DE102005007718A1

DE102005007718A1 - Drehsensor

Info

Publication number: DE102005007718A1
Application number: DE200510007718
Authority: DE
Inventors: Tomotaka Watanabe; Takehisa Ishihara; Shinsuke Terada; Takayuki Enomoto
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2004-02-20
Filing date: 2005-02-18
Publication date: 2005-09-08
Also published as: CN100365387C; CN1657878A; US7183761B2; US20050184726A1

Abstract

Ein Drehsensor, der einen Rotor (10), der an einer sich drehenden Welle (S) befestigt ist und eine leitfähige Messeinheit (12) aufweist, deren Breite sich in Umfangsrichtung ändert, und stationäre Kerne (31, 21, 41, 42) umfasst, die jeweils eine Erregerspule zur Bildung eines Magnetkreises bezüglich der Messeinheit des Rotors durch Bestromung mit einem Erregerwechselstrom und einen Kernkörper aufweisen, der aus magnetischem Material gebildet ist und die Erregerspule hält, und die an dem befestigten Element montiert sind und so angeordnet sind, dass die gegenüber der Messeinheit des Rotors in einem Abstand in axialer Richtung der Welle angeordnet sind, wobei die stationären Kerne an zwei Stellen angeordnet sind, die jeweils einen Achswinkel bezüglich der Achse der Welle aufweisen, der von im Wesentlichen 180° abweicht, so dass der Drehsensor, der hinsichtlich der Montagefähigkeit vorteilhaft ist, kostengünstig ist und eine große Detektionsgenauigkeit hat, die über einen weiten Bereich bereitgestellt wird.

Description

Hintergrund
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen an einem Rotor befestigten Drehsensor, der zur Detektion eines Drehwinkels des Rotors eingesetzt wird.

Beim Ermitteln des Drehwinkels einer Handbetätigungseinrichtung, die integral an einer Drehwelle, wie z. B. einer Lenkwelle eines Kraftfahrzeugs, angebracht ist, wird beispielsweise ein sogenannter Drehsensor eingesetzt.

Ein Beispiel für einen Drehsensor ist einer, der stationäre Kerne auf weist, die so angeordnet sind, dass sie einem Rotor in einem festgelegten Abstand gegenüberliegen (siehe beispielsweise JP-A-2003-202240).

Dieser Drehsensor umfasst, wie in den 1 bis 3 der oben beschriebenen Patentveröffentlichung gezeigt, eine sich drehende Welle, stationäre Kerne, die jeweils einen Kernkörper aufweisen, der aus isolierendem, magnetischem Material gebildet ist, und mindestens eine in dem Kernkörper angeordnete Erregerspule aufweisen, und eine Drehwinkelerfassungseinheit. Die Erregerspule umfasst beispielsweise vier Erregerwicklungen, die jeweils in regelmäßigen Abständen in Umfangsrichtung des Rotors angeordnet sind.

Die stationären Kerne sind an einem ortsfesten Bauteil angebracht, das in der Nähe der Welle angeordnet ist, und sind zusammen mit dem Rotor in einem Gehäuse angeordnet, das aus Metall bzw. isolierendem, magnetischem Material mit Abschirmeigenschaften gegenüber einem magnetischen Wechselfeld gebildet ist.

Der Rotor umfasst einen Rotorbefestigungsbereich, der aus dem isolierenden, magnetischen Material gebildet ist, und eine Messeinheit, die damit über eine Verstrebung verbunden ist und in Umfangsrichtung eine sich kontinuierlich ändernde Breite hat. Die Messeinheit ist aus einem leitfähigen Metall gebildet, das einen schmalen Bereich mit der minimalen Breite und einen breiten Bereich mit der maximalen Breite aufweist, der an der radial gegenüberliegenden Seite des schmalen Bereichs angeordnet ist, und ist so ausgebildet, dass sich die Breite in der radialen Richtung der Messeinheit in Abhängigkeit von dem Drehwinkel des Rotors ändert, wodurch durch das magnetische Wechselfeld ein Wirbelstrom einer Stärke induziert wird, die mit der Breite im Zusammenspiel mit der Drehung korrespondiert.

Durch Verwendung des wie oben beschrieben konfigurierten Drehsensors wird durch die Ausnutzung von Impedanzänderungen der Erregerspule in Verbindung mit der Erzeugung des Wirbelstroms der Drehwinkel des Rotors zwischen 0° und 360° detektiert.

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein Beispiel des Drehsensors beschrieben, von dem die Erfindung ausgeht. Wie in 1 beispielhaft dargestellt, liegt ein Fall vor, in dem vier stationäre Kerne 841a, 841b, 841c, 841d (831a, 831b, 831c, 831d) bei dem Drehwinkel von 90° in dem Sensor angeordnet sind. Durch derartige Anordnung der stationären Kerne 841a, 841b, 841c, 841d (831a, 831b, 831c, 831d) ist der Flächenbereich einer Schaltungsplatte 895, die in einem Drehsensor 801 angeordnet ist, so groß wie möglich ausgelegt.

Insbesondere sind die stationären Kerne 831a, 841a, die stationären Kerne 831b, 841b, die stationären Kerne 831c, 841c und die stationären Kerne 831d, 841d an einem ortsfesten Bauteil 890 befestigt, das in der Nähe der Welle über die jeweiligen Spulenkernhalter 892a, 892b, 892c, 892d angeordnet ist, und zusammen mit einem Rotor 810 in einem Gehäuse 820 aufgenommen, das aus Metall bzw. isolierendem, magnetischem Material mit Abschirmeigenschaften gegenüber einem magnetischen Wechselfeld gebildet ist.

Der Rotor 810 umfasst einen Rotorbefestigungsbereich 811, der aus isolierendem, magnetischem Material gebildet ist, und eine Messeinheit 812, die daran über eine Verstrebung angebunden ist und in Umfangsrichtung eine sich kontinuierlich ändernde Breite hat. Die Messeinheit 812 ist aus einem leitfähigen Metall gebildet, das einen schmalen Bereich mit der minimalen Breite und einen breiten Bereich mit der maximalen Breite aufweist, der an der radial gegenüberliegenden Seite des schmalen Bereichs angeordnet ist, und so ausgebildet ist, dass die Breite in radialer Richtung der Messeinheit 812 sich in Abhängigkeit von dem Drehwinkel des Rotors 810 ändert, wodurch durch das magnetische Wechselfeld ein Wirbelstrom induziert wird, der eine Stärke hat, die mit der Breite in Verbindung mit der Drehung korrespondiert. Dann wird durch Verwendung des wie oben beschrieben konfigurierten Drehsensors 801 der Drehwinkel zwischen 0° und 360° des Rotors 810 durch die Ausnutzung der Änderungen der Impedanz der Erregerspule in Verbindung mit der Erzeugung des Wirbelstroms ermittelt.

Das Blockschaltbild des oben beschriebenen Drehsensors umfasst, wie in 2 dargestellt, eine Schwingungseinheit 900, die einen Schwingkreis 901 zur Ausgabe von Schwingsignalen einer bestimmten Frequenz umfasst, eine Phasenverschiebungseinheit 910 (911, 912, 913, 914) zur Verschiebung der Phase des von der Schwingeinheit 900 gelieferten Schwingungssignals entsprechend der Stärke des an der Messeinheit erzeugten Wirbelstroms, eine Phasenverschiebungsbetragserfassungseinheit 920 (921, 922, 923, 924) zur Detektion des Betrags der Phasenverschiebung, eine Phasenverschiebungsbetragskonvertiereinheit 930 (931, 932, 933, 934) zur Konvertierung des Betrags der ermittelten Phasenverschiebung in einen korrespondierenden Parameter, eine Verstärkungseinheit 940 (941, 942, 943, 944) zur Verstärkung des Betrages der Phasenverschiebung, der von der Phasenverschiebungsbetragskonvertiereinheit 930 ausgegeben wird, und eine Drehwinkelerfassungseinheit 950 zur Berechnung des Drehwinkels auf Grundlage des Ausgangssignals der Verstärkungseinheit 940, so dass der Drehwinkel, der für die Phasenverschiebungseinheit 910 bereitgestellt wird, ermittelt wird.

Die Phasenverschiebungseinheit 910 umfasst einen Widerstand und eine Spule der elektronischen Schaltung. Die Messeinheit des Rotors hat, wie oben beschrieben, in Umfangsrichtung eine sich kontinuierlich ändernde Breite, wobei sich die Impedanz der Spule ändert durch Drehung der Messeinheit des Rotors, die mit der Drehung der sich drehenden Welle gekoppelt ist.

Beim Drehen der sich drehenden Welle wird das Ausgangssignal der Phasenverschiebungsbetragserfassungseinheit 920 bezüglich des Eingangswinkels durch die Form der Messeinheit bestimmt, und folglich kann es sich entsprechend einer in 3 dargestellten Sinuswelle ändern. Was beispielsweise die zwei ortsfesten Kerne (Spule A, Spule B) betrifft, die mit einem Achswinkel von 90° bezüglich der Achse der sich drehenden Welle des Rotors angeordnet sind, schwankt der Betrag der Phasenverschiebung als Ergebnis der Signalverarbeitung auf Grundlage der Änderung der Impedanz der Spule A des stationären Kerns auf einer Seite und der Betrag der Phasenverschiebung als Ergebnis der Signalverarbeitung auf Grundlage der Änderung der Impedanz der Spule B des anderen stationären Kerns mit der Phasenverschiebung von 90° bezüglich des Eingangswinkels, wie in 4 dargestellt ist. Obwohl vier stationäre Kerne in 1 dargestellt sind, sind die Beträge der Phasenverschiebung, die zwei andere stationäre Kerne (Spule C, Spule D) betreffen, in 4 weggelassen.

Dann wird mit dem Drehsensor in dieser Anordnung der Drehwinkel des Rotors durch Nutzung der Änderungen der Impedanz der Erregerspule in Verbindung mit der Erzeugung des Wirbelstroms ermittelt.

Nachfolgend werden Probleme beim Erreichen von Verbesserungen der Zusammensetzbarkeit und der Verbesserung der Messgenauigkeit des oben beschriebenen Drehsensors beschrieben.

Ein erstes Problem beim Erreichen von Verbesserungen der Messgenauigkeit des oben genannten Drehsensors wird beschrieben. Wenn der oben beschriebene Drehsensor beispielsweise an einer Lenkwelle eines Kraftfahrzeugs befestigt wird und der Drehwinkel der Lenkwelle ermittelt wird, liegt ein Fall vor, bei dem sich ein Spalt zwischen der Messeinheit des Rotors und dem Spulenkern infolge von Vibrationen des Fahrzeugs verändert, was zu Fehlern bei der Ermittlung des Ausgangssignals führt.

Daher kann der Drehwinkel nicht genau bestimmt werden.

Um dieses Problem zu lösen, wird, wie in den 13 bis 16 der JP-A-2003-202240 dargestellt, ein Drehsensor vorgeschlagen, der einen Aufbau hat, bei dem vier Paare von stationären Kernen paarweise an einem Gehäuse befestigt sind, wobei die Messeinheit des Rotors zwischengeschaltet ist. Die jeweils paarweise vorliegenden stationären Kerne umfassen jeweils einen Kernkörper, der aus isolierendem, magnetischem Material gebildet ist, und eine Erregerspule, die in dem Kernkörper aufgenommen ist. Dann werden die betreffenden Erregerspulen in Reihe verbunden, und durch den Erregerwechselstrom von einer Messeinheit wird ein magnetischer Kreis rings um die ortsfesten Kerne ausgebildet.

Durch Anordnung von vier Paaren von stationären Kernen, von denen jedes einen oberen stationären Kern und einen unteren stationären Kern umfasst, bei einer Phase von 90° und Zwischenschaltung der Messeinheit des Rotors an einem Drehsensor werden Schwankungen des Ausgangssignals infolge von Schwankungen der Abstände gegenüber den jeweiligen stationären Kernen in Radialrichtung des Rotors, die durch Schwingungen an dem sich drehenden Bereich ausgelöst sind, verringert.

Da jedoch bei dem oben beschriebenen Drehsensor die Messeinheit des Rotors zwischen dem oberen und dem unteren stationären Kern des jeweiligen Paars der stationären Kerne angeordnet werden muss, ist der Zusammenbauprozess für jedes Paar aus oberem und unterem stationären Kern unweigerlich unterteilt hinsichtlich der Grenze des tatsächlichen Aufbaus des Drehsensors.

Der spezifische Zusammenbauprozess wird an Hand eines Beispiels erläutert. Wie in 5 dargestellt, sind untere stationäre Kerne 51 bis 54 mit einem Spulenkernhalter 71 zusammengefügt, der zusammengefüg te Spulenkernhalter 71 ist mit einem unteren Gehäuse 22 zusammengefügt und ist eine Messeinheit 12, die zuvor mit einem Motor 10 zusammengefügt wurde, ist mit dem unteren Gehäuse 22 zusammengefügt.

Andererseits werden, wie in 6 dargestellt, obere stationäre Kerne 61 bis 64 mit einem Spulenkernhalter 72 zusammengefügt, der Spulenkernhalter 72 wird in den Spulenkernhalter 71 integriert und das obere Gehäuse (nicht dargestellt) wird an dem unteren Gehäuse 22 befestigt, um einen Drehverbinder zu vervollständigen.

Mit anderen Worten wird bei diesem Verfahren zum Zusammenfügen des Drehverbinders der Spulenkernhalter 71 (72) zur Halterung der jeweiligen stationären Kerne 51 bis 54 (61 bis 64) in zwei Teile von Spulenkernhaltern 71, 72 unterteilt, an die jeweils insgesamt vier obere Spulenkerne 61 bis 64 montiert werden, wie bei dem Fall der insgesamt vier Paare der unteren stationären Kerne 51 bis 54.

Daher hängt die Koaxialität der jeweiligen Paare von oberen und unteren stationären Kernen 51 bis 54, 61 bis 64 von der Positionsgenauigkeit der oberen und unteren Spulenkernhalter 71, 72 ab. Daher ist es schwierig, den Drehsensor infolge der Teiletoleranz oder Zusammenbautoleranz in einer idealen Maßgenauigkeit zusammenzufügen. Folglich muss, um einen präzisen Zusammenbau zu erreichen, eine damit korrespondierende Einrichtung genutzt werden, die die Kosten beträchtlich erhöht.

Wenn ein Versuch gemacht wird, die Spulenkernhalter 71, 72, die getrennt ausgebildet sind, integriert auszuführen, muss eine Messeinheit 12 des Rotors 10 verschiebbar und von der Seite zwischen die integrierten Spulenkernhalter einbringbar sein. Mit anderen Worten ist die Beziehung a > b zwischen der Abmessung a und der Abmessung b, welche in den 5 und 6 gezeigt sind, erforderlich, wodurch die Abmessung des Drehsensors selbst ebenfalls vergrößert wird.

Im Gegensatz zu dem oben beschriebenen Aufbau wird auch ein Aufbau in Erwägung gezogen, bei dem vier integrierte Paare von Spulenkernhaltern 81 bis 84 zum unabhängigen Haltern der oberen und unteren stationären Kerne 51 bis 54, 61 bis 64 vorgesehen sind, wie in den 7 und 8 dargestellt. Jedoch ist bei diesem Aufbau die Relativstellung der jeweiligen Paare, d.h. die Anordnung an Positionen, die um jeweils 90° bezüglich der Achse einer Welle S versetzt sind, schwierig. Dies liegt daran, dass die Relativstellungen zwischen den jeweiligen Paaren der stationären Kerne 51 bis 54, 61 bis 64 von der Genauigkeit der Befestigungspositionen der jeweiligen Spulenkernhalter 81 bis 84 bezüglich des unteren Gehäuses 22 abhängen.

Auf diese Weise ist es schwierig, den Drehsensor in einem Zustand zusammenzufügen, in dem die Messeinheit 12 des Rotors 10 an einer geeigneten Position zwischen den jeweiligen Paaren der stationären Kerne zwischengeschaltet ist, wobei die stationären Kerne so angeordnet werden, dass sie einander präzise gegenüberliegen.

Um den oben beschriebenen Drehsensor zusammenzufügen, liegt die Anzahl an erforderlichen stationären Kernen insgesamt auch bei acht, was zu hohen Kosten führt. Um bei dem Drehsensor eine Kostenverringerung zu erreichen, ist es wirkungsvoll, die Anzahl an stationären Kernen zu verringern. Jedoch ist es zur Reduzierung der Anzahl an stationären Kernen erforderlich, zu verhindern, dass sich die Ausgangssignalcharakteristik des Drehsensors verschlechtert.

Wenn der Aufbau eingesetzt wird, bei dem, wie oben beschrieben, die stationären Kerne 51 bis 54, 61 bis 64 an vier Positionen des Drehsensors angeordnet sind, liegen verschiedene Beschränkungen beim Zusammenfügen oder bei der Konstruktion der Komponenten aufgrund der Notwendigkeit vor, die Messeinheit 12 des Rotors 10 zwischen den einander gegenüberliegenden stationären Kernen anzuordnen, und eine Vielzahl an stationären Kernen für einen Drehsensor muss eingesetzt werden, was ein Hindernis darstellt, einen kostengünstigen Drehsensor mit einem hohen Maß an Genauigkeit bereitzustellen.

Nachfolgend wird ein zweites Problem beim Erreichen einer Verbesserung der Messgenauigkeit des oben genannten Drehsensors beschrieben.

Der Drehsensor 801 nach dem Stand der Technik ist wie in 1 dargestellt aufgebaut und an einer Lenkwelle S eines Kraftfahrzeugs über eine Sensorbefestigungseinrichtung 300 befestigt (siehe 11). 9 zeigt eine Draufsicht auf den Drehsensor 801, von dem die Erfindung ausgeht, und 10 zeigt eine Seitenansicht des Drehsensors 801, von dem die Erfindung ausgeht. Wie den 9 und 10 zu entnehmen ist, umfasst ein Gehäuse 820 ein oberes Gehäuse 821 und ein unteres Gehäuse 822 und der äußere Umfangsbereich des unteren Gehäuses 822 ist an einer Befestigungsrippe 303 (siehe 11) der später beschriebenen Sensorbefestigungseinrichtung 300 befestigt. Das untere Gehäuse 822 ist mit einem Rastvorsprung 825 ausgebildet, der davon vorspringt. Der Rastvorsprung 825 zur Befestigung des Drehsensors 801 an der Sensorbefestigungseinrichtung 300 ist so ausgebildet, dass er von dem Drehsensor 801 an einer in Umfangsrichtung festgelegten Position vorspringt, wobei er in der Zeichnung geringfügig nach rechts versetzt ist, wenn, wie in 9 dargestellt, eine Betrachtung in Längsrichtung erfolgt. Durch Eingriff des Rastvorsprungs 825 in eine Rastaussparung 305 der Sensorbefestigungseinrichtung 300 ist der Drehsensor 801 an der Sensorbefestigungseinrichtung 300 befestigt. Das untere Gehäuse 822 ist mit einer Verbindereinheit 826 zur elektrischen Verbindung des Messkreises des Drehsensors 801 mit dem externen Kabelbaum versehen.

Andererseits umfasst die Sensorbefestigungseinrichtung 300, wie in 11 dargestellt, ein Welleneinsetzloch zum Einsetzen der Lenkwelle S in den Mittelbereich derselben und einen angrenzenden Bereich 302, der an das Gehäuse 820 des Drehsensors 801 an den Umfang desselben angrenzt, und der angrenzende Bereich 302 mit der Sensorhalterippe 303 ist an seinem äußeren Umfang ausgebildet. Ein Teil des angrenzenden Bereichs 302 und die Sensorhalterippe 303 sind so ausgebildet, dass sie mit der Rastaussparung 305 in Eingriff mit dem Rastvorsprung 825 stehen, der an dem Drehsensor 801 vorgesehen ist. Die Sensorbefestigungseinrichtung 300 ist mit einem nicht dargestellten Bügel versehen, um diese an dem Fahrzeug zu befestigen.

Dadurch, dass die Lenkwelle S den Achsbereich des Drehsensors 801 durchgreift und dass der äußere Umfang des Gehäuses des Drehsensors 801 an der Halterippe 303 der Sensorbefestigungseinrichtung 300 befestigt ist, wobei der Rastvorsprung 825 des Drehsensors 801 mit der Rastaussparung 305 der Sensorbefestigungseinrichtung 300 in Eingriff steht, ist der Drehsensor 801 dann an der Sensorbefestigungseinrichtung 300 befestigt.

Wenn der Drehsensor 801 an der Sensorbefestigungseinrichtung 300 befestigt wird, sind, um die Messcharakteristik des Drehsensors 801 zu verbessern, der Rastvorsprung 825 des Drehsensors 801 und die Rastaussparung 305 der Sensorbefestigungseinrichtung 300 so ausgebildet, dass der Drehsensor 801 so befestigt ist, dass in Umfangsrichtung in einem montierten Zustand kein Spiel besteht und dass gleichzeitig in einem montierten Zustand in radialer Richtung in einem gewissen Maße ein Spiel erzeugt wird, um die Befestigung des Drehsensors an der Sensorbefestigungseinrichtung 300 zu erleichtern.

Dementsprechend ist der Rotor 810 des Drehsensors 801 zusammen mit der Lenkwelle S drehbar verbunden, und das Gehäuse 820 des Drehsensors 801 und die stationären Kerne 831a, 831b, 841a, 841b, die in 1 dargestellt sind, sind in einem gewissen Maße mit einem radialen Spiel des Sensors an der Sensorbefestigungseinrichtung 300 befestigt.

Der Rastvorsprung 825 des Drehsensors 801 ist an einer in 9 dargestellten Stelle wie oben beschrieben ausgebildet, und zwar in dem Fall, in dem verschiedene Einschränkungen bei den Befestigungsabmessungen bezüglich der Rastaussparung 305, die an der Sensorbefestigungseinrichtung 300 ausgebildet ist, oder dergleichen bestehen.

Die stationären Kerne 831a, 831b, 841a, 841b, die an dem Drehsensor 801 vorgesehen sind, sind, wie in 1 dargestellt, an Positionen angeordnet, und zwar mit Drehwinkeln von 90° zueinander, so dass der Flächenbereich einer Schaltungsplatte in dem Drehsensor so groß wie möglich bleibt, wie oben beschrieben ist.

Wenn der Rastvorsprung 825 des Drehsensors 801 (siehe 9 und 10), die stationären Kerne 831a, 841a (Spule A) und die stationären Kerne 831b, 841b (Spule B) in einer solchen relativen Anordnung stehen, sind die stationären Kerne 831b, 841b an der rechten Seite in 1 in der Nähe des Rastvorsprungs 825 des Drehsensors 801 angeordnet, wohingegen die stationären Kerne 831a, 841a an der linken Seite in der Figur an einer Position angeordnet sind, die einen beträchtlichen Abstand von dem Rastvorsprung 825 des Drehsensors 801 aufweist.

In 12 ist eine charakteristische Darstellung gezeigt, die eine Beziehung zwischen einem Winkel, der zwischen einer Verbindungslinie (Befestigungsreferenzlinie) zwischen der Mittelachse der Lenkwelle S und dem Rastvorsprung 825 und dem Verbindungsbereich zwischen der Lenkwelle S und den stationären Kernen 831a, 831b, 841a, 841b zeigt, die an der Abszisse angetragen sind, und dem Grad des Einflusses eines in Umfangsrichtung erfolgenden Versatzes des Drehsensors 801, der durch einen Versatz des Rastvorsprungs 825 in radialer Richtung des Sensors erzeugt wird, was an der Ordinate angetragen ist.

12 lehrt, dass, wenn die stationären Kerne 831a, 831b (korrespondierend mit der Spule A in 12) an der linken Seite in 1 signifikant in Umfangsrichtung bezüglich der Verbindungslinie zwischen der Achse der Lenkwelle S und dem Rastvorsprung 825 versetzt werden, der radiale Versatz des Drehsensors 801 einen beträchtlichen Einfluss auf den in Umfangsrichtung erfolgenden Versatz des Drehsensors 801 hat. Wenn solch ein Einfluss auch auf einen der stationären Kerne beträchtlich ist, wird die Messcharakteristik des gesamten Drehsensors nachteilig beeinflusst.

Nachfolgend wird ein drittes Problem beim Erreichen einer Verbesserung der Messgenauigkeit des oben genannten Drehsensors beschrieben.

Bei dem Drehsensor nach dem Stand der Technik ist die Messeinheit des Rotors an der sich drehenden Welle befestigt, und die Erregerspule ist über die stationären Kerne an dem Gehäuse befestigt. Mit anderen Worten wird, wenn der Drehsensor montiert wird, die Rotorseite des Drehsensors an der sich rotierenden Welle befestigt, und die Statorseite wird über einen Bügel oder dergleichen an einem anderen Bereich als an der sich drehenden Welle befestigt. Daher kann ein Versatz zwischen der Messeinheit des Rotors und der Erregerspule in einem gewissen Maße erfolgen, um die Befestigungseigenschaften des Drehsensors zu verbessern. Es treten keine Probleme auf, wenn der Versatz innerhalb einer Toleranz liegt. Wenn jedoch der Versatz die Toleranz übersteigt, wird ein unerlaubter Versatz beim Betrag der Phasenverschiebung gegenüber dem Eingangssignal erzeugt, wie in 13 dargestellt, und zwar infolge des Spiels zwischen der Messeinheit des Rotors und der Erregerspule und der Temperaturcharakteristik der Spule oder dergleichen. In 13 ist ein Fall dargestellt, in dem der Betrag der Phasenverschiebung versetzt ist (in dem Schaubild vertikal versetzt). Jedoch kann ein Fall vorliegen, in dem der Eingangswinkel versetzt ist (lateral versetzt in dem Schau bild), und ein Versatz in beiden Richtungen kann auftreten. Tatsächlich kann zwischen der Messeinheit des Rotors und der Erregerspule ein Versatz in radialer Richtung der Messeinheit leicht auftreten. Zu diesem Zeitpunkt wird in einer Drehwinkelerfassungseinheit 950 (siehe 2) der Winkel, der von dem tatsächlichen Eingangssignalwinkel abweicht, als solcher erfasst. Jedoch ist es allein mit der derzeitigen Konstruktion schwierig, das Vorliegen eines solchen Versatzes zu messen, was nicht tragbar ist. Angenommen, dass ein Versuch unternommen wird, einen solchen Versatz zu messen, werden zusätzliche Teile benötigt, was zu einer Kostenerhöhung führt. Da es schwierig ist, Schwankungen im Messausgangssignal, die durch das Spiel zwischen der Messeinheit des Rotors und der Erregerspule oder durch die Temperatur begründet sind, von essenziellen Schwankungen des Messwinkels zu unterscheiden, wenn unerwartete Verschiebungen auftreten, kann auf diese Weise ein gestörter Zustand nicht als solcher diagnostiziert werden, und folglich kann der Drehwinkel fehlerhaft erfasst werden. Wenn die unerlaubte Positionsverschiebung zwischen der Messeinheit des Drehsensors und der Erregerspule wie oben beschrieben bestimmt werden kann, kann eine Gegenmaßnahme, wie ein Löschen des Sensorausgangssignals, erforderlich sein. Jedoch ist es schwierig, eine geeignete Gegenmaßnahme zu ergreifen, so lange die Positionsverschiebung als solche nicht bestimmt werden kann.

ZUSAMMENFASSUNG

Um das erste oben beschriebene Problem zu lösen, ist ein Drehsensor nach Anspruch 1 der Erfindung ein Drehsensor zur Ermittlung des Drehwinkels einer sich drehenden Welle, umfassend:
einen Rotor, der an der sich drehenden Welle befestigt ist und eine leitfähige Messeinheit aufweist, deren Breite sich in Umfangsrichtung ändert; und
stationäre Kerne, die jeweils eine Erregerspule zur Bildung eines Magnetkreises bezüglich der Messeinheit des Rotors durch Einleiten eines Erregerwechselstroms in diese und einen Kernkörper umfassen, der aus einem magnetischen Material gebildet ist und die Erregerspule hält, und die an einem fixierten Bauteil befestigt sind und so angeordnet sind, dass sie der Messeinheit des Rotors in einem Abstand in axialer Richtung der Welle gegenüberliegen,
dadurch gekennzeichnet, dass die stationären Kerne an zwei Positionen angeordnet sind, die jeweils bezüglich der Achse der Welle einen Achswinkel aufweisen, der von im Wesentlichen 180° abweicht.

Da die stationären Kerne an zwei Positionen angeordnet sind, die jeweils einen Achswinkel bezüglich der Achse der Welle aufweisen, der von im Wesentlichen 180° abweicht, kann der Drehwinkel des an der Welle befestigten Rotors allein durch zwei stationäre Kerne ermittelt werden, und folglich kann die Anzahl an stationären Kernen verringert werden, wobei die Messgenauigkeit des Drehsensors auf einem hohen Niveau aufrecht erhalten wird, wodurch die Kosten des Drehsensors selbst entsprechend gesenkt werden können.

Bei dem Drehsensor nach Anspruch 1 ist der Drehsensor nach Anspruch 2 der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die stationären Kerne paarweise einander gegenüberliegen, wobei die Messeinheit des Rotors dazwischenliegt.

Durch Anordnung der stationären Kerne an beispielsweise einem einstückigen Halteteil, wie oben beschrieben, kann die Konzentrizität zwischen den einander gegenüberliegenden stationären Kernen präzise beibehalten werden, wodurch die Zusammensetzbarkeit des Drehsensors verbessert werden kann, wobei die Messgenauigkeit des Drehsensors auf einem hohen Niveau gehalten wird.

Da auch die stationären Kerne paarweise einander gegenüberliegend angeordnet sind und die Messeinheit des Rotors dazwischenliegt, können die Paare der stationären Kerne Schwankungen der Ausgangscharakteristik hinsichtlich von Schwingungen ausgleichen, wodurch die Messung des Drehwinkels mit einer hohen Widerstandsfähigkeit gegenüber Schwingungen erreicht wird.

Da die Anzahl an stationären Kernen im Vergleich zu dem Aufbau des Drehsensors mit dem Schwingungswiderstand, von dem die Erfindung ausgeht, verringert werden kann, können dementsprechend die Kosten reduziert werden.

Bei dem Drehsensor nach Anspruch 1 oder 2 ist der Drehsensor nach Anspruch 3 der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass der Achswinkel, der zwischen den stationären Kernen an den zwei Positionen bezüglich der Achse der Welle ausgebildet ist, im Wesentlichen 90° beträgt.

Da die stationären Kerne an den zwei Positionen so angeordnet sind, dass der Achswinkel dazwischen im Wesentlichen 90° bezüglich der Achse der Welle beträgt, kann die Konzentrizität zwischen den einander gegenüberliegenden stationären Kernen genauer aufrecht erhalten werden und folglich eine Verbesserung der Zusammensetzbarkeit des Drehsensors erreicht werden, wobei die Messgenauigkeit des Drehsensors auf einem hohen Niveau gehalten wird. Da auch die Anzahl an stationären Kernen im Vergleich zu dem Aufbau des Drehsensors mit einem Schwingungswiderstand, von dem die Erfindung ausgeht, verringert werden kann, können auch dementsprechend die Kosten verringert werden.

Bei dem Drehsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3 ist der Drehsensor nach Anspruch 4 der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die Erregerspulen mit einer Schwingungseinheit, einer Phasenverschiebungseinheit und einer Phasenverschiebungsbetragserfassungseinheit verbunden sind, und dass der Drehwinkel des Rotors auf Grundlage der Phasenverschiebungsbeträge, die mittels der Phasenverschiebungsbetragserfassungseinheit der jeweiligen Erregerspulen gewonnen werden, und der Phasenverschiebungsbeträge, die durch Reversierung der Phasenverschiebungsbeträge gewonnen werden, ermittelt wird.

Durch Verwendung der Phasenverschiebungsbeträge, die durch Reversierung der Phasenverschiebungsbeträge gewonnen werden, zusätzlich zu den Phasenverschiebungsbeträgen, die mittels der Phasenverschiebungsbetragserfassungseinheiten der jeweiligen Erregerspulen gewonnen werden, kann der Drehwinkel des Rotors über einen großen Bereich auch mit einem einfachen Aufbau mit einer geringen Anzahl an stationären Kernen ermittelt werden.

Bei dem Drehsensor nach Anspruch 4 ist der Drehsensor nach Anspruch 5 der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass in dem Fall, in dem die Differenz zwischen den jeweiligen Phasenverschiebungsbeträgen und dem jeweiligen reversierten Phasenverschiebungsbetrag in einem bestimmten Bereich liegt, bestimmt wird, dass ein Übergangsbereich der Vielzahl der Ausgangssignalbereiche der Phasenverschiebungsbeträge zur Ermittlung des Drehwinkels des Rotors oder ein Abschnitt in der Nähe eines solchen vorliegt.

Auf diese Weise wird durch Ermittlung, dass man entweder in einem Übergangsbereich der Vielzahl der Phasenverschiebungsbeträge oder in dem Abschnitt in der Nähe desselben liegt, eine Verschiebung des Ausgangssignals an dem Übergangsbereich der Vielzahl an Phasenverschiebungsbetragsausgangssignalbereichen, die mit dem Drehwinkel des Rotors korrespondieren, verringert, um den kontinuierlichen Phasenver schiebungsbetragsausgangssignalbereich zu bilden, so dass eine kontinuierliche Erfassung des Drehwinkels des Rotors über einen weiten Bereich erreicht wird.

Um das zweite oben beschriebene Problem zu lösen, umfasst bei dem Drehsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5 der Drehsensor nach Anspruch 6 der Erfindung des weiteren ein Gehäuse zur Aufnahme des Rotors der Befestigungseinrichtung und der stationären Kerne, das einen Befestigungseingriffsabschnitt aufweist, der an einem Befestigungselement auf Seiten des Gegenstücks befestigt wird, und er ist dadurch gekennzeichnet, dass die stationären Kerne bezüglich einer Verbindungslinie zur Verbindung einer Mittelachse der sich drehenden Welle und dem Befestigungseingriffsabschnitt des Gehäuses angeordnet ist.

Da die Vielzahl der stationären Kerne auf diese Weise angeordnet ist, kann ein Versatz der in Umfangsrichtung angeordneten Komponenten des Drehsensors infolge eines Spiels in radialer Richtung des Sensors, das in Verbindung mit der Befestigung des Drehsensors erzeugt wird, verringert werden. Dementsprechend kann ein Spiel des Drehsensors und der Sensorbefestigungseinrichtung, an der der Drehsensor befestigt ist, in radialer Richtung bis zu einem bestimmten Ausmaß akzeptiert werden, wodurch die Befestigung des Drehsensors an der Sensorbefestigungseinrichtung erleichtert wird und der Einfluss des Spiels in Verbindung mit der Befestigung auf die Winkelermittlung minimiert werden kann.

Um das dritte oben beschriebene Problem zu lösen, ist bei dem Drehsensor nach Anspruch 1 der Drehsensor nach Anspruch 7 der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die Erregerspulen der jeweiligen stationären Kerne eine Phasenverschiebungseinheit bilden und die Phasenverschiebungseinheit mit der Schwingungseinheit und der Phasenverschiebungsbetragserfassungseinheit verbunden ist; und wobei eine Sensorstörung auf Grundlage der Beziehung zwischen dem Wert des Phasenver schiebungsbetrages einer der Erregerspulen, der mittels der Phasenverschiebungsbetragserfassungseinheit gewonnen wird, und dem Phasenverschiebungsbetrag der anderen Erregerspule, der mittels der Phasenverschiebungsbetragserfassungseinheit gewonnen wird, detektiert wird.

Bei dieser Anordnung kann, wenn der Verschiebungsbetrag des Ausgangssignals in Verbindung mit dem Versatz an der Befestigung zwischen der Sensoreinheit des Drehsensors und der Erregerspule in einen unerlaubten Bereich fällt, der Drehsensor als gestört bewertet werden, und zwar mit einem einfachen Aufbau ohne Hinzufügen einer speziellen Störungsdiagnoseschaltung.

Bei dem Drehsensor nach Anspruch 7 ist der Drehsensor nach Anspruch 8 der Erfindung dadurch gekennzeichnet,
dass ein kritischer Grenzwert für die Bestimmung der Amplitude des Phasenverschiebungsbetrages ermittelt wird, der mittels der mit einer beliebigen aus der Mehrzahl der Erregerspulen verbundenen Phasenverschiebungsbetragserfassungseinheit gewonnen wird, wobei der kritische Referenzwert, der durch die Beziehung zwischen dem Referenzgrenzwert für die Bestimmung und der Amplitude des Phasenverschiebungsbetrages, der mittels der mit einer aus der Mehrzahl der Erregerspulen verbundenen Phasenverschiebungsbetragserfassungseinheit gewonnen wird, verwendet wird, wobei die Sensorstörung auf Grundlage des Wertes des Phasenverschiebungsbetrages, der mittels der Phasenverschiebungsbetragserfassungseinheit einer anderen Erregerspule gewonnen wird, ermittelt wird,
dass ein Abschnitt zum Vergleich des Phasenverschiebungsbetrages einer aus der Mehrzahl der Erregerspulen mit dem Phasenverschiebungsbetrag der anderen Erregerspule eine Grenze zwischen einem flachen Abschnitt, der den kritischen Referenzgrenzwert des Phasenverschiebungsbetrages einer der Erregerspulen darstellt, und einem normalen Schwankungsbereich ist.

Durch den oben beschriebenen Vergleich kann zuverlässig ermittelt werden, ob der ermittelte Wert des Drehsensors in den normalen Bereich fällt oder nicht.

Bei dem Drehsensor nach Anspruch 7 ist ein Drehsensor nach Anspruch 9 der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass der Drehsensor eine Phasenverschiebungsbetragskonvertierungseinheit umfasst und das Verarbeitungssignal zur Ermittlung der Sensorstörung eine Spannung ist, in die der Phasenverschiebungsbetrag konvertiert ist.

Durch die oben beschriebene Nutzung des Spannungswertes kann die Störung des Sensors zuverlässig ermittelt werden.

Bei dem Drehsensor nach Anspruch 7 ist der Drehsensor nach Anspruch 10 der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass der Drehsensor eine Phasenverschiebungsbetragskonvertierungseinheit umfasst und dass das Verarbeitungssignal zur Ermittlung der Sensorstörung ein digitales Signal ist, in das der Phasenverschiebungsbetrag konvertiert ist.

Durch die oben beschriebene Nutzung des digitalen Signals kann die Störung des Sensors zuverlässig ermittelt werden.

Bei dem Drehsensor nach Anspruch 1 ist der Drehsensor nach Anspruch 11 der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die Erregerspulen der jeweiligen stationären Kerne die Phasenverschiebungseinheit bilden und die Phasenverschiebungseinheit mit der Schwingungseinheit und der Phasenverschiebungsbetragerfassungseinheit verbunden ist, und dadurch, dass die Sensorstörung durch Ermittlung des oberen Grenzwertes und/oder des unteren Grenzwertes für die Amplitude des Phasenverschiebungsbetrages der mittels der mit der Erregerspule verbundenen Phasenverschiebungsbetragserfassungseinheit gewonnen wird, wobei der Phasenverschiebungsbetrag auf einen bestimmten konstanten Wert geglättet wird, wobei die Breite des flachen Bereichs des geglätteten Phasenverschiebungsbetrages mit einem festgelegten Grenzwert verglichen wird.

Auch wenn die Erregerspule nur an einer Position in Umfangsrichtung der Messeinheit angeordnet ist, kann, wie oben beschrieben, durch Vergleich der Breite des flachen Bereichs des geglätteten Phasenverschiebungsbetrages mit einem festgelegten Grenzwert, wenn der Verschiebungsbetrag des Ausgangssignals in Verbindung mit dem Versatz zwischen der Messeinheit des Drehsensors und der Erregerspule hinsichtlich der Befestigung derselben in den unerlaubten Bereich fällt, die Störung des Drehsensors mit einem einfachen Aufbau ohne Hinzufügen einer speziellen Störungsdiagnoseschaltung ermittelt werden.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 ist eine Draufsicht, die einen inneren Aufbau eines Drehsensors zeigt, von dem die Erfindung ausgeht;
2 zeigt ein Blockschaltbild des Drehsensors, von dem die Erfindung ausgeht;
3 ist eine charakteristische Darstellung der Ermittlung eines Phasenverschiebungsbetrages eines bestimmten Spulenkerns des Drehsensors, von dem die Erfindung ausgeht;
4 ist eine charakteristische Darstellung der Ermittlung des Phasenverschiebungsbetrages in dem Fall, in dem die Spulenkerne so angeordnet sind, dass sie einen Achswinkel von 90° aufspannen;
5 ist eine Draufsicht, in der ein innerer Aufbau des Drehsensors dargestellt ist, der sich von dem in 1 dargestellten, von dem die Erfindung ausgeht, unterscheidet;
6 ist eine Draufsicht, die einen oberen stationären Kern und ein unteres Halteelement des in 5 dargestellten Drehsensors zeigt;
7 ist eine Draufsicht, in der ein innerer Aufbau des Drehsensors dargestellt ist, der sich von dem in 6 dargestellten, von dem die Erfindung ausgeht, unterscheidet;
8 ist eine Querschnittsdarstellung des Drehsensors entlang der Linie VIII-VIII in 7;
9 ist eine Draufsicht einer in 24 dargestellten Ausführungsform der Erfindung und des in 1 dargestellten Drehsensors, von dem die Erfindung ausgeht;
10 ist eine Seitenansicht des in 9 dargestellten Drehsensors;
11 ist eine Draufsicht der Befestigungseinrichtung, an der der Drehsensor gemäß dieser Ausführungsform und der Drehsensor, von dem die Erfindung ausgeht, befestigt sind;
12 ist eine Darstellung, in der ein radialer Versatz bezüglich einer Befestigungsreferenzlinie des Drehsensors und der Anteil der dadurch begründeten Komponente in Drehrichtung dargestellt sind;
13 ist eine charakteristische Darstellung einer Messung, in der ein Zustand dargestellt ist, in den der Phasenverschiebungsbetrag einer der Erregerspulen versetzt ist, wenn die Spulenkerne so angeordnet sind, dass sie einen Achswinkel von 90° bilden;
14 ist eine Draufsicht des inneren Aufbaus des Drehsensors nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
15 ist eine Querschnittsansicht eines Zustandes, in dem der Drehsensor an der Lenkwelle befestigt ist, entlang der Linie XV-XV in 14;
16 zeigt eine Draufsicht (16A), in der die Auslegung der Rotormesseinheit des Drehsensors und der Spulenkern des in 14 dargestellten Drehsensors dargestellt sind, und eine Darstellung einer Schaltung (16B), die sich auf die Erregerspule hiervon bezieht;
17 ist ein Blockschaltbild, das eine Signalverarbeitungsschaltung des in 14 dargestellten Drehsensors erläutert;
18 ist eine Darstellung des Phasenverschiebungsbetrags für jenen Drehwinkel des Rotors, der mittels einer der Verstärkungseinheiten in dem in 17 dargestellten Blockschaltbild gewonnen wird;
19 ist eine Draufsicht, in der die Positionsbeziehung zwischen einer Rotormesseinheit des Drehsensors und zwei Erregerspulen des in 14 dargestellten Drehsensors dargestellt ist;
20 zeigt eine Ausgangssignalcharakteristik, die mit dem Pha senverschiebungsbetrag der beiden in 14 dargestellten Erregerspulen korrespondiert;
21 zeigt eine Ausgangssignalcharakteristik, die dem Phasenverschiebungssignal entspricht, das mittels der beiden Verstärkungseinheiten in dem Blockschaltbild nach 17 gewonnen wird, die bei der Signalverarbeitungseinheit vorgesehen sind;
22 zeigt eine Ausgangssignalcharakteristik, gemäß der ein Zustand dargestellt ist, in dem die Ausgangssignale, die mit den reversierten Phasenverschiebungsbeträgen korrespondieren, der Ausgangssignalcharakteristik nach 21 hinzugefügt sind;
23 zeigt eine Darstellung einer Ausgangssignalcharakteristik, die einen Zustand darstellt, in dem eine gemeinsame Verarbeitung der Darstellung der Ausgangssignalcharakteristik nach 22 angewendet wird;
24 zeigt eine Draufsicht, in der ein innerer Aufbau des Drehsensors nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung dargestellt ist;
25 zeigt eine Draufsicht, die nur einen Spulenhalter, einen stationären Kern und eine Schaltungsplatte des in 24 dargestellten Drehsensors darstellt;
26 ist eine Ansicht eines Querschnitts des Drehsensors entlang der Linie XXVI-XXVI, der in einem Zustand dargestellt ist, in dem der in 24 dargestellte Drehsensor an einer Welle befestigt ist;
27 zeigt eine Draufsicht, in der ein innerer Aufbau des Drehsensors nach einer dritten Ausführungsform der Erfindung dargestellt ist;
28 zeigt ein Blockschaltbild des Drehsensors nach der dritten Ausführungsform der Erfindung;
29 zeigt eine teilweise vergrößerte Darstellung einer Messcharakteristik für den Phasenverschiebungsbetrag, die ein Prinzip einer Störungserfassung des Drehsensors gemäß der dritten Ausführungsform und eine Modifikation der Erfindung darstellt;
30 zeigt eine Ansicht einer Messcharakteristik, in der ein ähnliches Beispiel des Prinzips einer Störungsermittlung für den Drehsensor nach der dritten Ausführungsform der Erfindung dargestellt ist;
31 zeigt eine teilweise vergrößerte Ansicht, in der ein erstes Verfahren einer Störungsermittlung bei der Messcharakteristikdarstellung nach 30 dargestellt ist;
32 zeigt eine teilweise vergrößerte Ansicht, in der ein zweites Verfahren einer Störungsermittlung bei der Messcharakteristikdarstellung nach 30 dargestellt ist;
33 zeigt ein Blockschaltbild des Drehsensors, das sich auf eine erste Modifikation der dritten Ausführungsform der Erfindung bezieht;
34 zeigt eine Darstellung einer Messcharakteristik für den Phasenverschiebungsbetrag, in der ein Prinzip der Störungsermittlung für den Drehsensor gemäß einer zweiten Modifikation der dritten Ausführungsform der Erfindung dargestellt ist;
35 zeigt eine Messcharakteristik für den Phasenverschiebungsbetrag, in der ein Prinzip einer Störungsermittlung für den Drehsensor gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung und der Modifikation derselben dargestellt ist; und
36 zeigt eine Ansicht eines Querschnitts, in der eine Modifikation des inneren Aufbaus des Drehsensors gemäß den jeweiligen Ausführungsformen der Erfindung dargestellt ist.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Es wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein Drehsensor gemäß den jeweiligen Ausführungsformen der Erfindung beschrieben.
In dieser Beschreibung wird ein Fall beschrieben, bei dem der Drehsensor an einer Lenkwelle in einer Steuervorrichtung eines Kraftfahrzeugs zur Erfassung des Drehwinkels einer Handbetätigungsvorrichtung befestigt ist.
Zunächst wird ein Drehsensor 1 nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
Wie in den 14 und 15 dargestellt, umfasst der Drehsensor 1 nach der ersten Ausführungsform der Erfindung einen Rotor 10 zur Befestigung an einer sich drehenden Welle S, stationäre Kerne 31, 32 (41, 42), die jeweils einen aus einem isolierenden, magnetischen Material gebildeten Kernkörper und mindestens eine Erregerspule zur Aufnahme in dem Kernkörper umfassen, eine Halteeinrichtung 90 zur Halterung der stationären Kerne 31, 32 (41, 42), eine Schaltungsplatte 95, die zum Teil von der Halteeinrichtung 90 bereitgestellt wird, und ein Gehäuse 20 zur Aufnahme dieser Elemente. Die Halteeinrichtung 90 umfasst einen Spulenkernhalter 92 zur Anordnung der stationären Kerne 31, 41, so dass diese einander gegenüberliegen, und einen Spulenkernhalter 93 zur Anordnung der stationären Kerne 32, 42, so dass diese einander gegenüberliegen. Die Halteeinrichtung 90 ist an dem Drehsensor 1 so angebracht, dass die Spulenkernhalter 92, 93 einen Achswinkel von 90° bezüglich der Achse der Welle S bilden.
Der Aufbau der Halteeinrichtung 90 und der stationären Kerne 31, 32, 41, 42 wird unten detailliert beschrieben. Die Halteeinrichtung 90 ist ein quadratisches Plattenbauteil, das beispielsweise aus einem Kunstharz (beispielsweise Polybutylenterephthalat (PBT)-, Nylon-, Polyphenylensulfid (PPS)-, Acrylonitrilbutadienstyren(ABS)-Harz oder faserverstärktem Kunststoff (FRP) gebildet ist, der aus mit einem Epoxyharz imprägnierten Glasfasern gebildet ist, und umfasst einen Basisbereich 91 zur Befestigung an einem unteren Gehäuse 22 und die Spulenkernhalter 92, 93, die an einem seitlichen Ende des Basisbereichs 91 vorgesehen sind.
Der Spulenkernhalter 92 der Halteeinrichtung 90 ist mit den stationären Kernen 31, 41 so versehen, dass diese einander gegenüberliegen und dabei ihre Konzentrizität beibehalten, und der andere Spulenkernhalter 93 der Halteeinrichtung 90 ist mit den stationären Kernen 32, 42 versehen, so dass diese einander gegenüberliegen und dabei ihre Konzentrizität beibehalten. Das Paar stationärer Kerne 31, 41 ist gegenüber dem Paar stationärer Kerne 32, 42 so angeordnet, dass ein Achswinkel von 90° bezüglich der Achse der Welle S aufgespannt wird. Dementsprechend liegt der auf einer Seite angeordnete stationäre Kern 31 (32) gegenüber dem auf der anderen Seite angeordneten stationären Kern 41 (42), wobei der Rotor 10 in einem festgelegten Abstand G zwischengeschaltet ist. Der Spulenkernhalter 92 und der Spulenkernhalter 93 sind an dem Drehsensor 401 angebracht, so dass sie einen Achswinkel von 90° bezüglich der Achse der Welle S bilden, wie in 16A dargestellt. Mit anderen Worten ist eine Spule A eines Paars so angeordnet, dass ein Achswinkel von 90° zu einer Spule B des anderen Paars bezüglich der Achse der Welle S gebildet wird. Ein Schwingkreis 111, der später beschrieben wird, ist so angepasst, dass ein Schwingungssignal einer bestimmten Frequenz zu den jeweiligen Erregerspulen (Spule A, Spule B) übertragen wird, wie in 16B dargestellt ist.
Dementsprechend werden die jeweiligen Schwingungssignale zu den jeweiligen Phasenverschiebungseinheiten 120 (siehe 17) ausgegeben, die Widerstände R1, R2, Spulen B1, B2 und Kondensatoren C1, C2 umfassen, wie in 16B dargestellt ist.
Die Halteeinrichtung 90 ist teilweise mit der Schaltungsplatte 95 versehen, und die Schaltungsplatte 95 ist mit einer Drehwinkelerfassungsschaltung 100 versehen. Die Drehwinkelerfassungseinheit 100 ist ausgelegt, um mit einem Kabelbaum zur Energieversorgung und zur Signalübertragung über eine Vielzahl von Kabeln (nicht dargestellt) verbunden zu werden, die aus dem Gehäuse 20 heraus und auch zu einer externen Vorrichtung geführt ist, die außerhalb des Gehäuses 20 vorgesehen ist.
Wie oben beschrieben, sind die stationären Kerne 31, 32 auf der Seite des unteren Gehäuses an der Aufnahmeeinrichtung 90 angeordnet, so dass sie einen Achswinkel von 90° bezüglich der Achse der Welle S bilden. Andererseits sind die stationären Kerne 41, 42 auf Seiten des oberen Gehäuses an der Aufnahmeeinrichtung 90 angeordnet, so dass sie einen Achswinkel von 90° bezüglich der Achse der Welle S bilden.
Der stationäre Kern 31 und der stationäre Kern 41 sind unter Beibehal tung von deren Konzentrizität einander gegenüberliegend angeordnet, wobei eine Messeinheit 12 des Rotors 10 zwischengeschaltet ist, und der stationäre Kern 32 und der stationäre Kern 42 sind unter Beibehaltung von deren Konzentrizität ebenfalls einander gegenüberliegend angeordnet, wobei die Messeinheit 12 des Rotors 10 zwischengeschaltet ist.
Wie in 15 dargestellt, sind die stationären Kerne 31, 32 einerseits aus einem isolierenden magnetischen Material (beispielsweise Ni-Zn-Ferrit, Mn-Zn-Ferrit oder Mg-Zn-Ferrit, vermischt mit thermoplastischem Kunstharz, das elektrisch isolierende Eigenschaften hat, wie Nylon-, Polypropylen (PP)-, Polyphenylsulfid (PPS)- oder Acrylonitrilbutadienstyren(ABS)-Harz oder Keramik) und in einer Säulenform ausgelegt, und sie umfassen Kernkörper 31a, 32a, die jeweils einen ringförmigen Hohlraum zur Aufnahme der Erregerspulen an einer oberen Stirnseite und Erregerspulen 31b, 32b zur Aufnahme in den Kernkörper 31a, 32a aufweisen. Entsprechend umfassen die stationären Kerne 41, 42 auf der anderen Seite Kernkörper 41a, 42a, die aus isolierendem, magnetischem Material gebildet sind, und Erregerspulen 41b, 42b zur Aufnahme in den Kernkörpern 41a, 42a. Das aus der Erregerspule 31b und der Erregerspule 41b bestehende Paar und das aus der Erregerspule 32b und der Erregerspule 42b bestehende Paar sind jeweils in Reihe geschaltet, mit der Drehwinkelerfassungsschaltung 100 der Halteeinrichtung 90 verbunden und erzeugen magnetische Wechselfelder rings um die Spulen durch Versorgung mit einem Erregerwechselstrom, so dass ein Magnetkreis zwischen den stationären Kernen jedes Paars gebildet ist.
Die Halteeinrichtung 90, die mit den stationären Kernen 31, 32 (41, 42) versehen ist, die Schaltungsplatte 95, die mit dem Drehwinkelerfassungsschaltkreis 100 versehen ist, und der Rotor 10 sind in dem Gehäuse 20 aufgenommen, das aus Metall oder einem isolierenden, magnetischen Material gebildet ist, das eine Eigenschaft zur Abschirmung des magnetischen Wechselfeldes hat. Das Gehäuse 20 umfasst ein oberes Gehäuse 21 und das untere Gehäuse 22 und ist über die nicht dargestellte Halterung oder dergleichen an der (nicht dargestellten) Befestigungseinrichtung montiert, die in der Nähe der Welle S angeordnet ist.
Wie in 14 dargestellt ist, umfasst der Rotor 10 einen Rotorbefestigungsabschnitt 11, der aus einem isolierenden magnetischen Material gebildet ist, und die Messeinheit 12, die mit dem Rotorbefestigungsabschnitt 11 über Verstrebungen 12a, 12b verbunden ist und in Umfangsrichtung kontinuierlich ihre Breite ändert. Die Messeinheit 12 ist aus Metall gebildet, das eine Leitfähigkeit wie Aluminium, Kupfer, Silber oder Messing hat. Wie in der selben Figur dargestellt, umfasst die Messeinheit 12 einen schmalen Abschnitt, der eine geringste Breite hat, und auf der radial gegenüberliegenden Seite davon einen verbreiterten Abschnitt, der einen breitesten Bereich hat. Dann ist sie so ausgebildet, dass sich die radiale Breite korrespondierend mit dem Drehwinkel des Rotors 10 ändert, so dass durch den Wechselstrom, der später beschrieben wird, in Verbindung mit der Drehung des Rotors 10 ein Wirbelstrom induziert wird, der eine Stärke hat, die auf dem Flächenbereich basiert, der mit den jeweiligen Spulen und der Breite einer Messeinheit korrespondiert.
Mit anderen Worten, wenn der Erregerwechselstrom durch die jeweiligen Erregerspulen 31b, 32b, 41b, 42b geschickt wird, erzeugen die jeweiligen Erregerspulen 31b, 32b, 41b, 42b ein magnetisches Wechselfeld in ihrer Umgebung und der gegenüberliegende Kernkörper 31a und der Kernkörper 41a bauen zusammenwirkend einen Magnetkreis auf. Dementsprechend bauen der Kernkörper 32a und der Kernkörper 42a zusammenwirkend den Magnetkreis auf. Wenn ein magnetischer Fluss die Messeinheit 12 durchläuft, wird an der Oberfläche der Messeinheit 12 ein Wirbelstrom induziert, wodurch sich die Impedanzen der jeweiligen Erregerspulen 31b, 32b, 41b, 42b ändern. Der Änderungsbetrag der Impedanz korrespondiert mit Änderungen des Betrages des Wirbelstroms, der an der Oberfläche der Messeinheit 12 induziert wird. Der Betrag des Wirbelstroms, der an der Oberfläche der Messeinheit 12 induziert wird, ändert sich in Abhängigkeit von dem Flächenbereich der Messeinheit 12, der mit dem stationären Kern korrespondiert (der Projektionsbereich der Messeinheit bezüglich des stationären Kerns, betrachtet aus der zu der Messfläche der Messeinheit 12 rechtwinkligen Richtung, d.h. "der Projektionsbereich des stationären Kerns auf die Messeinheit"). Daher verändert sich, wenn sich der Rotor 10 dreht, die Breite der Messeinheit 12, die mit den jeweiligen stationären Kernen 31, 32, 41, 42 korrespondiert, proportional zu dem Drehwinkel des Rotors 10, wobei sich dementsprechend die Impedanzen der jeweiligen Erregerspulen 31b, 32b, 41b, 42b ändern. Die Ausgangssignale der jeweiligen Erregerspulen 31b, 32b, 41b, 42b zu diesem Zeitpunkt werden mittels der Drehwinkelerfassungsschaltung 100, die später beschrieben wird, detektiert und in das Winkelsignal des Rotors 10 konvertiert, so dass der Drehwinkel des Rotors 10 detektiert werden kann.
Wie in dem Blockschaltbild nach 17 dargestellt, umfasst die Drehwinkelerfassungsschaltung 100 des Drehsensors 1 die Schwingungseinheit 110, die einen Schwingkreis 111 zur Ausgabe des Schwingungssignals einer bestimmten Frequenz umfasst, den Phasenverschiebungsabschnitt 120 (121, 122) zur Verschiebung der Phase des Schwingungssignals, das von der Schwingungseinheit 110 geliefert wird, in Abhängigkeit von der Größe des an der Messeinheit 12 erzeugten Wirbelstroms, eine Phasenverschiebungsbetragserfassungseinheit 130 (131, 132) zur Detektion des Phasenverschiebungsbetrages, eine Phasenverschiebungsbetragskonvertiereinheit 140 (141, 142) zur Konvertierung des detektierten Phasenverschiebungsbetrages in einen korrespondierenden Parameter, eine Verstärkungseinheit 150 (151, 152) zur Verschiebung des Phasenverschiebungsbetrages, der von der Phasenverschiebungsbetragskonvertierungseinheit 140 ausgegeben wird, und eine Signalverarbeitungseinheit 160 zur Berechnung des Drehwinkels aus dem Parameter, der mit dem Phasenverschiebungsbetrag korrespondiert, so dass die jeweiligen Drehwinkel, die an die Phasenverschiebungseinheit 120 ausgegeben werden, detektiert werden. Obwohl es bei dieser Ausführungsform nicht angegeben ist, ist es auch möglich, eine Frequenzteilungsschaltung oder einen Trennverstärker zwischen dem Schwingkreis 111 und der Phasenverschiebungseinheit 120 vorzusehen, falls erforderlich.
Der Drehsensor 1, der wie später beschrieben konfiguriert ist, ist zur Detektion über den gesamten Drehwinkelbereich des Rotors zwischen 0° und 360° ausgelegt, und zwar wie oben beschrieben durch Durchführung einer Signalverarbeitung auf der Ausgangsseite mittels der Drehwinkelerfassungsschaltung 100 unter Verwendung von Änderungen der Impedanzen der Erregerspulen 31b, 32b, 41b, 42b infolge der Drehung der Welle S.
Nachfolgend wird ein Verfahren zum Zusammenbau eines solchen Drehsensors beschrieben. Zunächst werden die stationären Kerne 31, 41 an dem Spulenkernhalter 92 der Halteeinrichtung 90 befestigt, und dann werden die stationären Kerne 32, 42 an dem Spulenkernhalter 93 der Halteeinrichtung 90 befestigt. Dann wird die Messeinheit 12 des Rotors 10 zwischen die stationären Kerne eingebracht, die an der Aufnahmeeinheit 90 so angeordnet sind, dass sie einander gegenüberliegen. Dementsprechend wird in einem Zustand, in dem die stationären Kerne 31, 41 eines Paars konzentrisch gehalten werden und die stationären Kerne 32, 42 des anderen Paars konzentrisch gehalten werden, die Sensoreinheit 12 des Rotors zwischen den stationären Kernen eines jeden Paars an geeigneten Positionen angeordnet. Dann werden die Halteeinrichtung 90 und der Rotor 10, die auf diese Weise provisorisch zusammengefügt sind, an dem unteren Gehäuse 22 befestigt. Anschließend wird das obere Gehäuse an dem unteren Gehäuse 22 befestigt, um den Zusammenbau des Drehsensors 1 zu beenden.
Auf diese Weise kann der Drehsensor 1 gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung, da er keinen Aufbau hat, bei dem eine Halteeinrichtung, die zwei oder mehr Teile umfasst, befestigt werden muss, leicht zusammengefügt werden, wobei die Konzentrizität zwischen den jeweiligen stationären Kernen und der Abstand zwischen den jeweiligen stationären Kernen 31, 41 (32, 42) und der Messeinheit 12 des Rotors 10 konstant gehalten wird.
Mit anderen Worten, während insgesamt vier Paare stationärer Kerne, einschließlich oberer und unterer Paare, mit Zwischenschaltung der Messeinheit des Rotors wie oben beschrieben bei dem Drehsensor, von dem die Erfindung ausgeht, bei der Phase von 90° angeordnet werden, werden insgesamt zwei Paare stationärer Kerne einschließlich der oberen und unteren Paare an der Halteeinrichtung 90 unter Zwischenschaltung der Messeinheit des Rotors mit einem Achswinkel von 90° bezüglich der Achse der Welle bei dem Drehsensor nach der ersten Ausführungsform der Erfindung angeordnet. Die Halteeinrichtung 90 zur Halterung der jeweiligen stationären Kerne 32, 42 ist in einstückiger Bauweise als eine Einheit ausgelegt, die die Spulenkernhalter 92, 93 umfasst. Da die Halteeinrichtung 90 über die Schaltungsplatte 95 mit der Drehwinkelerfassungsschaltung 100 versehen ist, sind die stationären Kerne 31, 32, 41, 42 an Positionen nahe der Drehwinkelerfassungsschaltung 100 angeordnet.
Da der Drehsensor gemäß der ersten Ausführungsform einen wie oben beschrieben ausgelegten Aufbau hat, kann die Messeinheit 12 des Rotors 10 durch Einschieben von der Seite bezüglich der Halteeinrichtung 90 zusammengefügt werden, und folglich ist es nicht länger erforderlich, die Halteeinrichtung 90 für die oberen und die unteren stationären Kerne in zwei Teile zu unterteilen. Auch ist es nicht erforderlich, die Halteeinrichtung 90 für jedes Paar stationärer Kerne, welche aus vier Paaren bestehen, zu unterteilen. Folglich wird eine Verringerung der Anzahl an Komponententeilen erreicht.
Da zudem gemäß dem Drehsensor 1 der ersten Ausführungsform die Halteeinrichtung 90 zur Halterung der jeweiligen stationären Kerne als ein einziges Teil ausgeführt ist, ist die Konzentrizität der stationären Kerne 31, 41 (32, 42) jedes Paars, welche einander gegenüberliegen, oder die Relativstellung zwischen den stationären Kernen 31, 41 (32, 42) jedes Paars, welche um 90° voneinander beabstandet sind, nicht durch Zusammenbaufehler zwischen den Teilen und folglich zwischen der Messeinheit 12 des Rotors 10 und den stationären Kernen 31, 32, 41, 42 oder dazwischen beeinflusst, wobei die stationären Kerne mit einem hohen Grad an Genauigkeit bei einem Zusammenbauprozess des Drehsensors 1 positioniert werden können.
In dem Fall des Drehsensors 1 nach der ersten Ausführungsform kann, da beide Paare stationärer Kerne 31, 32, 41, 42 in der Nähe der Drehwinkelerfassungsschaltung 100, die an der Halteeinrichtung 90 vorgesehen ist, angeordnet sind, die Länge des Spulendrahts, der zur elektrischen Verbindung zwischen der Drehwinkelerfassungsschaltung 100 und den stationären Kernen 31, 32, 41, 42 verwendet wird, verringert werden, wodurch er kaum durch elektrisches Rauschen beeinflusst wird.
Nachfolgend wird ein Verfahren zur Durchführung der speziellen Signalverarbeitung zur Detektion des Drehwinkels unter Verwendung des wie oben beschrieben zusammengesetzten Drehsensors 1 beschrieben. Zunächst sendet der Schwingkreis 111 ein Schwingungssignal einer bestimmten Frequenz an die jeweilige Erregerspule 31b und die Erregerspule 41b (Spule B1) und die Erregerspule 32b und die Erregerspule 42b (Spule B2).
Dementsprechend werden die jeweiligen Schwingungssignale an die jeweilige Phasenverschiebungseinheit 120 ausgegeben, die die Wider stände R1, R2, die Erregerspulen B1, B2 und die Kondensatoren C1, C2 umfasst. Zu diesem Zeitpunkt ändert sich die Phase des Spannungssignals an beiden Enden der Kondensatoren C1, C2 mit Änderungen der Impedanz der Erregerspulen B1, B2. Die Spannungssignale an beiden Enden der Kondensatoren C1, C2 werden an die jeweiligen Phasenverschiebungsbetragserfassungseinheiten 130 ausgegeben. Die jeweiligen Phasenverschiebungsbetragserfassungseinheiten 130 detektieren den Phasenverschiebungsbetrag der Spannungssignale an beiden Enden der jeweiligen Kondensatoren C1, C2. Die jeweilige Phasenverschiebungsbetragskonvertiereinheit 140 konvertiert den jeweils detektierten Phasenverschiebungsbetrag in korrespondierende Spannungen.
Dann werden die Spannungswerte zu den Verstärkungseinheiten 150 (151, 152) übertragen, die mit der hinteren Stufe der Phasenverschiebungsbetragskonvertiereinheit 140 verbunden sind. Der Verstärker 150 ist eine elektronische Schaltung, die einen Operationsverstärker umfasst.
Die Signalverarbeitungseinheit 160 verwendet einen einen Chip umfassenden Mikroprozessor als Verarbeitungseinrichtung, in dem die Signalverarbeitungseinheit 160 den Drehwinkel des Rotors 10 auf Grundlage des Spannungswertes misst, der von der jeweiligen Verstärkungseinheit 150 geliefert wird.
Dementsprechend wird beispielsweise die Ausgangsspannung (V) einer der Erregerspulen (Spule B1) wie in 18 dargestellt gewonnen. Wie aus der Beziehung zwischen dem sich auf die Erregerspule beziehenden Drehwinkel des Rotors und der Ausgangsspannung in der gleichen Figur deutlich wird, treten Peaks, die mit den Verstrebungen 12a, 12b der Messeinheit 12 an zwei Positionen korrespondieren, an Positionen auf, die 180° voneinander beabstandet sind. Im Vergleich zu dem Drehsensor, von dem die Erfindung ausgeht, tritt ein Detektionsband Q auf, in dem sich eine Ausgangsspannung linear proportional zu dem Drehwinkel ändert, und folglich ist die Charakteristik verbessert.
Da das aus den Erregerspulen 31b, 41b bestehende Paar und das aus den Erregerspulen 32b, 42b bestehende Paar so angeordnet sind, dass sie, wie in 19 dargestellt, einen Achswinkel von 90° bilden, kann das Detektionsband Q in Übereinstimmung mit dem Drehwinkel des Rotors und mit großer Linearität kontinuierlich erzeugt werden, und zwar wechselnd in dem Bereich des Drehwinkels des Rotors zwischen 0° und 360°, wobei, wie in 20 dargestellt, ein Phasenversatz von 180° auftritt. In 20 sind die Peaks weggelassen.
Wie aus 20 deutlich wird, werden ein Bereich großer Linearität des Ausgangssignals, das mit dem Phasenverschiebungsbetrag korrespondiert, und ein Bereich geringerer Güte gemäß den Änderungen des Drehwinkels des Rotors erzeugt. 21 zeigt eine charakteristische Darstellung, die mit dem Phasenverschiebungsbetrag korrespondiert und in welcher der Bereich großer Linearität mittels einer dicken Linie dargestellt ist und der andere Bereich mittels einer dünnen Linie dargestellt ist, um 20 verständlicher zu machen. Der Bereich großer Linearität ist etwas größer als 90°. Um die linearen Bereiche der beiden Spulenausgangssignale zu verbinden, ist es dann erforderlich, dass die Positionen der jeweiligen Erregerspulen wie bei dem Drehsensor nach der Ausführungsform hinsichtlich des Achswinkels um 90° zueinander versetzt sind. Auf diese Weise ist die Positionierung der Spulen bei einem Achswinkel von 90° die günstigste zur Bestimmung der Winkelposition des Rotors.
Nachfolgend wird ein Verfahren zur Bestimmung der Position des Rotors 10 bezüglich des Drehwinkels detailliert beschrieben. Bei dem Signalverarbeitungsalgorithmus ist es erforderlich, dass zwei Typen von Signalen, die von der Signalverarbeitungsschaltung ermittelt werden, wenn erforderlich zur Bestimmung ausgewählt (bestimmt) werden, um von den zwei Spulenmesssignalen zu dem Drehwinkel auf 360°-Basis zu konvertieren.
Mit anderen Worten ist es erforderlich, das Spulensignal großer Linearität (der mittels der dicken Linie dargestellte Abschnitt in 21) innerhalb der Signale S1 und S2 auszuwählen, wobei S1 und S2 Signale sind, die mit den detektierten Phasenverschiebungsbeträgen der Erregerspulen korrespondieren, die um 90° zueinander hinsichtlich des Achswinkels versetzt sind, wenn der Rotor 10 eine beliebige Stellung einnimmt.
Um dies zu tun, ist es erforderlich, den Winkelbereich festzulegen. Wie in 20 und 21 dargestellt, hat ein Spulensignal einen Zyklus von 180° und folglich eine binäre Eigenschaft innerhalb des Bereichs von 360°. Mit anderen Worten, wenn die beiden Spulen in einem Drehwinkel von 90° angeordnet sind, ist das Ausgangssignalniveau des Winkels θ gleich dem Ausgangssignalniveau bei dem Winkel (θ + 180°). Daher ist eine Bestimmung erforderlich, ob das gleiche Signalniveau bei dem Winkel θ oder dem Winkel (θ + 180°) auftritt. Das spezielle Verfahren zur Bestimmung wird unten dargestellt.
Zunächst wird der Bereich des Niveaus für ein lineares Signal festgelegt. Mit anderen Worten wird, wie in 21 dargestellt, die Winkelstellung unter Verwendung des Signals innerhalb des linearen Bereichs berechnet.
Insbesondere;
in dem Fall des Bereichs X1 (0° ≤ α < 45°, 315° ≤ α < 360°): die Bedingung wird S1 > S2 sein, und die Linearität des S1-Signals ist groß. Daher wird die Winkelstellung von 0° ≤ α < 45°, 315°≤ α < 360° unter Verwendung des S1-Signals berechnet;
in dem Fall des Bereichs X2 (45° ≤ α < 135°): die Bedingung wird S2 > S1 sein und folglich ist die Linearität des S2-Signals groß. Daher wird die Winkelstellung von 45° ≤ α < 135° unter Verwendung des S2-Signals berechnet;
im Fall des Bereichs X3 (135° ≤ α < 225°): die Bedingung wird S2 > S1 sein und folglich ist die Linearität des S1-Signals groß. Daher wird die Winkelstellung von 135° ≤ α < 225° unter Verwendung des S1-Signals berechnet;
in dem Fall des Bereichs X4 (225° ≤ α < 315°): die Bedingung wird S1 > S2 sein und folglich ist die Linearität des S2-Signals groß. Daher wird die Winkelstellung von 225° ≤ α < 315° unter Verwendung des S2-Signals berechnet.
Das oben beschriebene Bestimmungsverfahren wird nur in der in 17 dargestellten Signalverarbeitungseinheit 160 durchgeführt. Insbesondere werden, wie in 22 dargestellt, zusätzlich zu den Signalen S1, S2, die mit den Phasenverschiebungsbeträgen korrespondieren, die mittels der Phasenverschiebungsbetragserfassungseinheiten 130 der jeweiligen Erregerspulen gewonnen werden, reversierte Signale S1R, S2R gewonnen, die mit den Phasenverschiebungsbeträgen korrespondieren, die durch Reversieren der Phasenverschiebungsbeträge gewonnen werden, und auf Grundlage dieser Signale und der reversierten Signale wird das Ausgangssignal ausgewählt, das die größte Linearität zeigt. 22 zeigt das Signal S1R und ein Signal S2R, welche durch Reversieren der Ausgangswerte des Signals S1 und des Signals S2 gewonnen werden, die in der Phase in überlappender Weise um 180° zueinander versetzt sind.
Anschließend wird in der Signalverarbeitungseinheit 160 ermittelt, in welchem Drehbereich der Rotor 10 gegenwärtig verbleibt, und zwar aus der Größenbeziehung zwischen dem Signal S1, dem Signal S2, dem Signal S1R, dem Signal S2R gemäß dem Drehwinkel des Rotors 10. Insbesondere wird bestimmt, wenn das Ausgangssignal des Phasenverschiebungsbetrages S2R < S1 < S1R < S2 ist, dass 0° < Drehwinkel des Rotors < 45° ist und folglich die Drehstellung des Rotors in einem Bereich X1b liegt. Auch wird, wenn das Ausgangssignal des Phasenver schiebungsbetrages S1 < S2R < S2 < S1R ist, bestimmt, dass 45° < Drehwinkel des Rotors < 90° ist und folglich die Drehstellung des Rotors in einem Bereich X2a liegt. Wenn das Ausgangssignal des Phasenverschiebungsbetrages S1 < S2 < S2R < S1R ist, wird bestimmt, dass 90° < Drehwinkel des Rotors < 135° ist und folglich die Drehstellung des Rotors in einem Bereich X2b liegt. Wenn das Ausgangssignal des Phasenverschiebungsbetrages S2 < S1 < S1R < S2R ist, wird bestimmt, dass 135° < Drehwinkel des Rotors < 180° und folglich die Drehstellung des Rotors in einem Bereich X3a ist. Wenn das Ausgangssignal des Phasenverschiebungsbetrages S2 < S1R < S1 < S2R ist, wird bestimmt, dass 180° < Drehwinkel des Rotors < 225° und folglich die Drehstellung des Rotors in einem Bereicht X3b liegt. Wenn das Ausgangssignal des Phasenverschiebungsbetrages S1R < S2 < S2R < S1 ist, wird bestimmt, dass 225° < Drehwinkel des Rotors < 270° und folglich die Drehstellung des Rotors in einem Bereich X4a liegt. Wenn das Ausgangssignal des Phasenverschiebungsbetrages S1R < S2R < S2 < S1 ist, wird bestimmt, dass 270° < Drehwinkel des Rotors < 315° ist und folglich die Drehstellung des Rotors in einem Bereich X4b ist. Wenn das Ausgangssignal des Phasenverschiebungsbetrages S2R < S 1 R < S 1 < S2 ist, wird bestimmt, dass 315° < Drehwinkel des Rotors < 360° ist und folglich die Drehstellung des Rotors in einem Bereich X1a liegt.
Beim Ermitteln des Drehwinkels des Rotors 10 ist auch eine Verarbeitung erforderlich, um die vorstehend genannten vier Signalbereiche zur Bildung eines kontinuierlichen Signals zu verbinden. Insbesondere ist es erforderlich, die sich schneidenden Enden der jeweiligen, in 22 dargestellten dicken Linien miteinander zu verbinden, so dass das Signal zur Ermittlung des Drehwinkels zu einer verbundenen dicken Linie umgebildet wird, wie in 23 dargestellt ist. Die Verarbeitung zur Verbindung ist erforderlich, um einen Winkelversatz, der von den beiden Spulen berechnet wird, auf einen bestimmten Winkelbereich zu verteilen, um den Fehler so klein wie möglich zu halten. Es ist ein sogenanntes Glättverfahren. Um den Winkelversatzwert so fein wie möglich zu verteilen, ist es auch erforderlich, den Winkelbereich der Verbindungsverarbeitung in einem bestimmten Maße zu vergrößern. Daher wird mittels der Signalverarbeitungseinheit 160 im Fall des Drehsensors nach dieser Ausführungsform ein anderer Signalbestimmungsprozess durchgeführt. Mit anderen Worten, zusätzlich zu der Signalverarbeitung, bei der der Drehwinkel des Rotors nur von dem Signal S1 oder dem Signal S2 bestimmt wird, wird der Signalbestimmungsprozess zur Bestimmung, ob es der normale Signalberechnungsbereich oder der Verbindungsverarbeitungsabschnitt ist, durchgeführt. Um die Bestimmung zu erleichtern, werden, wie in 22 dargestellt, die reversierten Signale S1R und S2R des Signals S1 und des Signals S2, die mittels eines Mikrocomputers erzeugt werden, der die Signalverarbeitungseinheit 160 darstellt, auch bei dem Signalbestimmungsprozess genutzt.
Wenn beispielsweise ein Verbindungsabschnitt J1 in der Nähe von 45° des Drehwinkels des Rotors bestimmt wird und dieser innerhalb des Bereichs liegt, in dem eine Differenz zwischen dem Signal S1 und dem Signal S2R vorliegt, wird bestimmt, dass der Drehwinkel des Rotors in den Verbindungsverarbeitungsabschnitt J1 eintritt. Auch wenn bestimmt wird, dass ein Verbindungsabschnitt J2 in der Nähe von 135° des Drehwinkels des Rotors liegt und dieser innerhalb des Bereichs liegt, in dem eine Differenz zwischen dem Signal S1R und dem Signal S2R vorliegt, wird bestimmt, dass der Drehwinkel des Rotors in dem Verbindungsverarbeitungsabschnitt J2 eintritt. Wenn bestimmt wird, dass ein Verbindungsabschnitt J3 in der Nähe eines Drehwinkels des Rotors von 225° liegt und dieser innerhalb des Bereichs liegt, in dem eine Differenz zwischen dem Signal S1R und dem Signal S2 vorliegt, wird bestimmt, dass der Drehwinkel des Rotors in dem Verbindungsverarbeitungsabschnitt J3 eintritt. Wenn bestimmt wird, dass ein Verbindungsabschnitt J4 in der Nähe des Drehwinkels des Rotors von 315° liegt und dieser innerhalb des Bereichs liegt, in dem eine Differenz zwischen dem Signal S2 und dem Signal S1 vorliegt, wird bestimmt, dass der Drehwinkel des Rotors in dem Verbindungsverarbeitungsabschnitt J4 eintritt. Auf diese Weise werden die Fehler zwischen den Signalen der Verbindungsabschnitte J1, J2, J3, J4 so klein wie möglich gehalten und das Glättverfahren zum Verteilen des Winkelversatzes, der ausgehend von den beiden Spulen in einem bestimmten Winkelbereich berechnet wird, wird durchgeführt. Dementsprechend wird, wie in 23 dargestellt, die Verbindungsverarbeitung, in der die vorstehend genannten vier Signalabschnitte verbunden werden, um ein einziges kontinuierliches Signal zu erzeugen, das S1, S2R, S1R, S2 umfasst, durchgeführt.
Nachdem auf diese Weise bestimmt wurde, in welchem Abschnitt der Drehwinkel des Rotors liegt, wenn der Drehwinkel des Rotors in dem vorstehend genannten Bereich X1 liegt, ist die Linearität des Signals S1 groß und folglich wird der Drehwinkel des Rotors 10 ausgehend von dem Signal S1 ermittelt. Auch wenn der Drehwinkel des Rotors 10 innerhalb des vorstehend genannten Bereichs S2 liegt, wird der Drehwinkel des Rotors 10 ausgehend von dem reversierten Signal S2R des Signals S2 bestimmt, das eine große Linearität aufweist. Wenn der Drehwinkel des Rotors 10 in dem vorstehend genannten Bereich X3 liegt, wird der Drehwinkel des Rotors ausgehend von dem reversierten Signal S1R des Signals S1 bestimmt, dessen Linearität groß ist. Wenn der Drehwinkel des Rotors innerhalb des oben genannten Bereichs X4 liegt, wird, da die Linearität des Signals S2 groß ist, der Drehwinkel des Rotors ausgehend von dem Signal S2 ermittelt.
Auf diese Weise kann, wenn der Drehwinkel des Rotors detektiert wird, der Drehwinkel des Rotors über einen weiten Bereich mit einem hohen Grad an Genauigkeit ermittelt werden, und zwar auch mit einem einfachen Aufbau, bei dem die Erregerspulen an den beiden Paaren stationärer Kerne vorgesehen sind, die so angeordnet sind, dass sie einen Achswinkel von 90° aufspannen.
Bei der oben beschriebenen ersten Ausführungsform wurde das Verfahren zur Ermittlung des Drehwinkels des Rotors in dem Bereich von 0° ≤ Drehwinkel des Rotors < 360° beschrieben. Jedoch wird dies selbstverständlich in dem Fall der Bestimmung des Drehwinkels des Rotors in dem Bereich von –360° ≤ Drehwinkel des Rotors < 0° nach dem gleichen Prinzip erreicht.
Der Drehwinkel zwischen den zwei stationären Kernen bezüglich der Achse der Welle ist nicht notwendigerweise im Wesentlichen 90° bezogen aufeinander, wie in dem Fall des Drehsensors nach der ersten oben beschriebenen Ausführungsform, und die Wirkung der Erfindung kann auch erreicht werden, wenn sie an zwei Stellen angeordnet sind, die einen Achswinkel bezüglich der Achse der Welle bilden, der von im Wesentlichen 180° abweicht. Da die Ausgangscharakteristik, die in den 21 bis 23 dargestellt ist, durch Anordnung der zwei stationären Kerne an Positionen, die den Achswinkel von im Wesentlichen 90° zueinander bezüglich der Achse der Welle bilden, gewonnen wird, kann gesagt werden, dass solch eine Anordnung der stationären Kerne bevorzugt ist, um den Drehwinkel bei der geringen Anzahl an stationären Kernen mit einem hohen Grad an Genauigkeit zu ermitteln.
Die stationären Kerne sind nicht notwendigerweise so wie das Paar stationärer Kerne ausgebildet, die einander gegenüberliegend angeordnet sind, wobei die Messeinheit des Rotors zwischengeschaltet ist, wie bei dem Drehsensor nach der vorstehend genannten Ausführungsform. Jedoch können durch Anordnung der jeweiligen stationären Kerne einander gegenüberliegend mit Zwischenschaltung der Sensoreinheit des Rotors die jeweiligen Paare stationärer Kerne Schwankungen der Ausgangssignalscharakteristik hinsichtlich von Schwingungen ausgleichen, wodurch die Drehwinkelermittlung mit einer geringeren Anfälligkeit für Schwingungen durchgeführt werden kann. Daher kann gesagt werden, dass die gegenüberliegende Anordnung der jeweiligen stationären Kerne mit Zwischenschaltung der Messeinheit des Rotors die bevorzugte Anordnung ist.
Mit anderen Worten wird gemäß der ersten Ausführungsform der Drehsensor bereitgestellt, der hinsichtlich der Zusammensetzbarkeit Vorteile aufweist und der eine Kostenverringerung erreicht, und der bei der Bestimmungsgenauigkeit über einen weiten Bereich des Drehwinkels vorteilhaft ist.
Nachfolgend wird ein Drehsensor 201 nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
Wie in den 24 und 26 dargestellt, umfasst der Drehsensor 201 nach der zweiten Ausführungsform der Erfindung einen Rotor 210 zur Befestigung an der sich drehenden Welle S, stationäre Kerne 231, 232 (241, 242), die jeweils einen aus isolierendem, magnetischem Material gebildeten Kernkörper und mindestens eine Erregerspule zur Anordnung in dem Kernkörper aufweisen, eine Halteeinrichtung (Stator) 290 zur Halterung der stationären Kerne 231, 232 (241, 242), eine Schaltungsplatte 295, die an einem Teil der Halteeinrichtung 290 vorgesehen ist, und ein Gehäuse 220 zur Aufnahme dieser Bauteile. Der Drehsensor 201 ist ausgelegt zur Montage bei einem Fahrzeug durch Befestigung des Rotors 210 an der Welle S und Befestigung des Gehäuses 220 an einem in 11 dargestellten Sensorbefestigungselement 300.
Die Halteeinrichtung 290, die mit den stationären Kernen 231, 232 (241, 242) versehen ist, eine Schaltungsplatte 295, die mit einer Drehwinkelerfassungseinheit 295a versehen ist, und der Rotor 210 sind in dem Gehäuse 220 angeordnet, das aus Metall oder einem isolierenden, magnetischen Material gebildet ist, das eine Eigenschaft zur Abschirmung des magnetischen Wechselfeldes hat. Wie in 26 dargestellt, umfasst das Gehäuse 220 ein oberes Gehäuse 221 und ein unteres Gehäuse 222, und es ist über das Drehsensorbefestigungselement 300, das nahe der Welle S angeordnet ist, an einem nicht dargestellten Bügel oder dergleichen an dem Fahrzeug befestigt. Der äußere Umfang des unteren Gehäuses 222 ist an einer später beschriebenen Montagerippe 303 des Sensorbefestigungselementes 300 befestigt und, wie in 9 und 10 dargestellt, greift ein Rastvorsprung (Befestigungsrastabschnitt) 225, der an dem unteren Gehäuse 222 ausgebildet ist, in eine Rastausnehmung 305 des Sensorbefestigungselementes 300 ein, so dass der Drehsensor 201 an dem Sensorbefestigungselement 300 befestigt werden kann. Der Rastvorsprung 225 zur Befestigung des Drehsensors 201 an dem Sensorbefestigungselement 300 ist an dem unteren Gehäuse 222 ausgebildet, so dass er an einer festgelegten Position in Umfangsrichtung des Sensors vorspringt und bei der in 9 dargestellten Ansicht in Längsrichtung geringfügig nach rechts versetzt ist.
Das untere Gehäuse 222 ist mit einer Verbindereinheit 226 zur elektrischen Verbindung der Drehwinkelerfassungseinheit 295a des Drehsensors 201 und dem externen Kabelbaum ausgebildet, wobei diese vorsteht (siehe 9 und 10).
Andererseits ist die Halteeinrichtung 290, wie in 25 dargestellt, ein verformtes, quadratisches Plattenbauteil, von dem nur ein Ende gebogen und erweitert ausgebildet ist und das beispielsweise aus Kunstharz (beispielsweise Polybutylenterephthalat(PBT)-, Nylon-, Polyphenylensulfid(PBS)-, Acrylonitrilbutadienstyren(ABS)-Harz oder faserverstärktem Kunststoff (FRP), der ein mit Epoxyharz imprägniertes Glasfasermaterial darstellt) besteht, wobei sie einen Basisbereich 291 zur Befestigung an dem unteren Gehäuse 222 und Spulenkernhalter 292, 293 aufweist, die an einer Seite des Basisbereichs 291 ausgebildet sind.
Der Spulenkernhalter 292 ist ausgelegt, um die stationären Kerne 231, 241 so anzuordnen, dass sie einander gegenüberliegen, und der Spulenkernhalter 293 ist ausgelegt, um die stationären Kerne 232, 242 so anzuordnen, dass sie einander gegenüberliegen. Mit anderen Worten ist der Spulenkernhalter 292 der Halteeinrichtung 290 mit den stationären Kernen 231, 241 versehen, die einander gegenüberliegen und dabei ihre Konzentrizität beibehalten, wie in 26 dargestellt ist, und der andere Spulenkernhalter 293 der Halteeinrichtung 290 ist mit den stationären Kernen 232, 242 versehen, die einander gegenüberliegen und dabei ihre Konzentrizität beibehalten. Dementsprechend ist der stationäre Kern 231 (232) auf einer Seite dem anderen stationären Kern 241 (242) bei Zwischenschaltung einer Messeinheit 212 mit einem festgelegten Abstand G gegenüberliegend angeordnet (siehe 26). Mit anderen Worten liegen der stationäre Kern 231 und der stationäre Kern 241 mit Zwischenschaltung der Messeinheit 212 des Rotors 210 bei Beibehaltung der Konzentrizität einander gegenüber, während der stationäre Kern 232 und der stationäre Kern 242 sich ebenfalls einander gegenüberliegen, wobei die Messeinheit 212 des Rotors 210 unter Beibehaltung der Konzentrizität zwischengeschaltet ist.
Wie in 24 und 25 dargestellt, sind die Halteeinrichtung 290, die Spulenkernhalter 292, 293 bezüglich der Achse der Welle S um einen Achswinkel von 90° zueinander angeordnet und der stationäre Kern 231 (241) und der stationäre Kern 232 (242) sind in symmetrischen Positionen bezüglich der Verbindungslinie (Befestigungsreferenzlinie) angeordnet, die die Mittelachse der Welle S (Wellenabschnitt) und den Rastvorsprung 225 verbindet.
Andererseits ist ein Teil der Halteeinrichtung 290 mit der Schaltungsplatte 295 versehen und die Drehwinkelerfassungseinheit 295a ist an der Schaltungsplatte 295 befestigt. Die Drehwinkelerfassungseinheit 295a ist mit dem Kabelbaum zur Energieversorgung und zur Übertragung des Signals über eine Vielzahl elektrischer Kabel (nicht dargestellt), die aus dem Gehäuse 220 geführt sind, und mit der externen Vorrichtung, die außerhalb des Gehäuses 220 vorgesehen ist, verbunden.
Wie in 26 dargestellt, sind die stationären Kerne 231, 232 auf einer Seite aus einem isolierenden, magnetischen Material gebildet (beispielsweise Ni-Zn-Ferrit, Mn-Zn-Ferrit oder Ng-Zn-Ferrit, vermengt mit thermoplastischem Kunstharz mit elektrisch isolierenden Eigenschaften, wie Nylon-, Polypropylen(PP)-, Polyphenylensulfid(PPS)- oder Acrylonitrilbutadienstyren(ABS)-Harz, oder Keramik) und in einer Säulenform ausgebildet, wobei sie Kernkörper 231a, 232a, die jeweils eine ringförmige Ausnehmung zur Aufnahme einer Erregerspule an der oberen Stirnseite haben, und Erregerspulen 231b, 232b umfassen, um in den Kernkörpern 231a, 232a aufgenommen zu werden. Entsprechend umfassen die stationären Kerne 241, 242 Kernkörper 241a, 242a, die aus isolierendem, magnetischem Material gebildet sind, und Erregerspulen 241b, 242b, die in den Kernkörpern 241a, 242a aufgenommen sind. Dann werden die Erregerspulen 231b, 232b und die Erregerspulen 241b, 242b jeweils in Reihe verbunden und elektrisch mit der Drehwinkelerfassungseinheit 295a der Halteeinrichtung 290 verbunden, wodurch ein magnetisches Wechselfeld rings um die Spulen durch Einspeisung des Erregerwechselstroms gebildet wird und ein Magnetkreis zwischen den jeweiligen Paaren stationärer Kerne gebildet wird.
Wie in 24 dargestellt, umfasst der Rotor 210 einen Rotorbefestigungsabschnitt 211, der aus einem isolierenden, magnetischen Material gebildet ist, und eine Messeinheit 212, die mit dem Rotorbefestigungsabschnitt 211 über Verstrebungen 212a, 212b verbunden ist und in Umfangsrichtung kontinuierlich ihre Breite ändert. Die Messeinheit 212 ist aus einem Metall mit einer Leitfähigkeit gebildet, wie Aluminium, Kupfer, Silber oder Messing. Wie in derselben Figur dargestellt, umfasst die Messeinheit 212 einen schmalen Abschnitt, der die geringste Breite aufweist und an der radial gegenüberliegenden Seite einen aufgeweiteten Abschnitt, der den breitesten Bereich aufweist. Damit ist sie so geformt, dass sich die radiale Breite korrespondierend mit dem Drehwinkel des Rotors 210 ändert, so dass durch das alternierende magnetische Feld, das später beschrieben wird, in Verbindung mit der Drehung des Rotors ein Wirbelstrom induziert wird, der eine Stärke hat, die auf dem Flächenbereich basiert, der mit den jeweiligen Spulen und der Breite der Messeinheit korrespondiert.
Mit anderen Worten, wenn der Erregerwechselstrom durch die jeweiligen Erregerspulen 231b, 232b, 241b, 242b geleitet wird, erzeugen die jeweiligen Erregerspulen 231b, 232b, 241b, 242b ein magnetisches Wechselfeld in der Umgebung derselben, und der gegenüberliegende Kernkörper 231a und der Kernkörper 241a bauen zusammen einen Magnetkreis auf. Entsprechend bauen die einander gegenüberliegenden Kernkörper 232a und 242a zusammen den Magnetkreis auf. Wenn der magnetische Fluss die Messeinheit 212 durchläuft, wird an der Oberfläche der Messeinheit 212 ein Wirbelstrom induziert, wodurch die Impedanzen der jeweiligen Erregerspulen 231b, 232b, 241b, 242b verändert werden. Der Betrag der Änderung der Impedanz korrespondiert mit Änderungen im Betrag des Wirbelstroms, der an der Oberfläche der Messeinheit 212 induziert wird. Der Betrag des Wirbelstroms, der an der Oberfläche der Messeinheit 212 induziert wird, ändert sich in Abhängigkeit von dem Flächenbereich der Messeinheit 212, der mit den stationären Kernen 231, 232, 241, 242 korrespondiert (der Projektionsbereich der stationären Kerne auf der Messeinheit, betrachtet aus der rechtwinklig zu der Messfläche der Messeinheit 212 liegenden Richtung, d.h. "dem Projektionsbereich der Messeinheit auf dem stationären Kern"). Daher ändert sich, wenn sich der Rotor 210 dreht, die Breite der Messeinheit 212, die den jeweiligen stationären Kernen 231, 232, 241, 242 entspricht, proportional zu dem Drehwinkel des Rotors 210, und dementsprechend ändern sich die Impedanzen der jeweiligen Erregerspulen 231b, 232b, 241b, 242b. Die Ausgangssignale der jeweiligen Erregerspulen 231b, 232b, 241b, 242b zu diesem Zeitpunkt werden mittels der später beschriebenen Drehwinkelerfassungseinheit 295a detektiert und in das Winkelsignal des Rotors 210 konvertiert, so dass der Drehwinkel des Rotors 210 detektiert werden kann.
Obwohl hier nicht dargestellt, umfasst die Drehwinkelerfassungseinheit 295a eine Phasenverschiebungseinheit, eine Phasenverschiebungsbetragserfassungseinheit und einen Wandler, der zwischen der Frequenzteilungsschaltung und der Messeinheit angebunden ist.
Der Wandler ist auch über einen Differenzverstärker mit dem A/D-Wandler und mit der Verschiebungsniveaueinstelleinheit verbunden. Insbesondere wird die Änderung der Spulenimpedanz in den Winkel umgewandelt und über die Frequenzteilungsschaltung zur Ausgabe eines Schwingungssignals einer bestimmten Frequenz, die Phasenverschiebungseinheit zur Verschiebung der Phase des von der Frequenzteilungsschaltung in Abhängigkeit von der Größe des an der Messeinheit erzeugten Wirbelstroms gelieferten Schwingungssignals, die Phasenverschiebungsbetragserfassungseinheit zur Erfassung des Phasenverschiebungsbetrages, den Wandler zur Umwandlung des detektierten Phasenverschiebungsbetrages in den entsprechenden Spannungswert, die Verstärkungsschaltung zur Verstärkung der Spannung, die mit dem von dem Wandler ausgegebenen Phasenverschiebungsbetrag konvertiert, und die Messeinheit zur Messung des Drehwinkels aus der verstärkten Spannung detektiert.
Der Drehsensor 201, der den oben beschriebenen Aufbau hat, ist zur Erfassung des gesamten Winkelbereichs zwischen 0 und 360° durch Ausführung der Signalverarbeitung des Ausgangssignals durch die Drehwinkelerfassungseinheit 295a unter Nutzung der Änderungen der Impedanzen der Erregerspulen 231b, 232b (241b, 242b) ausgelegt, die durch die Drehung der Welle S begründet sind.
Andererseits hat die Sensorbefestigungseinrichtung 300, an der der Drehsensor 201 befestigt ist, denselben Aufbau wie die Sensorbefestigungseinrichtung 300, die betreffend den Stand der Technik beschrieben wurde, auf den sich die Erfindung bezieht. Mit anderen Worten umfasst, wie in 11 dargestellt, die Sensorbefestigungseinrichtung 300 ein Welleneinführloch 301 zum Einführen der Welle S in dessen Mitte und einen angrenzenden Bereich 302, der an das untere Gehäuse 222 des Drehsensors 201 an seinem äußeren Umfang angrenzt, und die Drehsensorhalterippe 303 ist an dem äußeren Umfang des angrenzenden Bereichs 302 ausgebildet. Ein Teil des angrenzenden Bereichs 302 und der Halterippe 303 ist mit einer Rastaussparung (Rastausnehmung) 305 ausgebildet, um mit dem Rastvorsprung 225 (siehe 9 und 10), der an dem Drehsensor 201 ausgebildet ist, zu verrasten. Die Sensorbefestigungseinrichtung 300 ist mit einem nicht dargestellten Bügel zur Befestigung an dem Fahrzeug versehen, so dass die Sensorbefestigungseinrichtung 300 im Vorfeld an dem Fahrzeug befestigt wird.
Der Drehsensor 201 ist an der Sensorbefestigungseinrichtung 300 durch Durchgriff der Welle S durch den Mittelbereich des Drehsensors 201 und Anpassen des äußeren Umfangs des Gehäuses des Drehsensors 201 an der Halterippe 303 der Sensorbefestigungseinrichtung 300 befestigt, wobei der Rastvorsprung 225 des Drehsensors 201 mit der Rastaussparung 305 der Sensorbefestigungseinrichtung 300 in Eingriff steht.
Wenn der Drehsensor 201 an der Sensorbefestigungseinrichtung 300 montiert wird, werden, um die Messcharakteristik des Drehsensors 201 zu verbessern, der Rastvorsprung 225 des Drehsensors 201 und die Rastaussparung 305 der Sensorbefestigungseinrichtung 300 so ausgebildet, dass der Drehsensor 201 so befestigt ist, dass er im befestigten Zustand in Umfangsrichtung spielfrei ist, und gleichzeitig so, dass er im befestigten Zustand in radialer Richtung in gewissem Maße ein Spiel hat, um die Befestigung des Drehsensors 201 an der Sensorbefestigungseinrichtung 300 zu erleichtern.
Dementsprechend ist die Messeinheit 212, die die Rotorseite des Drehsensors 201 darstellt, zusammen mit der Welle S drehbar fixiert, und die stationären Kerne 231, 232, 241, 242 sind auf der Statorseite des Drehsensors 201 in Umfangsrichtung des Sensors spielfrei und in radialer Richtung des Sensors in einem gewissen Maße mit Spiel an der Sensorbefestigungseinrichtung 300 befestigt.
Wie oben beschrieben, bilden die stationären Kerne 231, 232 einen Achswinkel von 90° bezüglich der Achse der Welle S, und diese sind an der dem unteren Gehäuse zugeordneten Seite des Halteelementes 290 symmetrisch bezüglich der Verbindungslinie, die die Mittelachse der Welle S und den Rastvorsprung 225 des Gehäuses 220 verbindet, angeordnet. Andererseits bilden die stationären Kerne 241, 242 einen Achswinkel von 90° bezüglich der Achse der Welle S, und diese sind an der dem oberen Gehäuse zugeordneten Seite des Halteelementes 290 symmetrisch bezüglich der Verbindungslinie, die die Mittelachse der Welle S und den Rastvorsprung 225 des Gehäuses 220 verbindet, angeordnet.
Nachfolgend wird der Betrieb des Drehsensors nach der zweiten Ausführungsform der Erfindung mit dem oben beschriebenen Aufbau beschrieben. Wie oben beschrieben, sind die Abmessungen des Rastvorsprungs 225 des Gehäuses 220 und der Rastaussparung 305 der Sensorbefestigungseinrichtung 300 so festgelegt, dass ein sehr geringes Spiel in Drehrichtung des Sensors (Richtung θ) vorliegt, wohingegen ein gewisser Spalt in der Richtung rechtwinklig zur Drehrichtung des Sensors (Richtung r) vorliegt, so dass die Befestigung des Drehsensors 201 erleichtert ist. Dann wird der Drehsensor 201 so fixiert, dass er in Umfangsrichtung des Sensors durch den Eingriff des Rastvorsprungs 225 bezüglich der Rastaussparung 305 auf der Befestigungsseite drehfest ist.
Da der Rotor 210 des Drehsensors 201 auf diese Weise an der Welle S befestigt ist, wird die Messeinheit 212 des Drehsensors 201 durch die Welle S in radialer Richtung des Sensors gehalten.
Andererseits sind die Spulenkernhalter 292, 293 und die stationären Kerne 231, 232, 241, 242, die daran vorgesehen sind, nicht an der Welle S befestigt und in radialer Richtung des Sensors innerhalb des festgelegten Spielbereichs zwischen dem Rastvorsprung 225 des Drehsensors 201 und der Rastaussparung 305 der Sensorbefestigungseinrichtung 300 versetzt.
Jedoch sind die stationären Kerne 231, 232, 241, 242 an dem Gehäuse 220 des Drehsensors 201 bezüglich der Verbindungslinie (Befestigungsreferenzlinie) in einem Achswinkel von 45° befestigt, so dass sie bezüglich der vorstehend genannten Verbindungslinie (Befestigungsreferenzlinie) symmetrisch liegen. Wie aus der in 12 dargestellten, die Messcharakteristik darstellenden Zeichnung deutlich wird, liegt der Anteil an in Umfangsrichtung wirkenden Komponenten des Drehsensors, die durch das Spiel des Drehsensors in radialer Richtung verringert werden können, bei etwa 71 %, und es versteht sich, dass nur geringes Maß an Verringerung vorliegt.
Mit anderen Worten wird mit dem Spiel des Drehsensors in radialer Richtung der Grad des Einflusses auf den einen der stationären Kerne in Umfangsrichtung nicht offensichtlich vergrößert, anders als bei dem Drehsensor, von dem die Erfindung ausgeht. Entsprechend wird durch die Befestigung des Drehsensors 201 an der Sensorbefestigungseinrichtung 300 und durch den radialen Versatz des Drehsensors 201 bezüglich der Sensorbefestigungseinrichtung 300 (auch wenn die stationären Kerne 231, 232, 241, 242 in radialer Richtung bezüglich der Messeinheit 212 des Rotors 210 versetzt sind) die Messgenauigkeit des Drehwinkels nicht signifikant verringert. Daher kann das Spiel, das beim Befestigen des Drehsensors 201 erforderlich ist, in radialer Richtung des Drehsensors 201 in einem gewissen Maße gewährleistet werden und folglich wird eine Verbesserung der Montagefähigkeit des Drehsensors erreicht und kann ein hoher Grad an Messgenauigkeit beibehalten werden.
Bei der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform sind der stationäre Kern 231 (241) und der stationäre Kern 232 (242) nur an zwei Positionen in einem Drehwinkel von 90° zueinander angeordnet. Durch Anordnung der stationären Kerne 231 (241), 232 (242) des Drehsensors 201 an nur zwei Stellen in Umfangsrichtung des Sensors kann eine Kostenverringerung für den Drehsensor 201 erreicht werden.
Da die stationären Kerne 231, 241 (232, 242) aus zwei Paaren stationärer Kerne gebildet sind, die so angeordnet sind, dass sie einander gegenüberliegen und die Messeinheiten jeweils zwischengeschaltet sind, kann, auch wenn die Welle (Wellenabschnitt) S, an der der Drehsensor 201 befestigt ist, schwingt, die Impedanz der stationären Kerne eines jeden einander gegenüberliegenden Paars ausgeglichen werden, und folglich kann der nachteilige Effekt von Schwingungen verringert werden.
Wenn die Zahl der stationären Kerne eine ungerade Zahl ist, können weitere stationäre Kerne, die von dem stationären Kern, der auf der axialen Linie angeordnet ist, verschieden sind, symmetrisch bezüglich der axialen Linie angeordnet werden.
Bei der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform ist der Rastvorsprung 225 auf der Gehäuseseite des Drehsensors 201 vorgesehen, und die Rastaussparung (Ausnehmung) 305 ist an der Sensorbefestigungseinrichtung 300 vorgesehen. Die Erfindung ist aber nicht darauf beschränkt und der Aufbau, bei dem die Rastaussparung (Ausnehmung) an dem Gehäuse des Drehsensors 201 ausgebildet ist und der Rastvorsprung an der Sensorbefestigungseinrichtung vorgesehen ist, ist ebenfalls anwend bar.
Mit anderen Worten kann gemäß der zweiten Ausführungsform die Befestigung an der Partnerseite leicht durchgeführt werden, und der Drehsensor wird mit einer guten Messgenauigkeit bereitgestellt.
Nachfolgend wird der Drehsensor nach der dritten Ausführungsform beschrieben.
Der Drehsensor nach der dritten Ausführungsform der Erfindung hat den gleichen Aufbau wie der in 14 dargestellte Drehsensor, ausgenommen hinsichtlich eines Verfahrens zur Signalverarbeitung.
Der Drehsensor 401 nach der dritten Ausführungsform der Erfindung umfasst, wie in 27 dargestellt, insbesondere einen Rotor 410 zur Befestigung an der sich drehenden Welle S, stationäre Kerne 431, 432 (441, 442), die jeweils einen aus einem isolierenden, magnetischen Material gebildeten Kernkörper und mindestens eine Erregerspule zur Aufnahme in dem Kernkörper aufweisen, ein Halteelement 490 zur Halterung der stationären Kerne 431, 432 (441, 442), eine Schaltungsplatte 495, die an einem Teil des Halteelementes 490 vorgesehen ist, und ein Gehäuse 420 zur Aufnahme dieser Bauteile. Das Halteelement 490 ist mit einem Spulenkernhalter 492 zur einander gegenüberliegenden Lagerung der stationären Kerne 431, 441 in einem festgelegten Abstand und einem Spulenkernhalter 493 zur einander gegenüberliegenden Halterung der stationären Kerne 432, 442 in einem festgelegten Abstand versehen. Dann werden, wie in 27 dargestellt, die Spulenkernhalter 402, 493 an dem Halteelement 490 des Drehsensors 401 angebracht, so dass sie einen Achswinkel von 90° bezüglich der Achse der Welle S bilden. Dementsprechend sind die jeweiligen stationären Kerne 431, 441 eines Paars so angeordnet, dass sie einen Achswinkel von 90° zu den stationären Kernen 432, 442 des anderen Paars bezüglich der Achse der Welle S bilden. Dann werden die stationären Kerne 431, 432 an der dem unteren Gehäuse zugeordneten Seite des Halteelementes 490 angeordnet, so dass sie einen Achswinkel von 90° bezüglich der Achse der Welle S bilden, wie oben beschrieben. Andererseits werden die stationären Kerne 441, 442 an der dem oberen Gehäuse 421 zugeordneten Seite des Halteelementes 490 angeordnet, so dass sie bezüglich der Achse der Welle S einen Achswinkel von 90° bilden.
Die stationären Kerne 431, 432 auf einer Seite sind aus isolierendem, magnetischem Material (beispielsweise Ni-Zn-Ferrit, Mn-Zn-Ferrit oder Mg-Zn-Ferrit, gemischt mit thermoplastischem Kunstharz mit elektrisch isolierenden Eigenschaften, wie Nylon-, Polypropylen(PP)-, Polyphenylensulfid(PPS)- oder Acrylonitrilbutadienstyren(ABS)-Harz oder Keramik) und sind in einer Säulenform ausgebildet. Für diese Ausführungsform werden die Erregerspulen der paarweise vorliegenden stationären Kerne in der Beschreibung der Signalverarbeitungsschaltung dieser Ausführungsform als Spule A und Spule B bezeichnet.
Das Halteelement 490 ist ein quadratisches Plattenbauteil, das beispielsweise aus Kunstharz (beispielsweise Polybutylenterephthalat(PBT)-, Nylon-, Polyphenylensulfid(PPS)-, Acrylonitrilbutadienstyren(ABS)-Harz) oder faserverstärktem Kunststoff (FRT), der aus mit Epoxyharz imprägnierten Glasfasern besteht, gebildet ist, und umfasst einen Basisbereich zur Befestigung an einem unteren Gehäuse 422 und Spulenkernhalter 492, 493, die an einer Seite des Basisbereichs vorgesehen sind.
Das Halteelement 490, das mit den stationären Kernen 431, 432 (441, 442) versehen ist, die Schaltungsplatte 495, die mit der Signalverarbeitungsschaltung 400 versehen ist, und der Rotor 410 sind in einem Gehäuse 420 aufgenommen, das aus Metall oder einem isolierenden, magnetischen Material mit einer Eigenschaft zur Abschirmung des magnetischen Wechselfeldes gebildet ist. Das Gehäuse 420 ist über den nicht darge stellten Bügel an dem (nicht dargestellten) Befestigungselement montiert, das in der Nähe der Welle S angeordnet ist.
Die in 28 dargestellte Signalverarbeitungsschaltung ist an der Schaltungsplatte 495 angebracht, die an einem Teil des Halteelementes 490 vorgesehen ist. Die Signalverarbeitungsschaltung ist ausgelegt, um mit dem Kabelbaum zur Energieversorgung und Signalübertragung über eine Vielzahl (nicht dargestellter) elektrischer Kabel verbunden zu werden, die aus dem Gehäuse 420 nach außen geführt sind und mit der außerhalb des Gehäuses 420 vorgesehenen externen Vorrichtung verbunden sind.
Wie in 27 dargestellt, umfasst der Rotor 410 einen Rotorbefestigungsabschnitt, der aus einem isolierenden magnetischen Material gebildet ist, und eine Messeinheit 412, die mit dem Rotorbefestigungsabschnitt über die Verstrebung verbunden ist und deren Breite sich in Umfangsrichtung kontinuierlich ändert. Die Messeinheit 412 ist aus einem leitfähigen Metall, wie Aluminium, Kupfer, Silber oder Messing, gebildet. Wie in 27 dargestellt, umfasst die Messeinheit 412 einen schmalen Bereich, der die geringste Breite hat, und an der radial gegenüberliegenden Seite hiervon einen aufgeweiteten Bereich, der am breitesten ist. Dann ist sie so geformt, dass sich die radiale Breite mit dem Drehwinkel des Rotors 410 ändert, so dass mit der Drehung des Rotors ein Wirbelstrom induziert wird, der eine Messbreite und eine Größe hat, die auf dem Flächenbereich, der mit den jeweiligen Spulen korrespondiert, basiert.
Mit anderen Worten, wenn der Erregerwechselstrom durch die jeweiligen Erregerspulen 431b, 432b, 441b, 442b geleitet wird, erzeugen die betreffenden Erregerspulen 431b, 432b, 441b, 442b in ihrer Umgebung ein magnetisches Wechselfeld, und die einander gegenüberliegenden Kernkörper 431a und 441a bauen miteinander einen Magnetkreis auf. Ent sprechend bauen die einander gegenüberliegenden Kernkörper 432a und 442a zusammen den Magnetkreis auf. Wenn der magnetische Fluss die Messeinheit 412 durchläuft, wird an der Oberfläche der Messeinheit 412 ein Wirbelstrom induziert, wodurch die Impedanzen der jeweiligen Erregerspulen 431b, 432b, 441b, 442b verändert werden. Der Betrag der Änderung der Impedanz korrespondiert mit der Änderung des Betrages des Wirbelstroms, der an der Oberfläche der Messeinheit 412 induziert wird. Der Betrag des Wirbelstroms, der an der Oberfläche der Messeinheit 412 induziert wird, ändert sich in Abhängigkeit von dem Flächenbereich an der Messeinheit 412, der mit dem stationären Kern korrespondiert (die Projektionsfläche der Messeinheit auf den stationären Kern, betrachtet aus der rechtwinklig zu der Messfläche der Messeinheit 412 verlaufenden Richtung, d.h. "die Projektionsfläche der Messeinheit auf den stationären Kern"). Daher ändert sich, wenn sich der Rotor 410 dreht, die Breite der Messeinheit 412, die mit den jeweiligen stationären Kernen 431, 432, 441, 442 korrespondiert, proportional zu dem Drehwinkel des Rotors 410, und dementsprechend ändern sich die Impedanzen der jeweiligen Erregerspulen 431b, 432b, 441b, 442b. Die Ausgangssignale der jeweiligen Erregerspulen 431b, 432b, 441b, 442b zu diesem Zeitpunkt werden durch die später beschriebene (siehe 28) Signalverarbeitungsschaltung ermittelt und in das Winkelsignal des Rotors 410 konvertiert, so dass der Drehwinkel des Rotors 410 ermittelt werden kann.
Der Drehsensor nach der dritten Ausführungsform dieser Erfindung ist im Wesentlichen durch den Aufbau der Signalverarbeitungsschaltung gekennzeichnet. Die Signalverarbeitungsschaltung des Drehsensors umfasst, wie in dem in 28 dargestellten Blockdiagramm gezeigt, eine Schwingungseinheit 500, die einen Schwingkreis 501 umfasst und das Schwingungssignal einer bestimmten Frequenz ausgibt, eine Phasenverschiebungseinheit 510 (511, 512) zur Verschiebung der Phase der von der Schwingungseinheit 500 gelieferten Schwingungssignale gemäß der Größe des an der Messeinheit 412 erzeugten Wirbelstroms, eine Phasenverschiebungsbetragserfassungseinheit 520 (521, 522) zur Erfassung des Betrages der Phasenverschiebung, eine Phasenverschiebungsbetragskonvertiereinheit 530 (531, 532) zur Konvertierung des Betrages der Phasenverschiebung in den korrespondierenden Parameter (beispielsweise einen Spannungswert oder einen digitalen Wert), eine Verstärkungseinheit 540 (541, 542) zur Verstärkung des von der Phasenverschiebungsbetragskonvertiereinheit 530 ausgegebenen Phasenverschiebungsbetrages und eine Signalverarbeitungseinheit 550 zur Berechnung des Drehwinkels aus dem mit dem Phasenverschiebungsbetrag korrespondierenden Parameter und zur Bestimmung der Störung des Sensors, so dass die jeweiligen, an die Phasenverschiebungseinheit 510 gelieferten Drehwinkel ermittelt werden. Die Signalverarbeitungseinheit 550 umfasst eine Drehwinkelerfassungseinheit 551 und eine Störungserfassungseinheit 552, so dass die Störung des Sensors bestimmt wird, wenn der die Lage betreffende Versatz zwischen der Messeinheit des Rotors und der Erregerspule innerhalb des unerlaubten Bereichs liegt sowie der Drehwinkel ermittelt wird. Bei dieser Ausführungsform liegt, obwohl es nicht angegeben ist, die Frequenzteilungsschaltung oder der Trennverstärker zwischen der Schwingungsschaltung 501 und der Phasenverschiebungseinheit 510, falls erforderlich.
Nachfolgend wird ein spezielles Verfahren zur Signalverarbeitung bei dem Drehsensor 401 nach der dritten Ausführungsform beschrieben. Die Schwingungsschaltung 501 sendet Schwingungssignale einer bestimmten Frequenz an die jeweiligen Erregerspulen 431b und die Spule 441b (Spule A) und die Spule 432b und die Spule 442b (Spule B). Dementsprechend werden die jeweiligen Schwingungssignale an die zugeordneten Phasenverschiebungseinheiten 510 ausgegeben, die die Widerstände R1, R2, die Spulen B1, B2 und die Kondensatoren C1, C2 umfassen, wie in 16B dargestellt. Zu diesem Zeitpunkt ändern sich die Phasen der Spannungssignale an beiden Enden der Kondensatoren C1, C2 mit den Änderungen der Impedanz der Spulen B1, B2. Die Spannungssignale an beiden Enden der Kondensatoren C1, C2 werden an die zugehörigen Phasenverschiebungsbetragserfassungseinheiten 520 ausgegeben. Die jeweiligen Phasenverschiebungserfassungseinheiten 520 erfassen jeweils die Phasenverschiebungsbeträge der Spannungssignale an beiden Enden der Kondensatoren C1, C2. Die jeweiligen Phasenverschiebungskonvertiereinheiten 530 konvertieren die jeweils detektierten Phasenverschiebungsbeträge in korrespondierende Spannungen.
Dann werden die Spannungswerte zu den Verstärkungseinheiten 540 (541, 542) übertragen, die mit den hinteren Stufen der Phasenverschiebungskonvertiereinheiten 530 verbunden sind. Der Verstärker 540 stellt eine elektronische Schaltung dar, die einen Operationsverstärker umfasst, und sättigt zu der positivseitigen Speisespannung des Operationsverstärkers als obere Grenze und zu der negativseitigen Speisespannung des Operationsverstärkers (oder GND-Spannung) als untere Grenze, so dass flache Bereiche an dem Spannungswert gebildet werden, der mit dem Phasenverschiebungsbetrag korrespondiert.
Die Signalverarbeitungseinheit 550 nutzt beispielsweise einen einen Chip aufweisenden Mikroprozessor als Verarbeitungseinrichtung. Auf Grundlage des an die jeweiligen Verstärkungseinheiten 540 gelieferten Spannungswertes misst die Drehwinkelerfassungseinheit 551 den Drehwinkel des Rotors 410, und die Störungserfassungseinheit 552 detektiert eine Störung des Drehsensors 401.
Nachfolgend wird der spezielle Aufbau zur Störungsdiagnose bei dem Drehsensor 401 gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Der Aufbau der Störungsdiagnose des Drehsensors ist derart, dass der obere Grenzwert und der untere Grenzwert an der Amplitude des mittels der Phasenverschiebungsbetragserfassungseinheit 520 gewonnenen Phasenverschiebungsbetrages von zumindest einer der Erregerspulen (Spule B bei dieser Ausführungsform) mittels des Verstärkers 540 bereitgestellt werden, um den Phasenverschiebungsbetrag auf konstante Werte als oberen Grenzwert und unteren Grenzwert zu sättigen, so dass flache Bereiche positiv ausgebildet werden (siehe 29 und 35). Dann werden der gesättigte Phasenverschiebungsbetrag und der mittels der Phasenverschiebungsbetragserfassungseinheit 520 gewonnene Phasenverschiebungsbetrag der anderen Erregerspule (Spule A bei dieser Ausführungsform) verglichen, um die Sensorstörung festzustellen. Die Phasenverschiebungsbetragserfassungseinheiten 520 der Spule A und der Spule B sind jeweils über die Phasenverschiebungsbetragskonvertiereinheit 530 mit der Verstärkungseinheit 540 verbunden, und folglich sind die Signale zur Detektion der Sensorstörung tatsächlich die Spannungswerte der analogen Signale.
Ein Verfahren zur Diagnose der Störung des Drehsensors 401 nach der dritten Ausführungsform der Erfindung läuft wie folgt ab. Wie oben beschrieben, wird die Amplitude bezüglich des Eingangswinkels des Phasenverschiebungsbetrages mit flachen Bereichen versehen, die mittels der Verstärkungseinheit 540 durch den oberen Grenzwert und den unteren Grenzwert bestimmt werden (siehe 35). Dann wird, wie in 29 dargestellt, der aus der Impedanz der Spule B gewonnene Phasenverschiebungsbetrag an einem Punkt A, der einen Übergang zwischen dem flachen Bereich und dem sich normal ändernden Bereich darstellt, mit dem von der Spule A gewonnenen Phasenverschiebungsbetrag bei einem Spannungswert verglichen, der den Phasenverschiebungsbetrag der Spule B anzeigt. Der normale Bereich der Differenz X des aus den Impedanzen der Spule A und der Spule B gewonnen Phasenverschiebungsbetrages bei dem Eingangswinkel, der den Punkt A einschließt, wird im Vorfeld im Auslegungsstadium festgelegt. In 35 wird der obere Grenzwert in dem normalen Bereich durch den oberen kritischen Grenzwert bestimmt, und der untere Grenzwert wird durch den unteren kritischen Grenzwert definiert.
Auf diese Weise hat der Phasenverschiebungsbetrag bezüglich des Eingangswinkels flache Bereiche. Dann wird, wie in 29 dargestellt, der Phasenverschiebungsbetrag (kritischer Grenzwert) an dem Punkt A, der einen Übergang zwischen dem gesättigten Bereich in dem Phasenverschiebungsbetrag der Spule B und dem normalen sich ändernden Bereich darstellt, mit dem Phasenverschiebungsbetrag verglichen, der aus der Impedanz der Spule A bei dem gleichen Eingangswinkel gewonnen wurde. Die Differenz X des Phasenverschiebungsbetrages, der aus den Impedanzen der Spule A und der Spule B gewonnen wurde, wird mit einem Bemessungswert zur Identifizierung des Normalbereichs verglichen, der im Vorfeld im Auslegungsstadium festgelegt wird, um zu bestimmen, ob der Drehsensor normal arbeitet oder nicht.
Insbesondere wird bestimmt, wenn die Differenz X der Phasenverschiebungsbeträge an dem Punkt A dem Bemessungswert x1 ≤ X ≤ x2 entspricht, dass kein Versatz zwischen der Erregerspule des Drehsensors und der Messeinheit vorliegt oder dass der Versatz in dem erlaubten Bereich liegt und folglich der Drehsensor normal arbeitet. Hingegen wird bestimmt, wenn die Differenz X der Phasenverschiebungsbeträge an dem Punkt A X < Bemessungswert x1 oder X > Bemessungswert x2 entspricht, dass ein unerlaubter Versatz zwischen der Erregerspule des Drehsensors und der Messeinheit vorliegt und folglich der Drehsensor gestört ist. Entsprechend ist es auch möglich, die Differenz des Phasenverschiebungsbetrages an dem Übergang zwischen dem gesättigten Bereich und dem normal sich ändernden Bereich an dem unteren Grenzwert des Spannungswertes, der wie oben beschrieben den Phasenverschiebungsbetrag darstellt, zu erhalten, und zu sehen, ob sie innerhalb des festgelegten Bereichs liegt oder nicht, um zu bestimmen, ob der Drehsensor normal arbeitet oder gestört ist.
Anstatt sowohl den oberen Grenzwert als auch den unteren Grenzwert des Spannungswertes, der wie oben beschrieben den Phasenverschiebungsbetrag darstellt, bereitzustellen, ist es alternativ auch möglich, nur den oberen Grenzwert oder den unteren Grenzwert unter Verwendung eines Begrenzers, wie z.B. einer Diode, bereitzustellen, um die Sensorstörung zu bestimmen, die mit dem die Lage betreffenden Versatz verknüpft ist, der beim Montieren des Drehsensors auftritt, und zwar nur aus einem der oben beschriebenen Werte des oberen Grenzwertes und des unteren Grenzwertes.
Bei der oben beschriebenen dritten Ausführungsform ist es, wie in den 30 bis 32 dargestellt, auch möglich, die Sensorstörung durch Ermittlung des Versatzes des Schnittpunktes zwischen der Wellenform des Phasenverschiebungsbetrages, der mittels der Phasenverschiebungsbetragserfassungseinheit 520 zumindest einer der Erregerspulen (Spule B bei dieser Ausführungsform) gewonnen wurde, und der Wellenform des Phasenverschiebungsbetrages, der mittels der Phasenverschiebungsbetragserfassungseinheit 520 der anderen Erregerspule (Spule A bei dieser Ausführungsform) gewonnen wurde, festzustellen. Der obere Grenzwert und der untere Grenzwert werden in diesem Fall vorzugsweise an zumindest einer der Amplituden mittels der Verstärkungseinheit 540 bereitgestellt, sättigen den Phasenverschiebungsbetrag bei konstanten Werten des oberen Grenzwertes und des unteren Grenzwertes und formen positiv den flachen Bereich.
Anstatt des oben beschriebenen Verfahrens zur Bestimmung der Sensorstörung ist es insbesondere auch möglich, ein Signalverarbeitungsverfahren anzuwenden, wie es in den 30 bis 32 dargestellt ist. Mit anderen Worten wird in dem linearen Bereich unterhalb des oberen kritischen Wertes des Phasenverschiebungsbetrages, der in 30 dargestellt ist, beispielsweise der Schnittpunkt zwischen dem Signal der Spule A und dem Signal der Spule B gewonnen, der Versatz des erlaubten Phasenverschiebungsbetrages der Spule A, wird, wie durch die gestrichelten Linien in der Zeichnung dargestellt, gewonnen, und der Schnittpunkt zwischen den Phasenverschiebungsbeträgen der Spule A, die durch die gestrichelten Linien dargestellt sind, und der Phasenverschiebungsbetrag der Spule B werden als erlaubte Grenzwerte gewonnen. Nachfolgend ist es, wie in 31 dargestellt, auch möglich, dies in solch einer Weise zu konfigurieren, dass, wenn der Schnittpunkt innerhalb des Bereichs zwischen dem kleinsten erlaubten Grenzwert W1 und dem größten erlaubten Grenzwert W2 liegt, die sich auf den festgelegten Eingangswinkel beziehen, festgelegt wird, dass der Sensor ungestört ist, wohingegen der Sensor als gestört bewertet wird, wenn er außerhalb des Bereichs liegt. Alternativ ist es auch möglich, derart zu konfigurieren, dass, wenn der Schnittpunkt innerhalb des Bereichs zwischen dem kleinsten erlaubten Grenzwert Z1 des Phasenverschiebungsbetrages und dem größten erlaubten Grenzwert Z2 liegt, wie in 32 dargestellt, der Sensor als ungestört bewertet wird, und der Sensor als gestört bewertet wird, wenn er außerhalb des Bereichs liegt.
Nachfolgend wird eine erste Modifikation des Drehsensors nach der dritten Ausführungsform beschrieben. Insbesondere umfasst die erste Modifikation, wie in dem Blockschaltbild nach 33 dargestellt, eine Schwingungseinheit 600, die einen Schwingkreis 601 zur Ausgabe des Schwingungssignals einer bestimmten Frequenz umfasst, eine Phasenverschiebungseinheit 610 (611, 612) zur Verschiebung der Phase der Schwingungssignale, die von der Schwingungseinheit 600 in Abhängigkeit von dem bei der Messeinheit 412 erzeugten Wirbelstrom geliefert werden, die Phasenverschiebungsbetragserfassungseinheit 620 (621, 622) zur Detektion des Phasenverschiebungsbetrages, eine Phasenverschiebungsbetragskonvertiereinheit 630 (631, 632) zur Konvertierung des detektierten Phasenverschiebungsbetrages in den korrespondierenden Parameter (beispielsweise den Spannungswert oder den digitalen Wert), ein Festsetzfunktionsteil 640 (641, 642) zur Bereitstellung des oberen und des unteren Grenzwertes des Phasenverschiebungsbetrages, der von der Phasenverschiebungsbetragskonvertiereinheit 630 ausgegeben wird, und eine Signalverarbeitungseinheit 650 zur Berechnung des Drehwinkels aus dem Parameter, der mit dem Phasenverschiebungsbetrag korrespondiert, und zur Bestimmung der Sensorstörung, so dass die jeweiligen an die Phasenverschiebungseinheit 610 ausgegebenen Drehwinkel ermittelt werden. Die Signalverarbeitungseinheit 650 ist mit einer Drehwinkelerfassungseinheit 651 und einer Störungserfassungseinheit 652 versehen, so dass die Sensorstörung ermittelt wird, wenn der Positionsversatz zwischen der Messeinheit des Rotors und der Erregerspule in dem unerlaubten Bereich liegt sowie der Drehwinkel ermittelt wird. Bei dieser Modifikation ist die Phasenverschiebungsbetragserfassungseinheit 620 einer jeden der Spulen A und B über die Phasenverschiebungsbetragskonvertiereinheit 630 mit dem Festsetzfunktionsteil 640 verbunden, und das Signal zur Detektion der Sensorstörung ist nicht tatsächlich der Phasenverschiebungsbetrag des analogen Signals, sondern das mittels Konvertierung des Phasenverschiebungsbetrages gewonnene, digitale Signal. Obwohl es bei dieser ersten Modifikation nicht dargestellt ist, ist es auch möglich, eine Frequenzteilungsschaltung oder einen Trennverstärker zwischen der Schwingungsschaltung 601 und der Phasenverschiebungseinheit 610 vorzusehen, falls erforderlich.
Nachfolgend wird ein spezielles Verfahren zur Signalverarbeitung bei der ersten Modifikation beschrieben. Die Schwingungsschaltung 601 überträgt zunächst Schwingungssignale einer bestimmten Frequenz zu Paaren jeweils bestehend aus aus der Erregerspule 431b und der Spule 441b (Spule A) bzw. aus der Spule 432b und der Spule 442b (Spule B). Dementsprechend werden die jeweiligen Schwingungssignale an die jeweiligen Phasenverschiebungseinheiten 610 ausgegeben, die die Widerstände R1, R2, die Spulen B1, B2 und die Kondensatoren C1, C2 umfassen, wie in 16B dargestellt. Zu diesem Zeitpunkt ändern sich die Phasen des Spannungssignals an beiden Enden der Kondensatoren C1, C2 mit Änderungen der Impedanz der Spulen B1, B2. Die Span nungssignale an beiden Enden der Kondensatoren C1, C2 werden an die jeweiligen Phasenverschiebungsbetragserfassungseinheiten 620 ausgegeben. Die Phasenverschiebungsbetragserfassungseinheiten 620 detektieren jeweils die Phasenverschiebungsbeträge der Spannungssignale an beiden Enden der Kondensatoren C1, C2. Die jeweiligen Phasenverschiebungsbetragskonvertiereinheiten 630 konvertieren die jeweils detektierten Phasenverschiebungsbeträge in korrespondierende digitale Signale. Das jeweilige Festsetzfunktionsteil 640 bestimmt den oberen Grenzwert und den unteren Grenzwert der von den jeweiligen Phasenverschiebungsbetragskonvertiereinheiten 630 ausgegebenen Signale, so dass durch Verwendung des oberen Grenzwertes und des unteren Grenzwertes das Festsetzfunktionsteil 640 digitale Werte bildet, die jeweils mit den Phasenverschiebungsbeträgen für den Phasenverschiebungsbetrag der Spule A und dem Phasenverschiebungsbetrag der Spule B korrespondieren. Die Signalverarbeitungseinheit 650 nutzt beispielsweise einen einen Chip aufweisenden Mikroprozessor als Verarbeitungseinrichtung, und, ausgehend von den digitalen Signalen, die von den jeweiligen Festsetzfunktionsteilen 640 geliefert werden, misst die Drehwinkelerfassungseinheit 651 den Drehwinkel des Rotors 410, und die Störungserfassungseinheit 652 detektiert die Sensorstörung.
Nachfolgend wird der spezielle Aufbau der Störungsdiagnose bei dem Drehsensor 402 gemäß der ersten Modifikation beschrieben. Der Aufbau der Störungsdiagnose des Drehsensors 402 ist derart, dass, wie in 33 dargestellt, der obere Grenzwert und der untere Grenzwert an der Amplitude des Phasenverschiebungsbetrages, der mittels der Phasenverschiebungsbetragserfassungseinheit 620 gewonnen wird, von zumindest einer der Erregerspulen (Spule B bei dieser Ausführungsform) mittels des Festsetzfunktionsteils 640 bereitgestellt wird, so dass die flachen Bereiche positiv gebildet werden (siehe 29 und 35). Dann werden der gesättigte Phasenverschiebungsbetrag und der Phasenverschiebungsbetrag, der mittels der Phasenverschiebungsbetragserfassungseinheit 620 der anderen Erregerspule (Spule A bei dieser Ausführungsform) gewonnen wird, verglichen, um die Sensorstörung zu detektieren.
Das Verfahren zur Störungsdiagnose bei dem Drehsensor 402 gemäß der ersten Modifikation läuft wie folgt ab. Insbesondere werden, wie in 33 dargestellt, die Phasenverschiebungsbeträge, die mittels der Phasenverschiebungsbetragserfassungseinheit 620 gewonnen werden, mittels der Phasenverschiebungsbetragskonvertiereinheit 630 jeweils in digitale Signale konvertiert. Dann werden die digitalen Werte zu dem Festsetzfunktionsteil 640 (641, 642) übertragen, das mit der hinteren Stufe der Phasenverschiebungsbetragskonvertiereinheit 630 verbunden ist. Dann werden der obere Grenzwert und der untere Grenzwert des Phasenverschiebungsbetrages an dem Festsetzfunktionsteil 640 bereitgestellt, das mit der hinteren Stufe der Phasenverschiebungskonvertiereinheit 630 verbunden ist, und der Phasenverschiebungsbetrag wird auf den oberen Grenzwert und den unteren Grenzwert gesättigt. Insbesondere hat das Festsetzfunktionsteil 640 den oberen kritischen Grenzwert (siehe 29) und den unteren kritischen Grenzwert (siehe 35) festgelegt, und es führt eine Verarbeitung derart aus, dass, wenn der Phasenverschiebungsbetrag ein digitaler Wert ist, der gleich oder größer als der obere kritische Grenzwert ist, dieser durch den oberen kritischen Grenzwert ersetzt wird, und wenn der Phasenverschiebungsbetrag ein digitaler Wert ist, der gleich oder kleiner als der untere kritische Grenzwert ist, dieser durch den unteren kritischen Grenzwert ersetzt wird. Bei einer derartigen Verarbeitung wird der digitale Wert, der den Phasenverschiebungsbetrag wiedergibt, gesättigt, so dass der obere Grenzwert dem oberen kritischen Grenzwert entspricht und der untere Grenzwert dem unteren kritischen Grenzwert entspricht.
Dementsprechend können, wie in 35 dargestellt ist, flache, gesättigte Bereiche für die Amplitude bezüglich des Eingangswinkels des Phasenverschiebungsbetrages an dem oberen Grenzwert bzw. dem unteren Grenzwert bereitgestellt werden. Obwohl der Phasenverschiebungsbetrag bei dieser Modifikation in 35 durch den analogen Wert wiedergegeben wird, werden diese Werte quantisiert, und der Phasenverschiebungsbetrag wird für jeden Drehwinkel als digitaler Wert ausgegeben, so dass der obere Grenzwert durch den oberen kritischen Grenzwert definiert wird und der untere Grenzwert durch den unteren kritischen Grenzwert definiert wird.
Auf diese Weise umfasst der Phasenverschiebungsbetrag bezüglich des Eingangswinkels gesättigte Bereiche. Dann wird, wie in 20 dargestellt, der Phasenverschiebungsbetrag an dem Punkt A als Übergang zwischen dem gesättigten Bereich des Phasenverschiebungsbetrages der Spule B und dem normal sich ändernden Bereich mit dem Phasenverschiebungsbetrag verglichen, der aus der Impedanz der Spule A bei dem gleichen Eingangswinkel gewonnen wird.
Die Differenz X der Phasenverschiebungsbeträge, die aus den Impedanzen der Spule A und der Spule B gewonnen werden, haben einen Bemessungswert, der den Normalbereich zuvor im Auslegungsstadium spezifiziert, so dass durch Vergleich des Wertes X mit dem Bemessungswert festgelegt werden kann, ob der Drehsensor gestört ist oder nicht.
Insbesondere wird, wenn die Differenz X des Phasenverschiebungsbetrages an dem Punkt A dem Bemessungswert x1 ≤ X ≤ x2 entspricht, bestimmt, dass kein Versatz zwischen der Erregerspule des Drehsensors und der Messeinheit vorliegt oder dass der Versatz innerhalb des erlaubten Bereichs liegt und folglich der Drehsensor als ungestört bewertet wird. Wenn die Differenz X des Phasenverschiebungsbetrages an dem Punkt A X < Bemessungswert x1 oder X > Bemessungswert x2 entspricht, wird bestimmt, dass ein unerlaubter Versatz zwischen der Erregerspule des Drehsensors und der Messeinheit vorliegt, und folglich wird der Drehsensor als gestört bewertet. Entsprechend ist es auch möglich, durch Gewinnen der Differenz des Phasenverschiebungsbetrages an dem Übergang zwischen dem gesättigten Bereich an dem unteren Grenzwert des digitalen Wertes des Phasenverschiebungsbetrages und dem normal sich ändernden Bereich, wie oben beschrieben, und durch Betrachtung, ob die Differenz innerhalb des festgelegten Bereichs liegt oder nicht, zu bestimmen, ob der Drehsensor ungestört ist oder gestört ist.
Anstatt der Bereitstellung sowohl des oberen als auch des unteren Grenzwertes des digitalen Wertes, der, wie oben beschrieben, den Phasenverschiebungsbetrag darstellt, ist es auch möglich, nur den oberen Grenzwert oder den unteren Grenzwert bereitzustellen, und die Sensorstörung, die mit dem Positionsversatz zusammenhängt, der beim Montieren des Drehsensors auftritt, nur aus dem digitalen Wert des Phasenverschiebungsbetrages aus einem der oben beschriebenen Werte oberer Grenzwert und unterer Grenzwert zu bestimmen.
Nachfolgend wird eine zweite Modifikation der vorstehend genannten dritten Ausführungsform beschrieben. Bei der zweiten Modifikation ist die Erregerspule an der Rotormesseinheit an der in Umfangsrichtung festgelegten Position angeordnet, und die Erregerspule ist mit der Schwingungseinheit, der Phasenverschiebungseinheit und der Phasenverschiebungsbetragserfassungseinheit verbunden.
Die Signalverarbeitungsschaltung der zweiten (nicht dargestellten) Modifikation ist wie folgt aufgebaut. Die Phasenverschiebungsbetragserfassungseinheit ist mit der Phasenverschiebungsbetragskonvertiereinheit so verbunden, dass der Phasenverschiebungsbetrag in den Spannungswert umgewandelt wird. Die Phasenverschiebungsbetragskonvertiereinheit ist mit der Verstärkungseinheit verbunden, und, wie bei der oben beschriebenen Ausführungsform, wird der in den Spannungswert konvertierte Phasenverschiebungsbetrag an dem oberen Grenzwert und dem unteren Grenzwert durch Änderung der Verstärkung der Verstärkungseinheit gesättigt. Dann werden der gesättigte Bereich des gesättigten Phasenverschiebungsbetrages und der festgelegte Grenzwert verglichen, um die Sensorstörung zu detektieren. Insbesondere versteht es sich, wenn, wie in 34 dargestellt, die Breite Y des flachen Bereichs in dem gesättigten Bereich des Grenzwertes des Phasenverschiebungsbetrages den Grenzwert übersteigt, der durch eine Breite eines bestimmten, in 35 dargestellten Bereichs (minimal erlaubte Breite y1 und maximal erlaubte Breite y2) definiert ist, dass der Phasenverschiebungsbetrag in vertikaler Richtung in den unerlaubten Bereich verschoben ist. Da dies anzeigt, dass die Erregerspule in radialer Richtung der Messeinheit in den unerlaubten Bereich verschoben ist, wird in diesem Fall eine Störung des Drehsensors bestimmt.
Auf diese Weise kann, auch wenn die Erregerspule an der Messeinheit nur an einer Stelle in Umfangsrichtung angeordnet ist, und wenn der Verschiebungsbetrag des Ausgangssignals, der mit dem bei der Montage des Drehsensors auftretenden Versatz verbunden ist, in den unerlaubten Bereich fällt, der Drehsensor ohne Hinzufügen einer speziellen Störungsdiagnoseschaltung als gestört bewertet werden, und zwar durch Vergleichen der Breite des gesättigten Bereichs des Spannungswertes des gesättigten Phasenverschiebungsbetrages und des festgelegten Grenzwertes.
Anstatt einer Sättigung des Phasenverschiebungsbetrages an dem festgelegten oberen Grenzwert und dem unteren Grenzwert durch Änderung der Verstärkung der Verstärkungseinheit wie bei der zweiten Ausführungsform, ist es alternativ auch möglich, sowohl den oberen als auch den unteren Grenzwert der Spannungswerte des Phasenverschiebungsbetrages oder einen davon über eine eine Diode nutzende Begrenzerschaltung zu sättigen und die Störung des Drehsensors auf Grundlage der Breite des Bereichs des gesättigten flachen Abschnitts zu bestimmen.
Bei der zweiten Ausführungsform ist es auch möglich, den Phasenverschiebungsbetrag mittels der Phasenverschiebungsbetragskonvertiereinheit in einen digitalen Wert zu konvertieren und die Störungsdiagnose auf Grundlage des digitalen Wertes durchzuführen, wie bei der oben beschriebenen ersten Modifikation.
Obwohl die Störungsbestimmung des Drehsensors bei der zweiten Ausführungsform mit nur einer Erregerspule durchgeführt werden kann, auch wenn der Drehsensor mit einer Vielzahl von Erregerspulen versehen ist, ist es möglich, die Störung des Drehsensors unter Verwendung nur einer der Erregerspulen zu bestimmen, und es ist auch möglich, die Störungsbestimmung des Drehsensors durch die jeweiligen Erregerspulen auf Grundlage des Phasenverschiebungsbetrages der betreffenden Erregerspule durchzuführen. Dementsprechend kann, wenn der Drehsensor in einem Zustand montiert wird, in dem die Erregerspulen in radialer Richtung der Messeinheit um einen unerlaubten Betrag versetzt sind, der Drehsensor stets als gestört bewertet werden.
Mit anderen Worten kann eine Störung des Drehsensors ohne Detektion des Drehwinkels einschließlich des Detektionsfehlers bestimmt werden, wenn ein unerlaubter Positionsversatz zwischen der Messeinheit des Rotors und der Erregerspule des Drehsensors auftritt.
Mit anderen Worten kann bei all den oben beschriebenen Ausführungsformen der Spulenkern 492 einen Aufbau aufweisen, so dass er an dem Halteelement 490 angeordnet ist, wie in 36 dargestellt. In diesem Fall kann das Halteelement 490 als Schaltungsplatte dienen. Insbesondere sind, wie in 36 dargestellt, Kernkörper 431a, 432a vorgesehen, die einen ringförmigen Hohlraumbereich auf Seiten der oberen Stirnseite zur Aufnahme der jeweiligen Erregerspulen und der Erregerspulen 431b, 432b aufweisen, die in dem Kernkörper 431a, 432a aufgenommen sind. Entsprechend umfassen die stationären Kerne 441, 442 an der anderen Seite ebenfalls Kernkörper 441a, 442a, die aus isolierendem magnetischem Material gebildet sind, und Erregerspulen 441b, 442b, die in dem Kernkörper 441a, 442a aufgenommen sind. Dann werden das aus den Erregerspulen 431b, 432b bestehende Paar und das aus den Erregerspulen 441b, 442b bestehende Paar jeweils in Reihe miteinander verbunden, elektrisch mit der Signalverarbeitungsschaltung des Halteelementes 490 verbunden und diese bilden ein magnetisches Wechselfeld rings um die Spule durch Einspeisen eines Erregerwechselstroms aus, so dass ein Magnetkreis zwischen den Paaren stationärer Kerne aufgebaut wird.
Der oben ausgehend von verschiedenen Ausführungsformen beschriebene Drehsensor nach der Erfindung ist geeignet zur Detektion des Drehwinkels der Lenkvorrichtung eines Fahrzeugs, die eine leichte Montage erfordert und bei der eine hohe Detektiergenauigkeit erforderlich ist, die in beträchtlicher Weise Schwingungen ausgesetzt wird, und bei der ein Spiel zwischen der Messeinheit des Rotors und der Erregerspule in gewissem Maße erlaubt ist. Jedoch kann der Drehsensor nach der Erfindung bei allen Konstruktionen angewendet werden, wie z. B. bei denjenigen, bei denen der relative Drehwinkel oder das Drehmoment zwischen den sich drehenden Wellen, die sich drehen und dabei schwingen wie ein Roboterarm, gewonnen werden, oder denjenigen, die eine Möglichkeit aufweisen, dass die Messeinheit des Rotors und die Erregerspule in Abhängigkeit von dem Montagezustand versetzt werden können.

Claims

Drehsensor zur Detektion des Drehwinkels einer sich drehenden Welle, umfassend: einen Rotor, der an der sich drehenden Welle befestigt ist und eine leitfähige Messeinheit aufweist, deren Breite sich in Umfangsrichtung ändert; und stationäre Kerne, die jeweils eine Erregerspule zur Bildung eines Magnetkreises bezüglich der Messeinheit des Rotors durch Einspeisen eines Erregerwechselstroms aufweisen und einen Kernkörper umfassen, der aus magnetischem Material gebildet ist und die Erregerspule hält, und die an einem befestigten Element befestigt sind und so angeordnet sind, dass sie der Messeinheit des Rotors in einem Abstand in Axialrichtung der Welle gegenüberliegen, dadurch gekennzeichnet, dass die stationären Kerne an zwei Positionen angeordnet sind, die jeweils einen Achswinkel bezüglich der Achse der Welle aufweisen, der von im Wesentlichen 180° abweicht.
Drehsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die stationären Kerne paarweise einander gegenüberliegend an geordnet sind, wobei die Messeinheit des Rotors zwischengeschaltet ist.
Drehsensor nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Achswinkel, der zwischen den stationären Kernen an den beiden Stellen bezüglich der Achse der Welle gebildet ist, im Wesentlichen 90° beträgt.
Drehsensor nach Anspruch 1 bis Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Erregerspulen jeweils mit einer Schwingungseinheit, einer Phasenverschiebungseinheit und einer Phasenverschiebungsbetragserfassungseinheit verbunden sind, und dadurch, dass der Drehwinkel des Rotors auf Grundlage der Phasenverschiebungsbeträge, die mittels der Phasenverschiebungsbetragserfassungseinheit der jeweiligen Erregerspulen gewonnen werden, und der Phasenverschiebungsbeträge, die durch Reversieren der Phasenverschiebungsbeträge gewonnen werden, ermittelt wird.
Drehsensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Fall, in dem die Differenz zwischen den jeweiligen Phasenverschiebungsbeträgen und dem jeweils reversierten Phasenverschiebungsbetrag innerhalb eines bestimmten Bereichs liegt, festgelegt wird, dass ein Übergangsbereich der Vielzahl von Ausgangssignalbereichen der Phasenverschiebungsbeträge zur Ermittlung des Drehwinkels des Rotors oder ein Abschnitt in der Nähe eines solchen vorliegt.
Drehsensor nach Anspruch 1 bis Anspruch 5, des weiteren umfassend ein Gehäuse zur Aufnahme des Rotors, des Befestigungsele mentes und der stationären Kerne und umfassend einen Befestigungseingriffsabschnitt zur Befestigung an einem Befestigungselement an der Gegenseite, dadurch gekennzeichnet, dass die stationären Kerne symmetrisch bezüglich einer Verbindungslinie angeordnet sind, die eine Mittelachse der sich drehenden Welle und den Befestigungseingriffsabschnitt des Gehäuses verbindet.
Drehsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erregerspulen der jeweiligen stationären Kerne eine Phasenverschiebungseinheit bilden, und die Phasenverschiebungseinheit mit der Schwingungseinheit und der Phasenverschiebungsbetragserfassungseinheit verbunden ist; und wobei eine Sensorstörung auf Grundlage der Beziehung zwischen dem Wert des Phasenverschiebungsbetrages, der mittels der Phasenverschiebungsbetragserfassungseinheit einer der Erregerspulen gewonnen wird, und dem Wert des Phasenverschiebungsbetrages, der mittels der Phasenverschiebungsbetragserfassungseinheit der anderen Erregerspule gewonnen wird, detektiert wird.
Drehsensor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein kritischer Grenzwert zur Bestimmung der Amplitude des Phasenverschiebungsbetrages festgelegt wird, der mittels der Phasenverschiebungsbetragserfassungseinheit, die mit einer beliebigen aus der Mehrzahl der Erregerspulen verbunden ist, gewonnen wird, und unter Verwendung des kritischen Referenzwertes, der durch die Beziehung zwischen dem Referenzgrenzwert zur Bestimmung und der Amplitude des Phasenverschiebungsbetrages, der mittels der Phasenverschiebungsbetragserfassungseinheit gewonnen wird, die mit einer der Erregerspulen verbunden ist, die Sensorstörung auf Grundlage des Wertes des Phasenverschiebungsbetrages detektiert wird, der mittels der Phasenverschiebungsbetragserfassungseinheit einer anderen Erregerspule gewonnen wird, ein Abschnitt zum Vergleich des Phasenverschiebungsbetrages einer der Erregerspulen mit dem Phasenverschiebungsbetrag der anderen Erregerspule einen Übergang zwischen einem flachen Bereich, der den kritischen Referenzgrenzwert des Phasenverschiebungsbetrages einer der Erregerspulen darstellt, und einen sich normal ändernden Bereich darstellt.
Drehsensor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehsensor eine Phasenverschiebungsbetragskonvertiereinheit umfasst und das Verarbeitungssignal zur Detektion der Sensorstörung eine Spannung ist, die aus dem Phasenverschiebungsbetrag konvertiert ist.
Drehsensor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehsensor die Phasenverschiebungsbetragskonvertiereinheit umfasst; und dadurch gekennzeichnet, dass das Verarbeitungssignal zur Detektion der Sensorstörung ein digitales Signal ist, das aus dem Phasenverschiebungsbetrag konvertiert ist.
Drehsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erregerspulen der jeweiligen stationären Kerne die Phasenverschiebungseinheit bilden und die Phasenverschiebungseinheit mit der Schwingungseinheit und der Phasenverschiebungsbetragserfassungseinheit verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorstörung durch Bestimmung des oberen Grenzwertes und/oder des unteren Grenzwertes für die Amplitude des Phasenverschiebungsbetrages detektiert wird, der mittels der mit der Erregerspule verbundenen Phasenverschiebungsbetragserfassungseinheit gewonnen wird, der Phasenverschiebungsbetrag auf einen bestimmten konstanten Wert geglättet wird und die Breite des flachen Bereichs des geglätteten Phasenverschiebungsbetrages mit einem festgelegten Grenzwert verglichen wird.