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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Magnetdetektionsvorrichtung, die eine Magnetfeldintensität basierend auf einem magnetischen sich bewegenden Objekt detektiert, wodurch beispielsweise die Umdrehungszahl oder der Drehwinkel eines sich drehenden Objekts detektiert werden kann. Im Besonderen betrifft diese eine Magnetdetektionsvorrichtung, welche die Bewegungsrichtung eines magnetischen sich bewegenden Objekts detektieren kann.
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2. Beschreibung des Standes der Technik
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In einer Magnetdetektionsvorrichtung, welche eine Magnetfeldintensität basierend auf einem magnetischen sich bewegenden Objekt detektiert, umfasst ein System zum Detektieren der Bewegungsrichtung des magnetischen sich bewegenden Objekts verschiedene Techniken aus dem Stand der Technik, in Abhängigkeit eines Signals, das ein Magnetdetektionssensor ausgibt, und ein Verfahren, mit dem eine Computereinheit das Signal verarbeitet. In einem Fall, in dem das Sensorausgabesignal ein digitales Signal ist (Rechteckwelle), kann die Detektion der Bewegungsrichtung des magnetischen sich bewegenden Objekts grob in ein System, welches das Sensorausgabesignal bezüglich der Zeit moduliert, und ein System eingeordnet werden, welches das Sensorausgabesignal bezüglich des Potenzials moduliert. In dem System, welches das Sensorausgabesignal bezüglich der Zeit moduliert, unterscheidet sich das Ausgabetiming (Zeit) des Magnetdetektionssensors entsprechend der Bewegungsrichtung des magnetischen sich bewegenden Objekts. Beispielhaft ist das Zeitintervall des Signals mit a bezeichnet, wenn die Bewegungsrichtung eine Vorwärtsrichtung ist, und ist das Zeitintervall des Signals mit b (≠ a) bezeichnet, wenn die Bewegungsrichtung eine entgegengesetzte Richtung ist. Anschließend kann die Bewegungsrichtung auf eine solche Weise detektiert werden, dass die Computereinheit das Zeitintervall des Sensorausgabesignals misst.
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Mit diesem System, in dem Fall, in dem die Bewegungsrichtung sich während der Zeitintervalle a oder b verändert hat, verzögert sich die Detektion der Bewegungsrichtung prinzipiell. Auf der anderen Seite, in dem System, welches das Sensorausgabesignal hinsichtlich des Potenzials moduliert, unterscheidet sich das Signalpotenzial (hohes Niveau oder niedriges Niveau) des Magnetdetektionssensors entsprechend der Bewegungsrichtung des magnetischen sich bewegenden Objekts. Beispielsweise ist das niedrige Niveau des Signals zu der Zeit, wenn die Bewegungsrichtung eine Vorwärtsrichtung ist, mit S[low – 1] bezeichnet, und ist das niedrige Niveau des Signals zu der Zeit, wenn die Bewegungsrichtung eine entgegengesetzte Richtung ist, mit S[low – 2] (≠ s[low – 1]) bezeichnet. Anschließend kann die Bewegungsrichtung auf eine solche Weise detektiert werden, dass die Computereinheit das Potenzial des Sensorausgabesignals misst (vergleiche beispielsweise Patentdokument 1
JP-A-2002-90181 ).
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Die vorliegende Erfindung gehört zu dem System, welches das Sensorausgabesignal hinsichtlich des Potenzials moduliert. Genauer gesagt, wie es in dem Patentdokument 1 offenbart ist, enthält das System einen Magneten, der ein Vormagnetfeld erzeugt, und einen Magnetdetektionssensor, in dem erste und zweite magnetwiderstandsbeständige Elemente, die einem magnetischen sich bewegendem Objekt gegenüberliegen und in der Bewegungsrichtung davon nebeneinander stehen, und sind die Ausgabeschaltkreise der entsprechenden Elemente aufgebaut, wobei eine Magnetfeldveränderung, welche der Bewegung des magnetischen sich bewegenden Objekts entspricht, bis dahin detektiert wird und auch die Bewegungsrichtung mittels Festlegens entweder des hohen Niveaus oder des niedrigen Niveaus eines Ausgabesignals auf unterschiedliche Potenziale entsprechend der Bewegungsrichtung detektiert wird.
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In der Technik aus dem Stand der Technik, die in dem Patentdokument 1 genannt ist, ist ein Verfahren zum Verarbeiten des Sensorsignals allerdings hinsichtlich der Detektion des magnetischen sich bewegenden Objekts nicht optimal und es treten Verzögerungen in einigen Fällen auf. Es ist verstanden, dass sich die Detektionsverzögerungen in dem wiederholenden Ablauf einer Vorwärtsrichtung und einer entgegengesetzten Richtung in der Bewegungsrichtung häufen, und die Technik aus dem Stand der Technik ist nicht für eine Verwendung geeignet, in der eine Bewegungsposition aus der Detektion der Bewegungsrichtung genau detektiert werden muss.
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Als Anwendungsgebiet der Magnetdetektionsvorrichtung gibt es beispielsweise eine Drehdetektionsvorrichtung im Fahrzeug, welche eine Umdrehungszahl oder einen Drehwinkel in einem Fahrzeug so detektiert, dass ein Verbrennungsmotor oder eine Übertragung gesteuert wird. Im Allgemeinen ist die Drehdetektionsvorrichtung im Fahrzeug einer schwierigen Anbringungsumgebung ausgesetzt und eine Drehrichtung ist in den meisten Fällen eine Vorwärtsrichtung. Folglich muss ein Positionssignal im Besonderen während der Vorwärtsdrehung nicht nur eine Steuerbarkeit sondern auch eine Geräuschunanfälligkeit und Robustheit hinsichtlich einer Temperaturänderung aufweisen, um einem weiten Bereich von Detektionsbedingungen zu entsprechen (die Umdrehungszahl usw.).
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In Wirklichkeit werden Filter beispielsweise in die Ausgabe des Magnetdetektionssensors und die Eingabe der Computereinheit als Gegenmaßnahmen für Geräusche eingebracht. Folglich wird eine Signalwellenform im Anstieg und Abfall der Rechteckwelle dumpf, was das Problem mit sich bringt, dass die Rechteckwelle in einer Hochdrehbetriebsart nicht ausreichend ansteigen oder ausreichend abfallen kann. In diesem Fall sollte die Amplitude des Sensorausgabesignals in der Vorwärtsdrehbetriebsart vorher wünschenswerterweise vergrößert werden. Auch im Hinblick auf die Geräuschunanfälligkeit ist es wichtig, dass die Amplitude des Sensorausgabesignals in der Vorwärtsdrehbetriebsart ausreichend groß gemacht ist, wodurch ein Gewährungsgrad sichergestellt wird, bei dem die Hysterese eines Vergleichsschwellwertsignals in dem Vergleichsschaltkreis der Computereinheit groß eingestellt werden kann. D. h., bei der Verwendung der Drehdetektionsvorrichtung im Fahrzeug oder dergleichen besteht die Bedingung zum Vermeiden des Risikos bei der praktischen Verwendung für das Signal in der Vorwärtsdrehbetriebsart.
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Die
DE 43 08 031 A1 beschreibt eine Vorrichtung zum Erfassen der Bewegung eines bewegbaren Teils, bei der ein Geschwindigkeitssignal und ein Richtungssignal aus von magnetempfindlichen Elementen abgegebenen Signalen abgeleitet werden. Die magnetempfindlichen Elemente wirken mit einem sich drehenden Permanentmagneten zusammen. Ein zusammengesetztes Signal entsteht aus der Addition des Geschwindigkeits- und Richtungssignals.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung weist die Aufgabe auf, eine Magnetdetektionsvorrichtung bereitzustellen, welche in keinem Fall eine Detektionsverzögerung bei der Detektion der Bewegungsrichtung eines magnetischen sich bewegenden Objekts verursacht, und welche die Bewegungsrichtung des magnetischen sich bewegenden Objekts genau detektieren kann.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Magnetdetektionsvorrichtung bereitzustellen, in der eine Detektierbarkeit für die Bewegungsrichtung eines magnetischen sich bewegenden Objekts und die Verwendbarkeit und Zuverlässigkeit von Signalen, die einer Vorwärtsbewegungsrichtung entsprechen, in einem Verwendungsgebiet kompatibel sind, wo die Anbringungsumgebung der Vorrichtung schlecht ist und wo die Bewegungsrichtung des magnetischen sich bewegenden Objekts hauptsächlich die Vorwärtsrichtung ist, und die hinsichtlich der Brauchbarkeit ausgezeichnet ist.
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Eine Magnetdetektionsvorrichtung gemäß der Erfindung enthält einen Magnetdetektionssensor, der einen magnetoelektrischen Wandler zum Detektieren einer Magnetfeldintensität und einen Signalverarbeitungsschaltkreis zum Verarbeiten eines Ausgabesignals des magnetoelektrischen Wandlers enthält, um ein Signal einer Rechteckwelle auszugeben, und der eine Bewegungsposition und eine Bewegungsrichtung eines magnetischen sich bewegenden Objekts detektiert, das eine Veränderung eines Magnetfelds bewirkt, das an den magnetoelektrischen Wandler angelegt wird; und eine Computereinheit, welche ein Ausgabesignal des Magnetdetektionssensors so verarbeitet, dass die Bewegungsposition und Bewegungsrichtung des magnetischen sich bewegenden Objekts detektiert wird. Hier erzeugt der Magnetdetektionssensor das Ausgabesignal, dessen hohes Niveau und niedriges Niveau verschiedene Potenziale gemäß der Bewegungsrichtung des magnetischen sich bewegenden Objekts aufweisen. Daneben enthält die Computereinheit drei Vergleichsschaltkreise und detektiert das Ausgabesignal des Magnetdetektionssensors mit drei Niveaus von Vergleichsschwellwerten. Ferner werden das hohe Niveau und das niedrige Niveau des Ausgabesignals des Magnetdetektionssensors basierend auf einer Bewegung des magnetischen sich bewegenden Objekts in einer Vorwärtsrichtung das Maximum und das Minimum eines Ausgabepotenzialbereichs.
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Gemäß der Erfindung kann die Bewegungsposition und Bewegungsrichtung des magnetischen sich bewegenden Objekts detektiert werden, und im Besonderen wird keine Verzögerung bei der Detektion der Bewegungsrichtung verursacht, sodass die genaue Detektion der Bewegungsposition möglich ist. Ferner wird ein weiter Bereich von Detektionsbedingungen bewältigt, wenn die Bewegungsrichtung eine Vorwärtsrichtung ist, und gleichzeitig kann eine hohe Geräuschunanfälligkeit realisiert werden.
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Das Vorangehende und andere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung deutlicher werden, wenn diese in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen genommen wird.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1A und 1B sind eine perspektivische Ansicht und eine Vorderansicht, welche eine Magnetdetektionsvorrichtung zeigen, die entsprechend eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
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2 ist eine strukturmäßige Ansicht, welche eine Magnetdetektionsvorrichtung zeigt, die eine weitere Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht;
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3 ist ein Schalkreisdiagramm, welches den Signalverarbeitungsschaltkreis der Magnetdetektionsvorrichtung gemäß der Ausführungsform 1 der Erfindung zeigt;
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4 ist ein Betriebswellenformdiagramm des Signalverarbeitungsschaltkreises, der in 3 gezeigt ist;
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5 ist ein Betriebswellenformdiagramm, welches alle Wellenformen der Bewegungsrichtungsdetektionen der Magnetdetektionsvorrichtung gemäß der Ausführungsform 1 der Erfindung zeigt;
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6 ist ein Schaltkreisdiagramm, das den Signalverarbeitungsschaltkreis einer Magnetdetektionsvorrichtung gemäß der Ausführungsform 2 der Erfindung zeigt;
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7 ist ein Betriebswellenformdiagramm, welches alle Wellenformen der Bewegungsrichtungsdetektionen der Magnetdetektionsvorrichtung gemäß der Ausführungsform 2 der Erfindung zeigt;
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8 ist ein Betriebswellenformdiagramm, das alle Wellenformen der Bewegungsrichtungsdetektionen einer Magnetdetektionsvorrichtung gemäß der Ausführungsform 3 der Erfindung zeigt;
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9 ist ein Schaltkreisdiagramm, welches den Signalverarbeitungsschaltkreis einer Magnetdetektionsvorrichtung gemäß der Ausführungsform 4 der Erfindung zeigt;
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10 ist ein Betriebswellenformdiagramm, das alle Wellenformen der Bewegungsrichtungsdetektionen der Magnetdetektionsvorrichtung gemäß der Ausführungsform 4 der Erfindung zeigt;
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11 ist ein Schaltkreisdiagramm, welches den Signalverarbeitungsschaltkreis eines Vergleichsbeispiels einer Magnetdetektionsvorrichtung gemäß der Erfindung zeigt; und
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12 ist ein Betriebswellenformdiagramm, welches alle Wellenformen der Bewegungsrichtungsdetektionen des Vergleichsbeispiels der Magnetdetektionsvorrichtung gemäß der Erfindung zeigt.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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AUSFÜHRUNGSFORM 1:
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Die 1A und 1B sind strukturmäßige Ansichten, welche eine Magnetdetektionsvorrichtung zeigen, die eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, wobei 1A eine perspektivische Ansicht ist und 1B eine Vorderansicht ist. Ein Magnet 3, der ein Vormagnetfeld erzeugt, ist an der unteren Oberfläche eines Signalverarbeitungsschaltkreischips 2 angeordnet, der monolithisch mit magnetoelektrischen Wandlern 1a und 1b konfiguriert ist. Dieser Aufbau wird in der Nähe zum magnetischen sich bewegenden Objekt 4 gegenüber davon gehalten. Der magnetoelektrische Wandler 1a und 1b detektiert eine Magnetfeldverteilung, die das Magnetfeld, welches von dem Magneten 3 erzeugt wird, ausbildet, dank der Nähe des magnetischen sich bewegenden Objekts 4 und der Bewegung davon, und sie geben die Magnetfeldverteilung als elektrische Widerstände und die Veränderungen davon aus.
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Die magnetoelektrischen Wandler 1a und 1b müssen die elektrischen Widerstandänderungen erzeugen, die eine Zeitverschiebung aufweisen, d. h. einen Phasenunterschied zur Bewegung, um die Bewegungsrichtung des magnetischen sich bewegenden Objekts 4 zu detektieren, und diese sind beispielsweise in der Bewegungsrichtung des magnetischen sich bewegenden Objekts 4 benachbart. Der Magnetschaltkreis der Erfindung kann eine Konfiguration aufweisen, in der die magnetoelektrischen Wandler 1a und 1b die Magnetfeldverteilung detektieren können, die durch die Nähe und Bewegung des magnetischen sich bewegenden Objekts 4 ausgebildet wird. Wie es in 2 gezeigt ist, kann das magnetische sich bewegende Objekt 4 genauso gut ein Komplex von Magneten sein, die in. einem bestimmten Abstand angeordnet sind. In diesem Fall kann der Magnet 3 auch weg gelassen werden.
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3 zeigt den Signalverarbeitungsschaltkreis der Ausführungsform 1. Die magnetoelektrischen Wandler 1a und 1b bilden entsprechend Brückenschaltkreise 10a und 10b aus. Wenn die elektrischen Widerstände der magnetoelektrischen Wandler 1a und 1b durch die Bewegung des magnetischen sich bewegenden Objekts 4 verändert werden, werden entsprechend Brückensignale a und b als Spannungsänderungen erhalten. Die Brückensignale a und b werden entsprechend in Rechteckwellensignale c und d mittels Vergleichsschaltkreisen 11 und 12 umgewandelt. Die Rechteckwellensignale c und d werden in einen Schaltkreis 20 eingegeben, der aus Verzögerungs-Flip-Flop-Schaltkreisen (D-FF) und einem Logikschaltkreis konfiguriert bzw. aufgebaut ist, wodurch ein Bewegungsrichtungssignal e erhalten wird. Das Bewegungsrichtungssignal e wird zusammen mit dem Rechteckwellensignal c in einen Logikschaltkreis 21 eingegeben. Die drei Ausgaben des Logikschaltkreises 21 werden entsprechend mit den Basisanschlüssen der Ausgabetransistoren 30, 31 und 32 verbunden.
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Die Emitteranschlüsse der Ausgabetransistoren 30, 31 und 32 sind geerdet und die Kollektoranschlüsse der Ausgabetransistoren 31 und 32 bilden ein Sensorausgabesignal f über entsprechende Widerstände r1 und r2 aus, ebenso zum Kollektoranschluss des Ausgabetransistors 30. Das Sensorausgabesignal f wird an eine Computereinheit 50 übertragen und auf eine Zuführspannung Vcc heraufgebracht. Das Sensorausgabesignal f wird in die drei Vergleichsschaltkreise 40, 41 und 42 der Computereinheit 50 eingegeben. Das Sensorausgabesignal·f wird mit einem Vergleichsschwellwertsignal C1 in dem ersten Vergleichsschaltkreis 40 verglichen, wodurch ein Vergleichsschaltkreisausgabesignal g erhalten wird, es wird mit einem Vergleichsschwellwertsignal C2 in dem zweiten Vergleichsschaltkreis 41 verglichen, wodurch ein Vergleichsschaltkreisausgabesignal h erhalten wird und es wird mit einem Vergleichsschwellwertsignal C3 in dem dritten Vergleichsschaltkreis 42 verglichen, wodurch ein Vergleichsschaltkreisausgabesignal i erhalten wird.
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4 zeigt die Betriebswellenformen des Signalverarbeitungsschaltkreises des Magnetdetektionssensors. Die Figur zeigt die Signale c, d, e und f der entsprechenden Abschnitte des Signalverarbeitungsschaltkreises und die drei Vergleichsschaltkreisausgabesignale g, h und i der Computereinheit 50 (lediglich die Rechteckwellensignale sind gezeigt, und die Brückensignale a und b sind ausgelassen), und die Wellenformen entsprechen einem Fall, in dem sich die Bewegungsrichtung des magnetischen sich bewegenden Objekts 4 von einer Vorwärtsrichtung in eine entgegengesetzte Richtung bzw. Rückwärtsrichtung sich geändert hat. Die Rechteckwellensignale c und d, die mittels Umwandelns der Brückensignale a und b erhalten werden, weisen dazwischen eine Phasendifferenz auf, und deren Kombination unterscheidet sich in Abhängigkeit von der Bewegungsrichtung des magnetischen sich bewegenden Objekts 4. Folglich wird das Bewegungsrichtungssignal e ein niedriges Niveau, wenn die Bewegungsrichtung eine Vorwärtsrichtung ist, und es wird ein hohes Niveau, wenn die Bewegungsrichtung die Rückwärtsrichtung ist. Das Bewegungsrichtungssignal e wird an den Logikschaltkreis 21 eingegeben und von diesem verarbeitet, zusammen mit dem Rechteckwellensignal c, und das Sensorausgabesignal f, das die Ausgabe des Logikschaltkreises 21 ist, wird einer Potenzialmodulation unterzogen, die der Bewegungsrichtung entspricht, in Synchronizität mit dem Rechteckwellensignal c. In diesem Fall ist ein Potenzial in der Rückwärtsrichtung höher als in der Vorwärtsrichtung.
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Das Sensorausgabesignal f wird an die Computereinheit 50 übertragen und diese Computereinheit 50 detektiert das Sensorausgabesignal entsprechend der Vergleichsschwellwerte der drei Niveaus (drei Vergleichsschaltkreise 40, 41 und 42). Wenn die Bewegungsrichtung des magnetischen sich bewegenden Objekts 4 die Vorwärtsrichtung ist, befindet sich das Ausgabesignal g des ersten Vergleichsschaltkreises 40 in dem hohen Niveau, befindet sich das Ausgabesignal i des dritten Vergleichsschaltkreises 42 in dem niedrigen Niveau und ist das Ausgabesignal h des zweiten Vergleichsschaltkreises 41 ein Rechteckwellensignal, das mit dem Rechteckwellensignal c synchronisiert ist, mit anderen Worten, das den Aussparungen und Vorsprüngen des magnetischen sich bewegenden Objekts 4 entspricht. Auf der anderen Seite, wenn die Bewegungsrichtung die Rückwärtsrichtung ist, ist jedes der drei Vergleichsschaltkreisausgabesignale g, h und i ein Rechteckwellensignal, das den Aussparungen und Vorsprüngen des magnetischen sich bewegenden Objekts 4 entspricht. Auf diese Weise kann die Bewegungsrichtung des magnetischen sich bewegenden Objekts 4 aus den drei Vergleichsschaltkreisausgabesignalen g, h und i der Computereinheit 50 bestimmt werden.
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Während die Wellenformen in 4 dem Fall entsprechen, in dem sich die Bewegungsrichtung des magnetischen sich bewegenden Objekts 4 von der Vorwärtsrichtung zur Rückwärtsrichtung geändert hat, zeigt 5 alle Wellenformen der Bewegungsrichtungsdetektionen in dem Sensorausgabesignal f und den Vergleichsschaltkreisausgabesignalen g, h und i in der Ausführungsform 1. Muster 1 und Muster 2, und Muster 3 und Muster 4 stellen Fälle dar, in denen die entsprechenden Wellenformen invertiert wurden. In allen Mustern verändert sich das Potenzial des Sensorausgabesignals f an dessen Anstieg oder Abfall unmittelbar nach der Veränderung der Bewegungsrichtung, und die Vergleichsschaltkreisausgabesignale g, h und i ändern sich in Kombination mit den drei Signalwellenformen unmittelbar nach der Änderung der Bewegungsrichtung. Auf diese Weise vermeidet die Erfindung eine Detektionsverzögerung in jedem Falle der Detektionen der Bewegungsrichtung des magnetischen sich bewegenden Objekts, und sie erlaubt genaue Detektionen.
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AUSFÜHRUNGSFORM 2:
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6 zeigt einen Signalverarbeitungsschaltkreis in Ausführungsform 2. Auf dieselbe Weise wie in der Ausführungsform 1 ist der Signalverarbeitungsschaltkreis aus Brückenschaltkreisen 10a und 10b, Vergleichsschaltkreisen 11 und 12, einem Schaltkreis 20, der aus D-FF Schaltkreisen und einem Logikschaltkreis aufgebaut ist, einem Logikschaltkreis 21, Ausgabetransistoren 30, 31 und 32 und Vergleichsschaltkreisen 40, 41 und 42 aufgebaut, und Brückensignale a und b, Rechteckwellensignale c und d, ein Drehrichtungssignal e, ein Sensorausgabesignal f und Vergleichsschaltkreisausgabesignale g, h und i werden von den entsprechenden Schaltkreisen erzeugt. Ein Inverter vor der Eingabe des Logikschaltkreises 21 ist nicht vorgesehen, und das Drehrichtungssignal e weist eine Phase entgegengesetzt zu der des Bewegungsrichtungssignals e in Ausführungsform 1 auf. Folglich unterscheidet sich die Ausführungsform 2 von der Ausführungsform 1 in dem Potenzial des Sensorausgabesignals f entsprechend der Bewegungsrichtung und in den Wellenformen der Vergleichsausgabesignale e, h und i, die der Bewegungsrichtung entsprechen.
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7 zeigt alle Wellenformen der Bewegungsrichtungsdetektionen in dem Sensorausgabesignal f und den Vergleichsschaltkreisausgabesignalen g, h und i in der Ausführungsform 2. In allen Mustern ändert sich das Potenzial des Sensorausgabesignals f an dessen Anstieg oder Abfall unmittelbar nach der Veränderung der Bewegungsrichtung, und die Vergleichsschaltkreisausgabesignale g, h und i ändern sich in der Kombination der drei Signalwellenformen unmittelbar nach der Veränderung der Bewegungsrichtung. Es versteht sich, dass auch in der Ausführungsform 2 eine Detektionsverzögerung bei den Detektionen der Bewegungsrichtung des magnetischen sich bewegenden Objekts auf dieselbe Weise wie in Ausführungsform 1 vermieden wird, folglich sind genaue Detektionen möglich.
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Daneben sind in 7 die Vergleichsschwellwertsignale C1, C2 und C3 der Vergleichsschaltkreise einer Computereinheit 50 zusammen mit dem Sensorausgabesignal f, inklusive der Hysteresen der Vergleichsschwellwertsignale, gezeigt. Wenn die Bewegungsrichtung die Vorwärtsrichtung ist, schneiden sich die Hysteresen von jedem Vergleichsschwellwertsignal einander, aber das hohe Niveau S[high – 1] und das niedrige Niveau S[low – 1] des Sensorausgabesignals f werden das Maximum und Minimum eines Ausgabepotenzialbereichs. Folglich kann jedes Vergleichsschwellwertsignal irgendein gewünschtes Potenzial innerhalb eines Bereichs annehmen, in dem die Potenzialvarianzkomponenten des hohen Niveaus S[high – 1] und niedrigen Niveaus S[low – 1] von dem Ausgabepotenzialbereich subtrahiert sind, inklusive der Hysteresen des Vergleichsschwellwertsignals.
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Auf der anderen Seite, wenn die Bewegungsrichtung die Rückwärtsrichtung ist, ist es notwendig, dass das Ausgabesignal g des ersten Vergleichsschaltkreises 40 ein hohes Niveau ist, dass das Ausgabesignal i des dritten Vergleichsschaltkreises 42 ein niedriges Niveau ist und dass das Ausgabesignal h des zweiten Vergleichsschaltkreises 41 ein Rechteckwellensignal ist, das mit dem Rechteckwellensignal c synchronisiert ist, mit anderen Worten, das den Aussparungen und Vorsprüngen des magnetischen sich bewegenden Objekts entspricht. Folglich, bezüglich des hohen Niveaus S[high – 2] (< S[high – 1]) und niedrigen Niveaus S[low – 2] (> S[low – 1]) des Sensorausgabesignals f, weist jedes Vergleichsschwellwertsignal Bedingungen auf, die dem Festlegen auferlegt sind, inklusive der Hysteresen davon.
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In den Vergleichsschwellwertsignalen C1, C2 und C3 sind die Hochpotenzialseiten der Hysteresen dieser Vergleichsschwellwertsignale entsprechend mit C1[high], C2[high] und C3[high] bezeichnet, und die Niedrigpotenzialseiten sind entsprechend mit C1[low], C2[low] und C3[low] bezeichnet. Dann kann die genaue Detektion der Bewegungsrichtung des magnetischen sich bewegenden Objekts unter Einhaltung des Folgenden durchgeführt werden:
S[high – 1] > C1[high] > S[high – 2]
C1[high] > C1[low] > S[low – 2]
S[high – 2] > C2[high] > C2[low] > S[low – 2]
S[high – 2] > C3[high] > C3[low]
S[low – 2] > C3[low] > S[low – 1]
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Ferner können die Hysteresen der Vergleichsschwellwertsignale C1, C2 und C3 groß festgelegt werden, unter Einhaltung des Folgenden:
S[high – 1] > C1[high] > S[high – 2] > C1[low] > S[low – 2]
S[high – 2] > C2[high] > C2[low] > S[low – 2]
S[high – 2] > C3[high] > S[low – 2] > C3[low] > S[low – 1]
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Auf diese Weise werden in der Potenzialmodulation des Sensorausgabesignals basierend auf der Bewegungsrichtung des magnetischen sich bewegenden Objekts die Signale zu der Zeit, wenn die Bewegungsrichtung die Vorwärtsrichtung ist, das Maximum und Minimum des Ausgabepotenzialbereichs. Folglich entspricht die Vorwärtsbewegungsrichtung einem weiten Bereich von Detekionsbedingungen (wie beispielsweise Signalfrequenzen), und es gibt einen Gewährungsgrad, bei dem die Hysteresen der Vergleichsschwellwertsignale in den Vergleichsschaltkreisen der Computereinheit so vergrößert werden können, dass eine hohe Geräuschunanfälligkeit realisiert werden kann.
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AUSFÜHRUNGSFORM 3:
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Diese Ausführungsform besteht darin, dass die Hysteresen der Vergleichsschwellwertsignale zur Zeit der Vorwärtsbewegungsrichtung des magnetischen sich bewegenden Objekts, wie es in der Ausführungsform 2 gekennzeichnet ist, äußerst groß festgelegt sind. In den Vergleichsschwellwertsignalen C1, C2 und C3 sind die Hochpotenzialseiten der Hysteresen dieser Vergleichsschwellwertsignale entsprechend mit C1[high], C2[high] und C3[high] bezeichnet, und die Niedrigpotenzialseiten sind entsprechend mit C1[low], C2[low] und C3[low] bezeichnet. Dann sind die Hysteresen der Vergleichsschwellwertsignale C1, C2 und C3 unter Einhaltung des Folgenden größer festgelegt:
S[high – 1] > C1[high] > S[high – 2] > C3[high] > C1[low] > S[low – 2] > C3[low] > S[low – 1]
S[high – 2] > C2[high] > C2[low] > S[low – 2]
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8 zeigt alle Wellenformen der Bewegungsrichtungsdetektionen in dem Sensorausgabesignal f und den Vergleichsschaltkreisausgabesignalen g, h und i in Ausführungsform 3. In der Figur sind die Hysteresen der Vergleichsschwellwertsignale C1, C2 und C3, die zusammen mit dem Sensorausgabesignal f gezeigt sind, immer noch größer als in der Ausführungsform 2.
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AUSFÜHRUNGSFORM 4:
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9 zeigt einen Signalverarbeitungsschaltkreis in der Ausführungsform 4. Auf dieselbe Weise wie in jeder der vorgenannten Ausführungsformen, ist der Signalverarbeitungsschaltkreis aus Brückenschaltkreisen 10a und 10b, Vergleichsschaltkreisen 11 und 12, einem Schaltkreis 20, der aus D-FF Schaltkreisen und einem Logikschaltkreis aufgebaut ist, einem Logikschaltkreis 41, Ausgabetransistoren 30, 31 und 32 und Vergleichsschaltkreisen 40, 41 und 42 aufgebaut, und Brücksignale a und b, Rechteckwellensignale c und d, ein Drehrichtungssignal e, ein Sensorausgabesignal f und Vergleichsschaltkreisausgabesignale g, h und i werden von den entsprechenden Schaltkreisen erzeugt. Die Signalverarbeitungsausgabe des Magnetdetektionssensors ist gleich wie in der Ausführungsform 2.
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Die Konfigurationen der Vergleichsschaltkreise, an die das Sensorausgabesignal f eingegeben wird, unterscheiden sich von denen in jeder der vorgenannten Ausführungsformen. In dem ersten Vergleichsschaltkreis 40 wird das Sensorausgabesignal f mit einem Vergleichsschwellwertsignal C1 verglichen, um das Vergleichsschaltkreisausgabesignal g zu erhalten, und in dem zweiten Vergleichsschaltkreis 41 wird das Sensorausgabesignal f mit einem Vergleichsschwellwertsignal C2 verglichen, um das Vergleichsschaltkreisausgabesignal h zu erhalten. In dem dritten Vergleichsschaltkreis 42 wird allerdings das Ausgabesignal f mit einem Vergleichsschwellwertsignal CR verglichen, um das Vergleichsschaltkreisausgabesignal i zu erhalten. Das Vergleichsschwellwertsignal CR ist ein Signal, das durch Invertieren des Ausgabesignals des ersten Vergleichsschaltkreises 40 erhalten wird.
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10 zeigt alle Wellenformen der Bewegungsrichtungsdetektionen in dem Sensorausgabesignal f und den Vergleichsschaltkreisausgabesignalen g, h und i in Ausführungsform 4. In allen Mustern ändert sich das Potenzial des Sensorausgabesignals f an dessen Anstieg oder Abfall unmittelbar nach der Veränderung der Bewegungsrichtung, und die Vergleichsschaltkreisausgabesignale g, h und i ändern sich in Verbindungen mit den drei Signalwellenformen unmittelbar nach der Veränderung der Bewegungsrichtung. Es versteht sich, dass auch in der Ausführungsform 4 eine Detektionsverzögerung in jedem Fall bei den Detektionen der Bewegungsrichtung eines magnetischen sich bewegenden Objekts vermieden wird, auf dieselbe Weise wie in jeder der vorgenannten Ausführungsformen, folglich sind genaue Detektionen möglich.
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Daneben sind in 10 die Vergleichsschwellwertsignale C1, C2 und C3 der entsprechenden Vergleichsschaltkreise 40, 41 und 42 einer Computereinheit 50 zusammen mit dem Sensorausgabesignal f, inklusive der Hysteresen der Vergleichsschwellwertsignale, gezeigt. Wenn die Bewegungsrichtung eine Vorwärtsrichtung ist, wird das hohe Niveau S[high – 1] und niedrige Niveau S[low – 1] des Sensorausgabesignals f das Maximum und Minimum eines Ausgabepotenzialbereichs. Folglich kann jedes Vergleichsschwellwertsignal irgendein gewünschtes Potenzial innerhalb eines Bereichs annehmen, in dem die Potenzialvarianzkomponenten des hohen Niveaus S[high – 1] und niedrigen Niveaus S[low – 1] von dem Ausgabepotenzialbereich subtrahiert sind, inklusive der Hysteresen des Vergleichsschwellwertsignals. Folglich sind die Hysteresen des Vergleichsschwellwertsignals C1 zum Zwecke einer Geräuschunanfälligkeit äußerst groß festgelegt.
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Auf der anderen Seite, wenn die Bewegungsrichtung eine Rückwärtsrichtung ist, ist es notwendig, dass das Vergleichsschaltkreisausgabesignal h ein Rechteckwellensignal ist, das mit dem Rechteckwellensignal c synchronisiert ist, mit anderen Worten, das den Aussparungen und Vorsprüngen des magnetischen sich bewegenden Objekts entspricht. Folglich, bezüglich des hohen Niveaus S[high – 2] (< S[high – 1]) und niedrigen Niveaus S[low – 2] (> S[low – 1]) des Sensorausgabesignals f, weist das Vergleichsschwellwertsignal C2 Bedingungen auf, die der Festlegung auferlegt werden, inklusive der Hysterese davon. D. h. die Bedingungen werden lediglich auf das Vergleichsschwellwertsignal C2 des zweiten Vergleichsschaltkreises 41 auferlegt. Das Vergleichsschwellwertsignal C1 des ersten Vergleichsschaltkreises 40 ist nicht im Besonderen Bedingungen in der Richtung des Vergrößerns der Hysterese davon ausgesetzt und ist mit einer hohen Vielseitigkeit der Festlegung ausgestattet.
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Die Hochpotenzialseiten der Hysteresen der Vergleichsschwellwertsignale C1 und C2 sind entsprechend mit C1[high] und C2[high] bezeichnet, und die Niedrigpotenzialseiten sind entsprechend mit C1[low] und C2[low] bezeichnet. Dann wird das Folgende erfüllt:
S[high – 1] > Cl[high] > S[high – 2] > S[low – 2] > C1[low] > S[low – 1]
S[high – 2] > C2[high] > C2[low] > S[low – 2]
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In diesem Fall ist es ferner notwendig, dass sich die Vergleichsschaltkreisausgabesignale g und h zu der Zeit, wenn die Bewegungsrichtung die Rückwärtsrichtung ist, in einer gegenseitig komplementären Beziehung befinden, um die Detektionsverzögerung der Bewegungsrichtung zu vermeiden. Das Vergleichsschwellwertsignal CR des dritten Vergleichsschaltkreises 42 wird als das invertierte Signal des Ausgabesignals g des ersten Vergleichsschaltkreises 40 zu diesem Zweck festgelegt.
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Das Vergleichsschwellwertsignal CR ist kein Signal, in dem ein festes Potenzial eine Hysterese aufweist, sondern es ist ein Signal, in dem ein Potenzial mit einer Amplitude (die entgegengesetzte Phase des Vergleichschaltkreisausgabesignals g) eine Hysterese aufweist. Gemäß dieser Ausführungsform unterscheidet sich die Festlegung des Vergleichsschwellwertsignals C1 des ersten Vergleichsschaltkreises 40, inklusive der Hysterese dieses Signals C1, hinsichtlich der Bedingungen von einer Festlegung in einer Magnetdetektionsvorrichtung nicht, in der die Potenzialmodulation eines Sensorausgabesignals nicht vorhanden ist. Folglich ist diese Ausführungsform mit der Vorrichtung aus dem Stand der Technik austauschbar, welche die Bewegungsrichtung eines magnetischen sich bewegenden Objekts nicht detektiert, und diese kann durch ein Verfahren, das tatsächliche Resultate aufweist, angewendet werden.
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Beim Ausführen der Erfindung ist die Auswahl der Bestandteile und Konfiguration der Magnetdetektionsvorrichtung nicht im Besonderen beschränkt. Beispielsweise kann der magnetoelektrische Wandler ein Element, das eine Magnetfeldintensität detektiert, wie beispielsweise ein Hallelement, ein magnetwiderstandbeständiges (MR) Element, ein riesenmagnetwiderstandsbeständiges (GMR) Element oder ein tunnelmagnetwiderstandsbeständiges (TMR) Element sein, und die Anzahl und Anordnung der Elemente kann nach Belieben ausgewählt werden solang die Bewegungsposition und die Bewegungsrichtung des magnetischen sich bewegenden Objekts detektiert werden kann (es können beispielsweise genauso gut zwei Magnetdetektionssensoren angewendet werden). Daneben kann der Signalverarbeitungsschalkreis mittels bipolaren Transistoren, MOS-(Metal-Oxide Semiconductor)-Transistoren, oder dergleichen gebildet sein.
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VERGLEICHENDES BEISPIEL:
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Es wird unten ein Beispiel, das mit jeder der Ausführungsformen zu vergleichen ist, beschrieben.
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Eine Magnetdetektionsvorrichtung in diesem vergleichenden Beispiel weist einen Aufbau bzw. eine Konfiguration auf, in der die Anzahl der Vergleichsschaltkreise in der Computereinheit 50 in Ausführungsform 1 zwei beträgt. 11 zeigt ein Signalverarbeitungsschaltkreis in diesem vergleichenden Beispiel. In dem ersten Vergleichsschaltkreis 40 wird das Sensorausgabesignal f mit dem Vergleichsschwellwertsignal C1 verglichen, um das Vergleichsschaltkreisausgabesignal g zu erhalten, und in dem zweiten Vergleichsschaltkreis 41 wird das Sensorausgabesignal f mit dem Vergleichsschwellwertsignal C2 verglichen, um das Schaltkreisausgabesignal h zu erhalten.
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12 zeigt alle Wellenformen der Bewegungsrichtungsdetektionen in dem Sensorausgabesignal f und den Vergleichsschaltkreisausgabesignalen g und h in diesem Vergleichsbeispiel. In allen Mustern ändert sich das Potenzial des Sensorausgabesignals f an dessen Anstieg oder Abfall unmittelbar nach der Änderung der Bewegungsrichtung. Auf der anderen Seite befinden sich die Vergleichsschaltkreisausgabesignale g und h in einem Muster, in dem die Kombination der zwei Signalformen sich unter Verzögerung von einer Zeit unmittelbar nach der Veränderung der Bewegungsrichtung ändern. In diesem Vergleichsbeispiel wird eine Detektionsverzögerung manchmal bei der Detektion der Bewegungsrichtung des magnetischen sich bewegenden Objekts verursacht, und die genaue Detektion, wie in den Ausführungsformen der Erfindung, ist nicht realisiert.
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Daneben entsprechen in dem Verwendungsgebiet, wo die Anbringumgebung der Vorrichtung schlecht ist und wo die Bewegungsrichtung des magnetischen sich bewegenden Objekts hauptsächlich die Vorwärtsrichtung ist, die Signale im Besonderen hinsichtlich des Betriebs in der Vorwärtsrichtung einem weiten Bereich von Detektionsbedingungen (wie beispielsweise Umdrehungszahlen), und diese müssen eine Geräuschunanfälligkeit, eine Robustheit hinsichtlich Temperaturveränderungen, usw.. aufweisen. In diesem Zusammenhang kann gemäß der Erfindung die genaue Detektion der Bewegungsposition. des magnetischen sich bewegenden Objekts und die Verwendbarkeit und Zuverlässigkeit der Signale, die der Vorwärtsbewegungsrichtung entsprechen, kompatibel gemacht werden.
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In dem Fall einer Drehdetektionsvorrichtung im Fahrzeug, die ein Beispiel der Anwendung der Erfindung ist, gibt die Information der Drehposition beispielsweise die Position des Kolbens eines Verbrennungsmotors und wird für eine Zündsteuerung verwendet. Dank dieser Detektion einer Drehrichtung kann die Position des Kolbens genau detektiert werden, nicht nur während der gewöhnlichen Drehung des Verbrennungsmotors, sondern auch beim Stoppbetrieb usw., und die Zündsteuerung wird für alle Betriebszustände des Verbrennungsmotors ermöglicht. Ferner weist die Drehdetektionsvorrichtung eine hohe Zuverlässigkeit auf, selbst unter den schweren Umgebungsbedingungen von Geräuschen, Temperaturen usw. in dem Verbrennungsmotor. Folglich weist die Vorrichtung kein Risiko hinsichtlich der praktischen Verwendung auf und trägt zur Realisierung eines Verbrennungsmotors eines geringen Kraftstoffverbrauchs und hoher Effizienz bei.
