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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 magneto-elektrisches
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 301verbundene
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 der
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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Die
DE 10 2006 046 782
A1 offenbart einen Magnetsensor, mit welchem es möglich ist,
eine Bewegungsrichtung des magnetischen Bewegteils abhängig von
einer Pegeländerungsreihenfolge
in einem Signal zu erfassen. Dabei wird eine Schaltung verwendet,
bei welcher ein Signal konstant verzögert einem anderen Signal zugeführt wird.
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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 DER 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 magneto-elektrische 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.
-
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.
-
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.
-
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 Nahe 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.
-
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.
-
Ausführungsform
2
-
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).
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
