnet, indem eine der Charakteristiklinien γ, ε der 17A bis 19B (zum Beispiel) verwendet wird.
Die Charakteristiklinien γ, ε sind Sinuskurven. Daher kann gemäß den 24A bis 24C ein Abschnitt der Sinuskurve ausschließlich eines Abschnitts, wo die Charakteristiklinie γ oder ε sich in konvexer oder konkaver Form krümmt, linear-angenähert werden, um eine Korrelation einer Linearfunktion bezüglich des Hubbetrags L zu haben.
Der Ausgangswert V(L) wird basierend auf der Korrelation berechnet, die durch die lineare Annäherung erhalten wird.
Wenn eine der Charakteristiklinien γ, ε gewählt wird, wie in der Beschreibung der vierten Ausführungsform erläutert, wird die Charakteristiklinie, welche den höheren Signal/Rausch-Abstand bezüglich des Ausgangswerts V(L) liefert, basierend auf dem Drehwinkel θ gewählt. Das heißt, in dem der Drehwinkel θ kleiner als θ1 ist, wird der Ausgangswert V(L) durch Auswahl der Charakteristiklinie γ berechnet. In einem Bereich, wo der Drehwinkel θ größer als θ1 und kleiner als θ2 ist, wird der Ausgangswert V(L) durch Auswahl der Charakteristiklinie ε berechnet. In einem Bereich, wo der Drehwinkel θ größer als θ2 und kleiner als θ3 ist, wird der Ausgangswert V(L) durch Auswahl der Charakteristiklinie γ berechnet.
In einem Bereich, wo der Drehwinkel θ größer als θ3 und kleiner als θ4 ist, wird der Ausgangswert V(L) durch Auswahl der Charakteristiklinie ε berechnet. In einem Bereich, wo der Drehwinkel θ größer als θ4 ist, wird der Ausgangswert V(L) durch Auswahl der Charakteristiklinie γ berechnet. Die lineare Korrelation zwischen der Magnetflussdichte und dem Hubbetrag L ändert sich abhängig vom Drehwinkel θ. Indem somit der Ausgangswert V(L) abhängig vom Drehwinkel θ korrigiert wird, kann eine lineare Charakteristik zwischen dem Ausgangswert V(L) und dem Hubbetrag L erhalten werden, die unbeeinflusst vom Drehwinkel θ ist, wie in 24D gezeigt.
<Effekte der fünften Ausführungsform>
Der Hubsensor 1 gemäß der fünften Ausführungsform hat nur die beiden magnetempfindlichen Abschnitte 4, 30 der magnetempfindlichen Abschnitte 4, 5, 30, 31, die im Hubsensor 1 der vierten Ausführungsform enthalten sind. Der Erfassungsbereich zum Erfassen des Hubbetrags L ist daher im Vergleich zum Hubsensor 1 der vierten Ausführungsform beschränkt. Was jedoch den Aufbau betrifft, der zum Erfassen des Hubbetrags L notwendig ist, können die vier magnetempfindlichen Abschnitte 4, 5, 30, 31 auf die zwei magnetempfindlichen Abschnitte 4, 30 verringert werden, was den Aufbau vereinfacht.
<Sechste Ausführungsform>
Nachfolgend wird ein Drehwinkelsensor 1A gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Der Drehwinkelsensor 1A gemäß der sechsten Ausführungsform wird nur zum Erfassen des Drehwinkels θ verwendet, was unterschiedlich zu den Hubsensoren 1 der ersten bis fünften Ausführungsformen ist. Der Drehwinkelsensor 1A hat den Aufbau aus Magneten 2, 3 und magnetempfindlichen Abschnitten 4, 5, 30, 31, ähnlich wie bei der vierten Ausführungsform. Der Drehwinkelsensor 1A hat Funktionen der ersten und zweiten Offseteinstellvorrichtungen 17, 33 und der ersten bis vierten inversen trigonometrischen Funktionsberechnungsvorrichtungen 18, 34, 35, 36, ähnlich wie bei der vierten Ausführungsform.
Gemäß 25 hat der Drehwinkelsensor 1A einen Drehung/Hub-Wandlermechanismus 41, der die Drehung der Magnete 2, 3 in eine lineare Verschiebung zum Verschieben der Magnete 2, 3 linear in Längsrichtung umwandelt. Beispielsweise hat der Drehung/Hub-Wandlermechanismus 41 einen kreisförmigen Hülsenkörper 41a mit einem Schraubengewinde am Außenumfang und einen zylindrischen Körper 41b mit einem Schraubengewinde am Außenumfang, der einen Raum in seiner inneren Umfangsseite zur Aufnahme der Magnete 2, 3 und der magnetempfindlichen Abschnitte 4, 5, 30, 31 definiert. Der Drehung/Hub-Wandlermechanismus 41 wird gebildet, indem der kreisförmige Körper 41a so angeordnet wird, dass der kreisförmige Körper 41a drehen kann, jedoch nicht linear in Anordnungsachsenrichtung verschoben werden kann, und indem der zylindrische Körper 41b so angeordnet wird, dass der zylindrische Körper 41b drehen kann und linear in Anordnungsachsenrichtung verschoben werden kann.
Die magnetempfindlichen Abschnitte 4, 5, 30, 31 sind auf der Anordnungsachse in dem Raum im Innenumfang des zylindrischen Körpers 41b so angeordnet, dass die Anordnung der vier magnetempfindlichen Abschnitte 4, 5, 30, 31 ähnlich wie bei der vierten Ausführungsform ist. Die Magnete 2, 3, sind an einer Innenwand des zylindrischen Körpers 41b so angeordnet, dass die Anordnung der Magnete 2, 3 ähnlich wie bei der vierten Ausführungsform ist. Die Magnete 2, 3 drehen und werden linear in Anordnungsachsenrichtung zusammen mit dem zylindrischen Körper 41b verschoben.
Wenn die Magnete 2, 3 drehen und zusammen mit dem zylindrischen Körper 41b linear in Anordnungsachsenrichtung verschoben werden, drehen die Magnete 2, 3 und werden linear relativ zu den magnetempfindlichen Abschnitten 4, 5, 30, 31 verschoben.
Somit kann der Drehwinkel θ der Magnete 2, 3 in einen Hubbetrag L der Magnete 2, 3 umgewandelt werden. Somit kann der Hubbetrag L in Form einer Funktion L(θ) ausgedrückt werden, welche den Drehwinkel θ als einen Parameter verwendet, indem der Hubbetrag L dem Drehwinkel θ in einer Eins-zu-eins-Beziehung zugeordnet wird. Somit kann der Ausgangswert V(L(θ)) betreffend den Hubbetrag L(θ) durch Funktionen der ersten und zweiten Offseteinstellvorrichtungen 17, 33 und der ersten und dritten inversen trigonometrischen Funktionsberechnungsvorrichtungen 18, 35 berechnet werden. Danach wird der Ausgangswert V(L(θ)) als Ausgangswert VL(θ) ausgedrückt.
Selbst wenn daher gemäß 26 der Drehwinkel θ 360° übersteigt, kann der Ausgangswert VL(θ) betreffend den Drehwinkel θ dem Drehwinkel θ auf einer Eins-zu-eins-Basis zugeordnet werden. Zusätzlich kann eine Korrelation zwischen dem Drehwinkel θ und dem Ausgangswert VL(θ) zu einer idealen linearen Charakteristik gemacht werden, die unbeeinflusst ist von Temperaturcharakteristika des Magnetflusses und der elektrischen Ausgänge. Selbst wenn daher der Magnetfluss oder die elektrischen Ausgänge sich temperaturabhängig ändern (schwanken), kann daher ein hochgenauer Ausgangswert VL(θ) betreffen den Drehwinkel θ erhalten werden, der 360° übersteigt.
Der Drehwinkel θ wird in einen Winkel eines ganzzahligen Vielfachen von 360° und einen Winkel gleich oder kleiner als 360° geteilt. Der Winkel des ganzzahligen Vielfachen von 360° wird grob aus VL(θ) erfasst. Der Winkel gleich oder kleiner als 360° wird basierend auf dem Ausgangswert V(θ) erfasst, der durch die Funktionen der zweiten und vierten inversen trigonometrischen Funktionsberechnungsvorrichtungen 34, 36 berechnet wird. Somit kann der Drehwinkel θ mit höherer Genauigkeit erfasst werden.
Eine Korrelation zwischen dem Drehwinkel θ und dem Ausgangswert V(θ) ist, wie in 27, in einem Bereich einschließlich des Bereichs, wo der Drehwinkel θ 360° übersteigt. Gemäß der Korrelation von 27 kehrt der Ausgangswert V(θ) jedes Mal dann auf das Minimum zurück, wenn der Drehwinkel θ den Winkel des ganzzahligen Vielfachen von 360° übersteigt. Die gleiche Wellenform wiederholt sich in einem Zyklus von 360°.
Die Korrelation im Bereich des Drehwinkels θ von 0° bis 360° ist gleich der Korrelation von 16 und ist eine ideale lineare Charakteristik, die unbeeinflusst ist von den Temperaturcharakteristika von Magnetfluss und elektrischen Ausgängen. Auch ist eine Korrelation in einem Bereich des Drehwinkels θ von 360° zu 720°, eine Korrelation in einem Bereich des Drehwinkels θ von 720° bis 1080° und eine Korrelation in einem Bereich des Drehwinkels θ von 1080° bis 1440° jeweils eine ideale lineare Charakteristik, die unbeeinflusst ist von Temperaturcharakteristika des Magnetflusses und der elektrischen Ausgänge, wie die Korrelation im Bereich von 0° bis 360°. Auch in einem Bereich, wo der Drehwinkel θ größer als 1440° ist, wiederholt sich die gleich Wellenform im Zyklus von 360° entsprechend.
Damit wird der Winkel gleich oder kleiner als 360° mit höherer Genauigkeit aus dem numerischen Wert des Ausgangswerts V(θ) berechnet. Der Drehwinkel θ kann mit höherer Genauigkeit erfasst werden, indem der Winkel gleich oder kleiner als 360°, der aus dem Ausgangswert V(θ) berechnet wurde, dem Winkel des ganzzahligen Vielfachen von 360° hinzuaddiert wird, der grob aus dem Ausgangswert VL(θ) erfasst wurde. Das Schema der Unterteilung des Drehwinkels θ in den Winkel eines ganzzahligen Vielfachen von 360° und den Winkel gleich oder kleiner als 360° und des Verwendens des Ausgangswerts V(θ) mit höherer Genauigkeit betreffend den Winkel gleich oder kleiner als 360° ist effektiv, wenn der Hubbetrag L(θ) kurz ist und die Auflösung des Drehwinkels θ grob.
Wenn der Ausgangswert VL(θ) berechnet wird, kann die Kombination, welche den höheren Signal/Rausch-Abstand liefert, aus den ersten und dritten Kombinationen basierend auf dem Winkel gleich oder kleiner als 360° gewählt und verwendet werden, der aus dem Ausgangswert V(θ) erhalten wird. Das heißt, wenn der Ausgangswert VL(θ) berechnet wird, wird die Gruppe der ersten Offseteinstellvorrichtung 17 und der ersten inversen trigonometrischen Funktionsberechnungsvorrichtung 18 oder die Gruppe der zweiten Offseteinstellvorrichtung 33 und der dritten inversen trigonometrischen Funktionsberechnungsvorrichtung 35 gewählt und verwendet, was basierend auf dem Winkel gleich oder kleiner als 360° erfolgt, der aus dem Ausgangswert V(θ) erhalten wird.
Wenn der Ausgangswert V(θ) berechnet wird, kann die Kombination, welche den höheren Signal/Rausch-Abstand liefert, aus den zweiten und vierten Kombinationen basierend auf dem Hubbetrag L ausgewählt und verwendet werden. Das heißt, wenn der Ausgangswert V(θ) berechnet wird, kann eine der zweiten und vierten inversen trigonometrischen Funktionsberechnungsvorrichtungen 34, 36 basierend auf dem Hubbetrag L(θ) ausgewählt und verwendet werden.
(Effekte der sechsten Ausführungsform)
Der Drehwinkelsensor 1A gemäß der sechsten Ausführungsform hat den Aufbau mit den Magneten 2, 3 und den magnetempfindlichen Abschnitten 4, 5, 30, 31 ähnlich wie bei der vierten Ausführungsform. Der Drehwinkelsensor 1A hat die Funktionen der ersten und zweiten Offseteinstellvorrichtungen 17, 33 und der ersten bis vierten inversen trigonometrischen Funktionsberechnungsvorrichtungen 18, 34, 35, 36 ähnlich zur vierten Ausführungsform. Der Drehwinkelsensor 1A hat den Drehung/Hub-Wandlermechanismus 41, der die Drehung der Magnete 2, 3 in eine lineare Verschiebung umwandelt, so dass die Magnete 2, 3 linear in Längsrichtung verschoben werden.
Somit kann der Drehwinkel θ in den Hubbetrag L(θ) gewandelt werden. Selbst wenn daher der Drehwinkel θ 360° übersteigt, kann der Ausgangswert VL(θ) betreffend den Drehwinkel θ dem Drehwinkel θ auf einer Eins-zu-eins-Basis zugeordnet werden. Zusätzlich kann die Korrelation zwischen dem Drehwinkel θ und dem Ausgangswert VL(θ) zu der idealen linearen Charakteristik gemacht werden, die unbeeinflusst ist von Temperaturcharakteristika des Magnetflusses und der elektrischen Ausgänge. Selbst wenn daher der Magnetfluss oder die elektrischen Ausgänge sich temperaturabhängig ändern (schwanken), kann der Drehwinkel θ, der 360° übersteigt, mit hoher Genauigkeit erfasst werden.
Der Drehwinkel θ wird in den Winkel des ganzzahligen Vielfachen von 360° und den Winkel gleich oder kleiner als 360° unterteilt. Der Winkel des ganzzahligen Vielfachen von 360° wird grob aus VL(θ) erfasst und der Winkel gleich oder kleiner als 360° wird mit höherer Genauigkeit erfasst. Somit kann der Drehwinkel θ mit höherer Genauigkeit ermittelt werden.
Der Ausgangswert V(θ) wird berechnet, indem eine der zweiten oder vierten Kombinationen gewählt wird und indem eine der zweiten oder vierten inversen trigonometrischen Funktionsberechnungsvorrichtungen 34, 36 abhängig von der gewählten Kombination betrieben wird. Somit kann ein Winkel gleich oder kleiner als 360° als hochgenauer numerischer Wert berechnet werden, der unbeeinflusst ist von Temperaturcharakteristika des Magnetflusses und der elektrischen Ausgänge.
Selbst wenn sich daher der Magnetfluss oder die elektrischen Ausgänge temperaturabhängig ändern, d. h. schwanken, kann der Drehwinkel θ, 360° übersteigt, mit hoher Genauigkeit erfasst werden. Der Drehung/Hub-Wandlermechanismus 41 ist nicht auf den Typ der sechsten Ausführungsform beschränkt. Alternativ kann beispielsweise der Drehung/Hub-Wandlermechanismus 41 vom Zahnstangentyp sein. Wenn der zylindrische Körper 41b von einem magnetischen Körper gebildet wird, können die Umfänge 26, 27 von dem magnetischen Körper bedeckt sein. Folglich wird die Robustheit gegenüber Magnetstörfeldern verbessert.
<Abwandlungen>
In dem Hubsensor 1 oder dem Drehwinkelsensor 1A gemäß den ersten bis sechsten Ausführungsformen werden die beweglichen Bauteile von zwei Magneten 2, 3 gebildet. Alternativ kann das bewegliche Bauteil durch einen der Magnete 2 oder 3 gebildet werden. Beispielsweise kann das bewegliche Bauteil nur durch den Magneten 2 gebildet werden, wie in 28 gezeigt. In diesem Fall nimmt die Baugröße des Hubsensors 1 ab und die Kosten verringern sich, obgleich sich hierbei die Robustheit gegenüber Positionsabweichungen verringert.
Gemäß 29 können Joche 43 an beiden Enden der beiden Magnete 2, 3 in Längsrichtung angebracht werden. Die Anbringung der Joche 43 kann auch bei dem Fall verwendet werden, wo das bewegliche Bauteil durch einen der Magnete 2 oder 3 gebildet ist.
Im Hubsensor 1 gemäß der dritten Ausführungsform sind beide Umfänge der Magnete 2, 3 von dem magnetischen Körper 28 bedeckt. Alternativ kann nur einer der Umfänge 26 oder 27 von dem magnetischen Körper 28 bedeckt sein. Der Aufbau, der die Umfänge 26, 27 mit dem magnetischen Körper 28 bedeckt, kann auch bei dem Fall angewendet werden, bei dem das bewegliche Bauteil nur durch einen der Magnete 2 oder 3 gebildet ist.
Im Hubsensor 1 oder Drehwinkelsensor 1A gemäß den ersten bis sechsten Ausführungsformen sind die zu dem magnetempfindlichen Abschnitt weisenden Umfangskanten der Magnete 2, 3 die Wölbungsendkanten 6, 7, die in Bogenform, bevorzugt Kreisbogenform, aufgewölbt oder ausgebaucht sind. Die Formen der Wölbungsendkanten 6, 7 sind jedoch nicht hierauf beschränkt. Beispielsweise kann die Form einer jeden Wölbungsendkante 6 oder 7 die Form eines Teils einer quadratischen Kurve haben, beispielsweise eines Ellipsenbogens, also abweichend von der Kreisbogenform. Auch in diesem Fall kann die Korrelation zwischen der Magnetflussdichte auf der Anordnungsachse und der Koordinate der Anordnungsachse im Wesentlichen in Übereinstimmung mit der Sinuskurve gebracht werden.
Anstelle dass die zum magnetempfindlichen Abschnitt weisende Umfangskante von der Anordnungsachse zurückspringt, kann die zu dem magnetempfindlichen Abschnitt weisende Umfangskante in Richtung der Anordnungsachse vorspringen, so dass die zum magnetempfindlichen Abschnitt weisende Umfangskante Teil einer quadratischen Kurve wird. Weiterhin ist die Form der zum magnetempfindlichen Abschnitt weisenden Umfangskante nicht auf einen Teil einer quadratischen Kurve beschränkt, solange eine Korrelation zwischen der Magnetflussdichte auf der Anordnungsachse und der Koordinate der Anordnungsachse im Wesentlichen mit einer Sinuskurve in Übereinstimmung gebracht werden kann. Die oben beschriebenen verschiedenen Formen der zum magnetempfindlichen Abschnitt weisenden Umfangskante können auch bei einem Fall angewendet werden, wo das bewegliche Bauteil nur durch einen der Magnete 2 oder 3 gebildet wird.
In dem Hubsensor 1 oder dem Drehwinkelsensor 1A gemäß den ersten bis sechsten Ausführungsformen sind die beweglichen Bauteile durch die beiden Magnete 2, 3 gebildet und die festen Bauteile durch die magnetempfindlichen Abschnitte 4, 5 etc. Die Aufbauten der beweglichen Bauteile und der festen Bauteile sind nicht hierauf beschränkt. Das heißt, jeglicher Aufbau kann verwendet werden, solange die Magnete 2, 3 und die magnetempfindlichen Abschnitte 4, 5 relativ zueinander versetzbar bzw. bewegbar sind. Beispielsweise können die Magnete 2, 3 die festen Bauteile bilden und die magnetempfindlichen Abschnitte 4, 5 können die beweglichen Bauteile bilden.
Im Hubsensor 1 gemäß den ersten bis dritten Ausführungsformen sind die magnetempfindlichen Abschnitte 4, 5 auf der Anordnungsachse so angeordnet, dass sie voneinander um den bestimmten Betrag d/2 beabstandet sind, der ein Viertel des Zyklus 2d der Sinuskurve ist, was die Korrelation zwischen der Magnetflussdichte auf der Anordnungsachse und der Koordinate der Anordnungsachse ist. Im Hubsensor 1 oder Drehwinkelsensor 1A gemäß den vierten bis sechsten Ausführungsformen sind die magnetempfindlichen Abschnitte 4, 5 auf der Anordnungsachse so angeordnet, dass sie voneinander um einen Betrag e beabstandet sind, der kürzer als die Distanz d/2 ist, und weiterhin sind die magnetempfindlichen Abschnitte 30, 31 auf der Anordnungsachse so angeordnet, dass sie voneinander um den Betrag e beabstandet sind. Alternativ kann der Abstand zwischen den magnetempfindlichen Abschnitten 4, 5 auf den Betrag e im Hubsensor 1 gemäß den ersten bis dritten Ausführungsformen gesetzt werden.
Im Hubsensor 1 oder Drehwinkelsensor 1A gemäß den vierten bis sechsten Ausführungsformen kann der Abstand zwischen den magnetempfindlichen Abschnitten 4, 5 auf den Betrag d/2 gesetzt werden und der Abstand zwischen den magnetempfindlichen Abschnitten 30, 31 kann auf den Abstand d/2 gesetzt werden. Im Hubsensor 1 oder Drehwinkelsensor 1a gemäß den ersten bis sechsten Ausführungsformen kann der Abstand zwischen den magnetempfindlichen Abschnitten 4, 5 auf einen Betrag länger als der Abstand d/2 gesetzt werden und der Abstand zwischen den magnetempfind lichen Abschnitten 30, 31 kann auf einen Betrag länger als der Abstand d/2 gesetzt werden.
Im Hubsensor 1 oder Drehwinkelsensor 1A gemäß den vierten bis sechsten Ausführungsformen sind die magnetempfindlichen Abschnitte 4, 30 so angeordnet, dass sie den Winkel θc kleiner als 90° zwischen ihren magnetempfindlichen Oberflächen bilden, und die magnetempfindlichen Abschnitte 5, 31 sind so angeordnet, dass sie den Winkel θc zwischen ihren magnetempfindlichen Oberflächen bilden. Alternativ können die magnetempfindlichen Abschnitte 4, 30 so angeordnet sein, dass sie einen rechten Winkel zwischen ihren magnetempfindlichen Oberflächen bilden, und die magnetempfindlichen Abschnitte 5, 31 können so angeordnet sind, dass sie einen rechten Winkel zwischen ihren magnetempfindlichen Oberflächen bilden. Alternativ können die magnetempfindlichen Abschnitte 4, 30 so angeordnet werden, dass sie einen Winkel größer als 90° zwischen ihren magnetempfindlichen Oberflächen bilden, und die magnetempfindlichen Abschnitte 5, 31 können so angeordnet werden, dass sie einen Winkel größer als 90° zwischen ihren magnetempfindlichen Oberflächen bilden.
Wenn die magnetempfindlichen Abschnitte 4, 30 so angeordnet werden, dass sich zwischen ihren magnetempfindlichen Oberflächen ein rechter Winkel bildet, oder wenn die magnetempfindlichen Abschnitte 5, 31 so angeordnet werden, dass sich zwischen ihren magnetempfindlichen Oberflächen ein rechter Winkel bildet, können die Charakteristiklinien ι, λ als Kosinusfunktionen betrachtet werden, indem die Charakteristiklinien ε, κ als Sinusfunktionen betrachtet werden. Somit kann der Ausgangswert V(θ) unter Verwendung einfacherer numerischer Ausdrücke berechnet werden. Die Rechenlast zur Erfassung des Drehwinkels θ kann damit verringert werden.
Der Hubsensor 1 oder der Drehwinkelsensor 1A gemäß der vierten oder sechsten Ausführungsform hat vier magnetempfindliche Abschnitte 4, 5, 30, 31. Alternativ kann der Hubsensor 1 oder der Drehwinkelsensor 1A unter Verwendung von nur drei der vier magnetempfindlichen Abschnitte 4, 5, 30, 31 gebildet werden. Beispielsweise kann der Hubsensor 1 oder der Drehwinkelsensor 1A unter Verwendung der drei magnetempfindlichen Abschnitte 4, 5, 30 gebildet werden.
Im Hubsensor 1 oder Drehwinkelsensor 1A gemäß der vierten oder sechsten Ausführungsform sind die magnetempfindlichen Abschnitte 4, 5, 30, 31 Hallelemente. Die magnetempfindlichen Abschnitte 4, 5 sind im Chip 20a enthalten und die magnetempfindlichen Abschnitte 30, 31 im Chip 20b. Die Funktionen der ersten und zweiten Offseteinstellvorrichtungen 17, 33 und der ersten bis vierten inversen trigonometrischen Funktionsberechnungsvorrichtungen 18, 34, 35, 36 sind in dem DSP 14 der Arithmetikschaltung 13 vorhanden, welche separat von den Chips 20a, 20b vorgesehen ist. Die Aufbauten der magnetempfindlichen Abschnitte 4, 5, 30, 31, der ersten und zweiten Offseteinstellvorrichtungen 17, 33 und der ersten bis vierten inversen trigonometrischen Funktionsberechnungsvorrichtungen 18, 34, 35, 36 sind nicht hierauf beschränkt.
Beispielsweise können von den magnetempfindlichen Abschnitten 4, 5, 30, 31 die magnetempfindlichen Abschnitte 4, 30 in einem ersten Chip enthalten sein und die magnetempfindlichen Abschnitte 5, 31 in einem zweiten Chip unterschiedlich zum ersten Chip. Alternativ können die magnetempfindlichen Abschnitte 4, 5, 30, 31 jeweils durch individuelle Hall-ICs gebildet sein. Zusätzlich können beispielsweise zwei DSPs vorgesehen werden. In diesem Fall kann der erste DSP die Funktionen der ersten und zweiten Offseteinstellvorrichtungen 17, 33 und der ersten und dritten inversen trigonometrischen Funktionsberechnungsvorrichtungen 18, 35 haben, und der zweite DSP kann die Funktionen der zweiten und vierten inversen trigonometrischen Funktionsberechnungsvorrichtungen 34, 36 haben.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern kann auf vielfältige Art abgewandelt werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen, wie er durch die nachfolgenden Ansprüche und deren Äquivalente definiert ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JP 2004-286017 A [0005]

Claims

Ein Hubsensor (1), der einen linearen Verschiebungsbetrag eines zu überwachenden Körpers erfasst, der linear verschoben wird, gekennzeichnet durch: einen Magneten (2), der in einer Richtung senkrecht zu einer Längsrichtung des Magneten (2) magnetisiert ist; und zwei magnetempfindliche Abschnitte (4, 5), die parallel zur Längsrichtung angeordnet sind, um einen vom Magneten (2) gebildeten Magnetfluss zu erfassen und zur entsprechenden Ausgabe elektrischer Ausgänge, wobei die zwei magnetempfindlichen Abschnitte (4, 5) so angeordnet sind, dass ihre magnetempfindlichen Oberflächen in gleicher Richtung sind, der Magnet (2) in Längsrichtung relativ zu den zwei magnetempfindlichen Abschnitten (4, 5) gemäß der linearen Verschiebung des zu überwachenden Körpers verschoben wird und eine zum magnetempfindlichen Abschnitt weisende Umfangskante (6) hat, die zu einer Anordnungsachse weist, auf der die zwei magnetempfindlichen Abschnitte (4, 5) entlang der Magnetisierungsrichtung angeordnet sind, und die zum magnetempfindlichen Abschnitt weisende Umfangskante (6) in einer gekrümmten Form so ausgebildet ist, dass eine Korrelation zwischen einer Magnetflussdichte auf der Anordnungsachse und einer Koordinate der Anordnungsachse im Wesentlichen mit einer Sinuskurve zusammenfällt.
Hubsensor (1) nach Anspruch 1, weiterhin gekennzeichnet durch: einen anderen Magneten (3), der eine zum magnetempfindlichen Abschnitt weisende Umfangskante (7) in gleicher Form wie die zum magnetempfindlichen Abschnitt weisende Umfangskante (6) des Magneten (2) hat, wobei der andere Magnet (3) so magnetisiert ist, dass seine Polarität auf Seiten der zum magnetempfindlichen Abschnitt weisenden Umfangskante (7) entgegengesetzt zu einer Polarität des Magneten (2) der zum magnetempfindlichen Abschnitt weisenden Umfangskante (6) des Magneten (2) ist, und der andere Magnet (3) zusammen mit dem Magneten (2) relativ zu den zwei magnetempfindlichen Abschnitten (4, 5) verschoben wird, wobei eine Spiegelsymmetrie zwischen den zum magnetempfindlichen Abschnitt weisenden Umfangskanten (6, 7) des Magneten (2) und des anderen Magneten (3) bezüglich der Anordnungsachse beibehalten wird.
Hubsensor (1) nach Anspruch 2, weiterhin gekennzeichnet durch: einen anderen magnetempfindlichen Abschnitt (30), der unterschiedlich zu den zwei magnetempfindlichen Abschnitten (4, 5) ist und der im Wesentlichen in einer gleichen Position wie wenigstens ein bestimmter (4) der zwei magnetempfindlichen Abschnitte (4, 5) auf der Anordnungsachse angeordnet ist, wobei der andere magnetempfindliche Abschnitt (30) eine magnetempfindliche Oberfläche hat, welche nicht parallel zur magnetempfindlichen Oberfläche des bestimmten (4) der zwei magnetempfindlichen Abschnitte (4, 5) ist, der zu überwachende Körper linear verschoben wird und sich dreht, und der Magnet (2) und der andere Magnet (3) in Längsrichtung relativ zu den zwei magnetempfindlichen Abschnitten (4, 5) und dem anderen magnetempfindlichen Abschnitt (30) verschoben werden und gemäß der Drehung des zu überwachenden Körpers relativ zu den zwei magnetempfindlichen Abschnitten (4, 5) und dem anderen magnetempfindlichen Abschnitt (30) drehen.
Hubsensor (1) nach Anspruch 3, weiterhin gekennzeichnet durch: noch einen anderen magnetempfindlichen Abschnitt (31) der unterschiedlich zu dem anderen magnetempfindlichen Abschnitt (30) ist und im Wesentlichen in einer gleichen Position wie der andere (5) der zwei magnetempfindlichen Abschnitte (4, 5) auf der Anordnungsachse angeordnet ist, wobei der noch andere magnetempfindliche Abschnitt (31) eine magnetempfindliche Oberfläche hat, welche nicht parallel zur magnetempfindlichen Oberfläche des anderen (5) der zwei magnetempfindlichen Abschnitte (4, 5) ist und welche in gleicher Richtung wie die magnetempfindliche Oberfläche des anderen magnetempfindlichen Abschnitts (30) weist.
Hubsensor (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Hubsensor (1) den linearen Verschiebungsbetrag des zu überwachenden Körpers und einen Drehwinkel des zu überwachenden Körpers erfasst; eine Kombination eines elektrischen Ausgangs von dem bestimmten (4) der zwei magnetempfindlichen Abschnitte (4, 5) und eines elektrischen Ausgangs von dem anderen (5) der zwei magnetempfindlichen Abschnitte (4, 5) als erste Kombination definiert ist; eine Kombination des elektrischen Ausgangs von dem bestimmten (4) der zwei magnetempfindlichen Abschnitte (4, 5) und eines elektrischen Ausgangs von dem anderen magnetempfindlichen Abschnitt (30) als eine zweite Kombination definiert ist; eine Kombination des elektrischen Ausgangs von dem anderen magnetempfindlichen Abschnitt (30) und einem elektrischen Ausgang von dem noch anderen magnetempfindlichen Abschnitt (31) als eine dritte Kombination definiert ist; eine Kombination des elektrischen Ausgangs von dem anderen (5) der zwei magnetempfindlichen Abschnitte (4, 5) und dem elektrischen Ausgang von dem noch anderen magnetempfindlichen Abschnitt (31) als eine vierte Kombination definiert ist; der Hubsensor (1) aus den ersten und dritten Kombinationen basierend auf dem Drehwinkel diejenige Kombination wählt und verwendet, welche die höhere erfasste Magnetflussdichte liefert, um den linearen Verschiebungsbetrag zu erfassen; und der Hubsensor (1) aus den zweiten und vierten Kombinationen basierend auf dem linearen Verschiebungsbetrag diejenige Kombination auswählt und verwendet, welche die höhere erfasste Magnetflussdichte liefert, um den Drehwinkel zu erfassen.
Hubsensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei magnetempfindlichen Abschnitte (4, 5) auf der Anordnungsachse in einem Abstand entsprechend einem Viertel eines Zyklus der Sinuskurve angeordnet sind.
Hubsensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, weiterhin gekennzeichnet durch: einen anderen Magneten (3), der eine zum magnetempfindlichen Abschnitt weisende Umfangskante (7) in gleicher Form wie die zum magnetempfindlichen Abschnitt weisende Umfangskante (6) des Magneten (2) hat, wobei der andere Magnet (3) so magnetisiert ist, dass seine Polarität an seiner zu dem magnetempfindlichen Abschnitt weisenden Umfangskante (7) entgegengesetzt zu einer Polarität des Magneten (2) auf Seiten der zum magnetempfindlichen Abschnitt weisenden Umfangskante (6) des Magneten (2) ist, und der andere Magnet (3) zusammen mit dem Magneten (2) relativ zu den zwei magnetempfindlichen Abschnitten (4, 5) verschoben wird, wobei eine Spiegelsymmetrie zwischen den zum magnetempfindlichen Abschnitt weisenden Umfangskanten (6, 7) des Magneten (2) und des anderen Magneten (3) bezüglich der Anordnungsachse beibehalten wird; und einen anderen magnetempfindlichen Abschnitt (30), der unterschiedlich zu den zwei magnetempfindlichen Abschnitten (4, 5) ist und der im Wesentlichen in der gleichen Position wie der wenigstens eine (4) der zwei magnetempfindlichen Abschnitte (4, 5) auf der Anordnungsachse angeordnet ist, wobei der andere magnetempfindliche Abschnitt (30) eine magnetempfindliche Oberfläche hat, die nicht parallel zur magnetempfindlichen Oberfläche des bestimmten (4) der zwei magnetempfindlichen Abschnitte (4, 5) ist, der zu überwachende Körper linear verschoben wird und sich dreht, der Magnet (2) und der andere Magnet (3) in Längsrichtung relativ zu den zwei magnetempfindlichen Abschnitten (4, 5) und zu dem anderen magnetempfindlichen Abschnitt (30) verschoben werden und abhängig von der Drehung des zu überwachenden Körpers relativ zu den zwei magnetempfindlichen Abschnitten (4, 5) und zu dem anderen magnetempfindlichen Abschnitt (30) drehen, und die magnetempfindliche Oberfläche des bestimmten (4) der zwei magnetempfindlichen Abschnitte (4, 5) und die magnetempfindliche Oberfläche des anderen magnetempfindlichen Abschnitts (30) einen rechten Winkel bilden.
Hubsensor (1) nach Anspruch 7, weiterhin gekennzeichnet durch: noch einen anderen magnetempfindlichen Abschnitt (31), der unterschiedlich zu dem anderen magnetempfindlichen Abschnitt (30) ist und der im Wesentlichen in der gleichen Position wie der andere (5) der zwei magnetempfindlichen Abschnitte (4, 5) auf der Anordnungsachse angeordnet ist, wobei der noch andere magnetempfindliche Abschnitt (31) eine magnetempfindliche Oberfläche hat, welche nicht parallel zur magnetempfindlichen Oberfläche des anderen (5) der zwei magnetempfindlichen Abschnitte (4, 5) ist und welche in gleicher Richtung wie die magnetempfindliche Oberfläche des anderen magnetempfindlichen Abschnitts (30) weist, und die magnetempfindliche Oberfläche des anderen (5) der zwei magnetempfindlichen Abschnitte (4, 5) und die magnetempfindliche Oberfläche des noch anderen magnetempfindlichen Abschnitts (31) einen rechten Winkel bilden.
Hubsensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, weiterhin gekennzeichnet durch einen magnetischen Körper (28), der eine Umfangskante (26) des Magneten (2) auf einer Seite entgegengesetzt zu der zum magnetempfindlichen Abschnitt weisenden Umfangskante (6) bezüglich der Magnetisierungsrichtung abdeckt.
Hubsensor (1) nach Anspruch 9, weiterhin gekennzeichnet durch: einen anderen Magneten (3), der eine zum magnetempfindlichen Abschnitt weisende Umfangskante (7) in gleicher Form wie die zum magnetempfindlichen Abschnitt weisende Umfangskante (6) des Magneten (2) hat, wobei der andere Magnet (3) so magnetisiert ist, dass seine Polarität auf Seiten der zum magnetempfindlichen Abschnitt weisenden Umfangskante (7) entgegengesetzt zu einer Polarität des Magneten (2) auf Seiten der zum magnetempfindlichen Abschnitt weisenden Umfangskante (6) des Magneten (2) ist, und der andere Magnet (3) zusammen mit dem Magneten (2) relativ zu den zwei magnetempfindlichen Abschnitten (4, 5) verschoben wird, wobei eine Spiegelsymmetrie zwischen den zum magnetempfindlichen Abschnitt weisenden Umfangskanten (6, 7) des Magneten (2) und des anderen Magneten (3) bezüglich der Anordnungsachse beibehalten wird, wobei der magnetische Körper (28) eine Umfangskante (27) des anderen Magneten (3) an einer Seite entgegengesetzt der zum magnetempfindlichen Abschnitt weisenden Umfangskante (7) bezüglich der Magnetisierungsrichtung abdeckt.
Hubsensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die zwei magnetempfindlichen Abschnitte (4, 5) Hallelemente sind, welche von einem einzelnen Chip (20, 20a) gebildet werden.
Hubsensor (1) nach Anspruch 11, weiterhin gekennzeichnet durch: einen anderen Magneten (3), der eine zum magnetempfindlichen Abschnitt weisende Umfangskante (7) mit gleicher Form wie die zum magnetempfindlichen Abschnitt weisende Umfangskante (6) des Magneten (2) hat, wobei der andere Magnet (3) so magnetisiert ist, dass seine Polarität auf Seiten der zum magnetempfindlichen Abschnitt weisenden Umfangskante (7) entgegengesetzt zu einer Polarität des Magneten (2) auf Seiten der zum magnetempfindlichen Abschnitt weisenden Umfangskante (6) des Magneten (2) ist; einen anderen magnetempfindlichen Abschnitt (30), der unterschiedlich zu den zwei magnetempfindlichen Abschnitten (4, 5) ist und der im Wesentlichen in gleicher Position wie der wenigstens eine (4) der zwei magnetempfindlichen Abschnitte (4, 5) auf der Anordnungsachse angeordnet ist, wobei der andere magnetempfindliche Abschnitt (30) eine magnetempfindliche Oberfläche hat, die nicht parallel zur magnetempfindlichen Oberfläche des bestimmten (4) der zwei magnetempfindlichen Abschnitte (4, 5) ist; und noch einen anderen magnetempfindlichen Abschnitt (31), der unterschiedlich zu dem anderen magnetempfindlichen Abschnitt (30) ist und der im Wesentlichen in gleicher Position wie der andere (5) der zwei magnetempfindlichen Abschnitte (4, 5) auf der Anordnungsachse angeordnet ist, wobei der noch andere magnetempfindliche Abschnitt (31) eine magnetempfindliche Oberfläche hat, die nicht parallel zur magnetempfindlichen Oberfläche des anderen (5) der zwei magnetempfindlichen Abschnitte (4, 5) ist und welche in gleicher Richtung wie die magnetempfindliche Oberfläche des anderen magnetempfindlichen Abschnitts (30) weist, wobei der zu überwachende Körper linear verschoben wird und sich dreht, der Magnet (2) und der andere Magnet (3) in Längsrichtung verschoben werden und relativ zu den magnetempfindlichen Abschnitten (4, 5), dem anderen magnetempfindlichen Abschnitt (30) und dem noch anderen magnetempfindlichen Abschnitt (31) gemäß der linearen Verschiebung und der Drehung des zu überwachenden Körpers drehen, wobei eine Spiegelsymmetrie zwischen den zum magnetempfindlichen Abschnitt weisenden Umfangskanten (6, 7) des Magneten (2) und des anderen Magneten (3) bezüglich der Anordnungsachse beibehalten wird; und der andere magnetempfindliche Abschnitt (30) und der noch andere magnetempfindliche Abschnitt (31) Hallelemente sind und von einem einzelnen Chip (20) gebildet werden.
Hubsensor (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 10, weiterhin gekennzeichnet durch: einen anderen Magneten (3), der eine zum magnetempfindlichen Abschnitt weisende Umfangskante (7) mit gleicher Form wie die zum magnetempfindlichen Abschnitt weisende Umfangskante (6) des Magneten (2) hat, wobei der andere Magnet (3) so magnetisiert ist, dass seine Polarität auf Seiten der zum magnetempfindlichen Abschnitt weisenden Umfangskante (7) entgegengesetzt zu einer Polarität des Magneten (2) auf Seiten der zum magnetempfindlichen Abschnitt weisenden Umfangskante (6) des Magneten (2) ist; einen anderen magnetempfindlichen Abschnitt (30), der unterschiedlich zu den zwei magnetempfindlichen Abschnitten (4, 5) ist und der im Wesentlichen in gleicher Position wie der wenigstens eine (4) der zwei magnetempfindlichen Abschnitte (4, 5) auf der Anordnungsachse angeordnet ist, wobei der andere magnetempfindliche Abschnitt (30) eine magnetempfindliche Oberfläche hat, die nicht parallel zur magnetempfindlichen Oberfläche des bestimmten (4) der zwei magnetempfindlichen Abschnitte (4, 5) ist; und noch einen anderen magnetempfindlichen Abschnitt (31), der unterschiedlich zu dem anderen magnetempfindlichen Abschnitt (30) ist und der im Wesentlichen in gleicher Position wie der andere (5) der zwei magnetempfindlichen Abschnitte (4, 5) auf der Anordnungsachse angeordnet ist, wobei der noch andere magnetempfindliche Abschnitt (31) eine magnetempfindliche Oberfläche hat, die nicht parallel zur magnetempfindlichen Oberfläche des anderen (5) der zwei magnetempfindlichen Abschnitte (4, 5) ist und welche in gleicher Richtung wie die magnetempfindliche Oberfläche des anderen magnetempfindlichen Abschnitts (30) weist, wobei der zu überwachende Körper linear verschoben wird und sich dreht, der Magnet (2) und der andere Magnet (3) in Längsrichtung verschoben werden und relativ zu den magnetempfindlichen Abschnitten (4, 5), dem anderen magnetempfindlichen Abschnitt (30) und dem noch anderen magnetempfindlichen Abschnitt (31) gemäß der linearen Verschiebung und der Drehung des zu überwachenden Körpers drehen, wobei eine Spiegelsymmetrie zwischen den zum magnetempfindlichen Abschnitt weisenden Umfangskanten (6, 7) des Magneten (2) und des anderen Magneten (3) bezüglich der Anordnungsachse beibehalten wird; die zwei magnetempfindlichen Abschnitte (4, 5) des anderen magnetempfindlichen Abschnitts (30) Hallelemente sind, welche von einem einzelnen Chip gebildet werden; und der andere (5) der zwei magnetempfindlichen Abschnitte (4, 5) und der noch andere magnetempfindliche Abschnitt (31) Hallelemente sind und von einem anderen einzelnen Chip (gebildet werden.
Hubsensor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, weiterhin gekennzeichnet durch Joche (43), die an beiden Längsenden des Magneten (2) befestigt sind.
Hubsensor (1) nach Anspruch 14, weiterhin gekennzeichnet durch: einen anderen Magneten (3), der eine zum magnetempfindlichen Abschnitt weisende Umfangskante (7) mit gleicher Form wie die zum magnetempfindlichen Abschnitt weisende Umfangskante (6) des Magneten (2) hat, wobei der andere Magnet (3) so polarisiert ist, dass seine Polarität auf Seiten der zum magnetempfindlichen Abschnitt weisenden Umfangskante (7) entgegengesetzt zu einer Polarität des Magneten (2) auf Seiten der zum magnetempfindlichen Abschnitt weisenden Umfangskante (6) des Magneten (2) ist, und der andere Magnet (3) zusammen mit dem Magneten (2) relativ zu den zwei magnetempfindlichen Abschnitten (4, 5) verschoben wird, wobei eine Spiegelsymmetrie zwischen den zum magnetempfindlichen Abschnitt weisenden Umfangskanten (6, 7) des Magneten (2) und des anderen Magneten (3) bezüglich der Anordnungsachse beibehalten wird; und Joche (43), die an beiden Längsenden des anderen Magneten (3) angeordnet sind.
Hubsensor (1), der einen linearen Verschiebungsbetrag eines zu überwachenden Körpers erfasst, der linear verschoben wird und sich dreht, gekennzeichnet durch: zwei Magnete (2, 3), die so angeordnet sind, dass ihre Längsrichtungen parallel zueinander sind, wobei die Magnete (2, 3) in einer Querschnittsrichtung senkrecht zur Längsrichtung aufeinander zuweisen; und zwei magnetempfindliche Abschnitte (4, 30), die so angeordnet sind, dass die zwei magnetempfindlichen Abschnitte (4, 30) zwischen den beiden Magneten (2, 3) in Querschnittsrichtung in einer gleichen Position bezüglich der Längsrichtung liegen, wobei: die zwei magnetempfindlichen Abschnitte (4, 30) so angeordnet sind, dass ihre magnetempfindlichen Oberflächen nicht parallel zueinander sind; jeder Magnet (2, 3) eine zum magnetempfindlichen Abschnitt weisende Umfangskante (6, 7) hat, welche eine von beiden Endumfangskanten des Magneten 2, 3) in Querschnittsrichtung ist und welche zu den zwei magnetempfindlichen Abschnitten (4, 30) weist; die zwei Magnete (2, 3) in Querschnittsrichtung magnetisiert sind und so angeordnet sind, dass die zu dem magnetempfindlichen Abschnitt weisenden Umfangskanten (6, 7) der zwei Magnete (2, 3) entgegengesetzte Polaritäten haben; die zum magnetempfindlichen Abschnitt weisenden Umfangskanten (6, 7) der Magnete (2, 3) in einer im Wesentlichen gleichen gekrümmten Form so ausgebildet sind, dass eine Korrelation zwischen einer Magnetflussdichte auf einer Anordnungsachse und einer Koordinate der Anordnungsachse im Wesentlichen mit einer Sinuskurve übereinstimmt, und so, dass die zum magnetempfindlichen Abschnitt weisenden Umfangskanten (6, 7) eine Spiegelsymmetrie zwischen sich bezüglich der Anordnungsachse bilden, wobei die Anordnungsachse die Position enthält, wo die zwei magnetempfindlichen Abschnitte (4, 30) angeordnet sind, und sich parallel zur Längsrichtung erstreckt; die zwei Magnete (2, 3) in Längsrichtung relativ zu den zwei magnetempfindlichen Abschnitten (4, 30) gemäß der linearen Verschiebung des zu überwachenden Körpers verschoben werden und relativ zu den zwei magnetempfindlichen Abschnitten (4, 30) gemäß der Drehung des zu überwachenden Körpers drehen, wobei die Spiegelsymmetrie zwischen den zum magnetempfindlichen Abschnitt weisenden Umfangskanten (6, 7) der zwei Magnete (2, 3) beibehalten wird.
Hubsensor (1) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Hubsensor (1) den linearen Verschiebungsbetrag des zu überwachenden Körpers erfasst und einen Drehwinkel des zu überwachenden Körpers erfasst und dass der Hubsensor (1) den linearen Verschiebungsbetrag abhängig vom Drehwinkel korrigiert.
Ein Drehwinkelsensor (1A), der einen Drehwinkel eines sich drehenden zu überwachenden Körpers erfasst, gekennzeichnet durch: zwei Magnete (2, 3), die so angeordnet sind, dass ihre Längsrichtungen parallel zueinander sind, wobei die Magnete (2, 3) in einer Querschnittsrichtung senkrecht zur Längsrichtung aufeinander zuweisen und die zwei Magnete (2, 3) gemäß der Drehung des zu überwachenden Körpers drehen; drei magnetempfindliche Abschnitte (4, 5, 30), welche in Querschnittsrichtung zwischen den beiden Magneten (2, 3) liegen; und einen Drehung/Hub-Wandlermechanismus (41), der die Drehung der zwei Magnete (2, 3) in eine lineare Verschiebung umwandelt, um die zwei Magnete (2, 3) linear in Längsrichtung zu verschieben, wobei: zwei bestimmte (4, 30) der drei magnetempfindlichen Abschnitte (4, 5, 30) im Wesentlichen in einer gleichen Position bezüglich der Längsrichtung so angeordnet sind, dass die magnetempfindlichen Oberflächen der bestimmten zwei magnetempfindlichen Abschnitte (4, 30) nicht parallel zueinander sind; der andere (5) der drei magnetempfindlichen Abschnitte (4, 5, 30) separat von den bestimmten zwei magnetempfindlichen Abschnitten (4, 30) auf einer Anordnungsachse angeordnet ist, welche die Position enthält, wo die bestimmten zwei magnetempfindlichen Abschnitte (4, 30) angeordnet sind, und welche sich parallel zur Längsrichtung erstreckt; eine magnetempfindliche Oberfläche des anderen (5) der drei magnetempfindlichen Abschnitte (4, 5, 30) in gleicher Richtung wie eine magnetempfindliche Oberfläche der bestimmten zwei magnetempfindlichen Abschnitte (4, 30) weist; jeder Magnet (2, 3) eine zum magnetempfindlichen Abschnitt weisende Umfangskante (6, 7) hat, welche eine der beiden Endumfangskanten des Magneten (2, 3) in Querschnittsrichtung ist und zu den drei magnetempfindlichen Abschnitten (4, 5, 30) weist; die zwei Magnete (2, 3) in Querschnittsrichtung so magnetisiert sind, dass die zum magnetempfindlichen Abschnitt weisenden Umfangskanten (6, 7) der zwei Magnete (2, 3) einander entgegengesetzte Polaritäten haben, die zum magnetempfindlichen Abschnitt weisenden Umfangskanten (6, 7) im Wesentlichen in einer gleichen gekrümmten Form so ausgebildet sind, dass eine Korrelation zwischen einer Magnetflussdichte auf der Anordnungsachse und einer Koordinate der Anordnungsachse im Wesentlichen mit einer Sinuskurve übereinstimmt, und so, dass die zum magnetempfindlichen Abschnitt weisenden Umfangskanten (6, 7) eine Spiegelsymmetrie bezüglich der Anordnungsachse bilden; und die zwei Magnete (2, 3) linear in Längsrichtung verschoben werden und relativ zu den drei magnetempfindlichen Abschnitten (4, 5, 30) gemäß der Drehung des zu überwachenden Körpers drehen, wobei die Spiegelsymmetrie zwischen den zum magnetempfindlichen Abschnitt weisenden Umfangskanten (6, 7) beibehalten wird.
Drehwinkelsensor (1A) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehwinkelsensor (1A) den Drehwinkel in einen Winkel eines ganzzahligen Vielfachen von 360° und einen Winkel gleich oder kleiner als 360° teilt; der Drehwinkelsensor (1A) den Winkel des ganzzahligen Vielfachen von 360° basierend auf einem linearen Verschiebungsbetrag erfasst, der erhalten wird durch Umwandeln der Drehung der zwei Magnete (2, 3) durch den Drehung/Hub-Wandlermechanismus (41); und der Drehwinkelsensor (1A) den Winkel gleich oder kleiner als 360° unter Verwendung elektrischer Ausgänge erfasst, die von den bestimmten zwei magnetempfindlichen Abschnitten (4, 30) erhalten werden.
Drehwinkelsensor (1A) nach Anspruch 18 oder 19, weiterhin gekennzeichnet durch: einen anderen magnetempfindlichen Abschnitt (31) unterschiedlich zu den drei magnetempfindlichen Abschnitten (4, 5, 30), wobei der andere magnetempfindliche Abschnitt (31) in der gleichen Position wie der andere (5) der drei magnetempfindlichen Abschnitte (4, 5, 30) auf der Anordnungsachse angeordnet ist, und eine magnetempfindliche Oberfläche des anderen magnetempfindlichen Abschnitts (31) in gleicher Richtung wie eine magnetempfindliche Oberfläche des anderen (30) der bestimmten zwei magnetempfindlichen Abschnitte (4, 30) liegt.