JP2007516415A - 磁界依存角度センサを備える装置 - Google Patents

Abstract

角度センサに対して回転することができるように構成された磁気伝達物に効果的に接続された磁界依存角度センサを備える装置において、出力信号の分解能を維持又は改善しながら、機械構成部品の寸法、並びに感知及び電子構成部品の数及びサイズを削減するために、角度センサは、少なくとも１つの磁電変換器によって形成され、この磁電変換器の電気特性は、この少なくとも１つの変換器に作用する磁界強度に依存するが磁界の極性から独立である。磁界強度は、その少なくとも１つの変換器が飽和した状態で制御されるように選択される。

Description

本発明は、角度センサに対して回転することができるように構成された磁気伝達物に効果的に接続された磁界依存角度センサを備える装置に関する。

前文による装置は、位置測定、回転角測定、回転速度測定のために、また回転の方向を検出するために、非常に様々な方法で使用される。永久磁石は、通常、回転運動を決定すべきかそれとも直線運動を決定すべきかに応じて回転される、又は直線移動される。回転速度測定のためのこの種の１つの知られている装置は、出力信号が磁界強度に、従って磁力線の極性又は符号に直線的に依存する磁気抵抗素子を有する。この場合、磁気抵抗素子は、回転センサの場合には本質的に正弦波出力信号を生成するブリッジ回路の一部である。次いで、１回転当たりの正弦波振動の数は、磁気伝達物の磁極対の数に等しい。

本発明の目的は、出力信号の分解能を維持又は改善しながら、機械構成部品の寸法、並びに感知及び電子構成部品の数及びサイズを削減することである。

この目的は、角度センサが少なくとも１つの磁電変換器からなり、この磁電変換器の電気特性は、磁界強度に依存するが、その少なくとも１つの変換器に作用する磁界の極性から独立であり、その磁界強度は、少なくとも１つの変換器が飽和した状態で制御されるように選択される、本発明による装置によって達成される。

本発明による装置は、簡単な機械構成部品、特に移動構成部品の場合に高い分解能が可能であるという利点を有し、これは、自動車技術で特に有利である。好適な変換器は、その電気出力変数が磁界の極性又は符号に依存しないあらゆる磁電変換器である。本発明では、少なくとも１つの変換器は磁気抵抗素子であることが規定されることが好ましい。

本発明の１つの有利な発展は、４つの幾何学的に構成された磁電変換器からなる少なくとも１つのブリッジ回路によって角度センサが形成されることにある。好ましくは、変換器は円形の形で構成されることが規定される。

少なくとも１つのさらなるブリッジ回路が設けられ、このさらなるブリッジ回路の変換器は、磁石の移動方向で、少なくとも１つのブリッジ回路の変換器と交互になるような形で構成される１つの発展に従って、本発明による装置において分解能のさらなる向上が可能である。多数の応用例について、合計２つのブリッジ回路を設けることが有利であることが証明されている。いくつかのブリッジ回路を備える変換器、又は上述したものと異なる装置の変換器をも考えることができる。

さらなる有利な改良点は、少なくとも１つのブリッジ回路の出力信号がバイナリ信号に変換されることにある。結果として得られたバイナリ信号は、磁石の１磁極対当たり２つのフランクを有する。いくつかのブリッジ回路がある場合、各々の場合に、ブリッジ回路の装置に応じて位相シフト信号がある。１磁極対当たりにいくつかのフランクがあるように、簡単な論理によってバイナリ信号を組み合わせることができる。

他の有利な発展のおかげで、逆三角関数を適用することによって、少なくとも２つのブリッジ回路の出力信号を磁石の動きと共に直線的に変化する信号に変換するという点で、より高い分解能が達成される。この信号をアナログ信号としてさらに処理することは別として、アナログ／ディジタル変換器によってこの信号からディジタル信号を得ることができ、又は代わりに比較器によってそれからより高い周波数のバイナリ信号を得ることができる。

本発明について、図面に示されている実施形態の諸例を参照してさらに述べるが、本発明はその例に限定されない。

図１に示される実施形態の例では、磁極Ｎ及びＳを備える永久磁石２が回転シャフト１上に位置し、回転シャフト１の回転速度及び／又は角度位置ａが測定される。磁気抵抗角度センサ４はプリント回路基板３上で配置され、永久磁石２から生じる磁力線５がその磁気抵抗角度センサを通って流れる。

角度センサ４は、図２でわかるように、８つのほぼ扇形状の磁気抵抗素子を有する。各々の場合において、これらの素子のうちの４つは、ブリッジ回路の形で接続されており、このブリッジ回路は、見やすくするために図２に示されておらず、むしろ図３の回路図に示されている。磁気抵抗素子１ａから１ｄは、端子６、７を有する抵抗器値Ｒ１ａからＲ１ｄの第１のブリッジ回路１０を形成し、その端子６、７の間に出力電圧Ｖ１が存在する。磁気抵抗素子２ａから２ｄは、抵抗器値Ｒ２ａからＲ２ｄ及び出力電圧Ｖ２を有する端子８、９を有する第２のブリッジ回路１１を形成する。

磁石２の１回転中に（図１）、図４に示される電圧が生成される。すなわち、Ｖ１＝Ｖ０ｓｉｎ（２ａ）及びＶ２＝Ｖ０ｃｏｓ（２ａ）。図８を参照して下記で述べる簡単な比較器回路によって、正弦波電圧から矩形パルスが得られる。Ｖ１及びＶ２から得られた矩形パルスは論理回路に引き渡され、この論理回路が図５に示される矩形信号を生成する。

図６は、正弦波電圧から矩形パルスを得る別の可能性を示し、ここで、矩形パルスは図５に示されるものよりも高い周波数を有する。この目的のために、角度と共に直線的に変化する電圧Ｖ３＝Ｖ０ａｒｃｔａｎ（Ｖ１／Ｖ２）が、例えばＣＯＲＤＩＣアルゴリズムによって、Ｖ１及びＶ２から得られる。そのとき、図６に示されるパルス信号Ｉ３がいくつかの比較器によって生成される。ここでは、永久磁石の１回転当たり８つのパルスが生成される。

矩形パルスを生成するために、ブリッジ回路１０又は１１の出力信号Ｖ１又はＶ２は、差動増幅器１３に供給され、その差動増幅器の出力は比較器１４の入力１５に接続される。基準電圧Ｖｒｅｆが前記の比較器１４の他方の入力１６に供給される。次いで、所望の矩形信号が出力１７で使用可能となる。

本発明による装置の概略図を側面図で示す。 図１に示される実施形態の例で使用される角度センサの平面図を、同様に概略図の形で示す。 ２つのブリッジ回路を形成するための磁気抵抗素子の接続を示す。 １回転中のブリッジ回路の出力電圧を示す。 図４に示される出力電圧から形成された、１回転当たり４パルスを有するパルス信号を示す。 例えば１回転当たり８パルスのより高い周波数のパルスを得るための図を示す。 図５及び６に示される矩形パルスを得るための簡単な比較器回路の例を示す。

符号の説明

１ 回転シャフト
２ 永久磁石
４ 角度センサ
１０ 第１のブリッジ回路
１１ 第２のブリッジ回路
１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ 磁気抵抗素子
Ｖ１、Ｖ２ 出力電圧

Claims (7)

1. 磁界依存角度センサに対して回転することができるように構成された磁気伝達物に効果的に接続された前記角度センサを備える装置であって、前記角度センサが少なくとも１つの磁電変換器からなり、前記磁電変換器の電気特性は、磁界強度に依存するが前記少なくとも１つの変換器に作用する磁界の極性から独立であること、及び、前記磁界強度は、前記少なくとも１つの変換器が飽和した状態で制御されるように選択されることを特徴とする装置。
2. 前記少なくとも１つの変換器は磁気抵抗素子であることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 前記角度センサは、４つの幾何学的に構成された磁電変換器からなる少なくとも１つのブリッジ回路で形成されることを特徴とする、請求項１及び２のいずれかに記載の装置。
4. 前記変換器は円形の形で構成されることを特徴とする、請求項３に記載の装置。
5. 少なくとも１つのさらなるブリッジ回路が設けられ、前記ブリッジ回路の変換器は、前記少なくとも１つのブリッジ回路の変換器と交互になるような形で、前記磁石の移動方向で構成されることを特徴とする、請求項３及び４のいずれかに記載の装置。
6. 前記少なくとも１つのブリッジ回路の出力信号がバイナリ信号に変換されることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれかに記載の装置。
7. 少なくとも２つのブリッジ回路の出力信号が、逆三角関数を適用することによって、前記磁石の移動と共に直線的に変化する信号に変換されることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれかに記載の装置。

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