專(zhuān)利名稱(chēng)：旋轉(zhuǎn)角探測(cè)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種旋轉(zhuǎn)角探測(cè)器，其探測(cè)一個(gè)探測(cè)對(duì)象的旋轉(zhuǎn)角。
背景技術(shù)：
通常，旋轉(zhuǎn)角探測(cè)器具有產(chǎn)生磁場(chǎng)的磁鐵和相對(duì)于磁鐵旋轉(zhuǎn)以探測(cè)磁場(chǎng)變化的磁探測(cè)元件?；诖盘綔y(cè)元件的輸出信號(hào)，探測(cè)器探測(cè)探測(cè)對(duì)象的旋轉(zhuǎn)角。JP-2007-H11-2561A顯示了一種旋轉(zhuǎn)角探測(cè)器，其中磁鐵和導(dǎo)向構(gòu)件以彼此面對(duì)面的方式布置以致使得磁場(chǎng)在其間是均勻的。磁場(chǎng)測(cè)量元件配置在磁鐵和導(dǎo)向構(gòu)件之間。 需要指出的是使用導(dǎo)磁性材料制成的導(dǎo)向構(gòu)件相當(dāng)于一個(gè)軛狀物且磁場(chǎng)測(cè)量元件相當(dāng)于磁探測(cè)元件。JP-2003-177004A(US-2003-0080732Al)顯示了一種角度傳感器，其中霍爾元件布置成面對(duì)磁鐵穿過(guò)圓柱形軛狀物的旋轉(zhuǎn)中心，由此擴(kuò)大了磁通量的線(xiàn)性變化。日本專(zhuān)利No. 4321665 (US-2004-0189288A)顯示了一種旋轉(zhuǎn)角探測(cè)器，其中兩磁鐵穿過(guò)磁探測(cè)元件，彼此面對(duì)面地布置。每個(gè)磁鐵具有彎曲的外表面和彎曲的內(nèi)表面，因此使得通過(guò)磁探測(cè)元件的磁通量穩(wěn)定。在JP-2007-256121A中顯示的探測(cè)器，由于不具有圍繞磁場(chǎng)測(cè)量元件的軛狀物， 探測(cè)器的精確性因磁場(chǎng)干擾而下降。同時(shí)，在JP-2003-177004A中顯示的傳感器中，軛狀物環(huán)向地圍繞霍爾元件設(shè)置，以致傳感器的精確性并不總是因磁場(chǎng)干擾而下降。然而，在這種傳感器中，由于磁通量的泄露，磁通量向量是彎曲的以致磁通量向量均勻的區(qū)域變得較小。這樣，使得磁探測(cè)元件的位置偏離并且探測(cè)通量密度變化，以致使探測(cè)錯(cuò)誤上升而“健壯性”下降。也就是說(shuō)，用于相對(duì)于干擾或者設(shè)計(jì)錯(cuò)誤維持當(dāng)前狀態(tài)的系統(tǒng)特征是很差的。在日本專(zhuān)利No. 4321665中顯示的旋轉(zhuǎn)角探測(cè)器，磁通量向量是均勻的并且“健壯性”得到改善。然而，磁鐵的形狀很復(fù)雜，這可能引起制造成本增加。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是考慮到上述原因而作出的，并且本發(fā)明的目的是提供一種具有高健壯性和簡(jiǎn)單構(gòu)造的旋轉(zhuǎn)角探測(cè)器。本發(fā)明涉及一種探測(cè)探測(cè)對(duì)象旋轉(zhuǎn)角的旋轉(zhuǎn)角探測(cè)器。在本發(fā)明中，包括探測(cè)對(duì)象的旋轉(zhuǎn)軸的任意平面被稱(chēng)為對(duì)稱(chēng)平面，并且包括探測(cè)對(duì)象的旋轉(zhuǎn)軸并且垂直于對(duì)稱(chēng)平面的平面被稱(chēng)為參考平面。旋轉(zhuǎn)角探測(cè)器設(shè)有磁通量傳輸裝置，磁通量產(chǎn)生裝置以及磁性探測(cè)裝置。所述磁通量傳輸裝置成型為類(lèi)似于相對(duì)于對(duì)稱(chēng)平面對(duì)稱(chēng)的框架。所述探測(cè)對(duì)象的旋轉(zhuǎn)軸在所述框架形狀的磁通量傳輸裝置內(nèi)部延伸。所述磁通量傳輸裝置包括用磁性材料制成的第一壁，第二壁，第三壁和第四壁。所述第一壁和所述第二壁相對(duì)于所述參考平面相對(duì)地布置。所述第三壁在所述磁通量傳輸裝置的一端連接所述第一壁和所述第二壁。所述第四壁在所述磁通量傳輸裝置的另一端連接所述第一壁和第二壁。
5
所述磁通量產(chǎn)生裝置相對(duì)于對(duì)稱(chēng)平面對(duì)稱(chēng)地配置在所述磁通量傳輸裝置的內(nèi)表面上。所述磁性探測(cè)裝置配置在所述第一壁和所述第二壁之間使得所述磁性探測(cè)裝置根據(jù)所述探測(cè)對(duì)象的旋轉(zhuǎn)相對(duì)于所述磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置和所述磁通量轉(zhuǎn)換裝置相對(duì)地旋轉(zhuǎn)。所述磁性探測(cè)裝置具有探測(cè)磁通量的探測(cè)表面。所述磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置配置在僅僅所述第一壁的內(nèi)表面上，并且在垂直于所述第一壁的方向上被磁化。由于所述磁通量傳輸裝置成型為類(lèi)似于所述探測(cè)對(duì)象的旋轉(zhuǎn)軸在其內(nèi)部延伸的框架，所述磁場(chǎng)傳輸裝置具有對(duì)磁場(chǎng)干擾的較高的屏蔽效應(yīng)。而且，增加磁路的導(dǎo)磁性且限制所述磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置的消磁。所述磁性探測(cè)裝置探測(cè)的磁通量密度增加，從而信噪比增強(qiáng)。 所述磁通量傳輸裝置包括軛狀物。此外，由于所述磁通量傳輸裝置和所述磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置相對(duì)于所述對(duì)稱(chēng)平面對(duì)稱(chēng)地形成，改善了磁通量的平衡。磁向量更均勻和健壯性得到增強(qiáng)。還有，由于所述磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置配置在僅僅所述第一壁的內(nèi)表面上，因而其構(gòu)造變得簡(jiǎn)單。


根據(jù)下面參考附圖作出的描述，本發(fā)明的其它目的，特征和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)更加地明顯， 其中類(lèi)似的部件將用同樣的附圖標(biāo)記表示，其中圖IA是根據(jù)第一實(shí)施例的旋轉(zhuǎn)角探測(cè)器的示意圖；圖IB是沿著圖IA中的線(xiàn)Ib-Ib剖切的剖面圖；圖IC是沿著圖IA中的線(xiàn)Ic-Ic剖切的剖面圖；圖2是顯示根據(jù)第一實(shí)施例的應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)角探測(cè)器的框圖；圖3是根據(jù)第一實(shí)施例的磁性探測(cè)裝置的電路框圖；圖4是根據(jù)第二實(shí)施例的旋轉(zhuǎn)角探測(cè)器的示意圖；圖5A顯示了根據(jù)第一實(shí)施例的由磁性探測(cè)裝置探測(cè)的磁通量密度的曲線(xiàn)圖；圖5B顯示了根據(jù)第一實(shí)施例的磁性探測(cè)裝置的校正后輸出的曲線(xiàn)圖；圖5C顯示了根據(jù)第二實(shí)施例的由磁性探測(cè)裝置探測(cè)的磁通量密度的曲線(xiàn)圖；圖6是根據(jù)第三實(shí)施例的旋轉(zhuǎn)角探測(cè)器的示意圖；圖7是根據(jù)第三實(shí)施例的磁性探測(cè)裝置的電路框圖；圖8A顯示了根據(jù)第三實(shí)施例的由磁探測(cè)裝置探測(cè)的磁通量密度的曲線(xiàn)圖；圖8B顯示了根據(jù)三角函數(shù)計(jì)算的計(jì)算角的曲線(xiàn)圖；圖9是根據(jù)第四實(shí)施例的旋轉(zhuǎn)角探測(cè)器的示意圖IOA顯示了根據(jù)第四實(shí)施例的由磁探測(cè)裝置探測(cè)的磁通量密度的曲線(xiàn)圖；圖IOB顯示了根據(jù)三角函數(shù)計(jì)算的計(jì)算角的曲線(xiàn)圖；圖IOC顯示了線(xiàn)性校正輸出的曲線(xiàn)圖；圖IlA是根據(jù)第五實(shí)施例的旋轉(zhuǎn)角探測(cè)器的示意圖；圖IlB是沿著圖IlA中的線(xiàn)Xlb-Xlb剖切的剖面圖；圖IlC是沿著圖IlA中的線(xiàn)Xlc-Xlc剖切的剖面圖；圖12是根據(jù)第六實(shí)施例的旋轉(zhuǎn)角探測(cè)器的示意圖；圖13是根據(jù)第七實(shí)施例的旋轉(zhuǎn)角探測(cè)器的示意圖14是根據(jù)第八實(shí)施例的旋轉(zhuǎn)角探測(cè)器的示意圖；圖15A是根據(jù)第九實(shí)施例的旋轉(zhuǎn)角探測(cè)器的示意圖；圖15B是根據(jù)第十實(shí)施例的旋轉(zhuǎn)角探測(cè)器的示意圖；圖16A是根據(jù)第十一實(shí)施例的旋轉(zhuǎn)角探測(cè)器的示意圖；圖16B是根據(jù)第十二實(shí)施例的旋轉(zhuǎn)角探測(cè)器的示意圖；圖17A是根據(jù)第十三實(shí)施例的旋轉(zhuǎn)角探測(cè)器的示意圖；圖17B是根據(jù)第十四實(shí)施例的旋轉(zhuǎn)角探測(cè)器的示意圖；圖18是根據(jù)另一實(shí)施例的旋轉(zhuǎn)角探測(cè)器的示意圖；圖19A是根據(jù)另一實(shí)施例的旋轉(zhuǎn)角探測(cè)器的示意圖；圖19B是根據(jù)另一實(shí)施例的旋轉(zhuǎn)角探測(cè)器的示意圖；圖20是根據(jù)另一實(shí)施例的旋轉(zhuǎn)角探測(cè)器的示意圖；圖21是根據(jù)另一實(shí)施例的旋轉(zhuǎn)角探測(cè)器的示意圖；圖22A是根據(jù)另一實(shí)施例的旋轉(zhuǎn)角探測(cè)器的示意圖；圖22B是根據(jù)另一實(shí)施例的旋轉(zhuǎn)角探測(cè)器的示意圖；圖23是根據(jù)其它實(shí)施例的旋轉(zhuǎn)角探測(cè)器的示意圖；圖M是旋轉(zhuǎn)角探測(cè)器的對(duì)比實(shí)例的示意圖。
具體實(shí)施例方式下文將描述本發(fā)明的實(shí)施例。(第一實(shí)施例)旋轉(zhuǎn)角探測(cè)器探測(cè)探測(cè)對(duì)象的旋轉(zhuǎn)角，例如電子節(jié)氣閥，廢氣再循環(huán)閥，以及加速器踏板。如圖2所示，探測(cè)旋轉(zhuǎn)促動(dòng)器4的旋轉(zhuǎn)部分如的旋轉(zhuǎn)角的旋轉(zhuǎn)角探測(cè)器2設(shè)置霍爾元件5作為第一磁探測(cè)元件。用于產(chǎn)生磁場(chǎng)的磁鐵21設(shè)置到旋轉(zhuǎn)部分如。旋轉(zhuǎn)部分如相當(dāng)于探測(cè)對(duì)象。磁鐵21隨著旋轉(zhuǎn)部分如旋轉(zhuǎn)?；魻栐?探測(cè)旋轉(zhuǎn)部分如的旋轉(zhuǎn)角。 探測(cè)到的旋轉(zhuǎn)角傳輸給電子控制單元(ECU) 10。ECU 10基于旋轉(zhuǎn)角探測(cè)器2探測(cè)到的旋轉(zhuǎn)角執(zhí)行旋轉(zhuǎn)促動(dòng)器4的反饋控制。參考圖IA到1C，下面將描述旋轉(zhuǎn)角探測(cè)器2的構(gòu)造。旋轉(zhuǎn)角探測(cè)器2包括矩形磁鐵21，霍爾元件5以及經(jīng)由其傳輸磁通量的軛狀物40。軛狀物40是框架形狀的并且是用磁性材料制成的。軛狀物40具有繞其旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)軸。軛狀物40包括彼此平行的第一壁和第二壁41，42，以及連接第一壁41和第二壁42 的第三壁和第四壁43，44。第三壁43和第四壁44是環(huán)繞旋轉(zhuǎn)軸的弧形形狀的。換句話(huà)說(shuō)， 第三壁43和第四壁44是單個(gè)圓的部分。如圖IA和IC所示，旋轉(zhuǎn)軸被表示為“ζ軸”。垂直于ζ軸并且與第一壁和第二壁 41，42平行的軸被表示為“χ軸”。垂直于ζ軸和χ軸的軸被稱(chēng)為“y軸”。此外，包括χ軸和 Y軸的xy平面被稱(chēng)為參考平面“Sx”，而包括ζ軸和y軸的yz平面被稱(chēng)為對(duì)稱(chēng)平面“Sy”。軛狀物40相對(duì)于對(duì)稱(chēng)平面“Sy”是形狀對(duì)稱(chēng)的。第一壁41的內(nèi)表面41a和第二壁42的內(nèi)表面4 平行參考平面“ Sx，，延伸。磁鐵21配置在第一壁41的內(nèi)表面41a上。磁鐵21相對(duì)于對(duì)稱(chēng)平面“Sy”對(duì)稱(chēng)地布置。磁鐵21的N極與第一壁41接觸，且磁鐵21的S極面對(duì)第二壁42?；魻栐?布置在磁鐵21和第二壁42之間。當(dāng)旋轉(zhuǎn)部分如旋轉(zhuǎn)時(shí)，霍爾元件5 執(zhí)行相對(duì)于磁鐵21的相對(duì)旋轉(zhuǎn)并且軛狀物40繞ζ軸旋轉(zhuǎn)。根據(jù)第一實(shí)施例，霍爾元件5 布置在ζ軸上。霍爾元件5具有探測(cè)磁通量密度的探測(cè)表面fe。在參考平面“Sx”和第一壁41的內(nèi)表面41a之間的距離被表示為“Y1”，而參考平面“Sx”和第二壁42的內(nèi)表面4 之間的距離被表示為“Y2”的情況下，距離“Y2”比距離 “Y1”短。因而，第二壁42的內(nèi)表面42a的長(zhǎng)度“X2”比第一壁41的內(nèi)表面41a的長(zhǎng)度“XI” 長(zhǎng)。由于霍爾元件5布置在ζ軸上，距離“Y1”等于霍爾元件5與第一壁41的內(nèi)表面41a 之間的距離并且距離“Y2”等于霍爾元件5與第二壁42的內(nèi)表面4 之間的距離?；魻栐?配置在霍爾-IC芯片7上。如圖3所示，霍爾-IC芯片7包括霍爾元件5，放大霍爾元件5的輸出的放大電路11，將放大的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換器13，處理轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號(hào)的數(shù)字信號(hào)處理器(DSP) 14，以及將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)的D/A轉(zhuǎn)換器19?；魻栃酒?相當(dāng)于本發(fā)明的“半導(dǎo)體芯片”。DSP14包括偏移校正電路15，幅值校正電路16，以及使霍爾元件5相對(duì)于旋轉(zhuǎn)角的輸出信號(hào)線(xiàn)性化的線(xiàn)性校正電路18。線(xiàn)性校正電路18相當(dāng)于本發(fā)明的線(xiàn)性校正裝置。(操作)當(dāng)霍爾元件5相對(duì)于磁鐵21隨著旋轉(zhuǎn)部分如的旋轉(zhuǎn)而相對(duì)旋轉(zhuǎn)時(shí)，探測(cè)表面fe 探測(cè)到的磁通量密度按照如圖5A所示的正弦變化。需要指出的是，探測(cè)到磁通量密度是零的旋轉(zhuǎn)角被定義為“0°旋轉(zhuǎn)角”。線(xiàn)性校正電路18使在士90°的旋轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)探測(cè)到的磁通量線(xiàn)性化，然后輸出如圖5B所示的線(xiàn)性校正輸出。(第一實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn))根據(jù)第一實(shí)施例，可以獲得下列⑴到⑶作為第一實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)。(1)由于軛狀物40是其中具有ζ軸的框架形狀的，軛狀物40對(duì)磁場(chǎng)干擾具有屏蔽效應(yīng)。此外，磁路的導(dǎo)磁性增大并且限制磁鐵21的消磁。霍爾元件5探測(cè)的磁通量密度增大，從而提高信噪比。(2)由于軛狀物40是相對(duì)于對(duì)稱(chēng)平面“Sy”對(duì)稱(chēng)地形成的，因此改善了磁通量的平衡。因而，使磁通量向量均勻并且健壯性增強(qiáng)。而且，由于磁鐵21配置在僅僅第一壁41的內(nèi)表面41a上，它的構(gòu)造變得簡(jiǎn)單。(3)由于第二壁42沿平行于設(shè)置磁鐵21的第一壁41延伸，磁通量向量在垂直于第一壁41的y軸方向上是均勻的。這樣，即使霍爾元件5的位置偏離了原始位置，探測(cè)到的磁通量密度幾乎不變。旋轉(zhuǎn)角探測(cè)器2的健壯性被增強(qiáng)。(4)第三壁和第四壁43，44是弧形形狀的。它們的中心軸相當(dāng)于ζ軸。霍爾元件 5和第三壁與第四壁43，44之間的距離相對(duì)長(zhǎng)以致磁通量向量的彎曲較小，因此使磁通量向量均勻且健壯性增強(qiáng)。此外，軛狀物40的外部構(gòu)造成相當(dāng)于旋轉(zhuǎn)半徑，由此提高節(jié)省空間。(5)霍爾元件5和第二壁42的內(nèi)表面4 之間的距離要比霍爾元件5和第一壁 41的內(nèi)表面41a之間的距離短。內(nèi)表面42a的長(zhǎng)度“X2”比內(nèi)表面41a的長(zhǎng)度“XI”長(zhǎng)。因此，在霍爾元件5的附近，能夠擴(kuò)大磁通量向量均勻的區(qū)域。使磁向量更均勻并且健壯性增強(qiáng)。
(6)磁鐵21是矩形形狀的?？梢韵拗浦圃旌徒M裝的偏差分布。因此，使磁通量向量更均勻并且關(guān)于位置偏差的健壯性增強(qiáng)。由于磁鐵21的形狀簡(jiǎn)單，可以減少生產(chǎn)成本。(7)由于線(xiàn)性校正電路18線(xiàn)性地校正由霍爾元件5探測(cè)到的磁通量密度，能夠改善探測(cè)到的磁通量的密度的線(xiàn)性。(8)霍爾元件5和線(xiàn)性校正電路18構(gòu)造成單個(gè)霍爾IC芯片7。因此，可以減少磁探測(cè)裝置的尺寸。(對(duì)比實(shí)例)下面將描述在JP-2007-256121A和JP-2003-177004A中顯示的現(xiàn)有技術(shù)組合的對(duì)比實(shí)例。如圖M所示，環(huán)形軛狀物48和設(shè)置在環(huán)形軛狀物48內(nèi)表面的另一軛狀物49形成磁通量傳輸裝置。磁鐵四也以面對(duì)另一軛狀物49的方式設(shè)置到環(huán)形軛狀物48的內(nèi)表面。霍爾元件5布置在磁鐵四和軛狀物49之間的旋轉(zhuǎn)軸上。如果不設(shè)置環(huán)形軛狀物48，在磁鐵四和軛狀物49之間產(chǎn)生直的磁通量。然而，這種磁通量容易受到干擾磁場(chǎng)的干擾。同時(shí)，在環(huán)形軛狀物48如圖M所示的設(shè)置的情況下， 盡管磁通量很少受到干擾磁場(chǎng)的干擾，由于磁通量從環(huán)形軛狀物48的內(nèi)表面泄漏，磁通量向量是彎曲的。磁通量向量的均勻性變差。如果霍爾元件5的位置偏離，探測(cè)到的磁通量密度也會(huì)變化，以致不能維持探測(cè)特性。也就是說(shuō)，健壯性變差。根據(jù)第一實(shí)施例，由于軛狀物40具有設(shè)置磁鐵21的第一壁41并且第二壁42平行于第一壁41，磁通量向量在垂直于第一壁41的y軸方向上是均勻的。因此，即使霍爾元件5的位置偏離，探測(cè)到的磁通量密度變化較小。不同于上述對(duì)比實(shí)例，增強(qiáng)了關(guān)于位置偏離的健壯性。參考附圖，下面將描述第二到第四實(shí)施例。和第一實(shí)施例大致相同的零件和部件用相同的附圖標(biāo)記表示，并且相同的描述都不再重復(fù)。(第二實(shí)施例)如圖4所示，根據(jù)第二實(shí)施例，旋轉(zhuǎn)角探測(cè)器2具有從ζ軸向第二壁42偏離特定距離“％”的霍爾元件5。需要指出的是，特定的距離”大于制造和裝配公差的上限值 Δ max ο因此，霍爾元件5在士90°的旋轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)的相對(duì)旋轉(zhuǎn)的軌跡總是包括在相對(duì)于 ζ軸的靠近第二壁42的區(qū)域中。由于磁通量密度是在磁通量向量最均勻的區(qū)域中探測(cè)到的，所以健壯性顯著增強(qiáng)。還有，第二實(shí)施例具有與第一實(shí)施例相同的優(yōu)點(diǎn)。由霍爾元件5探測(cè)到的磁通量密度由圖5C所示的波形表示。在這個(gè)波形中，探測(cè)到的磁通量密度的變化在-90°到+90°的旋轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)變得更線(xiàn)性而不是精確的正弦波。(第三實(shí)施例)根據(jù)第三實(shí)施例，如圖6所示，設(shè)置了兩個(gè)霍爾元件。第一霍爾元件5和第二霍爾元件6彼此靠近地布置在單個(gè)霍爾芯片9上。第一霍爾元件5的探測(cè)表面fe和第二霍爾元件6的探測(cè)表面6a 二者之間構(gòu)成一個(gè)特定的角“ α ”?；魻朓C芯片9相當(dāng)于本發(fā)明的 “半導(dǎo)體芯片”。如圖7所示，霍爾IC芯片9包括第一霍爾元件5，第二霍爾元件6放大第一霍爾元
9件5的輸出的第一放大器電路11，放大第二霍爾元件6輸出的第二放大器電路，將放大的兩個(gè)模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換器13，處理轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)的數(shù)字信號(hào)處理器 (DSP) 14，以及將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)的D/A轉(zhuǎn)換器19。DSP14包括偏移校正電路15，幅值校正電路16，執(zhí)行關(guān)于第一霍爾元件5和第二霍爾元件6的探測(cè)信號(hào)的三角函數(shù)計(jì)算的計(jì)算電路17，以及使由計(jì)算電路17計(jì)算的關(guān)于旋轉(zhuǎn)角的計(jì)算角線(xiàn)性化的線(xiàn)性校正電路18。計(jì)算電路17相當(dāng)于本發(fā)明的計(jì)算裝置。下面將描述計(jì)算電路17執(zhí)行的三角函數(shù)計(jì)算。附圖標(biāo)記定義如下Vl 第一霍爾元件5的輸出電壓(mV)，V2 第二霍爾元件6的輸出電壓(mV)，K(t)霍爾系數(shù)， I(t)霍爾電流(mA)，B(t)能夠探測(cè)到的磁通量密度的最大值(正弦波的幅值的1/2)，Bl (t)由第一霍爾元件5探測(cè)到的磁通量密度(mT)，B2 (t)由第二霍爾元件6探測(cè)到的磁通量密度(mT)，θ 旋轉(zhuǎn)角(° )，θ (° ) = Ji 0/18O(rad)α = y-β 第一霍爾元件5和第二霍爾元件6之間的差分相位(° )，β :第一霍爾元件5和參考角之間的差分相位(° )，Y 第二霍爾元件6和參考角之間的差分相位(° )。需要指出的是，“(t)”代表附圖標(biāo)記具有關(guān)于環(huán)境溫度“t”的溫度特征。第一霍爾元件5的輸出電壓“VI”和第二霍爾元件6的輸出電壓“V2”由下列公式表不。Vl = K(t) · I(t) · Bl(t)= K(t) · I(t) · Bl(t) · sin( θ-β ) ......(1)V2 = K(t) · I(t) · B2(t)= K(t) · I(t) · B(t) · sin( θ - y ) ......(2)如上所述，第一和第二霍爾元件5，6的輸出電壓取決于環(huán)境溫度“t”。如果輸出電壓“V”基于環(huán)境溫度“t”，霍爾系數(shù)K(t)，霍爾電流I(t)以及磁通量密度B(t)進(jìn)行校正， 必需復(fù)雜的校正電路。因此，下列公式(3)，(4)是從上述公式(1)，(2)推導(dǎo)出來(lái)的。下列公式(3)，(4)
中依賴(lài)于環(huán)境溫度“t”的項(xiàng)。θ = (180/π ) Xarctan {cot (π · α /360) · Cv}......(3)Cv = (V1-V2)Z(V^V2)............................(4)在α = 90°的情況下，下面公式(5)是成立的。θ = (180/π ) Xarctan(V1A2)....................(5)通過(guò)將偏移量添加到上述根據(jù)差分相位α的計(jì)算的結(jié)果獲得計(jì)算角。圖8Α和圖8Β是根據(jù)第三實(shí)施例的特征圖。在圖8Α中，定義β =0°，Y = 90°。 第二霍爾元件6的探測(cè)到的磁通量Β2由相對(duì)于表示第一霍爾元件5的探測(cè)到的磁通量Bl 的另一正弦波延遲α =90°的正弦波表示。計(jì)算電路17基于如圖8Β所示的探測(cè)到的磁通量Bi，Β2計(jì)算所述計(jì)算角。
10
(第三實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn))根據(jù)第三實(shí)施例，除第一實(shí)施例的⑴到(6)的上述優(yōu)點(diǎn)外，能夠得到下列(7)到 (8)的優(yōu)點(diǎn)。(7)設(shè)置兩個(gè)霍爾元件5，6和計(jì)算電路17執(zhí)行三角函數(shù)運(yùn)算，由此能夠消去輸出電壓“V”的溫度特征，從而能夠用簡(jiǎn)單的構(gòu)造精確地探測(cè)旋轉(zhuǎn)角。由于線(xiàn)性校正電路18線(xiàn)性地校正計(jì)算角，能夠改善探測(cè)到的磁通量密度的線(xiàn)性。(8)第一霍爾元件5，第二霍爾元件6，計(jì)算電路17以及線(xiàn)性校正電路18構(gòu)造成單個(gè)霍爾IC芯片9。因此，由于第一霍爾元件5和第二霍爾元件6彼此靠近地布置，所以在二者之間間的環(huán)境溫度“t”和磁特征構(gòu)造成大致相同。能夠更精確地探測(cè)旋轉(zhuǎn)角。磁探測(cè)裝置的尺寸能夠更小。(第四實(shí)施例)如圖9所示，根據(jù)第四實(shí)施例，霍爾IC芯片9從ζ軸向第二壁42偏離關(guān)于第三實(shí)施例所述的特定距離”?；魻朓C芯片9的構(gòu)造和第三實(shí)施例的霍爾IC芯片9的構(gòu)造相同，并且特定的距離”以與第二實(shí)施例中“％”的相同的方式構(gòu)建。圖IOA到圖IOC是根據(jù)第四實(shí)施例的特征圖。在圖IOA中，定義β =0°，、= 90°。第二霍爾元件6探測(cè)到的磁通量Β2由相對(duì)于表示第一霍爾元件5探測(cè)到的磁通量 Bl的另一正弦波延遲α =90°的正弦波表示。在這個(gè)波形中，探測(cè)到的磁通量的變化在從-90°到+90°的旋轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)變得更線(xiàn)性而不是精確的正弦波。計(jì)算電路17基于如圖IOB所示的探測(cè)到的磁通量密度Bi，Β2計(jì)算所述計(jì)算角。 此外，線(xiàn)性校正電路18線(xiàn)性地校正計(jì)算角以輸出如圖IOC所示的線(xiàn)性校正輸出。第四實(shí)施例具有和第三實(shí)施例相同的優(yōu)點(diǎn)。(第五實(shí)施例)如圖11所示，根據(jù)第五實(shí)施例，旋轉(zhuǎn)角探測(cè)器2設(shè)有第一磁鐵211和第二磁鐵 212。第一磁鐵和第二磁鐵211，212相對(duì)于對(duì)稱(chēng)平面“Sy”對(duì)稱(chēng)地布置在第一壁41的內(nèi)表面 41a上。第一和第二磁鐵211，212的每個(gè)N極與第一壁41接觸，并且第一和第二磁鐵211， 212的每個(gè)S極面對(duì)第二壁42。霍爾元件5布置在ζ軸上。參考平面“Sx”和第二壁42的內(nèi)表面4 之間的距離“Y2”比參考平面“Sx”和第一壁41的內(nèi)表面41a之間的距離“Y1”短。內(nèi)表面42a的長(zhǎng)度“X2”比內(nèi)表面41a的長(zhǎng)度 “XI”長(zhǎng)。由于第一壁41的內(nèi)表面41a和第二壁42的內(nèi)表面4 平行于參考平面“Sx”延伸，距離“Y1”相當(dāng)于ζ軸和第一壁41的內(nèi)表面41a之間的距離“D1”且距離“Y2”相當(dāng)于 ζ軸和第二壁42的內(nèi)表面4 之間的距離“D2”。第一壁41包括其上配置第一磁鐵211的右半壁411和其上配置第二磁鐵212的左半壁412。第一磁鐵211在垂直于右半壁411的方向上被磁化，且第二磁鐵212在垂直于左半壁412的方向上被磁化。右半壁411的內(nèi)表面411a和左半壁412的內(nèi)表面41 是平行于參考平面“Sx”的連續(xù)平面。在第一實(shí)施例中，由于探測(cè)器2設(shè)有單磁鐵21，磁通量向量在y軸方向上是均勻的。然而，在如圖1所示的由“P1”所包圍的第三壁43和第四壁44的附近，磁通量向量是彎曲的。同時(shí)，根據(jù)第五實(shí)施例，由于設(shè)置了兩磁鐵211，212，擴(kuò)大了磁通量向量在y軸方向上均勻的區(qū)域，其如圖11所示的由“P2”包圍的區(qū)域。因而，進(jìn)一步增強(qiáng)了健壯性。
(第六實(shí)施例)如圖12所示，根據(jù)第六實(shí)施例，霍爾元件5從ζ軸向第二壁42偏離特定距離Ih ”。 因此，霍爾元件5在士90°的旋轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)的相對(duì)旋轉(zhuǎn)軌跡總是包括相對(duì)于ζ軸靠近第二壁42的區(qū)域。由于磁通量密度是在磁通向量最均勻的區(qū)域中探測(cè)的，所以健壯性顯著增強(qiáng)。(第七實(shí)施例)如圖13所示，根據(jù)第七實(shí)施例，磁探測(cè)裝置包括設(shè)置在ζ軸上的兩個(gè)霍爾元件5， 6，從而通過(guò)執(zhí)行三角函數(shù)計(jì)算能夠精確地探測(cè)旋轉(zhuǎn)角。(第八實(shí)施例)如圖14所示，根據(jù)第八實(shí)施例，探測(cè)裝置包括從ζ軸向第二壁42偏離特定距離 "Yh"的兩個(gè)霍爾元件5，6。因而，第八實(shí)施例具有第六和第七實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)。在下面第九到第十四實(shí)施例中，第一壁41包括相對(duì)于參考平面“Sx”傾斜的右半壁411和左半壁412。(第九實(shí)施例)如圖15A所示，根據(jù)第九實(shí)施例，第一壁41是徑向向外凸的。也就是說(shuō)，右半壁411 和左半壁412相對(duì)于參考平面“Sx”以壁411，412朝向?qū)ΨQ(chēng)平面“Sy”遠(yuǎn)離參考平面“Sx” 的方式傾斜。第二壁42平行于參考平面“Sx”地形成。因此，在y軸方向上校正遠(yuǎn)離對(duì)稱(chēng)平面“Sy”的彎曲的磁通量向量。擴(kuò)大了磁通量向量在y軸方向上的均勻區(qū)域。因而，在探測(cè)對(duì)象的整個(gè)旋轉(zhuǎn)角上進(jìn)一步增強(qiáng)健壯性。在ζ軸和第二壁42內(nèi)表面4 之間的距離“D2”比ζ軸和右半壁411的內(nèi)表面 411a之間或者ζ軸和左半壁412的內(nèi)表面41 之間的距離“D1”短。因此，在霍爾元件5 附近，能夠擴(kuò)大磁通量向量均勻的區(qū)域并且增強(qiáng)健壯性。需要指出的是在本實(shí)施例中距離 “D2”相當(dāng)于第五實(shí)施例的距離“Y2”(圖11)。(第十實(shí)施例)如圖15B所示，根據(jù)第十實(shí)施例，第一壁41是徑向向內(nèi)凹的。也就是說(shuō)，右半壁411 和左半壁412相對(duì)于參考平面“Sx”以壁411，412朝向?qū)ΨQ(chēng)平面“Sy”靠近參考平面“Sx” 的方式傾斜。第二壁42平行于參考平面“Sx”地形成。根據(jù)上述構(gòu)造，遠(yuǎn)離對(duì)稱(chēng)平面“Sy”的磁通量向量進(jìn)一步彎曲。然而，通過(guò)利用這種彎曲的磁通量向量，在磁通量相對(duì)高的位置，磁通量較少通過(guò)霍爾元件5的探測(cè)表面fe 而在磁通量相對(duì)低的位置，磁通量更容易通過(guò)霍爾元件5的探測(cè)表面5a。因此，改善探測(cè)平此外，由于距離“D2”比距離“D1”短，磁通量向量在霍爾元件5的附近更均勻。健壯性也得到了增強(qiáng)。(第十一到第十四實(shí)施例)根據(jù)第十一到第十四實(shí)施例，第二壁42包括相對(duì)于對(duì)稱(chēng)平面“Sy”對(duì)稱(chēng)的右半壁 421和左半壁422。右半壁421的內(nèi)表面421a和左半壁422的內(nèi)表面42 相對(duì)于參考平面“ Sx ”傾斜。如圖16A所示，第十一實(shí)施例是第九實(shí)施例的變型，其中，第二壁42是徑向向外凸的。也就是說(shuō)，右半壁421和左半壁422相對(duì)于參考平面“Sx”以壁421，422朝向?qū)ΨQ(chēng)平面“Sy”靠近參考平面“Sx”的方式傾斜。如圖15B所示，第十二實(shí)施例是第十實(shí)施例的變型，其中，第二壁42是徑向向內(nèi)凸的。如圖17A所示，第十三實(shí)施例是第九實(shí)施例的變型，其中，第二壁42是徑向向內(nèi)凹的。也就是說(shuō)，右半壁421和左半壁422相對(duì)于參考平面“Sx”以壁421，422朝向?qū)ΨQ(chēng)平面 “Sy”靠近參考平面“Sx”的方式傾斜。如圖17B所示，根據(jù)第十四實(shí)施例，第二壁42是徑向向內(nèi)凹的。根據(jù)第十一到第十四實(shí)施例，磁通量向量進(jìn)一步均勻化并且能夠精確地調(diào)整磁性探測(cè)元件的探測(cè)平衡。此夕卜，在每個(gè)實(shí)施例中，距離“D2”比距離“D1”短。因此，在霍爾元件5附近，能夠擴(kuò)大磁通量向量均勻的區(qū)域并且增強(qiáng)健壯性。(其它實(shí)施例)(a)在上述實(shí)施例中，磁鐵21，211，212的每個(gè)N極都與第一壁41，411，412接觸。 可替代地，磁鐵21，211，212也可以布置成所述磁鐵的每個(gè)S極都與第一壁41，411，412接觸。(b)如圖18所示，磁鐵可以被分成多個(gè)磁鐵片27?？商娲兀鐖D21所示，能夠設(shè)置兩組分開(kāi)的磁鐵271，272。(c)軛狀物40的第三壁和第四壁不限于弧形形狀。如圖19A和圖22A所示，軛狀物40可以是矩形形狀的?？商娲?，如圖19B和圖22B所示，軛狀物40可以是梯形形狀的。(d)如圖20和圖23所示，軛狀物40可以是六邊形形狀的。第三壁453和第四壁 463在參考平面“ Sx ”上是相距最遠(yuǎn)。(e)在圖15到圖17中，另一壁能夠形成在右半壁411和左半壁412之間。還有， 另一壁也能夠形成在右半壁421和左半壁422之間，在第一壁41和第二壁42之間，或者在第三壁43和第四壁44之間。本發(fā)明并不限于上面提到的實(shí)施例，并且可以應(yīng)用到各種實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種探測(cè)探測(cè)對(duì)象的旋轉(zhuǎn)角的旋轉(zhuǎn)角探測(cè)器，包括 用磁性材料制成的形狀象對(duì)稱(chēng)框架的磁通量傳輸裝置，相對(duì)于對(duì)稱(chēng)平面對(duì)稱(chēng)的所述框架，所述對(duì)稱(chēng)平面表示包括所述探測(cè)對(duì)象的旋轉(zhuǎn)軸的任意平面，在所述對(duì)稱(chēng)框架內(nèi)部延伸的旋轉(zhuǎn)軸，所述對(duì)稱(chēng)框架包括第一壁和第二壁，所述第一壁和所述第二壁相對(duì)于包括所述旋轉(zhuǎn)軸并且垂直于所述對(duì)稱(chēng)平面的參考平面相對(duì)地布置，所述對(duì)稱(chēng)框架包括連接所述第一壁和所述第二壁的第三壁， 所述對(duì)稱(chēng)框架包括連接所述第一壁和所述第二壁的第四壁， 所述第三壁和所述第四壁相對(duì)于所述對(duì)稱(chēng)平面相對(duì)地布置； 相對(duì)于所述對(duì)稱(chēng)平面對(duì)稱(chēng)地配置在所述磁通量傳輸裝置內(nèi)表面的磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置；和磁性探測(cè)裝置，所述磁性探測(cè)裝置配置在所述第一壁和所述第二壁之間使得所述磁性探測(cè)裝置根據(jù)所述探測(cè)對(duì)象的旋轉(zhuǎn)而相對(duì)于所述磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置和磁通量傳輸裝置相對(duì)地旋轉(zhuǎn)，所述磁性探測(cè)裝置具有探測(cè)磁通量的探測(cè)表面，其中，所述磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置僅僅配置在所述第一壁的內(nèi)表面上，并且所述磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置在垂直于所述第一壁的方向上被磁化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)角探測(cè)器，其特征在于， 所述第一壁和所述第二壁平行于所述參考平面地布置，并且所述磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置是配置在所述第一壁的內(nèi)表面上的單個(gè)磁鐵。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的旋轉(zhuǎn)角探測(cè)器，其特征在于， 所述磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置是矩形磁鐵。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的旋轉(zhuǎn)角探測(cè)器，其特征在于，所述磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置是以同類(lèi)型磁極彼此靠近的方式布置的一組分開(kāi)的磁鐵。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)角探測(cè)器，其特征在于， 所述第一壁包括右半壁和左半壁，所述磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置包括配置在所述右半壁的內(nèi)表面的第一磁鐵和配置在所述左半壁的內(nèi)表面的第二磁鐵，以及所述第一磁鐵和所述第二磁鐵在分別垂直于所述右半壁和所述左半壁的方向上被磁化。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的旋轉(zhuǎn)角探測(cè)器，其特征在于， 所述右半壁和所述左半壁平行于參考平面地延伸。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的旋轉(zhuǎn)角探測(cè)器，其特征在于，所述右半壁和所述左半壁相對(duì)于參考平面傾斜，使得所述右半壁和所述左半壁朝向所述對(duì)稱(chēng)平面遠(yuǎn)離所述參考平面。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的旋轉(zhuǎn)角探測(cè)器，其特征在于，所述右半壁和所述左半壁相對(duì)于參考平面傾斜，使得所述右半壁和所述左半壁朝向所述對(duì)稱(chēng)平面靠近所述參考平面。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的旋轉(zhuǎn)角探測(cè)器，其特征在于， 所述第一磁鐵和所述第二磁鐵是矩形形狀的。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的旋轉(zhuǎn)角探測(cè)器，其特征在于，所述第一磁鐵和所述第二磁鐵中的每一個(gè)包括具有相同極性的分開(kāi)的磁鐵。
11.根據(jù)權(quán)利要求5所述的旋轉(zhuǎn)角探測(cè)器，其特征在于，所述第二壁包括第二右半壁和第二左半壁，以及所述第二右半壁和所述第二左半壁相對(duì)于參考平面以朝向所述對(duì)稱(chēng)平面遠(yuǎn)離所述參考平面的方式傾斜。
12.根據(jù)權(quán)利要求5所述的旋轉(zhuǎn)角探測(cè)器，其特征在于，所述第二壁包括第二右半壁和第二左半壁，以及所述第二右半壁和所述第二左半壁相對(duì)于參考平面以朝向所述對(duì)稱(chēng)平面靠近所述參考平面的方式傾斜。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)角探測(cè)器，其特征在于，所述第三壁和所述第四壁成型為在所述第三壁和所述第四壁之間的距離在所述參考平面上最大并且在遠(yuǎn)離所述參考平面的方向上變短。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的旋轉(zhuǎn)角探測(cè)器，其特征在于，所述第三壁和所述第四壁成型為所述第三壁和所述第四壁的垂直于所述旋轉(zhuǎn)軸的截面形狀是圍繞所述旋轉(zhuǎn)軸的弧形形狀。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的旋轉(zhuǎn)角探測(cè)器，其特征在于所述旋轉(zhuǎn)軸和所述第二壁之間的距離比所述旋轉(zhuǎn)軸和所述第一壁之間的距離短。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的旋轉(zhuǎn)角探測(cè)器，其特征在于，所述磁性探測(cè)裝置以從所述旋轉(zhuǎn)軸向所述第二壁偏離特定距離的方式布置在所述對(duì)稱(chēng)平面上。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)角探測(cè)器，其特征在于，所述磁探測(cè)裝置包括輸出指示磁場(chǎng)變化的信號(hào)的第一磁探測(cè)元件，所述磁場(chǎng)變化是由于所述磁性探測(cè)裝置相對(duì)于所述磁場(chǎng)產(chǎn)生裝置的相對(duì)旋轉(zhuǎn)引起的。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)角探測(cè)器，其特征在于，所述磁性探測(cè)裝置包括用于線(xiàn)性校正所述第一磁性探測(cè)元件探測(cè)的磁通量密度的線(xiàn)性校正裝置，從而所述磁通量密度相對(duì)于所述探測(cè)對(duì)象的旋轉(zhuǎn)角線(xiàn)性地變化。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的旋轉(zhuǎn)角探測(cè)器，其特征在于，所述第一磁性探測(cè)元件和所述線(xiàn)性校正裝置形成在單個(gè)半導(dǎo)體芯片上。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的旋轉(zhuǎn)角探測(cè)器，其特征在于，所述第一磁性探測(cè)元件是霍爾元件。
21.根據(jù)權(quán)利要求17所述的旋轉(zhuǎn)角探測(cè)器，其特征在于，所述磁性探測(cè)元件還包括第二磁性探測(cè)元件，所述第二磁性探測(cè)元件布置在所述第一磁性探測(cè)元件附近，使得其探測(cè)在不同于所述第一磁性探測(cè)元件探測(cè)的磁通量的方向上指向的磁通量；以及計(jì)算裝置，所述計(jì)算裝置用于根據(jù)三角函數(shù)計(jì)算基于所述第一探測(cè)元件和所述第二探測(cè)元件的輸出信號(hào)計(jì)算所述探測(cè)對(duì)象的旋轉(zhuǎn)角。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的旋轉(zhuǎn)角探測(cè)器，其特征在于， 所述磁性探測(cè)裝置包括用于線(xiàn)性地校正所述計(jì)算裝置計(jì)算的計(jì)算角的線(xiàn)性校正裝置，從而所述計(jì)算角相對(duì)于探測(cè)對(duì)象的旋轉(zhuǎn)角線(xiàn)性地變化。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的旋轉(zhuǎn)角探測(cè)器，其特征在于，所述第一磁性探測(cè)元件，第二磁性探測(cè)元件，計(jì)算裝置以及線(xiàn)性校正裝置形成在單個(gè)半導(dǎo)體芯片上。
24.根據(jù)權(quán)利要求21所述的旋轉(zhuǎn)角探測(cè)器，其特征在于，所述第一磁性探測(cè)元件和所述第二磁性探測(cè)元件中每一個(gè)是霍爾元件。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種旋轉(zhuǎn)角探測(cè)器(2)，所述旋轉(zhuǎn)角探測(cè)器(2)設(shè)有框架形狀的軛狀物(40)，所述軛狀物(40)包括平行的第一壁(41)和第二壁(42)。探測(cè)對(duì)象的旋轉(zhuǎn)軸(z)在所述框架形狀的軛狀物(40)內(nèi)部延伸。磁通量向量在垂直于第一壁(41)的方向上是均勻的，因此即使霍爾元件(5)的位置偏離，所述探測(cè)到的磁通量密度變化較小。所述探測(cè)器(2)的健壯性增強(qiáng)。所述霍爾元件(5)和第二壁(42)的第二內(nèi)表面(42a)之間的距離(Y2)比所述霍爾元件(5)和第一壁(41)的第一內(nèi)表面(41a)之間的距離(Y1)短。所述第二內(nèi)表面(42a)的長(zhǎng)度(X2)比所述第一內(nèi)表面(41a)的長(zhǎng)度(X1)長(zhǎng)。在所述第二壁(42)附近，能夠擴(kuò)大磁通量向量均勻的區(qū)域。因而，健壯性進(jìn)一步加強(qiáng)。
文檔編號(hào)G01B7/30GK102353391SQ20111015754
公開(kāi)日2012年2月15日 申請(qǐng)日期2011年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月2日
發(fā)明者本多仁美, 松本光一郎, 水谷彰利, 河野禎之 申請(qǐng)人:株式會(huì)社電裝