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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen magnetischen Drehwinkeldetektor zur Verwendung bei der Erfassung einer Position eines Rotationsbewegungselements.
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Stand der Technik
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Ein herkömmlicher magnetischer Drehwinkeldetektor ist dazu ausgebildet, unter Verwendung eines Magnetsensors ein Magnetfeld zu erfassen, das durch ein magnetisches Medium verursacht ist, das mit einer Magnetisierungsteilung λ an einem Außenumfang einer rotierenden Trommel abwechselnd magnetisiert ist, wie dies z. B. in 1 des Patentdokuments 1 dargestellt ist. Der Magnetsensor weist magnetoresistive Vorrichtungen (MR-Vorrichtungen) auf. Dieser Magnetsensor nutzt die Eigenschaft der MR-Vorrichtung, daß ein elektrischer Widerstand der MR-Vorrichtung durch das Magnetfeld verändert wird.
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Eine Änderungsrate des Widerstands der MR-Vorrichtung ist von der Größe des Magnetfeldes abhängig, und zwar im wesentlichen unabhängig von einer Richtung des Magnetfeldes. Die MR-Vorrichtung erfaßt eine Änderung in der Intensität des Magnetfeldes in Verbindung mit der Rotation der rotierenden Trommel, so daß eine Erfassung des Drehwinkels der rotierenden Trommel auf der Basis eines von der MR-Vorrichtung erzeugten sinusförmigen Ausgangssignals ermöglicht wird.
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Obwohl eine Verbesserung der Auflösung und der Genauigkeit bei der Erfassung des Drehwinkels durch elektrische Interpolation des sinusförmigen Ausgangssignals von dem Magnetsensor realisiert werden kann, wird dies unter der Bedingung möglich gemacht, daß das von dem Magnetsensor abgegebene sinusförmige Ausgangssignal kleine Verzerrungen enthält und daher einer idealen Sinuswelle nahekommt.
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Der Ausgang von der einzelnen MR-Vorrichtung hat jedoch eine nicht lineare Relation zwischen der Stärke des Magnetfeldes und der Ansprechcharakteristik der MR-Vorrichtung. Aus diesem Grund handelt es sich bei der Ausgangswellenform von dem Magnetsensor in vielen Fällen nicht um eine ideale Sinuswelle, sondern die Ausgangswellenform weist dieser überlagerte harmonische Verzerrungen auf.
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Zum Eliminieren der vorstehend genannten harmonischen Komponenten aus dem sinusförmigen Ausgangssignal von dem Magnetsensor kann folgendermaßen vorgegangen werden. Mit anderen Worten, in bezug auf die Harmonische der n-ten Ordnung können Ausgangssignale von den Vorrichtungen, die mit einem Abstand von λ/n voneinander beabstandet sind, von einander subtrahiert werden, oder Ausgangssignale von den Vorrichtungen, die mit einem Abstand von λ/(2n) voneinander beabstandet sind, können summiert werden, um dadurch die Harmonische der n-ten Ordnung zu eliminieren.
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Wie vorstehend beschrieben, ist es aufgrund der Anordnung der MR-Vorrichtungen und des Vorgangs der Subtrahierung oder Summierung der Signale möglich, ein Ausgangssignal nahe der idealen Sinuswelle zu erhalten, indem die harmonischen Komponenten aus dem Ausgangssignal des Magnetsensors eliminiert werden, so daß auf diese Weise die Erfassung der Position und des Drehwinkels des Rotationselements mit hoher Genauigkeit ermöglicht wird.
- Patentdokument 1: Japanisches Patent Nr. 2529960
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Offenbarung der Erfindung
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Mit der Erfindung zu lösende Aufgabe
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Wie vorstehend beschrieben, ist es zum Eliminieren der harmonischen Komponenten aus dem Ausgangssignal des Magnetsensors möglich, dies durch Addition oder Subtraktion der Ausgangssignale von den der mit einer vorbestimmten Beabstandung voneinander angeordneten MR-Vorrichtungen zu realisieren. Jedoch weist die rotierende Trommel eine kreisbogenförmige Gestalt auf, während der Magnetsensor eine flache, plattenförmige Gestalt hat. Somit werden jeweilige MR-Vorrichtungen aufgrund der unterschiedlichen effektiven Distanzen zwischen der rotierenden Trommel und den jeweiligen MR-Vorrichtungen mit unterschiedlichen Stärken des Magnetfeldes beaufschlagt.
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Infolgedessen kommt es zu einem Ungleichgewicht unter den Amplituden der Ausgangssignale von den jeweiligen MR-Vorrichtungen. Selbst wenn die Ausgangssignale von den jeweiligen MR-Vorrichtungen voneinander subtrahiert oder zueinander addiert werden, verbleiben somit Komponenten, die aufgrund entgegengesetzter Phasen nicht eliminiert werden können. Somit verbleiben die harmonischen Verzerrungen in der Wellenform des Ausgangssignals von dem Magnetsensor, so daß eine Verbesserung der Genauigkeit bei der Erfassung der Rotation nicht möglich ist.
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Ferner offenbart die
JP S56-90213A einen Mechanismus zum Abschwächen des Einflusses einer Veränderung in der Umgebungstemperatur auf eine Entfernung von einem Magnetsensor zu einem magnetischen Speichermedium bei einem Positionsdetektor, der MR-Vorrichtungen verwendet. Selbst wenn bei der Erfindung gemäß der genannten Veröffentlichung die jeweiligen MR-Vorrichtungen symmetrisch um das Zentrum eines Magnetsensors angeordnet sind, wird die Richtung der Differenz unter den Signalausgängen von den jeweiligen MR-Vorrichtungen nicht umgekehrt. Daher ist es bei dem Konzept gemäß der genannten Veröffentlichung nicht möglich, eine Funktion zum Eliminieren der harmonischen Komponenten zu schaffen, die durch die symmetrische Anordnung der MR-Vorrichtungen bedingt sind.
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Außerdem erzeugen MR-Vorrichtungen Ausgangssignale, die in Abhängigkeit von der Richtung des Magnetfeldes geringfügig variieren. Dies wird als Hysterese bezeichnet. Bei der Hysterese handelt es sich um ein Phänomen, das durch die Differenz bei der Ansprechempfindlichkeit der Vorrichtung in Abhängigkeit von der Richtung des Magnetfeldes, d. h. die Polaritäten von diesen, bedingt ist. Wenn sich die abwechselnd magnetisierte Trommel dreht, passieren abwechselnd ein Südpol und ein Nordpol die MR-Vorrichtung, und somit erzeugt die MR-Vorrichtung ein Ausgangssignal, bei dem eine Amplitude und eine Wellenform abwechselnd bei jeder Wellenform variieren.
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Daher werden zum Eliminieren des Einflusses der Hysterese die Ausgangssignale von den MR-Vorrichtungen, die mit einer Beabstandung von λ oder (2n + 1) λ (wobei n eine ganze Zahl ist) voneinander angeordnet sind, addiert. Auf diese Weise können die zwei Wellenformen entsprechenden Ausgangssignale gemittelt werden, und der Unterschied in der Ansprechempfindlichkeit zwischen den MR-Vorrichtungen aufgrund der Polaritäten kann aufgehoben werden, so daß hierdurch der Einfluß der Hysterese eliminiert wird.
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Wie vorstehend beschrieben, werden die jeweiligen MR-Vorrichtungen aufgrund der unterschiedlichen effektiven Distanzen zwischen der rotierenden Trommel und den jeweiligen MR-Vorrichtungen mit unterschiedlichen Magnetfeldstärken beaufschlagt. Dies verursacht ein Ungleichgewicht unter den Amplituden der Ausgangssignale von den jeweiligen MR-Vorrichtungen. Dies führt zu einer unzulänglichen Eliminierung der Hysterese aus der Wellenform des Ausgangssignals von dem Magnetsensor und steht somit einer Verbesserung der Genauigkeit bei der Erfassung der Rotation entgegen.
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Weiterhin offenbart die
JP S62-192615A das Eliminieren der Hysterese bei einem Magnetkopf für einen magnetischen Codierer durch Anordnen der MR-Vorrichtungen in Intervallen von (2u – 1) λ (wobei u eine positive ganze Zahl ist). Diese Veröffentlichung offenbart jedoch keine symmetrische Anordnung der MR-Vorrichtungen um eine Symmetrieachse eines Substrats.
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In der
JP H3-257326A ist ferner zum Erzielen einer Größenreduzierung eines Magnetsensors angegeben, MR-Vorrichtungen, die einen Sinuswellensignal-Ausgangsbereich bilden, und MR-Vorrichtungen, die einen Kosinuswellensignal-Ausgangsbereich bilden, in einander abwechselnder Weise anzuordnen, wobei die Anzahlen der beiden Arten von MR-Vorrichtungen gleich sind. Diese Veröffentlichung offenbart jedoch nicht die Positionen, an denen ein Stromversorgungsanschluß und ein Erdungsanschluß, die mit den MR-Vorrichtungen verbunden sind, angeordnet sind.
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Außerdem offenbart die
JP 2005-214920A eine gegenseitige Überlagerung von Verlagerungsdetektionssignalen, die von einer Vielzahl von MR-Vorrichtungen geliefert werden, zum Eliminieren der harmonischen Komponenten bei einem Magnetsensor. Ferner beschreibt diese Veröffentlichung die Tatsache, daß die MR-Vorrichtungen symmetrisch angeordnet werden sollten, jedoch auch andere Verbindungsverfahren verwendet werden können. Die genannte Veröffentlichung beschreibt also nicht den Vorteil der vorstehend genannten symmetrischen Anordnung.
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Aus diesem Grund ist die vorliegende Erfindung zum Überwinden der vorstehend geschilderten Probleme geschaffen worden, wobei ein Ziel der vorliegenden Erfindung in der Schaffung eines magnetischen Drehwinkeldetektors besteht, der in der Lage ist, die Position und den Drehwinkel eines Rotationselements mit ausgezeichneter Genauigkeit zu erfassen.
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Mittel zum Lösen der Probleme
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Zum Erreichen des vorstehend geschilderten Ziels ist die vorliegende Erfindung folgendermaßen ausgebildet.
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Genauer gesagt, es besitzt ein magnetischer Drehwinkeldetektor gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung eine rotierende Trommel, die ein magnetisches Medium aufweist, das mit einer Magnetisierungsteilung λ auf ihrem kreisbogenförmigen Außenumfang in Umfangsrichtung abwechselnd magnetisiert ist, und die dazu ausgebildet ist, sich in der Umfangsrichtung rotationsmäßig zu bewegen, sowie eine Vielzahl von Magnetsensorvorrichtungen, die auf einem gegenüber von dem Außenumfang der rotierenden Trommel plazierten Substrat parallel zueinander angeordnet sind und dazu ausgebildet sind, eine Änderung in der Stärke eines Magnetfeldes des magnetischen Mediums aufgrund der Rotation der rotierenden Trommel zu erfassen, wobei der magnetische Drehwinkeldetektor folgendes aufweist:
Vorrichtungsanordnungen, von denen jede eine Vielzahl von Magnetsensorvorrichtungen aufweist, zum Positionieren der Magnetsensorvorrichtungen in einer derartigen Anordnung konfiguriert ist, daß harmonische Komponenten zweiter und höherer Ordnungen innerhalb von von den jeweiligen Vorrichtungsanordnungen abgegebenen Ausgangssignalen eliminiert werden, sowie auf dem Substrat achsensymmetrisch in bezug auf eine Symmetrieachse angeordnet ist, und
einen Differenzverstärker, der mit Ausgangsanschlüssen der jeweiligen Vorrichtungsanordnungen verbunden ist;
wobei es sich bei der Symmetrieachse um eine Achse handelt, die in bezug auf alle Magnetsensorvorrichtungen auf dem Substrat durch eine baryzentrische Position hindurchgeht und die parallel zu einer Drehwelle der rotierenden Trommel verläuft, wobei sich die baryzentrische Position auf einer geraden Linie befindet, die in Radialrichtung der rotierenden Trommel verläuft,
wobei die in den jeweiligen Vorrichtungsanordnungen enthaltenen Magnetsensorvorrichtungen auf dem Substrat in der gleichen Weise sowie achsensymmetrisch in bezug auf die Symmetrieachse angeordnet sind,
wobei ein Stromversorgungsanschluß und ein Erdungsanschluß, die in den jeweiligen Vorrichtungsanordnungen enthalten sind und mit den Magnetsensorvorrichtungen verbunden sind, achsensymmetrisch in bezug auf die Symmetrieachse in den Vorrichtungsanordnungen angeordnet sind, und
wobei eine Position und ein Drehwinkel der rotierenden Trommel auf der Basis eines Ausgangssignals des Differenzverstärkers erfaßt werden.
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Wirkungen der vorliegenden Erfindung
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Bei dem magnetischen Drehwinkeldetektor gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung sind die Vorrichtungsanordnungen auf dem Substrat achsensymmetrisch in bezug auf die Symmetrieachse angeordnet. Bei den jeweiligen Vorrichtungsanordnungen sind die Magnetsensorvorrichtungen auf dem Substrat in der gleichen Weise angeordnet. Die Magnetsensorvorrichtungen in den jeweiligen Vorrichtungsanordnungen sind achsensymmetrisch um die Symmetrieachse angeordnet. Selbst wenn die Vorrichtungen, die zum gegenseitigen Aufheben der harmonischen Komponenten n-ter Ordnung angeordnet sind, die harmonischen Komponenten nur unzulänglich eliminieren können, ist wiederum ein Eliminieren von diesen unter Verwendung der Symmetrie möglich.
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Ferner ist es auch möglich, die durch die Hysterese der Magnetsensorvorrichtungen verursachten Verzerrungen in ähnlicher Weise zu eliminieren. Infolgedessen ist es möglich, die harmonischen Verzerrungen n-ter Ordnung sowie die durch die Hysterese bedingten Verzerrungen vollständig oder im wesentlichen vollständig zu eliminieren, so daß die Detektion der Position und des Winkels der rotierenden Trommel mit ausgezeichneter Genauigkeit ermöglicht ist.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine Perspektivansicht einer Gesamtkonstruktion eines magnetischen Drehwinkeldetektors gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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2 eine Ansicht zur Erläuterung einer Anordnung von Magnetsensorvorrichtungen, die in dem magnetischen Drehwinkeldetektor gemäß 1 enthalten sind;
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3 eine Ansicht zur Erläuterung von Verschaltungen unter den Magnetsensorvorrichtungen, die in dem magnetischen Drehwinkeldetektor gemäß 1 enthalten sind;
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4A eine Ansicht zur Erläuterung eines Falls, in dem Magnetsensorvorrichtungen nicht achsensymmetrisch angeordnet sind;
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4B eine Ansicht zur Erläuterung eines Falls, in dem Magnetsensorvorrichtungen achsensymmetrisch angeordnet sind;
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5 eine Ansicht zur Erläuterung einer Anordnung von Magnetsensorvorrichtungen, die in einem magnetischen Drehwinkeldetektor gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung enthalten sind; und
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6 eine Ansicht zur Erläuterung von Verschaltungen unter den Magnetsensorvorrichtungen, die in dem magnetischen Drehwinkeldetektor gemäß 5 enthalten sind.
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Beste Art und Weise zum Ausführen der Erfindung
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Im folgenden werden magnetische Drehwinkeldetektoren gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Dabei sind in allen Zeichnungen gleiche oder ähnliche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
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Erstes Ausführungsbeispiel
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1 zeigt eine Konstruktionsdarstellung zur Erläuterung eines magnetischen Drehwinkeldetektors 101 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der magnetische Drehwinkeldetektor 101 besitzt eine magnetische Trommel 1, bei der es sich um ein Beispiel eines rotierenden Elements handelt und die einer rotierenden Trommel entspricht, eine Magnetsensorvorrichtung 50 sowie einen Differenzverstärker 3, wobei der magnetische Drehwinkeldetektor 101 eine Position und einen Drehwinkel der magnetischen Trommel 1 auf der Basis eines Ausgangssignals des Differenzverstärkers 3 erfaßt.
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Die magnetische Trommel 1 weist ein magnetisches Medium 11 auf der gesamten Peripherie eines Außenumfangsbereichs eines kreisförmigen Rotationselements auf und dreht sich in einer Umfangsrichtung 1c um eine Drehwelle 12. Das magnetische Medium 11 ist mit einander abwechselnden Magnetpolen mit einer Magnetisierungsteilung λ in der Umfangsrichtung 1c magnetisiert.
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Ein magnetischer Detektor 2 ist aus einem Substrat 2a gebildet, das durch eine ebene Platte gebildet ist, die gegenüber dem magnetischen Medium 11 sowie in der Nähe von diesem in berührungsloser Weise angeordnet ist. Auf dem Substrat 2a ist eine Vielzahl von Magnetsensorvorrichtungen 50 angeordnet, die ein durch das magnetische Medium 11 gebildetes Magnetfeld erfassen können.
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Als Magnetsensorvorrichtung 50 kann eine magnetoresistive Vorrichtung (MR-Vorrichtung) oder eine Vorrichtung mit Riesenmagnetowiderstandseffekt (GMR-Vorrichtung) verwendet werden. Bei dem ersten Ausführungsbeispiel und dem später noch beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiel wird die magnetoresistive Vorrichtung (die im folgenden als ”MR” oder ”MR-Vorrichtung” bezeichnet wird) als Magnetsensorvorrichtung verwendet.
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Bei dem ersten Ausführungsbeispiel sind eine MR-Vorrichtung 111, eine MR-Vorrichtung 112, eine MR-Vorrichtung 121 und eine eine MR-Vorrichtung 122 derart angeordnet, daß diese mit einem vorbestimmten Abstand voneinander beabstandet sind, wie dies im folgenden noch beschrieben wird. Ferner sind die MR-Vorrichtungen 111, 112, 121 und 122 derart angeordnet, daß ihre Längsrichtungen orthogonal zu einer Anordnungsrichtung der Magnetpole in dem magnetischen Medium 11 sind, d. h. mit anderen Worten orthogonal zu der Umfangsrichtung 1c der magnetischen Trommel 1 sind.
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2 veranschaulicht in schematischer Weise die relative positionsmäßige Beziehung zwischen der magnetischen Trommel 1 und den in dem magnetischen Detektor 2 enthaltenen MR-Vorrichtungen 111, 112, 121 und 122. Auf dem Substrat 2a des magnetischen Detektors 2 sind die MR-Vorrichtungen 111, 112, 121 und 122 parallel zueinander angeordnet, wie dies in der Zeichnung dargestellt ist. Ferner bezeichnet das Bezugszeichen 59 eine baryzentrische Position dieser MR-Vorrichtungen 111, 112, 121 und 122 auf dem Substrat 2a.
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Das Substrat 2a ist bei dem magnetischen Detektor 2 gegenüber von dem magnetischen Medium 11 derart angeordnet, daß das Substrat 2 nicht mit dem magnetischen Medium 11 in Kontakt gelangt und daß die baryzentrische Position 59 auf einer in Radialrichtung 1a der magnetischen Trommel 1 verlaufenden geraden Linie 1b angeordnet ist.
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Ferner ist eine Symmetrieachse 2b durch eine gerade Linie dargestellt, die durch die baryzentrische Position 59 hindurchgeht und ebenfalls parallel zu der Drehwelle 12 der magnetischen Trommel 1 ist. Jede der MR-Vorrichtungen 111, 112, 121 und 121 ist parallel zu der Symmetrieachse 2b angeordnet.
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Weiterhin bilden die MR-Vorrichtung 111 und die MR-Vorrichtung 112 eine Vorrichtungsanordnung 51, während die MR-Vorrichtung 121 und die MR-Vorrichtung 122 eine weitere Vorrichtungsanordnung 52 bilden. Die Vorrichtungsanordnung 51 und die Vorrichtungsanordnung 52 sind auf dem Substrat 2a achsensymmetrisch in bezug auf die Symmetrieachse 2b angeordnet, wobei die MR-Vorrichtungen in den jeweiligen Vorrichtungsanordnungen 51 und 52 in der gleichen Weise angeordnet sind. Das bedeutet, die Anzahl der MR-Vorrichtungen, der Abstand zwischen einander benachbarten MR-Vorrichtungen und der Zustand der elektrischen Verbindungen unter diesen in der Vorrichtungsanordnung 51 sind die gleichen wie bei der Vorrichtungsanordnung 52.
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Ferner sind die MR-Vorrichtungen 111, 112, 121 und 122 in den jeweiligen Vorrichtungsanordnungen 51 und 52 derart angeordnet, daß harmonische Komponenten der zweiten und höherer Ordnungen in den jeweiligen Ausgangssignalen von den Vorrichtungsanordnungen 61 und 52 sich gegenseitig aufheben. Außerdem sind die MR-Vorrichtungen 111, 112, 121 und 122 in der Vorrichtungsanordnung 51 und der Vorrichtungsanordnung 52 achsensymmetrisch oder im wesentlichen achsensymmetrisch in bezug auf die Symmetrieachse 2b angeordnet.
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Weiterhin ist die Anzahl der in jeder Vorrichtungsanordnung 51, 52 enthaltenen MR-Vorrichtungen nicht wie bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel auf zwei beschränkt, sondern es kann sich auch um eine beliebige größere Anzahl als eine Vorrichtung handeln.
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Ferner sind die MR-Vorrichtung 111 und die MR-Vorrichtung 112 sowie die MR-Vorrichtung 121 und die MR-Vorrichtung 122 derart angeordnet, daß sie über eine Distanz von λ/n (wobei n eine ganze Zahl von 2 oder mehr ist) voneinander beabstandet sind. Außerdem sind die MR-Vorrichtung 111 und die MR-Vorrichtung 121 über eine Distanz λ voneinander beabstandet. Die Distanz zwischen der MR-Vorrichtung 111 und der MR-Vorrichtung 121, d. h. die Distanz zwischen einem Paar der in den jeweiligen Vorrichtungsanordnungen 51 und 52 an der gleichen Position angeordneten MR-Vorrichtungen ist nicht auf λ beschränkt und kann im allgemeinen mit dem (2m + 1)-fachen der Länge von λ vorgegeben sein (wobei m in diesem Fall eine ganze Zahl ist).
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Andererseits sind, wie in 3 dargestellt, die MR-Vorrichtung 111, die MR-Vorrichtung 112, die MR-Vorrichtung 121 und die MR-Vorrichtung 122 in Form einer Wheatstoneschen Brückenschaltung verbunden, bei der die MR-Vorrichtung 111 und die MR-Vorrichtung 112 in Reihe geschaltet sind, wobei die MR-Vorrichtung 111 mit Masse verbunden ist, während die MR-Vorrichtung 121 mit einer Stromversorgung verbunden ist. Dabei sind gleichermaßen auch die MR-Vorrichtung 121 und die MR-Vorrichtung 122 in Reihe geschaltet, wobei die MR-Vorrichtung 122 mit Masse verbunden ist, während die MR-Vorrichtung 121 mit der Stromversorgung verbunden ist.
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Wie in 2 gezeigt ist, sind ferner Ausgangsanschlüsse A1 und A2 der Wheatstoneschen Brückenschaltung mit dem Differenzverstärker 3 verbunden. Der Differenzverstärker 3 gibt eine Spannungsdifferenz zwischen der Vorrichtungsanordnung 51 und der Vorrichtungsanordnung 52 ab.
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Im folgenden wird ein mit ausgezeichneter Genauigkeit arbeitendes Verfahren zum Erfassen der Position und des Drehwinkels der magnetischen Trommel 1 unter Verwendung des magnetischen Drehwinkeldetektors 101 mit der vorstehend beschriebenen Konstruktion erläutert, und weiterhin wird auch die Tatsache beschrieben, daß die in den Ausgangssignalen enthaltenen harmonischen Verzerrungen und durch die Hysterese bedingte Verzerrungen in effektiver Weise eliminiert werden können.
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Da die MR-Vorrichtung 111 und die MR-Vorrichtung 112 mit der Distanz λ/n voneinander beabstandet sind, ist es möglich, die harmonischen Komponenten der n-ten Ordnung von diesen aufzuheben und zu eliminieren, und zwar im Prinzip durch Ermitteln der Differenz zwischen diesen. Da jedoch das mit der MR-Vorrichtung 111 und dergleichen versehene Substrat 2a eine ebene Oberfläche aufweist, während das magnetische Medium 11 eine Bogenform hat, sind somit die Distanzen von den MR-Vorrichtungen 111 und 112 bis zu der Oberfläche des magnetischen Mediums 11 in der Praxis voneinander verschieden. Dies verursacht eine Differenz zwischen den Amplituden der Ausgangssignale von der MR-Vorrichtung 111 und der MR-Vorrichtung 112.
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Selbst wenn die Differenz zwischen den Ausgangssignalen von der MR-Vorrichtung 111 und der MR-Vorrichtung 112 ausgegeben wird, verbleiben somit Komponenten der harmonischen Verzerrung, die der Differenz bei den Amplituden entsprechen. Dieses Phänomen wird bei abnehmendem Durchmesser der magnetischen Trommel 1 noch stärker und steht einer Verbesserung der Detektionsgenauigkeit entgegen. In ähnlicher Weise verbleiben harmonische Verzerrungskomponenten auch dann, wenn die Differenz zwischen der MR-Vorrichtung 121 und der MR-Vorrichtung 122 ausgegeben wird.
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Es sei angenommen, daß die Spannungen der Ausgangssignale von den Ausgangsanschlüssen A1 und A2 die Werte V1 und V2 besitzen. Ein aus der MR-Vorrichtung 111 und der MR-Vorrichtung 112 gebildetes Paar sowie ein aus der MR-Vorrichtung 121 und der MR-Vorrichtung 122 gebildetes Paar sind an Stellen mit einer Beabstandung λ voneinander angeordnet und weisen ferner Polaritäten auf, die auf deren Stromversorgungsseiten und deren Erdungsseiten einander entgegengesetzt sind. Somit weisen Hauptkomponenten S1 und S2 in den Ausgangssignalen von V1 und V2 die gleiche Amplitude, jedoch entgegengesetzte Phasen auf.
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Genauer gesagt, es gilt folgende Gleichung: S1 = –S1 (Gleichung 1).
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Dagegen können bei Feststellung der Differenz zwischen der MR-Vorrichtung 111 und der MR-Vorrichtung 112 die harmonischen Verzerrungskomponenten, die aufgrund des Ungleichgewichts zwischen den Amplituden der Ausgangssignale nicht eliminiert worden sind, folgendermaßen ausgedrückt werden.
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Verzerrungskomponenten h1, die durch die Differenz zwischen der MR-Vorrichtung 111 und der MR-Vorrichtung 112 verursacht sind, verbleiben aufgrund des Ungleichgewichts zwischen den unterschiedlichen Ausgangssignalen von der Brückenschaltung, und dies läßt sich in geeigneter Weise in Form von der Differenz zwischen dem Ausgangssignal von der Stromversorgungsseite der Vorrichtung und dem Ausgangssignal von der Erdungsseite der Vorrichtung ausdrücken, wie dies nachfolgend angegeben ist. h1 = hMR112 – hMR111 (Gleichung 2).
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Hierbei stellen ”hMR111” und ”hMR112” die harmonischen Verzerrungskomponenten dar, die durch die MR-Vorrichtung 111 bzw. die MR-Vorrichtung 112, bedingt sind.
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In ähnlicher Weise können im Fall des Paares, das durch die MR-Vorrichtung 121 und die MR-Vorrichtung 122 gebildet ist, die Verzerrungskomponenten h2 folgendermaßen ausgedrückt werden: h2 = hMR121 – hMR122 (Gleichung 3).
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Unter der Annahme, daß alle MR-Vorrichtungen im wesentlichen die gleiche Ansprechcharakteristik in bezug auf die Magnetfeldstärke aufweisen, sind die Größen der harmonischen Verzerrungskomponenten hMR111, hMR112, hMR121 und hMR122 nur von den effektiven Distanzen zwischen dem magnetischen Medium 11 und der jeweiligen MR-Vorrichtung abhängig.
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Daher können die nachfolgenden Ausdrücke gelten, wobei f als Funktion angenommen wird. h1 = f(d112) – f(d111) (Gleichung 4) h2 = f(d121) – f(d122) (Gleichung 5).
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Hierbei stellen ”d111”, ”d112”, ”d121” und ”d122” die effektiven Distanzen zwischen dem magnetischen Medium 11 und der jeweiligen MR-Vorrichtung dar.
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Die Anordnung der MR-Vorrichtungen 111, 112, 121 und 122 ist achsensymmetrisch in bezug auf die baryzentrische Position 59, und daher gilt d111 = d122 und d112 = d121.
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Somit gilt folgende Gleichung: h1 = h2 (Gleichung 6).
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Die in den Ausgangssignalen von den Ausgangsanschlüssen A1 und A2 enthaltenen Verzerrungskomponenten weisen somit die gleiche Amplitude und die gleiche Polarität auf.
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Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, daß die Ausgangssignale V1 und V2 die Summen ihrer Hauptkomponenten S1 und S2 und der Verzerrungen h1 und h2 sind.
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Somit gelten folgende Gleichungen: V1 = S1 + h1 (Gleichung 7) V2 = S2 + h2 (Gleichung 8).
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Hierbei betragen S1 = –S2 und h1 = h2, wie dies vorstehend beschrieben worden ist.
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Die Ausgangsanschlüsse A1 und A2 sind mit dem Differenzverstärker 3 verbunden, und somit wird die Ausgangsdifferenz V1 – V2 folgendermaßen ausgedrückt: V1 – V2 = (S1 + h1) – (S2 + h2)
= (S1 + h1) – (–S1 + h1)
= 2 × S1 (Gleichung 9).
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Wie vorstehend beschrieben, ist es mit der vorliegenden Konstruktion möglich, die Verzerrungskomponenten h1 und h2, die unter Verwendung der durch die Brückenschaltung gebildeten Differenz noch nicht eliminiert worden sind, vollständig oder im wesentlichen vollständig zu eliminieren.
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Wie vorstehend beschrieben, ist bei der Konstruktion, die durch die Kombinaten der bogenförmigen magnetischen Trommel 1 und des in Form einer ebenen Platte ausgebildeten Magnetdetektors 2 gebildet ist, selbst dann, wenn die effektiven Distanzen zwischen der jeweiligen MR-Vorrichtung und der magnetischen Trommel 1 aufgrund der Krümmung der magnetischen Trommel 1 unterschiedlich sind, eine vollständige oder im wesentlichen vollständige Eliminierung der harmonischen Verzerrungskomponenten n-ter Ordnung möglich, so daß eine Erfassung der Position und des Drehwinkels des Rotationselements mit ausgezeichneter Genauigkeit ermöglicht ist, da entsprechende MR-Vorrichtungen, die in den jeweiligen Vorrichtungsanordnungen ein Paar bilden, mit der gleichen Distanz angeordnet sind, ferner die Polaritäten auf der Stromversorgungsseite und der Erdungsseite bei den jeweiligen Vorrichtungsanordnungen entgegengesetzt sind und weiterhin die MR-Vorrichtungen in bezug auf die baryzentrische Position 59 achsensymmetrisch angeordnet sind.
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In ähnlicher Weise ist es auch möglich, die durch Hysterese bedingten Verzerrungen vollständig oder im wesentlichen vollständig zu eliminieren, und zwar wie folgt.
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Die Hysterese ist in erster Linie durch die Differenz in der Ansprechempfindlichkeit unter den MR-Vorrichtungen aufgrund der Polaritäten des Magnetfeldes bedingt. Im Prinzip kann durch Addieren der Ausgangssignale von den MR-Vorrichtungen, die mit einer Distanz λ voneinander beabstandet sind, die Hysterese durch den Mittelungseffekt eliminiert werden. Jedoch sind in dem Fall, in dem die baryzentrische Position 59 nicht auf der geraden Linie liegt, die sich von dem Rotationszentrum der magnetischen Trommel 1 in Radialrichtung 1a erstreckt, und auch die MR-Vorrichtungen nicht achsensymmetrisch um die baryzentrische Position 59 angeordnet sind, die effektiven Distanzen zwischen den jeweiligen MR-Vorrichtungen und der magnetischen Trommel 1 voneinander verschieden.
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Dies führt dazu, daß den jeweiligen MR-Vorrichtungen unterschiedliche Magnetfeldstärken zugeführt werden, so daß es unmöglich wird, die Hysterese vollständig zu eliminieren. Im folgenden nimmt die vorstehende Beschreibung auf die 4A und 4B Bezug.
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4A veranschaulicht einen Fall, in dem eine mit dem Anschluß A1 verbundene Vorrichtungsanordnung MRS1 und eine mit dem Anschluß A2 verbundene Vorrichtungsanordnung MRS2 nicht symmetrisch in bezug auf die vorstehend genannte Symmetrieachse 2b angeordnet sind.
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Die Stromversorgungsseite und die Erdungsseite bei den jeweiligen Vorrichtungsanordnungen MRS1 und MRS2 sind einander entgegengesetzt, wie dies in 2 gezeigt ist, und aus diesem Grund weisen die Signale an dem Anschluß A1 und an dem Anschluß A2 einander entgegengesetzte Polaritäten auf. Ferner werden die Signale an dem Anschluß A1 und an dem Anschluß A2 durch den Differenzverstärker 3 verstärkt, und daher werden die Ausgangssignale von dem Anschluß A1 und dem Anschluß A2 in Wirklichkeit addiert.
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Die Ausgangssignale von dem Anschluß A1 und dem Anschluß A2 sind von den Ansprechempfindlichkeiten der MR-Vorrichtungen in bezug auf die Richtung des Magnetfeldes und von den effektiven Distanzen zwischen der magnetischen Trommel 1 und den MR-Vorrichtungen abhängig. Unter der Annahme, daß fs und fn Funktionen sind, die die Ansprechempfindlichkeiten von diesen in bezug auf die Richtung des Magnetfeldes anzeigen, ist ein endgültiges Ausgangssignal in der in 4A dargestellten Konstruktion, nämlich das Ausgangssignal von dem Differenzverstärker, das Resultat der Addition der Ausgangssignale von dem Anschluß A1 und dem Anschluß A2.
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Somit gilt folgende Gleichung: [endgültiges Ausgangssignal (a)] = A1 + A2
= fs(d1) + fn(d2) (Gleichung 10).
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Hierbei bezeichnen ”d1” und ”d2” die Distanzen von der Vorrichtungsanordnung MRS1 bzw. der Vorrichtungsanordnung MRS2 bis zu der magnetischen Trommel 1, wie dies in der Zeichnung dargestellt ist.
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Wenn die magnetische Trommel 1 aus dem Zustand der Gleichung 10 lediglich um die Magnetisierungsteilung λ rotationsmäßig bewegt wird, wird die Richtung des Magnetfeldes, mit dem die Vorrichtungsanordnungen MRS1 und MRS2 beaufschlagt werden, umgekehrt.
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Somit gilt folgende Gleichung: [endgültiges Ausgangssignal (a)] = A1 + A2
= fn(d1) + fs(d2) (Gleichung 11).
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Bei der Konstruktion der 4A sind die Vorrichtungsanordnung MRS1 und die Vorrichtungsanordnung MRS2 nicht symmetrisch angeordnet, und somit sind die Distanz d1 und die Distanz d2 nicht gleich. Daher sind die Gleichung 10 und die Gleichung 11 deutlich voneinander verschieden. D. h. bei Rotation der magnetischen Trommel 1 variiert die Amplitude des abschließenden Ausgangssignals auf einer Basis von Welle zu Welle. Dies macht es unmöglich, den Einfluß der Hysterese vollständig zu eliminieren.
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Andererseits veranschaulicht 4B einen Fall, in dem die mit dem Anschluß A1 verbundene Vorrichtungsanordnung MRS1 und die mit dem Anschluß A2 verbundene Vorrichtungsanordnung MRS2 in bezug auf die Symmetrieachse 2b achsensymmetrisch angeordnet sind. In diesem Fall kann ein abschließendes Ausgangssignal (b) auf der Basis des vorstehend genannten abschließenden Ausgangssignals (a) betrachtet werden, unterscheidet sich jedoch von diesem darin, daß d2 = d1 beträgt.
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Daher gilt folgende Gleichung: [endgültiges Ausgangssignal (b)] = A1 + A2
= fs(d1) + fn(d2)
= fs(d1) + fn(d1) (Gleichung 12).
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Wenn die magnetische Trommel 1 aus dem Zustand der Gleichung 12 lediglich um die Magnetisierungsteilung λ rotationsmäßig bewegt wird, wird die Richtung des Magnetfeldes, mit dem die Vorrichtungsanordnungen MRS1 und MRS2 beaufschlagt werden, umgekehrt.
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Somit gilt folgende Gleichung: [endgültiges Ausgangssignal (b)] = A1 + A2
= fn(d1) + fs(d2)
= fn(d1) + fs(d1) (Gleichung 13).
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Somit sind die Gleichung 12 und die Gleichung 13 vollständig miteinander identisch.
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Mit der in 4B dargestellten Konstruktion, d. h. der Konstruktion, bei der die Vorrichtungsanordnung MRS1 und die Vorrichtungsanordnung MRS2 achsensymmetrisch in bezug auf die Symmetrieachse 2b angeordnet sind, kann selbst dann, wenn die MR-Vorrichtungen unterschiedliche Ansprechempfindlichkeiten in bezug auf die Richtung des Magnetfeldes aufweisen, das gleiche Ausgangssignal von den jeweiligen Vorrichtungsanordnungen MRS1 und MRS2 erhalten werden. Dies ermöglicht ein vollständiges oder im wesentlichen vollständiges Eliminieren der Wellenformverzerrungen aufgrund der Hysterese.
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Wie vorstehend beschrieben, ist es bei dem magnetischen Drehwinkeldetektor 101 des vorliegenden Ausführungsbeispiels möglich, die harmonischen Verzerrungen n-ter Ordnung sowie die durch die Hysterese bedingten Verzerrungen vollständig oder im wesentlichen vollständig zu eliminieren, so daß eine Erfassung der Position und des Winkels des Rotationselements mit ausgezeichneter Genauigkeit möglich ist.
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Zweites Ausführungsbeispiel
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5 zeigt eine Darstellung zur Erläuterung einer Konstruktion eines magnetischen Drehwinkeldetektors 102 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Konstruktion des magnetischen Drehwinkeldetektors 102 ist identisch mit der Konstruktion des magnetischen Drehwinkeldetektors 101, mit der Ausnahme, daß die Anordnung der Magnetsensorvorrichtungen anders ausgeführt ist. Daher werden identisch ausgebildete Bereiche im folgenden nicht beschrieben, während die Konfiguration der Anordnung der Magnetsensorvorrichtungen, die anders ausgeführt ist, im folgenden erläutert wird. Weiterhin bezeichnet ein Bezugszeichen ”62” einen Magnetdetektor, der ein Substrat 2a beinhaltet, auf dem Magnetsensorvorrichtungen bei dem magnetischen Drehwinkeldetektor 102 angeordnet sind.
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Wie in 5 dargestellt ist, sind auf dem Substrat 2a in dem Magnetdetektor 62 zwei Vorrichtungsanordnungen 63 und 64 achsensymmetrisch in bezug auf die Symmetrieachse 2b angeordnet, die durch eine baryzentrische Position 69 hindurchgeht. Jede der Vorrichtungsanordnungen 63 und 64 beinhaltet Magnetsensorvorrichtungen, die auf dem durch eine ebene Platte gebildeten Substrat 2a in der gleichen Weise angeordnet sind und die auch achsensymmetrisch in bezug auf die gerade Linie 2b als Symmetrieachse angeordnet sind, und zwar mit Abständen, wie diese im folgenden noch beschrieben werden.
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Die Vorrichtungsanordnung 63 weist MR-Vorrichtungen 131 bis 138 als Magnetsensorvorrichtungen auf, und die Vorrichtungsanordnung 64 weist MR-Vorrichtungen 141 bis 148 als Magnetsensorvorrichtungen auf. Dabei ist die Anzahl der in jeder Vorrichtungsanordnung 63, 64 enthaltenen MR-Vorrichtungen nicht auf acht beschränkt, wie dies bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Fall ist, sondern es kann sich um eine beliebige Anzahl höher als Eins handeln.
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Die MR-Vorrichtungen 131 bis 138 und die MR-Vorrichtungen 141 bis 148 sind parallel zueinander angeordnet sowie ferner derart angeordnet, daß ihre Längserstreckungsrichtungen orthogonal zu der Anordnungsrichtung der Magnetpole in dem magnetischen Medium 11 verlaufen. Ferner handelt es sich bei der baryzentrischen Position 69 um eine baryzentrische Position in bezug auf die MR-Vorrichtungen 131 bis 138 und die MR-Vorrichtungen 141 bis 148. Diese baryzentrische Position 69 ist, ähnlich der baryzentrischen Position 59, auf der geraden Linie 1b angeordnet, wobei die Symmetrieachse 2b durch diese Position hindurchgeht.
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Die Anordnung der MR-Vorrichtungen 131 bis 138 und 141 bis 148 ist wie folgt.
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Als erstes ist bei jedem der Paare aus der MR-Vorrichtung 131 und der MR-Vorrichtung 132, der MR-Vorrichtung 133 und der MR-Vorrichtung 134, der MR-Vorrichtung 135 und der MR-Vorrichtung 136 sowie der MR-Vorrichtung 137 und der MR-Vorrichtung 138 eine Distanz λ/10 zwischen den Vorrichtungen vorhanden. Eine Distanz zwischen der MR-Vorrichtung 131 und der MR-Vorrichtung 133 sowie eine Distanz zwischen der MR-Vorrichtung 135 und der MR-Vorrichtung 137 betragen beide λ/6. Ferner hat eine Distanz zwischen der MR-Vorrichtung 131 und der MR-Vorrichtung 135 den Wert λ/2. Weiterhin sind die MR-Vorrichtungen 141 bis 148 mit den gleichen Distanzen wie bei den MR-Vorrichtungen 131 bis 138 angeordnet. Außerdem hat eine Distanz zwischen der MR-Vorrichtung 131 und der MR-Vorrichtung 141 den Wert (15/14) λ.
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In einem Fall, in dem die beiden Vorrichtungsanordnungen 63 und 64 jeweils acht MR-Vorrichtungen beinhalten, ist die Distanz zwischen einem Paar von in den jeweiligen Vorrichtungsanordnungen in der gleichen Position angeordneten Magnetsensorvorrichtungen, die der MR-Vorrichtung 131 und der MR-Vorrichtung 141 entsprechen, nicht auf den vorstehend genannten Wert von (15/14) λ beschränkt, sondern kann auch allgemein mit (2m + 1 ± (1/14) λ) vorgegeben sein, wobei m eine ganze Zahl ist.
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6 veranschaulicht die elektrischen Verschaltungen unter den sechzehn Magnetsensorvorrichtungen, d. h. den MR-Vorrichtungen 131 bis 138 sowie 141 bis 148. Die MR-Vorrichtungen von der MR-Vorrichtung 131 bis zu der MR-Vorrichtung 138 sind in Reihe geschaltet, und in ähnlicher Weise sind auch die MR-Vorrichtungen von der MR-Vorrichtung 141 bis zu der MR-Vorrichtung 148 in Reihe geschaltet. Es sei angenommen, daß an den Mittelpunkten an den elektrischen Potentialen von diesen angeordnete Ausgangsanschlüsse A1 und A2 sind und die Anschlüsse A1 und A2 mit dem Differenzverstärker 3 verbunden sind.
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In Abhängigkeit von der Anordnung der jeweiligen MR-Vorrichtungen mit den vorstehend genannten Distanzen und dem Zustand der elektrischen Verdrahtung von diesen ist es möglich, die harmonischen Komponenten in den von den Anschlüssen A1 und A2 abgegebenen Signalen gegenseitig aufzuheben.
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Im folgenden werden Arbeitsweisen des magnetischen Drehwinkeldetektors 102 mit einer derartigen Konstruktion, d. h. ein Verfahren zum Erfassen der Rotation, beschrieben.
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Als erstes werden die vier Magnetsensorvorrichtungen, bei denen es sich um die MR-Vorrichtungen 131 bis 134 handelt, in gefalteter Weise verdrahtet sowie elektrisch miteinander in Reihe geschaltet. Somit geben die MR-Vorrichtungen 131 bis 134 Ausgangssignale ab, die äquivalent zu der Summe der Ausgänge von den jeweiligen vier Magnetsensoren sind. In ähnlicher Weise sind auch die MR-Vorrichtungen 135 bis 138 miteinander in Reihe geschaltet, und die MR-Vorrichtungen 135 bis 138 geben ebenfalls Ausgangssignale ab, die äquivalent zu der Summe der Ausgänge von den jeweiligen vier Magnetsensoren sind. Infolgedessen entspricht der Ausgang von dem Anschluß A1 der Ausgangsdifferenz zwischen der Summe der MR-Vorrichtungen 131 bis 134 und der Summe der MR-Vorrichtungen 135 bis 138.
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Andererseits ist es zur Bewältigung der harmonischen Verzerrungen n-ter Ordnung möglich, die Komponenten n-ter Ordnung auszulöschen und diese durch Ermitteln der Differenz zwischen den Ausgangssignalen von den mit der Distanz λ/n voneinander beabstandeten Vorrichtungen oder durch Addieren der Ausgangssignale von den mit der Distanz λ/(2n) voneinander beabstandeten Vorrichtungen zu erzielen.
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Bei der Anordnung der 5 ist bei jedem der Paare aus der MR-Vorrichtung 131 und der MR-Vorrichtung 132, der MR-Vorrichtung 133 und der MR-Vorrichtung 134, der MR-Vorrichtung 135 und der MR-Vorrichtung 136 sowie der MR-Vorrichtung 137 und der MR-Vorrichtung 138, jedes Paar äquivalent zu der Summierung der Ausgänge von den Magnetsensorvorrichtungen, die mit der Distanz λ/10 voneinander beabstandet sind. Somit ist es möglich, die harmonischen Verzerrungen der fünften Ordnung durch die vorstehend geschilderten, jeweiligen Paare zu eliminieren.
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Ferner ist bei jedem der Paare aus der MR-Vorrichtung 131 und der MR-Vorrichtung 133, der MR-Vorrichtung 132 und der MR-Vorrichtung 134, der MR-Vorrichtung 135 und der MR-Vorrichtung 137 sowie der MR-Vorrichtung 136 und der MR-Vorrichtung 138, jedes Paar äquivalent zu einer Summierung der Ausgänge von den Magnetsensorvorrichtungen, die mit der Distanz λ/6 voneinander beabstandet sind. Somit ist es möglich, die harmonischen Verzerrungen dritter Ordnung mit diesen Paaren zu eliminieren.
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Bei der Vorrichtungsanordnung der Magnetsensorvorrichtungen aus den MR-Vorrichtungen 131 bis 134 und der Vorrichtungsanordnung der Magnetsensorvorrichtungen aus den MR-Vorrichtungen 135 bis 138, sind die einander entsprechenden MR-Vorrichtungen mit einer Beabstandung von λ/2 voneinander entfernt. Beispielsweise ist jedes Paar aus der MR-Vorrichtung 131 und 135, der MR-Vorrichtung 132 und der MR-Vorrichtung 136, ... derart angeordnet, daß sie eine Beabstandung von by λ/2 voneinander aufweisen.
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Weiterhin ist der Anschluß A1 derart ausgebildet, daß die Differenz zwischen der Vorrichtungsanordnung der Magnetsensorvorrichtungen aus den MR-Vorrichtungen 131 bis 134 und der Vorrichtungsanordnung der Magnetsensorvorrichtungen aus den MR-Vorrichtungen 135 bis 138 ermittelt wird. Somit ist es mit dieser Konstruktion möglich, die Harmonischen der zweiten Ordnung und außerdem die Harmonischen geradzahliger Ordnung zu eliminieren, da die Konstruktion ähnliche Effekte wie bei der Summierung der Signale mit entgegengesetzten Phasen bietet.
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Bei der vorstehend beschriebenen Konstruktion gibt der Anschluß A1 Signale ab, aus denen die jeweiligen Harmonischen geradzahliger Ordnung, dritter Ordnung und fünfter Ordnung eliminiert sind.
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In ähnlicher Weise gibt auch der Anschluß A2 in der Vorrichtungsanordnung 64 der MR-Vorrichtungen 141 bis 148 Signale ab, aus denen die jeweiligen Harmonischen geradzahliger Ordnung, dritter Ordnung und fünfter Ordnung eliminiert sind.
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Als nächstes werden die Ausgangssignale von dem Anschluß A1 und dem Anschluß A2 in den Differenzverstärker 3 eingegeben. Da bei der Vorrichtungsanordnung 63 mit dem Anschluß A1 und der Vorrichtungsanordnung 64 mit dem Anschluß A2 die Stromversorgungsseiten und die Erdungsseiten von diesen entgegengesetzt zueinander orientiert sind, geben der Anschluß A1 und der Anschluß A2 somit Ausgangssignale mit zueinander entgegengesetzten Phasen ab. Die Differenz zwischen dem Anschluß A1 und dem Anschluß A2, bei der es sich um das abschließende Ausgangssignal handelt, bietet somit ähnliche Effekte wie bei einem Summiervorgang.
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Dagegen sind die jeweiligen Magnetsensorvorrichtungen in der mit dem Anschluß A1 verbundenen Vorrichtungsanordnung 63 und die jeweiligen Magnetsensorvorrichtungen in der mit dem Anschluß A2 verbundenen Vorrichtungsanordnung 64 mit einer Distanz von (15/14) λ voneinander beabstandet. Durch Summieren der Ausgangssignale von dem Anschluß A1 und dem Anschluß a2 können somit die Harmonischen siebter Ordnung eliminiert werden.
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Wie vorstehend beschrieben, sind die Vorrichtungsanordnung 63 in der Nähe des Anschlusses A1 und die Vorrichtungsanordnung 64 in der Nähe des Anschlusses A2 achsensymmetrisch in bezug auf die Symmetrieachse 2b angeordnet. Wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben, können bei den mit dem Anschluß A1 bzw. dem Anschluß A2 verbundenen Vorrichtungsanordnungen 63 und 64 selbst dann, wenn die Verzerrungen aufgrund der Amplitudenungleichheit durch die Anordnung der bogenförmigen magnetischen Trommel 1 und des in Form einer ebenen Platte ausgebildeten Magnetdetektors 62 bei der Eliminierung der Harmonischen gerdazahliger Ordnung, dritter Ordnung und fünfter Ordnung nicht vollständig eliminiert worden sind, die verbliebenen Verzerrungskomponenten eliminiert werden, indem die Differenz zwischen den Ausgängen von dem Anschluß A1 und dem Anschluß a2 gebildet wird.
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Da ferner die Vorrichtungsanordnung 63 in der Nähe des Anschlusses A1 und die Vorrichtungsanordnung 64 in der Nähe des Anschlusses A2 mit einem Abstand von (15/14) λ voneinander angeordnet sind, wie dies vorstehend beschrieben worden ist, können auch die Harmonischen siebter Ordnung eliminiert werden. Dabei sind die Vorrichtungsanordnung 63 in der Nähe des Anschlusses A1 und die Vorrichtungsanordnung 64 in der Nähe des Anschlusses A2 symmetrisch in bezug auf die baryzentrische Position 69 angeordnet, so das das Amplitudenungleichheit im wesentlichen eliminiert wird und dadurch wiederum die Verzerrungskomponenten siebter Ordnung vollständig oder im wesentlichen vollständig eliminiert werden.
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Ferner sind die mit dem Anschluß A1 verbundene Vorrichtungsanordnung 63 und die mit dem Anschluß A2 verbundene Vorrichtungsanordnung 64 mit der Distanz von (15/14) λ voneinander beabstandet, wobei diese Distanz etwa als λ betrachtet werden kann. Ein Eliminieren der Hysterese läßt sich dadurch verwirklichen, daß die Ausgänge von den in einem Abstand von λ voneinander angeordneten Vorrichtungen summiert werden, wie dies bei dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben worden ist. Die Vorrichtungsanordnung 63 und die Vorrichtungsanordnung 64 sind symmetrisch in bezug auf die baryzentrische Position 69 angeordnet, und somit besteht im wesentlichen keine Unausgewogenheit zwischen den Amplituden von diesen. Dies ermöglicht ein vollständiges oder im wesentlichen vollständiges Eliminieren der durch die Hysterese bedingten Verzerrungen.
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Wie vorstehend beschrieben, ist es bei dem magnetischen Drehwinkeldetektor 102 des zweiten Ausführungsbeispiels möglich, die harmonischen Verzerrungen geradzahliger Ordnung, dritter Ordnung, fünfter Ordnung und siebter Ordnung sowie durch die Hysterese bedingen Verzerrungen gleichzeitig in vollständiger oder im wesentlichen vollständiger Weise zu eliminieren. Dies ermöglicht ein Erfassen des Winkels mit ausgezeichneter Genauigkeit.
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Weiterhin ist es möglich, beliebige Ausführungsbeispiele von den verschiedenen vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen miteinander zu kombinieren, wie dies zum Erzielen der Effekte der jeweiligen Ausführungsbeispiele erforderlich sein kann.
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Obwohl die vorliegende Erfindung in Verbindung mit ihren bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Begleitzeichnungen umfassend beschrieben worden ist, darf darauf hingewiesen werden, daß sich dem Fachmann verschiedene Änderungen und Modifikationen erschließen können. Es versteht sich, daß derartige Änderungen und Modifikationen im Umfang der Erfindung, wie dieser durch die beigefügten Ansprüche definiert ist, mitumfaßt sein sollen, sowie sie nicht von dem Umfang der Erfindung abweichen.
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Außerdem wird der Inhalt der Offenbarung in der Beschreibung, den Zeichnungen, den Ansprüchen und der Zusammenfassung der
japanischen Patentanmeldung Nr. 2007-111145 , eingereicht am 20. April 2007 durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit zu einem Bestandteil der vorliegenden Beschreibung gemacht.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Die vorliegende Erfindung ist bei einem magnetischen Drehwinkeldetektor zur Verwendung bei der Erfassung einer Position eines Rotationsbewegungselements anwendbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- magnetische Trommel
- 1a
- Radialrichtung
- 1b
- gerade Linie
- 1c
- Umfangsrichtung
- 2; 62
- magnetischer Detektor
- 2a
- Substrat
- 2b
- Symmetrieachse
- 3
- Differenzverstärker
- 11
- magnetisches Medium
- 12
- Drehwelle
- 50
- Magnetsensorvorrichtungen
- 51, 52; MRS1, MRS2
- Vorrichtungsanordnungen
- 59
- baryzentrische Position
- 63, 64
- Vorrichtungsanordnungen
- 69
- baryzentrische Position
- 101; 102
- magnetischer Drehwinkeldetektor
- A1, A2
- Ausgangsanschlüsse
- MR111, MR112, MR121, MR122
- MR-(Magnetowiderstands-)Vorrichtungen
