DE19709426C2 - Zum Erfassen einer Winkelverschiebung und einer Richtung einer Ventilachse angeordneter Sensor - Google Patents
Zum Erfassen einer Winkelverschiebung und einer Richtung einer Ventilachse angeordneter SensorInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf einen
Drehwinkel- (Winkelverschiebung und ihre Richtung) Sensor,
der zum Erfassen eines Winkels (und seiner Richtung) ange
ordnet ist, über den eine Ventilachse gedreht ist, und der
auf einen Motordrosselventil-Öffnungswinkelsensor anwendbar
ist.
Bei einem Automobilfahrzeug, in dem ein elektronisch gesteu
ertes Kraftstoffeinspritzsystem aufgebracht ist, wird ein
Öffnungswinkel (ein Drehwinkel) eines Motordrosselventils,
das in einem Ansaugluftkanal des Motors eingebaut ist, er
faßt, wobei der erfaßte Öffnungswinkel einer Motorsteue
rungseinheit mit einem Mikrocomputer zugeführt wird, um sehr
genaue Steuerungen der Kraftstoffeinspritzmenge oder der
-zeitsteuerung oder eines anderen Motor-gesteuerten Para
meters zu erreichen.
Im allgemeinen wird ein Potentiometer mit einem Widerstands
körper und einer Bürste verwendet, um den oben beschriebenen
Öffnungswinkel des Drosselventils zu erfassen. Die Bürste
des Potentiometers ist mit einer drehbaren Achse (der Ven
tilachse des Drosselventils) verbunden und gleitet über den
Widerstandskörper gemäß einer Drehwinkelverschiebung des
Drosselventils, wodurch eine Variation eines Widerstands
werts des Widerstandskörpers als der Öffnungswinkel des
Drosselventils erfaßt wird. Da der Drosselventilöffnungswin
kelsensor, der das Potentiometer verwendet, vom Kontakttyp
ist, ist die Zuverlässigkeit relativ niedrig und es kann
eine Abnutzung der Bürste aufgrund einer Langzeitverwendung
auftreten. Die japanische Patentanmeldung, erste Veröffent
lichung, Nr. Heisei 2-298814, die am 11. Dezember 1990 ver
öffentlicht wurde, stellt dagegen beispielhaft einen früher
vorgeschlagenen Drehwinkelsensor des Nicht-Kontakttyps unter
Verwendung eines magnetoresistiven Elements (Geräts) dar.
Ein Magnetfeld mittels eines Permanentmagneten wird um das
feste magnetoresistive Element entwickelt. Wenn der Magnet
um die Ventilachse gedreht wird, wird das Magnetfeld vari
iert, wobei das magnetoresistive Element die Mitte ist. Eine
Änderung des Drehwinkels wird dabei als Änderung des Wider
standswerts des magnetoresistiven Elements erfaßt. Folglich
kann der Drosselventilöffnungswinkel gemäß der Änderung des
Widerstandswerts des magnetoresistiven Elements erfaßt wer
den.
Bei dem früher vorgeschlagenen Drehwinkelsensor, der das
magnetoresistive Element verwendet, wird jedoch ein Raumab
stand zwischen einem Winkelabschnitt eines Magnetmaterials,
das an dem Permanentmagneten angebracht ist, und dem magne
toresistiven Element gemäß der Drehbewegung der Ventilachse
(des Magneten) stark variiert, derart, daß ein Ausgangssig
nal des magnetoresistiven Elements eine Charakteristik einer
Dreieckfunktion bezüglich des Drehwinkels der Drosselventil
achse ergibt. Folglich ist es schwierig, eine erwünschte li
neare Charakteristik für die Erfassung des Drosselventilöff
nungswinkels (des Drehwinkels) zu erhalten.
Ferner ist es schwierig, eine große Variation des Ausgangs
signals von dem magnetoresistiven Element aufgrund einer
Temperaturänderung der Magnetbewegungskraft des Magnets und
aufgrund eines Alterungseffekts und einer Temperaturände
rung, die das magnetoresistive Element aufweist, zu korri
gieren.
In der nachveröffentlichten DE 197 00 046 A1 wird ein Dreh
winkelsensor zum Erfassen eines Drehwinkels eines Drossel
ventils beschrieben.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen
Drehwinkelsensor zu schaffen, der zum Erfassen eines Dreh
winkels einer Ventilachse geeignet ist, und der ein Aus
gangssignal mit einer linearen Charakteristik bezüglich der
Drehwinkelverschiebung der Ventilachse erreichen kann.
Diese Aufgabe wird durch einen Sensor gemäß Anspruch 1 und
10 und durch einen Drehwinkelsensor nach Anspruch 20 gelöst.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß
sie einen haltbaren und zuverlässigen Drehwinkelsensor er
reicht.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung
werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeich
nungen detaillierter erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine longitudinale Querschnittsansicht eines Dreh
winkelsensors, der zum Erfassen eines Drehwinkels
einer Ventilachse bei einem ersten bevorzugten Aus
führungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung
angeordnet ist;
Fig. 2 eine (seitliche) erweiterte Querschnittsansicht,
die entlang einer Linie II-II von Fig. 1 geschnit
ten ist;
Fig. 3 ein elektrisches Schaltungsblockdiagramm einer Be
rechnungsschaltung, welche ein Erfassungsergebnis
des Drehwinkelsensors bei dem in den Fig. 1 und 2
gezeigten ersten Ausführungsbeispiel ausgibt;
Fig. 4 eine Erklärungsansicht des Drehwinkelsensors des
ersten Ausführungsbeispiels, die eine Anordnungsbe
ziehung zwischen einem Permanentmagneten, jedem
Magnetpolstück und sowohl dem ersten als auch dem
zweiten Hall-Effekt-Bauelement darstellt;
Fig. 5 einen Charakteristikagraph, der Ausgangsspannungs
signale von dem ersten und dem zweiten Hall-Ef
fekt-Bauelement darstellt, die bei dem ersten in
Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel verwendet wer
den;
Fig. 6 einen Charakteristikagraph, der ein Berechnungssig
nal Sx1 darstellt, das aus der Berechnungsschal
tung, die in Fig. 3 gezeigt ist, bezüglich des
Drehwinkels (Θ1) ausgegeben wird;
Fig. 7 eine Erklärungsansicht zum Erklären des Erfassungs
prinzips des Drehwinkels im Falle eines Vergleichs
beispiels bezüglich des ersten Ausführungsbeispiels
auf dieselbe wie in Fig. 4 gezeigte Art und Weise;
Fig. 8 eine Erklärungsansicht zum Erklären des Erfassungs
prinzips des Drehwinkels bei dem ersten Ausfüh
rungsbeispiel auf dieselbe Art und Weise, die in
Fig. 4 gezeigt ist, wenn der Permanentmagnet ge
dreht worden ist;
Fig. 9 ein Magnetschaltungsverbindungsdiagramm, das in dem
Fall des in den Fig. 1 bis 6 und 8 gezeigten ersten
Ausführungsbeispiels angewendet wird;
Fig. 10 einen Charakteristikagraph, der eine Beziehung zwi
schen jeder Ausgangsspannung des ersten und des
zweiten Hall-Effekt-Bauelements und dem Drehwinkel
(Θ1) in dem Fall der Fig. 7 und 8 darstellt;
Fig. 11 einen Charakteristikagraphen, der eine Beziehung
zwischen dem Berechnungssignal (Sx1), das aus der
Berechnungsschaltung, die in Fig. 3 gezeigt ist,
ausgegeben wird, und zwar auf der Basis der Aus
gangsspannungssignale der Fig. 10 und des Drehwin
kels (Θ1);
Fig. 12 eine erweiterte Querschnittsansicht des Drehwinkel
sensors bei einem zweiten bevorzugten Ausführungs
beispiel gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 13 ein elektrisches Schaltungsblockdiagramm der Be
rechnungsschaltung im Falle des in Fig. 12 gezeig
ten zweiten Ausführungsbeispiels;
Fig. 14 eine Erklärungsansicht zum Erklären des Erfassungs
prinzips des Drehwinkels im Falle des in Fig. 12
gezeigten zweiten Ausführungsbeispiels;
Fig. 15 ein Magnetschaltungsverbindungsdiagramm des Magne
ten, jedes Magnetpolstücks und sowohl des ersten
als auch des zweiten Hall-Effekt-Bauelements in dem
Fall des in Fig. 12 gezeigten zweiten bevorzugten
Ausführungsbeispiels;
Fig. 16 eine Draufsicht des Permanentmagneten, der bei dem
Drehwinkelsensor verwendet wird, bei einem dritten
bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß der vorlie
genden Erfindung;
Fig. 17 eine Erklärungsansicht des Drehwinkelsensors zum
Erklären vom Umwegabschnitten, die in zwei Paaren
von Magnetwegbildungsabschnitten gebildet sind, die
bei dem Drehwinkelsensor gemäß einem vierten
bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß der vorlie
genden Erfindung verwendet werden; und
Fig. 18 eine Erklärungsansicht des Drehwinkelsensors zum
Erklären von Umwegabschnitten, die in Magnetweg
bildungsabschnitten gebildet werden, die bei einem
fünften bevorzugten Ausführungsbeispiel des Dreh
winkelsensors gemäß der vorliegenden Erfindung ver
wendet werden.
Die Fig. 1 bis 6 zeigen ein erstes bevorzugtes Ausführungs
beispiel eines Sensors, der zum Erfassen einer Winkelver
schiebung (und ihrer Richtung) einer Ventilachse gemäß der
vorliegenden Erfindung angeordnet ist, welcher auf einen Mo
tordrosselventil-Öffnungswinkelsensor anwendbar ist.
In Fig. 1 umgibt ein zylindrisches Gehäuse 1, das aus einem
Harzmaterial besteht, eine Ventilachse (eine drehbare Achse)
3, welche eine Ventilachse des Drosselventils ist. Das zy
lindrische Gehäuse 1 umfaßt einen zylindrischen Abschnitt 1A
mit einer Öffnung, die nach unten gerichtet ist, wie es in
Fig. 1 zu sehen ist, einen dicken, flachen plattenartigen
Seitenwandabschnitt 1B, um für eine obere Seite des zylin
drischen Abschnitts 1A als Deckel zu dienen, und einen kon
kaven Abschnitt 1C, der an einem oberen Seitenabschnitt des
plattenartigen Seitenwandabschnitts 1B konkav gebildet ist.
Der zylindrische Abschnitt 1A des Gehäuses 1 ist in einen
konkaven Abschnitt 2A eines Drosselkörpers 2 eingefügt. Es
sei angemerkt, daß die Ventilachse 3 in dem Drosselkörper 2
drehbar angeordnet ist, wobei dieselbe mit einem Drosselven
til (nicht gezeigt) verriegelt ist und gedreht wird.
Ein Permanentmagnet 4 (siehe Fig. 1 und 2) ist in dem Gehäu
se 1 angeordnet. Der Magnet 4 ist an einem Spitzenende der
Achse 3 mittels einer Verstemmung usw. angeordnet, und der
selbe erstreckt sich radial von der Achse 3. Wie es in Fig.
2 typischerweise gezeigt ist, weist der Permanentmagnet 4
ein Profil auf, derart, daß ein Paar von gekrümmten äußeren
Umfangsendabschnitten 4A und 4B im lateralen Querschnitt an
länglichen jeweiligen Enden vorgesehen sind und zueinander
bezüglich einer axialen Mitte der Ventilachse als Mitte sym
metrisch sind, und derart, daß ein Paar von parallelen (ge
raden) Linienendabschnitten 4C und 4D in dem lateralen Quer
schnitt an Breiterichtungs-Enden vorgesehen sind. Der Magnet
4 weist somit im lateralen Querschnitt eine etwa elliptische
(oder stabförmige) Form auf.
Zusätzlich ist ein Bogen- (spitz, innen) Winkel, der zwi
schen einer virtuellen (Phantom-) Linie, die durch ein Ende
eines 4A des Paars der gekrümmten Umfangsendabschnitte und
die axiale Mitte läuft, und einer anderen virtuellen Linie
liegt, die durch das andere Ende 4A eines des Paars der
gekrümmten Umfangsendabschnitte definiert ist, ein erster
vorbestimmter Winkel Θm1. Der Bogenwinkel des anderen des
Paars der gekrümmten Umfangsendabschnitte ist ebenfalls der
vorbestimmte Winkel Θm1. Der eine Umfangsendabschnitt 4A des
Paars der Umfangsendabschnitte liefert den magnetischen N-
(Nord-) Pol, der hauptsächlich auf seiner Umfangskante po
sitioniert ist, wie es in Fig. 2 gezeigt ist, während der
andere Umfangsendabschnitt 4B des Paars der Umfangsendab
schnitte den magnetischen S- (Süd-) Pol liefert. Der Magnet
4 ist mit einem Durchgangsloch 4E an einem Mittenabschnitt
desselben versehen. Das Durchgangsloch 4E erstreckt sich
entlang einer axialen Richtung der Ventilachse 3. Das Durch
gangsloch 4E weist eine bezüglich der Form des Permanentma
gneten 4 analoge Form auf, um nur die Drehbewegung der Ven
tilachse 3 zu verriegeln, wie es in Fig. 2 gezeigt ist.
Wie es typischerweise in Fig. 2 gezeigt ist, ist ferner ein
Paar von bogenförmigen ersten Magnetpolstücken 5 und 5 in
dem zylindrischen Abschnitt 1A des zylindrischen Gehäuses 1
vergraben, um sich über dem Magneten 4 gegenüber zu liegen.
Ein Paar von bogenförmigen Magnetpolstücken 6 und 6 ist fer
ner in dem zylindrischen Abschnitt 1A des zylindrischen Ge
häuses 1 vergraben, um sich über dem Magneten 4 gegenüber zu
liegen. Somit sind die zwei Paare der bogenförmigen ersten
und zweiten Magnetpolstücke 5, 5, 6 und 6 angeordnet, um den
Magneten 4 wie eine geteilte kreisförmige Zylinderform zu
umgeben. Ferner ist das Paar der ersten Magnetpolstücke 5
und 5 an Positionen angeordnet, welche in der radialen Rich
tung bezüglich der axialen Mitte der Ventilachse 3 als Mitte
symmetrisch sind. Jeder zweite Bogen- (spitz, innen) Winkel,
der zwischen einer virtuellen Linie, die durch ein längli
ches Ende jedes des Paars der ersten Magnetpolstücke 5 und 5
und die axiale Mitte der Ventilachse 3 und einer anderen
virtuellen Line definiert ist, die durch das andere längli
che Ende jedes des Paars der ersten Magnetpolstücke 5 und 5
und die axiale Mitte der Ventilachse 3 läuft, ist ein zwei
ter vorbestimmter Winkel Θy1. Jedes der ersten Magnetpol
stücke 5 und 5 erstreckt sich umfangsmäßig über den zweiten
Bogenwinkel Θy1 mit der axialen Mitte der Ventilachse 3 als
Mitte, um einem gekrümmten Umfangsendabschnitt 4A oder 4B
mit einem konstanten Zwischenraum G1 gegenüber zu liegen.
Es sei angemerkt, daß der zweite Bogenwinkel Θy1 jedes der
ersten Magnetpolstücke 5 und 5 schmäler als der erste Bogen
winkel Θm1 ist, den jeder des Paars der gekrümmten äußeren
Umfangsendabschnitte 4A und 4A aufweist (Θy1 ≦ Θm1). Es sei
ferner angemerkt, daß jedes der bogenförmigen ersten Magnet
polstücke 5 und 5 dazu dient, einen magnetischen Fluß, der
von dem Permanentmagneten 4 entwickelt wird, zuerst einem
ersten Hall-Effekt-Bauelement 11 (wie es später erklärt
wird) über einen ersten und einen zweiten Magnetwegbildungs
abschnitt 7 und 8 zuzuführen, wie es ebenfalls später be
schrieben wird).
Ferner ist das andere Paar der zweiten bogenförmigen Magnet
polstücke 6 und 6 in dem zylindrischen Abschnitt 1A des Ge
häuses 1 vergraben und zwischen dem Paar der ersten bogen
förmigen Magnetpolstücke 5 und 5 mit einem Raumintervallab
stand a1 (Θa1 als Winkelabstand) zu jedem benachbarten des
Paars der ersten bogenförmigen Magnetpolstücke 5 und 5 posi
tioniert. Jeder Raumintervallabstand a1 (Θa1) ist länger als
der oben beschriebene Zwischenraum G1.
Das Paar der zweiten bogenförmigen Magnetpolstücke 6 und 6
erstreckt sich umfangsmäßig über den zweiten Bogenwinkel Θy1
mit der axialen Mitte der Ventilachse 3 als die Mitte, um
den gekrümmten bogenförmigen äußeren Umfangsendabschnitten
4A und 4B des Permanentmagneten über den konstanten Zwi
schenraum G1 gegenüber zu liegen.
Es sei angemerkt, daß ein Gesamtbogenwinkel (Θy1 + 2Θa1)
zwischen einem des Paars der ersten Magnetpolstücke 5 und 5
und dem benachbarten des Paars der zweiten Magnetpolstücke 6
und 6 einschließlich beider Raumintervallabstände gebildet
ist, um breiter als der erste Bogenwinkel Θm1 jedes der ge
krümmten Umfangsendabschnitte 4A und 4B zu sein (Θm1 < Θy1 +
2Θa1). In diesem Fall ist die Summe des Winkels Θy1, um den
sich jedes der Paare der ersten und zweiten Magnetpolstücke
5 und 5 und 6 und 6 umfangsmäßig erstreckt, und des Winkels
Θa1 zwischen einem des Paars der ersten Magnetpolstücke 5
und 5 und des benachbarten des Paars der zweiten Magnetpol
stücke 6 und 6 vorzugsweise größer (breiter) als der Winkel
Θm1 jedes gekrümmten äußeren Umfangsendabschnitts 4A und 4B
des Permanentmagneten 4 gebildet.
Jedes des Paars der zweiten Magnetpolstücke 6 und 6 dient
dazu, den magnetischen Fluß, der von dem Permanentmagneten 4
entwickelt wird, über zweite Magnetwegbildungsabschnitte 9
und 10 einem zweiten Hall-Effekt-Bauelement 4 zuzuführen
(wie es nachfolgend beschrieben wird).
An dieser Stelle sei angemerkt, daß ein Drehwinkel Θ1, um
den der Permanentmagnet 4 zusammen mit der Drehachse 3 dreh
mäßig verschoben wird, wie es in Fig. 2 gezeigt ist, eine
Nullposition (Θ1 = 0°) aufweist, wenn eine Mittenposition
des einen des Paars der gekrümmten Umfangsendabschnitte 4A
einer Mittenposition 6A des (oberen) einen des Paars der
zweiten bogenförmigen Magnetpolabschnitte 6 und 6 gegenüber
liegt. Es sei ferner angemerkt, daß, wie es in Fig. 2 ge
zeigt ist, wenn die Drehachse (Ventilachse 3 oder der Per
manentmagnet 4) in einer Uhrzeigersinnrichtung von der
Mittenposition 6A des oben beschriebenen einen des Paars der
zweiten Magnetpolstücke 6 gedreht wird, diese Uhrzeigersinn
richtung als Drehung in einer positiven Richtung angenommen
wird, und wenn die Ventilachse 3 (der Permanentmagnet 4) in
einer Gegenuhrzeigersinnrichtung von der Mittenposition des
oben beschriebenen einen des Paars der zweiten Magnetpol
stücke 6 gedreht wird, diese Gegenuhrzeigersinnrichtung als
Drehung in negativer Richtung bezeichnet wird. Hauptsächlich
bezugnehmend auf Fig. 1 sind Basisenden der ersten Magnet
wegbildungsabschnitte 7 und 8 mit dem Paar der ersten bogen
förmigen Magnetpolstücke 5 und 5 verbunden, während Spitzen
enden derselben zu einem Raum vorstehen, der durch den kon
kaven Abschnitt 1C umgeben ist. Das Spitzen- (freie, Bauele
menteinfügeabschnitt-) Ende des einen der ersten Magnetweg
bildungsabschnitte 7 bedeckt eine obere Seite des ersten
Hall-Effekt-Bauelements über einen Zwischenraum. Das Spit
zenende (der Bauelementeinfügungsabschnitt) des Magnetweg
bildungsabschnitts 8 ist über einem Teilwandabschnitt 1B des
zylindrischen Gehäuses 1 entlang einer hinteren Oberfläche
einer gedruckten Schaltungsplatine 13 (wie es nachfolgend
beschrieben wird) angeordnet.
Wie es typischerweise in Fig. 4 gezeigt ist, liegt der Spit
zenendabschnitt 7A (der Bauelementeinfügeabschnitt) des Mag
netwegbildungsabschnitts 7 dem Spitzenabschnitt (dem Bauele
menteinfügungsabschnitt) 8A des anderen der ersten Magnet
wegbildungsabschnitte 8, der an einem unteren Ende des er
sten Hall-Effekt-Bauelements 11 positioniert ist, gegenüber.
Das erste Hall-Effekt-Bauelement 11 ist zwischen den beiden
Spitzenenden 7A und 8A der ersten Magnetwegbildungsabschnit
te 7 und 8 angeordnet.
Die Grundenden der zweiten Magnetwegbildungsabschnitte 9 und
10 sind mit den zweiten Magnetpolabschnitten 6 bzw. 6 ver
bunden. Die Spitzenenden der zweiten Magnetwegbildungsab
schnitte 9 und 10 stehen in den konkaven Abschnitt 1C vor,
wie es typischerweise in Fig. 1 gezeigt ist.
Das Spitzenende (der Bauelementeinfügungsabschnitt) 9A des
einen Magnetwegbildungsabschnitts 9 erstreckt sich über das
obere Ende des zweiten Hall-Effekt-Bauelements 11. Das
Spitzenende 10A (der Bauelementeinfügungsabschnitt) des
anderen Magnetwegbildungsabschnitts 10 ist entlang des
Teilungsseitenwandabschnitts 1B des Gehäuses 1 über der
hinteren Oberfläche der gedruckten Schaltungsplatine 13
angeordnet (wie es nachfolgend beschrieben wird). Ferner ist
das Spitzenende 9A des einen zweiten Magnetwegbildungsab
schnitts 9 zu dem Spitzenende 10A des zweiten Magnetwegbil
dungsabschnitts 10 angeordnet, der unter dem unteren Ende
des zweiten Hall-Effekt-Bauelements 12 angeordnet ist (wie
es nachfolgend beschrieben wird), wie es typischerweise in
Fig. 4 gezeigt ist.
Es sei angemerkt, daß eine Fläche des Spitzenendes 8A des
einen 8 der ersten Magnetwegbildungsabschnitte, welche der
gleichen Fläche des Spitzenendes 7A des anderen 7 der ersten
Magnetwegbildungsabschnitte gegenüberliegt, derart einge
stellt ist, um zu der Fläche des Spitzenendes 10A des einen
10 der zweiten Magnetwegbildungsabschnitte gleich zu sein,
welche der gleichen Fläche des Spitzenendes 9A des anderen 9
der zweiten Magnetwegbildungsabschnitte gegenüberliegt, wie
es typischerweise in Fig. 4 gezeigt ist.
Es sei ferner angemerkt, daß ein Raumintervallabstand zwi
schen den beiden Spitzenenden 7A und 8A der ersten Magnet
wegbildungsabschnitte 7 und 8 konstant ist und durch b1 in
Fig. 4 bezeichnet ist, während der Raumintervallabstand b1
genauso dem Zwischenraum zwischen den beiden Spitzenenden 9A
und 10A der zweiten Magnetwegbildungsabschnitte 9 und 10
entspricht.
Wie es in den Fig. 3 und 4 gezeigt ist, sind das erste und
das zweite Hall-Effekt-Bauelement 11 und 12 auf der gedruck
ten Schaltungsplatine 13 angeordnet um parallel zueinander
zu liegen, und um auf der gedruckten Schaltungsplatine 13 in
einer Einzelchipform magnetisch voneinander beabstandet zu
sein.
Das erste Hall-Effekt-Bauelement 11 ist zwischen beiden
Spitzenenden 7A und 8A der ersten Magnetwegbildungsabschnit
te 7 und 8 angeordnet, wie es in Fig. 4 gezeigt ist, um ein
erstes Signal, dessen Pegel etwa proportional zu einer
Magnetflußdichte ist, die zwischen beiden Spitzenenden 7A
und 8A der ersten Magnetwegbildungsabschnitte 7 und 8 ent
wickelt ist, als eine Ausgangsspannung E11 auszugeben, wie
sie durch eine durchgezogene in Fig. 5 gezeigte Linie be
zeichnet ist.
Ferner ist das zweite Hall-Effekt-Bauelement 12 zwischen den
beiden Spitzenenden 9A und 10A der zweiten Magnetwegbil
dungsabschnitte 9 und 10 angeordnet, um ein zweites Signal,
dessen Pegel etwa proportional zu einer Magnetflußdichte
ist, die zwischen den beiden Spitzenenden 9A und 10A der
zweiten Magnetwegbildungsabschnitte 9 und 10 entwickelt
wird, als eine andere Ausgangsspannung E12 auszugeben, wie
sie durch eine in Fig. 5 gezeigte gestrichelte Linie darge
stellt ist.
Wie es typischerweise in Fig. 1 gezeigt ist, ist die ge
druckte Schaltungsplatine innerhalb des konkaven Abschnitts
1C des Gehäuses 1 angeordnet. Das erste und das zweite
Hall-Effekt-Bauelement 11 und 12 und eine Berechnungsschal
tung 19 (später detailliert beschrieben) sind auf einer vor
deren Oberfläche der gedruckten Schaltungsplatine 13 befe
stigt. Die gedruckte Schaltungsplatine 13 ist derart ange
ordnet, daß die Befestigungspositionen des ersten und des
zweiten Hall-Effekt-Bauelements 11 und 12 zwischen den Spit
zenenden 7A, 8A und 9A, 10A der ersten und zweiten Magnet
wegbildungsabschnitte 7, 8, 9 und 10 positioniert sind. Ein
Seitenende der gedruckten Schaltungsplatine 13 ist mit den
einen Enden einer Mehrzahl von Anschlußstiften 14 versehen,
wobei die Anschlußstifte 14 durch das Seitenende der ge
druckten Schaltungsplatine 13 durchdringen und zu einer Ab
deckung 16 an den jeweiligen Enden derselben vorstehen und
zu einem Loch in einem männlichen Verbinder 15 vorstehen.
Wie es typischerweise in Fig. 1 gezeigt ist, ist ein Zwi
schenabschnitt jedes Anschlußstifts 14 in dem Gehäuse 1 ver
graben. Die jeweiligen Anschlußstifte bestehen aus Metallma
terialien.
Die jeweiligen Anschlußstifte 14 stehen zu dem Innenlochab
schnitt des männlichen Verbinders 15 vor, um eine Verbindung
derselben mit einem externen elektrischen Gerät zu ermögli
chen. Die Anschlußstifte 14 dienen dazu, das erste und das
zweite Hall-Effekt-Bauelement 11 und 12 und die Berechnungs
schaltung 19 (und weitere elektrische Schaltungen) mit einer
externen (Vorspannungs-) Leistungsversorgung (nicht gezeigt)
zu verbinden, und dieselben dienen dazu, ein Erfassungs-
(Berechnungs-) Signal So1 auszugeben (wie es später detail
liert beschrieben wird), das von der Berechnungsschaltung 19
abgeleitet wird, und zwar zu einem externen Gerät, wie z. B.
einer Steuereinheit. Die Steuereinheit umfaßt beispielsweise
einen Mikrocomputer mit einer Eingangsschnittstelle, einer
CPU, einem Speicher, einem gemeinsamen Bus und einer Aus
gangsschnittstelle. Die Steuereinheit wandelt das Berech
nungssignal (Erfassungssignal) von der Berechnungsschaltung
19 über den entsprechenden Anschlußstift 14 in ein entspre
chendes Digitalsignal um und verarbeitet das Digitalsignal,
das das Erfassungssignal anzeigt, gemäß einem gespeicherten
Programm.
Ferner ist der männliche Verbinder 15 so angeordnet, um mit
einem weiblichen Verbinder (nicht gezeigt) über die jeweili
gen Anschlußstifte 14 verbunden zu werden.
Die Abdeckung 16 besteht aus synthetischem Harzmaterial und
ist eine etwa flache plattenartige Abdeckung, um den konka
ven Abschnitt 1C des Gehäuses 1 hermetisch abzudichten. Eine
Packung 17, die aus einem elastischen Material besteht,
dient dazu, eine Abdichtung zwischen dem Gehäuse 1 und der
Abdeckung 16 herzustellen.
Wie es typischerweise in Fig. 1 gezeigt ist, ist eine dünne,
flache plattenartige Magnetabschirmungsplatte 18 in dem
Teilwandabschnitt 1B des Gehäuses 1 vergraben und unter den
unteren Enden des ersten und des zweiten Hall-Effekt-Bauele
ments 11 und 12 positioniert, derart, daß ein Magnetfeld,
das in dem Permanentmagneten 4 entwickelt wird, nicht direkt
das erste und zweite Hall-Effekt-Bauelement 11 und 12 beein
trächtigt, die auf der gedruckten Schaltungsplatine 13 befe
stigt sind.
Fig. 3 zeigt ein elektrisches Schaltungsblockdiagramm der
Berechnungsschaltung 19 und ihrer umgebenden Schaltungen.
Die Berechnungsschaltung 19 umfaßt eine Absolutwertschaltung
30, einen Addierer 21, einen Dividierer 22 und einen Ver
stärker 23.
Die Absolutwertschaltung 20 arbeitet derart, um einen Abso
lutwert der Ausgangsspannung E11 des ersten Hall-Effekt-Bau
elements 11 als |E11| zu nehmen.
Der Addierer 21 addiert die Ausgangsspannung E12 des zweiten
Hall-Effekt-Bauelements 12 zu dem Absolutwert der Ausgangs
spannung E11 des ersten Hall-Effekt-Bauelements 11, um ein
Signal zu liefern, das |E11| + E12 entspricht.
Der Teiler 22 arbeitet derart, um die Ausgangsspannung E11
des ersten Hall-Effekt-Bauelements 11 durch das Ausgangs
spannungssignal des Addierers 21 wie folgt zu teilen:
E11/(|E11| + E12).
Der Verstärker 23 arbeitet derart, um die Ausgangsspannung
des Teilers 22 um einen Verstärkungsfaktor k zu verstärken.
Es sei angemerkt, daß ein Ausgangsende des Verstärkers mit
einem der Anschlußstifte 14 verbunden ist, um das Erfas
sungssignal So1, das dem Drehwinkel des Magneten 4 (der Ven
tilachse 3) entspricht, zu dem externen Gerät über den An
schlußstift 14 in den männlichen Verbinder 15 auszugeben.
Wie es in Fig. 3 gezeigt ist, ist ein Referenzspannungsgene
rator 24 mit dem Teiler 22 verbunden, um eine Versatzspan
nung (oder "Offset"-Spannung) zu dem Ausgangsspannungssignal
des Teilers 22 zu bestimmen, wobei ein Einstellungssignalge
nerator 25 mit dem Verstärker 23 verbunden ist, um eine
kleine Variation des Ausgangssignals des Verstärkers 23 zu
korrigieren, derart, daß eine Ausgangscharakteristik des
Erfassungssignals des Verstärkers 25 eingestellt wird, um
eine lineare Charakteristik für das Ausgangsspannungssignal
So1 des Verstärkers 23 zu liefern.
In Fig. 3 ist das Ausgangsspannungssignal (durch Sx1 be
zeichnet) des Teilers folgendermaßen ausgedrückt:
Sx1 = E11/(|E11| + E12) = Θ1/90° (1).
Die Charakteristikalinie des Ausgangsspannungssignals des
Teilers 22 ist durch eine durchgezogene Linie in Fig. 6 be
zeichnet.
Daher ergibt das Berechnungssignal (das Ausgangsspannungs
signal des Teilers 22) Sx1 einen minimalen Wert (Sx1 = 0),
wenn der Drehwinkel Θ1, der oben beschrieben wurde, null
Grad (0°) anzeigt, und dasselbe ergibt einen maximalen Wert
(Sx1 = 1), wenn der Drehwinkel Θ1 + 90° anzeigt.
Somit wird das Berechnungssignal Sx1 nur gemäß dem Drehwin
kel Θ1 bestimmt und wird nicht durch eine Magnetbewegungs
kraft F1 des Permanentmagneten 4 und durch eine Bauelement
empfindlichkeit G sowohl des ersten als auch des zweiten
Hall-Effekt-Bauelements 11 und 12 beeinträchtigt.
Das Erfassungssignal So1 aus dem Verstärker 23 wird folgen
dermaßen ausgedrückt:
So1 = k . Sx1 + Vo1
= k . Θ1/90° + Vo1 (2).
In der Gleichung (2) bezeichnet Vol einen konstanten Span
nungswert (beispielsweise 2,5 Volt).
Somit ergibt das Erfassungssignal, das als das Sensorsignal
des Öffnungswinkels des Drosselventils dient, und welches
mit So1 bezeichnet ist, den minimalen Wert (Vo1-k), wenn
der Drehwinkel Θ1 -90° ist, und dasselbe ergibt den Maxi
malwert (Vo1 + k), wenn der Drehwinkel Θ1 +90° anzeigt.
Nachfolgend wird das Erfassungsprinzip bezugnehmend auf die
Fig. 7, 8, 9, 10 und 11 detailliert beschrieben, auf der Ba
sis dessen der Sensor, der zum Erfassen der Winkelverschie
bung und ihrer Richtung in dem ersten bevorzugten Ausfüh
rungsbeispiel angeordnet ist, betrieben wird.
Im Falle der Fig. 7 und 8 sei angenommen, daß der eine 4A
der gekrümmten Umfangsendabschnitte des Permanentmagneten 4
den ersten Bogenwinkel Θm1 auf etwa 90° eingestellt hat,
während der zweite Bogenwinkel Θy1 sowohl der ersten als
auch der zweiten Magnetpolstücke 5, 5, 6 und 6 auf etwa 90°
eingestellt ist, und wobei jeder Raumintervallabstand a1
(Winkel Θa1) zwischen den ersten und den zeiten Magnetpol
stücken 5, 5, 6 und 6 auf einen sehr kleinen Wert einge
stellt ist.
Wie es in Fig. 8 gezeigt ist, wird, wenn die Ventilachse 3
gedreht wird, der Permanentmagnet 4, d. h. der eine 4A der
gekrümmten Umfangsendabschnitte 4A und 4B, in der Umfangs
richtung über den Drehwinkel Θ1 in einem Bereich von ±90°
bezüglich des Mittenabschnitts 6A des oberen der zweiten
Magnetpolstücke 6 und 6 gedreht. Wenn der Permanentmagnet 4
in der positiven Richtung gedreht wird, liegt der eine 4A
der gekrümmten Umfangsendabschnitte 4A und 4B teilweise
einem Oberseitenteil des rechten der ersten Magnetpolstücke
5 über einen Winkel von Θ11 gegenüber und derselbe liegt
gleichzeitig einem rechten Teil des oberen der zweiten Mag
netpolstücke 6 über einem Winkel von Θ12 gegenüber.
Zusätzlich liegt der andere der gekrümmten Umfangsendab
schnitte 4B einem Unterseitenteil des linken anderen der er
sten Magnetpolstücke 5 über dem gleichen Winkel von Θ11 ge
genüber, und derselbe liegt teilweise dem linken Teil des
anderen unteren der zweiten Magnetpolstücke 6 gegenüber.
Ferner strömt der magnetische Fluß, der von dem Permanent
magneten 4 entwickelt wird, von dem Paar der ersten Magnet
polstücke 5 und 5 zu dem ersten Hall-Effekt-Element 11 über
die ersten Magnetwegbildungsabschnitte 8 und 7, und derselbe
fließt von dem Paar der zweiten Magnetpolstücke 6 und 6 zu
dem zweiten Hall-Effekt-Bauelement 12 über die zweiten
Magnetwegbildungsabschnitte 9 und 10, wie es in Fig. 9 ge
zeigt ist.
Ferner ist die erste Magnetschaltung durch den Permanentmag
neten 4, das Paar der ersten Magnetpolstücke 5 und 5 und die
ersten Magnetwegbildungsabschnitte 7 und 8 gebildet.
Ferner ist die zweite Magnetschaltung durch den Permanent
magneten 4, das Paar der zweiten Magnetpolstücke 6 und 6 und
die zweiten Magnetwegbildungsabschnitte 9 und 10 gebildet.
Die erste und die zweite Magnetschaltung sind parallel ge
schaltet.
Es sei angenommen, daß ein invertierter Wert eines magneti
schen Widerstands, der zwischen dem einem 4A der gekrümmten
Umfangsendabschnitte 4A, 4B des Permanentmagneten 4 und dem
bezüglich Fig. 2 rechten 5 der ersten Magnetpolstücke 5 und
5 gebildet wird, eine Permeanz P11 ist, und der invertierte
Wert des magnetischen Widerstands (der magnetischen Reluk
tanz), der zwischen dem einen Magneten 4 und dem bezüglich
Fig. 2 oberen 6 der zweiten Magnetpolstücke 6 und 6 gebildet
wird, eine Permeanz P12 ist.
Diese Permeanzen P11 und P12 sind etwa proportional zu der
gegenüberliegenden Fläche des einen der gekrümmten Umfangs
endabschnitte 4A zu dem ersten bzw. dem zweiten Magnetpol
stück 5 bzw. 6.
P11 = α1 × µ0 × Θ11
= α1 × µ0 × Θ1 (3).
P12 = α1 × µ0 × Θ12
α1 × µ0 × (90° - Θ1) (4).
In den Gleichungen (3) und (4) bezeichnet α1 eine Konstante,
die gemäß einer Größe in der axialen Richtung des Permanent
magneten 4, gemäß einer Größe in der axialen Richtung jedes
Magnetpolstücks 5, 5, 6 und 6 und gemäß dem Raumintervall
abstand zwischen jedem der ersten und zweiten Magnetpol
stücke 5, 5, 6 und 6 vorbestimmt ist, während µ0 eine Perme
abilität bezeichnet.
Zusätzlich sei angenommen, daß der invertierte Wert des mag
netischen Widerstands, der zwischen dem anderen 4B der ge
krümmten Umfangsendabschnitte 4A und 4B und dem linken ande
ren der ersten Magnetpolstücke 5 und 5 erzeugt wird, die
Permeanz P13 ist, während der invertierte Wert des magne
tischen Widerstands, der zwischen dem anderen 4B der ge
krümmten Umfangsendabschnitte 4A und 4B und dem unteren der
zweiten Magnetpolstücke 6 und 6 erzeugt wird, die Permeanz
P14 ist. Diese Permeanzen P13 und P14 sind in den folgenden
Gleichungen (5) und (6) ausgedrückt.
Es sei angemerkt, daß die gegenüberliegende Fläche zwischen
den anderen 4B der gekrümmten Umfangsendabschnitte 4A und 4B
und den anderen der ersten und zweiten Magnetpolstücke 5, 5,
6, und 6 gleich der Fläche zwischen den einen 4A der ge
krümmten Umfangsendabschnitte 4A und 4B und dem einen der
ersten und zweiten Magnetpolstücke 5, 5, 6 und 6 ist.
P13 = α1 × µ0 × Θ1 = P11 (5).
P14 = α1 × µ0 × Θ12 = P12 (6).
Ferner sei angenommen, daß jeder invertierte Wert der magne
tischen Widerstände, die um das erste bzw. zweite Hall-Ef
fekt-Bauelement 11 und 12 erzeugt werden, die Permeanz PS1
ist. Diese Permeanz PS1 ist im Vergleich zu den anderen Per
meanzen P11, P12, P13 und P14 relativ klein.
Ferner ist ein Gesamtmagnetfluß Φ1, der aus der Magnetbewe
gungskraft F1 des Magneten 4 entwickelt wird und durch die
erste und die zweite Magnetschaltung läuft, durch folgende
Gleichung ausgedrückt:
Φ1 = F1/{(1/P11) + (1/P13)} + F1/{(1/P11) + (1/P14)}
= F1 . (P11 + P12)/2
= F1 . α1 . 90°/2 (7).
Daher ist der gesamte magnetische Fluß Φ1 immer konstant.
Ferner sei angenommen, daß ein magnetischer Fluß, der durch
jedes Magnetpolstück 5, 5, 6 und 6 läuft, durch Φ11 und Φ12
bezeichnet ist. Die Beziehung von Φ11 und Φ12 zu den Perme
anzen P11 und P12 lautet folgendermaßen:
Φ11 : Φ12 = P11 : P12.
Φ11 = Φ1 × P11/(P11 + P12)
= Φ1 × α1 × µ0 × Θ1/(α1 × µ0 × 90°)
= Φ1 × Θ1/90° (8).
Φ12 = Φ1 × P12/(P11 + P12)
= Φ1 × α1 × µ0 × (90°-Θ1)/(α1 × µ0 × 90°)
= Φ1 × (1-Θ1/90°) (9).
Der magnetische Fluß B11, der durch das erste Hall-Effekt-
Bauelement 11 läuft, leitet sich folgendermaßen ab:
B11 = β1.Φ11 (10).
Der magnetische Fluß B12, der durch das zweite Hall-Effekt-
Bauelement 12 läuft, ergibt sich folgendermaßen:
B12 = β1.Φ12 (11).
In den Gleichungen (10) und (11) bezeichnet β1 eine vorbe
stimmte Konstante, die gemäß der Fläche jedes Spitzenendes
7A, 8A, 9A und 10A der jeweiligen ersten und zweiten Magnet
wegbildungsabschnitte 7, 8, 9 und 10 vorbestimmt ist, die zu
dem ersten und dem zweiten Hall-Effekt-Bauelement
gegenüberliegt.
Da das erste Hall-Effekt-Bauelement 11 und das zweite Hall-
Effekt-Bauelement 12 gegenseitig gleiche elektrische Cha
rakteristika haben, und da die Ausgangsspannungen E11 und
E12 des ersten und des zweiten Hall-Effekt-Bauelements 11
und 12 proportional zu den magnetischen Dichten B11 und B12
sind, gelten folgende Gleichungen:
E11 = G × B11
= G × β1 × Φ1 × Θ1/90° (12).
E12 = G × β1 × Φ1 × (1-Θ1/90°) (13).
In den Gleichungen (12) und (13) bezeichnet G eine Bauele
menteempfindlichkeit sowohl des ersten als auch des zweiten
Hall-Effekt-Bauelements 11 und 12, um die Ausgangsspannungen
E11 und E12 bezüglich der magnetischen Dichten B11 und B12
zu bestimmen.
Es sei angemerkt, daß die Ausgangsspannung E12 des zweiten
Hall-Effekt-Bauelements folgendermaßen ausgedrückt werden
kann:
E12 = G × B12
= G × β1 × Φ1 × (1-|Θ1|/90°) (14).
Die Gleichung (13) kann durch die Gleichung (14) ersetzt
werden.
Folglich weist die Ausgangsspannung E11 des ersten Hall-Ef
fekt-Bauelements 11 eine proportionale Beziehung zu dem
Drehwinkel Θ1 der Gleichung (12) auf. Das heißt, daß die
Ausgangsspannung E11 gemäß der Zunahme des Drehwinkels Θ1
erhöht wird. Wenn detailliert gesagt der Drehwinkel Θ1 Null
ist (0°), sind die ersten Magnetpolstücke 5 und 5 nicht zu
den gekrümmten Umfangsabschnitten 4A und 4B des Magnets 4
hin gerichtet, derart, daß die Ausgangsspannung E11 etwa 0
Volt anzeigt.
Wenn der Magnet 4 winkelmäßig in der Uhrzeigersinnrichtung
von der Nullspannungsanzeigeposition gedreht wird, werden
die gegenüberliegenden Flächen der ersten Magnetpolstücke 5
und 5 zu dem Paar der gekrümmten Umfangsendabschnitte 4A und
4B erhöht. Somit wird die Ausgangsspannung E11 erhöht, und
wenn der Drehwinkel 90° anzeigt (Θ1 = 90°), zeigt die Aus
gangsspannung E11 den Maximalwert.
Andererseits hat die Ausgangsspannung E12 des zweiten Hall-
Effekt-Bauelements 12 eine proportionale Beziehung mit einem
negativen Gradienten zwischen 0° und 90° des Drehwinkels Θ1.
Wenn der Drehwinkel Θ1 erhöht wird, nimmt die Ausgangsspan
nung E12 ab.
Da detailliert gesagt der eine 4A der gekrümmten Umfangsend
abschnitte vollständig dem oberen der zweiten Magnetpol
stücke 6 gegenüberliegt, und da der andere 4B der gekrümmten
Umfangsendabschnitte dem unteren der zweiten Magnetpolstücke
6 gegenüberliegt, zeigt die Ausgangsspannung E12 den positi
ven Maximalwert. Wenn der Magnet 4 von der oben beschriebe
nen Position in die Uhrzeigersinnrichtung gedreht wird, neh
men die gegenüberliegenden Flächen zwischen den gekrümmten
Umfangsendabschnitten 4A und 4B und den zweiten Magnetpol
stücken 6 und 6 ab. Folglich wird die Ausgangsspannung E12
proportional zu der gegenüberliegenden Fläche erniedrigt.
Wenn der Drehwinkel Θ1 +90° anzeigt, zeigt die Ausgangsspan
nung E12 etwa 0 Volt an.
Wenn jedoch der Raumintervallabstand a1 zwischen dem längli
chen einen Ende des einen der ersten Magnetpolstücke 5 und
dem länglichen einen Ende des einen der zweiten Magnetpol
stücke 6 klein wird, kann leicht ein magnetischer Leckfluß
in einer Pfeil-bezeichneten Richtung C (C in Fig. 7) auftre
ten. Wie es in Fig. 10 gezeigt ist, hat in diesem Fall so
wohl die Ausgangsspannung E11 als auch die Ausgangsspannung
E12 keine proportionale Beziehung bezüglich des Drehwinkels
Θ1. Wie es durch die durchgezogene Charakteristikalinie 26
von Fig. 10 gezeigt ist, nimmt die Ausgangsspannung E11 des
ersten Hall-Effekt-Bauelements 11 mit einem relativ großen
Gradienten ab, wenn der Drehwinkel Θ1 0° erreicht. Wenn der
Drehwinkel Θ1 90° erreicht, wird die Zunahme (der Gradient)
der Ausgangsspannung E11 des ersten Hall-Effekt-Bauelements
11 unterdrückt. Diese Tendenz betrifft genauso die Ausgangs
spannung E12 des ersten Hall-Effekt-Bauelements, wie es
durch eine gestrichelte Linie 27 in Fig. 10 gezeigt ist.
Wie es in Fig. 7 gezeigt ist, sind in dem Vergleichsfall,
bei dem der Raumintervallabstand sehr klein ist, sowohl der
erste Bogenwinkel Θm1 als auch der zweite Bogenwinkel Θy1
auf etwa 90° eingestellt, wobei die Ausgangsspannungen E11
und E12, die von dem ersten und dem zweiten Hall-Effekt-Bau
element 11 und 12 abgeleitet sind, durch die Charakteristi
kalinien 26 und 27 in Fig. 10 aufgrund des magnetischen
Leckflusses in der Richtung C in Fig. 7 gezeigt sind. In
diesem Fall zeigt das Berechnungssignal Sx1 des Teilers 22
in Fig. 3 eine Charakteristikalinie 28 in Fig. 11, die
bezüglich des Drehwinkels Θ1 nicht linear ist. Folglich ist
eine große Abweichung bezüglich der linearen Charakteristi
kalinie, die durch eine Phantomlinie 29 in Fig. 11 bezeich
net ist, vorhanden.
Daher ist bei dem ersten oben beschriebenen Ausführungsbei
spiel der erste Bogenwinkel Θ1 jedes gekrümmten Umfangsend
abschnitts 4A und 4B des Magneten 4 kleiner (schmäler) als
der Gesamtbogenwinkel (Θy1 + 2Θa1) zwischen jedem ersten
Magnetpolstück und jedem zweiten Magnetpolstück, und der
selbe ist vorzugsweise kleiner (schmäler) als die Summe des
Winkels Θy1 und des Winkels Θa1 (Θy1 + Θa1 → 90°) (Θm1 <
Θy1 + Θa1), während der zweite Bogenwinkel Θy1 schmäler als
der erste Bogenwinkel Θm1 (Θy1 < Θm1) ist.
Wenn folglich der Drehwinkel Θ1 bei 0° oder bei 90° ist,
kann verhindert werden, daß der magnetische Leckfluß in der
Richtung C, wie es in Fig. 7 gezeigt ist, zwischen dem ande
ren der zweiten Magnetpolstücke 6, welches zu einem der
parallelen Linienendabschnitte 4C oder 4D des Magneten 4 ge
richtet ist, oder zwischen dem anderen der ersten Magnetpol
stücke 5, welches gegenüber dem anderen der parallelen Lini
enendabschnitte 4C oder 4D des Magneten 4 gerichtet ist,
entwickelt wird.
Der Einfluß des magnetischen Leckflusses auf die Ausgangs
signale E11 und E12 des Hall-Effekt-Bauelements kann wesent
lich reduziert werden.
Zusätzlich ist bei dem ersten Ausführungsbeispiel die Zwi
schenraumlänge G, die in Fig. 2 gezeigt ist, kleiner als der
Raumintervallabstand a1 eingestellt (G1 < a1). Daher kann
jede Permeanz B11, B12, B13 und B14 in den ersten und den
zweiten Magnetpolstücken 5 und 6 wesentlich größer als die
Permeanz PS1 um sowohl das erste als auch das zweite Hall-
Effekt-Bauelement 11 und 12 herum, sein. Ein Einfluß der
Permeanz PS1 auf die Ausgangsspannungen E11 und E12 des
ersten und des zweiten Hall-Effekt-Bauelements 11 und 12
kann reduziert (unterdrückt) werden. Folglich kann der Ein
fluß des magnetischen Leckflusses auf die Hall-Effekt-Aus
gangssignale E11 und E12 auf dieselbe Art und Weise wie oben
beschrieben reduziert werden.
Folglich zeigen die Ausgangsspannungen E11 und E12 aus den
jeweiligen Hall-Effekt-Bauelementen 11 und 12 lineare Cha
rakteristikalinien 30 und 31 in Fig. 5. Sowie beispielsweise
der Drehwinkel Θ1 0° erreicht, nimmt die Ausgangsspannung
E11 des ersten Hall-Effekt-Bauelements 11 nicht mit einem
großen Gradienten ab. Wenn der Drehwinkel +90° erreicht,
nimmt die Ausgangsspannung E12 des zweiten Hall-Effekt-Bau
elements 12 nicht mit dem großen Gradienten ab.
Ferner zeigt das Berechnungssignal (die Ausgangsspannung des
Teilers 22) Sx1 die lineare Charakteristik 32 in Fig. 6 an,
welche proportional zu dem Drehwinkel Θ1 ist.
Da bei dem ersten Ausführungsbeispiel die ersten und die
zweiten Magnetpolstücke 5, 5, 6 und 6 nicht die drehbare
Ventilachse 3 und den Magneten 4 berühren, ist die Erfassung
des Öffnungswinkels (des Drehwinkels) ohne Verwendung eines
zusätzlichen Gleitwiderstands (einer Last) für die Ventil
achse 3 möglich. Da der Sensor bei dem ersten Ausführungs
beispiel vom Nicht-Kontakt-Typ ist, kann die Zuverlässigkeit
des Sensors verbessert werden. Da ferner die Ausgangsspan
nungen des ersten und des zweiten Hall-Effekt-Bauelements
nicht aufgrund des nicht-mechanischen Kontakts der Vorstücke
auf dem Magnet 4 momentan unterbrochen werden, kann eine ho
he Zuverlässigkeit sichergestellt werden.
Da zusätzlich das Erfassungssignal So1 aus der Berechnungs
schaltung 19 ausgegeben wird, welches dem Drehwinkel Θ1 ent
spricht, wie es in der Gleichung (2) dargelegt ist, ist eine
genaue Erfassung des Drehwinkels Θ1 gemäß dem Erfassungssig
nal So1 ohne Abhängigkeit von der Magnetbewegungskraft F1
des Magneten 4, ohne Abhängigkeit von der Temperaturcharak
teristik der Bauelementempfindlichkeit G, ohne Abhängigkeit
von dem Alterungseffekt des Magneten und ohne Abhängigkeit
von den Hall-Effekt-Bauelementen möglich.
Da der magnetische Fluß, der von dem Magnet 4 entwickelt
wird, wirksam von den ersten Magnetpolstücken 5 und 5 in das
erste Hall-Effekt-Bauelement über die ersten und zweiten
Magnetwegbildungsabschnitte 7 und 8 eingeführt wird, und
ferner wirksam von den zweiten Magnetpolstücken 6 und 6 in
das zweite Hall-Effekt-Bauelement 12 über die zweiten Mag
netwegbildungsabschnitten 9 und 10 eingeführt wird, kann das
erste Hall-Effekt-Bauelement 11 die Ausgangsspannung E11
ausgeben, welche dem magnetischen Fluß Φ11 entspricht, der
von dem Magneten 4 abgeleitet und zwischen den ersten Mag
netpolstücken 5 und 5 entwickelt wird. Das zweite Hall-Ef
fekt-Bauelement 12 kann die Ausgangsspannung E12 ausgeben,
welche dem magnetischen Fluß Φ12 entspricht, der von dem
Magneten 4 abgeleitet und zwischen den zweiten Magnetpol
stücken 6 und 6 entwickelt wird. Die Pegel der Ausgangsspan
nungen E11 und E12, die aus dem ersten und dem zweiten
Hall-Effekt-Bauelement 11 und 12 entwickelt werden, können
gemäß dem Drehwinkel Θ1 des Magneten 4 stark variiert sein.
Eine Befestigungsfreiheit für sowohl das erste als auch das
zweite Hall-Effekt-Bauelement 11 und 12 kann erhöht werden.
Da das erste und das zweite Hall-Effekt-Bauelement auf der
gedruckten Schaltungsplatine 13 gegenseitig angrenzend be
festigt sind, kann eine Umgebungstemperaturbedingung zu der
des anderen identisch sein. Es können Einzel-Chip-Hall-Ef
fekt-Bauelemente auf dem gleichen Halbleitersubstrat verwen
det werden.
Da ferner die ersten und die zweiten Magnetpolstücke 5, 5, 6
und 6 konzentrisch bezüglich der Ventilachse als Mitte ange
ordnet und insgesamt in der zylindrischen Schlitzform sind,
kann der Abstand zwischen den gekrümmten Umfangsendabschnit
ten 4A und 4B und den jeweiligen ersten und zweiten Magnet
polstücken 5, 5, 6 und 6, wenn sie sich gegenüberliegen,
konstant gehalten werden, d. h. der Zwischenraum G kann
konstant gehalten werden.
Der magnetische Fluß Φ11, der proportional zu der gegen
überliegenden Fläche ist, bei der jedes erste Magnetpolstück
5 und 5 und jeder gekrümmte Umfangsendabschnitt 4A und 4B
des Magneten 4 angeordnet sind, kann dadurch von den ersten
Magnetpolstücken 5 und 5 eingeführt werden.
Die Ausgangsspannung E11, die proportional zu dem Drehwinkel
61 ist, kann aus dem ersten Hall-Effekt-Bauelement 11 abge
leitet werden, welches zwischen den Spitzenenden 7A und 8A
der Magnetwegbildungsabschnitte 7 und 8 liegt, die mit den
ersten Magnetpolstücken 5 und 5 verbunden sind.
Die Ausgangsspannung E12, die proportional zu dem Drehwinkel
Θ1 ist, kann ebenfalls aus dem zweiten Hall-Effekt-Bauele
ment 12 abgeleitet werden, da der magnetische Fluß Φ12, der
proportional zu der gegenüberliegenden Fläche ist, mit der
sich jeder gekrümmte Umfangsendabschnitt 4A und 4B und jedes
zweite Magnetpolstück 6 und 6 gegenüberliegen, aus den
zweiten Magnetpolstücken 6 und 6 eingeführt werden kann.
Das zweite Hall-Effekt-Bauelement 12 ist zwischen den Spit
zenenden 9A und 10A der zweiten Magnetwegbildungsabschnitte
9 und 10, die mit den zweiten Magnetpolstücken 6 und 6 ver
bunden sind, angeordnet.
Da der Magnet 4 und die jeweiligen ersten und zweiten Mag
netpolstücke 5, 5, 6 und 6 konzentrisch angeordnet sind,
kann der Sensor kompakt gehalten werden.
Da der Magnet 4 nur auf der Ventilachse 3 befestigt ist,
welche gedreht werden soll, kann die Zusammenbauoperation
des Sensors vereinfacht werden.
Da bei dem ersten Ausführungsbeispiel die Länge des Zwi
schenraums G1 kürzer als jeder Raumintervallabstand a1 (Win
kel Θa1) (G1 < a1) ist, kann jede Permeanz P11, P12, P13,
P14 an den ersten und den zweiten Magnetpolstücken 5, 5, 6
und 6 wesentlich größer als die Permeanz PS1 sein, die so
wohl das erste als auch das zweite Hall-Effekt-Bauelement 11
und 12 umgibt. Daher kann der Einfluß der Permeanz PS1 auf
die Ausgangsspannungswerte E11 und E12 des ersten und des
zweiten Hall-Effekt-Bauelements 11 und 12 vernachlässigbar
reduziert werden.
Da bei dem ersten Ausführungsbeispiel Θm1 < Θy1 + 2Θa1, Θy1
+ Θa1 → 90°, Θm1 < Θy1 + Θa1 und Θy1 < Θm1 gelten, kann
verhindert werden, daß der magnetische Leckfluß zwischen den
parallelen Linienendabschnitten 4C und 4D und den anderen
der zweiten magnetischen Polstücke 6 oder den anderen der
ersten Magnetpolstücke 5 entwickelt wird. Der Einfluß des
magnetischen Leckflusses auf das Erfassungssignal kann we
sentlich reduziert werden.
Die Fig. 12 bis 15 zeigen ein zweites bevorzugtes Ausfüh
rungsbeispiel des Sensors, der zum Erfassen des Drehwinkels
und seiner Richtung gemäß der vorliegenden Erfindung ange
ordnet ist.
Da die gleichen Bezugszeichen wie im ersten Ausführungsbei
spiel die entsprechenden Elemente in dem ersten und dem
zweiten Ausführungsbeispiel bezeichnen, wird die detaillier
te Beschreibung derselben im nachfolgenden weggelassen.
Der Unterschied zwischen dem ersten und dem zweiten Ausfüh
rungsbeispiel liegt hauptsächlich in der Anzahl der Magnet
polstücke, die den Magneten 41 umgeben.
Wie es typischerweise in Fig. 12 gezeigt ist, ist der läng
liche Magnet 41 in dem zylindrischen Abschnitt 1A des Ge
häuses 2 angeordnet und an dem Ende der Ventilachse 3 mit
tels der Verstemmung befestigt. Der Magnet 41 ist mit den
parallelen Linienabschnitten 41C und 41D und mit den ge
krümmten Umfangsendabschnitten 41A und 41B wie beim ersten
Ausführungsbeispiel versehen.
Die gekrümmten Umfangsendabschnitte 41A und 41B weisen den
ersten Bogen- (spitzen) Winkel Θm2 (welcher etwas schmäler
als 90° ist) mit der axialen Mitte der Ventilachse 3 als die
Mitte auf.
Die gekrümmten Umfangsendabschnitte 41A und 41B sind mit dem
N-Pol bzw. S-Pol versehen, wie es in Fig. 12 gezeigt ist.
Das Durchgangsloch 41E ist in der Mitte des Magneten 41 vor
gesehen, um den axialen Endabschnitt der Ventilachse 3 auf
zunehmen. Die Gestalt des Durchgangslochs 41E ist analog zu
der des Magneten 41.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel ist das erste Magnetpol
stück 42 in dem zylindrischen Abschnitt 1A des Gehäuses 1
vergraben. Das erste Magnetpolstück 42 bildet zusammen mit
einem zweiten Magnetpolstück 43 und einem dritten Magnetpol
stück 44 (wie es nachfolgend beschrieben wird) eine aufge
teilte Zylinderform, um den Magneten 41 in der kreisförmigen
Gestalt zu umhüllen.
Das erste Magnetpolstück 42 erstreckt sich umfangsmäßig über
den zweiten Bogenwinkel Θy2, welcher schmäler als der erste
Bogenwinkel Θm2 ist, wobei der Zwischenraum G2 gegenüber
einem der gekrümmten Umfangsendabschnitte 41A vorgesehen
ist, der den magnetischen N-Pol des Magneten 41 liefert, wo
bei die Achse 3 die Mitte ist.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel ist bezugnehmend auf
Fig. 12 der Winkel (Θy2 + 2Θa2) über dem ersten Magnetpol
stück 42 und den zwei Raumintervallabständen von dem ersten
Magnetpolstück 42 zu dem benachbarten zweiten und dritten
Magnetpolstück 43 und 44 breiter als jeder erste Bogenwinkel
Θm2 der jeweiligen gekrümmten Umfangsendabschnitte 41A und
41B (Θm2 < Θy2 + 2Θa2). Es wird bevorzugt, daß Θm2 < (Θy2 +
Θa2) gilt.
Das erste Magnetpolstück 42 wirkt derart, daß der magneti
sche Fluß, der von dem Magneten 41 entwickelt wird, in das
erste Hall-Effekt-Bauelement 48 über den ersten Magnetweg
bildungsabschnitt 45 eingeführt wird.
Das zweite Magnetpolstück 43 ist in dem zylindrischen Ab
schnitt 1A vergraben und mit dem gleichen Raumintervall
abstand a2 (Winkel Θa2) versehen, welcher größer als der
Zwischenraum G2 von 33921 00070 552 001000280000000200012000285913381000040 0002019709426 00004 33802 dem benachbarten ersten Magnetpolstück
42 ist. Das zweite Magnetpolstück 43 weist den ersten Bogen
winkel Θy2 wie das erste Magnetpolstück 42 auf, welcher
schmäler als der zweite Bogenwinkel Θm2 ist. Das zweite Mag
netpolstück 43 erstreckt sich umfangsmäßig über den ersten
Bogenwinkel Θy2 und ist gegen den einen 41A der gekrümmten
Umfangsendabschnitte 41A und 41B des Magneten 4 ausgerich
tet, wobei der konstante Zwischenraum G zwischen denselben
mit der Ventilachse 3 als die Mitte vorhanden ist. Das zwei
te Magnetpolstück 43 dient dazu, den magnetischen Fluß, der
von dem Magneten 41 erzeugt wird, über den zweiten Magnet
wegbildungsabschnitt 45 in das zweite Hall-Effekt-Bauelement
49 einzuführen.
Das dritte Magnetpolstück 44 erstreckt sich umfangsmäßig
entlang des vergrabenen zylindrischen Abschnitts 1A des Ge
häuses 1, wobei der Raumintervallabstand a2 zu dem benach
barten ersten und zweiten Magnetpolstück 42 und 43 vorgese
hen ist. Die Länge des Raumintervallabstands a2 ist länger
als der Zwischenraum g2. Es sei angemerkt, daß der zweite
Bogenwinkel in dem Fall des dritten Magnetpolstücks 44 etwa
auf 180° eingestellt ist.
Das dritte Magnetpolstück 44 führt den magnetischen Fluß,
der von dem Magneten 41 entwickelt wird, in das erste und
das zweite Hall-Effekt-Bauelement 48 und 49 über den dritten
Magnetwegbildungsabschnitt 47 ein.
Es sei angemerkt, daß der Drehwinkel Θ2 des Magneten 41
(Ventilachse 3) 0° beträgt (Θ2 = 0°), wenn der Mittenab
schnitt des einen der gekrümmten Umfangsendabschnitte 41A
und 41B gegenüber dem Raumintervallabstand a2 zwischen dem
ersten und dem zweiten Magnetpolstück 42 und 43 gerichtet
ist. Wenn der Magnet 4 zu dem ersten Magnetpolstück 42 von
der oben beschriebenen Nullposition gedreht wird, ist die
Drehrichtung als die positive Richtung definiert. Wenn der
Magnet 4 zu dem zweiten Magnetpolstück 43 von der Nulldreh
position aus gedreht wird, ist die Drehrichtung als die ne
gative Richtung definiert.
Der erste Magnetwegbildungsabschnitt 42 weist den Grundend
abschnitt auf, welcher mit dem ersten Magnetpolstück 42 ver
bunden ist, und derselbe weist den freien (Spitzenend-) Ab
schnitt auf, welcher zu dem konkaven Abschnitt 1C des Gehäu
ses 1 vorsteht.
Der Spitzenendabschnitt des ersten Magnetwegbildungsab
schnitts 42 umgibt die obere Seite des ersten Hall-Effekt-
Bauelements 48 mit einem Spielraum und ist gegen das Spit
zenende des dritten Magnetwegbildungsabschnitts 47 gerich
tet, der unter der unteren Seite des ersten Hall-Effekt-Bau
elements 48 positioniert ist.
Der zweite Magnetwegbildungsabschnitt 46 hat den Grundendab
schnitt mit dem zweiten Magnetpolstück 43 verbunden, während
sein Spitzenendabschnitt in den konkaven Abschnitt 1C des
Gehäuses 1 vorsteht. Der Spitzenendabschnitt des zweiten
Magnetwegbildungsabschnitts 46 umgibt die obere Seite des
zweiten Hall-Effekt-Bauelements 49 mit einem Spielraum und
ist gegen das Spitzenende des dritten Magnetwegbildungsab
schnitts 47 gerichtet, der unter der unteren Seite des zwei
ten Hall-Effekt-Bauelements 49 positioniert ist.
Die Spitzenend- (Bauelementeinfügungs-) Abschnitte 45A und
46A der Magnetwegbildungsabschnitte 45 und 46 liegen dem
Spitzenendabschnitt 47A des dritten Magnetwegbildungsab
schnitts 47 mit gegenseitig gleichen gegenüberliegenden Flä
chen gegenüber. Jeder Spielraum zwischen diesen Spitzenend
abschnitten ist auf einen konstanten Wert von b2 einge
stellt.
Der Grundendabschnitt des dritten Magnetwegbildungsab
schnitts 47 ist mit dem dritten Magnetpolstück 44 verbunden,
wobei das Spitzenende desselben in den konkaven Abschnitt 1C
des Gehäuses 1 vorsteht. Der Spitzenendabschnitt des dritten
Magnetwegbildungsabschnitts 47 erstreckt sich entlang der
hinteren Oberfläche der gedruckten Schaltungsplatine 13 und
über den Teilungsseitenwandabschnitt 1B des Gehäuses 1. Der
Spitzenend- (Bauelementeinfügungs-) Abschnitt 47A des drit
ten Magnetwegbildungsabschnitts 47 liegt den Spitzenend-
(Bauelementeeinfügungs-) Abschnitten 45A und 46A des ersten
und des zweiten Magnetwegbildungsabschnitts 45 und 46 gegen
über, wie es in Fig. 14 gezeigt ist. Sowohl das erste als
auch das zweite Hall-Effekt-Bauelement 48 und 49 liegt zwi
schen diesen Spitzenendabschnitten 45A und 47A bzw. 46A und
47A.
Das erste und das zweite Hall-Effekt-Bauelement geben die
Spannungssignale E21 und E22 aus, welche proportional zu der
magnetischen Dichte zwischen den Spitzenendabschnitten 45A
und 47A des ersten und zweiten Magnetwegbildungsabschnitts
sind, und welche proportional zu der magnetischen Dichte
zwischen den Spitzenendabschnitten 46A und 47A des zweiten
und des dritten Magnetwegbildungsabschnitts 46 bzw. 47 sind.
Die Berechnungseinheit 50, wie es in Fig. 13 gezeigt ist,
umfaßt den Subtrahierer 52, den Addierer 51, den Teiler 53
und den Verstärker 54. Die Berechnungseinheit ist auf der
gedruckten Schaltungsplatine 13 angebracht. Die Berechnungs
einheit 50 berechnet und gibt das Erfassungssignal So2 aus,
welches dem Drehwinkel Θ2 entspricht, und zwar auf der Basis
der Ausgangssignale E21 und E22, die von dem ersten und dem
zweiten Hall-Effekt-Bauelement 48 und 49 ausgegeben werden.
Der Addierer 51 addiert die Ausgangsspannungssignale E21 und
E22 von dem ersten Hall-Effekt-Bauelement (erstes Hall-Ele
ment in Fig. 13) 48 und von dem zweiten Hall-Effekt-Bauele
ment (zweites Hall-Element in Fig. 13) 49, um E21 + E22 ab
zuleiten.
Der Subtrahierer 52 subtrahiert das zweite Ausgangsspan
nungssignal E22 des zweiten Hall-Effekt-Bauelements 49 von
dem ersten Ausgangsspannungssignal E21 des ersten Hall-Ef
fekt-Bauelements 48 nach folgender Gleichung:
E21-E22.
Der Dividierer 53 arbeitet, um das Ausgangssignal des Sub
trahierers 52 durch das Ausgangssignal des Addierers 51 ge
mäß folgender Gleichung zu teilen:
Sx2 = (E2-E22)/(E21 + E22) = 2/90° × Θ2.
Der Verstärker 54 verstärkt das Ausgangssignal des Teilers
53, um das Erfassungssignal So2 für den entsprechenden An
schlußstift 14 auf die gleiche Art und Weise wie beim ersten
Ausführungsbeispiel zu liefern.
Der Referenzspannungsgenerator 55 dient dazu, das Referenz
spannungssignal zu dem Teiler 53 zuzuführen, um den Versatz
pegel des Ausgangssignals des Teilers 53 zu bestimmen, wobei
der Einstellungssignalgenerator 56 die kleine Variation im
Ausgangserfassungssignal So2 von dem Verstärker 54 korri
giert, um die Ausgangscharakteristik des Signals in die
vollständig lineare Form einzustellen.
Nachfolgend wird das Erfassungsprinzip des Drehwinkels und
seiner Richtung im Falle des zweiten bevorzugten Ausfüh
rungsbeispiels bezugnehmend auf die Fig. 12 bis 15 beschrie
ben.
Um ein besseres Verständnis des Erfassungsprinzips des Sen
sors beim zweiten Ausführungsbeispiel zu erleichtern, wird
der erste Bogenwinkel Θm2, der dem gekrümmten Umfangsendab
schnitt 41A der gekrümmten Umfangsendabschnitte 41A und 41B
entspricht, auf etwa 90° eingestellt, wird der zweite Bogen
winkel Θy2 bei sowohl dem ersten als auch dem zweiten Mag
netpolstück 42 und 43 auf etwa 180° eingestellt und wird je
der Raumintervallabstand a2 (Θa2) auf einen sehr kleinen
Wert eingestellt.
Unter diesen Voraussetzungen werden die Gleichungen (15) bis
(24) eingeführt.
Zuerst wird, wie es in Fig. 14 gezeigt ist, der eine 41A der
gekrümmten Umfangsendabschnitte 41A und 41B gleichzeitig mit
der Drehbewegung der Ventilachse 3 in der Umfangsrichtung
von der Position aus, bei der der N-Pol desselben gegen den
Raumintervallabstand zwischen dem ersten und dem zweiten
Magnetpolstück 42 und 43 gerichtet ist, über den Bereich von
±45° gedreht.
Nun ist einer 41A der gekrümmten Umfangsendabschnitte 41A
und 41B gegen das erste Magnetpolstück 42 über den Bereich
des Winkels Θ21 gerichtet, und gegen das zweite Magnetpol
stück 43 über den Winkel Θ22 gerichtet.
Ferner ist der andere 41B der gekrümmten Umfangsendabschnit
te 41A und 41B des Magneten 41 vollständig gegen das dritte
Magnetpolstück 44 gerichtet. Während der magnetische Fluß,
der von dem Magnet 41 entwickelt wird, von dem ersten und
dem dritten Magnetpolstück 42 und 43 zu dem ersten Hall-Ef
fekt-Bauelement 48 über den ersten und den dritten Magnet
wegbildungsabschnitt 45 und 47 eingeführt wird, wird der
Magnetfluß von dem zweiten und dritten Magnetpolstück 43 und
44 in das zweite Hall-Effekt-Bauelement 49 über den zweiten
und den dritten Magnetwegbildungsabschnitt 46 und 47 einge
führt.
Die erste Magnetschaltung ist ferner durch den Magneten 41,
das erste und dritte Magnetpolstück 42 und 44 und den ersten
und dritten Magnetwegbildungsabschnitt 45 und 47 gebildet,
während die zweite Magnetschaltung durch den Magneten 41,
das zweite und dritte Magnetpolstück 43 und 44 und den zwei
ten und dritten Magnetwegbildungsabschnitt 46 und 47 gebil
det ist. Diese zwei Magnetschaltungen sind an dem Magneten
41 parallel zueinander angeschlossen.
Dies ist aus Fig. 15 offensichtlich.
Die invertierten Werte (die Inversion) des magnetischen Wi
derstands, der zwischen dem einen 41A der gekrümmten Um
fangsendabschnitte 41A und 41B des Magneten 41 und dem er
sten und dem zweiten Magnetpolstück 42 und 43 erzeugt wird,
werden als die Permeanzen P21 bzw. P22 bezeichnet. Diese
Permeanzen P21 und P22 sind etwa proportional zu den
gegenüberliegenden Flächen, bei denen der eine 41A der ge
krümmten Umfangsendabschnitte 41A und 41B des Magneten 41
gegen das erste und/oder zweite Magnetpolstück 42 und/oder
43 gerichtet ist.
P21 = α2 . µ0 . Θ21
= α2 . µ0 . (45° + Θ2) (15).
P22 = α2 . µ0 . Θ22
= α2 . µ0 . (45°-Θ2) (16).
In den Gleichungen (15) und (16) bezeichnet α2 die Konstan
te, die gemäß der Axialabmessung des Magneten 4, gemäß dem
Raumabstand des ersten bzw. zweiten Magnetpolstücks 42 und
43 und gemäß der Länge des Zwischenraums G zwischen dem Mag
neten 41 und den jeweiligen Magnetpolstücken 42 und 43 be
stimmt wird.
Zusätzlich ist der invertierte Wert (die Inversion) des mag
netischen Widerstands, der zwischen dem anderen der gekrümm
ten Umfangsendabschnitte 41A und 41B und dem dritten Magnet
polstück 44 gebildet ist, die Permeanz P23. Die Permeanz P23
wird wie folgt abgeleitet, da der andere 41B der gekrümmten
Umfangsendabschnitte 41A und 41B immer gegen 90° gerichtet
ist. Andererseits ist der eine der gekrümmten Umfangsendab
schnitte 41A des Magneten 41 immer über 90° gegen das zweite
Magnetpolstück 43 gerichtet.
Somit lautet die Permeanz P23 folgendermaßen:
P23 = α2 . µ0 . 90° = P21 + P22 (17).
Der invertierte Wert (die Inversion) des magnetischen Wider
stands, der um das erste und das zweite Hall-Effekt-Bauele
ment 48 und 49 herum gebildet wird, ist die Permeanz PS2.
Die Permeanz PS2 ist im Vergleich zu den anderen Permeanzen
P21 und P22 relativ klein.
Der Magnet 41 weist die Magnetbewegungskraft F2 auf.
Der gesamte magnetische Fluß Φ2, der durch die erste und die
zweite Magnetschaltung läuft, wird folgendermaßen ausge
drückt:
Φ2 = F2 × 1/{1/(P21 + P22) + 1/P23}
= F2 × P23/2
= F2 × α2 × µ0 × 90°/2 (18).
Der gesamte magnetische Fluß Φ2 ist somit immer ein konstan
ter Wert.
Die magnetischen Flüsse Φ21 und Φ22, die durch das erste
Magnetpolstück 42 bzw. durch das zweite Magnetpolstück 43
laufen, haben die folgende Beziehung: Φ21 : Φ22 = P21 : P22.
Φ21 = Φ2 . P21/(P21 + P22)
= Φ2 × (α2 × µ0 × (45° + Θ2)/(α2 × µ0 × 90°)
= Φ2 . (0.5 + Θ2/90°) (19).
Φ22 = Φ2 × P22/(P21 + P22)
= Φ2 × (α2 × µ0 × (45°-Θ2))/(α2 × µ0 × 90°)
= Φ2 × (0.5-Θ2/90°) (20).
Die magnetischen Flußdichten B21 und B22, die durch das er
ste und das zweite Hall-Effekt-Bauelement 48 und 49 fließen,
werden folgendermaßen beschrieben:
B21 = β × Φ21 (21).
B22 = β × Φ22 (22).
Das erste und das zweite Hall-Effekt-Bauelement 48 und 49
haben die gleichen Charakteristika. Die Ausgangsspannungen
E21 und E22 der Hall-Effekt-Bauelemente 48 und 49 sind pro
portional zu den magnetischen Flußdichten B21 und B22.
E21 = G × B21
= G × β × Φ2 × (0.5 + Θ2/90°) (23).
E22 = G × B22
= G × β × Φ2 × (0.5 + Θ2/90°) (24).
In den Gleichungen (23) und (24) bezeichnet G die Bauele
mentempfindlichkeit, die die Ausgangsspannungen E21 und E22
bezüglich der magnetischen Flußdichten B21 und B22 bestimmt.
Es sei angemerkt, daß, wenn die Bauelementeempfindlichkeit G
sowohl des ersten als auch des zweiten Hall-Effekt-Bauele
ments 48 und 49 aufgrund einer Umgebungstemperaturänderung
um die Bauelemente herum variiert wird, die Ausgangsspan
nungen E21 und E22 aufgrund der Änderung der Empfindlichkeit
G verändert werden. Zusätzlich hängt der gesamte magnetische
Fluß Φ2 von der Magnetbewegungskraft F2 des Magneten 41 ab,
wobei die Ausgangsspannungen E21 und E22 aufgrund des Ein
flusses der Magnetbewegungskraft F2 des Magneten 41 entspre
chend variiert werden.
Um daher diese Einflüsse zu eliminieren, werden beide Aus
gangsspannungen E21 und E22 des ersten und des zweiten
Hall-Effekt-Bauelements 48 und 49 der Berechnungsschaltung
50 zugeführt, welche folgende Berechnung durchführt.
Sx2 = (E21-E22)/(E21 + E22)
= 2/90° × Θ2 (25).
Sx2 ist das Ausgangssignal des Teilers 53.
Das Erfassungssignal So2 des Verstärkerausgangs wird folgen
dermaßen abgeleitet:
So2 = k × Sx2 + Vo
= 2 × k × Θ2/90° + Vo (26).
In der Gleichung (26) bezeichnet Vo den konstanten Span
nungswert (beispielsweise 2,5 Volt), während k den konstan
ten Verstärkungsfaktor bezeichnet.
Wenn folglich der Drehwinkel Θ2 -45° zeigt, zeigt das Er
fassungssignal So2 den Minimalwert (Vo-k), und wenn der
Drehwinkel Θ2 +45° zeigt, wird der Maximalwert (Vo + k) als
das Erfassungssignal So2 ausgegeben.
Daher empfängt das Erfassungssignal So2 nicht den Einfluß
der Magnetbewegungskraft F2 des Magneten 41 und der Bauele
mentempfindlichkeit G des ersten und des zweiten Hall-Ef
fekt-Bauelements 48 und 49.
In dem Fall, in dem der Raumintervallabstand a2 zwischen je
dem der jeweiligen Magnetpolstücke 42, 43 und 44 ausreichend
klein ist, und Θm2, Θy2 → 90° sind, wird der magnetische
Leckfluß auf dieselbe Art und Weise wie im Falle des ersten
Ausführungsbeispiels entwickelt.
Wenn daher der Drehwinkel Θ2 -45° beträgt, ist die Aus
gangsspannung E21 des ersten Hall-Effekt-Bauelements 48 re
duziert, und die Ausgangsspannung E22 des zweiten Hall-Ef
fekt-Bauelements ist reduziert, wenn der Drehwinkel Θ2 +45°
beträgt.
Zusätzlich würde ein großer Fehler im Verhältnis zwischen
den Ausgangsspannungen E21 und E22 der Hall-Effekt-Bauele
mente 48 und 49 aufgrund eines Einflusses der Permeanz PS2
sowohl des ersten als auch des zweiten Hall-Effekt-Bauele
ments 48 und 49 auftreten, wenn der Drehwinkel Θ2 um ±22,5°
(45°/2) herum liegt.
Wenn daher jeder Raumintervallabstand a2 zwischen dem ersten
und dem zweiten Magnetpolstück 42 und 43, zwischen dem zwei
ten und dem dritten Magnetpolstück 43 und 44 und zwischen
dem dritten und dem ersten Magnetpolstück 44 und 42 ausrei
chend klein wäre, würde jede Ausgangsspannung E21 und E22
von dem ersten und dem zweiten Hall-Effekt-Bauelement 48 und
49 nicht linear sein, wodurch das Berechnungssignal Sx2 be
züglich des Drehwinkels Θ2 nicht linear sein würde.
Da bei dem zweiten Ausführungsbeispiel Θm2 < Θy2 + Θa2 (Θy2
+ Θa2 → 90°) ist, sind der magnetische Leckfluß, der durch
das zweite und das dritte Magnetpolstück 43 und 44 läuft,
und da Θy2 < Θm2 gilt, der magnetische Leckfluß, der durch
das zweite und das dritte Magnetpolstück 43 und 44 oder
durch das erste und das dritte Magnetpolstück 42 und 44
läuft, die den parallelen Linienendabschnitten 41C und 41D
gegenüberliegen, wenn der Drehwinkel Θm2 -45° oder +45°
beträgt, reduziert.
Da bei dem zweiten Ausführungsbeispiel G2 < a2 ist, kann je
de Permeanz P21, P22 oder P23 beträchtlich größer als die
Permeanz PS2 bei sowohl dem ersten als auch dem zweiten
Hall-Effekt-Bauelement 48 und 49 sein. Daher kann der Ein
fluß der Permeanz PS2 auf die Ausgangsspannungen E21 und E22
des ersten und des zweiten Hall-Effekt-Bauelements 48 und 49
reduziert werden. Der magnetische Leckfluß, der oben be
schrieben wurde, kann unterdrückt werden. Zusätzlich kann
das Erfassungssignal Sx2 die näherungsweise proportionale
Beziehung zu dem Drehwinkel Θ2 haben.
Die Vorteile im Falle des zweiten Ausführungsbeispiels sind
im allgemeinen die gleichen wie die, die bezüglich des er
sten Ausführungsbeispiels beschrieben wurden.
Fig. 16 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel des Sensors,
der zum Erfassen des Drehwinkels und seiner Richtung ange
ordnet ist.
Es sei angemerkt, daß die abgesehen vom Magneten 1 andere
Struktur und der Betrieb des Sensors zu denen gleich sind,
die bezüglich des ersten und zweiten bevorzugten Ausfüh
rungsbeispiels beschrieben wurden.
Der Magnet 61 weist im Querschnitt von Fig. 16 eine Struktur
auf, die etwa dem Buchstaben H entspricht. Der Magnet 61 um
faßt ein Paar von magnetisierten Polabschnitten 61A und 61A,
wobei jeder in einer Bogenform (Sektorform) um ein entspre
chendes Ende eines Paars von Umfangsenden gebildet ist, und
derselbe umfaßt ein Paar von stabförmigen Verbindungsab
schnitten 61B und 61B, die beide das Paar der Magnetpolab
schnitte 61A und 61A verbinden.
Obwohl der Magnet 61 die ähnliche Form wie der Magnet 4 beim
ersten Ausführungsbeispiel hat, weist jeder magnetisierte
Polabschnitt 61A die Bogenform, wobei die Achse 3 die Mitte
ist, über den Bogenwinkel Θm1 auf, und jeder magnetisierte
Polabschnitt ist aus dem N-Pol an einem Abschnitt und dem
S-Pol an dem entgegengesetzten Abschnitt gebildet, wie es in
Fig. 16 gezeigt ist.
Das Durchgangsloch 61C dringt durch die Mitte des Magneten
61 durch, wobei durch dasselbe das axiale Ende der Ventil
achse 3 geschoben und befestigt ist.
Bei dem dritten Ausführungsbeispiel ist der Magnet 61 durch
das Paar der Magnetpolabschnitte 61A und 61A und die stab
förmigen Verbindungsabschnitte 61B und 61B gebildet, wobei
der magnetische Fluß, der in dem Magneten 61 entwickelt
wird, über den Bogenwinkel Θm1 von dem Paar der magnetisier
ten Polabschnitte 61A und 61A verbreitert werden kann.
Selbst wenn der Drehwinkel Θ1 ±Θm1 erreicht, kann daher der
magnetische Fluß, der der gegenüberliegenden Fläche, bei der
einer des Paars der magnetischen Polabschnitte 61A und 61A
gegenüber einem und/oder jedem der ersten und zweiten Mag
netpolstücke 5, 5, 6 und 6 befestigt ist, von dem Magneten
61 genau in das erste und das zweite Hall-Effekt-Bauelement
11 und 12 eingeführt werden. Die genaue Erfassung des Dreh
winkels Θ1 kann über den gesamten Bereich der Drehbewegung
der Ventilachse 3 erreicht werden.
Es sei jedoch angemerkt, daß, obwohl bei dem ersten und dem
zweiten Ausführungsbeispiel die Berechnungsschaltung 19 (50)
im Gehäuse 1 eingebaut ist, die Ausgangsspannungen E11 und
E12 (E21 und E22) des ersten und des zweiten Hall-Effekt-
Bauelements 11 und 12 (48 und 49) über die entsprechenden
zwei Anschlußstifte 14 zu einer extern eingebauten Berech
nungsschaltung ausgegeben werden können, um das Erfassungs
signal So1 (So2) zu der weiter vorhandenen externen bei
spielsweise Steuerschaltung auszugeben.
Obwohl der Magnet 4 (41, 61), der als die Drehbewegungswelle
(Achse) die in entweder der negativen oder positiven Rich
tung gedreht werden soll, dient, an der Achse 3 befestigt
ist, kann der Magnet 4 (41, 61) an dem Gehäuse befestigt
sein, wobei dann die ersten und die zweiten Magnetpolstücke
5, 5, 6 und 6, die in dem ersten Ausführungsbeispiel be
schrieben sind, oder das erste, das zweite und dritte Mag
netpolstück 42, 43 und 44 mittels der Ventilachse als die
Drehbewegungswelle gedreht werden.
Obwohl bei jedem Ausführungsbeispiel, das oben beschrieben
wurde, die ersten Magnetpolstücke 42 (5, 5) und die zweiten
Magnetpolstücke 43, (6, 6) oder das dritte Magnetpolstück 44
sich umfangsmäßig über jeweils bestimmte Winkelbereiche er
strecken, können sowohl das erste als auch das zweite oder
das dritte Magnetpolstück in jeweils schmäleren Winkelberei
chen aufgeteilt sein, um jeweils zwei oder mehrere Magnet
polstücke zu bilden.
Fig. 17 zeigt ein viertes bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Sensors gemäß der vorliegenden Erfindung, der zum Erfas
sen des Drehwinkels und der Drehrichtung angeordnet ist.
Bei dem vierten Ausführungsbeispiel sind die Spitzenenden
des ersten und des zweiten Magnetwegbildungsabschnitts 7 und
8 mit den Bauelementeinfügungs- (Zwischenpositionierungs-)
Abschnitten 7A und 8A, die sich entlang der hinteren Ober
fläche der gedruckten Schaltungsplatine 3 erstrecken, und
ferner mit Umwegabschnitten 7B und 8B versehen, die von den
Bauelementeinfügungsabschnitten 7A bzw. 8A abgezweigt sind.
Die ersten Umwegabschnitte 7B und 8B liegen sich gegenüber,
wie es in Fig. 17 zu sehen ist, wobei ein kleiner Spielraum
zwischen denselben vorhanden ist, um an dieser Stelle einen
relativ kleinen magnetischen Widerstand und zwar kleiner als
der magnetische Widerstand zwischen den Bauelementeinfü
gungsabschnitten 7A und 8A zu schaffen, um das vordere und
hintere Ende des ersten Hall-Effekt-Bauelements 11 zu umge
hen. Da der kleine magnetische Widerstand an dem Paar der
ersten Umwegabschnitte 7B und 8B vorgesehen ist, wird der
magnetische Widerstand zwischen den Bauelementeinfügungsab
schnitten 7A und 8A, zwischen die das erste Hall-Effekt-Bau
element 11 eingefügt wird, entsprechend reduziert, und zwar
aufgrund der Parallelmagnetschaltungsbeziehung.
Zusätzlich sind die Spitzenenden der zweiten Magnetwegbil
dungsabschnitte 9 und 10 mit den Bauelementeinfügungs- (Zwi
schenpositionierungs-) Abschnitten 9A und 10A, die sich ent
lang der hinteren Oberfläche der gedruckten Schaltungsplati
ne 3 erstrecken, und ferner mit zweiten Umwegabschnitten 9B
und 10B versehen, die von den Bauelementeinfügungsabschnit
ten 9A bzw. 10A abgezweigt sind. Die zweiten Umwegabschnitte
9B und 10B liegen sich gegenüber, und zwar mit dem gleichen
kleinen Spielraum wie im Fall der ersten Verzweigungsab
schnitte 7B und 8B, um den relativ kleineren magnetischen
Widerstand als den zwischen den Bauelementeinfügungs-
(Zwischenpositionierungs-) Abschnitten 9A und 10A an dieser
Stelle zu liefern, um das vordere und hintere Ende des
zweiten Hall-Effekt-Bauelements 12 zu umgehen. Die Fläche,
mit der sich die Bauelementeinfügungsabschnitte 7A und 8A
über dem ersten Hall-Effekt-Bauelement 11 gegenüberliegen,
ist gleich der Fläche, mit der sich die Bauelementeinfü
gungsabschnitte 9A und 10A über das zweite Hall-Effekt-Bau
element 12 gegenüberliegen. Das Raumintervall des Zwischen
raums, das in Fig. 17 gezeigt ist, zwischen den ersten Um
wegabschnitten 7B und 8B ist gleich dem, das in Fig. 17 mit
b1 bezeichnet ist, zwischen den zweiten Umwegabschnitten 9B
und 10B. Da der kleine magnetische Widerstand zwischen den
Spitzenenden der zweiten verzweigten Abschnitte 9B und 10B
geschaffen ist, wird der magnetische Widerstand zwischen den
Spitzenenden der Bauelementeinfügungsabschnitte 9A und 10A,
zwischen denen das zweite Hall-Effekt-Bauelement 12 einge
fügt wird, aufgrund der gleichen oben beschriebenen Ursache
entsprechend klein.
Die weitere Struktur und der Betrieb zur Erfassung sind zu
dem ersten Ausführungsbeispiel gleich.
Da bei dem vierten Ausführungsbeispiel die ersten und zwei
ten Umwegabschnitte 7B und 8B und 9B und 10B mit kleinem
magnetischen Widerstand an den Spitzenendabschnitten der
ersten und zweiten Magnetwegbildungsabschnitte 7 und 8 bzw.
9 und 10 vorgesehen sind, wird die Permeanz PS1 bei sowohl
dem ersten als auch dem zweiten Hall-Effekt-Bauelement 11
und 12 erhöht, derart, daß der Einfluß der Permeanz PS1 be
züglich des ersten und des zweiten Hall-Effekt-Bauelements
11 und 12 auf die magnetischen Flüsse Φ11 und Φ12, die durch
die erste bzw. zweite Magnetschaltung laufen, beträchtlich
reduziert werden kann.
Folglich kann ein lineareres Erfassungssignal So1 ausgegeben
werden, wodurch eine genaue Erfassung des Drehwinkels Θ1
durchgeführt werden kann.
Fig. 18 zeigt ein fünftes bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Drehwinkelsensors gemäß der vorliegenden Erfindung. Bei
dem fünften Ausführungsbeispiel ist, wie es aus Fig. 18 zu
sehen ist, das Spitzenende (das freie Ende) des ersten Mag
netwegbildungsabschnitts 45 mit einem 45B eines Paars von
ersten Umwegabschnitten 45B und 47C versehen, die vor dem
Bauelementeinfügungsabschnitt 45A positioniert sind, wobei
das Spitzenende, das von dem dritten Magnetwegbildungsab
schnitt 47 in einer Rechtsrichtung verzweigt ist, mit dem
anderen 47C des Paars der ersten Umwegabschnitte 45B und 47B
versehen ist, die hinter dem Bauelementeinfügungsabschnitt
47A positioniert sind.
Zusätzlich ist das Spitzenende des zweiten Magnetwegbil
dungsabschnitts 46 mit einem 46B eines Paars von zweiten Um
wegabschnitten 46B und 47D, die vor dem Bauelementeinfü
gungsabschnitt 46A positioniert sind, versehen, während das
Spitzenende, das in einer Linksrichtung von dem dritten Mag
netwegbildungsabschnitt 47 verzweigt ist, mit dem anderen
47D des Paars der zweiten Umwegabschnitte 46D und 47D verse
hen ist, die hinter dem Bauelementeinfügungsabschnitt 47B
positioniert sind.
Der eine des Paars der ersten Umwegabschnitte 47C und 45B
ist gegen den anderen des Paars der ersten Umwegabschnitte
mit einem kleinen Spielraum b2 gebildet. Der eine des Paars
der zweiten Umwegabschnitte 46B und 47B ist gegen den
anderen des Paars der zweiten Umwegabschnitte mit dem glei
chen kleinen Spielraum b2 gebildet. Sowohl das Paar der er
sten als auch der zweiten Umwegabschnitte 45B und 47C und
46B und 47D hat bezüglich dem magnetischen Widerstand in den
Bauelementeinfügungsabschnitten einen relativ kleineren mag
netischen Widerstand, durch die das entsprechende sowohl er
ste als auch zweite Hall-Effekt-Bauelement 48 und 49 einge
fügt wird, und zwar genauso wie in dem Fall der Umwegab
schnitte bei dem vierten Ausführungsbeispiel.
Die andere Struktur und das Erfassungsprinzip sind zu dem im
zweiten Ausführungsbeispiel beschriebenen Fall gleich.
Die Permeanz PS2 bei jedem Hall-Effekt-Bauelement 48 und 49
wird folglich relativ erhöht, derart, daß der Einfluß der
Permeanz PS2 bezüglich sowohl des ersten als auch des zwei
ten Hall-Effekt-Bauelements 48 und 49 auf die Ausgangsspan
nungssignale E21 und E22 des ersten bzw. zweiten Hall-Ef
fekt-Bauelements 48 und 49 (die magnetischen Flüsse Φ21 und
Φ22, die durch die erste und die zweite Magnetschaltung lau
fen), beträchtlich reduziert werden kann.
Zusätzlich wird der magnetische Fluß, der dem magnetischen
Widerstand zwischen den jeweiligen
Bauelementeinfügungsabschnitten 45A und 47A und dem Paar der
ersten Umwegabschnitte 45B und 47C entspricht, durch das
erste Hall-Effekt-Bauelement 48 geleitet.
Der magnetische Fluß, der dem magnetischen Widerstand zwi
schen den jeweiligen Bauelementeinfügungsabschnitten 46A und
47B und dem Paar der zweiten Umwegabschnitte 46B und 47D
entspricht, läuft durch das zweite Hall-Effekt-Bauelement
49.
Daher können die Ausgangsspannungen E21 und E22, welche pro
portional zu den magnetischen Flüssen Φ21 und Φ22 sind, von
dem ersten bzw. zweiten Hall-Effekt-Bauelement 48 bzw. 49
ausgegeben werden, derart, daß eine genauere Erfassung des
Drehwinkels Θ2 durchgeführt werden kann.
Es sei angemerkt, daß die Struktur des Drosselventils bei
spielhaft von dem U.S. Patent Nr. 5,462,026 dargestellt ist,
das am 31. Oktober 1995 erteilt wurde, wobei die Offenbarung
desselben hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist.
Es sei ferner angemerkt, daß die externe Steuerschaltung,
die mit den Anschlußstiften 14 verbunden ist, beispielhaft
in dem U.S. Patent Nr. 5,350,043, das am 27. September 1994
erteilt wurde, beispielhaft dargestellt ist, wobei die Of
fenbarung dieses Patent hierin durch Bezugnahme aufgenommen
ist.
Claims (34)
1. Sensor mit folgenden Merkmalen:
- a) einer drehbaren Ventilachse (3), die angeordnet ist, um über einen Drehwinkel (Θ1; Θ2) gedreht zu werden;
- b) einem Magnet (4; 41; 61), der an der drehbaren Ven tilachse (3) befestigt ist, derart, daß derselbe zusammen mit der Ventilachse (3) gedreht wird;
- c) einer ersten Magnetschaltung, die mit dem Magnet
(4; 41; 61) magnetisch verbunden ist, durch die ein
erster magnetischer Fluß (Φ11; Φ21) läuft und zu
dem Magnet zurückkehrt, der von einem gesamten ma
gnetischen Fluß (Φ1; Φ2) abgezweigt ist, der von
dem Magnet (4; 41; 61) entwickelt wird; wobei die
erste Magnetschaltung folgende Merkmale aufweist:
einen ersten Permeanzteil (P11), der durch einen (4A) eines Paars von N-Pol- und S-Pol-magneti sierten gekrümmten Umfangsendabschnitten (4A und 4B), die auf dem Magneten (4) gebildet sind, und aus einem von ersten Magnetpolstücken (5, 5) gebildet ist, welche dem einen des Paars der ge krümmten Umfangsendabschnitte (4A, 4B) des Magne ten über einem ersten Winkel (Θ11) mit einem kon stanten Zwischenraum (G1) gegenüberliegen;
einen Permeanzteil (PS1), der durch das erste Hall-Effekt-Bauelement (11) gebildet wird; und
einen zweiten Permeanzteil (P13), der durch den anderen (4B) des Paars der gekrümmten Umfangsend abschnitte (4A, 4B), die auf dem Magnet (4) ge bildet sind, und dem anderen der ersten Magnet polstücke (5, 5) gebildet ist, welcher gegenüber dem anderen (4B) des Paars der Umfangsendab schnitte über dem ersten Winkel (Θ11) mit dem konstanten Zwischenraum (G1) gegenüberliegt; - d) einer zweiten Magnetschaltung, die mit dem Magnet
(4; 41; 61) magnetisch verbunden ist, durch die ein
zweiter magnetischer Fluß (Φ12; Φ22) läuft und zu
dem Magnet zurückkehrt, der von dem gesamten magne
tischen Fluß (Φ1; Φ2) abgezweigt ist, der von dem
Magneten (4; 41; 61) entwickelt wird, wobei die
zweite Magnetschaltung folgende Merkmale aufweist:
einen dritten Permeanzteil (P12), der durch den einen (4A) des Paars der gekrümmten Umfangsendab schnitte (4A, 4B) und eines der zweiten Magnet polstücke (6, 6) gebildet ist, welches dem einen des Paars der gekrümmten Umfangsendabschnitte (4A, 4B) über einem zweiten Winkel (Θ12) mit dem konstanten Zwischenraum (G1) gegenüberliegt;
den Permeanzteil (PS1), der durch das zweite Hall-Effekt-Bauelement (12) gebildet ist; und
einen vierten Permeanzteil (P14), der durch den anderen (4B) des Paars der gekrümmten Umfangsend abschnitte (4A, 4B) und das andere der zweiten Magnetpolstücke (6, 6) gebildet ist, welches dem anderen des Paars der gekrümmten Umfangsendab schnitte (4A, 4B) des Magneten (4) über dem zwei ten Winkel (Θ12) mit dem konstanten Zwischenraum (G1) gegenüberliegt, wobei ein Raumintervallab stand (a1) zwischen jedem der Mehrzahl von Magnetpolstücken (5, 6) länger als der konstante Zwischenraum (G1) ist. - e) einem Paar von magnetisch getrennten ersten und zweiten Hall-Effekt-Bauelementen (11, 12; 48, 49), wobei das erste Hall-Effekt-Bauelement (11; 48) in der ersten Magnetschaltung angeordnet ist, um ein erstes Signal (E11; E21) gemäß dem ersten magneti schen Fluß (Φ11; Φ21), der durch dieselbe läuft, auszugeben, und wobei das zweite Hall-Effekt-Bau element (12; 49) in der zweiten Magnetschaltung an geordnet ist, um ein zweites Signal (E12; E22) ge mäß dem zweiten magnetischen Fluß (Φ12; Φ22), der durch dieselbe läuft, auszugeben; und
- f) einer Berechnungsschaltung (19; 50) zum Berechnen eines Pegels eines Erfassungssignals (So1; So2) des Sensors aus dem ersten und dem zweiten Signal (E11, E12; E21, E22), die von dem ersten und dem zweiten Hall-Effekt-Bauelement (11, 12; 48, 49) ausgegeben werden, und zum Ausgeben des Erfassungssignals (So1; So2), und zwar als Reaktion auf das erste und das zweite Signal (E11, E12; E21, E22) des ersten und des zweiten Hall-Effekt-Bauelements (11, 12; 48, 49), wobei der Pegel des Erfassungssignals (So1; So2) gemäß dem Drehwinkel (Θ1; Θ2) der Ven tilachse (3) linear variiert wird.
2. Sensor gemäß Anspruch 1,
bei dem P11 durch folgende Gleichung gegeben ist:
P11 = α1 × µ0 × Θ11 = α1 × µ0 × Θ1;
bei dem P12 durch folgende Gleichung gegeben ist:
P12 = α1 × µ0 × Θ12 = α1 × µ0 × Θ12 = α1 × µ0 (90° - Θ1);
bei dem P13 durch folgende Gleichung gegeben ist:
P13 = α1 × µ0 × Θ11 = P11; und
bei dem P14 durch folgende Gleichung gegeben ist:
P14 = α1 × µ0 × Θ12 = P12,
wobei α1 einen konstanten Wert bezeichnet, der gemäß einer axialen Größe des Magneten (4) entlang der Ven tilachse (3), gemäß einer axialen Größe der ersten und zweiten Magnetpolstücke (5, 5, 6, 6) und gemäß einer Länge des Zwischenraums (G1) zwischen dem Magneten (4) und jedem der ersten und zweiten Magnetpolstücke (5, 5, 6, 6) bestimmt ist, und bei dem µ0 eine Permeabilität bezeichnet.
bei dem P11 durch folgende Gleichung gegeben ist:
P11 = α1 × µ0 × Θ11 = α1 × µ0 × Θ1;
bei dem P12 durch folgende Gleichung gegeben ist:
P12 = α1 × µ0 × Θ12 = α1 × µ0 × Θ12 = α1 × µ0 (90° - Θ1);
bei dem P13 durch folgende Gleichung gegeben ist:
P13 = α1 × µ0 × Θ11 = P11; und
bei dem P14 durch folgende Gleichung gegeben ist:
P14 = α1 × µ0 × Θ12 = P12,
wobei α1 einen konstanten Wert bezeichnet, der gemäß einer axialen Größe des Magneten (4) entlang der Ven tilachse (3), gemäß einer axialen Größe der ersten und zweiten Magnetpolstücke (5, 5, 6, 6) und gemäß einer Länge des Zwischenraums (G1) zwischen dem Magneten (4) und jedem der ersten und zweiten Magnetpolstücke (5, 5, 6, 6) bestimmt ist, und bei dem µ0 eine Permeabilität bezeichnet.
3. Sensor gemäß Anspruch 2, bei dem der gesamte magneti
sche Fluß (Φ1) folgendermaßen ausgedrückt ist:
Φ1 = F1/{(1/P11) + (1/P13)} + F1/{(1/P12) +(1/P14)} = F1 × (P11 + P12)/2 = F1 × α1 × µ0 × 90°/2,
wobei F1 eine Magnetbewegungskraft bezeichnet, die der Magnet (4) entwickelt,
wobei der erste magnetische Fluß (Φ11), der durch die erste Magnetschaltung läuft, folgendermaßen ausgedrückt ist:
Φ11 = Φ1 × P11/(P11 + P12) = Φ1 × α1 × µ0 × Θ1/(α1 × µ0 × 90°); und
wobei der zweite magnetische Fluß (Φ12), der durch die zweite Magnetschaltung läuft, folgendermaßen ausge drückt ist:
Φ12 = Φ1 × P12/(P11 + P12) = Φ1 × α1 × µ0 × (90° - Θ1)/(α1 × µ0 × 90°) = Φ1 × (1 - Θ1/90°).
Φ1 = F1/{(1/P11) + (1/P13)} + F1/{(1/P12) +(1/P14)} = F1 × (P11 + P12)/2 = F1 × α1 × µ0 × 90°/2,
wobei F1 eine Magnetbewegungskraft bezeichnet, die der Magnet (4) entwickelt,
wobei der erste magnetische Fluß (Φ11), der durch die erste Magnetschaltung läuft, folgendermaßen ausgedrückt ist:
Φ11 = Φ1 × P11/(P11 + P12) = Φ1 × α1 × µ0 × Θ1/(α1 × µ0 × 90°); und
wobei der zweite magnetische Fluß (Φ12), der durch die zweite Magnetschaltung läuft, folgendermaßen ausge drückt ist:
Φ12 = Φ1 × P12/(P11 + P12) = Φ1 × α1 × µ0 × (90° - Θ1)/(α1 × µ0 × 90°) = Φ1 × (1 - Θ1/90°).
4. Sensor gemäß Anspruch 3,
bei dem magnetische Flußdichten (B11, B12), die durch das erste und das zweite Hall-Effekt-Bauelement (11, 12) laufen, folgendermaßen lauten:
B11 = β1 × Φ11, und
B12 = β1 × Φ12; und
bei dem das erste Signal (E11), das von dem ersten Hall-Effekt-Bauelement (11) ausgegeben wird, folgender maßen lautet:
E11 = G × B11 = G × β1 × Φ1 × Θ1/90°; und
bei dem das zweite Signal (E12), das von dem zweiten Hall-Effekt-Bauelement (12) ausgegeben wird, folgender maßen lautet:
E12 = G × B12 = G × β1 × Φ1 × (1 - |Θ1|/90°),
wobei G eine Bauelementempfindlichkeit bezeichnet, die sowohl das erste als auch das zweite Hall-Effekt-Bau element (11, 12) aufweist, wobei β1 einen konstanten Wert bezeichnet, der gemäß einer Fläche bestimmt ist, über der jeder von ersten Magnetwegbildungsabschnitten (7, 8), die mit den ersten Magnetpolstücken (5, 5) ver bunden sind, einem entsprechenden von zweiten Magnet wegbildungsabschnitten (9, 10), die mit den zweiten Magnetpolstücken (6, 6) verbunden sind, über das ent sprechende erste oder zweite Hall-Effekt-Bauelement ge genüberliegt.
bei dem magnetische Flußdichten (B11, B12), die durch das erste und das zweite Hall-Effekt-Bauelement (11, 12) laufen, folgendermaßen lauten:
B11 = β1 × Φ11, und
B12 = β1 × Φ12; und
bei dem das erste Signal (E11), das von dem ersten Hall-Effekt-Bauelement (11) ausgegeben wird, folgender maßen lautet:
E11 = G × B11 = G × β1 × Φ1 × Θ1/90°; und
bei dem das zweite Signal (E12), das von dem zweiten Hall-Effekt-Bauelement (12) ausgegeben wird, folgender maßen lautet:
E12 = G × B12 = G × β1 × Φ1 × (1 - |Θ1|/90°),
wobei G eine Bauelementempfindlichkeit bezeichnet, die sowohl das erste als auch das zweite Hall-Effekt-Bau element (11, 12) aufweist, wobei β1 einen konstanten Wert bezeichnet, der gemäß einer Fläche bestimmt ist, über der jeder von ersten Magnetwegbildungsabschnitten (7, 8), die mit den ersten Magnetpolstücken (5, 5) ver bunden sind, einem entsprechenden von zweiten Magnet wegbildungsabschnitten (9, 10), die mit den zweiten Magnetpolstücken (6, 6) verbunden sind, über das ent sprechende erste oder zweite Hall-Effekt-Bauelement ge genüberliegt.
5. Sensor gemäß Anspruch 4,
bei dem das Erfassungssignal (So1) der Berechnungs schaltung (19) folgendermaßen ausgegeben wird:
So1 = k × Sx1 + Vo1 = k × Θ1/90° + Vo1,
wobei k einen konstanten Verstärkungsfaktor bezeichnet, Vol eine konstante Spannung bezeichnet, und Sx1 folgen dermaßen lautet:
Sx1 = E11/(|E11| + E12) = Θ1/90°.
bei dem das Erfassungssignal (So1) der Berechnungs schaltung (19) folgendermaßen ausgegeben wird:
So1 = k × Sx1 + Vo1 = k × Θ1/90° + Vo1,
wobei k einen konstanten Verstärkungsfaktor bezeichnet, Vol eine konstante Spannung bezeichnet, und Sx1 folgen dermaßen lautet:
Sx1 = E11/(|E11| + E12) = Θ1/90°.
6. Sensor gemäß Anspruch 5,
bei dem der Drehwinkel (Θ1) der Ventilachse (3) Null Grad beträgt, wenn eine Mitte des einen (4A) des Paars von gekrümmten Umfangsendabschnitten (4A, 4B) des Mag neten (4) gegen eine Mitte (6A) des einen der Magnet polstücke (6, 6) mit dem konstanten Zwischenraum (G1) gerichtet ist, wobei das erste Hall-Effekt-Bauelement (11) das erste Signal (E11) mit einem Minimalwert von Null Volt ausgibt; und
bei dem der Drehwinkel (Θ1) 90° beträgt, wenn die Mitte des einen (4A) des Paars der gekrümmten Umfangsendab schnitte (4A, 4B) gegen eine Mitte der ersten Magnet polstücke (5, 5) gerichtet ist, wobei das erste Hall- Effekt-Bauelement (11) das erste Signal mit einem Maxi malwert ausgibt.
bei dem der Drehwinkel (Θ1) der Ventilachse (3) Null Grad beträgt, wenn eine Mitte des einen (4A) des Paars von gekrümmten Umfangsendabschnitten (4A, 4B) des Mag neten (4) gegen eine Mitte (6A) des einen der Magnet polstücke (6, 6) mit dem konstanten Zwischenraum (G1) gerichtet ist, wobei das erste Hall-Effekt-Bauelement (11) das erste Signal (E11) mit einem Minimalwert von Null Volt ausgibt; und
bei dem der Drehwinkel (Θ1) 90° beträgt, wenn die Mitte des einen (4A) des Paars der gekrümmten Umfangsendab schnitte (4A, 4B) gegen eine Mitte der ersten Magnet polstücke (5, 5) gerichtet ist, wobei das erste Hall- Effekt-Bauelement (11) das erste Signal mit einem Maxi malwert ausgibt.
7. Sensor gemäß Anspruch 6,
bei dem der Magnet (4) ein Paar von parallelen gerad
linigen Endabschnitten (4C, 4D) außer dem Paar der ge
krümmten Umfangsendabschnitte (4A, 4B) aufweist, wobei
jeder des Paars der gekrümmten Umfangsendabschnitte
(4A, 4B) einen ersten Bogenwinkel (Θm1) zwischen beiden
Enden jedes des Paars der gekrümmten Umfangsendab
schnitte (4A, 4B) mit einer axialen Mitte der Ventil
achse (3), die durch ein Loch (4D), das in einer Mitte
des Magneten (4) vorgesehen ist, durchdringt, als Mitte
aufweist, wobei sowohl die ersten als auch die zweiten
Magnetpolstücke (5, 5, 6, 6) einen zweiten Bogenwinkel
(Θy1) zwischen beiden Enden jedes der ersten und zwei
ten Magnetpolstücke (5, 5, 6, 6) aufweist, und wobei
ein Raumintervallabstand (a1, Θa1) zwischen einem der
ersten Magnetpolstücke (5, 5) und einem benachbarten
der zweiten Magnetpolstücke (6, 6) vorgesehen ist, und
wobei folgende Beziehung gilt:
Θm1 < Θy1 + Θa1.
Θm1 < Θy1 + Θa1.
8. Sensor gemäß Anspruch 7,
bei dem folgende Beziehungen gelten:
Θy1 < Θm1.
Θy1 < Θm1.
9. Sensor gemäß Anspruch 8,
bei dem ein Paar von ersten Umwegabschnitten (7B, 8B)
zwischen Spitzenenden des einen (8) der ersten Magnet
wegbildungsabschnitte (7, 8) und dem anderen (7) der
ersten Magnetwegbildungsabschnitte (7, 8) vorgesehen
ist, und bei dem ein Paar von zweiten Umwegabschnitten
(9B, 10B) zwischen den Spitzenenden des einen (10) der
zweiten Magnetwegbildungsabschnitte (9, 10) und dem an
deren (9), der zweiten Magnetwegbildungsabschnitte (9,
10) vorgesehen sind, wobei ein magnetischer Widerstand
sowohl der ersten als auch der zweiten Umwegabschnitte
(7B, 8B, 9B, 10B) derart ist, daß eine Linearität in
dem ersten und dem zweiten Signal (E11, E12), die von
dem ersten bzw. dem zweiten Hall-Effekt-Bauelement (11,
12) auszugeben sind, nicht durch den Permeanzteil (PS1)
beeinträchtigt wird, der durch sowohl das erste als
auch das zweite Hall-Effekt-Bauelement (11, 12) gebil
det wird.
10. Sensor mit folgenden Merkmalen:
- a) einer drehbaren Ventilachse (3), die angeordnet ist, um über einen Drehwinkel (Θ1; Θ2) gedreht zu werden;
- b) einem Magnet (4; 41; 61), der an der drehbaren Ven tilachse (3) befestigt ist, derart, daß derselbe zusammen mit der Ventilachse (3) gedreht wird;
- c) einer ersten Magnetschaltung, die mit dem Magnet
(4; 41; 61) magnetisch verbunden ist, durch die ein
erster magnetischer Fluß (Φ11; Φ21) läuft und zu
dem Magnet zurückkehrt, der von einem gesamten ma
gnetischen Fluß (Φ1; Φ2) abgezweigt ist, der von
dem Magnet (4; 41; 61) entwickelt wird; wobei die
erste Magnetschaltung folgende Merkmale aufweist:
einen ersten Permeanzteil (P21), der durch einen (41A) eines Paars von N-Pol- und S-Pol-magneti sierten gekrümmten Umfangsendabschnitten (41A, 41B), die auf dem Magneten (41; 61) gebildet sind, und einen Teil eines ersten Magnetpol stücks (42) gebildet ist, welches dem einen (41A) des Paars der gekrümmten Umfangsendab schnitte (41A, 41B) über einem ersten Winkel (Θ21) mit einem konstanten Zwischenraum (G2) gegenüberliegt;
einen Permeanzteil (PS2), der durch das erste Hall-Effekt-Bauelement (48) gebildet ist; und
einen zweiten Permeanzteil (P23), der durch den anderen (41B) des Paars der gekrümmten Umfangs endabschnitte (41A und 41B) und ein drittes Magnetpolstück (44) gebildet ist, welches dem anderen (41B) der gekrümmten Umfangsendabschnit te vollständig mit dem konstanten Zwischenraum (G2) gegenüberliegt; - d) einer zweiten Magnetschaltung, die mit dem Magnet
(4; 41; 61) magnetisch verbunden ist, durch die ein
zweiter magnetischer Fluß (Φ12; Φ22) läuft und zu
dem Magnet zurückkehrt, der von dem gesamten magne
tischen Fluß (Φ1; Φ2) abgezweigt ist, der von dem
Magneten (4; 41; 61) entwickelt wird, wobei die
zweite Magnetschaltung folgende Merkmale aufweist:
einen dritten Permeanzteil (P22), der durch den einen (41A) des Paars der gekrümmten Umfangs endabschnitte (41A, 41B; 61A, 61B) des Magneten (41; 61) und einen Teil eines zweiten Magnetpol stücks (43) gebildet ist, welcher dem einen des Paars der Umfangsendabschnitte über einem zwei ten Winkel (Θ22) mit dem konstanten Zwischenraum (G2) gegenüberliegt;
den Permeanzteil (PS2), der durch das zweite Hall-Effekt-Bauelement (49) gebildet ist; und
den zweiten Permeanzteil (P23), der zu dem der ersten Magnetschaltung gleich ist, wobei ein Raumwinkelintervallabstand (a2) zwischen jedem der Magnetpolstücke (42, 43, 44) länger als der konstante Zwischenraum (G2) ist. - e) Sensor gemäß Anspruch 10,
bei dem P21 folgendermaßen lautet:
P21 = α2 × µ0 × Θ21 = α2 × µ0 × (45° + Θ2);
bei dem P22 folgendermaßen lautet:
P22 = α2 × µ0 × Θ22 = α2 × µ0 × (45° - Θ2); und
bei dem P23 folgendermaßen lautet:
P23 = α2 × µ0 × 90° = P21 + P22,
wobei α2 einen konstanten Wert bezeichnet, der gemäß einem axialen Winkel des Magnets entlang der Ventilach se (3), gemäß einer axialen Größe des ersten, des zwei ten und des dritten Magnetpolstücks und einer kürzesten Länge des Zwischenraums (G2) zwischen dem Magneten und dem ersten, dem zweiten und dem dritten Magnetpolstück bestimmt ist, und wobei µ0 eine Permeabilität bezeich net.
12. Sensor gemäß Anspruch 11,
bei dem der gesamte magnetische Fluß (Φ2) folgender maßen ausgedrückt ist:
Φ2 = F2 × 1/{(1/P21 + P22) + 1/P23} = F2 × P23/2 = F2 × α2 × µ0 × 90°/2,
wobei F2 eine Magnetbewegungskraft bezeichnet, die der Magnet entwickelt;
bei dem der erste magnetische Fluß (Φ21) folgendermaßen ausgedrückt ist:
Φ21 = Φ2 × P21/(P21 + P22) Φ2 × α2 × µ0 × (45° + Θ2)/(α2 × µ0 × 90°) Φ2 × (0.5 + Θ2/90°); und
bei dem der zweite magnetische Fluß (Φ22) folgender maßen ausgedrückt ist:
Φ22 = Φ2 × P22/(P21 + P22) = Φ2 × α2 × µ0 × (45° - Θ2)/(α2 × µ0 × 90°) = Φ2 × (0.5 - Θ2/90°).
bei dem der gesamte magnetische Fluß (Φ2) folgender maßen ausgedrückt ist:
Φ2 = F2 × 1/{(1/P21 + P22) + 1/P23} = F2 × P23/2 = F2 × α2 × µ0 × 90°/2,
wobei F2 eine Magnetbewegungskraft bezeichnet, die der Magnet entwickelt;
bei dem der erste magnetische Fluß (Φ21) folgendermaßen ausgedrückt ist:
Φ21 = Φ2 × P21/(P21 + P22) Φ2 × α2 × µ0 × (45° + Θ2)/(α2 × µ0 × 90°) Φ2 × (0.5 + Θ2/90°); und
bei dem der zweite magnetische Fluß (Φ22) folgender maßen ausgedrückt ist:
Φ22 = Φ2 × P22/(P21 + P22) = Φ2 × α2 × µ0 × (45° - Θ2)/(α2 × µ0 × 90°) = Φ2 × (0.5 - Θ2/90°).
13. Sensor gemäß Anspruch 12,
bei dem die magnetischen Dichten (B21 und B22), die durch das erste und das zweite Hall-Effekt-Bauelement (48, 49) laufen, folgendermaßen lauten:
B21 = β × Φ21, und
B22 = β × Φ22,
bei dem das erste Signal (E21), das von dem ersten Hall-Effekt-Bauelement (48) ausgegeben wird, folgender maßen lautet:
E21 = G × β × Φ2 × (0.5 + Θ2/90°);
und bei dem das zweite Signal, das von dem zweiten Hall-Effekt-Bauelemente (49) ausgegeben wird, folgen dermaßen lautet:
E22 = G × B22 = G × β × Φ2 × (0.5 - Θ2/90°),
wobei G eine Bauelementempfindlichkeit bezeichnet, die sowohl das erste als auch das zweite Hall-Effekt-Bau element (48, 49) aufweist, und wobei β einen konstanten Wert bezeichnet, der gemäß einer Fläche bestimmt ist, bei der ein dritter Magnetwegbildungsabschnitt (47), der mit dem dritten Magnetpolstück (44) verbunden ist, sowohl dem ersten als auch dem zweiten Magnetwegbil dungsabschnitt (45, 46), wobei jeder mit einem entspre chenden ersten und zweiten Magnetpolstück (42, 43) ver bunden ist, über das entsprechende erste oder zweite Hall-Effekt-Bauelement (48, 49) gegenüberliegt.
bei dem die magnetischen Dichten (B21 und B22), die durch das erste und das zweite Hall-Effekt-Bauelement (48, 49) laufen, folgendermaßen lauten:
B21 = β × Φ21, und
B22 = β × Φ22,
bei dem das erste Signal (E21), das von dem ersten Hall-Effekt-Bauelement (48) ausgegeben wird, folgender maßen lautet:
E21 = G × β × Φ2 × (0.5 + Θ2/90°);
und bei dem das zweite Signal, das von dem zweiten Hall-Effekt-Bauelemente (49) ausgegeben wird, folgen dermaßen lautet:
E22 = G × B22 = G × β × Φ2 × (0.5 - Θ2/90°),
wobei G eine Bauelementempfindlichkeit bezeichnet, die sowohl das erste als auch das zweite Hall-Effekt-Bau element (48, 49) aufweist, und wobei β einen konstanten Wert bezeichnet, der gemäß einer Fläche bestimmt ist, bei der ein dritter Magnetwegbildungsabschnitt (47), der mit dem dritten Magnetpolstück (44) verbunden ist, sowohl dem ersten als auch dem zweiten Magnetwegbil dungsabschnitt (45, 46), wobei jeder mit einem entspre chenden ersten und zweiten Magnetpolstück (42, 43) ver bunden ist, über das entsprechende erste oder zweite Hall-Effekt-Bauelement (48, 49) gegenüberliegt.
14. Sensor gemäß Anspruch 13,
bei dem das Erfassungssignal (So2) der Berechnungs schaltung (50) folgendermaßen lautet:
So2 = k × Sx2 + Vo = 2 × k × Θ2/90° + Vo,
wobei k einen konstanten Verstärkungsfaktor bezeichnet, wobei Vo eine konstante Spannung bezeichnet, und wobei Sx2 folgendermaßen ausgedrückt ist:
Sx2 = (E21 - E22)/(E21 + E22) = 2/90° × Θ2.
bei dem das Erfassungssignal (So2) der Berechnungs schaltung (50) folgendermaßen lautet:
So2 = k × Sx2 + Vo = 2 × k × Θ2/90° + Vo,
wobei k einen konstanten Verstärkungsfaktor bezeichnet, wobei Vo eine konstante Spannung bezeichnet, und wobei Sx2 folgendermaßen ausgedrückt ist:
Sx2 = (E21 - E22)/(E21 + E22) = 2/90° × Θ2.
15. Sensor gemäß Anspruch 14,
bei dem der Drehwinkel (Θ2) der Ventilachse (3) Null Grad beträgt, wenn eine Mitte des einen (41A) des Paars der gekrümmten Umfangsendabschnitte (41A, 41B) gegen eine Mitte eines Raumintervallabstands (a2) zwischen dem ersten und dem zweiten Magnetpolstück (42, 43) ge richtet ist, wobei das Erfassungssignal (So2), das von der Berechnungsschaltung (50) ausgegeben wird, Null Volt beträgt,
bei dem der Drehwinkel der Ventilachse (Θ2) -45° be trägt, wenn die Mitte des einen (41A) des Paars der ge krümmten Umfangsendabschnitte gegen eine Mitte des zweiten Magnetpolstücks gerichtet ist, wobei das Erfas sungssignal (So2) einen minimalen Wert von Vo-k an zeigt; und
wobei der Drehwinkel (Θ2) der Ventilachse (3) +45° be trägt, wenn die Mitte des einen (41A) des Paars der ge krümmten Umfangsendabschnitte gegen eine Mitte des Magnetpolstücks (42) gerichtet ist, wobei das Erfas sungssignal (So2), das von der Berechnungsschaltung (50) ausgegeben wird, einen maximalen Wert von Vo + k anzeigt.
bei dem der Drehwinkel (Θ2) der Ventilachse (3) Null Grad beträgt, wenn eine Mitte des einen (41A) des Paars der gekrümmten Umfangsendabschnitte (41A, 41B) gegen eine Mitte eines Raumintervallabstands (a2) zwischen dem ersten und dem zweiten Magnetpolstück (42, 43) ge richtet ist, wobei das Erfassungssignal (So2), das von der Berechnungsschaltung (50) ausgegeben wird, Null Volt beträgt,
bei dem der Drehwinkel der Ventilachse (Θ2) -45° be trägt, wenn die Mitte des einen (41A) des Paars der ge krümmten Umfangsendabschnitte gegen eine Mitte des zweiten Magnetpolstücks gerichtet ist, wobei das Erfas sungssignal (So2) einen minimalen Wert von Vo-k an zeigt; und
wobei der Drehwinkel (Θ2) der Ventilachse (3) +45° be trägt, wenn die Mitte des einen (41A) des Paars der ge krümmten Umfangsendabschnitte gegen eine Mitte des Magnetpolstücks (42) gerichtet ist, wobei das Erfas sungssignal (So2), das von der Berechnungsschaltung (50) ausgegeben wird, einen maximalen Wert von Vo + k anzeigt.
16. Sensor gemäß Anspruch 15,
bei dem der Magnet (41) ein Paar von parallelen gerad
linigen Endabschnitten (41C, 41D) zusätzlich zu dem
Paar der gekrümmten Umfangsendabschnitte (41A, 41B)
aufweist, wobei jeder des Paars der gekrümmten Umfangs
endabschnitte einen ersten Bogenwinkel (Θm2) aufweist,
der zwischen beiden Enden jedes des Paars der gekrümm
ten Umfangsendabschnitte (41A, 41B) mit einer axialen
Mitte der Ventilachse (3) die durch ein Loch, das in
einer Mitte des Magneten vorgesehen ist, dringt, als
Mitte liegt, wobei sowohl das erste als auch das zweite
Magnetpolstück (42, 43) einen zweiten Bogenwinkel (Θy2)
aufweisen, der zwischen beiden Enden sowohl des ersten
als auch des zweiten Magnetpolstücks liegt, und wobei
der Raumintervallabstand (a2) (Θa2) zwischen sowohl dem
ersten als auch dem zweiten und dem dritten Magnetpol
stück (42, 43, 44) vorgesehen ist, und wobei folgende
Beziehung gilt:
Θm2 < Θy2 + Θa2.
Θm2 < Θy2 + Θa2.
17. Sensor gemäß Anspruch 16,
bei dem ein dritter Bogenwinkel, der zwischen beiden
Enden des dritten Magnetpolstücks (44) mit der axialen
Mitte der Ventilachse (3) als die Mitte liegt, 360° -
2Θy2-3Θa2 beträgt.
18. Sensor gemäß Anspruch 17,
bei dem ein Paar von Umwegabschnitten an dem dritten
Magnetwegbildungsabschnitt (47) vorgesehen ist, wobei
jedes Spitzenende (47C, 47D) des Paars der Umwegab
schnitte über einen konstanten Spielraum (b2) einem
entsprechenden eines Paars von erweiterten Endabschnit
ten (45B, 46B) gegenüberliegt, die vor einem entspre
chenden der Spitzenenden (45A, 46A) des ersten und
zweiten Magnetwegbildungsabschnitts (45, 46) positio
niert sind, welcher einem entsprechenden der Spitzenen
den (47A, 47B) des dritten Magnetwegbildungsabschnitts
(47) über das entsprechende erste bzw. zweite Hall-Ef
fekt-Bauelement (48, 49) gegenüberliegt, um einen Ein
fluß des Permeanzteils (PS2), der sowohl durch das er
ste als auch das zweite Hall-Effekt-Bauelement (48, 49)
gebildet wird, auf die Linearität sowohl des ersten als
auch des zweiten Signals (E21, E22) zu unterdrücken,
welche von dem ersten bzw. dem zweiten Hall-Effekt-Bau
element (48, 49) ausgegeben werden.
19. Sensor gemäß Anspruch 18,
bei dem der Magnet (61) einen Querschnitt etwa dem
Buchstaben H entsprechend aufweist und das Paar der
gekrümmten Umfangsendabschnitte (61A, 61B) und das Paar
der parallelen geradlinigen Endabschnitte (61C, 61D)
aufweist.
20. Drehwinkelsensor, der zum Erfassen eines Drehwinkels
(Θ1; Θ2) angeordnet ist, über den eine drehbare Achse
(3) an demselben gedreht wird, mit folgenden Merkmalen:
- a) einer Umhüllung (1), die einen geschlossenen Raum in sich definiert, wobei der Raum einen näherungs weise kreisförmigen Querschnitt aufweist;
- b) einem Permanentmagnet (4; 41; 61), der an der dreh baren Achse (3) länglich normal zu einer Ebene, die durch den kreisförmigen Querschnitt des einge schlossenen Raums gebildet ist, in einer Mitte des kreisförmigen Querschnitts befestigt ist, und der ein Paar von gekrümmten äußeren Umfangsendabschnit ten (4A, 4B; 41A, 41B; 61A, 61B) aufweist, welche bezüglich einer axialen Mitte der drehbaren Achse (3) als Mitte zueinander symmetrisch sind, wobei jeder erste Bogenwinkel, der zwischen einer virtu ellen Linie, die durch ein Ende des entsprechenden der gekrümmten äußeren Umfangsendabschnitte und die Mitte läuft, und einer anderen virtuellen Linie, die durch das andere Ende des entsprechenden der gekrümmten äußeren Umfangsendabschnitte und die Mitte läuft, liegt, ein erster vorbestimmter Winkel (Θm1; Θm2) ist;
- c) einer Mehrzahl von gegenseitig voneinander beab standeten bogenförmigen Magnetpolstücken (5, 5, 6, 6; 42, 43, 44), wobei jedes Magnetpolstück in der Umhüllung (1) angeordnet ist, und wobei jedes Mag netpolstück sich entlang einer Umfangsrichtung der Umhüllung (1) erstreckt, um dem Permanentmagneten mit einem konstanten Zwischenraum (G1; G2) gegen die gekrümmten äußeren Umfangsendabschnitte des Permanentmagneten gegenüber zu liegen, und wobei dieselben einen Raumintervallabstand (a1, a2) zwi schen einem länglichen Ende des entsprechenden der Mehrzahl der Magnetpolstücke und dem des benachbar ten der anderen der Magnetpolstücke aufweist, wobei zumindest eines der bogenförmigen Magnetpolstücke einen zweiten Bogenwinkel zwischen einer virtuellen Linie, die durch ein längliches Ende des entspre chenden der Mehrzahl der Magnetpolstücke und die Mitte der Drehachse (3) läuft, und einer anderen Linie aufweist, die durch das andere längliche Ende desselben und die Mitte läuft, wobei der zweite Bogenwinkel ein zweiter vorbestimmter Winkel (Θy1; Θy2) ist; und
- d) einer magnetisch-zu-elektrisch-Wandlerschaltung, welche aufgebaut und angeordnet ist, um ein Paar von ersten und zweiten Signalen (E11, E12; E21, E22) zu schaffen, die gemäß einer Variation bezüg lich gegenüberliegenden Flächen, die durch den Per manentmagnet definiert sind, gemäß Raumintervall abständen (a1; a2) zwischen der Mehrzahl der Ma gnetpolstücke und gemäß der Mehrzahl der Magnetpol stücke entwickelt werden, wenn der Permanentmagnet mit der drehbaren Achse (3) über einen Winkel (Θ1; Θ2) gedreht wird, wobei das Paar der ersten und zweiten Signale gemäß dem Winkel (Θ1; Θ2) linear variiert wird, und wobei der Raumintervallabstand (a1; a2) zwischen jedem der Mehrzahl der Magnetpol stücke länger als der konstante Zwischenraum (G1; G2) ist.
21. Drehwinkelsensor gemäß Anspruch 20,
bei dem die Umhüllung (1) ein zylindrisches Gehäuse (1) aufweist; und
bei dem die Magnetpolstücke (5, 5, 6, 6) zwei Paare von ersten (5, 5) und zweiten (6, 6) bogenförmigen Magnet polstücken aufweisen, wobei jedes Paar der ersten und zweiten bogenförmigen Magnetpolstücke innerhalb des zy lindrischen Gehäuses bezüglich der axialen Mitte der drehbaren Achse (3) als die Mitte symmetrisch angeord net sind, wobei ein Winkel, der zwischen einer virtuel len Linie, die durch das eine längliche Ende eines des Paars der ersten Magnetpolstücke und die Mitte läuft, und einer anderen virtuellen Linie liegt, die durch das eine längliche Ende eines des Paars der zweiten Magnet polstücke, das dem einen länglichen Ende des einen des Paars der ersten Magnetpolstücke benachbart ist, läuft, ein dritter vorbestimmter Winkel (Θa1) ist, und wobei ein Gesamtwinkel (Θy1 + 2Θa1), der der Summe des drit ten vorbestimmten Winkels (Θa1), des zweiten vorbe stimmten Winkels (Θy1) und des dritten vorbestimmten Winkels (Θa1) entspricht, größer als der erste vorbe stimmte Winkel ist (Θm1 < Θy1 + 2Θa1).
bei dem die Umhüllung (1) ein zylindrisches Gehäuse (1) aufweist; und
bei dem die Magnetpolstücke (5, 5, 6, 6) zwei Paare von ersten (5, 5) und zweiten (6, 6) bogenförmigen Magnet polstücken aufweisen, wobei jedes Paar der ersten und zweiten bogenförmigen Magnetpolstücke innerhalb des zy lindrischen Gehäuses bezüglich der axialen Mitte der drehbaren Achse (3) als die Mitte symmetrisch angeord net sind, wobei ein Winkel, der zwischen einer virtuel len Linie, die durch das eine längliche Ende eines des Paars der ersten Magnetpolstücke und die Mitte läuft, und einer anderen virtuellen Linie liegt, die durch das eine längliche Ende eines des Paars der zweiten Magnet polstücke, das dem einen länglichen Ende des einen des Paars der ersten Magnetpolstücke benachbart ist, läuft, ein dritter vorbestimmter Winkel (Θa1) ist, und wobei ein Gesamtwinkel (Θy1 + 2Θa1), der der Summe des drit ten vorbestimmten Winkels (Θa1), des zweiten vorbe stimmten Winkels (Θy1) und des dritten vorbestimmten Winkels (Θa1) entspricht, größer als der erste vorbe stimmte Winkel ist (Θm1 < Θy1 + 2Θa1).
22. Drehwinkelsensor gemäß Anspruch 21,
bei dem die magnetisch-zu-elektrisch-Wandlerschaltung
(11, 12) folgende Merkmale aufweist:
zwei erste Magnetwegbildungsabschnitte (7, 8), wo bei einer der zwei ersten Magnetwegbildungsab schnitte zwischen einem des Paars der ersten bogen förmigen Magnetpolstücke (5, 5) und einem Luftzwi schenraum gegen ein Ende eines ersten Hall-Effekt- Bauelements (11) gebildet ist, während der andere der ersten Magnetwegbildungsabschnitte (7, 8) zwi schen dem anderen des Paars der ersten bogenförmi gen Magnetpolstücke und dem anderen Ende des ersten Hall-Effekt-Bauelements (11) gebildet ist; und
zwei zweite Magnetwegbildungsabschnitte (9, 10), wobei einer der zweiten Magnetwegbildungsabschnitte zwischen einem des Paars der zweiten bogenförmigen Magnetpolstücke und einem Luftzwischenraum gegen über einem Ende eines zweiten Hall-Effekt-Bauele ments (12) gebildet ist, wobei der Luftzwischenraum gegenüber dem einen Ende des zweiten Hall-Effekt- Bauelements (12) eine gleiche Länge wie der gegen über dem einen Ende des ersten Hall-Effekt-Bauele ments (11) aufweist, und wobei der andere der zwei ten Magnetwegbildungsabschnitte (9, 10) zwischen dem anderen des Paars der zweiten Magnetpolstücke (6, 6) und dem anderen Ende des zweiten Hall-Ef fekt-Bauelements (12) gebildet ist.
zwei erste Magnetwegbildungsabschnitte (7, 8), wo bei einer der zwei ersten Magnetwegbildungsab schnitte zwischen einem des Paars der ersten bogen förmigen Magnetpolstücke (5, 5) und einem Luftzwi schenraum gegen ein Ende eines ersten Hall-Effekt- Bauelements (11) gebildet ist, während der andere der ersten Magnetwegbildungsabschnitte (7, 8) zwi schen dem anderen des Paars der ersten bogenförmi gen Magnetpolstücke und dem anderen Ende des ersten Hall-Effekt-Bauelements (11) gebildet ist; und
zwei zweite Magnetwegbildungsabschnitte (9, 10), wobei einer der zweiten Magnetwegbildungsabschnitte zwischen einem des Paars der zweiten bogenförmigen Magnetpolstücke und einem Luftzwischenraum gegen über einem Ende eines zweiten Hall-Effekt-Bauele ments (12) gebildet ist, wobei der Luftzwischenraum gegenüber dem einen Ende des zweiten Hall-Effekt- Bauelements (12) eine gleiche Länge wie der gegen über dem einen Ende des ersten Hall-Effekt-Bauele ments (11) aufweist, und wobei der andere der zwei ten Magnetwegbildungsabschnitte (9, 10) zwischen dem anderen des Paars der zweiten Magnetpolstücke (6, 6) und dem anderen Ende des zweiten Hall-Ef fekt-Bauelements (12) gebildet ist.
23. Drehwinkelsensor gemäß Anspruch 22,
bei dem der Winkel, über den der Permanentmagnet mit
der drehbaren Achse (3) gedreht wird, der Winkel (Θ1)
zwischen einer virtuellen Linie, die durch einen
näherungsweise Mittenabschnitt des anderen des Paars
der zweiten Magnetpolstücke (9, 10) läuft, und einer
virtuellen Linie ist, die durch einen Mittenpolab
schnitt der bogenförmigen Umfangsendabschnitte (4A, 4B)
des Permanentmagneten (4) läuft.
24. Drehwinkelsensor gemäß Anspruch 23,
bei dem die magnetisch-zu-elektrisch-Wandlerschaltung
eine Berechnungsschaltung (19) mit folgenden Merkmalen
aufweist:
einer Absolutwertschaltung (20), welche aufgebaut und angeordnet ist, um einen Absolutwert |E11| eines Ausgangsspannungssignals (E11) des ersten Hall-Effekt-Bauelements (11) zu liefern;
einem Addierer (21), welcher aufgebaut und angeord net ist, um den Absolutwert |E11| des Ausgangsspan nungssignals (E11) des ersten Hall-Effekt-Bauele ments (11) zu einem Ausgangssignal (E12) des zwei ten Hall-Effekt-Bauelements (12) zu addieren; und
einem Dividierer (22), welcher aufgebaut und ange ordnet ist, um das Ausgangssignal (E11) des ersten Hall-Effekt-Bauelements (11) durch ein Ausgangssig nal des Addierers (21) zu teilen, um eine erfaßte Spannung (Sx1) für einen Verstärker (23) zu lie fern.
einer Absolutwertschaltung (20), welche aufgebaut und angeordnet ist, um einen Absolutwert |E11| eines Ausgangsspannungssignals (E11) des ersten Hall-Effekt-Bauelements (11) zu liefern;
einem Addierer (21), welcher aufgebaut und angeord net ist, um den Absolutwert |E11| des Ausgangsspan nungssignals (E11) des ersten Hall-Effekt-Bauele ments (11) zu einem Ausgangssignal (E12) des zwei ten Hall-Effekt-Bauelements (12) zu addieren; und
einem Dividierer (22), welcher aufgebaut und ange ordnet ist, um das Ausgangssignal (E11) des ersten Hall-Effekt-Bauelements (11) durch ein Ausgangssig nal des Addierers (21) zu teilen, um eine erfaßte Spannung (Sx1) für einen Verstärker (23) zu lie fern.
25. Drehwinkelsensor gemäß Anspruch 24,
bei dem der Verstärker (23) ein Drehwinkelerfassungs
spannungssignal (So1) ausgibt, das dem Winkel (Θ1) ent
spricht, über den der Permanentmagnet (4) mit der dreh
baren Achse (3) gedreht wird, wobei (So1) folgende
Gleichung erfüllt:
So1 = k × Sx1 + Vo1,
wobei k einen Verstärkungsfaktor des Verstärkers (23) bezeichnet und wobei Sx1 folgender Gleichung genügt:
Sx1 = Θ1/90° (= E11/{|E11| + E12}),
wobei Vo1 einen konstanten Spannungswert bezeichnet.
So1 = k × Sx1 + Vo1,
wobei k einen Verstärkungsfaktor des Verstärkers (23) bezeichnet und wobei Sx1 folgender Gleichung genügt:
Sx1 = Θ1/90° (= E11/{|E11| + E12}),
wobei Vo1 einen konstanten Spannungswert bezeichnet.
26. Drehwinkelsensor gemäß Anspruch 25,
bei dem die Ausgangsspannung (E11) des ersten Hall-Ef
fekt-Bauelements (11) folgendermaßen lautet:
E11 = G × B11 = G × β1 × Φ1 × Θ1/90°,
wobei G eine Empfindlichkeit bezeichnet, die sowohl das erste als auch das zweite Hall-Effekt-Bauelement (11, 12) aufweist, wobei β1 eine Konstante bezeichnet, die sich auf eine gegenseitig gegenüberliegende Fläche zwischen dem einen Ende des einen der ersten Magnetweg bildungsabschnitte (7, 8) und dem einen Ende des ande ren der ersten Magnetwegbildungsabschnitte (9, 10) be zieht, wobei Φ1 einen gesamten magnetischen Fluß be zeichnet, der von einer Magnetbewegungskraft (F) des Permanentmagneten (4) erzeugt wird und durch eine erste und eine zweite Magnetschaltung läuft, wobei die erste Magnetschaltung durch den Permanentmagneten (4), das Paar der ersten Magnetpolstücke (5, 5) und das Paar der ersten Magnetwegbildungsabschnitte (7, 8) gebildet ist, während die zweite Magnetschaltung durch den Permanent magneten (4), das Paar der zweiten Magnetpolstücke (6, 6) und das Paar der zweiten Magnetwegbildungsabschnitte (9, 10) gebildet ist, wobei sowohl die erste als auch die zweite Magnetschaltung in einer magnetischen Paral lelbeziehung zueinander sind, wobei Φ1 immer konstant ist.
E11 = G × B11 = G × β1 × Φ1 × Θ1/90°,
wobei G eine Empfindlichkeit bezeichnet, die sowohl das erste als auch das zweite Hall-Effekt-Bauelement (11, 12) aufweist, wobei β1 eine Konstante bezeichnet, die sich auf eine gegenseitig gegenüberliegende Fläche zwischen dem einen Ende des einen der ersten Magnetweg bildungsabschnitte (7, 8) und dem einen Ende des ande ren der ersten Magnetwegbildungsabschnitte (9, 10) be zieht, wobei Φ1 einen gesamten magnetischen Fluß be zeichnet, der von einer Magnetbewegungskraft (F) des Permanentmagneten (4) erzeugt wird und durch eine erste und eine zweite Magnetschaltung läuft, wobei die erste Magnetschaltung durch den Permanentmagneten (4), das Paar der ersten Magnetpolstücke (5, 5) und das Paar der ersten Magnetwegbildungsabschnitte (7, 8) gebildet ist, während die zweite Magnetschaltung durch den Permanent magneten (4), das Paar der zweiten Magnetpolstücke (6, 6) und das Paar der zweiten Magnetwegbildungsabschnitte (9, 10) gebildet ist, wobei sowohl die erste als auch die zweite Magnetschaltung in einer magnetischen Paral lelbeziehung zueinander sind, wobei Φ1 immer konstant ist.
27. Drehwinkelsensor gemäß Anspruch 26,
bei dem das Ausgangsspannungssignal (E12) des zweiten
Hall-Effekt-Bauelements (12) folgendermaßen lautet:
E12 = G × β1 × Φ1 × (1 - |Θ1|/90°).
E12 = G × β1 × Φ1 × (1 - |Θ1|/90°).
28. Drehwinkelsensor gemäß Anspruch 27,
bei dem die Berechnungsschaltung (19) auf einer ge
druckten Schaltungsplatine (13) zusammen mit dem ersten
und dem zweiten Hall-Effekt-Bauelement (11, 12) ange
ordnet ist, wobei die gedruckte Schaltungsplatine (13)
in dem zylindrischen Gehäuse (1) eingebaut ist, um von
dem Permanentmagneten (4) und den Magnetpolstücken (5,
5, 6, 6) magnetisch abgeschirmt zu sein.
29. Drehwinkelsensor gemäß Anspruch 20,
bei dem die Umhüllung ein zylindrisches Gehäuse umfaßt; und
bei dem die bogenförmigen Magnetpolstücke ein erstes, ein zweites und ein drittes Magnetpolstück (42, 43, 44) umfassen, wobei der Bogenwinkel des ersten und des zweiten Magnetpolstücks (42, 43) der erste vorbestimmte Winkel (Θm2) ist, während der Bogenwinkel des dritten bogenförmigen Magnetpolstücks (44) 360°-(3x der Raum winkelabstand a2)-2x Θm2 beträgt.
bei dem die Umhüllung ein zylindrisches Gehäuse umfaßt; und
bei dem die bogenförmigen Magnetpolstücke ein erstes, ein zweites und ein drittes Magnetpolstück (42, 43, 44) umfassen, wobei der Bogenwinkel des ersten und des zweiten Magnetpolstücks (42, 43) der erste vorbestimmte Winkel (Θm2) ist, während der Bogenwinkel des dritten bogenförmigen Magnetpolstücks (44) 360°-(3x der Raum winkelabstand a2)-2x Θm2 beträgt.
30. Drehwinkelsensor gemäß Anspruch 29,
bei dem die magnetisch-zu-elektrisch-Wandlerschaltung
folgende Merkmale aufweist:
einen ersten Magnetwegbildungsabschnitt (45), der zwischen dem ersten bogenförmigen Magnetpolstück (42) und einem Luftzwischenraum gegenüber einem En de eines ersten Hall-Effekt-Bauelements (48) gebil det ist;
einen zweiten Magnetwegbildungsabschnitt (46), der zwischen dem zweiten bogenförmigen Magnetpolstück (43) und einem Luftzwischenraum gegenüber einem En de eines ersten Hall-Effekt-Bauelements (48) gebil det ist;
einen zweiten Magnetwegbildungsabschnitt (46), der zwischen dem zweiten bogenförmigen Magnetpolstück (43) und einem Luftzwischenraum gegenüber einem En de eines zweiten Hall-Effekt-Bauelements (49) ge bildet ist; und
einen dritten Magnetwegbildungsabschnitt (47), der zwischen dem dritten Magnetpolstück (44) und beiden anderen Enden des ersten und des zweiten Hall-Ef fekt-Bauelements (48, 49) gebildet ist.
einen ersten Magnetwegbildungsabschnitt (45), der zwischen dem ersten bogenförmigen Magnetpolstück (42) und einem Luftzwischenraum gegenüber einem En de eines ersten Hall-Effekt-Bauelements (48) gebil det ist;
einen zweiten Magnetwegbildungsabschnitt (46), der zwischen dem zweiten bogenförmigen Magnetpolstück (43) und einem Luftzwischenraum gegenüber einem En de eines ersten Hall-Effekt-Bauelements (48) gebil det ist;
einen zweiten Magnetwegbildungsabschnitt (46), der zwischen dem zweiten bogenförmigen Magnetpolstück (43) und einem Luftzwischenraum gegenüber einem En de eines zweiten Hall-Effekt-Bauelements (49) ge bildet ist; und
einen dritten Magnetwegbildungsabschnitt (47), der zwischen dem dritten Magnetpolstück (44) und beiden anderen Enden des ersten und des zweiten Hall-Ef fekt-Bauelements (48, 49) gebildet ist.
31. Drehwinkelsensor gemäß Anspruch 30,
bei dem das erste Hall-Effekt-Bauelement (48) das erste
Spannungssignal (E21) folgendermaßen ausgibt:
E21 = G × B21 = G × β × Φ2 × (0.5 + Θ2/90°),
wobei B21 = β × Φ21 gilt, wobei G eine Empfindlichkeit bezeichnet, die das erste Hall-Effekt-Bauelement (48) aufweist, wobei β eine Konstante bezeichnet, die eine gegenüberliegende Fläche zwischen dem einen Ende des dritten Magnetwegbildungsabschnitt (47) und dem einen Ende des ersten Magnetwegbildungsabschnitts (45) be trifft, wobei der Luftzwischenraum gegenüber dem einen Ende des ersten Hall-Effekt-Bauelements (48) vorgesehen ist, wobei Φ2 einen gesamten magnetischen Fluß bezeich net, der durch eine Magnetbewegungskraft (F2) des Per manentmagneten (41; 61) erzeugt wird und durch eine er ste und eine zweite Magnetschaltung läuft, wobei die erste Magnetschaltung durch den Permanentmagneten (41; 61), das erste Magnetpolstück (42), den ersten Magnet wegbildungsabschnitt (45), den dritten Magnetwegbil dungsabschnitt (47) und das dritte Magnetpolstück (44) gebildet ist, während die zweite Magnetschaltung durch den Permanentmagneten (4), das zweite Magnetpolstück, den dritten Magnetwegbildungsabschnitt (47) und das dritte Magnetpolstück (44) gebildet ist, wobei der ge samte magnetische Fluß (Φ2) konstant ist, und wobei (Θ2) den Winkel bezeichnet, über den der Permanentmag net (41; 61) mit der drehbaren Achse (3) gedreht wird.
E21 = G × B21 = G × β × Φ2 × (0.5 + Θ2/90°),
wobei B21 = β × Φ21 gilt, wobei G eine Empfindlichkeit bezeichnet, die das erste Hall-Effekt-Bauelement (48) aufweist, wobei β eine Konstante bezeichnet, die eine gegenüberliegende Fläche zwischen dem einen Ende des dritten Magnetwegbildungsabschnitt (47) und dem einen Ende des ersten Magnetwegbildungsabschnitts (45) be trifft, wobei der Luftzwischenraum gegenüber dem einen Ende des ersten Hall-Effekt-Bauelements (48) vorgesehen ist, wobei Φ2 einen gesamten magnetischen Fluß bezeich net, der durch eine Magnetbewegungskraft (F2) des Per manentmagneten (41; 61) erzeugt wird und durch eine er ste und eine zweite Magnetschaltung läuft, wobei die erste Magnetschaltung durch den Permanentmagneten (41; 61), das erste Magnetpolstück (42), den ersten Magnet wegbildungsabschnitt (45), den dritten Magnetwegbil dungsabschnitt (47) und das dritte Magnetpolstück (44) gebildet ist, während die zweite Magnetschaltung durch den Permanentmagneten (4), das zweite Magnetpolstück, den dritten Magnetwegbildungsabschnitt (47) und das dritte Magnetpolstück (44) gebildet ist, wobei der ge samte magnetische Fluß (Φ2) konstant ist, und wobei (Θ2) den Winkel bezeichnet, über den der Permanentmag net (41; 61) mit der drehbaren Achse (3) gedreht wird.
32. Drehwinkelsensor gemäß Anspruch 31,
bei dem das zweite Hall-Effekt-Bauelement (49) das
zweite Spannungssignal (E22) wie folgt ausgibt:
E22 = G × B22 (B22 = β × Φ22) = G × β × Φ2 × (0.5-Θ2/90°).
E22 = G × B22 (B22 = β × Φ22) = G × β × Φ2 × (0.5-Θ2/90°).
33. Drehwinkelsensor gemäß Anspruch 32,
bei dem die magnetisch-zu-elektrisch-Wandlerschaltung
eine Berechnungsschaltung (50) mit folgenden Merkmalen
aufweist:
einem Subtrahierer (52), welcher aufgebaut und angeordnet ist, um das zweite Ausgangsspannungssignal (E22) von dem ersten Ausgangsspannungssignal (E21) zu subtrahieren;
einem Addierer (51), welcher aufgebaut und angeordnet ist, um das erste Ausgangsspannungssignal (E21) des ersten Hall-Effekt-Bauelements (48) zu dem zweiten Ausgangsspannungssignal (E22) des zweiten Hall-Ef fekt-Bauelements (49) zu addieren (E11 + E22);
einem Dividierer (53), welcher aufgebaut und ange ordnet ist, um ein Ausgangsspannungssignal von dem Subtrahierer (52) durch ein Ausgangsspannungssignal von dem Addierer (51) zu teilen [{(E21-E22)/(E21 + E22)} = 2/90° × Θ2; und
einem Verstärker (54), welcher aufgebaut und ange ordnet ist, um ein Ausgangsspannungssignal von dem Dividierer (53) zu verstärken, und um ein Spannungs signal (SO2) (SO2 = k × Sx2 + Vo = 2xkx Θ2/90° + Vo) auszugeben, wobei k einen konstanten Verstärkungsfak tor des Verstärkers bezeichnet, und wobei Vo eine konstante Spannung bezeichnet.
einem Subtrahierer (52), welcher aufgebaut und angeordnet ist, um das zweite Ausgangsspannungssignal (E22) von dem ersten Ausgangsspannungssignal (E21) zu subtrahieren;
einem Addierer (51), welcher aufgebaut und angeordnet ist, um das erste Ausgangsspannungssignal (E21) des ersten Hall-Effekt-Bauelements (48) zu dem zweiten Ausgangsspannungssignal (E22) des zweiten Hall-Ef fekt-Bauelements (49) zu addieren (E11 + E22);
einem Dividierer (53), welcher aufgebaut und ange ordnet ist, um ein Ausgangsspannungssignal von dem Subtrahierer (52) durch ein Ausgangsspannungssignal von dem Addierer (51) zu teilen [{(E21-E22)/(E21 + E22)} = 2/90° × Θ2; und
einem Verstärker (54), welcher aufgebaut und ange ordnet ist, um ein Ausgangsspannungssignal von dem Dividierer (53) zu verstärken, und um ein Spannungs signal (SO2) (SO2 = k × Sx2 + Vo = 2xkx Θ2/90° + Vo) auszugeben, wobei k einen konstanten Verstärkungsfak tor des Verstärkers bezeichnet, und wobei Vo eine konstante Spannung bezeichnet.
34. Drehwinkelsensor gemäß Anspruch 30,
bei dem der dritte Magnetwegbildungsabschnitt (47) fer
ner einen ersten und einen zweiten Umwegbildungsab
schnitt (47C, 47D) aufweist, wobei ein Spitzenende des
ersten Umwegbildungsabschnitts (47C) gegenüber einem
Zwischenvorstandende des ersten Magnetwegbildungsab
schnitts (45) mit einem Luftzwischenraum, welcher pa
rallel zu dem Luftzwischenraum zwischen dem einen Ende
des ersten Hall-Effekt-Bauelements (48) und dem einen
Ende des ersten Magnetwegbildungsabschnitts (45) ist,
gerichtet ist, und wobei ein Spitzenende des zweiten
Umwegbildungsabschnitts (47D) gegenüber einem Zwischen
vorstandende des zweiten Magnetwegbildungsabschnitts
(46) mit einem Luftzwischenraum, welcher parallel zu
dem Luftzwischenraum zwischen dem einen Ende des zwei
ten Hall-Effekt-Bauelements (49) und dem einen Ende des
zweiten Magnetwegbildungsabschnitts (46) ist, gerichtet
ist.
35. Drehwinkelsensor gemäß Anspruch 34,
bei dem die drehbare Achse (3) einer Ventilachse eines Drosselventils entspricht; und
bei dem der Drehwinkel einem Öffnungswinkel des Dros selventils entspricht, wobei das Drosselventil in einem Ansaugluftkanal eines Motors mit innerer Verbrennung angeordnet ist.
bei dem die drehbare Achse (3) einer Ventilachse eines Drosselventils entspricht; und
bei dem der Drehwinkel einem Öffnungswinkel des Dros selventils entspricht, wobei das Drosselventil in einem Ansaugluftkanal eines Motors mit innerer Verbrennung angeordnet ist.
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DE19634281C2 (de) * | 1996-08-24 | 2000-01-27 | Bosch Gmbh Robert | Meßvorrichtung zur berührungslosen Erfassung eines Drehwinkels bzw. einer linearen Bewegung |
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