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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft eine Magneto-Detektionseinrichtung, die ein Magnetwiderstandselement (nachstehend
auch als MR-Element
bezeichnet vom englischsprachigen Ausdruck "Magneto Resistance") verwendet, welches ein magnetoelektrisches
Umwandlungselement ist.
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2. Beschreibung
des Standes der Technik
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In
konventionellen Magneto-Detektionseinrichtungen wird eine Brückenschaltung
gebildet durch Bilden einer Elektrode an jedem Ende eines Magnetowiderstandssegmentes,
das aus einem MR-Element besteht, welches eine Konstantspannungs-
und Konstantstromenergiequelle zwischen den beiden entgegengesetzten
Elektroden der Brückenschaltung
verbunden hat, und eine durch die Drehung einer magnetischen Bewegungseinheit
bedingte Änderung
im Widerstandswert des MR-Elementes
wird umgewandelt in eine Spannungsänderung, hierdurch eine Änderung
im Magnetfeld, das auf das MR-Element einwirkt, erfassend, wie beispielsweise
in JP-A-2002-90181 und JP-A-2005-156368 offenbart.
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In
der in JP-A-2002-90181 offenbarten Magneto-Detektionseinrichtung sind feste Zähne, die
am Umfangsrand der magnetischen Bewegungseinheit ausgebildet sind,
symmetrisch in Bezug auf das Zahnzentrum. Daher tritt, selbst wenn
die magnetische Bewegungseinheit rückwärts gedreht wird, eine Änderung
in dem angelegten magnetischen Feld ähnlich der Änderung des angelegten magnetischen Felds
in dem Fall der normalen Drehung an dem MR-Element auf und dasselbe
finale Ausgangssignal wird unabhängig
von der Drehrichtung der magnetischen Bewegungseinheit erzeugt.
Daher kann die Drehrichtung nicht erfasst werden.
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In
der in JP-A-2005-156368 offenbarten Magneto-Detektionseinrichtung ist es möglich, die
Drehrichtung der magnetischen Bewegungseinheit zu erfassen. Da sie
jedoch die magnetische Bewegungseinheit verwendet, in der feste
Zähne symmetrisch um
das Zahnzentrum angeordnet sind, müssen mehrere Magnetowiderstandssegmente
in einem komplexen Muster angeordnet werden, um die Drehrichtung
der magnetischen Bewegungseinheit zu erfassen. Daher ist die Einrichtung
kompliziert und teuer.
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RESÜMEE DER
ERFINDUNG
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In
Hinblick auf die vorangehenden Umstände ist es ein Ziel dieser
Erfindung, eine Magneto-Detektionseinrichtung bereitzustellen, die
die Drehrichtung leicht und zuverlässig erfassen kann. Eine Magneto-Detektionseinrichtung
gemäß einem
Aspekt dieser Erfindung schließt
eine magnetische Bewegungseinheit ein, einen Magneten, der gegenüber der
magnetischen Bewegungseinheit angeordnet ist und der ein magnetisches
Feld auf die magnetische Bewegungseinheit einwirken lässt, und
ein magnetoelektrisches Umwandlungselement, das mindestens ein Segment einschließt, das
gegenüber
der magnetischen Bewegungseinheit angeordnet ist und das eine durch
die Drehung der magnetischen Bewegungseinheit bedingte Änderung
des angelegten Magnetfeldes erfasst, wobei die magnetische Bewegungseinheit
eine Form hat, die eine asymmetrische Änderung im Magnetfeld zu dem magnetoelektrischen
Umwandlungselement in Übereinstimmung
mit der Drehrichtung der magnetischen Bewegungseinheit erzeugt.
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Da
die Magneto-Detektionseinrichtung gemäß einem Aspekt dieser Erfindung
eine magnetische Bewegungseinheit mit einer Form verwendet, die
eine asymmetrische Änderung
im Magnetfeld für das
magnetoelektrische Umwandlungselement in Übereinstimmung mit der Drehrichtung
erzeugt, kann die Magneto-Detektionseinrichtung
die Drehrichtung der magnetischen Bewegungseinheit leicht und zuverlässig erfassen.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Es
zeigt:
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1A und 1B:
jeweils eine Ansicht und eine Draufsicht wesentlicher Teile, die
den Aufbau einer Magneto-Detektionseinrichtung gemäß Ausführungsform
1 dieser Erfindung zeigen;
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2:
eine Draufsicht zum Zeigen der Form eines Magnetowiderstandssegments
in Ausführungsform
1;
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3:
den Aufbau eines Verarbeitungsschaltungsteils der Magneto-Detektionseinrichtung gemäß Ausführungsform
1;
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4A bis 4D:
Zeitdiagramme zum Zeigen des Betriebs (in Normaldrehung) der Magneto-Detektionseinrichtung
gemäß Ausführungsform
1;
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5A bis 5D:
Zeitdiagramme des Betriebs (in Rückwärtsdrehung)
der Magneto- Detektionseinrichtung
nach Ausführungsform
1;
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6A und 6B:
eine perspektivische Ansicht und Draufsicht wesentlicher Teile des
Aufbaus einer Magneto-Detektionseinrichtung gemäß Ausführungsform 2 der Erfindung;
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7A bis 7D:
Zeitdiagramme des Betriebs (in Normaldrehung) der Magneto-Detektionseinrichtung
gemäß Ausführungsform
2; und
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8A bis 8D:
Zeitdiagramme des Betriebs (in Rückwärtsdrehung)
der Magneto-Detektionseinrichtung
gemäß Ausführungsform
2.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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AUSFÜHRUNGSFORM 1
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1A und 1B bis 3 sind
Struktur-Ansichten zum Zeigen einer Magneto-Detektionseinrichtung
gemäß Ausführungsform
1. 1A ist eine perspektivische Ansicht. 1B ist eine Draufsicht wesentlicher Teile. 2 zeigt
ein Muster eines Magnetowiderstandssegments, das ein MR-Element
bildet. 3 ist eine Schaltungsstrukturansicht
eines Signalverarbeitungsschaltungsteils.
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In
dieser Magneto-Detektionseinrichtung ist eine magnetische Bewegungseinheit 1 mit
einem Erfassungsgegenstand gekoppelt und dreht sich normal (in der
Richtung des Pfeils der 1A) oder rückwärts bzw.
umgekehrt um eine Drehachse 1a. Ein Magnet 2 ist
gegenüber
einem äußeren Umfangsteil
der magnetischen Bewegungseinheit 1 angeordnet, um ein
Magnetfeld auf die magnetische Bewegungseinheit 1 einwirken
zu lassen. Oberhalb des Magneten 2 ist eine Platine 4 angeordnet,
auf der ein Magnetowiderstandssegment, das aus einem MR-Element 3 besteht,
ausgebildet ist. Darüber
hinaus ist ein Schaltungsteil 5 auf der Platine 4 aufgedruckt.
Derart ist ein Aufbau zum Erfassen einer durch die Drehung der magnetischen
Bewegungseinheit 1 bedingten Änderung im Magnetfeld bereitgestellt.
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Hier
hat die magnetische Bewegungseinheit 1 mehrere zackenartige
Vorsprünge 1b an
ihrem Umfangsrand ausgebildet. Jeder der zackenartigen Vorsprünge 1b hat
eine Form, die ihre Höhe
graduell entlang der Richtung der Normaldrehung der magnetischen
Bewegungseinheit 1 (Richtung des Pfeils) reduziert, um
asymmetrisch zu dem MR-Element 3 zu sein. Jedoch ist die
Form des zackenartigen Vorsprungs 1b nicht auf die vorstehend
angegebene Form beschränkt.
Sie kann auch irgendeine Form haben, die ihre Höhe graduell reduziert entlang
der Drehrichtung der magnetischen Bewegungseinheit 1.
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Während das
RM-Element 3 als ein schwarzer Block in 1A und 1B dargestellt ist, wird das MR-Element 3 aus
einem Magnetowiderstandssegment mit einer Form, wie in 2 gezeigt,
gebildet.
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3 zeigt
den Aufbau des Verarbeitungsschaltungsteils 5 der Magneto-Detektionseinrichtung in
Ausführungsform
1. In 3 wird eine konstante Spannung VCC an eine Brückenschaltung 51 angelegt,
die aus dem MR-Element 3 und festen Widerständen gebildet
wird, und die Brückenschaltung 51 wandelt
eine Änderung
im Widerstandswert des MR-Elements 3, die durch eine Änderung
im magnetischen Feld bedingt ist, in eine Spannungsänderung um.
Das in die Spannungsänderung
umgewandelte Signal wird durch eine Differenzverstärkerschaltung 52 verstärkt und
in eine Komparatorschaltung 53 eingegeben. Das mit einer
vorbestimmten Spannung durch die Komparatorschaltung 53 verglichene
Signal wird in einer Ausgangsgröße von "0" oder "1" (=VCC)
durch einen Transistor 54T der Ausgangsschaltung 54 umgewandelt
und dann von einem Ausgangsanschluss 54Z ausgegeben. Dann
berechnet eine Normal-/Umkehrdrehungsbeurteilungsschaltung 55 den
Tastgrad (Tastverhältnis)
der Ausgangsgröße, die
von Ausgangsanschluss 54Z eingeholt wird, und beurteilt
basierend auf dem Ergebnis der Berechnung, ob die Drehung normal
ist oder umgekehrt.
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Nun
wird der Betrieb der Magneto-Detektionseinrichtung gemäß Ausführungsform
1 unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
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4A bis 4D und 5A bis 5D sind
Zeitdiagramme zum Zeigen der Betriebsabläufe der Magneto-Detektionseinrichtung
in der Normaldrehung und der Umkehrdrehung der magnetischen Bewegungseinheit 1. 4A und 5A zeigen
den Drehzustand der magnetischen Bewegungseinheit 1. 4B und 5B zeigen
den Widerstandswert des MR-Elementes 3. 4C und 5C zeigen die Ausgangsgröße der Differenzverstärkerschaltung 52. 4D und 5D zeigen
die Änderung
in der Ausgangsgröße der Ausgangsschaltung 54.
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In 1A und 1B ändert sich,
wenn die magnetische Bewegungseinheit 1 sich normal dreht, das
an dem MR-Element 3 angelegte Magnetfeld durch die zackenartigen
Vorsprünge 1b.
Der Widerstandswert des MR-Elements 3 ändert sich in Übereinstimmung
mit der Form der magnetischen Bewegungseinheit 1, wie in 4A und 4B gezeigt,
und eine Ausgangsgröße OP1 der
Differenzverstärkerschaltung 52 wird,
wie in 4C gezeigt bereitgestellt.
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Die
Ausgangsgröße OP1 der
Differenzverstärkerschaltung 52 wird
mit einem Referenzwert Vref1 durch die Komparatorschaltung 53 verglichen, hierdurch
die Form der Schwingungsform bestimmend und das Ausgangssignal "1" oder "0" in
Entsprechung zu der Form der magnetischen Bewegungseinheit 1 als
eine Ausgangsgröße der Ausgangsschaltung 54 ausgebend,
wie in 4D gezeigt.
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In
dem Fall der Normaldrehung wird die Periode (Dauer), während der
das Ausgangssignal "1" ist, durch t1 repräsentiert,
wie in 4D gezeigt.
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Als
nächstes
wird der Betrieb in dem Fall der Umkehrdrehung in 5A und 5D gezeigt. Wenn die magnetische Bewegungseinheit 1 sich
umgekehrt dreht wird das an dem MR-Element 3 angelegte Magnetfeld
durch die zackenförmigen
Vorsprünge 1b geändert. Der
Widerstandswert des MR-Elements 3 ändert sich in Übereinstimmung
mit der Form der magnetischen Bewegungseinheit 1, wie in 5A und 5B gezeigt,
und einer Ausgangsgröße OP1 der
Differenzverstärkerschaltung 52,
wird wie in 5C gezeigt bereitgestellt.
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Die
Ausgangsgröße OP1 der
Differenzverstärkerschaltung 52 wird
mit einem Referenzwert Vref1 durch die Komparatorschaltung 53 verglichen, hierdurch
die Form der Schwingungsform bestimmend und ein Ausgangssignal "1" oder "0" in
Entsprechung zu der Form der magnetischen Bewegungseinheit 1 als
eine Ausgangsgröße der Ausgangsschaltung 54 ausgebend,
wie in 5D gezeigt.
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In
dem Fall der Umkehrdrehung wird die Periode (Dauer), während der
das Ausgangssignal "1" ist, durch t2 repräsentiert,
wie in 5D gezeigt.
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Demnach,
wie aus 4D und 5D zu
sehen ist, ist der Zusammenhang zwischen den zwei Perioden, während denen
das Ausgangssignal der Ausgangsschaltung 54 "1" ist t1 > t2. Die Länge der Periode unterscheidet
sich zwischen der Normaldrehung und der Umkehrdrehung.
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Die
Normal-/Umkehrdrehungsbeurteilungsschaltung 55 berechnet
den Tastgrad von sowohl t1 als auch t2. Beispielsweise durch Beurteilen,
dass die Drehung normal ist, wenn der Tastgrad 60% ist und Beurteilen,
dass die Drehung umgekehrt ist, wenn der Tastgrad 80% ist, ist es
möglich,
zu erfassen, ob die Drehrichtung normal oder umgekehrt ist.
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Wie
oben beschrieben, verwendet die Erfassungseinrichtung gemäß Ausführungsform
1 die magnetische Bewegungseinheit 1 mit der Form, die
eine asymmetrische Änderung
im Magnetfeld zu dem MR-Element 3 in Übereinstimmung mit der Drehrichtung
erzeugt, und kann die Drehrichtung der Magnetbewegungseinheit 1 leicht
und zuverlässig
erfassen.
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Auch
kann, da die magnetische Bewegungseinheit 1 die einfache
Form hat, in der die zackenförmigen
Vorsprünge 1b mit
ihrer sich graduell entlang der Drehrichtung ändernden Höhe am Umfangsrand angeordnet
sind, preiswert aufgebaut werden.
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AUSFÜHRUNGSFORM 2
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6A und 6B bis 8A bis 8D sind
Strukturansichten zum zeigen einer Magneto-Detektionseinrichtung
nach Ausführungsform
2.
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6A ist eine perspektivische Ansicht. 6B ist eine Draufsicht wesentlicher Teile.
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Diese
Magneto-Detektionseinrichtung gemäß Ausführungsform 2 hat grundlegend
denselben Aufbau wie die Magneto-Detektionseinrichtung
nach Ausführungsform
1. Jedoch hat in dieser Magneto-Detektionseinrichtung die magnetische
Bewegungseinheit 1 mehrere zackenartige Ausnehmungen 1c an
ihrem Umfangsrand ausgebildet. Jede der zackenartigen Ausnehmungen
hat eine Form, bei der sich ihre Tiefe graduell entlang der Normaldrehrichtung
der magnetischen Bewegungseinheit 1 reduziert, um asymmetrisch
zu sein zu dem MR-Element 3. Jedoch ist die Form der zackenartigen
Ausnehmung 1c nicht auf die vorstehend beschriebene Form beschränkt. Sie
kann auch eine Form haben, bei der ihre Tiefe graduell entlang der
Umkehrdrehrichtung der magnetischen Bewegungseinheit 1 reduziert wird.
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Der
Verarbeitungsschaltungsteil 5 der Magneto-Detektionseinrichtung
in Ausführungsfrom
2 ist derselbe wie der Verarbeitungsschaltungsteil in Ausführungsform
1, die in 3 gezeigt worden ist und daher
wird er nicht detaillierter beschrieben. Jedoch sind die Brückenschaltung 51,
die durch das MR-Element 3 und Festwiderstände gebildet
wird, der Vertikalpositionszusammenhang des MR-Elements 3 und der
Festwiderstände
entgegengesetzt zu dem Positionszusammenhang in 1.
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Nun
wird der Betrieb der Magneto-Detektionseinrichtung gemäß Ausführungsform
2 unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
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7A bis 7D und 8A bis 8D sind
Zeitdiagramme zum Zeigen der Betriebsabläufe der Magneto-Detektionseinrichtung
in der Normaldrehung und der Umkehrdrehung der magnetischen Bewegungseinheit 1. 7A und 8A zeigen
den Drehzustand der magnetischen Bewegungseinheit 1. 7B und 8B zeigen
den Widerstandswert des MR-Elements 3. 7C und 8C zeigen die Ausgangsgröße des Differenzverstärkers 52. 7D und 8D zeigen
die Änderung
in der finalen Ausgangsgröße der Ausgangsschaltung 54.
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In 5A und 6B wird,
wenn die magnetische Bewegungseinheit 1 sich normal dreht,
das an das MR-Element 3 angelegte Magnetfeld durch die zackenartigen
Ausnehmungen 1c geändert.
Der Widerstandswert des MR-Elements 3 ändert sich in Übereinstimmung
mit der Form der magnetischen Bewegungseinheit 1, wie in 7A und 7B gezeigt und
einer Ausgangsgröße OP1 der
Differenzverstärkerschaltung 52 wird
bereitgestellt, wie in 7C gezeigt.
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Die
Ausgangsgröße OP1 der
Differenzverstärkerschaltung 52 wird
durch die Komparatorschaltung 53 mit einem Widerstandswert
Vref1 verglichen, hierdurch die Formgebung der Schwingungsform bestimmend
und ein finales Ausgangssignal "1" oder "0" in Entsprechung zu der Form der magnetischen Bewegungseinheit 1 als
finale Ausgangsgröße der Ausgangsschaltung 54 bereitstellend,
wie in 7D gezeigt.
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In
dem Fall der Normaldrehung wird die Periode (Dauer), während der
das finale Ausgangssignal "1" ist, durch t1 repräsentiert,
wie in 7D gezeigt.
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Als
nächstes
wird der Betrieb in dem Fall der Umkehrdrehung in 8A bis 8D gezeigt. Wenn die magnetische Bewegungseinheit 1 sich
umgekehrt dreht, wird das auf das MR-Element 3 einwirkende Magnetfeld
durch die zackenartigen Ausnehmungen 1c verändert. Der
Widerstandswert des MR-Elements 3 ändert sich in Übereinstimmung
mit der Form der magnetischen Bewegungseinheit 1, wie in 8A und 8B gezeigt,
und eine Ausgangsgröße OP1 der
Differenzverstärkerschaltung 52 wird,
wie in 8C gezeigt, bereitgestellt.
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Die
Ausgangsgröße OP1 der
Differenzverstärkerschaltung 52 wird
durch die Komparatorschaltung 53 mit einem Referenzwert
Vref1 verglichen, hierdurch die Form der Schwingungsform bestimmend
und ein finales Ausgangssignal "1" oder "0" in Entsprechung zu der Form der magnetischen
Bewegungseinheit 1 als finale Ausgangsgröße der Ausgangsschaltung 54 bereitstellend,
wie in 8D gezeigt.
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Im
Falle der Umkehrdrehung wird die Periode (Dauer), während der
das finale Ausgangssignal "1" ist, durch t2 repräsentiert,
wie in 1D gezeigt.
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Demnach,
wie in 7C und 8D gezeigt,
ist der Zusammenhang zwischen den zwei Perioden, während denen
das finale Ausgangssignal der Ausgangsschaltung 54 "1" ist, t1 > t2. Die Länge der Perioden unterscheidet
sich zwischen der Normaldrehung und der Umkehrdrehung.
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Die
Normal-/Umkehrdrehungsbeurteilungsschaltung 55 berechnet
den Tastgrad von sowohl t1 als auch t2. Beispielsweise durch Beurteilen,
dass die Drehung normal ist, wenn der Tastgrad beispielsweise 60%
ist und Beurteilen, dass die Drehung umgekehrt ist, wenn der Tastgrad
beispielsweise 80% ist, ist es möglich,
zu erfassen, ob die Drehrichtung normal oder umgekehrt ist.
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Wie
oben beschrieben, hat die Magneto-Detektionseinrichtung nach Ausführungsform
2 den einfachen Aufbau unter Verwendung der magnetischen Bewegungseinheit 1 mit
der Form, die in Übereinstimmung
mit der Drehrichtung eine asymmetrische Änderung im Magnetfeld in Bezug
auf das MR-Element 3 erzeugt, und kann die Drehrichtung
der magnetischen Bewegungseinheit 1 leicht und zuverlässig erfassen.
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Da
die magnetische Bewegungseinheit 1 die einfache Form hat,
in der die zackenförmigen
Ausnehmungen 1c mit ihrer graduell sich verändernden Tiefe
entlang der Drehrichtung am Umfangsrand ausgebildet ist, kann die
magnetische Bewegungseinheit 1 kostengünstig aufgebaut werden.