DE102014118564A1

DE102014118564A1 - Drehfeldsensor und winkelbestimmungsverfahren unter verwendung von diesem

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Publication number: DE102014118564A1
Application number: DE102014118564.1A
Authority: DE
Inventors: c/o TDK Corporation Hirota Yohei
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2014-03-17
Filing date: 2014-12-12
Publication date: 2015-09-17
Anticipated expiration: 2034-12-13
Also published as: JP2015175755A; US20150260546A1; US9557191B2; DE102014118564B4; JP5967382B2

Abstract

Ein Drehfeldsensor umfasst vier Detektionsschaltungen und eine Berechnungseinheit. In der Berechnungseinheit sind vier erste Detektionsschaltungsgruppen, die jeweils aus drei Detektionsschaltungen bestehen, definiert. Ferner sind in jeder ersten Detektionsschaltungsgruppe drei zweite Detektionsschaltungsgruppen definiert, die jeweils aus zwei Detektionsschaltungen bestehen. Die Berechnungseinheit berechnet einen Winkelwert für jede aller zweiten Detektionsschaltungsgruppen auf der Grundlage der Ausgangssignale der zwei Detektionsschaltungen, extrahiert eine oder mehrere normale erste Detektionsschaltungsgruppen, von denen jede von der Art ist, bei der alle drei Winkelwerte, die den drei zweiten Detektionsschaltungsgruppen entsprechen, innerhalb eines Winkelbereichs einer vorbestimmten Breite liegen, und bestimmt einen Winkeldetektionswert auf der Grundlage von mindestens einem aller Winkelwerte, die allen zweiten Detektionsschaltungsgruppen entsprechen, die zu der einen oder den mehreren normalen ersten Detektionsschaltungsgruppen gehören.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Drehfeldsensor zum Detektieren eines Winkels, den die Richtung eines rotierenden Magnetfeldes relativ zu einer Referenzrichtung bildet, und ein Winkelbestimmungsverfahren, das den Drehfeldsensor verwendet.
2. Beschreibung des Standes der Technik
In den vergangenen Jahren sind Drehfeldsensoren in großem Umfang zum Detektieren der Drehposition eines Gegenstands bei verschiedenen Anwendungen, wie z. B. zum Detektieren der Drehposition eines Fahrzeuglenkrads, verwendet worden. Systeme, bei denen Drehfeldsensoren verwendet werden, sind typischerweise mit einer Einrichtung (zum Beispiel einem Magneten) zum Erzeugen eines rotierenden Magnetfeldes versehen, dessen Richtung sich in Zusammenhang mit der Drehung des Gegenstands dreht. Die Drehfeldsensoren verwenden magnetische Detektionselemente zum Detektieren des Winkels, den die Richtung des rotierenden Magnetfeldes relativ zu einer Referenzrichtung bildet. Die Drehposition des Gegenstands wird so detektiert.
Unter den bekannten Drehfeldsensoren ist einer, der zwei Brückenschaltungen (Wheatstone-Brückenschaltungen) aufweist, wie in DE 10 2011 081 389 A1 beschrieben ist. Bei dem dort offenbarten Drehfeldsensor weist jede der beiden Brückenschaltungen vier Magnetdetektionselemente auf und gibt ein Signal aus, das mit der Richtung des rotierenden Magnetfeldes zusammenhängt. Die Ausgangssignale der zwei Brückenschaltungen unterscheiden sich in der Phase um 1/4 der Periode der Ausgangssignale der Brückenschaltungen. Die Ausgangssignale der zwei Brückenschaltungen werden als Grundlage verwendet, um einen Winkeldetektionswert zu bestimmen, der dem Winkel entspricht, den die Richtung des rotierenden Magnetfeldes relativ zu einer Referenzrichtung bildet.
DE 10 2011 081 389 A1 offenbart eine Technik zum Bestimmen eines Winkeldetektionswerts mit einem reduzierten Fehler durch vier Detektionsschaltungen, von denen jede eine Brückenschaltung umfasst und eine arithmetische Operation unter Verwendung der Ausgangssignale der vier Detektionsschaltungen ausführt.
Ein bekanntes magnetisches Detektionselement zur Verwendung in einer Brückenschaltung ist ein magnetoresistives Element (MR-Element), das durch In-Reihe-Schalten einer Vielzahl von MR-Filmen gebildet wird, von denen jeder einen magnetoresistiven Effekt zeigt, wie es beispielsweise in DE 10 2011 081 389 A1 offenbart ist.
Im Fall eines Drehfeldsensors, der zwei Brückenschaltungen umfasst, wie sie oben beschrieben sind, ist der bestimmte Winkeldetektionswert nicht mehr korrekt, wenn mindestens einer der beiden Brückenschaltungen ausfällt.
DE 10 2011 081 389 A1 offenbart ein Verfahren, das ein Überwachen der Widerstände der Brückenschaltungen, der Potentiale an zwei Ausgangsanschlüssen jeder Brückenschaltung, des Betrags eines Signals, das einer Potentialdifferenz zwischen den zwei Ausgangsanschlüssen entspricht, oder dergleichen umfasst. Gemäß dem Verfahren wird dann bestimmt, dass eine Brückenschaltung einen Ausfall aufweist, wenn der überwachte Wert einen vorbestimmten Bereich des normalen Werts überschreitet.
Das vorstehende Verfahren kann einen Ausfall einer Brückenschaltung von der Art detektieren, bei der der überwachte Wert beispielsweise aufgrund des Auftretens einer Unterbrechung an einem beliebigen Ort in der Brückenschaltung oder des Auftretens eines Kurzschlusses über ein magnetisches Detektionselement stark vom Normalwert abweicht. Ungünstigerweise kann das vorstehende Verfahren aber einen Ausfall einer Brückenschaltung von der Art nicht detektieren, bei der der überwachte Wert von dem normalen Wert um einen relativ geringen Betrag abweicht. Ein derartiger Ausfall kann dann auftreten, wenn beispielsweise eine der mehreren in Reihe geschalteten MR-Filme, die ein MR-Element bilden, kurzgeschlossen ist oder wenn die mehreren MR-Filme anisotrop werden.
DE 10 2011 081 389 A1 offenbart ferner eine Technik, um in dem Fall eines Ausfalls einer der vier Brückenschaltungen den Winkeldetektionswert durch eine arithmetische Operation unter Verwendung der Ausgangssignale von zwei der vier Brückenschaltungen mit Ausnahme der ausgefallenen Brückenschaltung zu bestimmen. Diese Technik kann aber einen Ausfall einer Brückenschaltung von der Art nicht detektieren, bei der der überwachte Wert wie oben beschrieben von dem normalen Wert um einen relativ geringen Betrag abweicht. Wenn ein derartiger Fehler auftritt, ist es nicht möglich, zwei Brückenschaltungen zu identifizieren, die nicht die ausgefallene Brückenschaltung sind, und folglich ist es nicht möglich, einen korrekten Winkeldetektionswert zu bestimmen.
Die bisherigen Beschreibungen haben das Problem mit einem Drehfeldsensor behandelt, der einen Winkeldetektionswert unter Verwendung der Ausgangssignale von zwei Brückenschaltungen bestimmt. Das vorangehende Problem gilt jedoch für alle Drehfeldsensoren, die mehrere Detektionsschaltungen umfassen, die jeweils dazu ausgelegt sind, ein Signal als Antwort auf die Richtung eines rotierenden Magnetfeldes auszugeben.
AUFGABE UND ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Drehfeldsensor bereitzustellen, der mehrere Detektionsschaltungen umfasst, die jeweils dazu ausgelegt sind, ein Signal als Antwort auf die Richtung eines rotierenden Magnetfeldes auszugeben, wobei der Drehfeldsensor selbst dann einen korrekten Winkeldetektionswert ausgeben kann, wenn eine der Detektionsschaltungen ausfällt, und ein Winkelbestimmungsverfahren bereitzustellen, das einen derartigen Drehfeldsensor verwendet.
Ein Drehfeldsensor der vorliegenden Erfindung dient zum Detektieren eines Winkels, den die Richtung eines rotierenden Magnetfeldes in der Referenzposition relativ zu einer Referenzrichtung bildet. Der Drehfeldsensor umfasst N Detektionsschaltungen. Jede der N Detektionsschaltungen umfasst mindestens ein magnetisches Detektionselement und erzeugt ein Ausgangssignal als Antwort auf die Richtung des rotierenden Magnetfeldes. Der Drehfeldsensor umfasst ferner eine Berechnungseinheit zum Durchführen einer Berechnung zum Bestimmen eines Winkeldetektionswerts, der von dem Drehfeldsensor unter Verwendung von N Ausgangssignalen der N Detektionsschaltungen ausgegeben werden soll. Der Winkeldetektionswert hat eine Entsprechungsbeziehung zu dem Winkel, den die Richtung eines rotierenden Magnetfeldes in der Referenzposition relativ zu der Referenzrichtung bildet. In der Berechnungseinheit werden die G ersten Detektionsschaltungsgruppen definiert und ferner g zweite Detektionsschaltungsgruppen in jeder der G ersten Detektionsschaltungsgruppen definiert. Jede der G ersten Detektionsschaltungsgruppen besteht aus M Detektionsschaltungen, die aus den N Detektionsschaltungen gewählt sind. Jede der g zweiten Detektionsschaltungsgruppen besteht aus m Detektionsschaltungen, die aus den M Detektionsschaltungen gewählt sind. N ist eine ganze Zahl, die nicht kleiner als vier ist. M ist eine ganze Zahl, die nicht kleiner als drei und nicht größer als (N – 1) ist. Jede der N Detektionsschaltungen gehört zu einer bis (G – 1) der G ersten Detektionsschaltungsgruppen. Ferner ist m eine ganze Zahl, die nicht kleiner als zwei und nicht größer als (M – 1) ist, und g eine ganze Zahl, die nicht kleiner als M/m und nicht größer als _MC_m ist. In jeder der G ersten Detektionsschaltungsgruppen gehört jede der M Detektionsschaltungen zu einer bis (g – 1) der g zweiten Detektionsschaltungsgruppen.
Die Berechnungseinheit umfasst eine Winkelberechnungseinheit und eine Winkelbestimmungseinheit. Die Winkelberechnungseinheit berechnet einen Winkelwert für jede der zweiten Detektionsschaltungsgruppen auf der Grundlage der m Ausgangssignale der m Detektionsschaltungen. Der Wert des Winkels weist eine Entsprechungsbeziehung mit dem Winkel auf, den die Richtung eines rotierenden Magnetfeldes in der Referenzposition relativ zu der Referenzrichtung bildet. Die Winkelbestimmungseinheit extrahiert eine oder mehrere normale erste Detektionsschaltungsgruppen aus den G ersten Detektionsschaltungsgruppen, wobei jede der einen oder der mehreren normalen ersten Detektionsschaltungsgruppen eine erste Detektionsschaltungsgruppe von der Art ist, bei der alle g Winkelwerte, die den g zweiten Detektionsschaltungsgruppen entsprechen, die zu dieser gehören, innerhalb eines Winkelbereichs einer vorbestimmten Breite liegen, und bestimmt den Winkeldetektionswert auf der Grundlage von mindestens einem von allen Winkelwerten, die allen zweiten Detektionsschaltungsgruppen entsprechen, die zu einer oder mehreren normalen ersten Detektionsschaltungsgruppen gehören.
Im Drehfeldsensor der vorliegenden Erfindung kann g größer oder gleich M sein. In jeder der G ersten Detektionsschaltungsgruppen kann jede der M Detektionsschaltungen zu m oder mehr zweiten Detektionsschaltungsgruppen gehören. In diesem Fall kann die Berechnungseinheit ferner eine Ausfalldetektionseinheit zum Identifizieren der ausgefallenen Detektionsschaltung in dem Fall eines Ausfalls einer der N Detektionsschaltungen umfassen. Die Ausfalldetektionseinheit ist zu Folgendem ausgelegt: Festlegen eines Winkelwertebereichs einer vorgegebenen Breite, in dem alle Winkelwerte enthalten sind, die allen zweiten Detektionsschaltungsgruppen entsprechen, die zu der einen oder den mehreren normalen ersten Detektionsschaltungsgruppen gehören, als normalen Winkelwertebereich; Extrahieren mehrerer anormaler erster Detektionsschaltungsgruppen mit Ausnahme der einen oder der mehreren normalen ersten Detektionsschaltungsgruppen aus den G ersten Detektionsschaltungsgruppen; Klassifizieren aller Winkelwerte, die allen zweiten Detektionsschaltungsgruppen entsprechen, die zu den mehreren anormalen ersten Detektionsschaltungsgruppen gehören, als normale Winkelwerte, die innerhalb des normalen Winkelwertebereichs liegen, und als anormale Winkelwerte, die außerhalb des normalen Winkelwertebereichs liegen; und Identifizieren einer Detektionsschaltung, die zu allen zweiten Detektionsschaltungsgruppen gehört, die allen anormalen Winkelwerten entsprechen, und nicht zu irgendeiner der zweiten Detektionsschaltungsgruppen gehört, die allen normalen Winkelwerten entsprechen, als die ausgefallene Detektionsschaltung.
Ein Winkelbestimmungsverfahren der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Bestimmen eines Winkeldetektionswerts unter Verwendung eines Drehfeldsensors. Der Winkeldetektionswert weist eine Entsprechungsbeziehung mit dem Winkel auf, den die Richtung eines rotierenden Magnetfeldes in der Referenzposition relativ zu der Referenzrichtung bildet. Der Drehfeldsensor umfasst N Detektionsschaltungen und ist dazu ausgelegt, den Winkeldetektionswert auszugeben. Jede der N Detektionsschaltungen umfasst mindestens ein magnetisches Detektionselement und erzeugt ein Ausgangssignal als Antwort auf die Richtung des rotierenden Magnetfeldes.
G erste Detektionsschaltungsgruppen werden im Voraus definiert. Ferner werden g zweite Detektionsschaltungsgruppen in jeder der G ersten Detektionsschaltungsgruppen im Voraus definiert. Jede der G ersten Detektionsschaltungsgruppen besteht aus M Detektionsschaltungen, die aus den N Detektionsschaltungen gewählt sind. Jede der g zweiten Detektionsschaltungsgruppen besteht aus m Detektionsschaltungen, die aus den M Detektionsschaltungen gewählt sind. N ist eine ganze Zahl, die nicht kleiner als vier ist. M ist eine ganze Zahl, die nicht kleiner als drei und nicht größer als (N – 1) ist. Jede der N Detektionsschaltungen gehört zu einer bis (G – 1) der G ersten Detektionsschaltungsgruppen. Ferner ist m eine ganze Zahl, die nicht kleiner als zwei und nicht größer als (M – 1) ist, und g eine ganze Zahl, die nicht kleiner als M/m und nicht größer als _MC_m ist. In jeder der G ersten Detektionsschaltungsgruppen gehört jede der M Detektionsschaltungen zu einer bis (g – 1) der g zweiten Detektionsschaltungsgruppen.
Das Winkelbestimmungsverfahren der vorliegenden Erfindung bestimmt den Winkeldetektionswert durch Durchführen einer Berechnung unter Verwendung von N Ausgangssignalen der N Detektionsschaltungen. Das Winkelbestimmungsverfahren umfasst einen ersten Schritt und einen zweiten Schritt. Der erste Schritt berechnet einen Winkelwert für jede aller zweiten Detektionsschaltungsgruppen auf der Grundlage der m Ausgangssignale der m Detektionsschaltungen. Der Winkelwert weist eine Entsprechungsbeziehung mit dem Winkel auf, den die Richtung eines rotierenden Magnetfeldes in der Referenzposition relativ zu der Referenzrichtung bildet. Der zweite Schritt extrahiert einen oder mehrere normale erste Detektionsschaltungsgruppen aus den G ersten Detektionsschaltungsgruppen, wobei jede der einen oder der mehreren normalen ersten Detektionsschaltungsgruppen eine erste Detektionsschaltungsgruppe von der Art ist, bei der alle g Winkelwerte, die den g zweiten Detektionsschaltungsgruppen entsprechen, die zu dieser gehören, innerhalb eines Winkelbereichs einer vorbestimmten Breite liegen, und bestimmt den Winkeldetektionswert auf der Grundlage von mindestens einem von allen Winkelwerten, die allen zweiten Detektionsschaltungsgruppen entsprechen, die zu einer oder mehreren normalen ersten Detektionsschaltungsgruppen gehören.
In dem Winkelbestimmungsverfahren der vorliegenden Erfindung kann g größer oder gleich M sein. In jeder der G ersten Detektionsschaltungsgruppen kann jede der M Detektionsschaltungen zu m oder mehr zweiten Detektionsschaltungsgruppen gehören. In diesem Fall kann das Winkelbestimmungsverfahren ferner einen dritten Schritt umfassen, in dem in dem Fall eines Ausfalls eine der N Detektionsschaltungen die ausgefallene Detektionsschaltung identifiziert wird. Der dritte Schritt umfasst Folgendes Festlegen eines Winkelwertebereichs einer vorgegebenen Breite, in dem alle Winkelwerte enthalten sind, die allen zweiten Detektionsschaltungsgruppen entsprechen, die zu der einen oder den mehreren normalen ersten Detektionsschaltungsgruppen gehören, als normalen Winkelwertebereich; Extrahieren mehrerer anormaler erster Detektionsschaltungsgruppen mit Ausnahme der einen oder der mehreren normalen ersten Detektionsschaltungsgruppen aus den G ersten Detektionsschaltungsgruppen; Klassifizieren aller Winkelwerte, die allen zweiten Detektionsschaltungsgruppen entsprechen, die zu den mehreren anormalen ersten Detektionsschaltungsgruppen gehören, als normale Winkelwerte, die innerhalb des normalen Winkelwertebereichs liegen, und als anormale Winkelwerte, die außerhalb des normalen Winkelwertebereichs liegen; und Identifizieren einer Detektionsschaltung, die zu allen zweiten Detektionsschaltungsgruppen gehört, die allen anormalen Winkelwerten entsprechen, und nicht zu irgendeiner der zweiten Detektionsschaltungsgruppen gehört, die allen normalen Winkelwerten entsprechen, als die ausgefallene Detektionsschaltung.
Im Drehfeldsensor und dem Winkelbestimmungsverfahren der vorliegenden Erfindung kann das zumindest eine magnetische Detektionselement mindestens ein magnetoresistives Element sein, das Folgendes umfasst: eine fixierte Magnetisierungsschicht, deren Magnetisierungsrichtung fixiert ist; eine freie Schicht, deren Magnetisierungsrichtung abhängig von der Richtung des rotierenden Magnetfeldes variiert; und eine nichtmagnetische Schicht, die zwischen der fixierten Magnetisierungsschicht und der freien Schicht angeordnet ist.
Gemäß dem Drehfeldsensor und dem Winkelbestimmungsverfahren der vorliegenden Erfindung gibt es selbst dann, wenn eine der N Detektionsschaltungen ausfällt, mindestens eine erste Detektionsschaltungsgruppe, zu der die ausgefallene Detektionsschaltung nicht gehört. Die mindestens eine erste Detektionsschaltungsgruppe, zu der die ausgefallene Detektionsschaltung nicht gehört, ist unterscheidbar, da alle g Winkelwerte, die den g zweiten Detektionsschaltungsgruppen entsprechen, die zu dieser gehören, innerhalb eines Winkelbereichs mit einer vorbestimmten Breite liegen. Durch Verwendung einer derartigen Eigenschaft werden in der vorliegenden Erfindung eine oder mehrere normale erste Detektionsschaltungsgruppen extrahiert und der Winkeldetektionswert wird auf der Grundlage von mindestens einem aller Winkelwerte bestimmt, die allen zweiten Detektionsschaltungsgruppen entsprechen, die zu der einen oder den mehreren normalen ersten Detektionsschaltungsgruppen gehören. Folglich kann gemäß der vorliegenden Erfindung der Drehfeldsensor, der mehrere Detektionsschaltungen umfasst, die jeweils dazu ausgelegt sind, ein Signal als Antwort auf die Richtung des rotierenden Magnetfeldes auszugeben, einen korrekten Winkeldetektionswert auch dann ausgeben, wenn eine der Detektionsschaltungen ausfällt.
Andere und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen deutlicher aus der folgenden Beschreibung hervor.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine perspektivische Ansicht, die die allgemeine Anordnung eines Drehfeldsensors gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
2 ist ein erläuterndes Diagramm, das die Definitionen der Richtungen und der Winkel zeigt, die in der ersten Ausführungsform der Erfindung verwendet werden.
3 ist ein Schaltungsdiagramm, das Detektionsschaltungen des Drehfeldsensors gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
4 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine Berechnungseinheit des Drehfeldsensors gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
5 ist ein Blockdiagramm, das die Anordnung der Winkelberechnungsschaltungen der in 4 gezeigten Winkelberechnungseinheit zeigt.
6 ist eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts eines in 3 gezeigten MR-Elements.
7 ist ein Flussdiagramm, das ein Winkelbestimmungsverfahren gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
8 ist ein Wellenformdiagramm, das ein Beispiel der Wellenformen der idealen Komponenten zeigt, die in ersten bis vierten Ausgangssignalen in der ersten Ausführungsform der Erfindung enthalten sind.
9 ist ein Wellenformdiagramm, das ein Beispiel der Winkelfehler zeigt, die in Winkelwerten in der ersten Ausführungsform der Erfindung enthalten sind.
10 ist ein Schaltungsdiagramm, das einen Abschnitt eines Drehfeldsensors gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
11 ist ein Schaltungsdiagramm, das einen Abschnitt eines Drehfeldsensors gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
12 ist ein erläuterndes Diagramm, das die Anordnung eines Drehfeldsensors gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
13 ist ein erläuterndes Diagramm, das die Anordnung eines Drehfeldsensors einer beispielhaften Abwandlung der vierten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
14 ist ein erläuterndes Diagramm, das die Anordnung eines Drehfeldsensors gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung zeigt.
15 ist ein erläuterndes Diagramm, das die Anordnung eines Drehfeldsensors einer beispielhaften Abwandlung der fünften Ausführungsform der Erfindung zeigt.
GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
[Erste Ausführungsform]
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Einzelnen beschrieben. Zuerst wird auf 1 und 2 Bezug genommen, um die allgemeine Anordnung eines Drehfeldsensors gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung zu zeigen. 1 ist eine perspektivische Ansicht, die die allgemeine Anordnung des Drehfeldsensors gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. 2 ist ein erläuterndes Diagramm, das die Definitionen der Richtungen und der Winkel zeigt, die in der ersten Ausführungsform verwendet werden.
Wie in 1 gezeigt ist der Drehfeldsensor 1 gemäß der ersten Ausführungsform dazu ausgelegt, den Winkel zu detektieren, den die Richtung eines rotierenden Magnetfeldes MF in einer Referenzposition relativ zu einer Referenzrichtung bildet. Die Richtung des rotierenden Magnetfeldes MF in der Referenzposition dreht sich, wenn sie von dem Drehfeldsensor 1 betrachtet wird. In 1 ist ein Magnet 2 mit einer zylindrischen Form als ein Beispiel von Mitteln zum Erzeugen des rotierenden Magnetfeldes MF dargestellt. Der Magnet 2 hat einen N-Pol und einen S-Pol, die symmetrisch in Bezug auf eine virtuelle Ebene angeordnet sind, die die Mittelachse der zylindrischen Form enthält. Der Magnet 2 dreht sich um die Mittelachse der zylindrischen Form. Folglich dreht sich die Richtung des rotierenden Magnetfeldes MF, das von dem Magneten 2 erzeugt wird, um eine Drehungsmitte C, die die Mittelachse der zylindrischen Form umfasst.
Die Referenzposition ist innerhalb einer virtuellen Ebene parallel zu einer Stirnfläche des Magneten 2 angeordnet. Diese virtuelle Ebene ist im Folgenden als Referenzebene bezeichnet. In der Referenzebene dreht sich die Richtung des rotierenden Magnetfeldes MF, das durch den Magneten 2 erzeugt wird, um die Referenzposition. Die Referenzrichtung ist innerhalb der Referenzebene angeordnet und schneidet die Referenzposition. In der folgenden Beschreibung bezieht sich die Richtung des rotierenden Magnetfeldes MF in der Referenzposition auf eine Richtung, die in der Referenzebene liegt. Der Drehfeldsensor 1 ist so angeordnet, dass er der vorgenannten Stirnfläche des Magneten 2 zugewandt ist. Wie später im Zusammenhang mit anderen Ausführungsformen beschrieben ist, sind die Mittel zum Erzeugen des rotierenden Magnetfeldes MF nicht auf den in 1 gezeigten Magneten 2 begrenzt.
Definitionen der Richtungen und der Winkel, die in der ersten Ausführungsform verwendet werden, werden nun unter Bezugnahme auf 1 und 2 beschrieben. Zunächst ist die Richtung parallel zur Drehungsmitte C, die in 1 gezeigt ist, und von unten nach oben in 1 als die Z-Richtung definiert. In 2 ist die Z-Richtung als die Richtung aus der Ebene von 2 heraus dargestellt. Als nächstes sind zwei Richtungen, die senkrecht zu der Z-Richtung und orthogonal zueinander sind, als die X-Richtung und die Y-Richtung definiert. In 2 ist die X-Richtung als die Richtung nach rechts gezeigt und die Y-Richtung als die Richtung nach oben gezeigt. Ferner ist die Richtung, die entgegengesetzt zu der X-Richtung ist, als –X-Richtung definiert, und die Richtung, die entgegengesetzt zu der Y-Richtung ist, als –Y-Richtung definiert.
Die Referenzposition PR ist die Position, an der der Drehfeldsensor 1 das rotierende Magnetfeld MF detektiert. Die Referenzrichtung DR soll die –X-Richtung sein. Der Winkel, den die Richtung DM des rotierenden Magnetfeldes MF in der Referenzposition PR relativ zu der Referenzrichtung DR bildet, ist mit dem Symbol θ bezeichnet. Die Richtung DM des rotierenden Magnetfeldes MF soll sich in 2 entgegen dem Uhrzeigersinn drehen. Der Winkel θ wird als ein positiver Wert ausgedrückt, wenn er von der Referenzrichtung DR aus gesehen gegen den Uhrzeigersinn ist, und als ein negativer Wert ausgedrückt, wenn er von der Referenzrichtung DR aus gesehen im Uhrzeigersinn ist. Der Drehfeldsensor 1 gibt einen Winkeldetektionswert θs aus, der eine Entsprechungsbeziehung mit dem Winkel θ aufweist.
Der Drehfeldsensor 1 umfasst N Detektionsschaltungen und eine Berechnungseinheit. Jede der N Detektionsschaltungen umfasst mindestens ein magnetisches Detektionselement und erzeugt ein Ausgangssignal als Antwort auf die Richtung DM des rotierenden Magnetfeldes MF. Die Berechnungseinheit führt eine Berechnung zum Bestimmen des Winkeldetektionswerts θs unter Verwendung von N Ausgangssignalen der N Detektionsschaltungen aus.
In der Berechnungseinheit sind die G ersten Detektionsschaltungsgruppen definiert und ferner g zweite Detektionsschaltungsgruppen in jeder der G ersten Detektionsschaltungsgruppen definiert. Jede der G ersten Detektionsschaltungsgruppen besteht aus M Detektionsschaltungen, die aus den N Detektionsschaltungen gewählt sind. Jede der g zweiten Detektionsschaltungsgruppen besteht aus m Detektionsschaltungen, die aus den M Detektionsschaltungen gewählt sind. Es ist erforderlich, dass N eine ganze Zahl ist, die nicht kleiner als vier ist. Dies ist fortan als Anforderung 1 bezeichnet. Es ist erforderlich, dass M eine ganze Zahl ist, die nicht kleiner als drei und nicht größer als (N – 1) ist. Dies ist fortan als Anforderung 2 bezeichnet. Es ist erforderlich, dass jede der N Detektionsschaltungen zu einer bis (G – 1) der G ersten Detektionsschaltungsgruppen gehört. Dies ist fortan als Anforderung 3 bezeichnet. Es ist erforderlich, dass m eine ganze Zahl ist, die nicht kleiner als zwei und nicht größer als (M – 1) ist. Dies ist fortan als Anforderung 4 bezeichnet. Es ist erforderlich, dass g eine ganze Zahl ist, die nicht kleiner als M/m und nicht größer als _MC_m ist. Dies ist fortan als Anforderung 5 bezeichnet. Es ist erforderlich, dass in jeder der G ersten Detektionsschaltungsgruppen jede der M Detektionsschaltungen zu einer bis (g – 1) der g zweiten Detektionsschaltungsgruppen gehört. Dies ist fortan als Anforderung 6 bezeichnet. Die Bedeutungen der Anforderungen 1 bis 6 sind später im Einzelnen beschrieben.
Die Berechnungseinheit umfasst eine Winkelberechnungseinheit und eine Winkelbestimmungseinheit. Die Winkelberechnungseinheit berechnet einen Winkelwert für jede der zweiten Detektionsschaltungsgruppen auf der Grundlage der m Ausgangssignale der m Detektionsschaltungen. Der Wert des Winkels weist eine Entsprechungsbeziehung mit dem Winkel θ auf. Die Winkelbestimmungseinheit extrahiert eine oder mehrere normale erste Detektionsschaltungsgruppen aus den G ersten Detektionsschaltungsgruppen. Jede der einen oder der mehreren normalen ersten Detektionsschaltungsgruppen ist eine erste Detektionsschaltungsgruppe von der Art, bei der alle g Winkelwerte, die den g zweiten Detektionsschaltungsgruppen entsprechen, die zu dieser gehören, innerhalb eines Winkelbereichs einer vorbestimmten Breite liegen. Die Winkelbestimmungseinheit bestimmt dann den Winkeldetektionswert auf der Grundlage von mindestens einem von allen Winkelwerten θs, die allen zweiten Detektionsschaltungsgruppen entsprechen, die zu einer oder mehreren normalen ersten Detektionsschaltungsgruppen gehören.
Zusätzlich zu Anforderung 5 kann eine Anforderung, dass g größer oder gleich M ist, erfüllt sein. Eine solche Anforderung ist im Folgenden als Anforderung 7 bezeichnet. Ferner kann zusätzlich zu Anforderung 6 eine Anforderung erfüllt sein, dass in jeder der G ersten Detektionsschaltungsgruppen jede der M Detektionsschaltungen zu m oder mehr zweiten Detektionsschaltungsgruppen gehört. Eine solche Anforderung ist im Folgenden als Anforderung 8 bezeichnet. Wenn der Drehfeldsensor 1 die Anforderungen 7 und 8 erfüllt, kann die Berechnungseinheit ferner eine Ausfalldetektionseinheit umfassen, um in dem Fall eines Ausfalls einer der N Detektionsschaltungen die ausgefallene Detektionsschaltung zu identifizieren. Die Ausfalldetektionseinheit identifiziert die ausgefallene Detektionsschaltung in der folgenden Weise. Zuerst legt die Ausfalldetektionseinheit einen Winkelwertebereich einer vorgegebenen Breite, in dem alle Winkelwerte enthalten sind, die allen zweiten Detektionsschaltungsgruppen entsprechen, die zu der einen oder den mehreren normalen ersten Detektionsschaltungsgruppen gehören, als einen normalen Winkelwertebereich fest. Dann extrahiert die Ausfalldetektionseinheit mehrere anormale erste Detektionsschaltungsgruppen mit Ausnahme der einen oder der mehreren normalen ersten Detektionsschaltungsgruppen aus den G ersten Detektionsschaltungsgruppen. Als nächstes klassifiziert die Ausfalldetektionseinheit alle Winkelwerte, die allen zweiten Detektionsschaltungsgruppen entsprechen, die zu den mehreren anormalen ersten Detektionsschaltungsgruppen gehören, als normale Winkelwerte, die innerhalb des normalen Winkelwertebereichs liegen, und als anormale Winkelwerte, die außerhalb des normalen Winkelwertebereichs liegen. Dann identifiziert die Ausfalldetektionseinheit eine Detektionsschaltung, die zu allen zweiten Detektionsschaltungsgruppen gehört, die allen anormalen Winkelwerten entsprechen, und nicht zu irgendeiner der zweiten Detektionsschaltungsgruppen gehört, die allen normalen Winkelwerten entsprechen, als die ausgefallene Detektionsschaltung. Die Bedeutung der Anforderungen 7 und 8 sind später im Einzelnen beschrieben.
In der ersten Ausführungsform umfassen Ausfälle einer Detektionsschaltung solche, bei denen das Ausgangssignal der Detektionsschaltung um einen relativ kleinen Betrag von einem vorbestimmten Normalwert abweicht. Solche Ausfälle können dann auftreten, wenn beispielsweise einer von mehreren MR-Filmen, die später beschrieben sind, kurzgeschlossen ist oder wenn die mehreren MR-Filme anisotrop werden. Der Drehfeldsensor 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel kann einen korrekten Winkeldetektionswert θs selbst dann ausgeben, wenn eine der N Detektionsschaltungen ausfällt. Der Drehfeldsensor 1, der die Anforderungen 7 und 8 erfüllt, kann ferner die ausgefallene Detektionsschaltung identifizieren.
Eine Übersicht eines Winkelbestimmungsverfahrens gemäß der ersten Ausführungsform ist nun beschrieben. Das Winkelbestimmungsverfahren gemäß der ersten Ausführungsform bestimmt den Winkeldetektionswert θs unter Verwendung des Drehfeldsensors 1 gemäß der ersten Ausführungsform. Genauer gesagt führt das Winkelbestimmungsverfahren gemäß der ersten Ausführungsform eine Berechnung unter Verwendung von N Ausgangssignalen der N Detektionsschaltungen des Drehfeldsensors 1 gemäß der ersten Ausführungsform aus und bestimmt dadurch den Winkeldetektionswert θs, der von dem Drehfeldsensor 1 ausgegeben werden soll. G erste Detektionsschaltungsgruppen werden im Voraus festgelegt. Ferner werden g zweite Detektionsschaltungsgruppen in jeder der G ersten Detektionsschaltungsgruppen im Voraus definiert. Jede der G ersten Detektionsschaltungsgruppen besteht aus M Detektionsschaltungen, die aus den N Detektionsschaltungen gewählt sind. Jede der g zweiten Detektionsschaltungsgruppen besteht aus m Detektionsschaltungen, die aus den M Detektionsschaltungen gewählt sind. Das Winkelbestimmungsverfahren gemäß der ersten Ausführungsform erfüllt die vorstehenden Anforderungen 1 bis 6.
Das Winkelbestimmungsverfahren gemäß der ersten Ausführungsform umfasst einen ersten Schritt und einen zweiten Schritt. Der erste Schritt berechnet einen Winkelwert für jede aller zweiten Detektionsschaltungsgruppen auf der Grundlage der m Ausgangssignale der m Detektionsschaltungen. Der Winkelwert weist eine Entsprechungsbeziehung mit dem Winkel θ auf. Der zweite Schritt extrahiert einen oder mehrere normale erste Detektionsschaltungsgruppen aus den G ersten Detektionsschaltungsgruppen, wobei jede der einen oder der mehreren normalen ersten Detektionsschaltungsgruppen eine erste Detektionsschaltungsgruppe von der Art ist, bei der alle g Winkelwerte, die den g zweiten Detektionsschaltungsgruppen entsprechen, die zu dieser gehören, innerhalb eines Winkelbereichs einer vorbestimmten Breite liegen, und bestimmt den Winkeldetektionswert θs auf der Grundlage von mindestens einem von allen Winkelwerten, die allen zweiten Detektionsschaltungsgruppen entsprechen, die zu der einen oder den mehreren normalen ersten Detektionsschaltungsgruppen gehören.
Das Winkelbestimmungsverfahren gemäß der ersten Ausführungsform kann ferner die vorstehenden Anforderungen 7 und 8 erfüllen. In einem solchen Fall kann das Winkelbestimmungsverfahren ferner einen dritten Schritt umfassen, in dem in dem Fall eines Ausfalls einer der N Detektionsschaltungen die ausgefallene Detektionsschaltung identifiziert wird. In dem dritten Schritt wird als erstes ein Winkelwertebereich einer vorgegebenen Breite, in dem alle Winkelwerte enthalten sind, die allen zweiten Detektionsschaltungsgruppen entsprechen, die zu der einen oder den mehreren normalen ersten Detektionsschaltungsgruppen gehören, als normaler Winkelwertebereich festgelegt. Als nächstes werden mehrere anormale erste Detektionsschaltungsgruppen mit Ausnahme der einen oder der mehreren normalen ersten Detektionsschaltungsgruppen aus den G ersten Detektionsschaltungsgruppen extrahiert. Als nächstes werden alle Winkelwerte, die allen zweiten Detektionsschaltungsgruppen entsprechen, die zu den mehreren anormalen ersten Detektionsschaltungsgruppen gehören, als normale Winkelwerte, die innerhalb des normalen Winkelwertebereichs liegen, und als anormale Winkelwerte, die außerhalb des normalen Winkelwertebereichs liegen, klassifiziert. Als nächstes wird eine Detektionsschaltung, die zu allen zweiten Detektionsschaltungsgruppen gehört, die allen anormalen Winkelwerten entsprechen, und nicht zu irgendeiner der zweiten Detektionsschaltungsgruppen gehört, die allen normalen Winkelwerten entsprechen, als die ausgefallene Detektionsschaltung identifiziert.
Um das Verständnis des Drehfeldsensors 1 und des Winkelbestimmungsverfahrens gemäß der ersten Ausführungsform zu erleichtern, ist nachstehend ein Praxisbeispiel des Drehfeldsensors 1 und ein Praxisbeispiel des Winkelbestimmungsverfahrens beschrieben. Der Drehfeldsensor 1 und das Winkelbestimmungsverfahren gemäß der ersten Ausführungsform sind nachfolgend konzeptartig beschrieben.
Der Drehfeldsensor 1 des Praxisbeispiels erfüllt die vorstehenden Anforderungen 1 bis 8. In dem Drehfeldsensor 1 des Praxisbeispiels ist N gleich vier, M gleich drei, G gleich vier, m gleich zwei und g gleich drei. Jede der vier Detektionsschaltungen gehört zu drei ersten Detektionsschaltungsgruppen. In jeder ersten Detektionsschaltungsgruppe gehört jede der drei Detektionsschaltungen zu zwei zweiten Detektionsschaltungsgruppen.
3 ist ein Schaltungsdiagramm, das die Detektionsschaltungen des Drehfeldsensors 1 des Praxisbeispiels zeigt. Wie in 3 gezeigt umfasst der Drehfeldsensor 1 des Praxisbeispiels vier Detektionsschaltungen, nämlich eine erste Detektionsschaltung 10, eine zweite Detektionsschaltung 20, eine dritte Detektionsschaltung 30 und eine vierte Detektionsschaltung 40. Um das Verständnis zu erleichtern, sind die erste bis vierte Detektionsschaltung 10, 20, 30 und 40 in 1 als separate Komponenten dargestellt. Die erste bis vierte Detektionsschaltung 10, 20, 30 und 40 können aber in einer einzigen Komponente integriert sein. Ferner ist, auch wenn in 1 die erste bis vierte Detektionsschaltung 10, 20, 30 und 40 in einer Richtung parallel zu der Drehungsmitte C gestapelt sind, die Anordnung der Stapelung nicht auf das in 1 gezeigte Beispiel beschränkt.
Die Position, an der die erste Detektionsschaltung 10 angeordnet ist, ist als die erste Position P1 bezeichnet, die Position, an der die zweite Detektionsschaltung 20 angeordnet ist, ist als die zweite Position P2 bezeichnet, die Position, an der die dritte Detektionsschaltung 30 angeordnet ist, ist als die dritte Position P3 bezeichnet, und die Position, an der die vierte Detektionsschaltung 40 angeordnet ist, ist als die vierte Position P4 bezeichnet. In dem Praxisbeispiel sind die erste bis vierte Position P1 bis P4 in der Drehrichtung des rotierenden Magnetfeldes MF gleich und stimmen mit der Referenzposition PR überein.
Jede der ersten bis vierten Detektionsschaltung 10, 20, 30 und 40 umfasst mindestens ein magnetisches Detektionselement. Die erste bis vierte Detektionsschaltung 10, 20, 30 und 40 erzeugen jeweils ein erstes bis viertes Ausgangssignal, wobei jedes des ersten bis vierten Ausgangssignals auf die Richtung DM des rotierenden Magnetfeldes MF anspricht. Genauer gesagt erzeugt die erste Detektionsschaltung 10 ein erstes Ausgangssignal S1, das dem relativen Winkel zwischen der Richtung DM des rotierenden Magnetfeldes MF und einer ersten Richtung D1 entspricht. Das erste Ausgangssignal S1 ist dann maximal, wenn die Richtung DM des rotierenden Magnetfeldes MF gleich der ersten Richtung D1 ist. Die zweite Detektionsschaltung 20 erzeugt ein zweites Ausgangssignal S2, das dem relativen Winkel zwischen der Richtung DM des rotierenden Magnetfeldes MF und einer zweiten Richtung D2 entspricht. Das zweite Ausgangssignal S2 ist dann maximal, wenn die Richtung DM des rotierenden Magnetfeldes MF gleich der zweiten Richtung D2 ist. Die dritte Detektionsschaltung 30 erzeugt ein drittes Ausgangssignal S3, das dem relativen Winkel zwischen der Richtung DM des rotierenden Magnetfeldes MF und einer dritten Richtung D3 entspricht. Das dritte Ausgangssignal S3 ist dann maximal, wenn die Richtung DM des rotierenden Magnetfeldes MF gleich der dritten Richtung D3 ist. Die vierte Detektionsschaltung 40 erzeugt ein viertes Ausgangssignal S4, das dem relativen Winkel zwischen der Richtung DM des rotierenden Magnetfeldes MF und einer vierten Richtung D4 entspricht. Das vierte Ausgangssignal S4 ist dann maximal, wenn die Richtung DM des rotierenden Magnetfeldes MF gleich der vierten Richtung D4 ist.
In dem Praxisbeispiel ist wie in 2 gezeigt die erste Richtung D1 gleich der Referenzrichtung DR (der –X-Richtung). Die zweite Richtung D2 ist die Richtung, die von der ersten Richtung D1 (der Referenzrichtung DR) um θ2 gegen den Uhrzeigersinn gedreht ist. Die dritte Richtung D3 ist die Richtung, die von der ersten Richtung D1 um θ3 gegen den Uhrzeigersinn gedreht ist. Die vierte Richtung D4 ist die Richtung, die von der ersten Richtung D1 um θ4 gegen den Uhrzeigersinn gedreht ist. In dem Praxisbeispiel sind θ2, θ3 und θ4 speziell 45°, 90° und 135°. Die dritte Richtung D3 ist gleich der –Y-Richtung.
Das erste bis vierte Ausgangssignal S1 bis S4 variieren periodisch mit einer vorbestimmten Signalperiode T und sind in der Phase voneinander verschieden. Idealerweise sollte die Wellenform von jedem des ersten bis vierten Ausgangssignals S1 bis S4 einer Sinuskurve (einschließlich einer Sinuswellenform und einer Kosinuswellenform) folgen. Die Phasendifferenz zwischen dem ersten Ausgangssignal S1 und dem zweiten Ausgangssignal S2 hat einen Absolutwert von 45°. Die Phasendifferenz zwischen dem ersten Ausgangssignal S1 und dem dritten Ausgangssignal S3 hat einen Absolutwert von 90°. Die Phasendifferenz zwischen dem ersten Ausgangssignal S1 und dem vierten Ausgangssignal S4 hat einen Absolutwert von 135°. Die Phasendifferenz zwischen dem zweiten Ausgangssignal S2 und dem dritten Ausgangssignal S3 und die Phasendifferenz zwischen dem dritten Ausgangssignal S3 und dem vierten Ausgangssignal S4 haben beide einen Absolutwert von 45°. Unter Berücksichtigung der Fertigungsgenauigkeit der magnetischen Detektionselemente und anderer Faktoren können die Absolutwerte der vorgenannten Phasendifferenzen von den oben genannten leicht verschieden sein.
Wie in 3 gezeigt umfasst die erste Detektionsschaltung 10 eine Wheatstone-Brückenschaltung 14, einen Differenzdetektor 15, einen Stromversorgungsanschluss V1 und einen Masseanschluss G1. Die Wheatstone-Brückenschaltung 14 umfasst ein erstes Paar von in Reihe geschalteten magnetischen Detektionselementen R11 und R12, ein zweites Paar von in Reihe geschalteten magnetischen Detektionselementen R13 und R14 und zwei Ausgangsanschlüsse E11 und E12. Jedes der magnetischen Detektionselemente R11 und R13 hat ein erstes Ende, das mit dem Stromversorgungsanschluss V1 verbunden ist. Das magnetische Detektionselement R11 hat ein zweites Ende, das mit einem ersten Ende des magnetischen Detektionselements R12 und dem Ausgangsanschluss E11 verbunden ist. Das magnetische Detektionselement R13 hat ein zweites Ende, das mit einem ersten Ende des magnetischen Detektionselements R14 und dem Ausgangsanschluss E12 verbunden ist. Jedes der magnetischen Detektionselemente R12 und R14 hat ein zweites Ende, das mit dem Masseanschluss G1 verbunden ist. Eine vorbestimmte Spannung ist zwischen dem Stromversorgungsanschluss V1 und dem Masseanschluss G1 angelegt. Der Differenzdetektor 15 weist zwei Eingänge, die mit den Ausgangsanschlüssen E11 und E12 verbunden sind, und einen Ausgang auf. Der Differenzdetektor 15 gibt ein Signal aus, das der Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E11 und E12 entspricht, als das erste Ausgangssignal S1 aus.
Die zweite bis vierte Detektionsschaltung 20, 30 und 40 sind in der gleichen Weise wie die erste Detektionsschaltung 10 angeordnet. Genauer gesagt umfasst die zweite Detektionsschaltung 20 eine Wheatstone-Brückenschaltung 24, einen Differenzdetektor 25, einen Stromversorgungsanschluss V2 und einen Masseanschluss G2. Die Wheatstone-Brückenschaltung 24 umfasst ein erstes Paar von in Reihe geschalteten magnetischen Detektionselementen R21 und R22, ein zweites Paar von in Reihe geschalteten magnetischen Detektionselementen R23 und R24 und zwei Ausgangsanschlüsse E21 und E22. Jedes der magnetischen Detektionselemente R21 und R23 hat ein erstes Ende, das mit dem Stromversorgungsanschluss V2 verbunden ist. Das magnetische Detektionselement R21 hat ein zweites Ende, das mit einem ersten Ende des magnetischen Detektionselements R22 und dem Ausgangsanschluss E21 verbunden ist. Das magnetische Detektionselement R23 hat ein zweites Ende, das mit einem ersten Ende des magnetischen Detektionselements R24 und dem Ausgangsanschluss E22 verbunden ist. Jedes der magnetischen Detektionselemente R22 und R24 hat ein zweites Ende, das mit dem Masseanschluss G2 verbunden ist. Eine vorbestimmte Spannung ist zwischen dem Stromversorgungsanschluss V2 und dem Masseanschluss G2 angelegt. Der Differenzdetektor 25 weist zwei Eingänge, die mit den Ausgangsanschlüssen E21 und E22 verbunden sind, und einen Ausgang auf. Der Differenzdetektor 25 gibt ein Signal aus, das der Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E21 und E22 entspricht, als das zweite Ausgangssignal S2 aus.
Die dritte Detektionsschaltung 30 umfasst eine Wheatstone-Brückenschaltung 34, einen Differenzdetektor 35, einen Stromversorgungsanschluss V3 und einen Masseanschluss G3. Die Wheatstone-Brückenschaltung 34 umfasst ein erstes Paar von in Reihe geschalteten magnetischen Detektionselementen R31 und R32, ein zweites Paar von in Reihe geschalteten magnetischen Detektionselementen R33 und R34 und zwei Ausgangsanschlüsse E31 und E32. Jedes der magnetischen Detektionselemente R31 und R33 hat ein erstes Ende, das mit dem Stromversorgungsanschluss V3 verbunden ist. Das magnetische Detektionselement R31 hat ein zweites Ende, das mit einem ersten Ende des magnetischen Detektionselements R32 und dem Ausgangsanschluss E31 verbunden ist. Das magnetische Detektionselement R33 hat ein zweites Ende, das mit einem ersten Ende des magnetischen Detektionselements R34 und dem Ausgangsanschluss E32 verbunden ist. Jedes der magnetischen Detektionselemente R32 und R34 hat ein zweites Ende, das mit dem Masseanschluss G3 verbunden ist. Eine vorbestimmte Spannung ist zwischen dem Stromversorgungsanschluss V3 und dem Masseanschluss G3 angelegt. Der Differenzdetektor 35 weist zwei Eingänge, die mit den Ausgangsanschlüssen E31 und E32 verbunden sind, und einen Ausgang auf. Der Differenzdetektor 35 gibt ein Signal aus, das der Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E31 und E32 entspricht, als das dritte Ausgangssignal S3 aus.
Die vierte Detektionsschaltung 40 umfasst eine Wheatstone-Brückenschaltung 44, einen Differenzdetektor 45, einen Stromversorgungsanschluss V4 und einen Masseanschluss G4. Die Wheatstone-Brückenschaltung 44 umfasst ein erstes Paar von in Reihe geschalteten magnetischen Detektionselementen R41 und R42, ein zweites Paar von in Reihe geschalteten magnetischen Detektionselementen R43 und R44 und zwei Ausgangsanschlüsse E41 und E42. Jedes der magnetischen Detektionselemente R41 und R43 hat ein erstes Ende, das mit dem Stromversorgungsanschluss V4 verbunden ist. Das magnetische Detektionselement R41 hat ein zweites Ende, das mit einem ersten Ende des magnetischen Detektionselements R42 und dem Ausgangsanschluss E41 verbunden ist. Das magnetische Detektionselement R43 hat ein zweites Ende, das mit einem ersten Ende des magnetischen Detektionselements R44 und dem Ausgangsanschluss E42 verbunden ist. Jedes der magnetischen Detektionselemente R42 und R44 hat ein zweites Ende, das mit dem Masseanschluss G4 verbunden ist. Eine vorbestimmte Spannung ist zwischen dem Stromversorgungsanschluss V4 und dem Masseanschluss G4 angelegt. Der Differenzdetektor 45 weist zwei Eingänge, die mit den Ausgangsanschlüssen E41 und E42 verbunden sind, und einen Ausgang auf. Der Differenzdetektor 45 gibt ein Signal aus, das der Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E41 und E42 entspricht, als das vierte Ausgangssignal S4 aus.
In dem Praxisbeispiel sind alle magnetischen Detektionselemente, die in den Wheatstone-Brückenschaltungen (nachstehend als Brückenschaltungen bezeichnet) 14, 24, 34 und 44 enthalten sind, magnetoresistive Elemente (MR-Elemente) und insbesondere Spinventil-MR-Elemente. Die Spinventil-MR-Elemente können TMR-Elemente oder GMR-Elemente sein. GMR und TMR-Elemente umfassen jeweils eine fixierte Magnetisierungsschicht, deren Magnetisierungsrichtung fixiert ist, eine freie Schicht, die eine Magnetschicht ist, deren Magnetisierungsrichtung abhängig von der Richtung DM des rotierenden Magnetfeldes MF variiert, und eine nichtmagnetische Schicht, die zwischen der fixierten Magnetisierungsschicht und der freien Schicht angeordnet ist. Für TMR-Elemente ist die nichtmagnetische Schicht eine Tunnelbarriereschicht. Für GMR-Elemente ist die nichtmagnetische Schicht eine nichtmagnetische leitende Schicht. Jedes der TMR- und GMR-Elemente variiert in Abhängigkeit von dem Winkel, den die Magnetisierungsrichtung der freien Schicht relativ zu der Magnetisierungsrichtung der fixierten Magnetisierungsschicht bildet, in seinem Widerstand und weist dann einen minimalen Widerstand auf, wenn der vorangehende Winkel 0° beträgt, und dann einen maximalen Widerstand auf, wenn der vorangehende Winkel 180° beträgt. In der folgenden Beschreibung sind die magnetischen Detektionselemente, die in den Brückenschaltungen 14, 24, 34 und 44 enthalten sind, als MR-Elemente bezeichnet. In 3 geben die gefüllten Pfeile die Magnetisierungsrichtungen der fixierten Magnetisierungsschichten der MR-Elemente an und die ungefüllten Pfeile die Magnetisierungsrichtungen der freien Schichten der MR-Elemente an.
In der ersten Detektionsschaltung 10 sind die fixierten Magnetisierungsschichten der MR-Elemente R11 und R14 in der in 2 gezeigten ersten Richtung D1 (der –X-Richtung) magnetisiert und die fixierten Magnetisierungsschichten der MR-Elemente R12 und R13 in der entgegengesetzten Richtung zu der Magnetisierungsrichtung der fixierten Magnetisierungsschichten der MR-Elemente R11 und R14 magnetisiert. In diesem Fall variiert die Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E11 und E12 abhängig von dem relativen Winkel zwischen der Richtung DM des rotierenden Magnetfeldes MF und der ersten Richtung D1. Auf diese Weise wird das erste Ausgangssignal S1 als Antwort auf die Richtung DM des rotierenden Magnetfeldes MF von der ersten Detektionsschaltung 10 erzeugt.
In der zweiten Detektionsschaltung 20 sind die fixierten Magnetisierungsschichten der MR-Elemente R21 und R24 in der in 2 gezeigten zweiten Richtung D2 magnetisiert und die fixierten Magnetisierungsschichten der MR-Elemente R22 und R23 in der entgegengesetzten Richtung zu der Magnetisierungsrichtung der fixierten Magnetisierungsschichten der MR-Elemente R21 und R24 magnetisiert. In diesem Fall variiert die Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E21 und E22 abhängig von dem relativen Winkel zwischen der Richtung DM des rotierenden Magnetfeldes MF und der zweiten Richtung D2. Auf diese Weise wird das zweite Ausgangssignal S2 als Antwort auf die Richtung DM des rotierenden Magnetfeldes MF von der zweiten Detektionsschaltung 20 erzeugt.
In der dritten Detektionsschaltung 30 sind die fixierten Magnetisierungsschichten der MR-Elemente R31 und R34 in der in 2 gezeigten dritten Richtung D3 (der –Y-Richtung) magnetisiert und die fixierten Magnetisierungsschichten der MR-Elemente R32 und R33 in der entgegengesetzten Richtung zu der Magnetisierungsrichtung der fixierten Magnetisierungsschichten der MR-Elemente R31 und R34 magnetisiert. In diesem Fall variiert die Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E31 und E32 abhängig von dem relativen Winkel zwischen der Richtung DM des rotierenden Magnetfeldes MF und der dritten Richtung D3. Auf diese Weise wird das dritte Ausgangssignal S3 als Antwort auf die Richtung DM des rotierenden Magnetfeldes MF von der dritten Detektionsschaltung 30 erzeugt.
In der vierten Detektionsschaltung 40 sind die fixierten Magnetisierungsschichten der MR-Elemente R41 und R44 in der in 2 gezeigten vierten Richtung D4 magnetisiert und die fixierten Magnetisierungsschichten der MR-Elemente R42 und R43 in der entgegengesetzten Richtung zu der Magnetisierungsrichtung der fixierten Magnetisierungsschichten der MR-Elemente R41 und R44 magnetisiert. In diesem Fall variiert die Potentialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen E41 und E42 abhängig von dem relativen Winkel zwischen der Richtung DM des rotierenden Magnetfeldes MF und der vierten Richtung D4. Auf diese Weise wird das vierte Ausgangssignal S4 als Antwort auf die Richtung DM des rotierenden Magnetfeldes MF von der vierten Detektionsschaltung 40 erzeugt.
Unter Berücksichtigung der Fertigungsgenauigkeit der MR-Elemente und anderer Faktoren können die Magnetisierungsrichtungen der fixierten Magnetisierungsschichten der mehreren MR-Elemente in den Detektionsschaltungen 10, 20, 30 und 40 von den oben beschriebenen etwas verschieden sein.
Die Brückenschaltungen 14, 24, 34 und 44 können die gleiche mechanische Struktur aufweisen und mit der gleichen Ausrichtung angeordnet sein, wobei nur die Magnetisierungsrichtungen der mehreren fixierten Magnetisierungsschichten, die darin enthalten sind, zwischen den Brückenschaltungen 14, 24, 34 und 44 variieren, wie in 3 gezeigt ist. Alternativ können die Brückenschaltungen 14, 24, 34 und 44 zusätzlich dazu, dass sie die gleiche mechanische Struktur besitzen, so ausgelegt sein, dass die Magnetisierungen der mehreren fixierten Magnetisierungsschichten, die darin enthalten sind, in der gleichen relativen Richtung in Bezug auf die mechanische Struktur liegen. In diesem Fall ermöglicht ein Anordnen der Brückenschaltungen 14, 24, 34 und 44 in voneinander unterschiedlichen Ausrichtungen, dass die Magnetisierungsrichtungen der mehreren fixierten Magnetisierungsschichten, die darin enthalten sind, zwischen den Brückenschaltungen 14, 24, 34 und 44 variieren, wie in 3 gezeigt ist.
Ein Beispiel für die Anordnung der MR-Elemente wird nun unter Bezugnahme auf 6 beschrieben. 6 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Abschnitt eines MR-Elements in dem in 3 gezeigten Drehfeldsensor 1 darstellt. In diesem Beispiel umfasst das MR-Element mehrere untere Elektroden 142, mehrere MR-Filme 150 und mehrere obere Elektroden 143. Die mehreren unteren Elektroden 142 sind auf einem Substrat (nicht dargestellt) angeordnet. Jede der unteren Elektroden 142 weist eine lange, schlanke Form auf. Je zwei untere Elektroden 142, die in der Längsrichtung der unteren Elektroden 142 nebeneinanderliegen, weisen einen Spalt dazwischen auf. Wie in 6 gezeigt sind MR-Filme 150 auf den oberen Flächen der unteren Elektroden 142 in der Nähe von in Längsrichtung gegenüberliegenden Enden vorgesehen. Jeder der MR-Filme 150 umfasst eine freie Schicht 151, eine nichtmagnetische Schicht 152, eine fixierte Magnetisierungsschicht 153 und eine antiferromagnetische Schicht 154, die in dieser Reihenfolge gestapelt sind, wobei die freie Schicht 151 am nächsten an der unteren Elektrode 142 liegt. Die freie Schicht 151 ist mit der unteren Elektrode 142 elektrisch verbunden. Die antiferromagnetische Schicht 154 ist aus einem antiferromagnetischen Material gebildet. Die antiferromagnetische Schicht 154 steht in Austauschkopplung mit der fixierten Magnetisierungsschicht 153, um so die Magnetisierungsrichtung der fixierten Magnetisierungsschicht 153 zu fixieren. Die mehreren oberen Elektroden 143 sind über den mehreren MR-Filmen 150 angeordnet. Jede der oberen Elektroden 143 hat eine lange, schlanke Form und stellt eine elektrische Verbindung zwischen den jeweiligen antiferromagnetischen Schichten 154 von zwei benachbarten MR-Filmen 150 her, die an zwei unteren Elektroden 142 angeordnet sind, die in der Längsrichtung der unteren Elektroden 142 benachbart sind. Mit einer solchen Anordnung sind die mehreren MR-Filme 150 in dem in 6 gezeigten MR-Element durch die mehreren unteren Elektroden 142 und die mehreren oberen Elektroden 143 in Reihe geschaltet. Es versteht sich, dass die Schichten 151 bis 154 der MR-Filme 150 in einer umgekehrten Reihenfolge wie in 6 gestapelt werden können.
Der Drehfeldsensor 1 des Praxisbeispiels umfasst ferner eine Berechnungseinheit 50. 4 ist ein Schaltdiagramm, das die Berechnungseinheit 50 des Drehfeldsensors 1 darstellt. Die Berechnungseinheit 50 führt eine Berechnung zum Bestimmen des Winkeldetektionswerts θs, der von dem Drehfeldsensor 1 ausgegeben werden soll, unter Verwendung des ersten bis vierten Ausgangssignals S1 bis S4 der ersten bis vierten Detektionsschaltung 10, 20, 30 und 40 aus. Der Winkeldetektionswert θs weist eine Entsprechungsbeziehung mit dem Winkel θ auf.
In der Berechnungseinheit 50 werden vier erste Detektionsschaltungsgruppen definiert, wobei jede der vier ersten Detektionsschaltungsgruppen aus drei Detektionsschaltungsgruppen besteht, die aus der ersten bis vierten Detektionsschaltung 10, 20, 30 und 40 gewählt sind. Speziell werden die folgenden ersten Detektionsschaltungsgruppen definiert: eine erste Detektionsschaltungsgruppe, die aus den Detektionsschaltungen 10, 20 und 30 besteht; eine erste Detektionsschaltungsgruppe, die aus den Detektionsschaltungen 20, 30 und 40 besteht; eine erste Detektionsschaltungsgruppe, die aus den Detektionsschaltungen 30, 40 und 10 besteht; und eine erste Detektionsschaltungsgruppe, die aus den Detektionsschaltungen 40, 10 und 20 besteht. In der folgenden Beschreibung werden die ersten Detektionsschaltungsgruppen des Praxisbeispiels jeweils durch mehrere Zahlen in Klammern repräsentiert, die mehrere Detektionsschaltungen angeben, die in der Gruppe enthalten sind. Beispielsweise wird die erste Detektionsschaltungsgruppe, die aus den Detektionsschaltungen 10, 20 und 30 besteht, durch (10, 20, 30) dargestellt.

In der Berechnungseinheit 50 sind ferner drei zweite Detektionsschaltungsgruppen in jeder der vier ersten Detektionsschaltungsgruppen (10, 20, 30), (20, 30, 40), (30, 40, 10) und (40, 10, 20) definiert. Jede der drei zweiten Detektionsschaltungsgruppen besteht aus zwei Detektionsschaltungen, die aus den drei Detektionsschaltungen gewählt sind, die eine entsprechende der vier ersten Detektionsschaltungsgruppen bilden. Tabelle 1 zeigt die zweiten Detektionsschaltungsgruppen, die in der Berechnungseinheit 50 definiert sind. Die zweiten Detektionsschaltungsgruppen des Praxisbeispiels sind in ähnlicher Weise wie die ersten Detektionsschaltungsgruppen des Praxisbeispiels dargestellt. [Tabelle 1]

Erste Detektionsschaltungsgruppe	Zweite Detektionsschaltungsgruppe
(10, 20, 30)	(10, 20), (20, 30), (30, 10)
(20, 30, r)	(20, 30), (30, 40), (40, 20)
(30, 40, 10)	(30, 40), (40, 10), (10, 30)
(40, 10, 20)	(40, 10), (10, 20), (20, 40)

In Tabelle 1 repräsentieren sowohl (30, 10) als auch (10, 30) die zweite Detektionsschaltungsgruppe, die aus der ersten Detektionsschaltung 10 und der dritten Detektionsschaltung 30 besteht. Sowohl (40, 20) als auch (20, 40) repräsentieren die zweite Detektionsschaltungsgruppe, die aus der zweiten Detektionsschaltung 20 und der vierten Detektionsschaltung 40 besteht. In der folgenden Beschreibung wird konsequent der Ausdruck (30, 10) für (30, 10) und (10, 30) und der Ausdruck (40, 20) konsequent für (40, 20) und (20, 40) verwendet.
Wie in 4 gezeigt umfasst die Berechnungseinheit 50 eine Winkelberechnungseinheit 60 und eine Winkelbestimmungseinheit 70. Die Winkelberechnungseinheit 60 berechnet einen Winkelwert für jede von allen zweiten Detektorschaltungsgruppen (10, 20), (20, 30), (30, 40), (40, 10), (30, 10) und (40, 20) auf der Grundlage der zwei Ausgangssignale der zwei Detektionsschaltungen, die die zweite Detektionsschaltungsgruppe bilden. Der Winkelwert weist eine Entsprechungsbeziehung mit dem Winkel θ auf. Für eine zweite Detektionsschaltungsgruppe, die mehreren ersten Detektionsschaltungsgruppen angehört, wird die Winkelwertberechnung nur einmal ausgeführt. Zum Beispiel gehört die zweite Detektionsschaltungsgruppe (10, 20) wie in Tabelle 1 gezeigt zu den ersten Detektionsschaltungsgruppen (10, 20, 30) und (40, 10, 20). In einem solchen Fall berechnet die Winkelberechnungseinheit 60 den Winkelwert für die zweite Detektionsschaltungsgruppe (10, 20) nur einmal.
Die Winkelbestimmungseinheit 70 extrahiert eine oder mehrere normale erste Detektionsschaltungsgruppen aus den vier ersten Detektionsschaltungsgruppen (10, 20, 30), (20, 30, 40), (30, 40, 10) und (40, 10, 20). Jede der einen oder mehreren normalen ersten Detektionsschaltungsgruppen ist eine erste Detektionsschaltungsgruppe von der Art, bei der alle drei Winkelwerte, die den drei zweiten Detektionsschaltungsgruppen entsprechen, die zu dieser gehören, innerhalb eines Winkelbereichs einer vorbestimmten Breite liegen. Die Winkelbestimmungseinheit 70 bestimmt dann den Winkeldetektionswert θs auf der Grundlage von mindestens einem aller Winkelwerte, die allen zweiten Detektionsschaltungsgruppen entsprechen, die zu einer oder mehreren normalen ersten Detektionsschaltungsgruppen gehören.
Die Berechnungseinheit 50 umfasst ferner eine Ausfalldetektionseinheit 80. In dem Fall eines Ausfalls einer der ersten bis vierten Detektionsschaltung 10, 20, 30 und 40 identifiziert die Ausfalldetektionseinheit 80 die ausgefallenen Detektionsschaltung. Die Winkelbestimmungseinheit 70 und die Ausfalldetektionseinheit 80 können beispielsweise durch eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) oder einen Mikrocomputer realisiert sein. Im Fall eines Mikrocomputers sind die Winkelbestimmungseinheit 70 und die Ausfalldetektionseinheit 80 durch Software und nicht durch physisch getrennte Elemente realisiert.
Die Anordnung der Winkelberechnungseinheit 60 ist nun im Einzelnen unter Bezugnahme auf 4 und 5 beschrieben. 5 ist ein Blockdiagramm, das die Anordnung der Winkelberechnungsschaltungen der Winkelberechnungseinheit 60 zeigt. Wie in 4 dargestellt umfasst die Winkelberechnungseinheit 60 eine erste Winkelberechnungsschaltung 61, eine zweite Winkelberechnungsschaltung 62, eine dritte Winkelberechnungsschaltung 63, eine vierte Winkelberechnungsschaltung 64, eine fünfte Winkelberechnungsschaltung 65 und eine sechste Winkelberechnungsschaltung 66. Jede der ersten bis sechsten Winkelberechnungsschaltung 61 bis 66 hat zwei Eingänge und einen Ausgang.
Die zwei Eingänge der ersten Winkelberechnungsschaltung 61 sind mit dem Ausgang des Differenzdetektors 15 der ersten Detektionsschaltung 10 und dem Ausgang des Differenzdetektors 25 der zweiten Detektionsschaltung 20 verbunden. Die erste Winkelberechnungsschaltung 61 berechnet einen Winkelwert θs1, der eine Entsprechungsbeziehung mit dem Winkel θ für die zweite Detektionsschaltungsgruppe (10, 20) aufweist, auf der Grundlage des ersten und zweiten Ausgangssignals S1 und S2 der ersten und zweiten Detektionsschaltung 10 und 20.
Die zwei Eingänge der zweiten Winkelberechnungsschaltung 62 sind mit dem Ausgang des Differenzdetektors 25 der zweiten Detektionsschaltung 20 und dem Ausgang des Differenzdetektors 35 der dritten Detektionsschaltung 30 verbunden. Die zweite Winkelberechnungsschaltung 62 berechnet einen Winkelwert θs2, der eine Entsprechungsbeziehung mit dem Winkel θ für die zweite Detektionsschaltungsgruppe (20, 30) aufweist, auf der Grundlage des zweiten und dritten Ausgangssignals S2 und S3 der zweiten und dritten Detektionsschaltung 20 und 30.
Die zwei Eingänge der dritten Winkelberechnungsschaltung 63 sind mit dem Ausgang des Differenzdetektors 35 der dritten Detektionsschaltung 30 und dem Ausgang des Differenzdetektors 45 der vierten Detektionsschaltung 40 verbunden. Die dritte Winkelberechnungsschaltung 63 berechnet einen Winkelwert θs3, der eine Entsprechungsbeziehung mit dem Winkel θ für die zweite Detektionsschaltungsgruppe (30, 40) aufweist, auf der Grundlage des dritten und vierten Ausgangssignals S3 und S4 der dritten und vierten Detektionsschaltung 30 und 40.
Die zwei Eingänge der vierten Winkelberechnungsschaltung 64 sind mit dem Ausgang des Differenzdetektors 45 der vierten Detektionsschaltung 40 und dem Ausgang des Differenzdetektors 15 der ersten Detektionsschaltung 10 verbunden. Die vierte Winkelberechnungsschaltung 64 berechnet einen Winkelwert θs4, der eine Entsprechungsbeziehung mit dem Winkel θ für die zweite Detektionsschaltungsgruppe (40, 10) aufweist, auf der Basis des vierten und ersten Ausgangssignals S4 und S1 der vierten und ersten Detektionsschaltung 40 und 10.
Die zwei Eingänge der fünften Winkelberechnungsschaltung 65 sind mit dem Ausgang des Differenzdetektors 35 der dritten Detektionsschaltung 30 und dem Ausgang des Differenzdetektors 15 der ersten Detektionsschaltung 10 verbunden. Die fünfte Winkelberechnungsschaltung 65 berechnet einen Winkelwert θs5, der eine Entsprechungsbeziehung mit dem Winkel θ für die zweite Detektionsschaltungsgruppe (30, 10) aufweist, auf der Grundlage des dritten und des ersten Ausgangssignals S3 und S1 der dritten und ersten Detektionsschaltung 30 und 10.
Die zwei Eingänge der sechsten Winkelberechnungsschaltung 66 sind mit dem Ausgang des Differenzdetektors 45 der vierten Detektionsschaltung 40 und dem Ausgang des Differenzdetektors 25 der zweiten Detektionsschaltung 20 verbunden. Die sechste Winkelberechnungsschaltung 66 berechnet einen Winkelwert θs6, der eine Entsprechungsbeziehung mit dem Winkel θ für die zweite Detektionsschaltungsgruppe (40, 20) aufweist, auf der Grundlage des vierten und zweiten Ausgangssignals S4 und S2 der vierten und zweiten Detektionsschaltung 40 und 20.
Die erste bis sechste Winkelberechnungsschaltung 61 bis 66 haben die gleiche Anordnung. Wie in 5 gezeigt, umfasst jede der ersten bis sechsten Winkelberechnungsschaltung 61 bis 66 Normierungsschaltungen 601, 602, 605 und 606, eine Addierschaltung 603, eine Subtrahierschaltung 604 und eine Berechnungseinheit 607. Jede der Normierungsschaltungen 601, 602, 605 und 606 hat einen Eingang und einen Ausgang. Die Addierschaltung 603, die Subtraktionsschaltung 604 und die Berechnungseinheit 607 haben jeweils zwei Eingänge und einen Ausgang.
Die zwei Eingänge jeder der ersten bis sechsten Winkelberechnungsschaltungen 61 bis 66 werden durch die jeweiligen Eingänge der Normierungsschaltungen 601 und 602 gebildet. Somit sind die jeweiligen Eingänge der Normierungsschaltungen 601 und 602 der ersten Winkelberechnungsschaltung 61 mit den jeweiligen Ausgängen der Differenzdetektoren 15 und 25 verbunden. Die jeweiligen Eingänge der Normierungsschaltungen 601 und 602 der zweiten Winkelberechnungsschaltung 62 sind mit den jeweiligen Ausgängen der Differenzdetektoren 25 und 35 verbunden. Die jeweiligen Eingänge der Normierungsschaltungen 601 und 602 der dritten Winkelberechnungsschaltung 63 sind mit den jeweiligen Ausgängen der Differenzdetektoren 35 und 45 verbunden. Die jeweiligen Eingänge der Normierungsschaltungen 601 und 602 der vierten Winkelberechnungsschaltung 64 sind mit den jeweiligen Ausgängen der Differenzdetektoren 45 und 15 verbunden. Die jeweiligen Eingänge der Normierungsschaltungen 601 und 602 der fünften Winkelberechnungsschaltung 65 sind mit den jeweiligen Ausgängen der Differenzdetektoren 35 und 15 verbunden. Die jeweiligen Eingänge der Normierungsschaltungen 601 und 602 der sechsten Winkelberechnungsschaltung 66 sind mit den jeweiligen Ausgängen der Differenzdetektoren 45 und 25 verbunden.
Die beiden Eingänge der Addierschaltung 603 sind mit den jeweiligen Ausgängen der Normierungsschaltungen 601 und 602 verbunden. Die beiden Eingänge der Subtrahierschaltung 604 sind auch mit den jeweiligen Ausgängen der Normierungsschaltungen 601 und 602 verbunden. Der Eingang der Normierungsschaltung 605 ist mit dem Ausgang der Addierschaltung 603 verbunden. Der Eingang der Normierungsschaltung 606 ist mit dem Ausgang der Subtrahierschaltung 604 verbunden. Die beiden Eingänge der Berechnungseinheit 607 sind mit den jeweiligen Ausgängen der Normierungsschaltungen 605 und 606 verbunden.
Die Ausgänge der ersten bis sechsten Winkelberechnungsschaltung 61 bis 66 werden durch die Ausgänge der jeweiligen Berechnungseinheiten 607 gebildet. Wie in 4 gezeigt besitzt die Winkelbestimmungseinheit 70 sechs Eingänge und einen Ausgang zum Ausgeben des Winkeldetektionswerts θs. Die sechs Eingänge der Winkelbestimmungseinheit 70 sind mit den jeweiligen Ausgängen der ersten bis sechsten Winkelberechnungsschaltung 61 bis 66 (mit den Ausgängen der jeweiligen Berechnungseinheiten 607) verbunden.
Der Betrieb der Winkelberechnungsschaltungen von 5 ist nun beschrieben. Hierbei sind zwei Signale, die in eine Winkelberechnungsschaltung eingegeben werden, als Sa und Sb bezeichnet und der Winkelwert, der von der Winkelberechnungsschaltung ausgegeben wird, als θsA bezeichnet. Das Signal Sa wird in die Normierungsschaltung 601 eingespeist. Das Signal Sb wird in die Normierungsschaltung 602 eingespeist. Die Normierungsschaltung 601 gibt ein Signal nSa, das durch Normieren des Signals Sa erhalten wird, an die Addierschaltung 603 und die Subtrahierschaltung 604 aus. Die Normierungsschaltung 602 gibt ein Signal nSb, das durch Normieren des Signals Sb erhalten wird, an die Addierschaltung 603 und die Subtrahierschaltung 604 aus. Die Normierungsschaltungen 601 und 602 normieren die Signale Sa und Sb jeweils derart, dass die Signale Sa und Sb beide einen Maximalwert von 1 und einen Minimalwert von –1 aufweisen.
Die Addierschaltung 603 erzeugt ein Additionssignal Sc durch eine Berechnung, die ein Bestimmen der Summe der Signale nSa und nSb umfasst. Die Subtrahierschaltung 604 erzeugt ein Subtraktionssignal Sd durch eine Berechnung, die ein Bestimmen der Differenz zwischen den Signalen, nSa und nSb umfasst. Der Ausdruck ”eine Berechnung, die ein Bestimmen der Summe (der Differenz zwischen) den Signalen nSa und nSb umfasst” bedeutet, dass die Berechnung nicht nur ein Bestimmen der Summe der Signale nSa und nSb oder der Differenz zwischen den Signalen nSa und nSb, sondern danach auch ein Multiplizieren der Summe oder der Differenz mit einem vorbestimmten Koeffizienten oder ein Addieren/Subtrahieren eines vorbestimmten Werts zu/von der Summe oder der Differenz zum Zwecke der Normierung oder dergleichen umfassen kann.
Die Normierungsschaltung 605 gibt ein Signal nSc an die Berechnungseinheit 607 aus, das durch Normieren des Additionssignal Sc erhalten wird. Die Normierungsschaltung 606 gibt ein Signal nSd an die Berechnungseinheit 607 aus, das durch Normieren des Differenzsignals Sd erhalten wird. Die Normierungsschaltungen 605 und 606 normalisieren jeweils das Additionssignal Sc bzw. das Subtraktionssignal Sd derart, dass sowohl das Additionssignal Sc als auch das Subtraktionssignal Sd einen Maximalwert von 1 und einen Minimalwert von –1 aufweisen. Die Berechnungseinheit 607 berechnet den Winkelwert θsA auf der Basis der Signale nSc und nSd. In dem Praxisbeispiel entspricht der Winkelwert θsA einem der Winkelwerte θs1 bis θs6. Das Verfahren zur Berechnung des Winkelwertes θsA (das Verfahren für die Berechnung der Winkelwerte θs1 bis θs6) durch die Berechnungseinheit 607 ist später beschrieben.
Das Winkelbestimmungsverfahren des Praxisbeispiels ist nun beschrieben. Das Winkelbestimmungsverfahren des Praxisbeispiels verwendet den Drehfeldsensor 1 des Praxisbeispiels. Das Winkelbestimmungsverfahren des Praxisbeispiels erfüllt die vorstehenden Anforderungen 1 bis 8. Gemäß dem Winkelbestimmungsverfahren des Praxisbeispiels werden, wie mit Bezugnahme auf die Berechnungseinheit 50 beschrieben ist, die ersten Detektionsschaltungsgruppen und die zweiten Detektionsschaltungsgruppen, die in Tabelle 1 gezeigt sind, im Voraus definiert. 7 ist ein Flussdiagramm, das das Winkelbestimmungsverfahren des Praxisbeispiels darstellt. Das Winkelbestimmungsverfahren des Praxisbeispiels umfasst einen ersten Schritt S101, einen zweiten Schritt S102 und einen dritten Schritt S103, die nachstehend beschrieben sind.
In dem ersten Schritt S101 werden die Winkelwerte θs1, θs2, θs3, θs4, θs5 und θs6 jeweils für alle zweiten Detektionsschaltungsgruppen (10, 20), (20, 30), (30, 40), (40, 10), (30, 10) und (40, 20) auf der Basis der zwei Ausgangssignale der zwei Detektionsschaltungen, die die zweite Detektionsschaltungsgruppe bilden, berechnet. Der erste Schritt S101 wird durch die Winkelberechnungseinheit 60 durchgeführt.
In dem zweiten Schritt S102 werden eine oder mehrere normale erste Detektionsschaltungsgruppen aus den vier ersten Detektionsschaltungsgruppen (10, 20, 30), (20, 30, 40), (30, 40, 10) und (40, 10, 20) extrahiert. Jede der einen oder mehreren normalen ersten Detektionsschaltungsgruppen ist eine erste Detektionsschaltungsgruppe von der Art, bei der alle drei Winkelwerte, die den drei zweiten Detektionsschaltungsgruppen entsprechen, die zu dieser gehören, innerhalb eines Winkelbereichs einer vorbestimmten Breite liegen. Der Winkeldetektionswert θs wird dann auf der Basis von mindestens einem aller Winkelwerte, die allen zweiten Detektionsschaltungsgruppen entsprechen, die zu der einen oder den mehreren normalen ersten Detektionsschaltungsgruppen gehören, bestimmt. Der zweite Schritt S102 wird durch die Winkelbestimmungseinheit 70 durchgeführt.
Der dritte Schritt S103 ist der Schritt, in dem in dem Fall eines Ausfalls einer der N Detektionsschaltungen die ausgefallene Detektionsschaltung identifiziert wird. In dem dritten Schritt S103 wird zuerst ein Winkelwertebereich einer vorgegebenen Breite, in dem alle Winkelwerte enthalten sind, die allen zweiten Detektionsschaltungsgruppen entsprechen, die zu der einen oder den mehreren normalen ersten Detektionsschaltungsgruppen gehören, als ein normaler Winkelwertebereich festgelegt. Dann werden mehrere anormale erste Detektionsschaltungsgruppen mit Ausnahme der einen oder der mehreren normalen ersten Detektionsschaltungsgruppen aus den vier ersten Detektionsschaltungsgruppen (10, 20, 30), (20, 30, 40), (30, 40, 10) und (40, 10, 20) extrahiert. Dann werden alle Winkelwerte, die allen zweiten Detektionsschaltungsgruppen entsprechen, die zu den mehreren anormalen ersten Detektionsschaltungsgruppen gehören, als normale Winkelwerte, die innerhalb des normalen Winkelwertebereichs liegen, und als anormale Winkelwerte, die außerhalb des normalen Winkelwertebereichs liegen, klassifiziert. Dann wird eine Detektionsschaltung, die zu allen zweiten Detektionsschaltungsgruppen gehört, die allen anormalen Winkelwerten entsprechen, und nicht zu irgendeiner der zweiten Detektionsschaltungsgruppen gehört, die allen normalen Winkelwerten entsprechen, als die ausgefallene Detektionsschaltung identifiziert. Der dritte Schritt S103 wird durch die Ausfalldetektionseinheit 80 durchgeführt.
Der dritte Schritt S103 kann nur dann durchgeführt werden, wenn der zweite Schritt S102 nicht alle erste Detektionsschaltungsgruppen als normale erste Detektionsschaltungsgruppen extrahiert hat. Mit anderen Worten kann der dritte Schritt S103 nur dann durchgeführt werden, wenn geschätzt wird, dass eine der ersten bis vierten Detektionsschaltung 10 bis 40 einen Ausfall aufweist.
Wie die Winkelwerte θs1 bis θs6 bei der Winkelberechnungseinheit 60 in dem ersten Schritt S101 berechnet werden, ist nun mit Bezug auf 5 beschrieben. In der folgenden Beschreibung wird angenommen, dass keine der Detektionsschaltungen 10, 20, 30 und 40 ausfällt. Zuerst ist das Verfahren zum Berechnen des Winkelwerts θs1 durch die erste Winkelberechnungsschaltung 61 beschrieben. Die vorstehende Beschreibung des Betriebs der Winkelberechnungsschaltungen dient dann als die Beschreibung des Verfahrens zur Berechnung des Winkelwerts θs1, wenn die Signale Sa und Sb jeweils durch das erste und zweite Ausgangssignal S1 bzw. S2 ersetzt werden. Der absolute Wert der Phasendifferenz zwischen dem ersten Ausgangssignal S1 und dem zweiten Ausgangssignal S2 beträgt 45° (π/4). Somit wird das Signal nSa, das durch Normieren des Signals Sa (des ersten Ausgangssignals S1) erhalten wird, als cosθ ausgedrückt und das Signal nSb, das durch Normieren des Signals Sb (des zweiten Ausgangssignals S2) erhalten wird, als cos(θ – π/4) ausgedrückt. In diesem Fall beträgt das Signal nSc, das durch Normieren des Additionssignals Sc erhalten wird, cos(θ – π/8) und das Signal nSd, das durch Normieren des Subtraktionssignals Sd erhalten wird, sin(θ – π/8).
Hierbei wird θ – π/8 als θp1 bezeichnet. Zudem können cos(θ – π/8) und sin(θ – π/8) jeweils als cosθp1 und sinθp1 ausgedrückt werden. Die Beziehung θs1 = θp1 + π/8 hält zwischen θs1 und θp1. Die Berechnungseinheit 607 der ersten Winkelberechnungsschaltung 61 berechnet θs1 durch die nachstehende Gleichung (1). Man beachte, dass ”atan” den Arkustangens repräsentiert. θs1 = θp1 + π/8 = atan(sinθp1/cosθp1) + π/8 (1)
Der Term ”atan(sinθp1/cosθp1)” aus Gleichung (1) repräsentiert die Arkustangensberechnung zum Bestimmen von θp1. Wenn θp1 in dem Bereich von 0° bis weniger als 360° liegt, gibt es zwei Lösungen für θp1 in Gleichung (1) mit einer Differenz von 180° zwischen den Werten. Welche der zwei Lösungen von θp1 in Gleichung (1) der wahre Wert von θp1 ist, kann aus der Kombination der positiven und negativen Vorzeichen von cosθp1 und sinθp1, nämlich den positiven und negativen Vorzeichen der Signale nSc und nSd bestimmt werden. Insbesondere liegt dann, wenn das Signal nSc einen positiven Wert hat, θp1 zwischen 0° (eingeschlossen) und 90° (ausgeschlossen) und zwischen 270° (ausgeschlossen) und 360° (eingeschlossen). Wenn das Signal nSc einen negativen Wert hat, ist θp1 größer als 90° und kleiner als 270°. Wenn das Signal nSd einen positiven Wert hat, ist θp1 größer als 0° und kleiner als 180°. Wenn das Signal nSd einen negativen Wert hat, ist θp1 größer als 180° und kleiner als 360°. Auf der Basis der vorstehenden Bestimmung aus der Kombination von positiven und negativen Vorzeichen der Signale nSc und nSd bestimmt die Berechnungseinheit 607 θp1 innerhalb des Bereichs von 0° bis weniger als 360°.
Als nächstes ist das Verfahren zum Berechnen des Winkelwerts θs2 durch die zweite Winkelberechnungsschaltung 62 beschrieben. Die vorstehende Beschreibung des Betriebs der Winkelberechnungsschaltungen dient dann als die Beschreibung des Verfahrens zur Berechnung des Winkelwerts θs2, wenn die Signale Sa und Sb jeweils durch das zweite und dritte Ausgangssignal S2 bzw. S3 ersetzt werden. Hierbei wird das Signal nSa, das durch Normieren des Signals Sa (des zweiten Ausgangssignals S2) erhalten wird, als cos(θ – π/4) ausgedrückt. Der absolute Wert der Phasendifferenz zwischen dem ersten Ausgangssignal S1 und dem dritten Ausgangssignal S3 beträgt 90° (π/2). Somit wird das Signal nSb, das durch Normieren des Signals Sb (des dritten Ausgangssignals S3) erhalten wird, als cos(θ – π/2) ausgedrückt. In diesem Fall beträgt das Signal nSc, das durch Normieren des Additionssignals Sc erhalten wird, cos(θ – 3π/8) und das Signal nSd, das durch Normieren des Subtraktionssignals Sd erhalten wird, sin(θ – 3π/8).
Hierbei wird θ – 3π/8 als θp2 bezeichnet. Zudem können cos(θ – 3π/8) und sin(θ – 3π/8) jeweils als cosθp2 und sinθp2 ausgedrückt werden. Die Beziehung θs2 = θp2 + 3π/8 hält zwischen θs2 und θp2. Die Berechnungseinheit 607 der zweiten Winkelberechnungsschaltung 62 berechnet θs2 durch die nachstehende Gleichung (2). θs2 = θp2 + 3π/8 = atan(sinθp2/cosθp2) + 3π/8 (2)
Der Term ”atan(sinθp2/cosθp2)” aus Gleichung (2) repräsentiert die Arkustangensberechnung zum Bestimmen von θp2. Auf der Basis der vorstehenden Bestimmung aus der Kombination von positiven und negativen Vorzeichen der Signale nSc und nSd bestimmt die Berechnungseinheit 607 θp2 innerhalb des Bereichs von 0° bis weniger als 360° wie in dem Fall des Bestimmens von θp1.
Als nächstes ist das Verfahren zum Berechnen des Winkelwerts θs3 durch die dritte Winkelberechnungsschaltung 63 beschrieben. Die vorstehende Beschreibung des Betriebs der Winkelberechnungsschaltungen dient dann als die Beschreibung des Verfahrens zur Berechnung des Winkelwerts θs3, wenn die Signale Sa und Sb jeweils durch das dritte und vierte Ausgangssignal S3 bzw. S4 ersetzt werden. Hierbei wird das Signal nSa, das durch Normieren des Signals Sa (des dritten Ausgangssignals S3) erhalten wird, als cos(θ – π/2) ausgedrückt. Der absolute Wert der Phasendifferenz zwischen dem ersten Ausgangssignal S1 und dem vierten Ausgangssignal S4 beträgt 135° (3π/4). Somit wird das Signal nSb, das durch Normieren des Signals Sb (des vierten Ausgangssignals S4) erhalten wird, als cos(θ – 3π/4) ausgedrückt. In diesem Fall beträgt das Signal nSc, das durch Normieren des Additionssignals Sc erhalten wird, cos(θ – 5π/8) und das Signal nSd, das durch Normieren des Subtraktionssignals Sd erhalten wird, sin(θ – 5π/8).
Hierbei wird θ – 5π/8 als θp3 bezeichnet. Zudem können cos(θ – 5π/8) und sin(θ – 5π/8) jeweils als cosθp3 und sinθp3 ausgedrückt werden. Die Beziehung θs3 = θp3 + 5π/8 hält zwischen θs3 und θp3. Die Berechnungseinheit 607 der dritten Winkelberechnungsschaltung 63 berechnet θs3 durch die nachstehende Gleichung (3). θs3 = θp3 + 5π/8 = atan(sinθp3/cosθp3) + 5π/8 (3)
Der Term ”atan(sinθp3/cosθp3)” aus Gleichung (3) repräsentiert die Arkustangensberechnung zum Bestimmen von θp3. Auf der Basis der vorstehenden Bestimmung aus der Kombination von positiven und negativen Vorzeichen der Signale nSc und nSd bestimmt die Berechnungseinheit 607 θp3 innerhalb des Bereichs von 0° bis weniger als 360° wie in dem Fall des Bestimmens von θp1.
Als nächstes ist das Verfahren zum Berechnen des Winkelwerts θs4 durch die vierte Winkelberechnungsschaltung 64 beschrieben. Die vorstehende Beschreibung des Betriebs der Winkelberechnungsschaltungen dient dann als die Beschreibung des Verfahrens zur Berechnung des Winkelwerts θs4, wenn die Signale Sa und Sb jeweils durch das vierte und erste Ausgangssignal S4 bzw. S1 ersetzt werden. Hierbei wird das Signal nSa, das durch Normieren des Signals Sa (des vierten Ausgangssignals S4) erhalten wird, als cos(θ – 3π/4) ausgedrückt und das Signal nSb, das durch Normieren des Signals Sb (des ersten Ausgangssignals S1) erhalten wird, als cosθ ausgedrückt. In diesem Fall beträgt das Signal nSc, das durch Normieren des Additionssignals Sc erhalten wird, –sin(θ – 7π/8) und das Signal nSd, das durch Normieren des Subtraktionssignals Sd erhalten wird, –cos(θ – 7π/8).
Hierbei wird θ – 7π/8 als θp4 bezeichnet. Zudem können –sin(θ – 7π/8) und –cos(θ – 7π/8) jeweils als –sinθp4 und –cosθp4 ausgedrückt werden. Die Beziehung θs4 = θp4 + 7π/8 hält zwischen θs4 und θp4. Die Berechnungseinheit 607 der vierten Winkelberechnungsschaltung 64 berechnet θs4 durch die nachstehende Gleichung (4). θs4 = θp4 + 7π/8 = atan(sinθp4/cosθp4) + 7π/8 (4)
Der Term ”atan(sinθp4/cosθp4)” aus Gleichung (4) repräsentiert die Arkustangensberechnung zum Bestimmen von θp4. Wenn das Signal nSc (–sinθp4) einen positiven Wert hat, ist θp4 größer als 180° und kleiner als 360°. Wenn das Signal nSc einen negativen Wert hat, ist θp4 größer als 0° und kleiner als 180°. Wenn das Signal nSd (–cosθp4) einen positiven Wert hat, ist θp4 größer als 90° und kleiner als 270°. Wenn das Signal nSd einen negativen Wert hat, liegt θp4 zwischen 0° (eingeschlossen) und 90° (ausgeschlossen) und zwischen 270° (ausgeschlossen) und 360° (eingeschlossen). Auf der Basis der vorstehenden Bestimmung aus der Kombination von positiven und negativen Vorzeichen der Signale nSc und nSd bestimmt die Berechnungseinheit 607 θp4 innerhalb des Bereichs von 0° bis weniger als 360°.
Als nächstes ist das Verfahren zum Berechnen des Winkelwerts θs5 durch die fünfte Winkelberechnungsschaltung 65 beschrieben. Die vorstehende Beschreibung des Betriebs der Winkelberechnungsschaltungen dient dann als die Beschreibung des Verfahrens zur Berechnung des Winkelwerts θs5, wenn die Signale Sa und Sb jeweils durch das dritte und erste Ausgangssignal S3 bzw. S1 ersetzt werden. Hierbei wird das Signal nSa, das durch Normieren des Signals Sa (des dritten Ausgangssignals S3) erhalten wird, als cos(θ – π/2) ausgedrückt und das Signal nSb, das durch Normieren des Signals Sb (des ersten Ausgangssignals S1) erhalten wird, als cosθ ausgedrückt. In diesem Fall beträgt das Signal nSc, das durch Normieren des Additionssignals Sc erhalten wird, cos(–θ + π/4) und das Signal nSd, das durch Normieren des Subtraktionssignals Sd erhalten wird, sin(–θ + π/4).
Hierbei wird –θ + π/4 als θp5 bezeichnet. Zudem können cos(–θ + π/4) und sin(–θ + π/4) jeweils als cosθp5 und sinθp5 ausgedrückt werden. Die Beziehung θs5 = –θp5 + π/4 hält zwischen θs5 und θp5. Die Berechnungseinheit 607 der fünften Winkelberechnungsschaltung 65 berechnet θs5 durch die nachstehende Gleichung (5). θs5 = –θp5 + π/4 = –atan(sinθp5/cosθp5) + π/4 (5)
Der Term ”atan(sinθp5/cosθp5)” aus Gleichung (5) repräsentiert die Arkustangensberechnung zum Bestimmen von θp5. Auf der Basis der vorstehenden Bestimmung aus der Kombination von positiven und negativen Vorzeichen der Signale nSc und nSd bestimmt die Berechnungseinheit 607 θp5 innerhalb des Bereichs von 0° bis weniger als 360° wie in dem Fall des Bestimmens von θp1.
Als nächstes ist das Verfahren zum Berechnen des Winkelwerts θs6 durch die sechste Winkelberechnungsschaltung 66 beschrieben. Die vorstehende Beschreibung des Betriebs der Winkelberechnungsschaltungen dient dann als die Beschreibung des Verfahrens zur Berechnung des Winkelwerts θs6, wenn die Signale Sa und Sb jeweils durch das vierte und zweite Ausgangssignal S4 bzw. S2 ersetzt werden. Hierbei wird das Signal nSa, das durch Normieren des Signals Sa (des vierten Ausgangssignals S4) erhalten wird, als cos(θ – 3π/4) ausgedrückt und das Signal nSb, das durch Normieren des Signals Sb (des zweiten Ausgangssignals S2) erhalten wird, als cos(θ – π/4) ausgedrückt. In diesem Fall beträgt das Signal nSc, das durch Normieren des Additionssignals Sc erhalten wird, cos(–θ + π/2) und das Signal nSd, das durch Normieren des Subtraktionssignals Sd erhalten wird, sin(–θ + π/2).
Hierbei wird –θ + π/2 als θp6 bezeichnet. Zudem können cos(–θ + π/2) und sin(–θ + π/2) jeweils als cosθp6 und sinθp6 ausgedrückt werden. Die Beziehung θs6 = –θp6 + π/2 hält zwischen θs6 und θp6. Die Berechnungseinheit 607 der sechsten Winkelberechnungsschaltung 66 berechnet θs6 durch die nachstehende Gleichung (6). θs6 = –θp6 + π/2 = –atan(sinθp6/cosθp6) + π/2 (6)
Der Term ”atan(sinθp6/cosθp6)” aus Gleichung (6) repräsentiert die Arkustangensberechnung zum Bestimmen von θp6. Auf der Basis der vorstehenden Bestimmung aus der Kombination von positiven und negativen Vorzeichen der Signale nSc und nSd bestimmt die Berechnungseinheit 607 θp6 innerhalb des Bereichs von 0° bis weniger als 360° wie in dem Fall des Bestimmens von θp1.
Es wird bevorzugt, dass θs1 bis θs6 in den Bereich von weniger als 0° bis 360° fallen. Da die Berechnungseinheit 607 θp1 bis θp6 wie oben beschrieben innerhalb des Bereichs von weniger 0° bis 360° bestimmt, können θs1 bis θs6, die aus den Gleichungen (1) bis (6) berechnet werden, manchmal kleiner als 0° oder größer als 360° sein. Um damit umzugehen können nach der Berechnung der Winkelwerte θs1 bis θs6 durch die Gleichungen (1) bis (6) Werte von weniger als 0° oder nicht weniger als 360° einer Berechnung für die Umwandlung in Werte im Bereich von weniger als 0° bis 360° unterzogen werden. Insbesondere wird ein Winkelwert von weniger als 0° einer Berechnung unterworfen, in der 360° zu dem Winkelwert addiert wird. Andererseits wird ein Winkelwert von größer oder gleich 360° einer Berechnung unterworfen, bei der 360° von dem Winkelwert subtrahiert wird. Solche Berechnungen können von der Berechnungseinheit 607 oder durch die Winkelbestimmungseinheit 70 erfolgen. In der folgenden Beschreibung wird davon ausgegangen, dass θs1 bis θs6 jeweils im Bereich von 0° bis weniger als 360° liegen.
Die Eigenschaften des ersten bis vierten Ausgangssignals S1 bis S4 und der Winkelwerte θs1 bis θs6 ist nun beschrieben. Idealerweise sollten die Wellenformen der Ausgangssignale S1 bis S4 wie zuvor erwähnt einer Sinuskurve folgen. Es ist hier angenommen, dass jedes des ersten bis vierten Ausgangssignals S1 bis S4 eine ideale Komponente enthält, die periodisch in einer derartigen Weise variiert, dass sie einer idealen folgt, und außer der idealen Komponente eine Fehlerkomponente enthält. Die Fehlerkomponenten des ersten bis vierten Ausgangssignals S1 bis S4 können auch dann auftreten, wenn keine der ersten bis vierten Detektionsschaltung 10, 20, 30 und 40 ausfällt.
8 ist ein Wellenformdiagramm, das ein Beispiel von Wellenformen der idealen Komponenten des ersten bis vierten Ausgangssignals S1 bis S4 darstellt. In 8 repräsentiert die horizontale Achse den Winkel θ und die vertikale Achse repräsentiert die Größe der idealen Komponenten. Die markierten Wellenformen 91, 92, 93 und 94 zeigen die idealen Komponenten der Ausgangssignale S1, S2, S3 bzw. S4. In 8 sind die idealen Komponenten normiert worden, um einen Maximalwert von 1 und einen Minimalwert von –1 zu haben.
Wenn die ersten bis vierten Ausgangssignale S1 bis S4 ihre jeweiligen Fehlerkomponenten enthalten, enthalten die Winkelwerte θs1 bis θs6, die auf der Grundlage des ersten bis vierten Ausgangssignals S1 bis S4 berechnet werden, ihre jeweiligen Winkelfehler. Die Winkelfehler der Winkelwerte θs1 bis θs6 sind Fehler in Bezug auf die theoretischen Werte der Winkelwerte θs1 bis θs6, die erwartet werden, wenn sich die Richtung DM des rotierenden Magnetfeldes MF ideal dreht.
Das Prinzip zum Extrahieren eines oder mehrerer normaler erster Detektionsschaltungsgruppen durch die Winkelbestimmungseinheit 70 in dem zweiten Schritt S102 und das Prinzip zum Extrahieren mehrerer anormaler erster Detektionsschaltungsgruppen durch die Ausfalldetektionseinheit 80 im dritten Schritt S103 ist nun beschrieben. Wenn die erste bis vierte Detektionsschaltung 10, 20, 30 und 40 jeweils alle normal sind, sind die Winkelwerte θs1 bis θs6 identisch oder liegen sehr nahe beieinander und die Winkelfehler der Winkelwerte θs1 bis θs6 sind auch identisch oder liegen sehr nahe beieinander.
Wenn eine der ersten bis vierten Detektionsschaltung 10, 20, 30 und 40 ausfällt, dann wird das Ausgangssignal der ausgefallenen Detektionsschaltung anders als es dann ist, wenn die Detektionsschaltung normal ist. Als Folge werden unter den sechs Winkelwerten θs1 bis θs6 drei Winkelwerte, die den drei zweiten Detektionsschaltungsgruppen entsprechen, zu denen die ausgefallene Detektionsschaltung gehört, zu falschen Winkelwerten, während die restlichen drei Winkelwerte korrekte Winkelwerte sind. Die drei korrekten Winkelwerte sind gleich oder liegen sehr nahe beieinander, während die drei falschen Winkelwerte sich deutlich von den drei korrekten Winkelwerten unterscheiden. Ebenso sind die Winkelfehler der drei korrekten Winkelwerte identisch oder liegen sehr nahe beieinander, während die Winkelfehler der drei falschen Winkelwerte sich deutlich von denen der drei korrekten Winkelwerte unterscheiden. In dieser Hinsicht ist nachstehend eine konkrete Beschreibung unter Verwendung eines Beispiels gegeben, bei dem die dritte Detektionsschaltung 30 ausfällt.
Wenn die dritte Detektionsschaltung 30 ausfällt, dann können die drei Winkelwerte θs2, θs3 und θs5, die für die drei zweiten Detektionsschaltungsgruppen (20, 30) (30, 40) und (30, 10) berechnet werden, die die dritte Detektionsschaltung 30 umfassen, falsche Winkelwerte werden, während die drei Winkelwerte θs1, θs4 und θs6, die für die anderen drei zweiten Detektionsschaltungsgruppen (10, 20), (40, 10) und (40, 20) berechnet werden, die die dritte Detektionsschaltung 30 nicht enthalten, korrekte Winkelwerte sind. Mit anderen Worten sind die Winkelwerte θs1, θs4 und θs6 identisch oder liegen sehr nahe beieinander, während die Winkelwerte θs2, θs3 und θs5 sich deutlich voneinander und von den Winkelwerten θs1, θs4 und θs6 unterscheiden. Ebenso sind die Winkelfehler der Winkelwerte θs1, θs4 und θs6 identisch oder liegen sehr nahe beieinander, während die Winkelfehler der Winkelwerte θs2, θs3 und θs5 sich deutlich voneinander und deutlich von den Winkelfehlern der Winkelwerte θs1, θs4 und θs6 unterscheiden.
9 ist ein Wellenformdiagramm, das ein Beispiel der Winkelfehler der Winkelwerte θs1 und θs3 bis θs6 darstellt, wenn die dritte Detektionsschaltung 30 ausfällt. In 9 repräsentiert die horizontale Achse den Winkel θ und die vertikale Achse repräsentiert die Größe der Winkelfehler. Die markierte Wellenform 95 zeigt den Winkelfehler jedes der Winkelwerte θs1, θs4 und θs6 an. Die markierte Wellenform 96 zeigt den Winkelfehler des Winkelwerts θs3 an. Die markierte Wellenform 97 zeigt den Winkelfehler des Winkelwerts θs5 an. In diesem Beispiel bleiben die Winkelfehler von jedem der Winkelwerte θs1, θs4 und θs6 ungeachtet des Winkels θ bei null. Im Gegensatz dazu unterscheiden sich die Winkelfehler 96 und 97 der Winkelwerte θs3 und θs5 deutlich voneinander und deutlich von dem Winkelfehler 95 jedes der Winkelwerte θs1, θs4 und θs6. Obwohl nicht dargestellt unterscheidet sich der Winkelfehler des Winkelwerts θs2 deutlich von den Winkelfehlern 96 und 97 der Winkelwerte θs3 und θs5 und auch deutlich von dem Winkelfehler 95 eines jeden der Winkelwerte θs1, θs4 und θs6.
Zwei der Winkelwerte θs2, θs3 und θs5 sind zu einem gewissen Zeitpunkt identisch oder liegen sehr nahe beieinander. In dem Beispiel von 9 sind die Winkelwerte θs3 und θs5 zu dem Zeitpunkt, an dem die Wellenformen der Winkelfehler 96 und 97 der Winkelwerte θs3 und θs5 miteinander übereinstimmen, identisch oder liegen sehr nahe beieinander. Selbst zu einem solchen Zeitpunkt unterscheiden sich die Winkelfehler 96 und 97 der Winkelwerte θs3 und θs5 deutlich von dem Winkelfehler 95 jedes der Winkelwerte θs1, θs4 und θs6 und daher unterscheiden sich die Winkelwerte θs3 und θs5 deutlich von den Winkelwerten θs1, θs4 und θs6. Ebenso sind selbst dann, wenn der Winkelwert θs2 und der Winkelwert θs3 oder θs5 zu einem gewissen Zeitpunkt identisch sind oder sehr nahe beieinander liegen, diese Winkelwerte deutlich von den Winkelwerten θs1, θs4 und θs6.
Gemäß dem Drehfeldsensor 1 des Praxisbeispiels und dem Winkelbestimmungsverfahren des Praxisbeispiels, wie sie oben beschrieben sind, sind vier erste Detektionsschaltungsgruppen definiert und ferner drei zweite Detektionsschaltungsgruppen in jeder der vier ersten Detektionsschaltungsgruppen definiert. Dies hat den Zweck, eine Unterscheidung zwischen normalen ersten Detektionsschaltungsgruppen und anormalen ersten Detektionsschaltungsgruppen über die folgende Eigenschaft zu machen. In einer ersten Detektionsschaltungsgruppe, zu der keine ausgefallene Detektionsschaltung gehört, sind alle drei Winkelwerte, die den drei zweiten Detektionsschaltungsgruppen entsprechen, die zu dieser gehören, korrekte Winkelwerte und liegen innerhalb eines Winkelbereichs mit einer vorbestimmten Breite. Im Gegensatz dazu umfassen in einer ersten Detektionsschaltungsgruppe, zu der eine ausgefallene Detektionsschaltung gehört, die drei Winkelwerte, die den drei zweiten Detektionsschaltungsgruppen entsprechen, die zu dieser gehören, zwei falsche Winkelwerte, was zu großen Variationen in den drei Winkelwerten führt. Mit anderen Worten liegen nicht alle drei Winkelwerte innerhalb eines Winkelbereichs einer vorbestimmten Breite. Auch wenn die beiden falschen Winkelwerte zu einem gewissen Zeitpunkt identisch sind oder sehr nahe beieinander liegen, unterscheiden sich die beiden falschen Winkelwerte deutlich von dem einen verbleibenden Winkelwert, der ein korrekter Winkelwert ist, und Variationen in den drei Winkelwerten sind deshalb groß. Eine erste Detektionsschaltungsgruppe, zu der keine ausgefallene Detektionsschaltung gehört, ist somit unterscheidbar, da alle drei Winkelwerte, die den drei zweiten Detektionsschaltungsgruppen entsprechen, die zu dieser gehören, innerhalb eines Winkelbereichs mit einer vorbestimmten Breite liegen. Durch Verwendung einer derartigen Eigenschaft extrahieren der Drehfeldsensor 1 des Praxisbeispiels und das Winkelbestimmungsverfahren des Praxisbeispiels einen oder mehrere normale erste Detektionsschaltungsgruppen und mehrere anormale erste Detektionsschaltungsgruppen.
Der Winkelbereich einer vorbestimmten Breite ist nun beschrieben. Zunächst sei angenommen, dass zwei Winkel θA und θB einen Winkelbereich innerhalb eines Bereichs von 0° bis weniger als 360° definieren. Der Winkel θB ist größer als der Winkel θA. Als nächstes sind θD1 und θD2 sind wie folgt definiert: θD1 = θB – θA θD2 = θA + 360° – θB
Anschließend wird eine Winkeldifferenz zwischen θD zwischen θA und θB wie folgt definiert. Wenn θD1 kleiner oder gleich θD2 ist, ist die Winkeldifferenz θD gleich θD1. Wenn θD1 größer als θD2 ist, ist die Winkeldifferenz θD gleich θD2.
Unter Verwendung davon, dass die beiden Winkel θA und θB eine Winkeldifferenz θD einer vorbestimmten Breite zwischen sich aufweisen, wird der Winkelbereich einer vorbestimmten Breite wie in (1) und (2) unten definiert.

(1) Wenn θD1 kleiner oder gleich θD2 ist, ist der Bereich von θA bis θB der Winkelbereich der vorbestimmten Breite.
(2) Wenn θD1 größer als θD2 ist, ist der Bereich von θB bis weniger als 360° und der Bereich von 0° bis θA der Winkelbereich der vorbestimmten Breite.

Als nächstes ist beschrieben, wie bestimmt werden soll, ob alle g (drei in dem Praxisbeispiel) Winkelwerte innerhalb des Winkelbereichs der vorbestimmten Breite liegen. Zuerst wird eine Differenz zwischen zwei Winkelwerten wie die vorhergehende Winkeldifferenz θD definiert. Insbesondere wenn die beiden Winkelwerte θA und θB sind, werden die vorstehenden Werte θD1 und θD2 bestimmt. Wenn θD1 kleiner oder gleich θD2 ist, wird θD1 als die Differenz zwischen den beiden Winkelwerten definiert. Wenn θD1 größer als θD2 ist, wird θD2 als die Differenz zwischen den beiden Winkelwerten definiert.
Wen alle g Winkelwerte innerhalb des Winkelbereichs der vorbestimmten Breite liegen, bedeutet dies, dass eine Differenz zwischen zwei beliebigen der g Winkelwerte kleiner oder gleich der vorbestimmten Breite ist. Ob alle g Winkelwerte innerhalb des Winkelbereichs der vorbestimmten Breite liegen, kann somit bestimm werden, indem bestimmt wird, ob eine Differenz zwischen zwei beliebigen der g Winkelwerte kleiner oder gleich der vorbestimmten Breite ist.
Die vorgegebene Breite ist so gewählt, dass alle g Winkelwerte, die g zweiten Detektionsschaltungsgruppen entsprechen, die zu einer ersten Detektionsschaltungsgruppe gehören, die auch unter Berücksichtigung der Variationen der Winkelwerte normal ist, die nicht auf einen Ausfall einer Detektionsschaltung zurückzuführen sind, innerhalb des Winkelbereichs der vorbestimmten Breite liegen, und alle g Winkelwerte, die g zweiten Detektionsschaltungsgruppen entsprechen, die zu anormalen ersten Detektionsschaltungsgruppen gehören, nicht innerhalb des Winkelbereichs der vorbestimmten Breite liegen. Zum Beispiel beträgt die vorbestimmte Breite 0.02°.
Die Winkelbestimmungseinheit 70 extrahiert einen oder mehrere normale erste Detektionsschaltungsgruppen aus den G ersten Detektionsschaltungsgruppen unter Verwendung des oben beschriebenen Verfahrens. Die Ausfalldetektionseinheit 80 extrahiert aus den G ersten Detektionsschaltungsgruppen mehrere anormale erste Detektionsschaltungsgruppen mit Ausnahme der einen oder der mehreren normalen ersten Detektionsschaltungsgruppen, die durch die Winkelbestimmungseinheit 70 extrahiert werden. Es sei beispielsweise angenommen, dass die dritte Detektionsschaltung 30 ausfällt. In einem solchen Fall extrahiert die Winkelbestimmungseinheit 70 als eine normale erste Detektionsschaltungsgruppe die erste Detektionsschaltungsgruppe (40, 10, 20), zu der die dritte Detektionsschaltung 30 nicht gehört. Die Ausfalldetektionseinheit 80 extrahiert als anormale erste Detektionsschaltungsgruppen die ersten Detektionsschaltungsgruppen (10, 20, 30), (20, 30, 40) und (30, 40, 10), zu denen die dritte Detektionsschaltung 30 gehört.
Wenn keine der Detektionsschaltungen 10, 20, 30 und 40 ausfällt dann liegen alle drei Winkelwerte, die den drei zweiten Detektionsschaltungsgruppen entsprechen, die jeweils zu den vier ersten Detektionsschaltungsgruppen gehören innerhalb des Winkelbereichs der vorbestimmten Breite. In einem solchen Fall extrahiert die Winkelbestimmungseinheit 70 alle vier ersten Detektionsschaltungsgruppen als normale erste Detektionsschaltungsgruppen.
Selbst wenn eine der ersten bis vierten Detektionsschaltung 10, 20, 30 und 40 ausfällt, können manchmal alle drei Winkelwerte, die den drei zweiten Detektionsschaltungsgruppen entsprechen, die jeweils zu den vier ersten Detektionsschaltungsgruppen gehören, innerhalb des Winkelbereichs der vorbestimmten Breite liegen, genau wie wenn keine der Detektionsschaltungen 10, 20, 30 und 40 ausfällt. In einem solchen Fall extrahiert die Winkelbestimmungseinheit 70 alle vier ersten Detektionsschaltungsgruppen als normale erste Detektionsschaltungsgruppen. Solch ein Fall tritt auf, wenn alle Winkelwerte einschließlich falscher Winkelwerte identisch sind oder sehr nahe beieinander liegen. In diesem Fall kann gefahrlos angenommen werden, dass die falschen Winkelwerte korrigierte Winkelwerte sind.
Das Verfahren zum Bestimmen des Winkeldetektionswerts θs in dem zweiten Schritt S102 ist nun beschrieben. In dem zweiten Schritt S102 wird der Winkeldetektionswert θs auf Basis von mindestens einem aller Winkelwerte, die allen zweiten Detektionsschaltungsgruppen entsprechen, die zu der einen oder den mehreren normalen ersten Detektionsschaltungsgruppen gehören, die wie oben beschrieben extrahiert werden, bestimmt. Die Winkelbestimmungseinheit 70 bestimmt den Winkeldetektionswert θs gemäß einer vorbestimmten Regel. Beispiele für die vorbestimmte Regel umfassen eine Regel, dass ein Durchschnittswert aller vorgenannten Winkelwerte der Winkeldetektionswert θs sein soll, und eine Regel, dass wenn jeder Winkelwert als θsr (wobei r eine ganze Zahl zwischen von 1 bis 6 ist) ausgedrückt wird, der von all den zuvor genannten Winkelwerten, der das kleinste r aufweist, der Winkeldetektionswert θs sein soll. Wenn alle vier ersten Detektionsschaltungsgruppen als normale erste Detektionsschaltungsgruppen extrahiert werden, kann die Winkelbestimmungseinheit 70 beispielsweise einen Durchschnittswert von θs1 bis θs6 als den Winkeldetektionswert θs ausgeben oder θs1 als den Winkeldetektionswert θs ausgeben. Wenn die erste Detektionsschaltungsgruppe (40, 10, 20) als eine normale erste Detektionsschaltungsgruppe extrahiert wird, kann die Winkelbestimmungseinheit 70 einen Durchschnittswert von θs1, θs4 und θs6 als den Winkeldetektionswert θs ausgeben oder θs1 als den Winkeldetektionswert θs ausgeben. Angenommen, dass ein Durchschnittswert von mehreren Winkelwerten, die in Werten im Bereich von 0° bis weniger als 360° ausgedrückt sind, bestimmt werden soll. In einem solchen Fall wird der Durchschnittswert der mehreren Winkelwerte dann, wenn diese mehreren Winkelwerte sowohl einen oder mehrere Winkelwerte θX1 im Bereich von 0° bis 90° als auch einen oder mehrere Winkelwerte θX2 im Bereich von 270° bis weniger als 360° umfassen, nach dem folgenden Verfahren als außerordentliche Maßnahme bestimmt. Zuerst sei θX3 = θX2 – 360°. Dann wird ein Durchschnittswert des einen oder der mehreren Werte θX1 und des einen oder der mehreren Werte θX3 als provisorischer Durchschnittswert erhalten. Wenn der vorläufige Durchschnittswert größer oder gleich 0° ist, wird der vorläufige Durchschnittswert als der Durchschnittswert der mehreren Winkelwerte bestimmt. Wenn der vorläufige Durchschnittswert zeigt einen Winkel mit einem negativen Wert angibt, wird die Summe des vorläufigen Durchschnittswerts und 360° als der Durchschnittswert der mehreren Winkelwerte bestimmt.
Als nächstes ist das Verfahren zum Identifizieren einer ausgefallenen Schaltung im dritten Schritt S103 beschrieben. Im dritten Schritt S103 wird zuerst ein Winkelwertebereich einer vorgegebenen Breite, in dem alle Winkelwerte, die allen zweiten Detektionsschaltungsgruppen entsprechen, die zu der einen oder den mehreren normalen ersten Detektionsschaltungsgruppen gehören, die in dem zweiten Schritt S102 extrahiert werden, als ein normaler Winkelwertebereich festgelegt. Beispielsweise wird der normale Winkelwertebereich als der Bereich der oben erwähnten vorbestimmten Breite (beispielsweise 0.02°) definiert, in dessen Mitte ein Durchschnittswert von allen Winkelwerten liegt, die allen zweiten Detektionsschaltungsgruppen entsprechen, die zu der einen oder den mehreren normalen ersten Detektionsschaltungsgruppen gehören, die in dem zweiten Schritt S102 extrahiert werden. Angenommen, dass die Winkelwerte als Werte im Bereich von 0° bis weniger als 360° ausgedrückt sind, dass der vorhergehende Durchschnittswert als θC dargestellt ist und die vorstehende vorbestimmte Breite durch θW dargestellt ist. In einem solchen Fall ist der normale Winkelwertebereich als der Bereich zwischen θC – θW/2 und θC + θW/2 (jeweils einschließlich) definiert, mit der folgenden ersten und zweiten Ausnahme. Die erste Ausnahme ist der Fall, in dem θC + θW/2 größer oder gleich 360° ist. In einem solchen Fall wird der normale Winkelwertebereich von θC – θW/2 bis weniger als 360° und von 0° bis θC + θW/2 – 360° definiert. Die zweite Ausnahme ist der Fall, in dem θC – θW/2 einen Winkel mit einem negativen Wert angibt. In einem solchen Fall wird der normale Winkelwertebereich von θC – θW/2 + 360° bis weniger als 360° und von 0° bis θC + θW/2 definiert.
In dem dritten Schritt S103 werden als nächstes mehrere anormale erste Detektionsschaltungsgruppen durch das oben beschriebene Verfahren extrahiert. Als nächstes werden alle Winkelwerte, die allen zweiten Detektionsschaltungsgruppen entsprechen, die zu den mehreren anormalen ersten Detektionsschaltungsgruppen gehören, als normale Winkelwerte, die innerhalb des normalen Winkelwertebereichs liegen, und als anormale Winkelwerte, die außerhalb des normalen Winkelwertebereichs liegen, klassifiziert. Dann wird eine Detektionsschaltung, die zu allen zweiten Detektionsschaltungsgruppen gehört, die allen anormalen Winkelwerten entsprechen, und nicht zu irgendeiner der zweiten Detektionsschaltungsgruppen gehört, die allen normalen Winkelwerten entsprechen, als die ausgefallene Detektionsschaltung identifiziert. Angenommen, dass die Winkelbestimmungseinheit 70 beispielsweise eine erste Detektionsschaltungsgruppe (40, 10, 20) als eine normale erste Detektionsschaltung extrahiert und die Ausfalldetektionseinheit 80 drei erste Detektionsschaltungsgruppen (10, 20, 30), (20, 30, 40) und (30, 40, 10) als anormale erste Detektionsschaltungsgruppen extrahiert. In einem solchen Fall klassifiziert die Ausfalldetektionseinheit 80 die Winkelwerte θs1, θs4 und θs6 als normale Winkelwerte und die Winkelwerte θs2, θs3 und θs5 als anormale Winkelwerte. Die Ausfalldetektionseinheit 80 identifiziert dann die Detektionsschaltung 30, die zu allen zweiten Detektionsschaltungsgruppen (20, 30), (30, 40) und (30, 10) gehört, die den Winkelwerten θs2, θs3 und θs5 entsprechen, und nicht zu irgendeiner der zweiten Detektionsschaltungsgruppen (10, 20), (40, 10) und (40, 20) gehört, die den Winkelwerten θs1, θs4 und θs6 entsprechen, als die ausgefallene Detektionsschaltung.
Bei dem Drehfeldsensor 1 des Praxisbeispiels und dem Winkelbestimmungsverfahren des vorstehend beschriebenen Praxisbeispiels ist N gleich vier, M gleich drei, G gleich vier, m gleich zwei, und g gleich drei. Allerdings müssen der Drehfeldsensor 1 und das Winkelbestimmungsverfahren gemäß der ersten Ausführungsform nur die vorstehenden Anforderungen 1 bis 6 erfüllen, um einen korrekten Winkeldetektionswert θs selbst in dem Fall eines Ausfalls einer der Detektionsschaltungen ausgeben zu können, oder müssen nur die vorgenannten Anforderungen 1 bis 8 erfüllen, um ferner die ausgefallene Detektionsschaltung zu identifizieren. Die Ausfalldetektionseinheit 80 und der dritte Schritt S103 des Praxisbeispiels können bei dem Drehfeldsensor 1 und dem Winkelbestimmungsverfahren gemäß der ersten Ausführungsform dann weggelassen werden, wenn es nicht notwendig ist, die fehlerhafte Detektionsschaltung zu identifizieren.
Wie oben beschrieben berechnet die Winkelberechnungseinheit jeden der mehreren Winkelwerte, die allen zweiten Detektionsschaltungsgruppen entsprechen, auf der Grundlage der m Ausgangssignale der m Detektionsschaltungen, die eine entsprechende eine der zweiten Detektionsschaltungsgruppen bilden. Nun wird eine Beschreibung eines Beispiels des Verfahrens zum Berechnen der mehreren Winkelwerte gegeben werden, wenn m größer oder gleich drei ist. Gemäß diesem Verfahren werden mehrere Winkelberechnungsschaltungen mit der gleichen Anordnung wie die der in 5 gezeigten Winkelberechnungsschaltungen in Übereinstimmung mit den mehreren zweiten Detektionsschaltungsgruppen präpariert. In jeder zweiten Detektionsschaltungsgruppe werden zwei Untergruppen, die jeweils aus einem oder mehreren aber nicht mehr als (m – 1) Detektionsschaltungen bestehen, gebildet. Jede der m Detektionsschaltungen wird verwendet, um mindestens eine der beiden Untergruppen zu bilden. Jede Untergruppe erzeugt ein Untergruppensignal. Wenn eine Untergruppe nur aus einer Detektionsschaltung besteht, kann das Ausgangssignal der Detektionsschaltung einfach als Untergruppensignal der Untergruppe verwendet werden. Wenn eine Untergruppe aus einer mehreren Detektionsschaltungen besteht, wird das Untergruppensignal der Untergruppe durch eine Berechnung unter Verwendung der Ausgangssignale der mehreren Detektionsschaltungen wie beispielsweise einer Berechnung zum Bestimmen der Summe, der Differenz oder dergleichen erzeugt. Auf eine solche Weise erzeugt jede zweite Detektionsschaltungsgruppe zwei Untergruppensignale. Gemäß einem solchen Verfahren werden die zwei Untergruppensignale von jeder zweiten Detektionsschaltungsgruppe an zwei Eingänge der Winkelberechnungsschaltung geliefert, die der zweiten Detektionsschaltungsgruppe entspricht. Auf der Grundlage der beiden Untergruppensignale, die an die zwei Eingänge geliefert wird, berechnet die Winkelberechnungsschaltung dann einen Winkelwert, der eine Entsprechungsbeziehung mit dem Winkel θ aufweist, wie die Winkelberechnungsschaltungen 61 bis 66.
Um den Winkelwert dann genau zu berechnen, wenn m gleich zwei ist, weist die Phasendifferenz zwischen den zwei Ausgangssignalen der zwei Detektionsschaltungen, die jeweils die zweite Detektionsschaltungsgruppe bilden, vorzugsweise einen anderen Absolutwert als 0° und 180° auf, der etwas von 0° und 180° entfernt ist. Insbesondere weist die oben erwähnte Phasendifferenz vorzugsweise einen Absolutwert im Bereich von 15° bis 165°, bevorzugter 30° bis 150° auf. In dem Beispiel von 3 weist die Phasendifferenz zwischen den Ausgangssignalen S1 und S2 der Detektionsschaltungen 10 und 20, die die zweite Detektionsschaltungsgruppe (10, 20) bilden, die Phasendifferenz zwischen den Ausgangssignalen S2 und S3 der Detektionsschaltungen 20 und 30, die die zweite Detektionsschaltungsgruppe (20, 30) bilden, und die Phasendifferenz zwischen den Ausgangssignalen S3 und S4 der Detektionsschaltungen 30 und 40, die die zweite Detektionsschaltungsgruppe (30, 40) bilden, jeweils einen Absolutwert von 45° auf. Die Phasendifferenz zwischen den Ausgangssignalen S4 und S1 der Detektionsschaltungen 40 und 10, die die zweite Detektionsschaltungsgruppe (40, 10) bilden, weist einen Absolutwert von 135° auf. Die Phasendifferenz zwischen den Ausgangssignalen S3 und S1 der Detektionsschaltungen 30 und 10, die die zweite Detektionsschaltungsgruppe (30, 10) bilden, und die Phasendifferenz zwischen den Ausgangssignalen S4 und S2 der Detektionsschaltungen 40 und 20, die die zweite Detektionsschaltungsgruppe (40, 20) bilden, weisen jeweils einen Absolutwert von 90° auf. Alle diese Phasendifferenzen erfüllen die vorgenannte Bedingung.
Ebenso hat die Phasendifferenz zwischen den beiden Untergruppensignalen der jeweiligen zweiten Detektionsschaltungsgruppe dann, wenn m größer oder gleich drei ist, vorzugsweise einen Absolutwert im Bereich von 15° bis 165°, bevorzugter 30° bis 150°. In diesem Fall können die m Detektionsschaltungen, die eine zweite Detektionsschaltungsgruppe bilden, solche Detektionsschaltungen umfassen, dass die Phasendifferenz zwischen ihren Ausgangssignalen einen Absolutwert von 0° oder 180° besitzt, solange die zwei Untergruppensignale die oben genannte Bedingung erfüllen.
Nun wird der Drehfeldsensor 1 und das Winkelbestimmungsverfahren gemäß der ersten Ausführungsform konzeptartig mit einer genauen Beschreibung der Bedeutung der vorstehenden Anforderungen 1 bis 8 beschrieben. Damit ein korrekter Winkeldetektionswert θs ausgegeben werden kann, auch wenn eine der N Detektionsschaltungen ausfällt, müssen die folgenden Anforderungen 1 bis 6 erfüllt sein. Anforderung 1 ist, dass N eine ganze Zahl nicht kleiner als vier ist. Anforderung 2 ist, dass M eine ganze Zahl nicht kleiner als drei und nicht größer als (N – 1) ist. Anforderung 3 ist, dass jede der N Detektionsschaltungen zu einer oder mehreren und nicht mehr als (G – 1) der G ersten Detektionsschaltungsgruppen gehört. Anforderung 4 ist, dass m eine ganze Zahl nicht kleiner als zwei und nicht größer als (M – 1) ist. Anforderung 5 ist, dass g eine ganze Zahl nicht kleiner als M/m und nicht größer als _MC_m ist. Anforderung 6 ist, dass in jeder der G ersten Detektionsschaltungsgruppen jede der M Detektionsschaltungen zu einer oder mehreren und nicht mehr als (g – 1) der g zweiten Detektionsschaltungsgruppen gehört.
Damit ein korrekter Winkeldetektionswert θs ausgegeben werden kann und ferner eine ausgefallene Detektionsschaltung in dem Fall eines Ausfalls einer der N Detektionsschaltungen bestimmt werden kann, müssen die folgenden Anforderungen 7 und 8 zusätzlich zu den Anforderungen 1 bis 6 erfüllt werden. Anforderung 7 ist, dass g größer oder gleich M ist. Anforderung 8 ist, dass in jeder der G ersten Detektionsschaltungsgruppen jede der M Detektionsschaltungen zu m oder mehr zweiten Detektionsschaltungsgruppen gehört.
Anforderung 7 engt Anforderung 5 ein. Anforderungen 5 und 7 können zu der folgenden Anforderung 5A kombiniert werden: g ist eine ganze Zahl nicht kleiner als M und nicht größer als _MC_m. Anforderung 8 engt Anforderung 6 ein. Anforderungen 6 und 8 können zu der folgenden Anforderung 6A kombiniert werden: in jeder der G ersten Detektionsschaltungsgruppen gehört jede der M Detektionsschaltungen zu m oder mehr und nicht mehr als (g – 1) der g zweiten Detektionsschaltungsgruppen.
Man kann daher sagen, dass, um zu ermöglichen, dass in dem Fall eines Ausfalls ein korrekter Winkeldetektionswert θs ausgegeben wird und ferner eine ausgefallene Detektionsschaltung einer der N Detektionsschaltungen identifiziert wird, Anforderungen 1 bis 4, 5A und 6A erfüllt sein müssen.
Die Bedeutung jeder Anforderung ist im Folgenden beschrieben. Anforderung 4 ist zuerst beschrieben. Um einen Winkelwert auf der Grundlage der Ausgangssignale von mehreren Detektionsschaltungen zu berechnen, muss m eine ganze Zahl nicht kleiner als 2 sein. Ohne mehrere zweite Detektionsschaltungsgruppen zu bilden, die zu einer ersten Detektionsschaltungsgruppe gehören, ist es nicht möglich, zu bestimmen, ob alle von mehreren Winkelwerten, die mehreren zweiten Detektionsschaltungsgruppen entsprechen, die zu einer ersten Detektionsschaltungsgruppe gehören, innerhalb eines Winkelbereichs mit einer vorbestimmten Breite liegen. Um mehrere zweite Detektionsschaltungsgruppen zu bilden, die zu einer ersten Detektionsschaltungsgruppe gehören, muss m kleiner oder gleich (M – 1) sein.
Als nächstes ist Anforderung 2 beschrieben. Da m eine ganze Zahl nicht kleiner als zwei ist, muss M eine ganze Zahl nicht kleiner als drei sein, um mehrere zweite Detektionsschaltungsgruppen zu bilden, die zu einer ersten Detektionsschaltungsgruppe gehören. Ferner muss M kleiner oder gleich (N – 1) sein, damit es in dem Fall eines Ausfalls einer der N Detektionsschaltungen mindestens eine erste Detektionsschaltungsgruppe gibt, zu der keine ausgefallene Detektionsschaltung gehört.
Als nächstes ist Anforderung 1 beschrieben. Damit M Anforderung 2 erfüllen kann, muss N eine ganze Zahl nicht kleiner als vier sein.
Als nächstes ist Anforderung 3 beschrieben. Damit es keine Detektionsschaltung gibt, die für die Berechnung eines Winkelwerts ungenutzt ist, muss jede der N Detektionsschaltungen zu mindestens einer der G ersten Detektionsschaltungsgruppen gehören. Damir ferner in dem Fall eines Ausfalls einer der N Detektionsschaltungen mindestens eine erste Detektionsschaltungsgruppe existiert, zu der keine ausgefallene Detektionsschaltung gehört, muss jede der N Detektionsschaltungen zu (G – 1) oder weniger der G ersten Detektionsschaltungsgruppen gehören. Mögliche Werte von G werden durch die Anforderungen 1 bis 3 beschränkt. Wenn beispielsweise N gleich vier ist und M gleich drei ist, ist der einzige mögliche Wert von G vier. Der maximal mögliche Wert von G ist _NC_M. Man beachte, dass _NC_M die gesamte Anzahl von Kombinationen von M Detektionsschaltungen ist, die aus N Detektionsschaltungen gewählt werden, und durch die folgende Gleichung ausgedrückt wird. _NC_M = {N × (N – 1) × ... × (N – M + 1)}/{M × (M – 1) × ... × 1}
Als nächstes ist Anforderung 5 beschrieben. Damit jede erste Detektionsschaltungsgruppe keine Detektionsschaltung umfasst, die nicht zu irgendeiner der zweiten Detektionsschaltungsgruppen gehört, muss g eine ganze Zahl nicht kleiner als M/m sein. Die g zweiten Detektionsschaltungsgruppen sind so ausgebildet, dass sie nicht zwei oder mehr zweite Detektionsschaltungsgruppen enthalten, die aus der gleichen Kombination von mehreren Detektionsschaltungen bestehen. Folglich ist g kleiner oder gleich _MC_m. Man beachte, dass _MC_m die Gesamtzahl der Kombinationen von m Detektionsschaltungen ist, die aus M Detektionsschaltungen gewählt werden, und als die folgende Gleichung ausgedrückt wird. _MC_m = {M × (M – 1) × ... ×(M – m + 1)}/{m × (m – 1) × ... × 1}
Als nächstes ist Anforderung 5A beschrieben. Damit eine ausgefallene Detektionsschaltung in dem Fall eines Ausfalls eine der N Detektionsschaltungen identifiziert werden kann, muss eine Detektionsschaltung, die zu allen zweiten Detektionsschaltungsgruppen gehört, die allen anormalen Winkelwerten entsprechen, und nicht zu irgendeiner der zweiten Detektionsschaltungsgruppen gehört, die allen normalen Winkelwerten entspricht, identifizierbar sein. Zu diesem Zweck muss g eine ganze Zahl nicht kleiner als M sein. Wenn g kleiner als M ist, kann es mehrere Detektionsschaltungen geben, die nicht als normal bestimmt werden können, wenn eine der N Detektionsschaltungen ausfällt. Es ist zu beachten, dass g wie bei Anforderung 5 kleiner oder gleich _MC_m ist.
Als nächstes ist Anforderung 6 beschrieben. Damit jede erste Detektionsschaltungsgruppe keine Detektionsschaltung umfasst, die zu keiner der zweiten Detektionsschaltungsgruppen gehört, muss jede der M Detektionsschaltungen in jeder ersten Detektionsschaltungsgruppe zu mindestens einer der g zweiten Detektionsschaltungsgruppen gehören. Damit ferner der mindestens eine normale Winkelwert in jeder von allen der ersten Detektionsschaltungsgruppen selbst dann erhalten werden kann, wenn eine der Detektionsschaltungen ausfällt, muss jede der M Detektionsschaltungen in jeder ersten Detektionsschaltungsgruppe zu (g – 1) oder weniger der g zweiten Detektionsschaltungsgruppen gehören.
Als nächstes ist Anforderung 6A beschrieben. Wie oben beschrieben muss, damit eine ausgefallene Detektionsschaltung in dem Fall eines Ausfalls eine der N Detektionsschaltungen identifiziert werden kann, eine Detektionsschaltung, die zu allen zweiten Detektionsschaltungsgruppen gehört, die allen anormalen Winkelwerten entsprechen, und nicht zu irgendeiner der zweiten Detektionsschaltungsgruppen gehört, die allen normalen Winkelwerten entspricht, identifizierbar sein. Zu diesem Zweck muss jede der M Detektionsschaltungen in jeder ersten Detektionsschaltungsgruppe zu m oder mehr zweiten Detektionsschaltungsgruppen gehören. Wenn jede der M Detektionsschaltungen in jeder ersten Detektionsschaltungsgruppe zu weniger als m zweiten Detektionsschaltungsgruppen gehört, können mehrere Detektionsschaltungen existieren, die zu allen zweiten Detektionsschaltungsgruppen gehören, die allen anormalen Winkelwerten entsprechen, und nicht zu irgendeiner der zweiten Detektionsschaltungsgruppen gehören, die allen normalen Winkelwerten entsprechen. Es ist zu beachten, dass jede der M Detektionsschaltungen in jeder ersten Detektionsschaltungsgruppe wie bei Anforderung 6 zu (g – 1) oder weniger der g zweiten Detektionsschaltungsgruppen gehören muss.
Als nächstes sind mögliche Werte von M, G, m und g und mögliche Kombinationen von Detektionsschaltungen in jeder der ersten und zweiten Detektionsschaltungsgruppen unter Bezugnahme auf spezifische Beispiele beschrieben. In der folgenden Beschreibung sind die N Detektionsschaltungen jeweils mit ganzen Zahlen von 1 bis N bezeichnet. Die ersten und zweiten Detektionsschaltungsgruppen sind jeweils durch mehrere in Klammern gesetzte Zahlen von mehreren Detektionsschaltungen dargestellt, die in dieser Gruppe enthalten sind. Zum Beispiel sind erste und zweite Detektionsschaltungsgruppen, die jeweils aus drei Detektionsschaltungen mit den Nummern 1, 2 und 3 bestehen, jeweils durch (1, 2, 3) dargestellt. Eine zweite Detektionsschaltungsgruppe, die aus zwei Detektionsschaltungen mit den Nummern 1 und 2 besteht, ist durch (1, 2) dargestellt.
[Wenn N gleich vier]
Aufgrund von Anforderung 1 ist der Mindestwert von N vier. Zunächst wird der Fall N gleich vier betrachtet. Aufgrund der Anforderungen 2 bis 4 ist dann, wenn N gleich vier ist, der einzige mögliche Wert von M drei, der einzige mögliche Wert von G vier und der einzige mögliche Wert von m zwei. In einem solchen Fall ist der einzige Wert von g, der die Anforderungen 5 und 6 erfüllt, drei und der einzige Wert von g, der die Anforderungen 5A und 6A erfüllt, ebenfalls drei.

Um die Anforderungen 1 bis 4, 5A und 6A mit N gleich vier, M gleich drei, G gleich vier, m gleich zwei und g gleich 3 zu erfüllen, stellen sich mögliche Kombinationen von Detektionsschaltungen in jeder der ersten und zweiten Detektionsschaltungsgruppen wie in Tabelle 2 unten dar. [Tabelle 2]

Erste Detektionsschaltungsgruppe	Zweite Detektionsschaltungsgruppe
(1, 2, 3)	(1, 2), (2, 3), (3, 1)
(2, 3, 4)	(2, 3), (3, 4), (4, 2)
(3, 4, 1)	(3, 4), (4, 1), (1, 3)
(4, 1, 2)	(4, 1), (1, 2), (2, 4)

Der Drehfeldsensor 1, der in 3 und 4 gezeigt ist, ist gemäß dem Beispiel von Tabelle 2 angeordnet.
[Wenn N gleich fünf]
Als nächstes wird der Fall N gleich 5 betrachtet. Aufgrund von Anforderung 2 sind dann, wenn N gleich fünf ist, mögliche Werte von M drei und vier.
[Wenn N gleich fünf und M gleich drei]
Aufgrund von Anforderungen 3 und 4 liegen dann, wenn N gleich fünf und M gleich drei ist, mögliche Werte von G zwischen drei und zehn (jeweils einschließlich). Der einzig mögliche Wert von m ist zwei. In solch einem Fall ist der einzige Wert von g, der die Anforderungen 5 und 6 erfüllt, drei und der einzige Wert von g, der die Anforderungen 5A und 6A erfüllt, ebenfalls drei.
[Wenn N gleich fünf und M gleich vier]
Aufgrund von Anforderung 3 ist dann, wenn N fünf und M vier ist, der einzig mögliche Wert von G fünf. In einem solchen Fall sind aufgrund von Anforderung 4 mögliche Werte von m zwei und drei.
Wenn N gleich fünf, M gleich vier ist und m gleich zwei ist, liegen die Werte von g, die die Anforderungen 5 und 6 erfüllen, zwischen zwei und sechs (jeweils einschließlich) und die Werte von g, die die Anforderungen 5A und 6A erfüllen, zwischen vier bis sechs (jeweils einschließlich).
Wenn N gleich fünf, M gleich vier und m gleich drei ist, ist der einzige Wert von g, der die Anforderungen 5 und 6 erfüllt, vier und der einzige Wert von g, der die Anforderungen 5A und 6A erfüllt, ebenfalls vier.

Um die Anforderungen 1 bis 4, 5A und 6A mit N gleich fünf, M gleich vier, G gleich fünf, m gleich drei und g gleich vier zu erfüllen, stellen sich mögliche Kombinationen von Detektionsschaltungen, die jeweils die ersten und die zweiten Detektionsschaltungsgruppen bilden, wie in Tabelle 3 unten dar. [Tabelle 3]

Erste Detektionsschaltungsgruppe	Zweite Detektionsschaltungsgruppe
(1, 2, 3, 4)	(1, 2, 3), (2, 3, 4), (3, 4, 1), (4, 1, 2)
(2, 3, 4, 5)	(2, 3, 4), (3, 4, 5), (4, 5, 2), (5, 2, 3)
(3, 4, 5, 1)	(3, 4, 5), (4, 5, 1), (5, 1, 3), (1, 3, 4)
(4, 5, 1, 2)	(4, 5, 1), (5, 1, 2), (1, 2, 4), (2, 4, 5)
(5, 1, 2, 3)	(5, 1, 2), (1, 2, 3), (2, 3, 5), (3, 5, 1)

Wie aus den oben beschriebenen spezifischen Beispielen ersichtlich ist, variieren mögliche Werte von M, G, m und g und die Kombinationen von Detektionsschaltungen, die jeweils die ersten und die zweiten Detektionsschaltungsgruppen bilden, in Abhängigkeit von dem Wert von N. Wenn N größer oder gleich sechs ist, unterscheiden sich die Kombinationen von Detektionsschaltungen, die die zweiten Detektionsschaltungsgruppen bilden, stark dazwischen, ob die Anforderungen 1 bis 6 erfüllt werden oder ob die Anforderungen 1 bis 4, 5A und 6A erfüllt werden. In dieser Hinsicht ist nachstehend eine Beschreibung anhand eines Falles gegeben, indem N beispielsweise gleich neun ist.
[Wenn N gleich neun]
Aufgrund von Anforderung 2 sind dann, wenn N gleich neun ist, mögliche Werte von M drei bis acht. Sechs Beispiele von zweiten Detektionsschaltungsgruppen, wenn N gleich neun ist, sind nachstehend als Beispiele 1 bis 6 aufgelistet.
[Wenn N gleich neun und M gleich sechs]
Aufgrund von Anforderung 3 liegen dann, wenn N gleich neun und M gleich sechs ist, mögliche Werte von G zwischen 3 und 84 (jeweils einschließlich). Ist G gleich drei, ist eine der drei ersten Detektionsschaltungsgruppen, die gebildet werden, die erste Detektionsschaltungsgruppe (1, 2, 3, 4, 5, 6). In diesem Fall liegen aufgrund von Anforderung 4 mögliche Werte von m zwischen zwei und fünf (jeweils einschließlich). Wenn m gleich zwei ist, liegen die Werte von g, die die Anforderungen 5 und 6 erfüllen, zwischen 3 und 15 (jeweils einschließlich), und die Werte von g, die die Anforderungen 5A und 6A erfüllen, zwischen 6 und 15 (jeweils einschließlich). Für den Fall, in dem g gleich drei ist und die Anforderungen 1 bis 6 erfüllt sind, ist ein Beispiel der drei zweiten Detektionsschaltungsgruppen, die in der ersten Detektionsschaltungsgruppe (1, 2, 3, 4, 5, 6) gebildet werden, das folgende Beispiel 1.
Beispiel 1: (1, 2), (3, 4) und (5, 6)
Für den Fall, in dem g gleich sechs und Anforderungen 1 bis 4, 5A und 6A erfüllt sind, ist ein Beispiel der sechs zweiten Detektionsschaltungsgruppen, die in der ersten Detektionsschaltungsgruppe (1, 2, 3, 4, 5, 6) gebildet werden, das folgende Beispiel 2.
Beispiel 2: (1, 2), (2, 3), (3, 4), (4, 5), (5, 6) und (6, 1)
[Wenn N gleich neun und M gleich sieben]
Aufgrund von Anforderung 3 liegen dann, wenn N gleich neun und M gleich sieben ist, mögliche Werte von G zwischen 5 und 36 (jeweils einschließlich). Ist G gleich fünf, ist eine der fünf ersten Detektionsschaltungsgruppen, die gebildet werden, die erste Detektionsschaltungsgruppe (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7). In diesem Fall liegen aufgrund von Anforderung 4 mögliche Werte von m zwischen zwei und sechs (jeweils einschließlich). Wenn m gleich drei ist, liegen die Werte von g, die die Anforderungen 5 und 6 erfüllen, zwischen 3 und 35 (jeweils einschließlich), und die Werte von g, die die Anforderungen 5A und 6A erfüllen, zwischen 7 und 35 (jeweils einschließlich). Für den Fall, in dem g gleich drei ist und die Anforderungen 1 bis 6 erfüllt sind, ist ein Beispiel der drei zweiten Detektionsschaltungsgruppen, die in der ersten Detektionsschaltungsgruppe (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7) gebildet werden, das folgende Beispiel 3.
Beispiel 3: (1, 2, 3), (4, 5, 6) und (7, 1, 2)
Für den Fall, in dem g gleich sieben ist und die Anforderungen 1 bis 4, 5A und 6A erfüllt sind, ist ein Beispiel der sieben zweiten Detektionsschaltungsgruppen, die in der ersten Detektionsschaltungsgruppe (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7) gebildet werden, das folgende Beispiel 4.
Beispiel 4: (1, 2, 3), (2, 3, 4), (3, 4, 5), (4, 5, 6), (5, 6, 7), (6, 7, 1) und (7, 1, 2)
[Wenn N gleich neun und M gleich acht]
Aufgrund von Anforderung 3 ist dann, wenn N gleich neun und M gleich acht ist, der einzig mögliche Wert von G neun. Wenn G gleich neun ist, ist eine der neun ersten Detektionsschaltungsgruppen, die gebildet werden, die erste Detektionsschaltungsgruppe (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8). In diesem Fall liegen aufgrund von Anforderung 4 mögliche Werte von m zwischen zwei und sieben (jeweils einschließlich). Wenn m gleich vier ist, liegen die Werte von g, die die Anforderungen 5 und 6 erfüllen, zwischen 2 und 70 (jeweils einschließlich) und die Werte von g, die die Anforderungen 5A und 6A erfüllen, zwischen 8 und 70 (jeweils einschließlich). Für den Fall, dass g gleich zwei ist und die Anforderungen 1 bis 6 erfüllt sind, ist ein Beispiel der zwei zweiten Detektionsschaltungsgruppen, die in der ersten Detektionsschaltungsgruppe (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8) gebildet werden, das folgende Beispiel 5.
Beispiel 5: (1, 2, 3, 4) und (5, 6, 7, 8)
Für den Fall, in dem g gleich acht ist und die Anforderungen 1 bis 4, 5A und 6A erfüllt sind, ist ein Beispiel für die acht zweiten Detektionsschaltungsgruppen, die in der ersten Detektionsschaltungsgruppe (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8) gebildet werden, das folgende Beispiel 6.
Beispiel 6: (1, 2, 3, 4), (2, 3, 4, 5), (3, 4, 5, 6), (4, 5, 6, 7), (5, 6, 7, 8), (6, 7, 8, 1), (7, 8, 1, 2) und (8, 1, 2, 3)
Gemäß dem Drehfeldsensor 1 und dem Winkelbestimmungsverfahren der ersten Ausführungsform gibt es selbst dann, wenn eine der N Detektionsschaltungen ausfällt, mindestens eine erste Detektionsschaltungsgruppe, zu der die ausgefallene Detektionsschaltung nicht gehört. Die mindestens eine erste Detektionsschaltungsgruppe, zu der die ausgefallene Detektionsschaltung nicht gehört, ist unterscheidbar, weil alle g Winkelwerte, die den g zweiten Detektionsschaltungsgruppen entsprechen, die zu dieser gehören, innerhalb eines Winkelbereichs mit einer vorbestimmten Breite liegen. Durch Verwendung einer derartigen Eigenschaft werden in der ersten Ausführungsform eine oder mehrere normale erste Detektionsschaltungsgruppen extrahiert, um den Winkeldetektionswert θs auf der Grundlage von mindestens einem aller Winkelwerte, die allen zweiten Detektionsschaltungsgruppen entsprechen, die zu der einen oder den mehreren normalen ersten Detektionsschaltungsgruppen gehören, zu bestimmen. Gemäß der ersten Ausführungsform kann ein korrekter Winkeldetektionswert θs somit selbst dann ausgegeben werden, wenn eine der Detektionsschaltungen ausfällt.
Ferner ermöglicht es der Drehfeldsensor 1 gemäß der ersten Ausführungsform, in dem Fall eines Ausfalls einer der N Detektionsschaltungen die ausgefallene Detektionsschaltung unter Verwendung der Ausfalldetektionseinheit 80 zu identifizieren. In ähnlicher Weise ermöglicht es das Winkelbestimmungsverfahren gemäß der ersten Ausführungsform, in dem Fall eines Ausfalls einer der N Detektionsschaltungen, die ausgefallene Detektionsschaltung in dem dritten Schritt S103 zu identifizieren.
Eine ausgefallene Detektionsschaltung erzeugt ein Ausgangssignal, das anders als das ist, bei dem die Detektionsschaltung normal ist. Ein Verfahren zum Detektieren eines Ausfalls einer Detektionsschaltung durch Überwachen des Ausgangssignals von dieser kann den Ausfall der Detektionsschaltung nicht mit hoher Empfindlichkeit detektieren. Genauer gesagt ist es schwierig, durch ein derartiges Verfahren einen Ausfall einer Detektionsschaltung von der Art zu detektieren, bei der das Ausgangssignal der Detektionsschaltung um einen relativ kleinen Betrag von einem vorbestimmten Normalwert abweicht.
Gemäß der ersten Ausführungsform wird dagegen eine ausgefallene Detektionsschaltung auf der Grundlage von mehreren Winkelwerten, die jeweils aus den Ausgangssignalen der m Detektionsschaltungen berechnet werden, identifiziert. Selbst in dem Fall eines Ausfalls einer Detektionsschaltung von der Art, bei der das Ausgangssignal der Detektionsschaltung um einen relativ kleinen Betrag von einem vorbestimmten Normalwert abweicht, ändern sich die Winkelwerte in einer relativ erkennbaren Weise im Vergleich zu einer normalen Zeit. Die erste Ausführungsform kann somit einen Ausfall einer Detektionsschaltung mit höherer Empfindlichkeit als das Verfahren zum Detektieren eines Ausfalls einer Detektionsschaltung durch Überwachen von deren Ausgangssignal detektieren.
[Zweite Ausführungsform]
Ein Drehfeldsensor gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ist nun unter Bezugnahme auf 10 beschrieben. 10 ist ein Schaltungsdiagramm, das die Anordnung eines Abschnitts des Drehfeldsensors gemäß der zweiten Ausführungsform darstellt. In der zweiten Ausführungsform umfasst die erste Detektionsschaltung 10 eine Halbbrückenschaltung 16 anstelle der Wheatstone-Brückenschaltung 14 und des Differenzdetektors 15. Die Halbbrückenschaltung 16 umfasst ein Paar in Reihe geschalteter magnetoresistiver Elemente R111 und R112. Ein Ende des MR-Elementes R111, das weiter von dem MR-Element R112 weg ist, ist mit dem Stromversorgungsanschluss V1 verbunden. Ein Ende des MR-Elementes R112, das weiter von dem MR-Element R111 weg ist, ist mit dem Masseanschluss G1 verbunden. Das erste Ausgangssignal S1 wird von einem Verbindungspunkt J1 zwischen dem MR-Element R111 und dem MR-Element R112 ausgegeben.
Die zweite Detektionsschaltung 20 umfasst eine Halbbrückenschaltung 26 anstelle der Wheatstone-Brückenschaltung 24 und des Differenzdetektors 25. Die Halbbrückenschaltung 26 umfasst ein Paar in Reihe geschalteter magnetoresistiver Elemente R121 und R122. Ein Ende des MR-Elementes R121, das weiter von dem MR-Element R122 weg ist, ist mit dem Stromversorgungsanschluss V2 verbunden. Ein Ende des MR-Elementes R122, das weiter von dem MR-Element R121 weg ist, ist mit dem Masseanschluss G2 verbunden. Das zweite Ausgangssignal S2 wird von einem Verbindungspunkt J2 zwischen dem MR-Element R121 und dem MR-Element R122 ausgegeben.
Die dritte Detektionsschaltung 30 umfasst eine Halbbrückenschaltung 36 anstelle der Wheatstone-Brückenschaltung 34 und des Differenzdetektors 35. Die Halbbrückenschaltung 36 umfasst ein Paar in Reihe geschalteter magnetoresistiver Elemente R131 und R132. Ein Ende des MR-Elementes R131, das weiter von dem MR-Element R132 weg ist, ist mit dem Stromversorgungsanschluss V3 verbunden. Ein Ende des MR-Elementes R132, das weiter von dem MR-Element R131 weg ist, ist mit dem Masseanschluss G3 verbunden. Das dritte Ausgangssignal S3 wird von einem Verbindungspunkt J3 zwischen dem MR-Element R131 und dem MR-Element R132 ausgegeben.
Die vierte Detektionsschaltung 40 umfasst eine Halbbrückenschaltung 46 anstelle der Wheatstone-Brückenschaltung 44 und des Differenzdetektors 45. Die Halbbrückenschaltung 46 umfasst ein Paar in Reihe geschalteter magnetoresistiver Elemente R141 und R142. Ein Ende des MR-Elementes R141, das weiter von dem MR-Element R142 weg ist, ist mit dem Stromversorgungsanschluss V4 verbunden. Ein Ende des MR-Elementes R142, das weiter von dem MR-Element R141 weg ist, ist mit dem Masseanschluss G4 verbunden. Das vierte Ausgangssignal S4 wird von einem Verbindungspunkt J4 zwischen dem MR-Element R141 und dem MR-Element R142 ausgegeben.
Die MR-Elemente R111, R112, R121, R122, R131, R132, R141 und R142 sind in der gleichen Weise wie die MR-Elemente R11, R12, R21, R22, R31, R32, R41 und R42 der ersten Ausführungsform angeordnet. Genauer gesagt ist in der ersten Detektionsschaltung 10 die Magnetisierungsrichtung der fixierten Magnetisierungsschicht des MR-Elementes R111 die gleiche wie die erste Richtung D1 (die –X-Richtung), die in 2 gezeigt ist und in dem Abschnitt der ersten Ausführungsform beschrieben ist, und die Magnetisierungsrichtung der fixierten Magnetisierungsschicht des MR-Elementes R112 ist entgegengesetzt zu der der fixierten Magnetisierungsschicht des MR-Elementes R111. In diesem Fall variiert das Potential an dem Verbindungspunkt J1 abhängig von dem relativen Winkel zwischen der Richtung DM des rotierenden Magnetfeldes MF und der ersten Richtung D1.
In der zweiten Detektionsschaltung 20 ist die Magnetisierungsrichtung der fixierten Magnetisierungsschichte des MR-Elementes R121 die gleiche wie die zweite Richtung D2, die in 2 gezeigt ist und in dem Abschnitt der ersten Ausführungsform beschrieben ist, und die Magnetisierungsrichtung der fixierten Magnetisierungsschicht des MR-Elementes R122 ist entgegengesetzt zu der der fixierten Magnetisierungsschicht des MR-Elementes R121. In diesem Fall variiert das Potential an dem Verbindungspunkt J2 abhängig von dem relativen Winkel zwischen der Richtung DM des rotierenden Magnetfeldes MF und der zweiten Richtung D2.
In der dritten Detektionsschaltung 30 ist die Magnetisierungsrichtung der fixierten Magnetisierungsschicht des MR-Elementes R131 die gleiche wie die dritte Richtung D3 (die –Y-Richtung), die in 2 gezeigt ist und in dem Abschnitt der ersten Ausführungsform beschrieben ist, und die Magnetisierungsrichtung der fixierten Magnetisierungsschicht des MR-Elementes R132 ist entgegengesetzt zu der der fixierten Magnetisierungsschicht des MR-Elementes R131. In diesem Fall variiert das Potential an dem Verbindungspunkt J3 abhängig von dem relativen Winkel zwischen der Richtung DM des rotierenden Magnetfeldes MF und der dritten Richtung D3.
In der vierten Detektionsschaltung 40 ist die Magnetisierungsrichtung der fixierten Magnetisierungsschicht des MR-Elementes R141 gleich der vierten Richtung D4, die in 2 gezeigt ist und in dem Abschnitt der ersten Ausführungsform beschrieben ist, und die Magnetisierungsrichtung der fixierten Magnetisierungsschicht des MR-Elementes R142 ist entgegengesetzt zu der der fixierten Magnetisierungsschicht des MR-Elementes R141. In diesem Fall variiert das Potential an dem Verbindungspunkt J4 abhängig von dem relativen Winkel zwischen der Richtung DM des rotierenden Magnetfeldes MF und der vierten Richtung D4.
In der zweiten Ausführungsform sind die beiden Eingänge der ersten Winkelberechnungsschaltung 61, die in 4 gezeigt und in dem Abschnitt der ersten Ausführungsform beschrieben ist, mit dem Verbindungspunkt J1 der ersten Detektionsschaltung 10 und dem Verbindungspunkt J2 der zweiten Detektionsschaltung 20 verbunden. Die beiden Eingänge der zweiten Winkelberechnungsschaltung 62 sind mit dem Verbindungspunkt J2 der zweiten verbundenen Detektionsschaltung 20 und dem Verbindungspunkt J3 der dritten Detektionsschaltung 30 verbunden. Die beiden Eingänge der dritten Winkelberechnungsschaltung 63 sind mit dem Verbindungspunkt J3 der dritten Detektionsschaltung 30 und dem Verbindungspunkt J4 der vierten Detektionsschaltung 40 verbunden. Die beiden Eingänge der vierten Winkelberechnungsschaltung 64 sind mit dem Verbindungspunkt J4 der vierten Detektionsschaltung 40 und dem Verbindungspunkt J1 der ersten Detektionsschaltung 10 verbunden. Die beiden Eingänge der fünften Winkelberechnungsschaltung 65 sind mit dem Verbindungspunkt J3 der dritten Detektionsschaltung 30 und dem Verbindungspunkt J1 der ersten Detektionsschaltung 10 verbunden. Die beiden Eingänge der sechsten Winkelberechnungsschaltung 66 sind mit dem Verbindungspunkt J4 der vierten Detektionsschaltung 40 und dem Verbindungspunkt J2 der zweiten Detektionsschaltung 20 verbunden.
Die restliche Anordnung, der Betrieb und die Effekte der zweiten Ausführungsform sind die gleichen wie diejenigen der ersten Ausführungsform.
[Dritte Ausführungsform]
Ein Drehfeldsensor gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung ist nun unter Bezugnahme auf 11 beschrieben. 11 ist ein Schaltungsdiagramm, das die Anordnung eines Abschnitts des Drehfeldsensors gemäß der dritten Ausführungsform darstellt. Der Drehfeldsensor 1 gemäß der dritten Ausführungsbeispiel umfasst zwei Wheatstone-Brückenschaltungen 5 und 6 anstelle der Wheatstone-Brückenschaltungen 14, 24, 34 und 44 der ersten Ausführungsform. Der Drehfeldsensor 1 umfasst ferner Stromversorgungsanschlüsse V5 und V6 und Masseanschlüsse G5 und G6.
Die Wheatstone-Brückenschaltung 5 umfasst ein erstes Paar in Reihe geschalteter magnetoresistiver Elemente R51 und R52 und ein zweites Paar in Reihe geschalteter magnetoresistiver Elementen R53 und R54. Ein Ende des MR-Elements R51, das weiter von dem MR-Element R52 weg ist, ist mit einem Ende des MR-Elements R53, das weiter von dem MR-Element R54 weg ist, und mit dem Stromversorgungsanschluss V5 verbunden. Ein Ende des MR-Elements R52, das weiter von dem MR-Element R51 weg ist, ist mit einem Ende des MR-Elements R54, das weiter von dem MR-Element R53 weg ist, und mit dem Masseanschluss G5 verbunden. Eine vorbestimmte Spannung wird zwischen dem Stromversorgungsanschluss V5 und dem Masseanschluss G5 angelegt. Als Ergebnis wird eine vorbestimmte Spannung zwischen dem Ende des MR-Elementes R51 und dem Ende des MR-Elements R52, die weiter voneinander weg sind, und zwischen dem Ende des MR-Elementes R53 und dem Ende des MR-Elements R54, die weiter voneinander weg sind, angelegt.
Die Wheatstone-Brückenschaltung 6 umfasst ein erstes Paar in Reihe geschalteter magnetoresistiver Elemente R61 und R62 und ein zweites Paar in Reihe geschalteter magnetoresistiver Elemente R63 und R64. Ein Ende des MR-Elements R61, das weiter von dem MR-Element R62 weg ist, ist mit einem Ende des MR-Elements R63, das weiter von dem MR-Element R64 weg ist, und mit dem Stromversorgungsanschluss V6 verbunden. Ein Ende des MR-Elements R62, das weiter von dem MR-Element R61 weg ist, ist mit einem Ende des MR-Elements R64, das weiter von dem MR-Element R63 weg ist, und mit dem Masseanschluss G6 verbunden. Eine vorbestimmte Spannung wird zwischen dem Stromversorgungsanschluss V6 und dem Masseanschluss G6 angelegt. Als Ergebnis wird eine vorbestimmte Spannung zwischen dem Ende des MR-Elementes R61 und dem Ende des MR-Elements R62, die weiter voneinander weg sind, und zwischen dem Ende des MR-Elementes R63 und dem Ende des MR-Elements R64, die weiter voneinander weg sind, angelegt.
In der dritten Ausführungsform besteht die erste Detektionsschaltung 10 aus den MR-Elementen R51 und R52. Die zweite Detektionsschaltung 20 besteht aus den MR-Elementen R53 und R54. Die dritte Detektionsschaltung 30 besteht aus den MR-Elementen R61 und R62. Die vierte Detektionsschaltung 40 besteht aus den MR-Elementen R63 und R64. Das erste Ausgangssignal S1 wird von einem Verbindungspunkt J51 zwischen dem MR-Element R51 und dem MR-Element R52 ausgegeben. Das zweite Ausgangssignal S2 wird von einem Verbindungspunkt J52 zwischen dem MR-Element R53 und dem MR-Element R54 ausgegeben. Das dritte Ausgangssignal S3 wird von einem Verbindungspunkt J61 zwischen dem MR-Element R61 und dem MR-Element R62 ausgegeben. Das vierte Ausgangssignal S4 von einem Verbindungspunkt J62 zwischen dem MR-Element R63 und dem MR-Element R64 ausgegeben.
Die MR-Elemente R51, R52, R53, R54, R61, R62, R63 und R64 sind in der gleichen Weise wie die MR-Elemente R11, R12, R21, R22, R31, R32, R41 und R42 der ersten Ausführungsform angeordnet. Genauer gesagt ist in der ersten Detektionsschaltung 10 die Magnetisierungsrichtung der fixierten Magnetisierungsschicht des MR-Elements R51 die gleiche wie die erste Richtung D1 (die –X-Richtung), die in 2 gezeigt ist und in dem Abschnitt der ersten Ausführungsform beschrieben ist, und die Magnetisierungsrichtung der fixierten Magnetisierungsschicht des MR-Elements R52 ist entgegengesetzt zu der der fixierten Magnetisierungsschicht des MR-Elements R51. In diesem Fall variiert das Potential an dem Verbindungspunkt J51 in Abhängigkeit von dem relativen Winkel zwischen der Richtung DM des rotierenden Magnetfeldes MF und der ersten Richtung D1.
In der zweiten Detektionsschaltung 20 ist die Magnetisierungsrichtung der fixierten Magnetisierungsschicht des MR-Elementes R53 gleich der zweiten Richtung D2, die in 2 gezeigt ist und in dem Abschnitt der ersten Ausführungsform beschrieben ist, und die Magnetisierungsrichtung der fixierten Magnetisierungsschicht des MR-Elements R54 ist entgegengesetzt zu der der fixierten Magnetisierungsschicht des MR-Elements R53. In diesem Fall variiert das Potential an dem Verbindungspunkt J52 in Abhängigkeit von dem relativen Winkel zwischen der Richtung DM des rotierenden Magnetfeldes MF und der zweiten Richtung D2.
In der dritten Detektionsschaltung 30 ist die Magnetisierungsrichtung der fixierten Magnetisierungsschicht des MR-Elements R61 die gleiche wie die dritte Richtung D3 (die –Y-Richtung), die in 2 gezeigt ist und in dem Abschnitt der ersten Ausführungsform beschrieben ist, und die Magnetisierungsrichtung der fixierten Magnetisierungsschicht des MR-Elements R62 ist entgegengesetzt zu der der fixierten Magnetisierungsschicht des MR-Elements R61. In diesem Fall variiert das Potential an dem Verbindungspunkt J61 in Abhängigkeit von dem relativen Winkel zwischen der Richtung DM des rotierenden Magnetfeldes MF und der dritten Richtung D3.
In der vierten Detektionsschaltung 40 ist die Magnetisierungsrichtung der fixierten Magnetisierungsschicht des MR-Elements R63 die gleiche wie die vierte Richtung D4, die in 2 gezeigt ist und in dem Abschnitt der ersten Ausführungsform beschrieben ist, und die Magnetisierungsrichtung der fixierten Magnetisierungsschicht des MR-Elements R64 ist entgegengesetzt zu der der fixierten Magnetisierungsschicht des MR-Elements R63. In diesem Fall variiert das Potential an dem Verbindungspunkt J62 in Abhängigkeit von dem relativen Winkel zwischen der Richtung DM des rotierenden Magnetfeldes MF und der vierten Richtung D4.
In der dritten Ausführungsform sind die beiden Eingänge der ersten Winkelberechnungsschaltung 61, die in 4 gezeigt ist und in dem Abschnitt der ersten Ausführungsform beschrieben ist, mit den Verbindungspunkten J51 und J52 der Wheatstone-Brückenschaltung 5 verbunden. Die beiden Eingänge der zweiten Winkelberechnungsschaltung 62 sind mit dem Verbindungspunkt J52 der Wheatstone-Brückenschaltung 5 und dem Verbindungspunkt J61 der Wheatstone-Brückenschaltung 6 verbunden. Die beiden Eingänge der dritten Winkelberechnungsschaltung 63 sind mit den Verbindungspunkten J61 und J62 der Wheatstone-Brückenschaltung 6 verbunden. Die beiden Eingänge der vierten Winkelberechnungsschaltung 64 sind mit dem Verbindungspunkt J62 der Wheatstone-Brückenschaltung 6 und dem Verbindungspunkt J51 der Wheatstone-Brückenschaltung 5 verbunden. Die beiden Eingänge der fünften Winkelberechnungsschaltung 65 sind mit dem Verbindungspunkt J61 der Wheatstone-Brückenschaltung 6 und dem Verbindungspunkt J51 der Wheatstone-Brückenschaltung 5 verbunden. Die beiden Eingänge der sechsten Winkelberechnungsschaltung 66 sind mit dem Verbindungspunkt J62 der Wheatstone-Brückenschaltung 6 und dem Verbindungspunkt J52 der Wheatstone-Brückenschaltung 5 verbunden.
Die restliche Anordnung, der Betrieb und die Effekte der dritten Ausführungsform sind die gleichen wie diejenigen der ersten Ausführungsform.
[Vierte Ausführungsform]
Ein Drehfeldsensor gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung ist nun unter Bezugnahme auf 12 beschrieben. 12 ist ein erläuterndes Diagramm, das die Anordnung des Drehfeldsensors gemäß der vierten Ausführungsform darstellt. In 12 ist ein Magnet 102, der ein oder mehrere Paare von N- und S-Polen umfasst, die abwechselnd in einer Ringform angeordnet sind, als ein Beispiel von Mitteln zum Erzeugen eines rotierenden Magnetfeldes, dessen Richtung sich dreht, gezeigt. In dem Beispiel von 12 umfasst der Magnet 102 zwei Paare von N- und S-Polen. Der Drehfeldsensor 1 gemäß der vierten Ausführungsform ist dazu ausgelegt, die Richtung des rotierenden Magnetfeldes zu detektieren, das von dem äußeren Umfang des Magneten 102 erzeugt wird. In dem in 12 gezeigten Beispiel ist die Ebene der Zeichnung von 12 eine XY-Ebene und eine Richtung senkrecht zu der Ebene ist die Z-Richtung. Die N- und S-Pole des Magneten 102 sind symmetrisch in Bezug auf die Drehungsmitte, die parallel zur Z-Richtung ist, angeordnet. Der Magnet 102 dreht sich um die Drehungsmitte. Als Ergebnis tritt ein rotierendes Magnetfeld auf der Grundlage des Magnetfeldes, das von dem Magneten 102 erzeugt wird, auf. Das rotierende Magnetfeld dreht sich um die Drehungsmitte (Z-Richtung). In dem Beispiel, das in 12 gezeigt ist, dreht sich der Magnet 102 im Uhrzeigersinn und das rotierende Magnetfeld dreht sich im Gegenuhrzeigersinn.
In der vierten Ausführungsform sind die erste Position P1, an der die erste Detektionsschaltung 10 das rotierende Magnetfeld detektiert, die zweite Position P2, an der die zweite Detektionsschaltung 20 das rotierende Magnetfeld detektiert, die dritte Position P3, an der die dritte Detektionsschaltung 30 das rotierende Magnetfeld detektiert, und die vierten Position P4, an der die vierte Detektionsschaltung 40 das rotierende Magnetfeld detektiert, in der Drehrichtung des Magneten 102 gleich. Somit sind in der vierten Ausführungsform die erste bis vierte Detektionsschaltung 10, 20, 30 und 40 in der gleichen Position in der Drehrichtung des Magneten 102 angeordnet.
In dem Beispiel, das in 12 gezeigt ist, ist die erste Richtung D1, die eine Richtung des rotierenden Magnetfeldes ist, die das erste von der ersten Detektionsschaltung 10 erzeugte Ausgangssignal S1 maximiert, in einer radialen Richtung des Magneten 102 festgelegt. Die zweite Richtung D2, die eine Richtung der rotierenden Magnetfeldes ist, die das durch die zweite Detektionsschaltung 20 erzeugte zweite Ausgangssignal S2 maximiert, ist die Richtung, die in der XY-Ebene von der ersten Richtung D1 um θ2 entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht ist. Die dritte Richtung D3, die eine Richtung des rotierenden Magnetfeldes ist, die das von der dritten Detektionsschaltung 30 erzeugte dritte Ausgangssignal S3 maximiert, ist die Richtung, die in der XY-Ebene von der ersten Richtung D1 um θ3 entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht ist. Die vierte Richtung D4, die eine Richtung des rotierenden Magnetfeldes ist, die das durch die vierte Detektionsschaltung 40 erzeugte vierte Ausgangssignal S4 maximiert, ist die Richtung, die in der XY-Ebene von der ersten Richtung D1 um θ4 entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht ist. In der vierten Ausführungsform sind θ2, θ3 und θ4 speziell 45°, 90° und 135°.
Die Drehfeldsensor 1, der in 12 gezeigt ist, ist ansonsten in der gleichen Weise wie jede der ersten bis dritten Ausführungsform angeordnet.
[Abwandlungsbeispiel]
Eine Abwandlung der vierten Ausführungsform ist nun unter Bezugnahme auf 13 beschrieben. 13 ist ein erläuterndes Diagramm, das die Anordnung eines Drehfeldsensors gemäß des Abwandlungsbeispiels der vierten Ausführungsform darstellt. In 13 ist ein Magnet 103, der mehrere Paare von N- und S-Polen umfasst, die in einer linearen Anordnung abwechselnd angeordnet sind, als ein Beispiel von Mitteln zum Erzeugen eines rotierenden Magnetfeldes, dessen Richtung sich dreht, gezeigt. Der Drehfeldsensor 1 des Abwandlungsbeispiels ist dazu ausgelegt, die Richtung des rotierenden Magnetfeldes zu detektieren, das von dem äußeren Umfang des Magneten 103 erzeugt wird. In dem in 13 gezeigten Beispiel ist die Ebene der Zeichnung von 13 die XY-Ebene und eine Richtung senkrecht zu der Ebene ist die Z-Richtung. Der Magnet 103 bewegt sich als Antwort auf eine lineare Bewegung eines Objekts linear in seiner Längsrichtung. Als Ergebnis tritt ein rotierendes Magnetfeld auf der Grundlage des Magnetfeldes aus, das von dem Magneten 103 erzeugt wird. Das rotierende Magnetfeld dreht sich um die Z-Richtung.
In dem Beispiel, das in 13 gezeigt ist, ist die erste Richtung D1 in einer Richtung senkrecht zu der Richtung der Bewegung des Magneten 103 in der XY-Ebene festgelegt. Die zweite Richtung D2 ist die Richtung, die von der ersten Richtung D1 um θ2, d. h., 45°, gegen den Uhrzeigersinn in der XY-Ebene gedreht ist. Die dritte Richtung D3 ist die Richtung, die von der ersten Richtung D1 um θ3, d. h., 90°, gegen den Uhrzeigersinn in der XY-Ebene gedreht ist. Die vierte Richtung D4 ist die Richtung, die von der ersten Richtung D1 um θ4, d. h., 135°, gegen den Uhrzeigersinn in der XY-Ebene gedreht ist. Der Drehfeldsensor 1 in 13 ist ansonsten in der gleichen Weise wie der in 12 gezeigte Drehfeldsensor 1 ausgebildet.
Aus Gründen der Zweckmäßigkeit sind die erste bis vierte Detektionsschaltung 10, 20, 30 und 40 in 12 und 13 so dargestellt, dass sie voneinander in der Y-Richtung beabstandet sind. Jedoch liegen die Positionen der ersten bis vierten Detektionsschaltung 10, 20, 30 und 40 in der Y-Richtung vorzugsweise nahe beieinander und sind vorzugsweise identisch miteinander.
Die restliche Anordnung, der Betrieb und die Effekte der vierten Ausführungsform sind die gleichen wie diejenigen von irgendeiner der ersten bis dritten Ausführungsform.
[Fünfte Ausführungsform]
Ein Drehfeldsensor gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung ist nun unter Bezugnahme auf 14 beschrieben. 14 ist ein erläuterndes Diagramm, das die Anordnung des Drehfeldsensors gemäß der fünften Ausführungsform darstellt. Der Drehfeldsensor 1 gemäß der fünften Ausführungsform ist dazu ausgelegt, die Richtung eines rotierenden Magnetfeldes, das von dem äußeren Umfang des Magneten 102 erzeugt wird, wie in dem Beispiel der in 12 gezeigten vierten Ausführungsform zu detektieren. In dem Drehfeldsensor 1 gemäß der fünften Ausführungsform sind die erste Position P1, an der die erste Detektionsschaltung 10 das rotierende Magnetfeld detektiert, die zweite Position P2, an der die zweite Detektionsschaltung 20 das rotierende Magnetfeld detektiert, die dritte Position P3, an der die dritte Detektionsschaltung 30 das rotierende Magnetfeld detektiert, und die vierte Position P4, an der die vierte Detektionsschaltung 40 das rotierende Magnetfeld detektiert, in der Drehrichtung des Magneten 102 voneinander verschieden. Genauer gesagt sind in der fünften Ausführungsform die erste bis vierte Detektionsschaltung 10, 20, 30 und 40 an verschiedenen Positionen in der Drehrichtung des Magneten 102 angeordnet.
In dem Beispiel, das in 14 gezeigt ist, umfasst der Magnet 102 zwei Paare von N- und S-Polen. Das rotierende Magnetfeld führt zwei Umdrehungen während einer Umdrehung des Magneten 102 aus. In diesem Fall ist eine Periode des ersten bis vierten Ausgangssignals S1 bis S4, d. h. ein elektrischer Winkel von 360°, äquivalent zu einer halben Drehung des Magneten 102, d. h. einem 180-Grad-Drehwinkel des Magneten 102. In 14 betragen die Differenz zwischen der ersten Position P1 und der zweiten Position P2, die Differenz zwischen der zweiten Position P2 und der dritten Position P3 und die Differenz zwischen der dritten Position P3 und der vierten Position P4 alle 45° in dem elektrischen Winkel, d. h. 22.5° in dem Drehwinkel des Magneten 102. Ferner beträgt die Differenz zwischen der ersten Position P1 und der dritten Position P3 90° in dem elektrischen Winkel, d. h. 45° in dem Drehwinkel des Magneten 102, und die Differenz zwischen der ersten Position P1 und der vierten Position P4 135° in dem elektrischen Winkel, d. h. 67.5° in dem Drehwinkel des Magneten 102.
In dem Beispiel, das in 14 gezeigt ist, sind die erste Richtung D1, die eine Richtung des rotierenden Magnetfeldes ist, die das erste von der ersten Detektionsschaltung 10 erzeugte Ausgangssignal S1 maximiert, die zweite Richtung D2, die eine Richtung des sich rotierenden Magnetfeldes ist, die das durch die zweite Detektionsschaltung 20 erzeugte zweite Ausgangssignal S2 maximiert, die dritte Richtung D3, die eine Richtung des sich rotierenden Magnetfeldes ist, die das von der dritten Detektionsschaltung 30 erzeugte dritte Ausgangssignal S3 maximiert, und die vierte Richtung D4, die eine Richtung des rotierenden Magnetfeldes ist, die das durch die Detektionsschaltung 40 erzeugte vierte Ausgangssignal S4 maximiert, alle in radialer Richtung des Magneten 102 festgelegt. Der in 14 gezeigte Drehfeldsensor 1 ist ansonsten in der gleichen Weise wie jede der ersten bis dritten Ausführungsform angeordnet.
[Abwandlungsbeispiel]
Ein Abwandlungsbeispiel der fünften Ausführungsform ist nun unter Bezugnahme auf 15 beschrieben. 15 ist ein erläuterndes Diagramm, das die Anordnung eines Drehfeldsensors gemäß dem Abwandlungsbeispiel der fünften Ausführungsform darstellt. Der Drehfeldsensor 1 des Abwandlungsbeispiels ist dazu ausgelegt, die Richtung eines rotierenden Magnetfeldes, das von dem äußeren Umfang des Magneten 103 erzeugt wird, wie in dem Beispiel der in 13 gezeigten vierten Ausführungsform zu detektieren. In dem Beispiel, das in 15 gezeigt ist, führt das rotierende Magnetfeld eine Umdrehung aus, während der Magnet 103 sich um eine Teilung, d. h. so viel wie ein Paar von N- und S-Polen, bewegt. In diesem Fall ist eine Periode des ersten bis vierten Ausgangssignals S1 bis S4, d. h. 360° im elektrischen Winkel, äquivalent zu einer Teilung des Magneten 103. In 15 beträgt die Differenz zwischen der ersten Position P1 und der zweiten Position P2, die Differenz zwischen der zweiten Position P2 und der dritten Position P3 und die Differenz zwischen der dritten Position P3 und der vierten Position P4 jeweils 1/8 einer Teilung. Ferner beträgt die Differenz zwischen der ersten Position P1 und der dritten Position P3 1/4 einer Teilung und die Differenz zwischen der ersten Position P1 und der vierten Position P4 3/8 einer Teilung.
In dem Beispiel, das in 15 gezeigt ist, sind die erste bis vierte Richtung D1 bis D4 alle in einer Richtung senkrecht zu der Richtung der Bewegung des Magneten 103 in der XY-Ebene festgelegt. Der Drehfeldsensor 1, der in 15 gezeigt ist, ist ansonsten in der gleichen Weise wie der in 14 gezeigte Drehfeldsensor 1 ausgebildet.
Die restliche Anordnung, der Betrieb und die Effekte der fünften Ausführungsform sind die gleichen wie diejenigen von jeder der ersten bis vierten Ausführungsform.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehenden Ausführungsformen beschränkt und verschiedene Abwandlungen können daran vorgenommen werden. Zum Beispiel dienen die Anordnung der ersten bis vierten Detektionsschaltung 10, 20, 30 und 40 und die erste bis vierte Richtung D1 bis D4 in den vorstehenden Ausführungsformen lediglich zur Veranschaulichung. Verschiedene Abwandlungen können an der Anordnung der ersten bis vierten Detektionsschaltung 10, 20, 30 und 40 und der ersten bis vierten Richtung D1 bis D4 innerhalb des Umfangs der in den Ansprüchen festgelegten Anforderungen vorgenommen werden.
In der zweiten bis fünften Ausführungsform können die erste bis vierte Detektionsschaltung 10, 20, 30 und 40 in dem Drehfeldsensor 1 durch N Detektionsschaltungen gemäß irgendeinem der bei der Erörterung der möglichen Werte von M, G, m und g in dem Abschnitt der ersten Ausführungsform aufgeführten Beispielen ersetzt werden.
Ferner sind die magnetischen Detektionselemente in der vorliegenden Erfindung nicht auf die Spinventil-MR-Elemente (GMR-Elemente oder TMR-Elemente) beschränkt, solange die Detektionsschaltungen einschließlich der magnetischen Detektionselemente Ausgangssignale als Antwort auf die Richtung DM des rotierenden Magnetfeldes MF erzeugen können. So können beispielsweise AMR-Elemente, Hall-Elemente, Fluxgate-Magnetsensoren und dergleichen als die magnetischen Detektionselemente verwendet werden.
Es ist offensichtlich, dass die vorliegende Erfindung im Lichte der vorstehenden Beschreibung in verschiedenen Formen und Abwandlungen ausgeführt werden kann. Dementsprechend kann die vorliegende Erfindung innerhalb des Umfangs der folgenden Ansprüche und Äquivalenten davon in anderen Formen als den vorangehenden am meisten bevorzugten Ausführungsformen ausgeführt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011081389 A1 [0003, 0004, 0005, 0007, 0009]

Claims

Drehfeldsensor zum Detektieren eines Winkels, den eine Richtung eines rotierenden Magnetfeldes in einer Referenzposition relativ zu einer Referenzrichtung bildet, wobei der Drehfeldsensor Folgendes umfasst N Detektionsschaltungen, wobei jede der N Detektionsschaltungen mindestens ein magnetisches Detektionselement umfasst und ein Ausgangssignal als Antwort auf die Richtung des rotierenden Magnetfeldes erzeugt; und eine Berechnungseinheit zum Durchführen einer Berechnung zum Bestimmen eines Winkeldetektionswerts, der von dem Drehfeldsensor unter Verwendung von N Ausgangssignalen der N Detektionsschaltungen ausgegeben werden soll, wobei der Winkeldetektionswert eine Entsprechungsbeziehung zu dem Winkel aufweist, den die Richtung des rotierenden Magnetfeldes in der Referenzposition relativ zu der Referenzrichtung bildet, wobei in der Berechnungseinheit G erste Detektionsschaltungsgruppen definiert sind und ferner g zweite Detektionsschaltungsgruppen in jeder der G ersten Detektionsschaltungsgruppen definiert sind, wobei jede der G ersten Detektionsschaltungsgruppen aus M Detektionsschaltungen besteht, die aus den N Detektionsschaltungen gewählt sind, wobei jede der g zweiten Detektionsschaltungsgruppen aus m Detektionsschaltungen besteht, die aus den M Detektionsschaltungen gewählt sind; N eine ganze Zahl ist, die nicht kleiner als vier ist, M eine ganze Zahl ist, die nicht kleiner als drei und nicht größer als (N – 1) ist, jede der N Detektionsschaltungen zu einer oder mehreren und nicht mehr als (G – 1) der G ersten Detektionsschaltungsgruppen gehört, m eine ganze Zahl ist, die nicht kleiner als zwei und nicht größer als (M – 1) ist, g eine ganze Zahl ist, die nicht kleiner als M/m und nicht größer als _MC_m ist, in jeder der G ersten Detektionsschaltungsgruppen jede der M Detektionsschaltungen zu einer oder mehreren und nicht mehr als (g – 1) der g zweiten Detektionsschaltungsgruppen gehört, und die Berechnungseinheit Folgendes umfasst: eine Winkelberechnungseinheit zum Berechnen eines Winkelwerts für jede der zweiten Detektionsschaltungsgruppen auf der Grundlage der m Ausgangssignale der m Detektionsschaltungen, wobei der Winkelwert eine Entsprechungsbeziehung mit dem Winkel aufweist, den die Richtung eines rotierenden Magnetfeldes in der Referenzposition relativ zu der Referenzrichtung bildet; und eine Winkelbestimmungseinheit, die dazu ausgelegt ist, eine oder mehrere normale erste Detektionsschaltungsgruppen aus den G ersten Detektionsschaltungsgruppen zu extrahieren, wobei jede der einen oder der mehreren normalen ersten Detektionsschaltungsgruppen eine erste Detektionsschaltungsgruppe von der Art ist, bei der alle g Winkelwerte, die den g zweiten Detektionsschaltungsgruppen entsprechen, die zu dieser gehören, innerhalb eines Winkelbereichs einer vorbestimmten Breite liegen, und den Winkeldetektionswert auf der Grundlage von mindestens einem aller Winkelwerte zu bestimmen, die allen zweiten Detektionsschaltungsgruppen entsprechen, die zu einer oder mehreren normalen ersten Detektionsschaltungsgruppen gehören.
Drehfeldsensor nach Anspruch 1, wobei g größer oder gleich M ist, in jeder der G ersten Detektionsschaltungsgruppen jede der M Detektionsschaltungen zu m oder mehr zweiten Detektionsschaltungsgruppen gehört, die Berechnungseinheit ferner eine Ausfalldetektionseinheit zum Identifizieren der ausgefallenen Detektionsschaltung in dem Fall eines Ausfalls einer der N Detektionsschaltungen umfasst, wobei die Ausfalldetektionseinheit zu Folgendem ausgelegt ist: Festlegen eines Winkelwertebereichs einer vorgegebenen Breite, in dem alle Winkelwerte enthalten sind, die allen zweiten Detektionsschaltungsgruppen entsprechen, die zu der einen oder den mehreren normalen ersten Detektionsschaltungsgruppen gehören, als einen normalen Winkelwertebereich; Extrahieren mehrerer anormaler erster Detektionsschaltungsgruppen mit Ausnahme der einen oder der mehreren normalen ersten Detektionsschaltungsgruppen aus den G ersten Detektionsschaltungsgruppen; Klassifizieren aller Winkelwerte, die allen zweiten Detektionsschaltungsgruppen entsprechen, die zu den mehreren anormalen ersten Detektionsschaltungsgruppen gehören, als normale Winkelwerte, die innerhalb des normalen Winkelwertebereichs liegen, und als anormale Winkelwerte, die außerhalb des normalen Winkelwertebereichs liegen; und Identifizieren einer Detektionsschaltung, die zu allen zweiten Detektionsschaltungsgruppen gehört, die allen anormalen Winkelwerten entsprechen, und nicht zu irgendeiner der zweiten Detektionsschaltungsgruppen gehört, die allen normalen Winkelwerten entsprechen, als die ausgefallene Detektionsschaltung.
Drehfeldsensor nach Anspruch 1 oder 2, wobei das mindestens eine magnetische Detektionselement mindestens ein magnetoresistives Element ist, das Folgendes umfasst: eine fixierte Magnetisierungsschicht, deren Magnetisierungsrichtung fixiert ist; eine freie Schicht, deren Magnetisierungsrichtung abhängig von der Richtung des rotierenden Magnetfeldes variiert; und eine nichtmagnetische Schicht, die zwischen der fixierten Magnetisierungsschicht und der freien Schicht angeordnet ist.
Winkelbestimmungsverfahren zum Bestimmen eines Winkeldetektionswerts unter Verwendung eines Drehfeldsensors, wobei der Winkeldetektionswert eine Entsprechungsbeziehung mit einem Winkel aufweist, den eine Richtung eines rotierenden Magnetfeldes in einer Referenzposition relativ zu einer Referenzrichtung bildet, wobei der Drehfeldsensor N Detektionsschaltungen umfasst und dazu ausgelegt ist, den Winkeldetektionswert auszugeben, wobei jede der N Detektionsschaltungen mindestens ein magnetisches Detektionselement umfasst und ein Ausgangssignal als Antwort auf die Richtung des rotierenden Magnetfeldes erzeugt, wobei G erste Detektionsschaltungsgruppen im Voraus definiert werden und ferner g zweite Detektionsschaltungsgruppen in jeder der G ersten Detektionsschaltungsgruppen im Voraus definiert werden, wobei jede der G ersten Detektionsschaltungsgruppen aus M Detektionsschaltungen besteht, die aus den N Detektionsschaltungen gewählt sind, wobei jede der g zweiten Detektionsschaltungsgruppen aus m Detektionsschaltungen besteht, die aus den M Detektionsschaltungen gewählt sind, N eine ganze Zahl ist, die nicht kleiner als vier ist, M eine ganze Zahl ist, die nicht kleiner als drei und nicht größer als (N – 1) ist, jede der N Detektionsschaltungen zu einer oder mehreren und nicht mehr als (G – 1) der G ersten Detektionsschaltungsgruppen gehört, m eine ganze Zahl ist, die nicht kleiner als zwei und nicht größer als (M – 1) ist, g eine ganze Zahl ist, die nicht kleiner als M/m und nicht größer als _MC_m ist, in jeder der G ersten Detektionsschaltungsgruppen jede der M Detektionsschaltungen zu einer oder mehreren und nicht mehr als (g – 1) der g zweiten Detektionsschaltungsgruppen gehört, wobei das Winkelbestimmungsverfahren den Winkeldetektionswert durch Durchführen einer Berechnung unter Verwendung von N Ausgangssignalen der N Detektionsschaltungen bestimmt und Folgendes umfasst einen ersten Schritt des Berechnens eines Winkelwerts für jede der zweiten Detektionsschaltungsgruppen auf der Grundlage der m Ausgangssignale der m Detektionsschaltungen, wobei der Winkelwert eine Entsprechungsbeziehung mit dem Winkel aufweist, den die Richtung des rotierenden Magnetfeldes in der Referenzposition relativ zu der Referenzrichtung bildet; und einen zweiten Schritt des Extrahierens einer oder mehrerer normaler erster Detektionsschaltungsgruppen aus den G ersten Detektionsschaltungsgruppen, wobei jede der einen oder der mehreren normalen ersten Detektionsschaltungsgruppen eine erste Detektionsschaltungsgruppe von der Art ist, bei der alle g Winkelwerte, die den g zweiten Detektionsschaltungsgruppen entsprechen, die zu dieser gehören, innerhalb eines Winkelbereichs einer vorbestimmten Breite liegen; und des Bestimmens des Winkeldetektionswerts auf der Grundlage von mindestens einem von allen Winkelwerten, die allen zweiten Detektionsschaltungsgruppen entsprechen, die zu der einen oder den mehreren normalen ersten Detektionsschaltungsgruppen gehören.
Winkelbestimmungsverfahren nach Anspruch 4, wobei g größer oder gleich M ist, in jeder der G ersten Detektionsschaltungsgruppen jede der M Detektionsschaltungen zu m oder mehr zweiten Detektionsschaltungsgruppen gehört, und das Winkelbestimmungsverfahren ferner einen dritten Schritt umfasst, in dem in dem Fall eines Ausfalls einer der N Detektionsschaltungen die ausgefallene Detektionsschaltung identifiziert wird, wobei der dritte Schritt Folgendes umfasst: Festlegen eines Winkelwertebereichs einer vorgegebenen Breite, in dem alle Winkelwerte enthalten sind, die allen zweiten Detektionsschaltungsgruppen entsprechen, die zu der einen oder den mehreren normalen ersten Detektionsschaltungsgruppen gehören, als normalen Winkelwertebereich; Extrahieren mehrerer anormaler erster Detektionsschaltungsgruppen mit Ausnahme der einen oder der mehreren normalen ersten Detektionsschaltungsgruppen aus den G ersten Detektionsschaltungsgruppen; Klassifizieren aller Winkelwerte, die allen zweiten Detektionsschaltungsgruppen entsprechen, die zu den mehreren anormalen ersten Detektionsschaltungsgruppen gehören, als normale Winkelwerte, die innerhalb des normalen Winkelwertebereichs liegen, und als anormale Winkelwerte, die außerhalb des normalen Winkelwertebereichs liegen; und Identifizieren einer Detektionsschaltung, die zu allen zweiten Detektionsschaltungsgruppen gehört, die allen anormalen Winkelwerten entsprechen, und nicht zu irgendeiner der zweiten Detektionsschaltungsgruppen gehört, die allen normalen Winkelwerten entsprechen, als die ausgefallene Detektionsschaltung.
Winkelbestimmungsverfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei das mindestens eine magnetische Detektionselement mindestens ein magnetoresistives Element ist, das Folgendes umfasst eine fixierte Magnetisierungsschicht, deren Magnetisierungsrichtung fixiert ist; eine freie Schicht, deren Magnetisierungsrichtung abhängig von der Richtung des rotierenden Magnetfeldes variiert; und eine nichtmagnetische Schicht, die zwischen der fixierten Magnetisierungsschicht und der freien Schicht angeordnet ist.