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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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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.
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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.
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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.
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KURZFASSUNG
DER ERFINDUNG
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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.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Rotationserfassungsvorrichtung
zu schaffen, die einfach Erfassungsfehler korrigiert.
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Diese
Aufgaben werden mit den in Anspruch 1 und 8 angegebenen Maßnahmen
gelöst.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand
der abhängigen
Ansprüche.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNG
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Die
vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert.
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Es
zeigt:
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1 eine
schematische und perspektivische Ansicht einer Rotationserfassungsvorrichtung gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung, von welchem ein Deckel abgenommen ist;
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2 eine
quergeschnittene Seitenansicht der Rotationserfassungsvorrichtung,
die in 1 gezeigt ist;
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3 eine
Seitenansicht der Rotationserfassungsvorrichtung, die in 4 gezeigt
ist;
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4 ein
Ersatzschaltbild eines Halbleiterchip der Rotationserfassungsvorrichtung
gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel;
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5A bis 5F Schritte
zum Herstellen der Rotationserfassungsvorrichtung gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel;
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6 einen
Stromlaufplan eines Halbleiterchip einer Rotationserfassungsvorrichtung
im Stand der Technik;
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7 eine
schematische Darstellung einer Rotationserfassungsvorrichtung gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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8 eine
vergrößerte Ansicht
der Details um Magnetsensorelemente und eines rotierenden Teils;
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9 ein
Stromlaufplan eines Halbleiterchip der Rotationserfassungsvorrichtung
gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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10A bis 10C ein
Zeitablaufsdiagramm von Signalwellen in dem Ersatzschaltbild, das in 9 gezeigt
ist;
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11A und 11B Graphen,
die jeweils eine Beziehung zwischen Drehwinkeln des rotierenden
Teils und von Ablenkungswinkeln eines Magnetvektors zeigen;
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12 ein
Ersatzschaltbild eines Halbleiterchip der Rotationserfassungsvorrichtung
gemäß dem dritten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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13 eine
schematische Darstellung einer Änderung
der Magnetsensorelemente der Rotationserfassungsvorrichtung gemäß der Erfindung;
und
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14 eine
schematische Darstellung einer Änderung
eines rotierenden Teils und der Magnetwiderstandselemente der Rotationserfassungsvorrichtung
gemäß der Erfindung.
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DETAILIERTE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Eine
Rotationserfassungsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 4 und
die 5A bis 5F beschrieben.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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).
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Es
ist bevorzugt, dass die Teilung PT (zum Beispiel 2,5 mm) gleich
der Zahnbreite TP sowie der Bodenbreite PT zwischen zwei Zähnen ist.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Einige Änderungen
der zuvor beschriebenen Rotationserfassungsvorrichtung werden nachstehend
beschrieben.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.