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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Bewegungsrichtungsdetektor,
der die Bewegungsrichtung und die Position eines sich bewegenden
Körpers detektiert, indem er zwei Gruppen von Sensorelementen
verwendet.
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Beschreibung verwandten Stands
der Technik
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Es
existiert beispielsweise ein Bewegungsrichtungsdetektionsverfahren
zum Detektieren von Änderungen in einem Magnetfeld; in
dem vorstehenden Verfahren sind jeweils Elektroden an den Enden von
magnetoresistiven Elementen (Magnetwiderstandselement) ausgebildet,
die in einem gigantischen Magnetwiderstandselement (nachfolgend
als GMR, giant magnetoresistance element, bezeichnet) als ein magnetoelektrisches
Wandlerelement enthalten sind, so dass eine Brückenschaltung
konfiguriert ist; eine Konstantspannungs- und Konstantstrom-Stromversorgung
ist zwischen zwei Elektroden des Brückenelementes, die
zueinander weisen, verbunden; und eine durch Wandlung einer Widerstandsänderung
des Magnetwiderstandselementes erhaltene Spannungsänderung
wird an das vorstehende Magnetwiderstandselement angelegt. Ein Beispiel
dieses Stands der Technik ist in der
japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr.
2002-90181 offenbart.
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Ein
konventioneller Bewegungsrichtungsdetektor wird unter Bezugnahme
auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. 1 ist
ein Satz von Ansichten, der die Konfiguration eines Bewegungsrichtungsdetektors
illustriert. Weil der Bewegungsrichtungsdetektor in 1 gemäß der
vorliegenden Erfindung eine Konfiguration aufweist, die er gemein hat
mit dem konventionellen Bewegungsrichtungsdetektor, werden sowohl
der konventionelle Detektor als auch ein Detektor gemäß der
vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 1 erläutert. 1(a) ist eine Perspektivansicht. 1(b) ist eine vergrößerte
Aufsicht in dem Fall, wenn die Perspektivansicht von oben betrachtet
wird.
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Wie
in 1 illustriert, ist der Bewegungsrichtungsdetektor
mit einer Verarbeitungsschaltungseinheit 2 versehen, die
zwei Gruppen von Sensorelementen beinhaltet, nämlich Magnetwiderstandselemente 21a und 21b,
und 22; einen Magneten 1, der in der Nähe
der Verarbeitungsschaltungseinheit 2 angeordnet ist; und
ein zahnradförmiger magnetischer Bewegungskörper 4,
welcher zum Magneten 1 hinweisende zahnförmige
Vorsprünge aufweist und auf einer Rotationsachse 5 rotiert.
Die Magnetwiderstandselemente 21a, 21b und 22 sind
in einer Reihe längs der Bewegungsrichtung des magnetischen
Bewegungskörpers 4 angeordnet und nehmen eine Änderung
im durch den Magneten 1 erzeugten Magnetfeld wahr, in Übereinstimmung
mit der Rotation des magnetischen Bewegungskörpers 4.
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10 ist
ein Diagramm, das eine konventionelle Verarbeitungsschaltungseinheit
für einen Magnetwiderstandselemente verwendenden Bewegungsrichtungsdetektor
illustriert. In 10 ist die konventionelle Verarbeitungsschaltungseinheit
mit einer ersten Brückenschaltung 301, die ein
Magnetwiderstandselement 22 als eine Seite beinhaltet,
und Widerständen 31 und 33, einer zweiten
Brückenschaltung 302, welche Magnetwiderstandselemente 21a und 21b als
zwei Seiten und Widerstände 34 und 35 beinhaltet,
eine mit der ersten Brückenschaltung 301 verbundene
erste Vergleichsschaltung 303, einer mit der zweiten Brückenschaltung 302 verbundenen
zweiten Vergleichsschaltung 304, einer Richtungsdetektionsschaltung 305,
deren D-Anschluss mit dem Ausgangsanschluss der ersten Vergleichsschaltung 303 verbunden
ist und deren CL-Anschluss mit dem Ausgangsanschluss der zweiten Vergleichsschaltung 304 verbunden
ist und die ein Flip-Flop vom D-Typ beinhaltet, einer ODER-Schaltung 306,
Ausgangstransistoren 307 und 308, einem Widerstand 309 und
einer Computereinheit 401 konfiguriert.
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In 10 ist
die mit dem Ausgangsanschluss des Ausgangstransistors 307 verbundene Computereinheit 401 mit
einer dritten Vergleichsschaltung 402 versehen, bei der
der Verbindungspunkt 45 zwischen Widerständen 41 und 42 ein Punkt
eines Vergleichspegels 1 ist und einer vierten Vergleichsschaltung 403,
bei der der Verbindungspunkt 46 zwischen Widerständen 43 und 44 ein Punkt
eines Vergleichspegels 2 ist.
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In 10 bezeichnen
Bezugszeichen c bis j, die an einem entsprechenden Punkt in der
Schaltung lokalisiert sind, Signale an jenen Punkten. Eine Konstantspannung
VCC ist an die Brückenschaltung 301 und die Brückenschaltung 302 angelegt,
die mit den Magnetwiderstandselementen 21a, 21b und 22 und den
festen Widerständen 31 bis 35 konfiguriert
sind. Änderungen in den Widerständen der Magnetwiderstandselemente 21a, 21b und 22 aufgrund
einer Veränderung im vom Magneten erzeugten Magnetfeld
in Reaktion auf den magnetischen Bewegungskörper 4 werden
in Spannungsänderungen c und d gewandelt. Die Signale c
und d, die Spannungsänderungen sind, werden an der ersten
Vergleichsschaltung 303 bzw. der zweiten Vergleichsschaltung 304 eingegeben.
Ausgangsspannungen e und f, die durch Vergleich mit entsprechenden
vorbestimmten Spannungen und Umwandlung in Rechteckwellen in der
ersten Vergleichsschaltung 303 und der zweiten Vergleichsschaltung 304 erhalten
werden, werden an der Richtungsdetektionsschaltung 305 eingegeben, und
dann wird ein Richtungssignal g, welches die Bewegungsrichtung des
magnetischen Bewegungskörpers 4 anzeigt, ausgegeben.
Als Nächstes werden das aus der Richtungsdetektionsschaltung 305 ausgegebenen
Richtungssignal g und das Ausgangssignal f der zweiten Vergleichsschaltung 304 an
der ODER-Schaltung 306 eingegeben, und dann schalten die
jeweiligen Ausgangssignale der ODER-Schaltung 306 die Ausgangstransistoren 307 und 308 ein
oder aus. Bezugszeichen h bezeichnet das Ausgangssignal des Transistors 307.
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Hier
wird der Betrieb des in 10 illustrierten
Bewegungsrichtungsdetektors erläutert, während eine
der Bewegungsrichtungen des magnetischen Bewegungskörpers 4 als ”eine
Vorwärtsrotation” und die andere als eine ”Rückwärtsrotation” repräsentiert wird
und die Rotation im Uhrzeigersinn als Vorwärtsrotation
und die Rotation gegen den Uhrzeigersinn als Rückwärtsrotation
in dem Fall bezeichnet wird, wenn der magnetische Bewegungskörper 4 von
oben in 1(a) betrachtet wird.
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In 10 wird
beispielsweise in dem Fall, wo sich der magnetische Bewegungskörper 4 vorwärts dreht,
nur der Ausgangstransistor 307 ein- oder ausgeschaltet;
im Fall, bei dem sich der magnetische Bewegungskörper 4 rückwärts
dreht, wird nur der Ausgangstransistor 308 ein- oder ausgeschaltet.
Weil der Widerstand 309 zwischen dem Kollektor des Ausgangstransistors 308 und
dem Kollektor des Ausgangstransistors 307 eingefügt
ist, ist der Pegel der Ausgangsspannung h entweder auf hohem Pegel (der
Pegel bezeichnet einen Spannungspegel, desgleichen nachfolgend)
oder einen niedrigen Pegel, wenn sich der magnetische Bewegungskörper 4 vorwärts
dreht; der Pegel der Ausgangsspannung h ist entweder auf einem mittleren
Pegel oder dem niedrigen Pegel, wenn sich der magnetische Bewegungskörper 4 rückwärts
dreht. Weil, wie oben beschrieben, sich der Pegel des Ausgangs der
Verarbeitungsschaltungseinheit abhängig davon ändert,
ob sich der magnetische Bewegungskörper 4 vorwärts
oder rückwärts dreht, kann die Computereinheit 401,
welche die Ausgabe der Verarbeitungsschaltungseinheit empfängt,
die Bewegungsrichtung des Magneten Bewegungskörpers 4 diskriminieren.
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11 repräsentiert
Signalwellenformen an entsprechenden Punkten im in 10 illustrierten Detektor
für den Fall, bei dem der magnetische Bewegungskörper 4 auf
der Rotationsachse 5 rotiert. Jedes der Bezugszeichen c
bis j in 11 bis 13 bezeichnet
eine Signalwellenform an einem Punkt, der in 10 denselben
Buchstaben hat. Anders ausgedrückt, bezeichnet Buchstabe
c das Ausgangssignal der Brückenschaltung 301;
der Buchstabe d bezeichnet das Ausgangssignal der Brückenschaltung 302; der
Buchstabe e bezeichnet das Ausgangssignal der ersten Vergleichsschaltung 303;
der Buchstabe f bezeichnet das Ausgangssignal der zweiten Vergleichsschaltung 304;
der Buchstabe g bezeichnet das Ausgangssignal der Richtungsdetektionsschaltung 305; der
Buchstabe h bezeichnet das Ausgangssignal des Ausgangstransistors 307;
der Buchstabe i bezeichnet das Ausgangssignal der dritten Vergleichsschaltung 402 und
Buchstabe j bezeichnet das Ausgangssignal der vierten Vergleichsschaltung 403.
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Wenn
der in 1 illustrierte magnetische Bewegungskörper 4 auf
der Rotationsachse 5 rotiert, verändert der magnetische
Bewegungskörper 4 das durch den Magneten 1 erzeugte
magnetische Feld, so dass das an die Magnetwiderstandselemente 21a, 21b und 22 angelegte
Magnetfeld verändert wird. 11(a) repräsentiert
entsprechende Wellenformen an Punkten in dem Fall, bei dem der magnetische
Bewegungskörper 4 sich vorwärts dreht; 11(b) repräsentiert entsprechende
Wellenformen an Punkten in dem Fall, in dem sich der magnetische
Bewegungskörper 4 rückwärts
dreht. Wie in 11 dargestellt, können
die entsprechenden Ausgangssignale c und d der Brückenschaltungen 301 und 302 in Übereinstimmung
mit den vertiefungs-/vorsprungsförmigen Zähnen
des magnetischen Bewegungskörpers 4 erhalten werden.
Die Widerstandswerte der Magnetwiderstandselemente 21a, 21b und 22 ändern
sich in Übereinstimmung mit dem daran angelegten Magnetfeld
und die Änderungen in den Widerstandswerten führen
zu Änderungen bei den Spannungen. Die erste Vergleichsschaltung 303 schaltet
das Ausgangssignal c der Brückenschaltung 301 in Übereinstimmung
mit den Formen der Zähne des magnetischen Bewegungskörpers 4, um
so das Signal e, d. h. die Rechteckwelle, die einen hohen Pegel
oder einen niedrigen Pegel hat, auszugeben. Die zweite Vergleichsschaltung 304 schaltet
das Ausgangssignal d der Brückenschaltung 302 mit
einem Timing entsprechend dem ungefähren Mittelpunkt eines
vorspringenden Zahns des magnetischen Bewegungskörpers 4,
um so das Signal f auszugeben, d. h. die Rechteckwelle, die einen
hohen Pegel oder einen niedrigen Pegel aufweist.
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Bei
den in 11 repräsentierten
Signalen f und h zeigt jeder der Pfeile an den Punkten, wo sich die
Rechteckwelle verändert, die Umschaltrichtung der Rechteckwelle
mit einem Timing, das einem Punkt in der Nähe der Mitte
der vorspringenden Form des Zahns des magnetischen Bewegungskörpers 4 entspricht;
beispielsweise weil in 11(a) der Pegel der
Rechteckwelle des Signales f von einem hohen Pegel zu einem niedrigen
Pegel geändert wird mit einem Timing, das einem Punkt in
der Nähe der Mitte der vorspringenden Form des Zahns des
magnetischen Bewegungskörpers 4 entspricht, ist
der Pfeil in einer Richtung vom hohen Pegel zum niedrigen Pegel
orientiert; im Gegensatz dazu, weil in 118(b) der
Pegel der Rechteckwelle des Signales f vom niedrigen Pegel zu einem
hohen Pegel verändert wird mit einem Timing, das einem
Punkt in der Nähe der Mitte der vorspringenden Form eines
Zahnes des magnetischen Bewegungskörpers 4 entspricht,
ist der Pfeil in einer Richtung vom niedrigen Pegel zum hohen Pegel
orientiert.
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Hier
richtet sich die Aufmerksamkeit auf das Ausgangssignal f der zweiten
Vergleichsschaltung 304. Die Phase des Ausgangssignals
f ändert sich um 180° (es wird angenommen, dass
eine Dauer zwischen einer Rechteckwellenschaltposition und der nachfolgenden
Rechteckwellenschaltposition, die einen hohen Pegel und einen niedrigen
Pegel enthält, 360° entspricht, und desgleichen
nachfolgend), abhängig von der Bewegungsrichtung des magnetischen
Bewegungskörpers 4, d. h. der Vorwärtsdrehung
(a) oder der Rückwärtsdrehung (b); daher wird beispielsweise
in einem Fall, bei dem zu einem fallenden Timing der Rechteckwelle
des Signals f der Pegel der Rechteckwelle des Signals e hoch ist,
festgestellt, das sich der magnetische Bewegungskörper 4 vorwärts
dreht, und in einem Fall, bei dem zu fallendem Timing der Rechteckwelle
des Signales f der Pegel der Rechteckwelle des Signales e niedrig
ist, wird festgestellt, dass sich der magnetische Bewegungskörper 4 rückwärts
dreht. Dann gibt die Richtungsdetektionsschaltung 305 das
Ausgangssignal niedrigen Pegels g (Vorwärtsrotation) oder
das Ausgangssignal hohen Pegels (Rückwärtsrotation)
g aus und das Ausgangssignal f der zweiten Vergleichsschaltung 304 und
das Ausgangssignal g der Richtungsdetektionsschaltung 305 werden
an der ODER-Schaltung 306 eingegeben, so dass die Wellenformen,
die in den 11(a) und 11(b) repräsentiert
sind, des Ausgangssignals h des Ausgangstransistors 307 erhalten
werden können.
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Anders
ausgedrückt, wenn der magnetische Bewegungskörper 4 vorwärts
rotiert, wird der Ausgangspegel des Signals h hoch oder niedrig,
in Übereinstimmung mit dem Vorsprung oder der Vertiefung als
Form der Zähne des magnetischen Bewegungskörpers 4;
wenn der magnetische Bewegungskörper 4 rückwärts
rotiert, wird der Ausgangspegel des Signals hoch oder mittel, in Übereinstimmung
mit dem Vorsprung oder der Vertiefung als Form der Zähne des
magnetischen Bewegungskörpers 4.
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Das
Ausgangssignal h des Ausgangstransistors 307 wird an vier
Computereinheit 401 eingegeben; in der dritten Vergleichsschaltung 402 wird
das Ausgangssignal h mit einem vorgegebenen Vergleichspegel 1 verglichen,
der an den Verbindungspunkt 45 zwischen den Widerständen 41 und 42 angelegt
wird, und in der vierten Vergleichsschaltung 403 wird das
Ausgangssignal h mit dem vorgegebenen Vergleichspegel 2 verglichen,
der an den Verbindungspunkt 46 zwischen den Widerständen 43 und 44 angelegt
wird, so dass die Ausgangssignale i und j erhalten werden. Wenn
der magnetische Bewegungskörper 4 sich vorwärts
dreht, werden beide Ausgangssignale i und j zu Rechteckwellen, und wenn
sich der magnetische Bewegungskörper 4 rückwärts
dreht, wird das Ausgangssignal i zu einer Rechteckwelle, aber es
wird keine Rechteckwelle als das Ausgangssignal j ausgegeben; daher
kann die Computereinheit 401 die Bewegungsrichtung des magnetischen
Bewegungskörpers 4 durch Überprüfen
der Ausgangssignale i und j feststellen.
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12A und 12B repräsentieren,
dass die entsprechenden Auftritts-Timings der Signale f, e, g und
h sich an den entsprechenden Punkten in der in 10 illustrierten
Schaltung abhängig von einem Timing ändern, mit
dem der magnetische Bewegungskörper 4 seine Bewegungsrichtung
von Vorwärtsrichtung zu Rückwärtsrichtung ändert.
Als Umschalt-Timing sind vier Zeiten (A, B, C und D) repräsentiert; 12A und 12B repräsentieren
die vorstehenden Signale f, e, g und h und die Feststellung, durchgeführt
durch die Computereinheit 401, ob sich der magnetische
Bewegungskörper 4 vorwärts oder rückwärts
dreht.
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Die 13A und 13B repräsentieren, dass
die entsprechenden Auftritts-Timings der Signale f, e, g und h an
den entsprechenden Punkten in der in 10 illustrierten
Schaltung sich abhängig von einem Zeitpunkt ändern,
an dem der magnetische Bewegungskörper 4 seine
Bewegungsrichtung von Rückwärtsrotation zu Vorwärtsrotation ändert.
Als Umschalt-Timing sind vier Zeiten E, F, G und H repräsentiert;
die 13A und 13B repräsentieren die
vorstehenden Signale f, e, g und H und die Feststellung, durchgeführt
durch die Computereinheit 401, ob sich der magnetische
Bewegungskörper 4 vorwärts oder rückwärts
dreht.
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Hier
wird ein Stand der Technik unter Bezugnahme auf die 12A und 12B erläutert. Durch
Zuweisen von Symbolen (s, t, u und v) zu den vorspringenden Formen
der Zähne des magnetischen Bewegungskörpers 4 führt
die Computereinheit 401 die Bestimmung der vorspringenden
Form des Zahns des magnetischen Bewegungskörpers 4 und
der Bewegungsrichtung desselben aus. Die Computereinheit 401 führt
Bestimmung der Bewegungsrichtung aus, basierend auf der fallenden
Position (dem Timing, mit dem sich der Pegel von einem hohen Pegel
zu einem niedrigen Pegel ändert, und nachfolgend desgleichen)
und dem Pegel der Rechteckwelle des Signals h. Beispielsweise fällt
in einem Falle, bei dem sich der magnetische Bewegungskörper 4 zum
Timing A vorwärts dreht, das Signal h mit einem Timing,
das einer Position in der Umgebung der Mitte der vorspringenden
Form des Zahnes s entspricht, wodurch die Computereinheit 401 feststellt, dass
der Zahn bei einem Timing während der Vorwärtsdrehung
s ist.
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Jedoch ändert
sich abhängig davon, ob die Position der vorspringenden
Form des Zahns an einer Position zu einem Timing der Vorwärtsdrehung oder
zu einem Timing der Rückwärtsdrehung ist, das Timing,
wenn die Computereinheit 401 Bestimmung der Position des
Vorsprungs durchführt. Anders ausgedrückt, wenn
sich der magnetische Bewegungskörper 4 mit einem
Timing A vorwärts dreht, führt die Computereinheit 401 eine
Bestimmung des Zahns s oder t während der Vorwärtsdrehung
zu einem Timing aus, das der Mitte der vorspringenden Form des Zahns
s oder t entspricht; im Gegensatz dazu, wenn sich der magnetische
Bewegungskörper 4 zum Timing A rückwärts
dreht, führt die Computereinheit 401 die Bestimmung
des Zahnes s oder t während der Rückwärtsdrehung
zu einem Timing aus, das der Mitte der vertieften Form nahe dem
Zahn s oder t entspricht.
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Hier,
wenn durch eine Phase repräsentiert, ist die Dauer zwischen
der fallenden Flanke der Rechteckwelle des Signals h und der darauffolgenden
fallenden Flanke 360°; die Dauer zwischen der fallenden
Flanke der Rechteckwelle des Signals h und der nachfolgenden steigenden
Flanke ist 180°.
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Wenn
beispielsweise der magnetische Bewegungskörper 4 zum
Timing A vorwärts rotiert, nimmt die Computereinheit 401 das
Symbol (s oder t) der vorspringenden Form des Zahns zu einem Zeitpunkt
wahr, welcher eine Position in der Nähe der Mitte der vorspringenden
Form des Zahns entspricht; wenn jedoch der magnetische Bewegungskörper 4 zum
Zeitpunkt A rückwärts rotiert, nimmt die Computereinheit 401 das
Vorsprungssymbol zu einem Zeitpunkt, welcher einer Position entspricht,
die um 180° gegenüber der vorspringenden Form
t des Zahnes verzögert ist, wahr. Zusätzlich,
wenn der magnetische Bewegungskörper 4 zum Zeitpunkt
C vorwärts rotiert, nimmt die Computereinheit 401 das
Symbol (s oder t) der vorspringenden Form des Zahns zu einem Zeitpunkt
wahr, welcher einer Position in der Nähe der Mitte der
vorspringenden Form des Zahns entspricht; wenn jedoch der magnetische
Bewegungskörper 4 zum Zeitpunkt A rückwärts
rotiert, nimmt die Computereinheit 401 das Vorsprungssymbol
zu einem Zeitpunkt wahr, der einer Position entspricht, die um 180° gegenüber
der vorspringenden Form t vorgerückt ist.
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Entsprechend
kann bei einem wie oben beschrieben konfigurierten konventionellen
Bewegungsrichtungsdetektor die Computereinheit die Bewegungsrichtung
des magnetischen Bewegungskörpers 4 wahrnehmen;
jedoch ist es abhängig von der Bewegungsrichtung schwierig
gewesen, die Position der vorspringenden Form des Zahns des magnetischen
Bewegungskörpers 4 akkurat wahrzunehmen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung ist gemacht worden, um die vorstehenden Probleme
zu lösen; deren Aufgabenstellung besteht darin, einen Bewegungsrichtungsdetektor
zu erhalten, mit dem eine genaue Information über die Position
und die Bewegungsrichtung eines zu detektierenden Objektes erhalten werden
kann, unabhängig von der Bewegungsrichtung des zu detektierenden
Objektes.
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Ein
Bewegungsrichtungsdetektor gemäß der vorliegenden
Erfindung ist mit ersten und zweiten Gruppen von Sensorelementen
versehen, die zu einem zu detektierenden Bewegungskörper
hin gerichtet sind, angeordnet in einer Reihe längs einer
Bewegungsrichtung des Bewegungskörpers, und Detektionssignale
in Übereinstimmung mit der Wanderung des Bewegungskörpers
ausgeben, wobei jede der ersten und zweiten Gruppen ein oder mehrere
Sensorelemente beinhaltet; Signalverarbeitungseinheiten, die Ausgangssignale
der ersten und zweiten Gruppen von Sensorelementen in Rechteckwellen umwandeln;
eine Bewegungsrichtungsdetektionseinheit, die ein Signal entsprechend
einer Bewegungsrichtung des Bewegungskörpers ausgibt, basierend auf
den Detektionssignalen aus den ersten und zweiten Gruppen von Sensorelementen;
Ausgangsverarbeitungseinheiten, die Signale ausgeben, mit denen eine
Bewegungsrichtung des Bewegungskörpers bestimmt werden
kann, basierend auf Ausgangssignalen der Signalverarbeitungseinheiten
und einem Ausgangssignal der Bewegungsrichtungsdetektionseinheit;
und eine Ausgangsbestimmungseinheit, die einen Ausgangswert der
Ausgangsverarbeitungseinheit bestimmt. Die Bewegungsrichtungsdetektionseinheit
hat eine Verzögerungsfunktion zum Erzeugen eines Ausgangssignals
zu einem Zeitpunkt, der um eine vorgegebene Zeit gegenüber
einem Zeitpunkt verzögert ist, zu dem eine Bewegungsrichtung
des Bewegungskörpers verändert wird.
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Ein
Bewegungsrichtungsdetektor gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt die Wirkung, dass die Position eines zu detektierenden
Bewegungskörpers exakt wahrgenommen werden kann und die
Bewegungsrichtung des zu detektierenden Bewegungskörpers
bestimmt werden kann.
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Die
vorstehenden und andere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile
der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung
der vorliegenden Erfindung ersichtlicher werden, wenn zusammen mit
den beigefügten Zeichnungen betrachtet.
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KURZE BESCHREIBUNG DDR ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein Satz von Ansichten, welche die Konfiguration eines Bewegungsrichtungsdetektors gemäß der
vorliegenden Erfindung illustrieren;
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2 ist
ein Schaltungsdiagramm, welches einen Bewegungsrichtungsdetektor
gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden
Erfindung illustriert;
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3A und 3B sind
ein Satz von Charts bzw. ein Satz von Tabellen, die Wellenformen
an entsprechenden Punkten in der Schaltung eines Bewegungsrichtungsdetektors
gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden
Erfindung repräsentieren;
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4A und 4B sind
beide Sätze von Charts, die Wellenformen an entsprechenden
Punkten in der Schaltung eines Bewegungsrichtungsdetektors gemäß Ausführungsform
1 repräsentieren, für den Fall, bei dem sich die
Bewegungsrichtung von Vorwärtsdrehung zu Rückwärtsdrehung
verändert;
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5A und 5B sind
beide ein Satz von Charts, welche Wellenformen an entsprechenden Punkten
in der Schaltung eines Bewegungsrichtungsdetektors gemäß Ausführungsform
1 repräsentieren, für den Fall, bei dem sich die
Bewegungsrichtung von Rückwärtsrotation zu Vorwärtsrotation
verändert;
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6 ist
ein Schaltungsdiagramm, welches einen Bewegungsrichtungsdetektor
gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden
Erfindung illustriert;
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7A und 7B sind
ein Satz von Charts bzw. ein Satz von Tabellen, welche Wellenformen
an entsprechenden Punkten in der Schaltung eines Bewegungsrichtungsdetektors
gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden
Erfindung repräsentieren;
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8A und 8b sind
beide ein Satz von Charts, welche Wellenformen an entsprechenden Punkten
in der Schaltung eines Bewegungsrichtungsdetektors gemäß Ausführungsform
2 repräsentieren, für den Fall, bei dem sich die
Bewegungsrichtung von Vorwärtsrotation zu Rückwärtsrotation
verändert;
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9A und 9B sind
beide ein Satz von Charts, welche Wellenformen an entsprechenden Punkten
in der Schaltung eines Bewegungsrichtungsdetektors gemäß Ausführungsform
2 für den Fall repräsentieren, bei dem sich die
Bewegungsrichtung von Rückwärtsrotation zu Vorwärtsrotation
verändert;
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10 ist
ein Schaltungsdiagramm eines konventionellen Bewegungsrichtungsdetektors;
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11 ist
ein Satz von Charts, die Wellenformen an den entsprechenden Punkten
der Schaltung eines konventionellen Bewegungsrichtungsdetektors repräsentieren;
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12A und 12B sind
beide ein Satz von Charts, die Wellenformen an entsprechenden Punkten
in der Schaltung eines konventionellen Bewegungsrichtungsdetektors
für den Fall repräsentieren, bei dem sich die
Bewegungsrichtung von Vorwärtsrotation zu Rückwärtsrotation
verändert; und
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13A und 13B sind
beide ein Satz von Charts, die Wellenformen an entsprechenden Punkten
in der Schaltung eines konventionellen Bewegungsrichtungsdetektors
in dem Fall repräsentieren, bei dem sich die Bewegungsrichtung
von Rückwärtsrotation zu Vorwärtsrotation
verändert.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Ausführungsform 1
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Ein
Bewegungsrichtungsdetektor gemäß Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung wird unten unter Bezugnahme auf die
beigefügten Zeichnungen erläutert. 1 ist
ein Satz von Ansichten, welche eine Konfiguration eines Bewegungsrichtungsdetektors
gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden
Erfindung illustrieren. 1(a) ist eine
perspektivische Ansicht; 1(b) ist
eine vergrößerte Aufsicht für den Fall,
bei dem die Perspektivansicht von oben betrachtet wird.
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Wie
in 1 illustriert, ist der Bewegungsrichtungsdetektor
mit einer Verarbeitungsschaltungseinheit 2 versehen, die
zwei Gruppen von Sensorelementen, d. h. Magnetwiderstandselementen 21a, 21b und 22;
einen Magneten 1, der in der Nähe der Verarbeitungsschaltungseinheit 2 angeordnet
ist; und einen zahnradförmigen magnetischen Bewegungskörper 4,
der zahnförmige Vorragungen aufweist, die zum Magneten 1 weisen,
und der auf einer Rotationsachse 5 rotiert, beinhaltet.
Die Magnetwiderstandselemente 21a, 21b und 22 sind
in einer Reihe längs der Bewegungsrichtung des magnetischen
Bewegungskörpers 4 angeordnet und nehmen eine Änderung
im vom Magneten 1 erzeugten Magnetfeld in Übereinstimmung
mit der Rotation des magnetischen Bewegungskörpers 4 wahr.
Die Magnetwiderstandselemente 21a und 21b, die
eine der Sensorgruppen bilden, sind voneinander um eine vorgegebene
Distanz beabstandet längs der Bewegungsrichtung des magnetischen
Bewegungskörpers 4 angeordnet; das Magnetwiderstandselement 22,
welches die andere Sensorgruppe ausbildet, ist zwischen den Magnetwiderstandselementen 21a und 21b angeordnet.
Zusätzlich führen die in den ersten und zweiten
Sensorelementgruppen beinhalteten Magnetwiderstandselemente 21a, 21b und 22 eine magnetoelektrische
Wandlung durch eine Änderung im durch eine Änderung
im Magnetfeld verursachten magnetischen Widerstand durch; daher
kann ein Verfahren angenommen werden, bei dem anstelle des Anlegens
der Änderung im vom Magneten 1 erzeugten Magnetfeld
an das Magnetwiderstandselement der Magnet 1 entfernt wird
und der magnetische Bewegungskörper 4 selbst magnetisiert
ist, so dass die Änderung im Magnetfeld an das Magnetwiderstandselement
durch die Wanderung des magnetischen Bewegungskörpers 4 angelegt
wird.
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2 illustriert
eine Verarbeitungsschaltungseinheit eines Bewegungsrichtungsdetektors, der
Magnetwiderstandselemente einsetzt, gemäß Ausführungsform
1 und eine mit der Verarbeitungsschaltungseinheit verbundene Computereinheit.
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Außerdem
werden dieselben oder äquivalente Bestandteilselemente
wie jene in 10 durch dieselben Bezugszeichen
bezeichnet.
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In 2 ist
die Verarbeitungsschaltungseinheit 2 konfiguriert mit einer
ersten Brückenschaltung 301 einschließlich
einem Magnetwiderstandselement 22 als eine Seite und Widerständen 31 bis 33,
einer zweiten Brückenschaltung 302 einschließlich
Magnetwiderstandselementen 21a und 21b als zwei
Seiten und Widerstände 34 und 35; einer
ersten Vergleichsschaltung 303, die mit der ersten Brückenschaltung 301 verbunden
ist; einer zweiten Vergleichsschaltung 304, die mit der
zweiten Brückenschaltung 302 verbunden ist; einer
Richtungsdetektionsschaltung 310, die mit den Ausgängen
der ersten und zweiten Vergleichsschaltungen 303 und 304 verbunden
ist; einer Maskenbestimmungsschaltung 311, die mit den
Ausgängen der ersten und zweiten Vergleichsschaltungen 303 und 304 verbunden
ist; einer Umkehrschaltung 312, die mit den Ausgängen der
zweiten Vergleichsschaltung 304, der Richtungsdetektionsschaltung 310 und
der Maskenbestimmungsschaltung 311 verbunden ist; einer ODER-Schaltung 306,
die mit der Richtungsdetektionsschaltung 310 und der Umkehrschaltung 312 verbunden
ist; Ausgangstransistoren 307 und 308; einem Widerstand 309 und
einer Computereinheit 401.
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Hier
sind die ersten und zweiten Vergleichsschaltungen 303 und 304 Beispiele
von Signalverarbeitungseinheiten, welche die Ausgangssignale der ersten
und zweiten Gruppen von Sensorelementen in Rechteckwellen umwandeln.
Die Ausgangstransistoren 307 und 308 sind Ausgangsverarbeitungseinheiten,
die ein Signal ausgeben, mit dem die Bewegungsrichtung des magnetischen
Bewegungskörpers 4 bestimmt werden kann, basierend
auf den Ausgangssignalen der Signalverarbeitungseinheiten und dem
Ausgangssignal der Richtungsdetektionsschaltung 310; das
heißt einer Bewegungsrichtungsdetektionseinheit.
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In 2 ist
die mit dem Ausgangsanschluss des Ausgangstransistors 307 verbundene
Computereinheit 401 eine Ausgangsbestimmungseinheit und ist
mit einer dritten Vergleichsschaltung 402, in welcher der
Verbindungspunkt 45 zwischen Widerständen 41 und 42 ein
Punkt eines Vergleichspegels 1 ist; und einer vierten Vergleichsschaltung 403,
in der der Verbindungspunkt 46 zwischen Widerständen 43 und 44 ein
Punkt eines Vergleichspegels 2 ist, versehen.
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In 2 wird
eine Konstantspannung VCC an die Brückenschaltung 301 und
die Brückenschaltung 302 angelegt, die mit Magnetwiderstandselementen 21a, 21b und 22 und
den festen Widerständen 31 bis 35 konfiguriert
sind, und Änderungen bei den Widerständen der
Magnetwiderstandselemente 21a, 21b und 22 aufgrund
einer Änderung im vom Magneten 1 erzeugten Magnetfeld
in Übereinstimmung mit der Rotation des magnetischen Bewegungskörpers 4 werden
in Änderungen bei den Spannungen umgewandelt. Die Signale,
die Spannungsänderungen sind, werden an der ersten Vergleichsschaltung 303 bzw.
der zweiten Vergleichsschaltung 304 eingegeben. Durch Vergleich
mit entsprechend vorgegebenen Spannungen und Umwandlung in Wellen
in der ersten Vergleichsschaltung 303 und der zweiten Vergleichsschaltung 304 erhaltene
Signale schalten die Ausgangstransistoren 307 und 308 über die
Richtungsdetektionsschaltung 310, die Maskenbestimmungsschaltung 311,
die Umkehrschaltung 312 und die ODER-Schaltung 306 ein
oder aus.
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Als
Nächstes wird der Betrieb der in 2 illustrierten
Schaltung unten erläutert. Bezugszeichen c bis g, f1, g1
und h bis j an entsprechenden Punkten in 2 stimmen überein
mit jenen für Signalwellenformen in den 3A bis 13B. Außerdem sind die Wellenformen c
bis j an entsprechenden Punkten in. 2 in dem
Fall, bei dem der magnetische Bewegungskörper 4 auf
der Drehachse 5 vorwärts oder rückwärts
rotiert, dieselben wie jene, die unter Bezugnahme auf 11 erläutert
worden sind, außer bezüglich der Umgebung des
Timings, wenn der magnetische Bewegungskörper 4 seine
Drehrichtung von Vorwärtsrotation zur Rückwärtsrotation ändert; daher
werden die Erläuterungen derselben weggelassen.
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Als
Nächstes werden die Operationen der entsprechenden Einheiten
in 2 unter Bezugnahme auf die 3A und 3B erläutert.
In 3A gibt das Einstelltimings A und C, zu denen
der magnetische Bewegungskörper 4 seine Rotationsrichtung
von Vorwärtsrotation zu Rückwärtsrotation
verändert; Symbole (s, t, u und v) werden zu den vorspringenden
Formen der Zähne des magnetischen Bewegungskörpers 4 bezeichnet;
und in 3B sind Tabellen enthalten,
welche die Beziehungen zwischen den entsprechenden Signalwellenformen
an den Punkten e bis h, f1 und g1 und in entsprechenden Eingängen
und Ausgängen der Richtungsdetektionsschaltung 310,
der Maskenbestimmungsschaltung 311 und der Umkehrschaltung 312 repräsentieren.
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Das
Ausgangssignal g der Richtungsdetektionsschaltung 310 ist
ein Signal, mit dem die Bewegungsrichtung des magnetischen Bewegungskörpers 4 durch Überprüfen
zu den Zeitpunkten der steigenden Flanke und der fallenden Flanke
des Ausgangssignals f, ob die Wellenform des Ausgangssignals e der
ersten Vergleichsschaltung 303 auf hohem Pegel oder niedrigem
Pegel ist, bestimmt wird. Im Falle des Timings A in 3A gibt
die Richtungsdetektionsschaltung 310 ein Hochpegelsignal
bei der steigenden Flanke des Signals f unmittelbar nach der Position
aus, an der der magnetische Bewegungskörper 4 seine
Radialrichtung von Vorwärtsrotation zu Rückwärtsrotation
verändert; zum Timing C in 3A, gibt
die Richtungsdetektionsschaltung 310 ein Niederpegelsignal
an der fallenden Flanke des Signals f aus, unmittelbar nach der
Position, an der der magnetische Bewegungskörper 4 seine
Radialrichtung von Vorwärtsrotation zu Rückwärtsrotation
verändert. Die Tabelle für die Richtungsdetektionsschaltung 310 repräsentiert
die vorstehenden Tatsachen (”0” und ”1” in
der Tabelle bezeichnen den niedrigen bzw. den hohen Pegel, desgleichen
nachfolgend).
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Wie
in 3A illustriert, wird die Bewegungsrichtung des
magnetischen Bewegungskörpers 4 durch den Pegel
des Ausgangs g der Richtungsdetektionsschaltung 310 bestimmt;
die Richtungsdetektionsschaltung 310 hat die Funktion,
das Umschalten des Pegels zu verzögern, d. h. die Bestimmung
der Bewegungsrichtung durch die Dauer d1.
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Die
Maskenbestimmungsschaltung 311 in 2 überprüft
den Pegel des Signals e zum Zeitpunkt der steigenden Flanke und
der fallenden Flanke des Signals f; in dem Fall, bei dem das Signal
e auf niedrigem Pegel ist, gibt die Maskenbestimmungsschaltung 311 das
Ausgangssignal g1 eines hohen Pegels aus. Wenn jedoch der Pegel
des Signals e sich zu einem hohen Pegel verändert, gibt
die Maskenbestimmungsschaltung 311 das Ausgangssignal g1
des niedrigen Pegels aus, unabhängig von der Anstiegszeit
oder der Abfallzeit des Signals f. Die Tabelle für die
Maskenbestimmungsschaltung 311 repräsentiert die
vorstehenden Tatsachen.
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Die
Umkehrschaltung 312 in 2 kehrt
den hohen Pegel oder den niedrigen Pegel des Ausgangssignals f in Übereinstimmung
mit der Bewegungsrichtung des magnetischen Bewegungskörpers 4 um.
Das heißt, in dem Fall, wo der magnetische Bewegungskörper 4 vorwärts
rotiert, wird der Ausgangspegel des Signals f aufrechterhalten;
im Fall der Rückwärtsrotation wird der hohe Pegel
des Signals f zum niedrigen Pegel invertiert und der niedrige Pegel
des Signals f wird zum hohen Pegel invertiert. Zusätzlich
gibt im Fall, bei dem das Signal g1 auf hohem Pegel ist, die Umkehrschaltung 312 das Signal
f1 eines hohen Pegels aus, unabhängig vom Ausgangspegel
des Signals f. Die Tabelle für die Umkehrschaltung 312 repräsentiert
die vorstehenden Tatsachen.
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Im
Falle des Timings A in 3A steigt das Signal h zu dem
Zeitpunkt an, wenn der magnetische Bewegungskörper 4 seine
Rotationsrichtung von Vorwärtsrotation zu Rückwärtsrotation ändert
und fällt dann nach der Dauer d1 ab.
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Hier
wird die Verzögerungsdauer d1 erläutert. In 4A und 4B ist
es erforderlich, dass die Dauer d1 zwischen einem Zeitpunkt, wenn
die Richtungsdetektionsschaltung 310 eine Umkehr der Richtung
detektiert, und einem Zeitpunkt der ersten Flanke (entsprechend
der Mitte des Zahns) des Signals f (in 4A und 4B die
erste fallende Flanke des Signals f), nachdem der magnetische Bewegungskörper 4 seine
Rotationsrichtung von Vorwärtsrotation zu Rückwärtsrotation
verändert, eingestellt wird. In 4A und 4B ist
es erforderlich, dass die Zeitdauer d1 eingestellt ist zwischen
dem Zeitpunkt, wenn die Richtungsdetektionsschaltung 310 ein
Umkehren der Richtung detektiert, und einem Zeitpunkt der ersten
Flanke (steigende Flanke oder fallende Flanke) des Signals e, nachdem
die Richtungsdetektionsschaltung 310 die Umkehr der Richtung
detektiert. Als ein Verfahren zum Erzeugen einer Verzögerung
existiert ein Verfahren, bei dem in der Richtungsdetektionsschaltung 310 die
Verzögerungszeit durch die Verwendung einer Oszillatorschaltung
gezählt wird, so dass die Flanke einer Rechteckwelle ausgegeben
wird, oder ein Verfahren, bei dem eine Rechteckwelle vermittels
einer durch eine Kapazität und einen Widerstand bestimmten Zeitkonstante
dazu gebracht wird, träge zu steigen und zu fallen. Die
vorstehende Verzögerung ist eine sogenannte ”Wartedauer” zum
Wiederausgeben einer Niederpegelausgabe; in dem Fall, wo, wie in 4A und 4B repräsentiert,
der Zeitpunkt einer Umkehr zur Vorwärtsrotation oder zur
Rückwärtsrotation auftritt, wenn das Signal f
aufgrund der Vorwärtsrotation auf niedrigem Pegel ist,
wird die Ausgabe des Signals f nach der Verzögerung invertiert
und dann kann Rückwärtsrotationsinformation, d.
h. ein mittlerer Pegel erzeugt werden, indem die Verzögerung
bereitgestellt wird und die Ausgabe des Signals f zu dem Zeitpunkt
einer Umkehr zur Vorwärtsrotation oder zur Rückwärtsrotation
invertiert wird; daher kann die Computereinheit eine genaue Position
erhalten.
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Im
Falle des Zeitpunkts C in 3A fällt
das Signal h nicht zum Zeitpunkt, wenn der magnetische Bewegungskörper 4 seine
Rotationsrichtung von Vorwärtsrotation zu Rückwärtsrotation ändert,
ab, weil die Maskenbestimmungsschaltung 311 das Signal
g1 auf einem niedrigen Pegel ausgibt.
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In 4A werden
als Schaltzeitpunkt, wenn der magnetische Bewegungskörper 4 seine
Bewegungsrichtung von Vorwärtsrotation zu Rückwärtsrotation ändert,
vier Zeitpunkte (A, B, C und D) repräsentiert; 4A und 4B repräsentieren
die Signale f, e, g und h an den entsprechenden Punkten der in 2 illustrierten
Schaltung und der durch die Computereinheit 401 durchgeführten
Bestimmung. In den 5A und 5B werden
als Umschaltzeitpunkte, wenn der magnetische Bewegungskörper 4 seine
Bewegungsrichtung von Rückwärtsrichtung zur Vorwärtsrichtung
verändert, vier Zeitpunkte (E, F, G und H) repräsentiert; 5A und 5B repräsentieren
die Signale f, e, g und h an den entsprechenden Punkten in der in 2 illustrierten
Schaltung, und durch die Computereinheit 401 durchgeführte Bestimmung.
Hier wird eine Erläuterung unter Bezugnahme auf 4A und 4B gegeben.
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4A und 4B,
in denen Symbole (s, t u und v) den vorspringenden Formen der Zähne
des magnetischen Bewegungskörpers 4 zugewiesen sind,
repräsentieren die durch die Computereinheit 401 als
eine Ausgangsbestimmungseinheit durchgeführte Bestimmung
der vorspringenden Form des Zahns des magnetischen Bewegungskörpers 4 und der
Bewegungsrichtung desselben. Die Computereinheit 401 führt
die Bestimmung der Bewegungsrichtung basierend auf der abfallenden
Position und dem Pegel der Rechteckwelle des Signals h durch. Beispielsweise
fällt in dem Fall, bei dem der magnetische Bewegungskörper 4 zum
Timing A vorwärts rotiert, das Signal h mit einem Timing,
das an einer Position in der Nähe der Mitte der vorspringenden
Form s des Zahns entspricht, wodurch die Computereinheit 401 bestimmt,
dass der Zahn bei einem Timing während der Vorwärtsrotation
s ist.
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Wie
aus den 4A-A, 4A-B, 4B-C
und 4B-D ersichtlich, entweder wenn der magnetische
Bewegungskörper 4 vorwärts rotiert, oder
wenn der magnetische Bewegungskörper rückwärts
rotiert, nimmt die Computereinheit 401 das Symbol s oder
t des Vorsprungs zu einem Timing wahr, welches einer Position in
der Nähe der Mitte der vorspringenden Form des Zahns entspricht;
daher wird es ermöglicht, die Position der vorspringenden
Form des Zahns des magnetischen Bewegungskörpers 4 wahrzunehmen.
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In
dieser Situation kann der magnetische Bewegungskörper 4 entweder
zahnförmig sein oder ein Magnetisierungsmuster besitzen.
Zusätzlich kann der magnetische Bewegungskörper 4 entweder
ein Rotationskörper oder ein linearer Körper sein.
Anders ausgedrückt kann alles, was eine eindeutig definierte
Bewegungsrichtung hat, eingesetzt werden. Zusätzlich kann
der Sensor ein Hall-Element, ein gigantischer Magnetwiderstands-(GMR)
Element oder ein magneto-elektrisches Umwandlungselement wie etwa
ein Tunnelmagnetwiderstands-(TMR) Element sein.
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Wie
oben beschrieben, tritt unabhängig von der Bewegungsrichtung
des magnetischen Bewegungskörpers 4 als ein zu
detektierender Körper die fallende Position (Schaltposition)
der Rechteckwelle des Signals h zu einem Timing auf, welches der
Position der vorspringenden Form des Zahns entspricht; somit kann
die Computereinheit 401 genau die Position der vorspringenden
Form des Zahns des magnetischen Bewegungskörpers 4 als
einen zu detektierenden Körper wahrnehmen und die Bewegungsrichtung
des magnetischen Bewegungskörpers 4 bestimmen.
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Darüber
hinaus gibt der Bewegungsrichtungsdetektor gemäß Ausführungsform
1 die fallende Position (Umschaltposition) der Rechteckwelle des Signals
h zu einem Timing aus, das der Position der vorspringenden Form
des Zahns entspricht; jedoch kann derselbe Effekt selbst in einem
Fall gezeigt werden, bei dem die Phase der Rechteckwelle des Signals
umgekehrt wird und der Bewegungsrichtungsdetektor die steigende
Position (Umschaltposition) der Rechteckwelle des Signals h zu einem
Timing ausgibt, das der Position der vorspringenden Form des Zahns
entspricht.
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Noch
weiterhin wird beim Bewegungsrichtungsdetektor gemäß Ausführungsform
1 abhängig von der Bewegungsrichtung der niedrige Pegel
der Rechteckwelle des Signals h zu einem mittleren Pegel, der weder
der hohe Pegel noch der niedrige Pegel ist. Selbst in dem Fall,
bei dem ein Pegel, der weder der hohe Pegel noch der niedrige Pegel
ist, ausgegeben wird, kann derselbe Effekt demonstriert werden.
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Ausführungsform 2
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Ein
Bewegungsrichtungsdetektor gemäß Ausführungsform
2 der vorliegenden Erfindung wird untenstehend unter Bezugnahme
auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. 6 ist
ein Schaltungsdiagramm, welches die Konfiguration eines Bewegungsrichtungsdetektors
gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden
Erfindung illustriert. Zusätzlich werden dieselben Elemente
bei den Elementen in 6, die dieselben sind wie in 2,
mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
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Wie
in 6 illustriert, ist der Bewegungsrichtungsdetektor
gemäß Ausführungsform 2 mit einer Brückenschaltung 301,
einer Brückenschaltung 302, einer ersten Vergleichsschaltung 303,
einer zweiten Vergleichsschaltung 304, einer Richtungsdetektionsschaltung 310,
einer Maskenbestimmungsschaltung 311, einer Umkehrschaltung 312,
einer Signalverarbeitungsschaltung 313, einer Oszillationsschaltung 314,
einem Ausgangstransistor 307 und einer Computereinheit 401 konfiguriert.
Die Computereinheit 401 ist mit einer dritten Vergleichsschaltung 402 versehen.
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Die
Operationen der entsprechenden Einheiten in 6 werden
unter Bezugnahme auf 7A und 7B beschrieben.
Das Repräsentationsverfahren von 7A und 7B ist
dasselbe wie jene von 3A und 3B. Ein
Ausgangssignal g der Richtungsdetektionsschaltung 310 ist
ein Signal, mit dem die Bewegungsrichtung eines magnetischen Bewegungskörpers 4 durch Überprüfen
zum Timing der steigenden Flanke und der fallenden Flanke des Signals
f, ob die Wellenform eines Signals e auf hohem Pegel oder niedrigem
Pegel ist, bestimmt wird. Beispielsweise gibt im Fall des Timings
A in 7A die Richtungsdetektionsschaltung 310 ein
Ausgangssignal g von hohem Pegel an der steigenden Flanke des Signals
f aus. Die Tabelle in 7B für die Richtungsdetektionsschaltung 310 repräsentiert
die vorstehenden Tatsachen (”0” und ”1” in 7B bezeichnen
einen niedrigen Pegel bzw. einen hohen Pegel und nachfolgend desgleichen).
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Wie
durch das Signal g in 7A angezeigt, hat die Richtungsdetektionsschaltung 310 die
Funktion des Verzögerns der Bestimmung der Bewegungsrichtung
um die Dauer d1.
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Die
Maskenbestimmungsschaltung 311 in 6 überprüft
den Pegel des Signals e zu den Timings der steigenden Flanke und
der fallenden Flanke des Signals f; im Falle eines niedrigen Pegels
gibt die Maskenbestimmungsschaltung 311 ein Ausgangssignal
g1 eines hohen Pegels aus. Wenn sich jedoch. der Pegel des Signals
f zu einem hohen Pegel verändert, gibt die Maskenbestimmungsschaltung 311 das
Ausgangssignal g1 eines niedrigen Pegels aus, unabhängig
von den Ansteigzeiten oder Abfallzeiten des Signals f. Die Tabelle
in 7B für die Maskenbestimmungsschaltung 311 repräsentiert
die vorstehenden Tatsachen.
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Die
Umkehrschaltung 312 in 6 invertiert den
hohen Pegel oder den niedrigen Pegel des Ausgangssignals f in Übereinstimmung
mit der Bewegungsrichtung des magnetischen Bewegungskörpers 4.
Beispielsweise in dem Fall, bei dem der magnetische Bewegungskörper 4 vorwärts
rotiert, wird der Ausgabepegel des Signals f beibehalten; im Falle der
Rückwärtsdrehung wird der hohe Pegel des Signals
f zum niedrigen Pegel invertiert und der niedrige Pegel des Signals
f wird zum hohen Pegel invertiert. Zusätzlich gibt in dem
Fall, bei dem das Signal g1 auf hohem Pegel ist, die Umkehrschaltung 312 das
Signal f1 von hohem Pegel aus, unabhängig vom Ausgangspegel
des Signals f. Die Tabelle in 7B für die
Umkehrschaltung 312 repräsentiert die vorstehenden
Tatsachen.
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Die
Oszillationsschaltung 314 in 6 ist ein Oszillator,
der bei einer vorgegebenen Oszillationsfrequenz oszilliert; der
Ausgang der Oszillationsschaltung 314 wird als Referenztakt
an die Signalverarbeitungsschaltung 313 eingegeben.
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Die
Signalverarbeitungsschaltung 313 in 6 gibt ein
Signal f2 von niedrigem Pegel synchron mit der fallenden Flanke
des Signals f1 aus; in dem Fall, wo das Signal g auf niedrigem Pegel
ist, steigt das Signal f2, nachdem die Zeitdauer a1 verstrichen
ist, zu einem hohen Pegel; in dem Fall, bei dem das Signal g auf
hohem Pegel ist, steigt das Signal f2 zum hohen Pegel, nachdem die
Zeitdauer a2 verstrichen ist. Jedoch synchronisiert während
jeder der Dauern a1 und a2 das Signal f2 nicht mit der fallenden
Flanke des Signals f1, sondern fällt, nachdem die Zeitdauer
b verstrichen ist, wie in der Figur für das Schalt-Timing
A-1 in 7A repräsentiert; dann steigt
in dem Fall, wo das Signal g Niedrigpegel ist, das Signal f1, nachdem
die Dauer a1 verstrichen ist, auf den hohen Pegel und in dem Fall,
wo das Signal g hoher Pegel ist, steigt das Signal f2 auf den hohen Pegel,
nachdem die Zeitdauer a2 verstrichen ist.
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Die
Computereinheit 401 in 6 bestimmt, dass
die niedrige Pegeldauer des Ausgangssignals h des Ausgangstransistors 307 die
Dauer ist, während welcher der magnetische Bewegungskörper 4 in
dem Fall vorwärts rotiert, wo die Dauer a1 detektiert wird, und
bestimmt, dass die Niedrigpegeldauer des Ausgangssignals h des Ausgangstransistors 307 die Dauer
ist, während welcher der magnetische Bewegungskörper 4 in
dem Fall rückwärts rotiert, wo die Dauer a2 detektiert
wird.
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Die
Abfall-Dauer a2 wird innerhalb einer Zyklusdauer (wobei ein Zyklus
einen Vorsprung und eine Vertiefung beinhaltet) eingestellt, die
durch die Drehgeschwindigkeit und die Anzahl von Zähnen (Vorsprünge
und Vertiefungen) des magnetischen Bewegungskörpers 4 bestimmt
ist. Die Dauer a1 wird in einer solchen Weise eingestellt, dass
sie kleiner als a2 ist; beispielsweise wird a1 in einer solchen Weise
eingestellt, dass a1 × 2 = a2. In einem Feld, in dem der
magnetische Bewegungskörper 4 wirklich eingesetzt
wird, wird der Maximalwert der Rotationsgeschwindigkeit, der variabel
ist (z. B. 0 upm bis 10000 upm) des magnetischen Bewegungskörpers 4 durch
die Spezifikation festgelegt und die Anzahl von Vorsprüngen
und Vertiefungen des magnetischen Bewegungskörpers 4 ist
spezifiziert; daher wird die Falldauer a2 innerhalb einer Zyklusdauer
eingestellt, die durch die maximale Rotationsgeschwindigkeit und
die Anzahl von Vorsprüngen und Vertiefungen bestimmt ist.
Jedoch, weil die Umkehrung von Vorwärtsrotation zu Rückwärtsrotation
in einem Bereich von langsamer Rotation detektiert werden könnte, könnte
die Dauer a1 innerhalb einer Zyklusdauer eingestellt werden, die
durch die Rotationsgeschwindigkeit und die Anzahl von Zähnen
(Vorsprünge und Vertiefungen) des magnetischen Bewegungskörpers 4 bestimmt
ist. Dementsprechend wird die Dauer a1 oder a2 innerhalb einer Zyklusdauer
(wobei ein Zyklus einen Vorsprung und eine Vertiefung beinhaltet) eingestellt,
die durch die Rotationsgeschwindigkeit und die Anzahl von Zähnen
(Vorsprünge und Vertiefungen) des magnetischen Bewegungskörpers 4 bestimmt
ist. Als spezifische Beispiele von a1 und 12 werden a1 und a2 auf
30 μms oder 45 μms, 60 μms, 75 μms,
90 μms, 115 μms, 120 μms, 135 μms,
150 μms, 165 μms, 180 μms oder dergleichen
eingestellt.
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Die
Dauern a1 und a2 im Ausgangssignal f2 werden in der Signalverarbeitungsschaltung 313 erzeugt.
Soweit es den Anfangspunkt der Dauer betrifft, steigt der Ausgang
des Signals f2 synchron mit der fallenden Flanke des Signals f1
an; soweit der Endpunkt der Dauer betroffen ist, wird die Anzahl
von Referenztakten gezählt und dann steigt nach Dauer a1 oder
a2 der Ausgang von f2 synchron mit dem Referenztakt an. Jedoch steigt
in dem Fall während der Dauer a1, wo das Signal f2 auf
niedrigem Pegel ist, eine Umkehr zwischen Vorwärtsrotation
und Rückwärtsrotation auftritt und sich der Ausgang
der Richtungsdetektionsschaltung 310 umkehrt, das Signal
f2 nicht synchron mit der fallenden Flanke des Signals f1, das während
der Dauer a1 auftritt, an, sondern steigt nach der Dauer a1 (einer
Dauer niedrigen Pegels) des Signals f2 an; die Anzahl der Referenztakte wird
gezählt und dann fällt nach Dauer b der Ausgang von
f2 synchron zum Referenztakt ab; dann wird die Anzahl von Referenztakten
gezählt und nach Dauer a2 steigt der Ausgang von f2 synchron
zum Referenztakt an. In dem Fall, in dem während der Dauer a2,
bei dem das Signal f2 auf niedrigem Pegel ist, eine Umkehr zwischen
der Vorwärtsrotation und der Rückwärtsrotation
auftritt und der Ausgang der Richtungsdetektionsschaltung 310 revertiert,
steigt das Signal f2 nicht synchron zur fallenden Flanke des Signals
f1 an, das während der Dauer a2 auftritt, sondern steigt
nach Dauer a2 (einer Dauer auf niedrigem Pegel) des Signals f2 an;
die Anzahl der Referenztakte wird gezählt und dann nach
Dauer b fällt der Ausgang von f2 synchron zum Referenztakt
ab; dann wird die Anzahl von Referenztakten gezählt und
nach Dauer a2 steigt der Ausgang von f2 synchron zum Referenztakt
an.
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In 8A werden
als das Umschalt-Timing, wenn der magnetische Bewegungskörper 4 seine Bewegungsrichtung
von Vorwärtsrotation zu Rückwärtsrotation
verändert, vier Timings (A, B, C und D) repräsentiert;
die 8A und 8B repräsentieren die
Signale f, e, g und h an den entsprechenden Punkten der in 6 illustrierten
Schaltung und der durch die Computereinheit 401 durchgeführten
Bestimmung. In den 9A und 9B werden
als die Schalt-Timings, wenn der magnetische Bewegungskörper 4 seine
Bewegungsrichtung von Rückwärtsrichtung zu Vorwärtsrichtung
verändert, vier Timings (E, F, G und H) repräsentiert; 9A und 9B repräsentieren
die Signale f, e, g und h an den entsprechenden Punkten in der in 6 illustrierten
Schaltung und der von der Computereinheit 401 durchgeführten
Bestimmung. Hier wird eine Erläuterung unter Bezugnahme
auf die 8A und 8B durchgeführt.
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Die 8A und 8B,
in denen Symbole (s, t, u und v) den vorspringenden Formen der Zähne des
magnetischen Bewegungskörpers 4 zugeordnet sind,
repräsentieren die durch die Computereinheit 401 durchgeführte
Bestimmung der vorspringenden Form des Zahns des magnetischen Bewegungskörpers 4 und
seiner Bewegungsrichtung. Die Computereinheit 401 führt
Bestimmung der Bewegungsrichtung basierend auf der fallenden Position
und der Niedrigpegeldauer (es wird angenommen, dass der magnetische
Bewegungskörper während der Dauer a1 vorwärts
rotiert und während der Dauer a2 rückwärts
rotiert) der Rechteckwelle des Signals h durch. Beispielsweise fällt
in dem Fall, wo der magnetische Bewegungskörper 4 zum
Timing A vorwärts rotiert, das Signal h bei einem Timing
entsprechend einer Position in der Nähe der Mitte der vorspringenden Form
s des Zahns, und während der Dauer a1 ist das Signal h
auf niedrigem Pegel; daher bestimmt die Computereinheit, dass der
Zahn zu einem Timing während der Vorwärtsrotation
s ist.
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Wie
aus den 4A-A, 4A-B, 4B-C
und 4B-D ersichtlich, nimmt die Computereinheit 401 entweder
wenn der magnetische Bewegungskörper 4 vorwärts
rotiert oder wenn der magnetische Bewegungskörper 4 rückwärts
rotiert, das Symbol s oder t der vorspringenden Form des Zahns wahr
zu einem Timing, das einer Position in der Nähe der Mitte
der vorspringenden Form des Zahns entspricht; daher wird es möglich
gemacht, die Position der vorspringenden Form des Zahns des magnetischen
Bewegungskörpers 4 wahrzunehmen.
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In
dieser Situation kann der magnetische Bewegungskörper 4 entweder
zahnförmig sein oder ein Magnetisierungsmuster besitzen.
Zusätzlich kann der magnetische Bewegungskörper 4 entweder
ein Rotationskörper oder ein linearer Körper sein.
Anders ausgedrückt kann alles, was eine eindeutig definierte
Bewegungsrichtung hat, eingesetzt werden. Zusätzlich kann
der Sensor ein Hall-Element, ein gigantischer Magnetwiderstands-(GMR)
Element oder ein magneto-elektrisches Umwandlungselement wie etwa
ein Tunnelmagnetwiderstands-(TMR) Element sein.
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Beim
Bewegungsrichtungsdetektor gemäß Ausführungsform
2 tritt unabhängig von der Bewegungsrichtung des magnetischen
Bewegungskörpers 4 als ein zu detektierender Körper
die fallende Position (Schaltposition) der Rechteckwelle des Signals
h zu einem Timing auf, das der Position der vorspringenden Form
des Zahnes entspricht; somit wird die Wirkung demonstriert, dass
die Computereinheit 401 die Position der vorspringenden
Form des Zahns des magnetischen Bewegungskörpers 4 als
einen zu detektierenden Körper genau wahrnehmen kann und die
Bewegungsrichtung des zu detektierenden Körpers bestimmen
kann.
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Darüber
hinaus wird selbst in einem Fall, bei dem während der fallenden
Dauer (a1, a2) die Bewegungsrichtung des magnetischen Bewegungskörpers 4 geschaltet
wird, eine vorgegebene Falldauer (a1 oder a2) nach der Dauer b ausgegeben;
daher wird ein Effekt demonstriert, dass die Computereinheit 401 genau
die Position der vorspringenden Form des Zahns des magnetischen
Bewegungskörpers 4 wahrnehmen kann.
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Zusätzlich
werden in Ausführungsform 2 die Falldauern voneinander
differenziert, basierend auf der Bewegungsrichtung des magnetischen.
Bewegungskörpers; jedoch kann selbst im Fall, wo die Phase
der Rechteckwelle des Signals h invertiert ist und die Steigungsdauern
voneinander basierend auf der Bewegungsrichtung des magnetischen
Bewegungskörpers 4 differenziert werden, dieselbe
Wirkung demonstriert werden.
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Verschiedene
Modifikationen und Änderungen dieser Erfindung werden Fachleuten
ersichtlich, ohne vom Umfang der Patentansprüche abzuweichen
und es versteht sich, dass diese nicht auf die hierin dargestellten
illustrativen Ausführungsformen beschränkt ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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