DE102013215322A1

DE102013215322A1 - Positionserfassungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102013215322A1
Application number: DE102013215322.8A
Authority: DE
Inventors: Takamitsu Kubota; Akitoshi Mizutani; Yoshiyuki Kono
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2012-08-06
Filing date: 2013-08-05
Publication date: 2014-02-06
Also published as: US9470554B2; JP2014032154A; US20140039829A1; CN103575210B; JP5682798B2; CN103575210A

Abstract

Eine Positionserfassungsvorrichtung weist ein Hall-Element (11), das eine Magnetflussdichte erfasst, und ein Temperaturerfassungselement (16) auf, das die Temperatur des Hall-Elements (11) erfasst. In einem Drehwinkelberechnungsprozess wird ein Temperaturkorrekturwert a durch Einsetzen einer Erfassungstemperatur t des Temperaturerfassungselements (16) und einer Referenzmaximalspannung Vt bei einer Referenztemperatur t₀ in a = V₀ × k (t – t₀) berechnet. Danach wird bei der Korrekturmaximalspannung Vt durch Einsetzen des Temperaturkorrekturwerts a in eine Temperaturcharakteristikgleichung Vt = V₀ + a berechnet. Weiterhin wird ein Drehwinkel θ eines Magneten (20, 21) relativ zu dem Hall-Element (11) durch Einsetzen einer Ausgangsspannung VH des Hall-Elements (11) und der Korrekturmaximalspannung Vt in θ = sin^–1(VH/Vt) berechnet. Da die Korrekturmaximalspannung Vt entsprechend der Temperatur korrigiert wird, wird der Drehwinkel genau erfasst.

Description

Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Positionserfassungsvorrichtung.
Eine Positionserfassungsvorrichtung ist bekannt, die einen Rotationswinkel eines rotierenden Objekts (Erfassungsobjekts) erfasst. In der bekannten Positionserfassungsvorrichtung ist ein Magnetfelderzeugungselement wie ein Magnet oder ein Magnetfelderfassungselement wie ein Hall-Element an dem Erfassungsobjekt angeordnet. Das Magnetfelderfassungselement erfasst eine Änderung in der Magnetflussdichte, wenn sich das Erfassungsobjekt dreht, und der Drehwinkel des Erfassungsobjekts wird auf der Grundlage der erfassten Änderung in der Magnetflussdichte berechnet.
Beispielsweise ist in einer Positionserfassungsvorrichtung gemäß JP 3491577 B2 , die der US 6,498,479 B1 entspricht, ein Magnet an einer Welle als das Erfassungsobjekt angeordnet, und wird ein Drehwinkel θ (in Grad °) der Welle auf der Grundlage der nachfolgenden Gleichung 1 erfasst: θ = sin^–1(VH/V₀) (1)
In der Gleichung 1 ist VH eine Ausgangsspannung (V) des Hall-Elements und ist V₀ eine maximale Spannung (V), das heißt ein maximaler Wert der Ausgangsspannung des Hall-Elements.
In der Positionserfassungsvorrichtung gemäß JP 3491577 B2 ist jedoch die maximale Spannung von V₀ der Gleichung 1 ein fester Wert. Wenn daher die Dichte des durch den Magneten erzeugten Magnetflusses sich aufgrund einer Umgebungstemperatur, bei der die Positionserfassungsvorrichtung verwendet wird, sich ändert, ist es wahrscheinlich, dass sich die Erfassungsgenauigkeit des durch die Gleichung 1 berechneten Drehwinkels verringert. Wenn weiterhin die Dichte des Magnetflusses sich mit einer Änderung der Temperatur erhöht, wird die Ausgangsspannung VH größer als die maximale Spannung V₀ sein. In einem derartigen Fall wird eine inverse Sinusfunktion der Gleichung 1 nicht berechnet werden.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, eine Positionserfassungsvorrichtung mit einer verbesserten Erfassungsgenauigkeit eines Drehwinkels einzugeben.
Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Offenbarung weist eine Positionserfassungsvorrichtung ein Magnetfelderzeugungselement, ein Magnetfelderfassungselement, ein Temperaturerfassungselement, ein Speicherelement und ein Drehwinkelberechnungselement auf. Das Magneterfassungselement gibt eine Spannung entsprechend einer Änderung in der Magnetflussdichte aus, die verursacht wird, wenn das Magnetfelderfassungselement sich relativ zu dem Magnetfelderzeugungselement dreht. Das Temperaturerfassungselement erfasst eine Temperatur des Magnetfelderzeugungselements und gibt eine Spannung entsprechend der erfassten Temperatur aus. Das Speicherelement speichert eine Temperaturcharakteristikgleichung und eine Ausgangscharakteristikgleichung aus. Das Drehwinkelberechnungselement berechnet einen Drehwinkel des Magnetfelderzeugungselements relativ zu dem Magnetfelderfassungselement auf der Grundlage der Temperaturcharakteristikgleichung und der Ausgangscharakteristikgleichung.
Die Temperaturcharakteristikgleichung stellt eine Beziehung zwischen einer Referenzmaximalspannung, einen Temperaturkorrekturwert und einer Korrekturmaximalspannung Vt dar. Die Referenzmaximalspannung ist ein maximaler Wert der aus dem Magnetfelderfassungselement ausgegebenen Spannung, wenn das Magnetfelderzeugungselement eine Referenztemperatur aufweist. Der Temperaturkorrekturwert wird auf der Grundlage der durch das Temperaturerfassungselement erfassten Temperatur berechnet. Die Korrekturmaximalspannung Vt wird durch Korrigieren der Referenzmaximalspannung mit dem Temperaturkorrekturwert berechnet. Wenn der Drehwinkel des Magnetfelderzeugungselements relativ zu dem Magnetfelderfassungselement als θ bezeichnet wird, und die Ausgangsspannung des Magnetfelderfassungselements als VH bezeichnet wird, wird die Ausgangscharakteristikgleichung ausgedrückt als θ = sin^–1(VH/Vt).
In der Positionserfassungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausgestaltung wird, wenn der Drehwinkel des Magnetfelderzeugungselements relativ zu dem Magneterfassungselement erfasst wird, die Temperatur des Magnetfelderzeugungselements durch das Temperaturerfassungselement erfasst. Der Temperaturkorrekturwert wird unter Verwendung der in dem Speicherelement gespeicherten Temperaturcharakteristikgleichung und auf der Grundlage der erfassten Temperatur berechnet. Weiterhin wird die Korrekturmaximalspannung Vt auf der Grundlage des berechneten Temperaturkorrekturwerts berechnet. Die berechnete Korrekturmaximalspannung Vt wird in die Ausgangscharakteristikgleichung eingesetzt, und der Drehwinkel θ wird auf der Grundlage der Ausgangsspannung VH des Magnetfelderfassungselements berechnet.
Die durch das Magnetfelderzeugungselement erzeugte Magnetflussdichte ändert sich mit der Umgebungstemperatur. Unter Berücksichtigung dieser Tatsache wird der Wert des Korrekturmaximalspannung Vt, die in der Ausgangscharakteristikgleichung eingesetzt wird, entsprechend der Änderung der Magnetflussdichte geändert. Daher kann der Drehwinkel des Erfassungsobjekts genau erfasst werden.
Beispielsweise wird die Korrekturmaximalspannung Vt auf einen Wert eingestellt, der größer als die Maximalspannung ist, die aus dem Magnetfelderfassungselement bei der Umgebungstemperatur ausgegeben wird. In einem derartigen Fall wird die Berechnung einer inversen Sinusfunktion der Ausgangscharakteristikgleichung ermöglicht. Daher ist es möglich, den Drehwinkel des Erfassungsobjekts in einem breiteren Temperaturbereich zu erfassen.
Die vorstehenden und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden anhand der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen deutlich, in denen gleiche Teile durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet sind. Es zeigen:
1 eine Darstellung, die eine Querschnittsansicht einem elektronisch gesteuerten Drosselklappenventil veranschaulicht, bei dem eine Positionserfassungsvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung angewandt wird,
2 eine Darstellung, die eine schematische Ansicht der Positionserfassungsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt,
3 ein Schaltbild eines Hall-IC der Positionserfassungsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
4 einen Graphen, der eine Temperaturcharakteristik einer aus dem Hall-Element ausgegebenen Spannung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel veranschaulicht,
5 ein Flussdiagramm eines Drehwinkelberechnungsprozesses, der durch die Positionserfassungsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel durchgeführt wird,
6 ein Flussdiagramm eines Drehwinkelberechnungsprozesses, der durch eine Positionserfassungsvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel durchgeführt wird, und
7A und 7B Graphen, die eine Beziehung zwischen einer erzeugten Magnetflussdichte und einer Temperatur veranschaulicht, die in dem Rotationswinkelberechnungsprozess gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel verwendet wird.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung sind unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Erstes Ausführungsbeispiel
Eine Positionserfassungsvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung ist unter Bezugname auf 1 bis 5 beschrieben.
Wie es in 1 gezeigt ist, ist eine Positionserfassungsvorrichtung 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel beispielsweise in einem elektronisch gesteuerten Drosselklappenventil 9 angewendet, die die in einem Zylinder einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs eingeführte Luftmenge steuert. Ein Gehäuse 2 des elektronisch gesteuerten Drosselklappenventils 9 weist einen Einlassluftkanal 3 auf, durch den die in die Brennkraftmaschine eingeführte Luft strömt. Eine Drosselklappe 4 mit einer im Wesentlichen kreisförmigen Scheibenform ist in dem Einlassluftkanal 3 angeordnet. Die Drosselklappe 4 ist einstückig mit einer Ventilwelle 5. Beide Enden der Ventilwelle 5 sind drehbar durch das Gehäuse 2 gestützt. Die Drosselklappe 4 ist relativ zu dem Gehäuse 2 drehbar, während die Ventilwelle 5 als eine Drehachse definiert ist.
Wie es in 1 und 2 gezeigt ist, weist die Positionserfassungsvorrichtung 1 Permanentmagnete 20 und 21 sowie ein Hall-IC 10 auf. Die Permanentmagnete 20 und 21 dienen als Magnetfelderzeugungselement.
Die Permanentmagnete 20 und 21 sind zu einem Ende der Ventilwelle 5 durch ein zylindrisches Joch 30 benachbart angeordnet. Die Permanentmagnete 20 und 21 sind radial innerhalb des Jochs 30 und an Positionen 180 Grad symmetrisch in Bezug auf eine Rotationsachse O des Jochs 30 angeordnet. Wie es schematisch durch Pfeile B in 2 gezeigt ist, fließt ein Magnetfluss zwischen den zwei Permanentmagnete 20 und 21 in eine Richtung, die im Wesentlichen senkrecht zu der Rotationsachse O des Jochs 30 ist.
Der Hall-IC 10 ist an einem Sockel 7 befestigt, der an einer äußeren Wand des Gehäuses 2 angeordnet ist. Der Hall-IC 10 ist benachbart im Wesentlichen zu einer Mitte einer Linie angeordnet, die die zwei Permanentmagnete 20 und 21 verbindet.
Das Hall-IC 10 ist ein integrierter Schaltungs-(IC-)Chip mit einem Hall-Element 11, einem Temperaturerfassungselement 16, einer Analog-Digital-Umwandlungs-(ADC-)Schaltung 14, einem digitalen Signalprozessor (DSP) 12, einer Digital-Analog-Umwandlungs-(DAC-)Schaltung 15 und einem Speicher 13. Das Hall-Element 11 dient als ein Magnetfelderfassungselement. Das Temperaturerfassungselement 16 dient als Temperaturerfassungselement. Der DSP 12 dient als Drehwinkelberechnungselement. Der Speicher 13 dient als ein Speicherelement. Der Hall-IC 10 ist derart angeordnet, dass eine magnetempfindliche Oberfläche des Hall-Elements 11 an der Rotationsachse O des Jochs 30 angeordnet ist.
Das Hall-Element 11 ist durch einen Halbleiter-Dünnfilm bereitgestellt. Das Hall-Element 11 gibt ein analoges Signal entsprechend einer Änderung in der Dichte des Magnetflusses zu der ADC-Schaltung 14 aus.
Das Temperaturerfassungselement 16 ist beispielsweise durch ein Dioden-Thermometer vorgesehen. Das Temperaturerfassungselement 16 erfasst eine Umgebungstemperatur der Positionserfassungsvorrichtung 1 auf der Grundlage eines Prinzips, das ein elektrischer Widerstandswert einer Diode sich mit der Temperatur um den Hall-IC 10 ändert. Das Temperaturerfassungselement 16 gibt ein analoges Signal entsprechend der erfassten Temperatur zu der ADC-Schaltung 14 aus.
Die ADC-Schaltung 14 wandelt die aus dem Hall-Element 11 und dem Temperaturerfassungselement 16 ausgegebenen analogen Signale in digitale Signale um. Der DSP 12 führt einen Berechnungsprozess zur Berechnung des Drehwinkels der Permanentmagnete 20 und 21 relativ zu dem Hall-Element 11 auf der Grundlage der aus der ADC-Schaltung 14 ausgegebenen digitalen Signale durch. Die DAC-Schaltung 15 wandelt ein durch den DSP 12 verarbeitetes digitales Signal in ein analoges Signal um und gibt das analoge Signal zu einer externen Vorrichtung aus.
Beispielsweise weist der Speicher 13 einen Nurlesespeicher und einen beschreibbaren und löschbaren Speicher auf. In dem Speicher 13 sind eine Referenzmaximalspannung, ein Temperaturkorrekturwert, eine Temperaturcharakteristikgleichung und eine Ausgangscharakteristikgleichung gespeichert. Die Referenzmaximalspannung ist ein maximaler Wert einer aus dem Hall-Element 11 ausgegebenen Spannung, wenn die Temperatur der Permanentmagnete 20 und 21 sich auf einer Referenztemperatur befindet, die vorbestimmt ist. Der Temperaturkorrekturwert wird zur Korrektur der Referenzmaximalspannung verwendet. Der Temperaturkorrekturwert, die Temperaturcharakteristikgleichung und die Ausgangscharakteristikgleichung sind nachstehend beschrieben.
In dem elektronisch gesteuerten Drosselklappenventil 9 drehen sich, wenn die Ventilwelle 5 sich dreht, die Permanentmagnete 20 und 21 relativ zu dem Hall-Element 11. Der Hall-IC 10 gibt ein Signal entsprechend der Größe der Dichte des Magnetflusses, die durch die magnetempfindliche Oberfläche des Hall-Elements 11 gelangt, zu einer externen Vorrichtung aus.
Die Drosselklappe 4 wird durch einen Motor 6 angetrieben. Dem Motor 6 wird elektrischer Strom aus einer (nicht gezeigten) externen elektronischen Steuerungseinheit zugeführt, so dass ein Öffnungsgrad der Drosselklappe 4, der anhand der Spannung des ausgegebenen Signals berechnet wird, gleich einem Sollöffnungsgrad wird, der entsprechend einer Betriebsbedingung der Brennkraftmaschine eingestellt ist. Somit wird der Öffnungsgrad der Drosselklappe 4 durch Antrieb des Motors 6 gesteuert, so dass die der Brennkraftmaschine zugeführte Luftmenge gesteuert wird.
Nachstehend ist ein Drehwinkelberechnungsprozess beschrieben, der durch die Positionserfassungsvorrichtung 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel durchgeführt wird.
In der Positionserfassungsvorrichtung 1 dreht sich, wenn sich die Ventilwelle 5 der Drosselklappe 4 dreht, das Joch 30 mit der Ventilwelle 5. Da die Richtung des durch die Permanentmagnete 20 und 21 erzeugten Magnetflusses sich mit der Drehung der Ventilwelle ändert, ändert sich der Wert einer Ausgangsspannung VH (V), die aus dem Hall-Element 11 ausgegeben wird und dem DSP 12 durch die ADC 14 bereitgestellt wird.
Der DSP 12 berechnet den Drehwinkel θ (°) durch Einsetzen der Ausgangsspannung VH des Hall-Elements 11 in die Ausgangscharakteristikgleichung, die durch die nachstehend gezeigte Gleichung 2 ausdrückt ist. Der DSP 12 gibt den berechneten Drehwinkel θ (°) zu der externen Vorrichtung durch die DAC-Schaltung 15 aus. θ = sin^–1(VH/Vt) (2)
In der Gleichung 2 ist Vt eine Korrekturmaximalspannung (V). Die Korrekturmaximalspannung Vt (V) ist eine Funktion einer Temperatur, die vorab durch den DSP 12 berechnet wird, wenn der Drehwinkel θ unter Verwendung der Gleichung 2 berechnet wird. Die Korrekturmaximalspannung Vt ändert sich mit der Umgebungstemperatur, das heißt der Temperatur der Permanentmagnete 20 und 21, bei der die Positionserfassungsvorrichtung 1 verwendet wird.
4 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen dem Drehwinkel θ und der Ausgangsspannung VH des Hall-Elements 11 bei unterschiedlichen Temperaturen der Permanentmagnete 20 und 21 veranschaulicht. Wie es in 4 gezeigt ist, weist die Beziehung zwischen dem Rotationswinkel θ und der Ausgangsspannung VH des Hall-Elements 11 eine Sinuskurve auf. Die Ausgangsspannung VH ist maximal, wenn der Drehwinkel θ 90° ist. Wenn die Temperatur der Permanentmagnete 20 und 21 20° Grad Celsius (°C) beträgt, ist die Ausgangsspannung VH des Hall-Elements 11 bei dem Drehwinkel θ von 90° als eine Ausgangsspannung V1 definiert. Wenn die Temperatur der Permanentmagnete 20 und 21 –40°C beträgt, ist die Ausgangsspannung VH des Hall-Elements 11 bei den Drehwinkel θ von 90° eine Ausgangsspannung V2, die größer als die Ausgangsspannung V1 ist. Wenn die Temperatur der Permanentmagnete 20 und 21 120°C beträgt, ist die Ausgangsspannung des Hall-Elements 11 bei dem Drehwinkel θ von 90° eine Ausgangsspannung V3, die kleiner als die Ausgangsspannung V1 ist.
Wie es vorstehend beschrieben worden ist, differiert die Ausgangsspannung VH des Hall-Elements 11 in Abhängigkeit von der Temperatur der Permanentmagnete 20 und 21, selbst wenn der Drehwinkel θ derselbe ist.
In der Positionserfassungsvorrichtung 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird daher der Drehwinkelberechnungsprozess in der nachfolgenden Weise durchgeführt.
Wie es in 5 gezeigt ist, empfängt in S101 der DSP 12 die aus dem Hall-Element 11 und dem Temperaturerfassungselement 16 ausgegebenen Signale durch die ADC-Schaltung 14.
In S102 wird der Temperaturkorrekturwert a (V) anhand der nachfolgenden Gleichung 3 berechnet: a = V₀ × k × (t – t₀) (3)
In der Gleichung 3 ist t eine Erfassungstemperatur (°C), die auf der Grundlage des aus dem Temperaturerfassungselement 16 ausgegebenen Signals berechnet wird, ist V0 eine Referenzmaximalspannung (V) auf einer Referenztemperatur T₀ (°C) und ist k ein Korrekturkoeffizient (V/°C).
Der Korrekturkoeffizient k (V/°C) wird hauptsächlich auf der Grundlage eines Koeffizienten bestimmt, der eine Temperaturcharakteristik eines Materials der Permanentmagnete 20 und 21 wiedergibt. Der Korrekturkoeffizient k (V/°C) ist ein Wert, der eine Änderungsrate der aus dem Hall-Element 11 ausgegebenen Spannung in Bezug auf eine Änderung der Temperatur angibt. Der Korrekturkoeffizient k (V/°C) ist in dem Speicher 13 gespeichert.
In S103 wird die Korrekturmaximalspannung Vt (V), die zur Berechnung des Drehwinkels θ bei der Erfassungstemperatur t verwendet wird, berechnet. Insbesondere wird die Korrekturmaximalspannung Vt unter Verwendung der Temperaturcharakteristikgleichung berechnet, die den in S102 berechneten Temperaturkorrekturwert a enthält. Die Temperaturcharakteristikgleichung ist durch die nachfolgende Gleichung 4 ausgedrückt. Vt = V₀ + a = V₀ + [V0 × k × (t – t₀)] (4)
In S104 wird der Drehwinkel θ der Permanentmagnete 20 und 21 in Bezug auf das Hall-Element 11 unter Verwendung der Gleichung 2, in die die in S103 berechnete Korrekturmaximalspannung Vt eingesetzt wird, und auf der Grundlage der Ausgangsspannung VH des Hall-Elements 11 berechnet.
In der Positionserfassungsvorrichtung 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wird der Drehwinkel θ unter Berücksichtigung davon berechnet, dass die Ausgangsspannung VH des Hall-Elements 11 aufgrund der Temperatur geändert wird. Vor der Berechnung des Drehwinkels θ wird die Korrekturmaximalspannung Vt, die für die Berechnung des Drehwinkels θ bei der Erfassungstemperatur t notwendig ist, auf der Grundlage der Erfassungstemperatur t des Temperaturerfassungselements 16 berechnet. Die Korrekturmaximalspannung Vt wird durch Addieren eines Spielraums zu der Referenzmaximalspannung V₀ bereitgestellt. Selbst wenn die Dichte des durch die Permanentmagnete 20 und 21 erzeugten Magnetflusses sich aufgrund der Umgebungstemperatur erhöht und die Ausgangsspannung VH die Referenzmaximalspannung V₀ überschreitet, kann die inverse Sinusfunktion der Gleichung 2 berechnet werden. Dementsprechend kann der Drehwinkel θ berechnet werden.
Außerdem wird in der Positionserfassungsvorrichtung 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Korrekturmaximalwert Vt in Bezug auf die Ausgangsspannung VH des Hall-Elements 11 in der inversen Sinusfunktion der Gleichung 2 für jede Erfassungstemperatur t korrigiert. In diesem Fall kann der Korrekturkoeffizient k, der zur Berechnung der Korrekturmaximalspannung Vt verwendet wird, in geeigneter Weise ausgewählt werden.
Daher kann die Korrekturmaximalspannung Vt unter Berücksichtigung der Verformung des Jochs 30 aufgrund der Umgebungstemperatur, der Temperaturcharakteristik des Hall-Elements 11 und dergleichen zusätzlich zu dem Einfluss der Temperaturänderung auf die Dichte des von dem Permanentmagnete 20 und 21 erzeugten Magnetflusses berechnet werden. Dementsprechend kann der Drehwinkel θ der Permanentmagnete 20 und 21 in Bezug auf das Hall-Element 21 genau erfasst werden.
Zweites Ausführungsbeispiel
Eine Positionserfassungsvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung ist unter Bezugnahme auf 6, 7A und 7B beschrieben.
Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel wird der Drehwinkel θ in einer gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel unterschiedlichen Weise berechnet. Nachstehend sind Komponenten oder Elemente, die im Wesentlichen ähnlich zu dem ersten Ausführungsbeispiel sind, mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, weshalb deren Beschreibungen nicht wiederholt werden.
6 veranschaulicht ein Flussdiagramm eines durch die Positionserfassungsvorrichtung 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel durchgeführten Drehwinkelberechnungsprozesses. In S101, ähnlich wie gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, empfängt der DSP 12 die aus dem Hall-Element 11 und dem Temperaturerfassungselement 16 ausgegebenen Signale durch die ADC-Schaltung 14.
In S202 wird ein Temperaturkorrekturwert b anhand der nachfolgenden Gleichung 5 berechnet: b = Bt/B₀ (5)
In der Gleichung 5 ist B₀ eine Referenzmagnetflussdichte (T) und ist Bt eine Erfassungsmagnetflussdichte (T). Der Temperaturkorrekturwert b ist eine dimensionslose Zahl.
Die Referenzmagnetflussdichte B₀ (T) ist eine Dichte des durch die Permanentmagnete zu einem vorbestimmten Drehwinkel erzeugten Magnetflusses, wenn die Temperatur der Permanentmagnete sich auf der Referenztemperatur t₀ befindet. Die Erfassungsmagnetflussdichte Bt (T) ist eine Dichte des durch die Permanentmagnete bei dem vorbestimmten Drehwinkel erzeugten Magnetflusses, wenn die Temperatur der Permanentmagnete sich auf der Erfassungstemperatur t befindet. Die Erfassungstemperatur wird auf der Grundlage des aus dem Temperaturerfassungselement 16 ausgegebenen Spannungssignals berechnet.
Ein Verfahren zur Berechnung des Temperaturkorrekturwerts b ist unter Bezugnahme auf 7A und 7B beschrieben.
Zunächst wird eine durch die Permanentmagnete erzeugte Magnetflussdichte Bx bei mehreren Temperaturen tx gemessen. In 7 sind insbesondere die Magnetflussdichte Bx bei den Temperaturen von –40°C, 20°C und 12°C aufgetragen, und ist eine Kurve L1 durch Verwenden der Messpunkte bereitgestellt. Danach werden die Daten der Magnetflussdichte Bx bei den näheren Temperaturen tx normalisiert.
Insbesondere wird die Referenztemperatur t₀ eingestellt. Ein Vergleichsausdruck (Relationalausdruck), der die Rate der Magnetflussdichte Bx relativ zu der Referenzmagnetflussdichte B₀ berechnen kann, wird durch Dividieren der Magnetflussdichten Bx bei anderen Temperaturen als der Referenztemperatur t₀ durch die Referenzmagnetflussdichte B₀ der Referenztemperatur t₀ erhalten.
Wie es in 7B gezeigt ist, wird beispielsweise, wenn die Referenztemperatur t₀ bei 20°C eingestellt ist, die Magnetflussdichte der Temperatur von 40°C durch die Magnetflussdichte der Temperatur von 20°C dividiert. Gleichermaßen wird die Magnetflussdichte der Temperatur von 120°C durch die Magnetflussdichte der Temperatur von 20°C dividiert. Auf diese Weise wird eine durchgezogene Linie L2 auf der Grundlage der Berechnungsergebnisse erhalten.
Die durchgezogene Linie L2 bezeichnet ein Verhältnis der Magnetflussdichte der anderen Temperatur als der Referenztemperatur zu der Magnetflussdichte der Referenztemperatur von 20°C. Beispielsweise kann der Temperaturkorrekturwert b als die nachfolgende Gleichung 6 auf der Grundlage der Form der durchgezogenen Linie L2 von 7B ausgedrückt werden: b = 1 + α × (t – t₀) + β × (t – t₀)² (6)
In der Gleichung 6 sind α und β beliebige konstante Zahlen.
In S203 wird die Korrekturmaximalspannung Vt (V) berechnet, die zur Berechnung des Drehwinkels θ bei der Erfassungstemperatur t verwendet wird. Insbesondere wird die Korrekturmaximalspannung Vt unter Verwendung der Temperaturcharakteristikgleichung einschließlich des in S202 berechneten Temperaturkorrekturwerts b berechnet. Die Temperaturcharakteristikgleichung ist durch die nachfolgende Gleichung 7 ausgedrückt: Vt = V₀ × b = V₀ × Bt/B0 = V₀ × [1 + α × (t – t₀) + β × (t – t₀)²] (7)
In S204 wird der Drehwinkel θ der Permanentmagnete 20 und 21 in Bezug auf das Hall-Element 11 durch die nachfolgende Gleichung 8, in die die in S203 berechnete Korrekturmaximalspannung Vt eingesetzt wird, auf der Grundlage der Ausgangsspannung VH des Hall-Elements 11 berechnet. θ = sin^–1(VH/Vt) (8)
Die Gleichung 8 entspricht der Ausgangscharakteristikgleichung. In der Positionserfassungsvorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel wird der Temperaturkorrekturwert b auf der Grundlage der Werte der Magnetflussdichte berechnet, die tatsächlich zu den mehreren Temperaturen gemessen werden. Der Drehwinkel θ der Permanentmagnete 20 und 21 in Bezug auf das Hall-Element 11 wird unter Verwendung der Gleichung 8 berechnet, die die unter Verwendung des Temperaturkorrekturwerts b berechnete Korrekturmaximalspannung Vt enthält. Dementsprechend kann der Drehwinkel θ genau erfasst werden.
Andere Ausführungsbeispiele

(1) Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist der Temperaturkorrekturwert zur Korrektur der Referenzmaximaltemperatur eine variable Zahl, die mit der Erfassungstemperatur variiert, wie es in der Gleichung 3 gezeigt ist. Jedoch ist der Temperaturkorrekturwert nicht auf den vorstehend beschriebenen begrenzt. Der Temperaturkorrekturwert kann eine konstante Zahl sein, die vorbestimmt ist.
(2) Gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist das Hall-Element 11 an dem festen Sockel 7 angeordnet, und werden die Permanentmagnete 20 und 21 relativ zu dem Hall-Element 11 gedreht. Alternativ dazu können die Permanentmagnete 20 und 21 fest sein, und kann das Hall-Element 11 relativ zu den Permanentmagnete 20 und 21 gedreht werden.
(3) Gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist die Positionserfassungsvorrichtung 1 als Beispiel bei dem elektronisch gesteuerten Drosselklappenventil angewendet. Jedoch kann die Positionserfassungsvorrichtung 1 bei einer beliebigen anderen Vorrichtung angewendet werden.
(4) Gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist das Hall-Element 10 oder das Temperaturerfassungselement 16 in dem Hall-IC 11 eingebettet, das an dem Sockel 7 befestigt ist. Jedoch sind die Anordnungen des Hall-Elements 10 und des Temperaturerfassungselements nicht auf das vorstehend beschriebene Beispiel begrenzt. Das Hall-Element 10 oder das Temperaturerfassungselement können von dem Hall-IC 11 getrennt sein und können unterschiedlich bzw. unabhängig von dem Hall-IC 11 angeordnet sein.
(5) Gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist das Temperaturerfassungselement 16 ein Diodenthermometer. Jedoch ist das Temperaturerfassungselement 16 nicht auf das Diodenthermometer begrenzt.

Obwohl lediglich ausgewählte beispielhafte Ausführungsbeispiele zur Veranschaulichung der vorliegenden Offenbarung ausgewählt worden sind, ist es für den Fachmann anhand dieser Offenbarung verständlich, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen daran ausgeführt werden können, ohne vom Umfang der Offenbarung abzuweichen, wie sie in den beigefügten Patentansprüchen definiert ist. Weiterhin ist die vorstehende Beschreibung der beispielhaften Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Offenbarung lediglich zur Veranschaulichung bereitgestellt, und dient nicht zur Begrenzung der Offenbarung, wie sie durch die beigefügten Patentansprüche und ihre Äquivalente definiert ist.
Wie es vorstehend beschrieben worden ist, weist eine Positionserfassungsvorrichtung ein Hall-Element 11, das eine Magnetflussdichte erfasst, und ein Temperaturerfassungselement 16 auf, das die Temperatur des Hall-Elements 11 erfasst. In einem Drehwinkelberechnungsprozess wird ein Temperaturkorrekturwert a durch Einsetzen einer Erfassungstemperatur t des Temperaturerfassungselements 16 und einer Referenzmaximalspannung Vt bei einer Referenztemperatur t₀ in a = V₀·k(t – t₀) berechnet. Danach wird bei der Korrekturmaximalspannung Vt durch Einsetzen des Temperaturkorrekturwerts a in eine Temperaturcharakteristikgleichung Vt = V₀ + a berechnet. Weiterhin wird ein Drehwinkel θ eines Magneten 20, 21 relativ zu dem Hall-Element 11 durch Einsetzen einer Ausgangsspannung VH des Hall-Elements 11 und der Korrekturmaximalspannung Vt in θ = sin^–1 (VH/Vt) berechnet. Da die Korrekturmaximalspannung Vt entsprechend der Temperatur korrigiert wird, wird der Drehwinkel genau erfasst.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 3491577 B2 [0003, 0005]
US 6498479 B1 [0003]

Claims

Positionserfassungsvorrichtung mit: einem Magnetfelderzeugungselement (20, 21); einem Magnetfelderfassungselement (11), das eine Spannung entsprechend einer Änderung in einer Magnetflussdichte ausgibt, die verursacht wird, wenn das Magnetfelderfassungselement (11) sich relativ zu dem Magnetfelderzeugungselement (20, 21) dreht; einem Temperaturerfassungselement (16), das eine Temperatur des Magnetfelderzeugungselements (20, 21) erfasst und eine Spannung entsprechend der erfassten Temperatur ausgibt; einem Speicherelement (13), das eine Temperaturcharakteristikgleichung und eine Ausgangscharakteristikgleichung speichert, wobei die Temperaturcharakteristikgleichung eine Beziehung zwischen einer Referenzmaximalspannung, einen Temperaturkorrekturwert und einer Korrekturmaximalspannung wiedergibt, wobei die Referenzmaximalspannung ein maximaler Wert einer Ausgangsspannung ist, die aus dem Magnetfelderfassungselement (11) ausgegeben wird, wenn das Magnetfelderzeugungselement (20, 21) eine Referenztemperatur hat, der Temperaturkorrekturwert auf der Grundlage einer durch das Temperaturerfassungselement (16) erfassten Erfassungstemperatur berechnet wird, die Korrekturmaximalspannung durch Korrektur der Referenzmaximalspannung mit dem Temperaturkorrekturwert berechnet wird, wobei die Ausgangscharakteristikgleichung eine Beziehung zwischen einem Drehwinkel des Magnetfelderzeugungselements (20, 21) relativ zu dem Magnetfelderfassungselement (11), der Ausgangsspannung des Magnetfelderfassungselements (11) und der Korrekturmaximalspannung wiedergibt; und einem Drehwinkelberechnungselement (12), das elektrisch mit dem Magnetfelderfassungselement (11), dem Temperaturerfassungselement (16) und dem Speicherelement (13) verbunden ist, wobei das Drehwinkelberechnungselement (12) den Drehwinkel des Magnetfelderzeugungselements (20, 21) relativ zu dem Magnetfelderfassungselement (11) unter Verwendung der Temperaturcharakteristikgleichung und der Ausgangscharakteristikgleichung auf der Grundlage der Erfassungstemperatur des Temperaturerfassungselements (16), der Ausgangsspannung des Magnetfelderfassungselements (11) und der Referenzmaximalspannung berechnet, wobei der Drehwinkel des Magnetfelderzeugungselements (20, 21) relativ zu dem Magnetfelderfassungselement (11) als θ bezeichnet ist, die Ausgangsspannung des Magnetfelderfassungselements, wenn die Erfassungstemperatur des Temperaturerfassungselements (16) t ist und der Rotationswinkel θ ist, als VH bezeichnet wird, die Korrekturmaximalspannung, wenn die Erfassungstemperatur t ist, als Vt bezeichnet wird, und die Ausgangscharakteristikgleichung ausgedrückt wird als θ = sin^–1(VH/Vt).
Positionserfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Referenzmaximalspannung als V₀ bezeichnet wird, der Temperaturkorrekturwert als a bezeichnet wird, und die Temperaturcharakteristikgleichung ausgedrückt wird, als Vt/V₀ + a.
Positionserfassungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Referenztemperatur als t₀ bezeichnet wird, und der Temperaturkorrekturwert a ausgedrückt wird durch V₀ × k × (t – t₀), wobei k ein Korrekturkoeffizient ist.
Positionserfassungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Temperaturkorrekturwert a eine konstante Zahl ist.
Positionserfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Referenzmaximalspannung als V₀ bezeichnet wird, der Temperaturkorrekturwert als b bezeichnet wird und die Temperaturcharakteristikgleichung ausgedrückt wird als Vt = V₀ × b, und wobei eine Dichte des durch das Magnetfelderzeugungselement erzeugten Magnetflusses, wenn das Magnetfelderzeugungselement sich bei einem vorbestimmten Drehwinkel und der Referenztemperatur befindet, als B₀ bezeichnet wird, eine Dichte des durch das Magnetfelderzeugungselement erzeugten Magnetflusses, wenn das Magnetfelderzeugungselement sich an dem vorbestimmten Drehwinkel und bei der Erfassungstemperatur t befindet, als B_t bezeichnet wird, und der Temperaturkorrekturwert b ausgedrückt wird durch Bt/B₀.
Positionserfassungsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei der Temperaturkorrekturwert ausgedrückt wird durch die Gleichung 1 + α × (t – t₀) + β × (t – t₀)², wobei α und β konstante Zahlen sind.