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旋轉(zhuǎn)角檢測(cè)裝置制造方法
【專利摘要】一種磁感測(cè)元件（31）設(shè)置為相對(duì)于永磁體（51，52）可旋轉(zhuǎn)并且輸出磁力檢測(cè)值，該磁力檢測(cè)值對(duì)應(yīng)于磁通量的垂直分量?；魻朓C（30）基于由磁感測(cè)元件（31）輸出的磁力檢測(cè)值來計(jì)算輸出電壓并輸出，該輸出電壓對(duì)應(yīng)于永磁體（51，52）與磁感測(cè)元件（31）之間的相對(duì)旋轉(zhuǎn)角。霍爾IC（30）將輸出電壓計(jì)算為V2=k×arcsin(V1/(VM+α))+Voffset，其中V1、V2、VM、k、α和Voffset指示磁力檢測(cè)值、輸出電壓、磁力檢測(cè)值的最大值、增益、預(yù)定值和預(yù)定偏移值。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及旋轉(zhuǎn)角檢測(cè)裝置，其檢測(cè)旋轉(zhuǎn)元件相對(duì)于磁產(chǎn)生元件的相對(duì)旋轉(zhuǎn)角。 旋轉(zhuǎn)角檢測(cè)裝置

【背景技術(shù)】
[0002] -些常規(guī)旋轉(zhuǎn)角檢測(cè)裝置對(duì)檢測(cè)目標(biāo)(旋轉(zhuǎn)元件）的旋轉(zhuǎn)角進(jìn)行檢測(cè)，而不使用磁 通量收集元件，比如定子。例如JP3491577中公開的旋轉(zhuǎn)角檢測(cè)裝置沒有磁通量收集元件， 因此其構(gòu)造簡(jiǎn)化并且成本降低。根據(jù)JP3491577的旋轉(zhuǎn)角檢測(cè)裝置基于施加至磁感測(cè)元件 并且由磁感測(cè)元件檢測(cè)的磁力檢測(cè)值(磁力的檢測(cè)值）計(jì)算輸出電壓值，這個(gè)輸出電壓值對(duì) 應(yīng)于磁產(chǎn)生元件和磁感測(cè)元件之間的相對(duì)旋轉(zhuǎn)角。由于這種旋轉(zhuǎn)角檢測(cè)裝置沒有磁通量收 集元件，磁感測(cè)元件輸出以正弦波形或余弦波形變化的檢測(cè)電壓。磁力檢測(cè)值在旋轉(zhuǎn)角附 近非線性地變化，在該處磁力檢測(cè)值取最大值。旋轉(zhuǎn)角檢測(cè)的精確度有可能會(huì)降低，尤其在 包括這種旋轉(zhuǎn)角的范圍內(nèi)。這種旋轉(zhuǎn)角檢測(cè)裝置因此通過基于反正弦函數(shù)或反余弦函數(shù)計(jì) 算磁感測(cè)元件的輸出值從而將輸出電壓轉(zhuǎn)換為隨著旋轉(zhuǎn)角線性地變化的值。
[0003] 然而，在這種旋轉(zhuǎn)角檢測(cè)裝置中，當(dāng)磁產(chǎn)生元件產(chǎn)生較少磁性或者偏離位置時(shí)，磁 感測(cè)元件的磁力檢測(cè)值變化。在此情況下，輸出電壓可能會(huì)在對(duì)應(yīng)于磁力檢測(cè)值最大值的 旋轉(zhuǎn)角附近變化較大。如果輸出電壓變化較大，旋轉(zhuǎn)角檢測(cè)的精確度降低。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 因此，本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種旋轉(zhuǎn)角檢測(cè)裝置，其以簡(jiǎn)單的構(gòu)造高的精確度檢 測(cè)旋轉(zhuǎn)元件的旋轉(zhuǎn)角。
[0005] 根據(jù)一個(gè)方面，一種旋轉(zhuǎn)角檢測(cè)裝置包括磁感測(cè)元件和處理部分。磁感測(cè)元件設(shè) 置為相對(duì)于磁產(chǎn)生元件可旋轉(zhuǎn)以輸出磁力檢測(cè)值，所述磁力檢測(cè)值對(duì)應(yīng)于從磁產(chǎn)生元件 施加的磁通量的垂直分量。所述處理部分基于由磁感測(cè)元件輸出的磁力檢測(cè)值來計(jì)算輸 出電壓并輸出，所述輸出電壓對(duì)應(yīng)于磁產(chǎn)生元件與磁感測(cè)元件之間的相對(duì)旋轉(zhuǎn)角。所述 處理部分將輸出電壓計(jì)算為 V2=kX arcsin (VI/ (VM+ a )) +V〇ffset 或 V2=kX arccos (VI/ (VM+a))+Voffset，其中Vl、V2、VM、k、α和Voffset指示磁力檢測(cè)值、輸出電壓、磁力檢測(cè) 值的最大值、增益、預(yù)定值和預(yù)定偏移值。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0006] 圖1是示出根據(jù)第一實(shí)施例的旋轉(zhuǎn)角檢測(cè)裝置以及使用旋轉(zhuǎn)角檢測(cè)裝置的旋轉(zhuǎn) 驅(qū)動(dòng)設(shè)備的截面圖；
[0007] 圖2A和圖2B是示出根據(jù)第一實(shí)施例的旋轉(zhuǎn)角檢測(cè)裝置的磁感測(cè)元件及其周圍部 分分別在節(jié)氣門的旋轉(zhuǎn)角是0°和12°時(shí)的情況下的示意圖；
[0008] 圖3是示出根據(jù)第一實(shí)施例的旋轉(zhuǎn)角檢測(cè)裝置中的霍爾1C (集成電路）的構(gòu)造的 框圖；
[0009] 圖4是示出根據(jù)第一實(shí)施例的旋轉(zhuǎn)角檢測(cè)裝置的節(jié)氣門的旋轉(zhuǎn)角與磁感測(cè)元件 的輸出電壓之間的關(guān)系的圖表；
[0010] 圖5是示出根據(jù)第一實(shí)施例的旋轉(zhuǎn)角檢測(cè)裝置的霍爾1C的輸出電壓的圖表；
[0011] 圖6是示出根據(jù)比較示例的旋轉(zhuǎn)角檢測(cè)裝置的霍爾1C的輸出電壓的圖表；
[0012] 圖7是示出根據(jù)第二實(shí)施例的旋轉(zhuǎn)角檢測(cè)裝置的霍爾1C的輸出電壓的圖表；并且
[0013] 圖8A和圖8B是示出根據(jù)第三實(shí)施例和第四實(shí)施例的旋轉(zhuǎn)角檢測(cè)裝置的磁感測(cè)元 件及其周邊部分的示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0014] 旋轉(zhuǎn)角檢測(cè)裝置將參照附圖中所示的多個(gè)實(shí)施例在下面詳細(xì)描述。這些實(shí)施例間 基本上相同的構(gòu)造部分由相同的參考數(shù)字指示，從而簡(jiǎn)化描述。
[0015] (第一實(shí)施例）
[0016] 根據(jù)第一實(shí)施例的旋轉(zhuǎn)角檢測(cè)裝置以及使用該裝置的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)設(shè)備在圖1中示 出。旋轉(zhuǎn)檢測(cè)裝置10用來檢測(cè)例如車輛進(jìn)氣系統(tǒng)中的設(shè)置為旋轉(zhuǎn)元件的節(jié)氣門2的旋轉(zhuǎn) 角。旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)設(shè)備1除了旋轉(zhuǎn)角檢測(cè)裝置10以外還包括殼體3、氣門軸5、馬達(dá)6等。
[0017] 殼體3例如由金屬（比如鋁)形成，并且在其內(nèi)部具有通道，通道為大致圓筒形。通 道4形成進(jìn)氣通道的一部分，進(jìn)氣通道將空氣引導(dǎo)至內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)。氣門軸5形成為桿狀并 且以可相對(duì)于殼體3旋轉(zhuǎn)的方式大致垂直于通道4的通道軸線設(shè)置。
[0018] 節(jié)氣門2大致形成為盤狀并且例如由螺釘元件等固定至氣門軸5。節(jié)氣門2因而 與氣門軸5 -起旋轉(zhuǎn)以在氣門軸5旋轉(zhuǎn)時(shí)打開和閉合通道4。因此，吸入內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣 的量得到調(diào)節(jié)。
[0019] 馬達(dá)6是電驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，其由電力供應(yīng)旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動(dòng)。馬達(dá)6是具有電刷的馬達(dá)。馬 達(dá)6具有馬達(dá)軸7。馬達(dá)6旋轉(zhuǎn)并從馬達(dá)軸7輸出扭矩。馬達(dá)6設(shè)置于殼體3中以使得馬 達(dá)軸7與氣門軸5大致平行。
[0020] 例如由樹脂形成的圓筒形的保持件8附接于氣門軸5的一個(gè)端部處。永磁體51、 52設(shè)置為在保持件8的徑向內(nèi)側(cè)部分處的磁產(chǎn)生元件。因而，保持件8和永磁體51、52可 與氣門軸5和節(jié)氣門2 -起旋轉(zhuǎn)。
[0021] 旋轉(zhuǎn)檢測(cè)裝置10以覆蓋氣門軸5的包括保持件8和永磁體51、52的一個(gè)端側(cè)以 及馬達(dá)軸7的一個(gè)端側(cè)的方式附接至殼體3。齒輪11在外周方向上部分地形成于保持件8 的外壁上。形成為桿狀的軸12以與氣門軸5和馬達(dá)軸7大致平行的方式設(shè)置于殼體3中。 軸12在其一個(gè)端部處不可相對(duì)于殼體3旋轉(zhuǎn)。軸12的另一個(gè)端部由旋轉(zhuǎn)角檢測(cè)裝置10 的蓋20支撐，這將稍后描述。
[0022] 齒輪組13以可相對(duì)于軸12旋轉(zhuǎn)的方式形成于軸12上。齒輪組13例如由樹脂形 成，并且具有可與保持件8的齒輪11相嚙合的第一齒輪14。齒輪組13具有第二齒輪15， 其外徑大于第一齒輪14?？膳c齒輪組13的第二齒輪15相哨合的齒輪兀件16固定至馬達(dá) 軸7的一個(gè)端部。馬達(dá)6用形成電池(未不出）的電源驅(qū)動(dòng)從而旋轉(zhuǎn)。
[0023] 在馬達(dá)6被旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動(dòng)時(shí)，馬達(dá)6的旋轉(zhuǎn)(扭矩）通過馬達(dá)軸7、齒輪元件16、齒輪 組13、保持件8和氣門軸5傳輸至節(jié)氣門2。節(jié)氣門2因而在通道4中旋轉(zhuǎn)以打開和閉合 通道4 (進(jìn)氣通道)。旋轉(zhuǎn)角檢測(cè)裝置10檢測(cè)節(jié)氣門2的旋轉(zhuǎn)角（打開角）。
[0024] 旋轉(zhuǎn)角檢測(cè)裝置10如圖1中所示包括蓋20、支撐元件21、霍爾IC30等。蓋20例 如由樹脂形成為盤狀，并且以覆蓋氣門軸5的一個(gè)端側(cè)（S卩，保持件8和永磁體51、52)以及 馬達(dá)軸7的一個(gè)端側(cè)的方式附接至殼體3。
[0025] 支撐元件21例如由樹脂形成并且與蓋20成一整體。支撐元件21布置為使得其 頂端部位于保持件8的中部?；魻朓C30嵌件成型（insert-molded)于支撐元件21的頂端 部分處。支撐元件21因而支撐霍爾IC30?；魻朓C30和永磁體51、52可相對(duì)于彼此旋轉(zhuǎn)。
[0026] 如圖2A和圖2B中所示，霍爾IC30包括磁感測(cè)元件31。磁感測(cè)元件31例如是霍 爾元件，其具有磁感測(cè)平面311，并且將對(duì)應(yīng)于磁通量的垂直分量的磁力檢測(cè)值轉(zhuǎn)換為輸出 電壓并且輸出這個(gè)輸出電壓。也就是，磁感測(cè)元件31輸出電壓，電壓對(duì)應(yīng)于隨著穿過磁感 測(cè)平面311的磁通量的垂直分量的大小而變化的磁力檢測(cè)值。
[0027] 蓋20具有連接器22。多個(gè)終端(未示出）設(shè)置于連接器22的內(nèi)部。這些終端連 接至馬達(dá)6或霍爾IC30。設(shè)置為磁產(chǎn)生元件的永磁體51、52布置于保持件8中以便相對(duì)于 氣門軸5的軸線點(diǎn)對(duì)稱，也就是，在徑向上面向彼此。形成為弓形的軛17、18設(shè)置為在保持 件8中夾持永磁體51、52。軛17的兩個(gè)端部與永磁體51、52的N極相接觸。軛18的兩個(gè) 端部與永磁體51、52的S極相接觸。磁路因而形成以使得從永磁體51、52的N極產(chǎn)生的磁 通量流過軛17、從軛17的中間部分沿直徑地跳至軛18的中間部分，并且通過軛18流動(dòng)至 永磁體51、52的S極。
[0028] 霍爾IC30布置為位于由軛17和軛18形成的圓的中間。因此，磁通量穿過磁感測(cè) 元件31，而不管永磁體51、52的旋轉(zhuǎn)位置，也就是，氣門軸5的旋轉(zhuǎn)位置。
[0029] 圖2A示出在節(jié)氣門2完全地閉合(節(jié)氣門開度角是0)的情況下霍爾1C及其周圍 狀態(tài)。在此情況下，磁通量以相對(duì)于磁感測(cè)平面311大約12°的角從軛17跳至軛18。圖 2B示出在節(jié)氣門3從完全地閉合的位置打開大約12°的情況下霍爾IC30及其周圍狀態(tài)。 在此情況下，磁通量以相對(duì)于磁感測(cè)平面311大約0°的角從軛17跳至軛18。由于穿過磁 感測(cè)平面311的磁通量的垂直分量在此情況下是0,從磁感測(cè)元件31輸出的磁力檢測(cè)值是 0〇
[0030] 如圖3中所示，霍爾IC30除了磁感測(cè)元件31以外，還包括AD轉(zhuǎn)換器（ADC)32、數(shù) 字信號(hào)處理器（DSP) 33、存儲(chǔ)器34、DA轉(zhuǎn)換器（DAC) 35等。AD轉(zhuǎn)換器32將從磁感測(cè)元件 31輸出的模擬電壓(磁力檢測(cè)值）轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并且將磁力檢測(cè)值輸出至DSP33。這里， 從磁感測(cè)元件31輸出的模擬電壓假定為磁力檢測(cè)值VI。
[0031] DSP33基于從AD轉(zhuǎn)換器32輸出的磁力檢測(cè)值VI計(jì)算輸出值V2,其對(duì)應(yīng)于永磁體 51、52與磁感測(cè)元件31之間的相對(duì)旋轉(zhuǎn)角，并且將其輸出至DA轉(zhuǎn)換器34。DSP33對(duì)應(yīng)于處 理部分。存儲(chǔ)器34是存儲(chǔ)裝置比如例如EEPR0M，其存儲(chǔ)用于在由DSP33進(jìn)行的數(shù)據(jù)處理操 作中使用的程序和參數(shù)。
[0032] DA轉(zhuǎn)換器35將從DSP33輸出的對(duì)應(yīng)于磁力檢測(cè)值VI的輸出值V2轉(zhuǎn)換為模擬電 壓。從DA轉(zhuǎn)換器35輸出的輸出值V2通過連接器22施加至電子控制單元（EOT)。
[0033] E⑶40是微型計(jì)算機(jī)，其包括CPU、ROM、RAM、I/O等。E⑶40基于由設(shè)置于車輛中 各個(gè)位置處的各個(gè)傳感器輸出的信號(hào)以集成的方式通過控制各種設(shè)備和裝置來控制車輛。 E⑶40基于從DA轉(zhuǎn)換器35輸出的輸出值V2檢測(cè)節(jié)氣門2的旋轉(zhuǎn)角，S卩，打開角。
[0034] E⑶40通過調(diào)節(jié)通過連接器22從電池供應(yīng)至馬達(dá)6的電能來控制馬達(dá)6的旋轉(zhuǎn)驅(qū) 動(dòng)。ECU40通過基于例如內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷狀態(tài)等控制馬達(dá)6的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)來控制節(jié)氣門2 的打開角。
[0035] DAP33按以下方式計(jì)算輸出值V2。DSP33通過使用以下等式（1)來計(jì)算輸出值V2， 其中VM、k、α和Voffset分別表示磁力檢測(cè)值的最大值、增益、預(yù)定值與預(yù)定偏離值。
[0036] V2=kXarcsin(W(VM+a ))+V〇ffset…（1)
[0037] VM將參照?qǐng)D4進(jìn)一步描述。如圖4所示，從磁感測(cè)元件31輸出的磁力檢測(cè)值是正 弦波形狀，假定水平軸線指示磁感測(cè)元件31與永磁體51、52之間的相對(duì)旋轉(zhuǎn)角，也就是節(jié) 氣門2的旋轉(zhuǎn)角。在0°角輸出并且在圖4中示出的電壓是在圖2A中所示的情況下（S卩，在 節(jié)氣門2完全地閉合時(shí)）從磁感測(cè)元件31輸出的磁力檢測(cè)值。在圖2B所示的情況下（即， 在節(jié)氣門2從完全地閉合位置旋轉(zhuǎn)12°打開時(shí))，從磁感測(cè)元件31輸出的磁力檢測(cè)值是在 節(jié)氣門打開角在圖4中是12°時(shí)的磁力檢測(cè)值。
[0038] 如圖4中所示，在磁感測(cè)元件31與永磁體51、52相對(duì)旋轉(zhuǎn)360°的情況下，由磁感 測(cè)元件31輸出的磁力檢測(cè)值（VI)的最大值是VM，這是在打開角是102°時(shí)輸出的。也就 是，VM等于正弦波信號(hào)的幅值，其對(duì)應(yīng)于從磁感測(cè)元件31輸出的磁力檢測(cè)值。
[0039] 節(jié)氣門2可由E⑶40控制以在從0°至86° (完全地閉合是0°，完全地打開是 86° )的控制范圍內(nèi)打開。因此，在節(jié)氣門2的控制范圍內(nèi)，磁力檢測(cè)值VI在-Va與Vb之 間變化。
[0040] 在旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)設(shè)備1組裝之后，測(cè)量和寫入裝置(未示出）連接至蓋20的連接器22。 測(cè)量和寫入裝置通過由連接器22將電能供應(yīng)至馬達(dá)6來驅(qū)動(dòng)節(jié)氣門2旋轉(zhuǎn)。測(cè)量和寫入 裝置測(cè)量在節(jié)氣門2完全地閉合時(shí)從霍爾IC30 (磁檢測(cè)元件31)輸出的磁力檢測(cè)值（_Va)， 以及在節(jié)氣門2完全地打開時(shí)從霍爾IC30輸出的磁力檢測(cè)值（Vb)。測(cè)量和寫入裝置基于 測(cè)量的磁力檢測(cè)值（_Va和Vb)估算磁力檢測(cè)值VI的最大值VM。測(cè)量和寫入裝置在存儲(chǔ)器 34中寫入估算的VM。DSP33因而能在等式1中使用VM。
[0041] 增益（gain) k可隨溫度變化。等式（1)中的預(yù)定值α是VM的大約0.2至0.25 倍(也就是，VM/5至VM/4)。等式（1)中的預(yù)定偏移值Voffset在考慮磁力檢測(cè)值的最小值 情況下設(shè)置，這個(gè)最小值在節(jié)氣門2受到控制時(shí)能從霍爾IC30輸出。
[0042] 圖5用實(shí)線L1示出輸出值V2,其在節(jié)氣門2受到控制時(shí)從霍爾IC30 (DA轉(zhuǎn)換器 35)輸出。在磁力檢測(cè)值VI改變1%時(shí)在旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)設(shè)備1中產(chǎn)生的輸出值V2通過使用以下 等式（2)來計(jì)算。
[0043] V2=kXarcsin(VlX0. 99AVM+a ))+V〇ffset…（2)
[0044] 通過等式（2)計(jì)算的輸出值V2在圖5中由單點(diǎn)劃線L2示出。如圖5中所示，節(jié) 氣門2完全打開（86° )時(shí)變化之前與之后之間的磁力檢測(cè)值VI的輸出值V2的差是Λ dl， 其相對(duì)較小。在圖5中，虛線L3示出理想的傳感器輸出，其相對(duì)于旋轉(zhuǎn)角線性地變化。理 想的傳感器輸出等于通過使用以下等式（3)計(jì)算的輸出。
[0045] kXarcsin(Vl/VM)+VofTset…（3)
[0046] 如圖5中所示，通過使用等式（1)計(jì)算的輸出值V2 (實(shí)線L1)彎曲以隨著節(jié)氣門 2的旋轉(zhuǎn)角(節(jié)氣門開度角）增大更加偏離線性理想傳感器輸出（虛線L3)。
[0047] 第一實(shí)施例相對(duì)于如下描述的比較示例是有利的。比較示例具有與第一實(shí)施例物 理地相同的構(gòu)造，但是與第一實(shí)施例不同地計(jì)算霍爾IC30的輸出值V2。在比較示例中，霍 爾IC30通過使用以下等式（4)計(jì)算輸出值V2。
[0048] V2=kXarcsin(Vl/VM)+Voffset…（4)
[0049] 也就是，比較示例也以如上述常規(guī)裝置類似的計(jì)算方法計(jì)算輸出值V2。圖6由實(shí) 線L4示出輸出值V2,其在比較示例中在節(jié)氣門2受到控制時(shí)從霍爾IC30輸出。實(shí)線L4與 示出理想傳感器輸出的虛線（圖5 )重合。
[0050] 根據(jù)比較示例的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)設(shè)備在磁力檢測(cè)值VI變化1%的情況下通過使用以下等 式（5)計(jì)算輸出值V2。
[0051] V2=kXarcsin(VlX0. 99/VM)+Voffset…（5)
[0052] 通過使用等式（5)計(jì)算的輸出值V2在圖6中由單點(diǎn)劃線L5示出。如圖6中所示， 在磁力檢測(cè)值VI變化1%時(shí)在節(jié)氣門2完全打開狀態(tài)（86° )時(shí)的輸出值V2的差是Λ d2。 這個(gè)差Λ d2相對(duì)較大。
[0053] 因而，根據(jù)第一實(shí)施例，在相同變化之前和之后在節(jié)氣門2的大約完全打開狀態(tài) 處磁力檢測(cè)值VI的差小于比較示例。第一實(shí)施例相對(duì)于比較示例的有利之處在于，磁力檢 測(cè)值VI中的變化對(duì)輸出值V2影響較小。
[0054] 如上所述，根據(jù)第一實(shí)施例，磁感測(cè)元件31設(shè)置為相對(duì)于永磁體51、52可相對(duì)旋 轉(zhuǎn)。磁感測(cè)元件31輸出磁力檢測(cè)值，其對(duì)應(yīng)于磁通量的垂直分量。DSP33基于從磁感測(cè)元 件31輸出的磁力檢測(cè)值VI計(jì)算輸出值V2,輸出值V2對(duì)應(yīng)于永磁體51、52與磁感測(cè)元件 31之間的相對(duì)旋轉(zhuǎn)角，并且將計(jì)算的數(shù)值作為模擬輸出電壓輸出。
[0055] 而且，DSP33通過使用等式（1)計(jì)算輸出值V2,其中Vl、V2、VM、k、α和Voffset 分別指示磁力檢測(cè)值、輸出值、磁力檢測(cè)值的最大值、增益、預(yù)定值和預(yù)定偏移值。如從等 式（1)理解到的，通過將使用反正弦函數(shù)（arcsin) α計(jì)算的數(shù)值的分母設(shè)置為大于VM，能 抑制由VI的變化所引起的V2的變化。因此，即使在磁力檢測(cè)值VI隨著磁力減少或永磁體 51、52的位置偏移而變化時(shí)，其對(duì)輸出值V2的影響減小。旋轉(zhuǎn)角因而能以高的精確度檢測(cè)。 在第一實(shí)施例中，沒有設(shè)置磁通量收集元件，比如定子。因而，旋轉(zhuǎn)角檢測(cè)裝置10能以簡(jiǎn)單 的構(gòu)造和高的檢測(cè)精確度來實(shí)現(xiàn)。
[0056] (第二實(shí)施例）
[0057] 根據(jù)第二實(shí)施例的旋轉(zhuǎn)角檢測(cè)裝置將參照?qǐng)D7描述。第二實(shí)施例具有與第一實(shí)施 例類似的物理構(gòu)造，但是與第一實(shí)施例不同之處在于DSP33的處理操作。
[0058] 根據(jù)第二實(shí)施例，DSP33基于等式（1)計(jì)算輸出值V2并且之后在輸出之前執(zhí)行對(duì) 計(jì)算的輸出值V2的多點(diǎn)修正。具體地，多點(diǎn)修正在十六個(gè)點(diǎn)處執(zhí)行以使得第一點(diǎn)對(duì)應(yīng)于節(jié) 氣門2的完全閉合狀態(tài)下產(chǎn)生的輸出電壓并且第十五個(gè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)于節(jié)氣門2的完全打開狀態(tài) 下產(chǎn)生的輸出電壓。因而，輸出值V2修正為變得更接近理想傳感器輸出。用于執(zhí)行多點(diǎn)修 正的各種參數(shù)和程序存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器34中。
[0059] 通過使用等式（1)計(jì)算的輸出值V2 (實(shí)線L1)因而被修正為變得更接近如圖7中 所示的理想傳感器輸出（虛線L3)。因此，在磁力檢測(cè)值VI變化1%時(shí)產(chǎn)生的輸出值V2 (單 點(diǎn)線L2)也被修正為變得更接近理想傳感器輸出（虛線L3)。
[0060] 如上所述，根據(jù)第二實(shí)施例，DSP33在多個(gè)點(diǎn)處修正通過使用等式（1)計(jì)算的輸出 值V2并且輸出修正的輸出電壓。與第一實(shí)施例相比較，從霍爾IC30輸出的輸出值V2的直 線性(線性)提高并且相對(duì)于由磁力的減小或永磁體51、52的位置偏移所引起的磁力檢測(cè)值 VI的變化的穩(wěn)健性（robustness,也稱魯棒性）得到增強(qiáng)。
[0061] (第三實(shí)施例）
[0062] 根據(jù)第三實(shí)施例的旋轉(zhuǎn)角檢測(cè)裝置與第一和第二實(shí)施例不同，如圖8A中部分地 示出。根據(jù)第三實(shí)施例，保持件8設(shè)置有大致圓筒形的軛19。這里，軛19以其軸線與氣門 軸5的軸線重合的方式設(shè)置。軛19的軸線因而穿過霍爾IC30的磁感測(cè)元件31。
[0063] 永磁體53、54設(shè)置為在軛19內(nèi)部相對(duì)于氣門軸5的軸線點(diǎn)對(duì)稱（S卩，彼此相對(duì))的 磁產(chǎn)生兀件。永磁體53被磁化以使得其面向軛19軸線的內(nèi)表面是N極。永磁體54被磁 化以使得其面向軛19軸線的內(nèi)表面是S極。因而，磁路形成為使得從永磁體53的N極產(chǎn) 生的磁通量從永磁體53的中心跳至永磁體54的中心并且從永磁體54的N極產(chǎn)生的磁通 量通過軛19流至永磁體53的S極?；魻朓C30位于軛19的中心處。為此，磁通量穿過磁 感測(cè)元件31，而不管永磁體53、54的旋轉(zhuǎn)位置，S卩，氣門軸5的旋轉(zhuǎn)位置。
[0064] 圖8A示出在節(jié)氣門2處于完全閉合狀態(tài)(打開角度0)的情況下霍爾IC30及其附 近的狀態(tài)。由磁感測(cè)表面311以及從永磁體53跳至永磁體54的磁通量的方向所形成的角 是大約0°。穿過磁感測(cè)表面311的磁通量的垂直分量因此是0,并且因此，從磁感測(cè)元件 31輸出的電壓是0。
[0065] 如上所述，根據(jù)第三實(shí)施例，永磁體53、54布置為磁產(chǎn)生兀件以形成磁路?；魻?IC30和永磁體53、54布置為使得，在節(jié)氣門2處于完全閉合狀態(tài)(打開角度0)的情況下，磁 通量在與磁感測(cè)元件311成大約0°的方向上從永磁體53跳至永磁體54。這個(gè)構(gòu)造還能 在由DSP33基于等式（1)計(jì)算輸出值V2的情況下以高的精確度檢測(cè)旋轉(zhuǎn)角。而且，在第三 實(shí)施例中，旋轉(zhuǎn)角能通過對(duì)基于等式（1)計(jì)算的輸出電壓執(zhí)行多點(diǎn)修正而以更高的精確度 檢測(cè)。
[0066] (第四實(shí)施例）
[0067] 根據(jù)第四實(shí)施例的旋轉(zhuǎn)角檢測(cè)裝置也與第一和第二實(shí)施例不同，如圖8B中部分 地示出。第四實(shí)施例關(guān)于在節(jié)氣門2的完全閉合狀態(tài)下霍爾IC30與永磁體53、54之間的 位置關(guān)系、關(guān)于輸出值V2的計(jì)算方法等方面而言與第三實(shí)施例不同。
[0068] 根據(jù)第四實(shí)施例，霍爾IC30和永磁體53、54布置為使得，在節(jié)氣門2處于完全閉 合狀態(tài)下(打開角度〇)的情況下，磁通量在與磁感測(cè)表面311成大約90°的方向上從永磁 體53跳至永磁體54。為此，穿過磁感測(cè)表面311的磁通量的垂直分量變?yōu)樽畲蟛⑶乙虼藦?磁感測(cè)元件31輸出的電壓相應(yīng)地變?yōu)樽畲蟆拇鸥袦y(cè)元件31輸出的電壓是余弦波形式， 假定水平軸線指示磁感測(cè)元件31與永磁體53、54之間的相對(duì)旋轉(zhuǎn)角。DSP33通過使用以下 等式（6)計(jì)算輸出值V2。
[0069] V2=kX arccos (VI/(VM+a ))+V〇fTset…（6)
[0070] 如上所述，根據(jù)第四實(shí)施例，DSP33基于等式（6)計(jì)算輸出值V2。如在等式（6) 中表達(dá)的，由VI的變化引起的V2的變化能如第一實(shí)施例中那樣，通過將基于反余弦函數(shù) (arccos)計(jì)算的值的分母增大為比VM大α而受到抑制。因此，輸出值V2能相對(duì)較少地受 到由永磁體53、54的磁力減小、位置偏移等引起的磁力檢測(cè)值VI的變化的影響。因此，旋 轉(zhuǎn)角能以高的精確度檢測(cè)。
[0071] (其他實(shí)施例）
[0072] 作為又一實(shí)施例，磁感測(cè)元件可設(shè)置于節(jié)氣門的氣門軸側(cè)上并且永磁體可設(shè)置于 旋轉(zhuǎn)角檢測(cè)裝置的蓋側(cè)上。磁產(chǎn)生元件不限于永磁體，而是可以是電磁體。
[0073] 作為又一實(shí)施例，等式（1)和（6)中的預(yù)定值α不限于VM的0.2至0.25倍的范 圍內(nèi)，而是可以小于或大于VM的0. 2至0. 25倍的范圍。作為又一實(shí)施例，霍爾1C可構(gòu)造 為從DSP而沒有通過DA轉(zhuǎn)換器輸出模擬值。
[0074] 作為又一實(shí)施例，磁感測(cè)元件不限于霍爾元件，而是可以是磁阻元件等。旋轉(zhuǎn)角檢 測(cè)裝置不限于用于節(jié)氣門的旋轉(zhuǎn)角（打開角）的檢測(cè)，而是可用于檢測(cè)例如加速器踏板或其 他設(shè)備的旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)角。
【權(quán)利要求】
1. 一種旋轉(zhuǎn)角檢測(cè)裝置（10)，包括： 磁感測(cè)元件（31 )，所述磁感測(cè)元件（31)設(shè)置為相對(duì)于磁產(chǎn)生元件（51、52、53、54)可 旋轉(zhuǎn)以輸出磁力檢測(cè)值，所述磁力檢測(cè)值對(duì)應(yīng)于從所述磁產(chǎn)生元件施加的磁通量的垂直分 量；以及 處理部分（33)，用于基于由所述磁感測(cè)元件輸出的磁力檢測(cè)值來計(jì)算并輸出對(duì)應(yīng)于所 述磁產(chǎn)生元件與所述磁感測(cè)元件之間的相對(duì)旋轉(zhuǎn)角的輸出電壓， 其中所述處理部分將輸出電壓計(jì)算為V2=kX arcsin (V1AVM+ a )) +Voffset或 V2=kXarccos(VlAVM+a ))+Voffset，其中 VI、V2、VM、k、α 和 Voffset 指示磁力檢測(cè)值、 輸出電壓、磁力檢測(cè)值的最大值、增益、預(yù)定值和預(yù)定偏移值。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的旋轉(zhuǎn)角檢測(cè)裝置，其中： 所述處理部分通過執(zhí)行多點(diǎn)修正而輸出輸出電壓。
【文檔編號(hào)】G01B7/30GK104101291SQ201410137439
【公開日】2014年10月15日 申請(qǐng)日期:2014年4月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月11日
【發(fā)明者】水沼赳人, 瀧口智之, 久保田貴光, 河野禎之 申請(qǐng)人:株式會(huì)社電裝