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Rotationserfassungsvorrichtung - Dokument DE102005052245A1
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE102005052245A1 04.05.2006
Titel Rotationserfassungsvorrichtung
Anmelder Denso Corp., Kariya, Aichi, JP
Erfinder Tokuhara, Minoru, Kariya, Aichi, JP;
Kato, Yukihiro, Kariya, Aichi, JP
Vertreter WINTER, BRANDL, FÜRNISS, HÜBNER, RÖSS, KAISER, POLTE, Partnerschaft, 85354 Freising
DE-Anmeldedatum 02.11.2005
DE-Aktenzeichen 102005052245
Offenlegungstag 04.05.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 04.05.2006
IPC-Hauptklasse G01P 3/44(2006.01)A, F, I, 20051102, B, H, DE
IPC-Nebenklasse G01P 3/488(2006.01)A, L, I, 20051102, B, H, DE   G01D 5/245(2006.01)A, L, I, 20051102, B, H, DE   
Zusammenfassung Eine Rotationserfassungsvorrichtung zum Erfassen eines rotierenden Objekts beinhaltet ein Gehäuse, das ein Lager und eine Montageoberfläche aufweist, ein rotierendes Teil, das einen magnetischen Umfangsabschnitt und eine Drehwelle aufweist, die durch das Lager gehalten wird, einen Vormagnetisierungs-Permanentmagnet zum Vorsehen eines Magnetfelds um die Montageoberfläche und den Magnetumfangsabschnitt, einen IC-Sensorchip, der mehrere Magnetsensorelemente beinhaltet, die auf der Montageoberfläche angeordnet sind, um ein Sensorsignal vorzusehen, das sich auf eine Änderung des Magnetfelds um die Sensorelemente bezieht, und einen IC-Signalverarbeitungschip, der ein Rotationssignal in Übereinstimmung mit dem Erfassungssignal vorsieht. Bei dieser Vorrichtung sind das Lager und die Montageoberfläche integral in dem Gehäuse an einem vorgeschriebenen Abstand ausgebildet, um einen unveränderten Luftspaltabstand sicherzustellen.

Beschreibung[de]
HINTERGRUND DER ERFINDUNG Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Rotationserfassungsvorrichtung zum Erfassen eine Rotation eines Fahrzeugmotors, einer Raddrehzahl oder der gleichen und insbesondere eine Rotationserfassungsvorrichtung, die Magnetwiderstandselemente oder Hall-Elemente verwendet.

Die US 6,366,079 B1 oder die JP-A-2001-153683, welche eine Veröffentlichung ihrer entsprechenden japanischen Patentanmeldung ist, offenbaren eine gemeinsame Dreherfassungsvorrichtung. Eine derartige Dreherfassungsvorrichtung liefert Rotationsdaten einer Motorkurbelwelle durch Erfassen von Änderungen in einem Magnetfeld, das durch eine Drehung eines rotierenden magnetischen Teils verursacht wird, das sich durch die Motorkurbelwelle dreht. Wie es in 6 gezeigt ist, beinhaltet eine derartige Rotationserfassungsvorrichtung eine Brückenschaltung 3 von vier Magnetwiderstandssensoren MRE1, MRE2, MRE3, MRE4 und eine Signalverarbeitungsschaltung, welche in einem IC-Chip ausgebildet sind. Der IC-Chip ist auf einer Oberfläche eines Teils angeordnet, das in einem Abstand L von dem rotierenden magnetischen Teil ausgebildet ist. Die Signalverarbeitungsschaltung beinhaltet einen Differenzialverstärker 4 und einen Komparator 5. Der IC-Chip ist mit einem Beschichtungsteil aus Harzmaterial bedeckt, von welchem elektrische Anschlüsse, die einen Energieversorgungsanschluss, an den eine Spannung (+V) anzulegen ist, ein Ausgangsanschluss T2 und ein Masseanschluss herausgezogen sind. In dieser gemeinsamen Rotationserfassungsvorrichtung verursacht eine Änderung des Abstands der Magnetwiderstandssensoren und des rotierenden magnetischen Teils einen von Hauptfehlern der Rotationsdaten.

Die US 6,812,694 B2 und ihre entsprechende japanische Patenanmeldung JP-A-2004-301645 offenbaren eine andere gemeinsame Rotationserfassungsvorrichtung. Bei dieser Rotationserfassungsvorrichtung wird ein ähnliches Problem durch eine Änderung des Abstands zwischen den Magnetwiderstandssensoren und dem rotierenden magnetischen Teil verursacht.

KURZFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Rotationserfassungsvorrichtung zu schaffen, die Magnetsensoren aufweist, die an einem genaueren Abstand von einem rotierenden magnetischen Teil festgelegt werden können.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Rotationserfassungsvorrichtung zu schaffen, die einfach Erfassungsfehler korrigiert.

Diese Aufgaben werden mit den in Anspruch 1 und 8 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Gemäß einem Hauptmerkmal der Erfindung beinhaltet eine Rotationserfassungsvorrichtung zum Erfassen eines rotierenden Objekts ein Gehäuse, das ein Lager und eine Montageoberfläche aufweist, ein rotierendes Teil, das einen magnetischen Umfangsabschnitt und eine Drehwelle aufweist, die mit dem rotierenden Objekt verbindbar ist und von dem Lager gehalten wird, einen Vormagnetisierungs-Permanentmagnet zum Liefern eines Magnetfelds um die Montageoberfläche und den magnetischen Umfangsabschnitt, einen Halbleiterchip, der mehrere Magnetsensorelemente beinhaltet, die auf der Montageoberfläche angeordnet sind, und eine Einrichtung zum Liefern eines Rotationssignals gemäß dem Erfassungssignal, das von dem Sensorchip geliefert.

In der vorhergehenden Rotationserfassungsvorrichtung sind das Lager und die Montageoberfläche integral mit dem Gehäuse an einem vorgeschriebenen Abstand ausgebildet. Weiterhin beinhaltet der Halbleiterchip eine Signalverarbeitungsschaltung, die einen nichtflüchtigen Speicher beinhaltet, zum Speichern von Einstellungsdaten, um eine Änderung eines Erfassungssignals auf Grund des vorgeschriebenen Abstands einzustellen.

Das Magnetsensorelement kann ein Magnetwiderstandselement beinhalten. Vorzugsweise ist der Magnetumfangsabschnitt ein Zahnradteil und ist die Montageoberfläche senkrecht zu der Drehwelle auf einer imaginären Ebenen ausgebildet, die das rotierende Teil an seiner axialen Mitte schneidet. In diesem Ausführungsbeispiel kann der Vormagnetisierungs-Permanentmagnet eine zylindrische Form aufweisen, die den Halbleiterchip umgibt.

Bei der Rotationserfassungsvorrichtung, wie sie zuvor beschrieben worden ist, kann der Halbleiterchip weiterhin einen Dateneingangsanschluss, der sich von dem nichtflüchtigen Speicher ausdehnt, zum Eingeben von Daten von außerhalb beinhalten, nachdem der Halbleiterchip auf die Montageoberfläche montiert worden ist.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Rotationserfassungsvorrichtung zu schaffen, die eine genauen Rotationszustand auch dann erfassen kann, wenn es eine Änderung des Abstands zwischen dem rotierenden Teil und dem Halbleiterchip gibt.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung beinhaltet eine Rotationserfassungsvorrichtung zum Erfassen eines rotierenden Objekts ein Paar von Magnetsensoreinheiten, die voneinander beabstandet in einem vorbestimmten Abstand angeordnet sind, um Magnetvektorerfassungssignale zu liefern, einen Vormagnetisierungs-Permanentmagnet, ein rotierendes Teil, das eine erste Einrichtung zum Ändern eines Magnetfelds um die Magnetsensoreinheiten und eine zweite Einrichtung zum Vergleichen der Erfassungssignale mit einem Schwellwert aufweist, um ein binäres Signal zu liefern. Weiterhin beinhaltet die erste Einrichtung eine Mehrzahl von Teilen auf dem Umfang des rotierenden Elements, von dem jedes in dem gleichen vorgeschriebenen Abstand voneinander angeordnet ist, um den magnetischen Sensoreinheiten in einem Endabstand gegenüberzuliegen. Diese Rotationserfassungsvorrichtung kann weiterhin eine Versatzeinstellungsschaltung zum Beseitigen einer Versatzkomponente beinhalten, die in den Magnetvektorerfassungssignalen enthalten ist. Die Versatzeinstellungsschaltung kann einem Koppelkondensator und Spannungsteilerwiderstände beinhalten.

Diese Rotationserfassungsvorrichtung kann einen Differenzialverstärker beinhalten, der mit dem Paar von Magnetsensoren verbunden ist. Die erste Einrichtung kann einen zahnradartigen Magnetrotor beinhalten, der eine Mehrzahl von Zähnen auf seinem Umfang oder Magnetpole eines Permanentmagneten aufweist. Die Magnetsensoreinheit kann ein Magnetwiderstandselement oder ein Hall-Element sein.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Die vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert.

Es zeigt:

1 eine schematische und perspektivische Ansicht einer Rotationserfassungsvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, von welchem ein Deckel abgenommen ist;

2 eine quergeschnittene Seitenansicht der Rotationserfassungsvorrichtung, die in 1 gezeigt ist;

3 eine Seitenansicht der Rotationserfassungsvorrichtung, die in 4 gezeigt ist;

4 ein Ersatzschaltbild eines Halbleiterchip der Rotationserfassungsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;

5A bis 5F Schritte zum Herstellen der Rotationserfassungsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;

6 einen Stromlaufplan eines Halbleiterchip einer Rotationserfassungsvorrichtung im Stand der Technik;

7 eine schematische Darstellung einer Rotationserfassungsvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

8 eine vergrößerte Ansicht der Details um Magnetsensorelemente und eines rotierenden Teils;

9 ein Stromlaufplan eines Halbleiterchip der Rotationserfassungsvorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

10A bis 10C ein Zeitablaufsdiagramm von Signalwellen in dem Ersatzschaltbild, das in 9 gezeigt ist;

11A und 11B Graphen, die jeweils eine Beziehung zwischen Drehwinkeln des rotierenden Teils und von Ablenkungswinkeln eines Magnetvektors zeigen;

12 ein Ersatzschaltbild eines Halbleiterchip der Rotationserfassungsvorrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

13 eine schematische Darstellung einer Änderung der Magnetsensorelemente der Rotationserfassungsvorrichtung gemäß der Erfindung; und

14 eine schematische Darstellung einer Änderung eines rotierenden Teils und der Magnetwiderstandselemente der Rotationserfassungsvorrichtung gemäß der Erfindung.

DETAILIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Eine Rotationserfassungsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 4 und die 5A bis 5F beschrieben.

Wie es in 1 gezeigt ist, besteht die Rotationserfassungsvorrichtung aus einem Gehäuse 1, einem zahnradähnlichen rotierenden Magnetteil 20, einem Magneterfassungs-Halbleiterchip 30, einem Vormagnetisierungs-Permanentmagnet 40 und einem Deckel 50.

Wie es in den 2 und 3 gezeigt ist, besteht das Gehäuse aus einem isolierenden Harzteil, das einen Lagerabschnitt 11 zum Halten von einem Ende einer Drehwelle 21 des Rotors 20 und eine Chipmontageoberfläche 10a aufweist, die senkrecht zu der Drehwelle 21 auf einer imaginären Ebenen x ausgebildet ist, die sich durch den axialen Mittenabschnitt des rotierenden Magnetteils 20 ausdehnt. Der Halbleiterchip 30, welcher einen Magnetsensorchip 31 und einen Signalverarbeitungschip 32 beinhaltet, ist direkt auf der Chipmontageoberfläche 10a befestigt. Da der Lagerabschnitt 11 und die Chipmontageoberfläche 10a integral mit dem Gehäuse 10 ausgebildet sind, ist es einfach, einen genauen Abstand zwischen dem rotierenden Magnetteil 20 und dem Magnetsensorchip 31 oder den Magnetsensorelementen vorzusehen. Es ist ebenso einfach, die Wellenform des Ausgangssignals des Sensorchip 30 auch dann einzustellen, wenn es einen Fehler des Abstands zwischen dem rotierenden Magnetteil 20 und dem Halbleiterchip 30 gibt.

Das rotierende Magnetteil 20, welches von der Drehwelle 21 gehalten wird, ist mit einer Motorkurbelwelle durch einen Verbindungsmechanismus 22 verbunden, der Zahnräder oder dergleichen beinhaltet. In diesem Fall erfasst die Rotationserfassungsvorrichtung Rotationsdaten der Kurbelwelle aus dem Ausgangssignal des Halbleiterchip. Der Vormagnetisierungs-Permanentmagnet 40 weist eine zylindrische Form auf, die den Halbleiterchip 30 umgibt, um ein Magnetfeld um ihn auszubilden. Eine zylindrische Abdeckung 41 ist an einem hervorstehenden Abschnitt des Gehäuses befestigt, um den Halbleiterchip 30 und den Vormagnetisierungs-Permanentmagnet 40 zu bedecken. Der Deckel 50 ist an dem Gehäuse 10 befestigt, um alle der Elemente der Rotationserfassungsvorrichtung zu bedecken. Der Deckel 50 weist einen Lagerabschnitt 51 auf, wie es in 1 gezeigt ist, welcher das andere Ende der Drehwelle 21 hält. Das Gehäuse 10 und der Deckel 50 können Lüftungslöcher zum Kühlen der Rotationserfassungsvorrichtung aufweisen.

Wie es in 4 gezeigt ist, beinhaltet der Sensorchip 31 vier Magnetwiderstandselemente und sieht der Signalverarbeitungschip 32 ein primäres Signal als sein Ausgangssignal aus dem Ausgangssignal des Sensorchip 31 vor. Das Magnetwiderstandselement ändert seinen Widerstand, wenn sich das rotierende Magnetteil 20 dreht, um dadurch ein Magnetfeld zu ändern, das durch den Vormagnetisierungs-Permanentmagnet 40 verursacht wird. Der Signalverarbeitungschip 32 beinhaltet einen nichtflüchtigen Speicher, der Einstellungsdaten speichert, um die Wellenform des Ausgangssignals einzustellen oder zu korrigieren. Der Sensorchip 31 und der Signalverarbeitungschip 32 sind jeweils mit einem Anschluss T11 einer elektrischen Energieversorgungsquelle, einem Ausgangsanschluss T12 und einem Masseanschluss T13 verbunden. Ein Ende der Anschlüsse T11, T12 und T13 ist in einen Außenumfangsabschnitt des Gehäuses 10 eingegossen und das andere Ende von diesem dehnt sich nach außen aus, wie es in 2 gezeigt ist. Der Ausgangsanschluss T12 ist zum Beispiel mit einer Zündzeitpunkt-Steuervorrichtung verbunden, um ein Ausgangssignal des Signalverarbeitungschip 32 zu senden.

Ein Dateneingangsanschluss T14 ist über eine offene Vertiefung 12, welche in den 3 und 5A bis 5F gezeigt ist, aus dem Gehäuse herausgezogen, um die Einstellungsdaten in den nichtflüchtigen Speicher einzugeben. Anders ausgedrückt weist das Gehäuse eine Vertiefung zum Freilegen der Anschlüsse T11, T12, T13 und T14 nach außen auf. Wenn die Einstellungsdaten eingegeben werden, ist der Öffnungsabschnitt der Vertiefung 12 mit einem Isolationsmaterial bedeckt. Der Anschluss T14 kann sich wie die Anschlüsse T11, T12 und T13 nach außen ausdehnen.

Der Halbleiterchip 30 beinhaltet den Sensorchip 31 und den Signalverarbeitungschip 32, welche getrennt oder in einem Chip integriert sein können. Der Sensorchip 31 beinhaltet eine Brückenschaltung von vier Magnetwiderstandselementen MRE11 bis MRE14. Die Elemente MRE11 und MRE12 sind in Reihe geschaltet, um eine Halbbrückenschaltung auszubilden, und die Elemente MRE13 und MRE14 sind ebenso in Reihe geschaltet, um eine andere Halbbrückenschaltung auszubilden. Die Elemente MRE11 und MRE13 und die Elemente MRE12 und MRE14 sind jeweils derart verbunden, dass beide Reihenschaltungen parallel geschaltet sind, um eine Vollbrückenschaltung auszubilden. Der Verbindungspunkt der Elemente MRE11 und MRE13 ist mit einem Anschluss T11 verbunden, von welchem eine Konstantspannung +V (zum Beispiel 5 V) an die Brückenschaltung angelegt wird. Der Verbindungspunkt der Elemente MRE12 und MRE14 ist über den Anschluss T13 an Masse gelegt. Der Verbindungspunkt der Elemente MRE11 und MRE12 und der Verbindungspunkt der Elemente MRE13 und MRE14 ist jeweils mit einem Differenzialverstärker 32A der Signalverarbeitungsschaltung 32 verbunden, um Spannungssignale Va und Vb zu senden.

Der Signalverarbeitungschip 32 beinhaltet den Differenzialverstärker 32a, einen Komparator 32b und eine Speicherschaltung 32c, die einen nichtflüchtigen Speicher beinhaltet. Der Differenzialverstärker 32a verstärkt die Differenz zwischen den Spannungssignalen Va und Vb und sendet das verstärkte Signal zu dem Komparator 32b, welcher das verstärkte Signal zu einem binären Signal oder einem Pulssignal wandelt. Der Komparator 32b liefert das binäre Signal mit einem Schwellwertpegel Vth, der ein Bruchteil der Konstantspannung +Vc ist, die von einer spannungsteilenden Reihenschaltung von Widerständen R1 und R2 geliefert wird. Die Speicherschaltung 32c wird über den Anschluss T11 mit Energie versorgt und sendet dem Differenzialverstärker 32a ein Spannungssignal (analoges Signal), das auf der Grundlage der Einstellungsdaten besteht, die in dem nichtflüchtigen Speicher gespeichert sind, über den Dateneingangsanschluss T14. Die Speicherschaltung 32c dient dazu, einen Versatzwert des verstärkten Signals des Differenzialverstärkers 32a und seine Änderung auf Grund einer Temperaturänderung einzustellen.

Wenn die Einstellungsdaten gespeichert werden, wird ein serielles Spannungsmodulationssignal über den Dateneingangsanschluss T14 in den nichtflüchtigen Speicher eingegeben. Das Spannungsmodulationssignal beinhaltet ein Taktsignal und Einstellungsdaten, wie es in 4 gezeigt ist. Die Speicherschaltung 32c demoduliert das Spannungsmodulationssignal in das Taktsignal und die Einstellungsdaten, um die Einstellungsdaten in vorgeschriebene Adressen des nichtflüchtigen Speichers zu schreiben. Genauer gesagt wird ein Stück der Einstellungsdaten, das jedem Taktsignal entspricht, in einer vorgeschriebenen Adresse des nichtflüchtigen Speichers verriegelt. Unterdessen wird ein Schreibspannungssignal (zum Beispiel 12,6 V) über den Dateneingangsanschluss T14 an den nichtflüchtigen Speicher angefegt. Daher werden die Einstellungsdaten in dem nichtflüchtigen Speicher gespeichert. Der nichtflüchtige Speicher weist eine Funktion eines Auslesens der Einstellungsdaten auf, so dass die Beziehung zwischen den gespeicherten Einstellungsdaten und einer Einstellungsamplitude oder einem Versatz des Ausgangssignals des Differenzialverstärkers 32a erfasst werden kann.

Wenn sich das rotierende Magnetteil 20 dreht, liefert der Verarbeitungsschritt 32 ein binäres Signal, das einer Position der Motordrehwelle entspricht, an den Ausgangsanschluss T12. Die Wellenform des Ausgangssignals, das an dem Ausgangsanschluss T12 vorgesehen wird, wird derart eingestellt oder korrigiert, dass ein Fehler auf Grund der Änderung des Abstands zwischen den Magnetwiderstandselementen MRE11 bis MRE14 und dem rotierenden Magnetteil verringert oder beseitigt werden kann.

Die Rotationserfassungsvorrichtung wird zusammengebaut, wie es in den 5A bis 5F gezeigt ist. Wie es in 5A gezeigt ist, wird die Montageoberfläche 10a zusammen mit dem Lagerabschnitt 11, dem Energieversorgungsquellenanschluss T11, dem Ausgangsanschluss T12, dem Masseanschluss T13 und dem Einstellungsdaten-Eingangsanschluss T14 und den Vertiefungen 12 zuvor in dem Gehäuse 10 ausgebildet. Dann werden der Sensorchip 31 und der Signalverarbeitungschip 32 über einen Klebstoff, wie zum Beispiel eine Ag-Paste an der Montageoberfläche 10a befestigt, wie es in 5B gezeigt ist. Danach werden der Energieversorgungsquellenanschluss T11, der Ausgangsanschluss T12, der Masseanschluss T13 und der Einstellungsdaten-Eingangsanschluss T14 durch Kontaktierungsdrähte mit dem Sensorchip 31 bzw. dem Signalverarbeitungschip 32 verbunden, wie es in 5C gezeigt ist. Nachfolgend wird eine Schutzschicht oder ein Schutzfilm auf diese auf die Montageoberfläche 10a aufgetragen. Daher sind der Sensorchip 31 und der Signalverarbeitungschip 32 integral mit dem Gehäuse 10 verbunden. In dem nächsten Schritt, der in 5D gezeigt ist, wird der Permanentmagnet 40 an dem Gehäuse 10 befestigt, um den Sensorchip 31 zu umgeben. Dann wird die zylindrische Abdeckung 41 auf einem hervorstehenden Abschnitt 10 befestigt und geglüht, um den Halbleiterchip 30 und den Vormagnetisierungs-Permanentmagnet 40 zu bedecken, wie es in 5E gezeigt ist. Danach wird die Drehwelle 21 in den Lagerabschnitt 11 des Gehäuses 10 eingeführt, um das rotierende Magnetteil 20 an dem Gehäuse 10 zu befestigen, so dass der Abstand zwischen den Magnetwiderstandselementen MRE11 bis MRE14 und dem rotierenden Magnetteil 20 mit einer hohen Genauigkeit eingestellt werden kann. Danach werden Einstellungsdaten über den Dateneingangsanschluss T14 zu dem nichtflüchtigen Speicher des Signalverarbeitungschip 32 gesendet und in den nichtflüchtigen Speicher geschrieben. Deshalb kann auch dann, wenn der Abstand zwischen den Magnetwiderstandselementen MRE11 bis MRE14 und dem rotierenden Magnetteil 20 nicht sehr genau ist, die Wellenform des Ausgangssignals, das an dem Ausgangsanschluss T12 vorgesehen wird, in Übereinstimmung mit den Einstellungsdaten genau eingestellt werden, die in dem nichtflüchtigen Speicher gespeichert sind. Schließlich wird der Öffnungsabschnitt der Vertiefung 12 mit einem Teil 12a bedeckt, das aus einem isolierenden Material besteht, wie es in 5F gezeigt ist.

Die Vertiefung 12 kann weggelassen werden, wenn die Einstellungsdaten über den Dateneingangsanschluss T14 auf irgendeine andere Weise zu dem nichtflüchtigen Speicher gesendet werden können. Der Vormagnetisierungs-Permanentmagnet 40 kann unterschiedlich geformt oder unterschiedlich um den Halbleiterchip angeordnet sein, wenn er im Wesentlichen das gleiche Magnetfeld vorsehen kann. Die Position des Halbleiterchip 30 kann geändert werden, wenn er im Wesentlichen die gleiche Funktion durchführt. Die Magnetwiderstandselemente können durch andere Sensoren ersetzt werden, die das Magnetfeld erfassen, wie zum Beispiel Aufnahmespulen, wenn die Sensorfunktion im Wesentlichen die gleiche ist. Das Gehäuse 10 kann aus einem anderen als Harzmaterial bestehen, wenn die Lager und die Halbleiterchip-Montageoberfläche integral mit dem Gehäuse 10 ausgebildet sind.

Eine Rotationserfassungsvorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird unter Bezugnahme auf die 7 bis 11 beschrieben. Im Übrigen bezeichnen die gleichen Bezugszeichen wie in dem ersten Ausführungsbeispiel, die in den folgenden Darstellungen verwendet werden, die gleichen oder im Wesentlichen die gleichen Teilabschnitte oder Zusammensetzungen wie in dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Wie es in 7 gezeigt ist, besteht eine Sensoreinheit S aus einem Halbleiterchip 32 und einem Vormagnetisierungs-Permanentmagnet 40. Der Sensorchip 32 ist an einer Position angeordnet, die einem rotierenden Magnetteil 20 gegenüberliegt, um von dem Vormagnetisierungs-Permanentmagnet 40 umgeben zu werden. Das rotierende Magnetteil 20 weist einen zahnradähnlichen Umfang auf.

Wie es in 8 gezeigt ist, beinhaltet der Sensorchip 32 eine Halbbrückenschaltung von Magnetwiderstandselementen MRE11 und MRE12 und eine andere Halbbrückenschaltung von Magnetwiderstandselementen MRE13 und MRE14. Die zwei Halbbrückenschaltungen bilden eine Brückenschaltung B aus. Die Magnetwiderstandselemente MRE11 und MRE12 sind derart angeordnet, dass sie an einer ersten Linie geneigt sind, die parallel zu der Achse des Vormagnetisierungs-Permanentmagneten 40 ist, um eine umgekehrte V-Form auszubilden, und die Magnetwiderstandselemente MRE13 und MRE14 sind ebenso derart angeordnet, dass sie an einer zweiten Linie geneigt sind, die parallel zu der Achse des Vormagnetisierungs-Permanentmagneten 40 ist, um die gleiche umgekehrte V-Form auszubilden. Der Abstand oder die Teilung PT zwischen der ersten Linie und der zweiten Linie ist gleich einer Hälfte der Teilung zwischen zwei Zähnen (oder einer Teilung zwischen der Mitte des Zahns und der Mitte des Bodens, der zwischen den zwei Zähnen ausgebildet ist).

Es ist bevorzugt, dass die Teilung PT (zum Beispiel 2,5 mm) gleich der Zahnbreite TP sowie der Bodenbreite PT zwischen zwei Zähnen ist.

Wie es in 9 gezeigt ist, ist die Brückenschaltung B an dem Verbindungspunkt der Magnetwiderstandselemente MRE11 und MRE13 mit einer Konstantspannungsquelle PS verbunden. Der Verbindungspunkt der Magnetwiderstandselemente MRE11 und MRE12 und der Verbindungspunkt der Magnetwiderstandselemente MRE13 und MRE14 ist mit einem Operationsverstärker OP1 bzw. einem Operationsverstärker OP2 verbunden. Die Operationsverstärker OP1, OP2 weisen jeweilige Verstärkungsfaktoren auf, die durch Widerstände r2, r3 und r4 eingestellt sind. Die Ausgangsspannungswelle des Operationsverstärkers OP2 wird über eine Kopplungsschaltung AC zu dem invertierenden Eingangsanschluss eines Komparators 32b gesendet. Die Kopplungsschaltung AC beinhaltet einen Koppelkondensator C2 und eine Reihenschaltung von Widerständen R11, R12. Demgemäß wird eine Versatzspannung oder eine Gleichkomponente der Ausgangsspannung des Operationsverstärkers OP2 durch den Koppelkondensator C2 beseitigt und wird eine Versatzspannung oder eine Gleichkomponente durch die Reihenschaltung der Widerstände R11, R12 vorgesehen. Diese Ausgangsspannungswelle wird mit einem Schwellwert verglichen, der durch eine Reihenschaltung von Widerständen R1, R21 und R22 an dem nichtinvertierenden Anschluss des Komparators CP vorgesehen wird, so dass ein binäres Signal zum Erfassen einer Drehung des rotierenden Magnetteils 20 vorgesehen wird. In diesem Ausführungsbeispiel wird die geteilte Spannung, die von den Widerständen R11, R12 vorgesehen wird, eingestellt, um der geteilten Spannung zu entsprechen, die von den Widerstandswerten der Widerstände R1, R21, R22 vorgesehen wird, so dass eine Versatzkomponente, die der Schwellwertspannung entspricht, zu der Eingangsspannungswelle des Komparators CP addiert wird. Ein Widerstand R8 ist zwischen dem Verbindungspunkt der Widerstände R21 und R22 und dem Komparator CP angeschlossen, um ein unerwartetes Kippen des Komparators CP zu verhindern. Eine Versatzschaltung OS ist zwischen den Widerständen R9 und R10 angeschlossen, um eine Reihenschaltung auszubilden, die parallel zu der Konstantspannungsquelle PS ist. Die Versatzschaltung OS steuert die Versatzspannung. Ein Kondensator C1 ist parallel zu dem Widerstand R10 angeschlossen, um Rauschen zu entfernen, um dadurch eine Genauigkeit einer Rotationserfassung aufrechtzuerhalten.

Wenn sich das rotierende Magnetteil dreht, liefert die Brückenschaltung B ihre Ausgangssignale W1, W2, wie es in 10A gezeigt ist. Die Wellenform des Ausgangssignals des Operationsverstärkers OP2 ist bezüglich der Schwellwertspannung symmetrisch, wie es in 10B gezeigt ist. Wie es in 10C gezeigt ist, wird das Ausgangssignal (Sensorausgangssignal) des Komparators CP auf einen geeigneten Pegel eingestellt, der einen minimalen Punkt einer Luftspaltcharakteristik vorsieht, welches ein Punkt (oder Bereich) ist, der ungefähr allen der Wellen gemeinsam ist.

Gemäß einem Testergebnis weist das Ausgangssignal des Operationsverstärkers OP2 eine unterschiedliche Wellenform auf, wenn sich der Luftspalt zwischen dem Sensorchip 32 und dem rotierenden Magnetteil 20 ändert. Genauer gesagt tritt die Wellenform W1 auf, wenn der Luftspalt zwischen dem Sensorchip 32 und dem rotierenden Magnetteil 20 0,5 mm ist, tritt die Wellenform L2 auf, wenn der Luftspalt 1,0 mm ist, tritt die Wellenform L3 auf, wenn der Luftspalt 1,5 mm ist, und tritt die Wellenform L4 auf, wenn der Luftspalt 2,0 mm ist. Die Wellenformen sind bezüglich der Schwellwertspannung symmetrisch, wie es in 11A gezeigt ist. Anders ausgedrückt kann die Schwellwertspannung derart eingestellt werden, dass sie Punkte innerhalb des minimalen Punkts P einer Luftspaltcharakteristik aufweist, die einen Bereich von ungefähr 0,02 Grad aufweist, wie es in 11B gezeigt ist.

Eine Rotationserfassungsvorrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird unter Bezugnahme auf 12 beschrieben. Die Rotationserfassungsvorrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel verwendet Hall-Elemente H1, H2 an Stelle der Magnetwiderstandselemente, die in dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel verwendet werden, wie es in 12 gezeigt ist. In diesem Ausführungsbeispiel liefern die Hall-Elemente H1, H2 veränderbare Spannungssignale als Reaktion auf die Änderung des Magnetvektors des Magnetfelds und die veränderbaren Spannungssignale werden verstärkt. Die Hall-Elemente H1, H2 sind jeweils an Positionen des Sensorchip 32 mit einem Abstand oder einer Teilung angeordnet, die der Teilung zwischen der Mitte von einem der Zähne und der Mitte von einem der Zahnböden des rotierenden Magnetteils 40 oder einer Hälfte der Teilung zwischen zwei Zähnen entspricht.

Einige Änderungen der zuvor beschriebenen Rotationserfassungsvorrichtung werden nachstehend beschrieben.

Jedes der Magnetwiderstandselemente MRE1 bis MRE4 kann aus in Reihe geschalteten vier Magnetwiderstandsunterelementen SE aufgebaut sein, wie es in 13 gezeigt ist. Die Magnetwiderstandselemente MRE1 bis MRE4 sind derart angeordnet, dass eine Mittenlinie zwischen den Magnetwiderstandselementen MRE11 und MRE12 und eine Mittenlinie zwischen den Magnetwiderstandselementen MRE12 und MRE14 einen Abstand aufweist, der gleich einer Hälfte der Teilung zwischen zwei Zähnen des rotierenden Magnetteils 20 ist. In diesem Fall werden die Sensorausgangssignale V1, V2, V3 und V4 zu Differenzialverstärkern gesendet, um zwei Signale aufzuweisen, welche ebenso zu einem anderen Differenzialverstärker gesendet werden, wie es in der US 6,812,694 B2 offenbart ist.

Das rotierende Magnetteil kann mit einer Mehrzahl von Magnetpolen versehen sein, die an Stelle der Zähne in gleichen Abständen auf dem Umfang ausgebildet sind, wie es in 14 gezeigt ist. In diesem Fall wird der Vormagnetisierungs-Permanentmagnet, der in dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel beschrieben worden ist, weggelassen.

Die Koppelschaltung AC, die in den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen beschrieben worden ist, kann weggelassen werden, wenn die Wellenform der Ausgangssignalspannung bezüglich des Schwellwertspannungspegels durch irgendeine Datenverarbeitungseinrichtung symmetrisch gemacht werden kann.

In der vorhergehenden Beschreibung der vorliegenden Erfindung ist die Erfindung bezüglich spezifischen Ausführungsbeispielen von ihr beschrieben worden. Es wird jedoch offensichtlich, dass verschiedene Ausgestaltungen und Änderungen in den spezifischen Ausführungsbeispielen der vorliegen den Erfindung durchgeführt werden können, ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen, wie er in den beiliegenden Ansprüchen dargelegt wird. Demgemäß ist die beschriebene Erfindung in einem darstellenden an Stelle ein es einschränkenden Sinns zu erachten.

Eine zuvor beschriebene erfindungsgemäße Rotationserfassungsvorrichtung zum Erfassen eines rotierenden Objekts beinhaltet ein Gehäuse, das ein Lager und eine Montageoberfläche aufweist, ein rotierendes Teil, das einen magnetischen Umfangsabschnitt und eine Drehwelle aufweist, die durch das Lager gehalten wird, einen Vormagnetisierungs-Permanentmagnet zum Vorsehen eines Magnetfelds um die Montageoberfläche und den Magnetumfangsabschnitt, einen IC-Sensorchip, der mehrere Magnetsensorelemente beinhaltet, die auf der Montageoberfläche angeordnet sind, um ein Sensorsignal vorzusehen, das sich auf eine Änderung des Magnetfelds um die Sensorelemente bezieht, und einen IC-Signalverarbeitungschip, der ein Rotationssignal in Übereinstimmung mit dem Erfassungssignal vorsieht. Bei dieser Vorrichtung sind das Lager und die Montageoberfläche integral in dem Gehäuse an einem vorgeschriebenen Abstand ausgebildet, um einen unveränderten Luftspaltabstand sicherzustellen.


Anspruch[de]
  1. Rotationserfassungsvorrichtung zum Erfassen eines rotierenden Objekts, die aufweist:

    ein Gehäuse, das ein Lager und eine Montageoberfläche aufweist;

    ein rotierendes Teil, das einen magnetischen Umfangsabschnitt und eine Drehwelle aufweist, die mit dem rotierenden Objekt verbindbar ist und von dem Lager gehalten wird;

    einen Vormagnetisierungs-Permanentmagnet zum Vorsehen eines Magnetfelds um die Montageoberfläche und den magnetischen Umfangsabschnitt;

    einen Halbleiterchip, der mehrere Magnetsensorelemente beinhaltet, die auf der Montageoberfläche vorgesehen sind, zum Vorsehen eines Erfassungssignals, das sich auf eine Änderung eines ihn umgebenden Magnetfelds bezieht; und

    eine Einrichtung zum Vorsehen eines Rotationssignals in Übereinstimmung mit dem Erfassungssignal, wobei

    das Lager und die Montageoberfläche an einem vorgeschriebenen Abstand integral mit dem Gehäuse ausgebildet sind.
  2. Rotationserfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Halbleiterchip weiterhin eine Signalverarbeitungsschaltung aufweist, die einen nichtflüchtigen Speicher zum Speichern von Einstellungsdaten beinhaltet, um eine Änderung des Erfassungssignals einzustellen, die von dem vorgeschriebenen Abstand verursacht wird.
  3. Rotationserfassungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei das Magnetsensorelement ein Magnetwiderstandselement aufweist.
  4. Rotationserfassungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei:

    der magnetische Umfangsabschnitt ein zahnradähnliches Teil aufweist; und

    die Montageoberfläche senkrecht zu der Drehwelle auf einer imaginären Ebene ausgebildet ist, die sich durch den axialen Mittenabschnitt des rotierenden Teils ausdehnt.
  5. Rotationserfassungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei der Vormagnetisierungs-Permanentmagnet eine zylindrische Form aufweist, die den Halbleiterchip umgibt.
  6. Rotationserfassungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Halbleiterchip weiterhin einen Dateneingangsanschluss, der sich von dem nichtflüchtigen Speicher ausdehnt, zum Eingeben von Daten von außen aufweist, nachdem der Halbleiterchip auf die Montageoberfläche montiert worden ist.
  7. Rotationserfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse aus einem Harzmaterial besteht.
  8. Rotationserfassungsvorrichtung zum Erfassen eines rotierenden Objekts, die aufweist:

    ein Paar von Magnetsensoreinheiten, die in einem ersten Abstand voneinander benachbart angeordnet sind, um Magnetvektorerfassungssignale vorzusehen;

    einen Vormagnetisierungs-Permanentmagnet;

    ein rotierendes Teil, das eine erste Einrichtung zum Ändern eines magnetischen Felds um das Paar von Magnetsensoreinheiten aufweist, wobei die Einrichtung eine Mehrzahl von Teilen auf dem Umfang des rotierenden Teils aufweist, von denen jedes in einem zweiten Abstand voneinander angeordnet ist, um den Magnetsensoreinheiten in einem engen Abstand gegenüberzuliegen; und

    eine zweite Einrichtung zum Vergleichen der Erfassungssignale mit einem Schwellwertpegel, um ein binäres Signal vorzusehen, wobei der erste Abstand gleich dem zweiten Abstand ist.
  9. Rotationserfassungsvorrichtung zum Erfassen eines rotierenden Objekts nach Anspruch 8, die weiterhin eine Versatzeinstellungsschaltung zum Beseitigen einer Versatzkomponente aufweist, die in den Magnetvektorerfassungssignalen enthalten ist.
  10. Rotationserfassungsvorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Versatzeinstellungsschaltung einen Koppelkondensator und Spannungsteiferwiderstände aufweist.
  11. Rotationserfassungsvorrichtung nach Anspruch 8, die weiterhin einen Differenzialverstärker aufweist, der mit dem Paar von Magnetsensoreinheiten verbunden ist.
  12. Rotationserfassungsvorrichtung nach Anspruch 8, wobei die erste Einrichtung einen zahnradähnlichen Magnetrotor aufweist, der eine Mehrzahl von Zähnen auf seinem Umfang aufweist.
  13. Rotationserfassungsvorrichtung nach Anspruch 8, wobei die erste Einrichtung ein Magnetteil aufweist, das eine Mehrzahl von Magnetpolen eines Permanentmagneten aufweist.
  14. Rotationserfassungsvorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Magnetsensoreinheit ein Magnetwiderstandselement aufweist.
  15. Rotationserfassungsvorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Magnetsensoreinheit ein Hall-Element aufweist.
Es folgen 9 Blatt Zeichnungen






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