DE102010020027A1

DE102010020027A1 - Magnetische Detektionsvorrichtung

Info

Publication number: DE102010020027A1
Application number: DE102010020027A
Authority: DE
Inventors: Hideki Shimauchi; Hiroshi Kobayashi; Yuji Kawano; Yoshinori Tatenuma
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2009-10-30
Filing date: 2010-05-11
Publication date: 2011-05-05
Anticipated expiration: 2030-05-12
Also published as: DE102010020027B4; JP2011117731A; JP5116751B2; US8354840B2; US20110101965A1

Abstract

Eine magnetische Detektionsvorrichtung enthält eine Signalverarbeitungsschaltung, welche eine Bewegungsposition und eine Bewegungsrichtung eines magnetischen mobilen Objektes unter Verwendung einer Ausgabe einer Vergleichsschaltung detektiert, die dafür konfiguriert ist, ein Signal durch Vergleichen eines Ausgangssignals eines magneto-elektrischen Transducer-Elements mit einem Schwellenwert auszugeben. Eine Dauer, während der eine Ausgabe der Signalverarbeitungsschaltung auf einem hohen Pegel oder auf einem niedrigen Pegel ist, ist auf einen Zeitraum t1 und einen Zeitraum t2 fixiert, abhängig von der Bewegungsrichtung des magnetischen mobilen Objekts. Wenn das Umschalten der Bewegungsrichtung des magnetischen mobilen Objekts innerhalb des Zeitraums t1 oder des Zeitraums t2 stattfindet, gibt die Signalverarbeitungsschaltung ein gleiches Positionssignal wie ein Positionssignal aus, das eine Position unmittelbar vor dem Umschalten der Bewegungsrichtung des magnetischen mobilen Objektes anzeigt, aufgrund von Hysterese des Schwellenwerts der Vergleichsschaltung.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine magnetische Detektionsvorrichtung, welche die durch ein magnetisches mobiles Objekt induzierte Feldintensität detektiert, beispielsweise eine magnetische Detektionsvorrichtung, die eine Umdrehung oder einen Rotationswinkel eines rotierenden Körpers detektiert und genauer gesagt auf eine magnetische Detektionsvorrichtung, die zum Detektieren einer Bewegungsrichtung eines magnetischen mobilen Objekts in der Lage ist.
STAND DER TECHNIK
Hinsichtlich einer magnetischen Detektionsvorrichtung, die eine durch ein magnetisches mobiles Objekt induzierte Feldintensität detektiert, hat es mehrere Techniken für ein Verfahren des Detektierens einer Bewegungsrichtung eines magnetischen mobilen Objektes abhängig von einem aus einem magnetischen Detektionssensor ausgegebenen Signals gegeben. In einem Fall, bei dem ein Sensorausgangssignal ein Digitalsignal ist (Rechteckwelle), sind ein Verfahren des Anlegens von Spannungsmodulation an ein Senderausgangssignal und ein Verfahren des Anwendens von Zeitmodulation an ein Sensorausgangssignal zur Detektieren einer Bewegungsrichtung eines magnetischen mobilen Objektes verfügbar.
Eine der Techniken im Stand der Technik zum Anlegen von Spannungsmodulation an ein Sensorausgangssignal ist im japanischen Patent Nr. 3588044 offenbart. Gemäß diesem Verfahren nimmt ein magnetischer Detektionssensor einen Magneten auf, der ein Bias-Magnetfeld erzeugt, erste und zweite Magneto-Resistenzeffektelemente, die dem magnetischen mobilen Objekt gegenüberliegend und Seite an Seite in einer Bewegungsrichtung desselben angeordnet sind, und Ausgabeschaltungen für die jeweiligen Magneto-Resistenzeffektelemente. Der magnetische Detektionssensor detektiert eine Änderung im Magnetfeld in Reaktion auf eine Bewegung des magnetischen mobilen Objekts und setzt zumindest entweder ein Hochsignal oder ein Niedrigsignal des Ausgangssignals auf ein anderes Potential, abhängig von der Bewegungsrichtung. Entsprechend detektiert eine Computereinheit die Bewegungsrichtung durch Messen des Potentials des Sensorausgangssignals.
Mittlerweile variiert gemäß dem Verfahren des Anlegens von Zeitmodulation an ein Sensorausgangssignal das Ausgangs-Timing (Zeit) eines magnetischen Detektionssensors mit einer Bearbeitungsrichtung des magnetischen mobilen Objekts. Wenn beispielsweise die Bewegungsrichtung die Vorwärtsrichtung ist, wird eine Dauer des Signals auf a eingestellt und wenn die Bewegungsrichtung die inverse Richtung ist, wird eine Dauer des Signals auf b (≠ a) eingestellt. Entsprechend detektiert eine Computereinheit eine Bewegungsrichtung durch Messen der Dauer des Sensorausgangssignals.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahrens des Anlegens von Zeitmodulation an ein Sensorausgangssignal und Techniken für dieses Verfahren im Stand der Technik sind beispielsweise in JP-UM-A-57-14858 und JP-A-2001-88632 offenbart.
Eine magnetische Detektionsvorrichtung im Stand der Technik wird unter Bezugnahme auf die 15 bis 18B beschrieben.
18A und 18B sind Ansichten, welche die Konfiguration einer Magnetschaltung in der magnetischen Detektionsvorrichtung im Stand der Technik zeigen. 18A eine perspektivische Ansicht und 18B ist eine Frontansicht. Bezug nehmend auf 18A und 18B ist ein ein Bias-Magnetfeld erzeugender Magnet 3 auf der Bodenoberfläche eines Signalverarbeitungsschaltungs-Chips 2 angeordnet, der monolithisch mit magneto-elektrischen Transducer-Elementen 1a und 1b ausgebildet ist. Diese Anordnung wird gegenüberliegend näher an ein magnetisches mobiles Objekt 4 bewegt, so dass die magneto-elektrischen Transducer-Elemente 1a und 1b eine Magnetfeldverteilung detektieren, die durch das durch den Magneten 3 erzeugte Magnetfeld mit wachsender Nähe und Bewegungen des magnetischen mobilen Objektes 4 entwickelt wird und gibt die detektierte magnetische Feldverteilung als elektrischen Widerstand und eine Änderung desselben aus. Um eine Bewegungsrichtung des magnetischen mobilen Objekts 4 zu detektieren, ist es für die magneto-elektrischen Transducer-Elemente 1a und 1b notwendig, eine Änderung im elektrischen Widerstand mit einer Zeitverzögerung zu veranlassen, d. h. einer Phasendifferenz in Assoziation mit den Bewegungen. Hierfür sind beispielsweise die magneto-elektrischen Transducer-Elemente 1a und 1b Seite an Seite in der Bewegungsrichtung des magnetischen mobilen Objektes 4 angeordnet.
15 zeigt eine Signalverarbeitungsschaltung der Magnetdetektionsvorrichtung. Die magneto-elektrischen Transducer-Elemente 1a und 1b bilden Brückenschaltungen 10a bzw. 10b. Wenn elektrische Widerstände der magneto-elektrischen Transducer-Elemente 1a und 1b sich in Reaktion auf eine Bewegung des magnetischen mobilen Objektes 4 ändern, werden Brückensignale a und b als Spannungsänderungen erhalten. Die Brückensignale a und b werden in den Vergleichsschaltungen 11 und 12 mit Schwellenwerten c bzw. d verglichen und in Rechteckwellensignale e bzw. f gewandelt. Die Rechteckwellensignale e und f werden in eine Bewegungsrichtungs-Bestimmungsschaltung 13 eingegeben und ein Bewegungsrichtungssignal g wird erhalten. Das Bewegungsrichtungssignal g wird zusammen mit dem Rechteckwellensignal f in eine Ausgangssignalerzeugungsschaltung 14 eingegeben und darin prozessiert. So wird als Ausgabe ein Sensorausgangssignal i erhalten.
16 zeigt Betriebswellenformen der magnetischen Detektionsvorrichtung. In der Zeichnung repräsentieren kleine Buchstaben a und b Brückensignale der magneto-elektrischen Transducer-Elemente 1a bzw. 1b, repräsentieren kleine Buchstaben c und d Schwellenwerte der entsprechenden Brückensignale und repräsentieren kleine Buchstaben e, f, g und i Signale entsprechender Teile in der Signalverarbeitungsschaltung. Die Wellenformen zeigen ein Beispiel, bei dem die Bewegungsrichtung des magnetischen mobilen Objektes von Vorwärtsrichtung auf inverse Richtung umschaltet. Es gibt eine Phasendifferenz zwischen den Rechteckwellensignalen e und f, die von den Brückensignalen a bzw. b umgewandelt sind, und eine Kombination derselben variiert mit der Bewegungsrichtung des magnetischen mobilen Objektes. Das Bewegungsrichtungssignal g ist auf einem niedrigen Pegel und einem hohen Pegel, wenn die Bewegungsrichtung des magnetischen mobilen Körpers eine Vorwärtsrichtung bzw. eine inverse Richtung ist. Es wird Zeitmodulation an das Umschalt-Timing von hohem Pegel zu niedrigem Pegel angelegt, welches ein Positionssignal des Sensorausgangssignals i ist, synchron mit dem Rechteckwellensignal f, abhängig von der Bewegungsrichtung des magnetischen mobilen Objektes in einer solchen Weise, dass eine Zeit des niedrigen Pegels eine Periode t1 und eine Periode t2 wird, wenn die Bewegungsrichtung Vorwärtsrichtung bzw. Rückwärtsrichtung ist.
17 zeigt das Brückensignal b des magneto-elektrischen Umwandlungselements 1b und den Schwellenwert d desselben, die Signale e, f und g der entsprechenden Teile in der Signalverarbeitungsschaltung und das Sensorausgangssignal i (das Brückensignal a und der Schwellenwert c werden weggelassen). Die Wellenformen zeigen ein Beispiel, bei dem die Bewegungsrichtung des magnetischen mobilen Objektes von der inversen Richtung zur Vorwärtsrichtung umschaltet.
Wenn sich das magnetische mobile Objekt bewegt, variiert das Brückensignal b in Reaktion auf Vorsprünge (1) und (2) des magnetischen mobilen Objektes. Das Brückensignal b kreuzt somit den Schwellenwert zu einem Zeitpunkt A und das Rechteckwellensignal f schaltet vom niedrigen Pegel zum hohen Pegel um, während das Sensorausgangssignal i vom hohen zum niedrigen Pegel umschaltet.
Danach kehrt das Sensorausgangssignal i zum Zeitpunkt C zum hohen Pegel zurück, nach Verstreichen der Periode t2.
Zu einem Zeitpunkt B, an dem das Sensorausgangssignal i auf niedrigem Pegel ist, quert das Brückensignal b den Schwellenwert d wieder. Das Rechteckwellensignal f schaltet somit vom hohen Pegel auf den niedrigen Pegel um. Da es innerhalb der Periode t2 liegt, kann das Sensorausgangssignal i das Positionssignal nicht synchron mit dem Signal f der Signalverarbeitungsschaltung ausgeben.
Die Computereinheit bestimmt die Bewegungsrichtung durch Messen einer Dauer des niedrigen Pegels des Sensorausgangssignals i. Die Position des magnetischen mobilen Objektes wird aus dem Umschalten des Sensorausgangssignals i zum Zeitpunkt A vom hohen Pegel auf niedrigen Pegel detektiert. Weil die Dauer des niedrigen Pegels des Sensorausgangssignals i zur Zeit C die Periode t2 ist, wird festgestellt, dass die Bewegungsrichtung des magnetischen mobilen Objektes in der inversen Richtung ist und die Position desselben der Versorgungspfad 1 ist. Danach wird das Umschalten des Sensorausgangssignals i wieder vom hohen Pegel zum niedrigen Pegel zur Zeit D detektiert. Weil die Dauer des niedrigen Pegels des Sensorausgangssignals i zur Zeit E die Periode t1 ist, wird festgestellt, dass die Bewegungsrichtung des magnetischen mobilen Objektes die Vorwärtsrichtung ist und die Position desselben der Vorsprung 1 ist, aus dem Sensorausgangssignal zur Zeit D. Daher wird der Vorsprung a nach dem Umschalten der Bewegungsrichtung des magnetischen mobilen Objektes mit einer Verzögerung detektiert.
Die Detektionsverzögerung kann möglicherweise während wiederholter Operationen in Vorwärtsrichtung und inverser Richtung der Bewegungsrichtung akkumulieren. Daher ist die magnetische Detektionsvorrichtung im Stand der Technik nicht geeigneterweise eingesetzt, wenn es notwendig ist, die Bewegungsposition exakt durch Detektieren der Bewegungsrichtung zu detektieren.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist gemacht worden, um die Probleme mit der Vorrichtung im Stand der Technik, wie oben diskutiert, zu lösen und hat als Aufgabe, eine magnetische Detektionsvorrichtung bereitzustellen, die zum Detektieren der Bewegungsrichtung des magnetischen mobilen Objektes exakt ohne jegliche Verzögerung selbst in einem Fall in der Lage ist, wenn das Umschalten der Bewegungsrichtung des magnetischen mobilen Objektes innerhalb eines Zeitraums einer Dauer t1 oder t2 des hohen Pegels oder des niedrigen Pegels des Sensorausgangssignals stattfindet.
Eine magnetische Detektionsvorrichtung gemäß einem Aspekt der Erfindung enthält eine Signalverarbeitungsschaltung mit magneto-elektrischen Transducer-Elementen, die Feldintensität detektieren, Vergleichsschaltungen, die Schwellenwerte aufweisen und Rechteckwellensignale ausgeben, durch Vergleichen der Schwellenwerte mit Ausgangssignalen der magneto-elektrischen Transducer-Elemente, und Signalverarbeitungsteile, die ein Sensorausgangssignal durch Detektieren einer Bewegungsposition und einer Bewegungsrichtung eines magnetischen mobilen Objektes, das einen an die magneto-elektrischen Transducer-Elemente anzulegendes magnetisches Feld verändern, ausgeben, unter Verwendung der Ausgangssignale der Vergleichsschaltungen. Eine Ausgabe der Signalverarbeitungsschaltung ist ein Positionssignal, das ein Umschalten von einem hohen Pegel zu einem niedrigen Pegel und ein Umschalten von einem niedrigen Pegel zu einem hohen Pegel erfährt, und das Umschalten entspricht einer Position des magnetischen mobilen Objektes. Eine Dauer, während der das Positionssignal im hohen Pegel oder dem niedrigen Pegel ist, entspricht der Bewegungsrichtung des magnetischen mobilen Objektes. Die Dauer, während der das Positionssignal in dem hohen Pegel oder dem niedrigen Pegel ist, ist auf eine Periode t1 oder eine Periode t2 fixiert, abhängig von der Bewegungsrichtung des magnetischen mobilen Objektes. In einem Fall, bei dem das Umschalten der Bewegungsrichtung des magnetischen mobilen Objektes innerhalb eines Zeitraums der Periode t1 oder der Periode t2 stattfindet, gibt die Signalverarbeitungsschaltung ein gleiches Positionssignal wie ein Positionssignal aus, welches die Position des magnetischen mobilen Objektes unmittelbar vor dem Umschalten der Bewegungsrichtung des magnetischen mobilen Objektes anzeigt, aufgrund von Hysterese des Schwellenwertes der Vergleichsschaltung, so dass kein Versatz zwischen der Position des magnetischen mobilen Objektes und dem Positionssignal der Signalverarbeitungsschaltung auftritt, das durch das Umschalten der Bewegungsrichtung des magnetischen mobilen Objekts verursacht ist.
Gemäß der wie oben konfigurierten magnetischen Detektionsvorrichtung kann selbst in einem Fall, bei dem das Umschalten der Bewegungsrichtung des magnetischen mobilen Objektes innerhalb der Periode der Dauer t1 oder t2 stattfindet, während der das Sensorausgangssignal auf hohem Pegel oder auf niedrigem Pegel ist, die Bewegungsrichtung des magnetischen mobilen Objektes exakt ohne jegliche Verzögerung detektiert werden. Somit wird die Computereinheit fähig, die Position des magnetischen mobilen Körpers exakt zu detektieren.
Die vorstehende und andere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung bei Betrachtung zusammen mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlicher werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1A und 1B sind Ansichten, welche die Konfiguration einer Magnetschaltung in einer magnetischen Detektionsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigen;
2 ist eine Ansicht, die ein anderes Beispiel der Konfiguration der Magnetschaltung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigen;
3 ist eine Ansicht, die eine Signalverarbeitungsschaltung in der magnetischen Detektionsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
4 ist ein Betriebssignalformdiagramm der magnetischen Detektionsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung;
5 ist eine vergrößerte Ansicht in der Nähe des Schnittpunkts eines Brückensignals b und eines Schwellenwerts d in 4;
6 ist eine Ansicht, die ein konkretes Beispiel von Betriebssignalformen des Brückensignals b und des Schwellenwerts d in der magnetischen Detektionsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
7 ist eine vergrößerte Ansicht der Betriebssignalform, die eine Beziehung des Brückensignals b und eines Schwellenwertes d in einer magnetischen Detektionsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
8 ist eine Ansicht, die eine Signalverarbeitungsschaltung in einer magnetischen Detektionsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
9 ist ein Betriebssignalformdiagramm der magnetischen Detektionsvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung;
10 ist eine Ansicht, die eine
Signalverarbeitungsschaltung in einer magnetischen Detektionsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
11 ist ein Betriebssignalformdiagramm der magnetischen Detektionsvorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung;
12 ist eine Ansicht, die eine Signalverarbeitungsschaltung in einer magnetischen Detektionsvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung zeigt;
13A bis 13C sind Betriebssignalformdiagramme der magnetischen Detektionsvorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform der Erfindung;
14A bis 14C sind Diagramme, die konkrete Beispiele der Betriebssignalformen der magnetischen Detektionsvorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform der Erfindung zeigen;
15 ist eine Ansicht, die eine Signalverarbeitungsschaltung einer magnetischen Detektionsvorrichtung im Stand der Technik zeigt;
16 ist ein Betriebssignalformdiagramm der magnetischen Detektionsvorrichtung im Stand der Technik;
17 ist ein Betriebssignalformdiagramm der magnetischen Detektionsvorrichtung im Stand der Technik;
18A und 18B sind Ansichten, welche die Konfiguration einer magnetischen Schaltung in der magnetischen Detektionsvorrichtung im Stand der Technik zeigen; und
19 ist ein Betriebssignalformdiagramm in einem Fall, bei dem ein magnetisches mobiles Objekt von Vorwärtsrichtung zur inversen Richtung umgeschaltet wird, in der magnetischen Detektionsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Erste Ausführungsform
1A und 1B sind Ansichten, welche die Konfiguration einer magnetischen Schaltung in einer magnetischen Detektionsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigen. 1A ist eine perspektivische Ansicht und 1 ist eine Frontansicht.
Wie in 1A und 1B gezeigt ist, weist die magnetische Detektionsvorrichtung der ersten Ausführungsform einen Magneten 3, der ein Bias-Magnetfeld erzeugt und an der Bodenoberfläche des monolithisch mit magneto-elektrischen Transducer-Elementen 1a und 1b ausgebildeten Signalverarbeitungsschaltungs-Chips 2 angeordnet ist, auf. Diese Anordnung wird gegenüberliegend näher an das magnetische mobile Objekt 4 bewegt, so dass die magneto-elektrischen Transducer-Elemente 1a und 1b eine Magnetfeldverteilung detektieren, die durch das durch den Magneten 3 erzeugte Magnetfeld entwickelt wird, bei einer wachsenden Nähe und Bewegungen des magnetischen mobilen Objektes 4, und die detektierte Magnetfeldverteilung als elektrischen Widerstand und eine Änderung desselben ausgeben. Um eine Bewegungsrichtung des magnetischen mobilen Objekts 4 zu detektieren, ist es für die magneto-elektrischen Transducer-Elemente 1a und 1b notwendig, eine Änderung im elektrischen Widerstand mit einer Zeitverzögerung zu verursachen, d. h. einer Phasendifferenz, in Assoziierung mit den Bewegungen. Hierfür sind beispielsweise die magneto-elektrischen Transducer-Elemente 1a und 1b Seite an Seite in der Bewegungsrichtung des magnetischen mobilen Objektes angeordnet.
Es ist ausreichend, die Magnetschaltung in der magnetischen Detektionsvorrichtung der Erfindung in einer solchen Weise auszubilden, dass die magneto-elektrischen Transducer-Elemente 1a und 1b in der Lage sind, die durch eine wachsende Nähe und Bewegungen des magnetischen mobilen Objekts 4 entwickelte Magnetfeldverteilung zu detektieren. Wie beispielsweise in 2 gezeigt, kann das magnetische mobile Objekt 4 eine kollektive Entität von Magneten sein, die in gewissen Abständen angeordnet sind. In diesem Fall kann der Magnet 3 weggelassen werden.
3 zeigt eine Signalverarbeitungsschaltung in der magnetischen Detektionsvorrichtung der ersten Ausführungsform.
Wie in 3 gezeigt ist, bilden die magneto-elektrischen Transducer-Elemente 1a und 1b eine Brückenschaltung 10a bzw. 10b, und wenn elektrische Widerstände der magneto-elektrischen Transducer-Elemente 1a und 1b in Reaktion auf eine Bewegung des magnetischen mobilen Objektes 4 variieren, werden Brückensignale a und b als Spannungsänderungen erhalten. Die Brückensignale a und b werden mit Schwellenwerten c und d in Vergleichsschaltungen 21 bzw. 22 verglichen und in Rechteckwellensignale e bzw. f umgewandelt. Die Rechteckwellensignale e und f werden in eine Bewegungsrichtungs-Bestimmungsschaltung 23 eingegeben, die als ein Signalverarbeitungsteil dienen und ein Bewegungsrichtungssignal g wird erhalten. Das Bewegungsrichtungssignal g zusammen mit dem Rechteckwellensignal f wird an einer Ausgangssignalerzeugungsschaltung 24 eingegeben, die auch als Signalverarbeitungsteil dient, und darin verarbeitet. Ein Sensorausgangssignal i wird somit als eine Ausgabe ausgegeben.
4 ist ein Betriebswellenformdiagramm der ersten Ausführungsform. Entsprechende Wellenformen in dem Diagramm repräsentieren das Brückensignal b und den Schwellenwert d der Vergleichsschaltung 22, die Signale e, f und g der entsprechenden Teile in der Signalverarbeitungsschaltung und das Sensorausgangssignal i (das Brückensignal a und der Schwellenwert c sind weggelassen). Die Wellenformen zeigen ein Beispiel, bei dem die Bewegungsrichtung des magnetischen mobilen Objektes von inverser Richtung zur Vorwärtsrichtung umschaltet.
Wie unten beschrieben wird, hat der Schwellenwert die Hysterese h. Auch gibt es eine Phasendifferenz zwischen den Rechteckwellensignalen e und f, die aus den Brückensignalen a bzw. b umgewandelt sind. Weil eine Kombination derselben mit der Bewegungsrichtung des magnetischen mobilen Objektes 4 variiert, ist es möglich, die Bewegungsrichtung des magnetischen mobilen Objekts 4 zu bestimmen. Das Bewegungsrichtungssignal g ist auf einem niedrigen Pegel und einem hohen Pegel, wenn die Bewegungsrichtung in der Vorwärtsrichtung bzw. der inversen Richtung ist.
Zeitmodulation wird auf das Sensorausgangssignal i synchron mit dem Rechteckwellensignal f abhängig von der Bewegungsrichtung in solcher Weise angelegt, dass eine Zeit des niedrigen Pegels eine Periode, t1 = 45 μsec und eine Periode t2 = 90 μsec wird, wenn die Bewegungsrichtung die Vorwärtsrichtung bzw. die inverse Richtung ist.
5 ist eine vergrößerte Ansicht in der Umgebung des Schnittpunkts des Brückensignals b mit dem Schwellenwert din 4.
Wenn das Brückensignal b den Schwellenwert d (Zeit F) quert, schaltet das Rechteckwellensignal f vom niedrigen Pegel auf den hohen Pegel um. Gleichzeitig variiert der Schwellenwert d nur um die Hysterese h. Wenn der Schwellenwert d nur um die Hysterese h variiert, tritt eine Verzögerung einer Zeit t seit dem Zeitpunkt F auf, an dem das Brückensignal b den Schwellenwert d quert, bis das Brückensignal b den Schwellenwert d das nächste Mal quert (Zeit H).
In einem Fall, wo eine Varianz S(t) das Brückensignals b nach dem Umschalten der Bewegungsrichtung des magnetischen mobilen Objekts zur Zeit F als a × t approximiert werden kann, wobei a eine Konstante ist, wird die Hysterese h des Schwellenwerts d in 4 auf einen Schwellenwert eingestellt, der eine Ungleichung erfüllt: h² > t2²/(a² – 1).
Daher schaltet das Rechteckwellensignal f vom Hochpegel auf den Niedrigpegel mit einer Verzögerung ab der Periode t2, während der das Sensorausgangssignal i auf niedrigem Pegel ist, um. Entsprechend, weil das Timing (Positionssignal), mit dem das die Position des magnetischen mobilen Objekts 4 anzeigende Sendeausgangssignal i vom hohen Pegel auf den niedrigen Pegel umschaltet, synchron mit dem Rechteckwellensignal f ausgegeben werden kann, tritt keine Verzögerung auf, wenn die Bewegungsrichtung des magnetischen mobilen Objekts detektiert wird. Damit wird die Computereinheit in die Lage versetzt, die Position des magnetischen mobilen Objekts exakt selbst in einem Fall zu detektieren, bei dem das Umschalten der Bewegungsrichtung des magnetischen mobilen Objekts innerhalb des Zeitraums t2 stattfindet.
6 zeigt beispielhaft das Brückensignal b und den Schwellenwert d im Falle einer Rotationsdetektionsvorrichtung einer kreisförmigen Platte, die an der Kurbelwelle angebracht ist, um die Kolbenposition eines Motors in einem Automobil zu detektieren. Das hierin verwendete magnetische mobile Objekt ist eine aus Eisen hergestellte Platte mit einem Durchmesser von 150 mm, einer Dicke von 2,6 mm und 60 Vorsprüngen, die alle eine Vorsprungsbreite von 2,5 mm aufweisen.
Unter der Annahme, dass a = 2,8 × 10³, eine Varianz des Brückensignals b nach dem Umschalten der Bewegungsrichtung des magnetischen mobilen Objekts ist, wird S(t) als (2,8 × 10³) × t approximiert und der Wert der Hysterese h wird auf 30 mV eingestellt. Entsprechend wird eine Ungleichung: h² > t2²/(a² – 1) in 4 erfüllt. Das Rechteckwellensignal f schaltet daher nach einer Verzögerung von 590 μsec ab dem Zeitraum t2 = 90 μsec vom hohen Pegel auf den niedrigen Pegel um, während der das Sensorausgangssignal i auf dem niedrigen Pegel ist. Das Timing (Positionssignal), mit dem das Sensorausgangssignal i, das die Position des magnetischen mobilen Objekts anzeigt, vom hohen Pegel auf den niedrigen Pegel umschaltet, kann daher synchron mit dem Rechteckwellensignal f ausgegeben werden. Entsprechend tritt keine Detektionsverzögerung auf, wenn die Bewegungsrichtung des magnetischen mobilen Objekts detektiert wird.
Die Computereinheit detektiert die Position des magnetischen mobilen Objekts aus dem Umschalten der Sensorausgabe i von dem hohen Pegel zum niedrigen Pegel zum Zeitpunkt F. Weil die Dauer des Sensorausgangssignals i zu einem Zeitpunkt G die Periode t2 ist, wird festgestellt, dass die Bewegungsrichtung des magnetischen mobilen Objekts die inverse Richtung ist und die Position des magnetischen mobilen Objektes der Vorsprung (1) ist. Danach detektiert die Computereinheit das Umschalten des Ausgangssignals i wieder vom hohen Pegel zum niedrigen Pegel zum Zeitpunkt H. Weil die Dauer des niedrigen Pegels des Sensorausgangssignals i zum Zeitpunkt I die Periode t1 ist, ist es möglich, festzustellen, dass die Bewegungsrichtung des magnetischen mobilen Objekts die Vorwärtsrichtung ist und die Position der Vorsprung (1) ist, aus dem Sensorausgangssignal i zum Zeitpunkt H. Es wird damit möglich, die Position des magnetischen mobilen Objekts 4 exakt selbst in einem Fall zu detektieren, wenn das Umschalten der Bewegungsrichtung des magnetischen mobilen Objekts innerhalb des Zeitraums t1 oder des Zeitraums t2 stattfindet, während dem das die Bewegungsrichtung des magnetischen mobilen Objektes 4 anzeigende Sensorausgangssignal i auf niedrigem Pegel ist.
In der ersten Ausführungsform ist die Detektion der Bewegungsrichtung des magnetischen mobilen Objektes nicht auf einen Fall limitiert, bei dem das magnetische mobile Objekt 4 von der inversen Richtung zur Vorwärtsrichtung umgeschaltet wird, und das magnetische mobile Objekt kann von der Vorwärtsrichtung zur inversen Richtung umgeschaltet werden.
19 ist ein Betriebswellenformdiagramm in einem Fall, bei dem das magnetische mobile Objekt von der Vorwärtsrichtung zur inversen Richtung umgeschaltet wird.
Entsprechende Wellenform im Diagramm repräsentieren das Brückensignal b und den Schwellenwert d, die Signale e, f und g der entsprechenden Teile der Signalverarbeitungsschaltung und das Sensorausgangssignal i (das Brückensignal a und der Schwellenwert c sind weggelassen). Die Wellenformen zeigen ein Beispiel, bei dem die Bewegungsrichtung des magnetischen mobilen Objektes von Vorwärtsrichtung zu inverser Richtung umschaltet. Hierin wird in einem Fall, bei dem die Varianz S(t) des Brückensignals b nach dem Umschalten der Bewegungsrichtung des magnetischen mobilen Objekts als a × t approximiert werden kann, wobei a eine Konstante ist, eine Zeitverzögerung t, die durch die Hysterese verursacht ist, so eingestellt, dass sie eine Ungleichung erfüllt: h² > t1²/(a² – 1).
Daher, weil das Sensorausgangssignal i synchron zum Rechteckwellensignal f ausgegeben werden kann, tritt keine Detektionsverzögerung auf, wenn die Bewegungsrichtung des magnetischen mobilen Objektes detektiert wird.
In einem Fall, bei dem die magnetische Detektionsvorrichtung der ersten oben beschriebenen Ausführungsform verwendet wird, beispielsweise als eine Detektionsvorrichtung, die den Rotationswinkel einer an der Kurbelwelle eines Motors angebrachten Platte detektiert, weil die an der Kurbelwelle angebrachte Platte mit Vorsprüngen in regulärer Weise versehen ist, formt das Brückensignal b eine Wellenform nahe an einer Sinuswelle. In diesem Fall wird, weil eine Neigung des Amplitudenzentrums des Brückensignals b am größten wird, ein Versatz zwischen der Vorsprungsposition der Platte und dem Positionssignal des Sensorausgangssignals durch Einstellen des Schwellenwerts d bei einem Amplitudenzentrum des Brückensignals b kleiner.
Das Einstellen der Hysterese wie in der ersten Ausführungsform oben ist zur Verwendung insbesondere in einer Detektionsvorrichtung geeignet, welche den Rotationswinkel der Kurbelwelle des Motors, der ein Leerlaufstoppsystem inkorporiert, mit dem Versatz (Positionsgenauigkeit) eines Ausgangssignals des magnetischen Detektionssensors in Bezug auf die Position des magnetischen mobilen Objekts weniger genau sein kann, wenn die Bewegungsposition des magnetischen mobilen Objektes die inverse Richtung ist, als wenn die Bewegungsrichtung des magnetischen mobilen Objektes die Vorwärtsrichtung ist.
Es sollte jedoch angemerkt werden, dass sich durch Einstellen der Hysterese h in der ersten Ausführungsform in 6 auf 10 mV, was hinreichend größer als die Rauschbreite des Brückensignals b ist, eine durch die Hysterese h verursachte Zeitverzögerung als 70 μsec vermindert. Das Sensorausgangssignal i kann daher nicht das Positionssignal synchron zum Rechteckwellensignal f ausgeben. Daher besteht die Möglichkeit, dass eine Detektionsverzögerung auftritt, wenn die Bewegungsrichtung des magnetischen mobilen Objekts detektiert wird.
Zweite Ausführungsform
7 ist eine vergrößerte Ansicht einer Betriebswellenform einer magnetischen Detektionsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Weil die Konfiguration und das Betriebswellenformdiagramm der Signalverarbeitungsschaltung in der magnetischen Detektionsvorrichtung der zweiten Ausführungsform dieselben wie jene, die in der ersten Ausführungsform oben unter Bezugnahme auf 3 und 4 beschrieben worden sind, werden Beschreibungen hier weggelassen.
7 ist eine vergrößerte Ansicht in der Umgebung des Schnittpunkts des Brückensignals b und des Schwellenwerts d in 4.
Wenn das Brückensignal b den Schwellenwert d kreuzt (Zeit F), schaltet das Rechteckwellensignal f vom niedrigen Pegel zum hohen Pegel um und der Schwellenwert d variiert nur um die Hysterese h zum selben Zeitpunkt. Wenn der Schwellenwert d nur um die Hysterese h variiert, tritt eine Verzögerung einer Zeit t seit der Zeit F, zu der das Brückensignal b den Schwellenwert d quert, bis das Brückensignal b den Schwellenwert d das nächste Mal quert (Zeit H), auf.
Hierin wird in der magnetischen Detektionsvorrichtung der zweiten Ausführungsform die Hysterese h des Schwellenwerts d (4) auf einen Wert so eingestellt, dass eine Ungleichung erfüllt ist: t > t2.
Entsprechend schaltet das Rechteckwellensignal f vom hohen Pegel auf den niedrigen Pegel mit einer Verzögerung von der Periode t2 um, während das Sensorausgangssignal i auf niedrigem Pegel ist. Daher, wie bei der ersten Ausführungsform oben, weil das Sensorausgangssignal i in 4 synchron mit dem Rechteckwellensignal f ausgegeben werden kann, tritt keine Detektionsverzögerung auf, wenn die Bewegungsrichtung des magnetischen mobilen Objektes detektiert wird. Die Computereinheit wird damit in die Lage versetzt, die Position des magnetischen mobilen Objektes exakt zu detektieren, selbst in einem Fall, bei dem das Umschalten der Bewegungsrichtung des magnetischen mobilen Objektes stattfindet.
Auch, um nicht eine Detektionsverzögerung der Bewegungsrichtung des magnetischen mobilen Objekts selbst in einem Fall zu verursachen, bei dem die Bewegungsrichtung des magnetischen mobilen Objektes von Vorwärtsrichtung zur inversen Richtung umschaltet, ist es hinreichend, eine Verzögerungszeit t, die durch Hysterese h des Schwellenwerts d veranlasst worden ist, einzustellen, um eine Ungleichung unten für den Zeitraum t1 und den Zeitraum t2, während der das Sensorausgangssignal i auf niedrigem Pegel ist, zu erfüllen: t > t1 (wobei t1 > t2) oder t > t2 (wobei t1 < t2).
Wenn auf diese Weise eingestellt, schaltet das Rechteckwellensignal f vom hohen Pegel auf den niedrigen Pegel um mit einer Verzögerung von Zeitraum t1 oder Zeitraum t2 um, während dem das Sensorausgangssignal i auf niedrigem Pegel ist. Weil das Timing (Positionssignal), mit dem das die Position des magnetischen mobilen Objektes anzeigende Sensorausgangssignal vom hohen Pegel auf den niedrigen Pegel umschaltet, synchron mit dem Rechteckwellensignal f ausgegeben werden kann, tritt keine Detektionsverzögerung auf, wenn die Bewegungsrichtung des magnetischen mobilen Objektes detektiert wird.
Dritte Ausführungsform
8 zeigt eine Signalverarbeitungsschaltung in einer magnetischen Detektionsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung. Unter Bezugnahme auf 8 bilden magneto-elektrische Transducer-Elemente 1a und 1b Brückenschaltungen 10a bzw. 10b und wenn elektrische Widerstände der magneto-elektrischen Transducer-Elemente 1a und 1b in Reaktion auf eine Bewegung des magnetischen mobilen Objektes 4 variieren, werden Brückensignale a und b als Spannungsänderungen erhalten. Das Brückensignal a wird mit einem Schwellenwert c in einer Vergleichsschaltung 31 verglichen und in ein Rechteckwellensignal e umgewandelt. Das Brückensignal b wird mit Schwellenwerten d30 und d31 mit unterschiedlichen Hysteresen h30 und h31 (h30 < h31) jeweils in einer Vergleichsschaltung 32 verglichen und in Rechteckwellensignale f30 bzw. f31 umgewandelt.
Eine Differenz zwischen den aus dem Brückensignal b umgewandelten Rechteckwellensignalen f30 und f31 ist Verzugszeiten t30 und t31, die durch Hysterese des Umschaltens vom hohen Pegel auf den niedrigen Pegel verursacht sind. Die Rechteckwellensignale f30 und f31 werden in eine Rechteckwellenauswahlschaltung 33 eingegeben und entweder das Rechteckwellensignal f30 oder f31 wird als Rechteckwellensignal g30 ausgegeben. Die Rechteckwellensignale e und g30 werden in eine Bewegungsrichtungs-Bestimmungsschaltung 34 eingegeben, die als ein Signalverarbeitungsteil dient, und es wird ein Bewegungsrichtungssignal i30 erhalten. Das Bewegungsrichtungssignal i30 zusammen mit dem Rechteckwellensignal g30 wird in eine Ausgangssignal-Erzeugungsschaltung 35 eingegeben und darin prozessiert. Ein Sensorausgangssignal j30 wird somit als Ausgabe ausgegeben.
9 ist ein Betriebswellenformdiagramm der dritten Ausführungsform. Entsprechende Wellenformen im Diagramm repräsentieren das Brückensignal b des magneto-elektrischen Umwandlungselements 1b und Schwellenwerte d30 und d31 der Vergleichsschaltung 32 mit den Hysteresen h30 bzw. h31, die Signale e, f30, f31, g30 und i30 der entsprechenden Teile in der Signalverarbeitungsschaltung und das Sensorausgangssignal j30 (das Brückensignal a und der Schwellenwert c werden weggelassen). Die Wellenformen zeigen ein Beispiel, bei dem die Bewegungsrichtung des magnetischen mobilen Objekts 4 von der inversen Richtung zur Vorwärtsrichtung umschaltet. Es gibt eine Phasendifferenz zwischen dem Rechteckwellensignal e, das aus dem Brückensignal a umgewandelt ist, und der Ausgabe g30 der Rechteckwellenauswahlschaltung 33, die beide in die Bewegungsrichtungs-Bestimmungsschaltung 34 eingegeben werden. Weil die Kombination derselben mit der Bewegungsrichtung des magnetischen mobilen Objekts variiert, ist es möglich, die Bewegungsrichtung des magnetischen mobilen Objektes zu bestimmen. Das Bewegungsrichtungssignal i30 ist auf niedrigem Pegel und auf hohem Pegel, wenn die Bewegungsrichtung des magnetischen mobilen Objektes die Vorwärtsrichtung bzw. die Rückwärtsrichtung ist. Es wird Zeitmodulation auf das Positionssignal des Sensorausgangssignals j30 synchron zum Rechteckwellensignal g30 angewendet, abhängig von der Bewegungsrichtung, in einer solchen Weise, dass eine Zeit des niedrigen Pegels eine Periode t1 und eine Periode t2 wird, wenn die Bewegungsrichtung die Vorwärtsrichtung bzw. die inverse Richtung ist.
Die Rechteckwellenauswahlschaltung 33 misst die Verzögerungszeiten t30 und t31, die durch die Hysteresen der Rechteckwellensignale f30 und f31, die darin eingegeben sind, verursacht sind. In einem Fall, bei dem t30 eine Ungleichung unten über den Zeitraum t1 oder t2 erfüllt, während denen das Sensorausgangssignal j30 auf niedrigem Pegel ist: t30 > t2 (wobei t2 > t1) oder t30 > t1 (wobei t2 < t1), gibt die Rechteckwellenauswahlschaltung 33 das Rechteckwellensignal f30 als das Ausgangssignal g30 aus. In einem Fall, bei dem t31 eine Ungleichung erfüllt: t31 > t2 > t30 (wobei t2 > t1) oder t31 > t1 > t30 (wobei t2 < t1), gibt die Rechteckwellenauswahlschaltung 33 das Rechteckwellensignal f31 als Ausgangssignal g30 aus.
9 zeigt einen Fall, bei dem das Rechteckwellensignal f31 als die Ausgabe g30 der Rechteckwellenauswahlschaltung 33 ausgegeben wird. Entsprechend schaltet das in die Ausgangssignal-Erzeugungsschaltung 35 eingegebene Ausgangssignal g30 der Rechteckwellenauswahlschaltung 33 vom hohen Pegel auf den niedrigen Pegel nach dem Zeitraum t1 oder dem Zeitraum t2 um, während dem das Sensorausgangssignal j30 auf niedrigem Pegel ist. Daher, weil das Sensorausgangssignal j30 ein Positionssignal synchron zum Ausgangssignal g30 der Rechteckwellenauswahlschaltung 33 ausgeben kann, tritt keine Detektionsverzögerung auf, wenn die Bewegungsrichtung des magnetischen mobilen Objektes detektiert wird. Die Computereinheit wird damit in die Lage versetzt, die Position des magnetischen mobilen Objektes exakt zu detektieren, selbst in einem Fall, wenn das Umschalten der Bewegungsrichtung des magnetischen mobilen Objektes stattfindet.
Es sollte gesehen werden, dass die Anzahl von Vergleichsschaltungen, die das Brückensignal b in die Rechteckwellensignale umwandeln, nicht auf zwei in der Signalverarbeitungsschaltung der dritten Ausführungsform beschränkt ist und die Signalverarbeitungsschaltung mit drei oder mehr Vergleichsschaltungen versehen sein kann.
Vierte Ausführungsform
10 zeigt eine Signalverarbeitungsschaltung in einer magnetischen Detektionsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung. Unter Bezugnahme auf 10 bilden magneto-elektrische Transducer-Elemente 1a und 1b Brückenschaltungen 10a bzw. 10b und wenn elektrische Widerstände der magneto-elektrischen Transducer-Elemente 1a und 1b in Reaktion auf eine Bewegung des magnetischen mobilen Objektes 4 variieren, werden Brückensignale a und b als Spannungsänderungen erhalten. Die Brückensignale a und b werden mit Schwellenwerten c und d in Vergleichsschaltungen 41 bzw. 42 verglichen und in Rechteckwellensignale e bzw. f umgewandelt. Das Brückensignal b und das Rechteckwellensignal f werden in eine Hysterese-Justierschaltung 43 eingegeben, so dass die Hysterese h des Schwellenwertes d eingestellt wird.
Die Rechteckwellensignale e und f werden in einer Bewegungsrichtungs-Bestimmungsschaltung 44 eingegeben, die als ein Signalverarbeitungsteil dient, und es wird ein Bewegungsrichtungssignal g erhalten. Das Bewegungsrichtungssignal g zusammen mit dem Rechteckwellensignal f wird in die Ausgangssignal-Erzeugungsschaltung 45 eingegeben und darin verarbeitet. Ein Sensorausgangssignal i wird somit als eine Ausgabe ausgegeben.
11 ist ein Betriebswellenformdiagramm der vierten Ausführungsform. Jeweilige Wellenformen im Diagramm repräsentieren das Brückensignal b des magneto-elektrischen Umwandlungselements 1b, den Schwellenwert d der Vergleichsschaltung 42 mit der Hysterese h, die Signale e, f, g und i der entsprechenden Teile der Signalverarbeitungsschaltung (das Brückensignal a und der Schwellenwert c werden weggelassen). Die Wellenformen zeigen ein Beispiel, bei dem die Bewegungsrichtung des magnetischen mobilen Objektes von inverser Richtung zur Vorwärtsrichtung umschaltet.
Es gibt eine Phasendifferenz zwischen dem Rechteckwellensignal e, das aus dem Brückensignal a umgewandelt ist, und dem Rechteckwellensignal f, als eine Ausgabe der Vergleichsschaltung 42, die beide in die Bewegungsrichtungsbestimmungsschaltung 44 eingegeben sind. Weil eine Kombination derselben mit der Bewegungsrichtung des magnetischen mobilen Objekts variiert, ist es möglich, die Bewegungsrichtung des magnetischen mobilen Objektes zu bestimmen. Das Bewegungsrichtungssignal g ist auf niedrigem Pegel und auf hohem Pegel, wenn die Bewegungsrichtung des magnetischen mobilen Objektes in Vorwärtsrichtung bzw. inverser Richtung ist. Eine Zeitmodulation wird an das Sensorausgangssignal i synchron mit dem Rechteckwellensignal f abhängig von der Bewegungsrichtung in solcher Weise angelegt, dass eine Zeit des niedrigen Pegels zu einer Periode t1 und einer Periode t2 wird, wenn die Bewegungsrichtung die Vorwärtsrichtung bzw. die inverse Richtung ist.
Wenn das Brückensignal b variiert und den Schwellenwert d quert, variiert der Schwellenwert d nur um die Hysterese h (min) und das Rechteckwellensignal f schaltet vom niedrigen Pegel auf den hohen Pegel um. Die Hysterese-Einstellschaltung 43 misst das Potential b(t4) des Brückensignals b nach Verstreichen einer Zeit t4 (t4 < t1, t2), seit dem Timing, mit dem das Rechteckwellensignal f vom niedrigen Pegel auf den hohen Pegel umschaltet und vergleicht das Potential b(t4) mit dem Schwellenwert d. In einem Fall, bei dem eine Ungleichung: b(t4) < d erfüllt ist, fixiert die Hysterese-Einstellschaltung 43 die Hysterese h des Schwellenwertes d auf h (min). Derweil, in einem Fall, bei dem eine Ungleichung: b(t4) ≥ d erfüllt ist, misst die Hysterese-Einstellschaltung 43 das Potential b von t2 des Brückensignals b nach Verstreichen der Periode t2, während der das Sensorausgangssignal i auf niedrigem Pegel ist, seit dem Timing, zu dem das Rechteckwellensignal f vom niedrigen Pegel auf den hohen Pegel umschaltete und ändert die Hysterese, so dass die Hysterese h des Schwellenwertes d eine Ungleichung: h > b(t2) – d erfüllt. Entsprechend tritt keine Detektionsverzögerung auf, wenn die Bewegungsrichtung des magnetischen mobilen Objektes detektiert wird, und das Sensorausgangssignal i kann das Positionssignal synchron zum Rechteckwellensignal f ausgeben. Die Computereinheit wird damit in die Lage versetzt, die Position des magnetischen mobilen Objektes exakt selbst in einem Fall zu detektieren, bei dem das Umschalten der Bewegungsrichtung des magnetischen mobilen Objektes stattfindet.
Das Obige hat einen Fall beschrieben, bei dem die Bewegungsrichtung des magnetischen mobilen Objektes 4 von inverser Richtung zur Vorwärtsrichtung umschaltet. Jedoch in einem Fall, bei dem die Bewegungsrichtung des magnetischen mobilen Objektes 4 von der Vorwärtsrichtung zur inversen Richtung umschaltet, durch Ändern der Hysterese in einer solchen Weise, dass die Hysterese h des Schwellenwertes d eine Ungleichung erfüllt: h > b(t1) – d wenn b(t4) einen Wert annimmt, so dass b(t4) ≥ d erfüllt ist, kann das Sensorausgangssignal i das Positionssignal synchron zum Rechteckwellensignal f ausgeben, ohne eine Detektionsverzögerung zu verursachen, wenn die Bewegungsrichtung des magnetischen mobilen Objektes detektiert wird.
Es sollte erkannt werden, dass die Phasenbeziehung des Rechteckwellensignals f und des Sensorausgangssignals i der vierten Ausführungsform nicht auf die oben spezifizierte Phasenbeziehung limitiert ist. Wenn die Bewegungsrichtung des magnetischen mobilen Objektes in Vorwärtsrichtung ist, kann das Timing, mit dem eine Ausgabe des Sensorausgangssignals i vom hohen Pegel auf den niedrigen Pegel umschaltet, das Timing sein, zu dem das Rechteckwellensignal f vom hohen Pegel auf den niedrigen Pegel umschaltet. In diesem Fall misst die Hysterese-Einstellschaltung 43 das Potential b(t4) des Brückensignals b nach Verstreichen der Zeit t4 (t4 < t1, t2) seit das Rechteckwellensignal f vom hohen Pegel auf den niedrigen Pegel umschaltet und vergleicht das Potential b(t4) mit dem Schwellenwert d. In einem Fall, bei dem die Ungleichung: b(t4) > d erfüllt ist, fixiert die Hysterese-Einstellschaltung 43 die Hysterese h des Schwellenwertes d auf h(min). Derweil, in einem Fall, wo eine Ungleichung: b(t4) ≤ d erfüllt ist, misst die Hysterese-Einstellschaltung 43 das Potential b(t2) des Brückensignals b nach Verstreichen der Periode t2, während der das Sensorausgangssignal i auf niedrigem Pegel ist, seit dem Timing, zu dem das Rechteckwellensignal f vom hohen Pegel auf den niedrigen Pegel umschaltete. Die Hysterese-Einstellschaltung 43 ändert dann die Hysterese, so dass die Hysterese h des Schwellenwertes d ein Ungleichung: h > d – b(t2) erfüllt.
Fünfte Ausführungsform
In einem Fall, bei dem die oben beschriebene magnetische Detektionsvorrichtung verwendet wird, um beispielsweise die Kolbenposition des Motors eines Automobiles zu detektieren, können Signale aus den magneto-elektrischen Transducer-Elementen möglicherweise aufgrund des Layouts und der Anwendungsumgebung (insbesondere Verwendung bei hoher Temperatur) des magnetischen mobilen Objekts und der magneto-elektrischen Transducer-Elemente variieren.
Eine magnetische Detektionsvorrichtung einer fünften Ausführungsform ist dafür konfiguriert, eine Varianz von Ausgangssignalen aus den magneto-elektrischen Transducer-Elementen zu berücksichtigen, die durch die Verwendungsumgebung verursacht sind.
12 ist eine Signalverarbeitungsschaltung in der magnetischen Detektionsvorrichtung der fünften Ausführungsform.
Unter Bezugnahme auf 12 bilden magneto-elektrische Transducer-Elemente 1a und 1b Brückensignale 10a bzw. 10b, und wenn elektrische Widerstände dem magneto-elektrischen Transducer-Elementen 1a und 1b mit der Bewegung des magnetischen mobilen Objekts 4 variieren, werden Brückensignale a und b als Spannungsänderungen erhalten. Die Brückensignale a und b werden mit Schwellenwerten c und d5 in Vergleichsschaltungen 51 bzw. 52 verglichen und in Rechteckwellensignale e bzw. f5 umgewandelt.
Das Brückensignal b wird in die Schwellenwert-Einstellungsschaltung 53 eingegeben und der Schwellenwert d5 der Vergleichsschaltung 52 wird eingestellt. Die Rechteckwellensignale e und f5 werden in eine Bewegungsrichtungsbestimmungsschaltung 54 eingegeben, die als ein Signalverarbeitungsteil dient, und es wird ein Bewegungsrichtungssignal g5 erhalten. Das Bewegungsrichtungssignal g5 zusammen mit dem Rechteckwellensignal f5 wird in eine Ausgangsschaltung 55 eingegeben und darin prozessiert. Ein Sensorausgangssignal i5 wird somit als Ausgabe erhalten.
13A bis 13C sind Operationswellenformdiagramme der fünften Ausführungsform. Entsprechende Wellenformen in den Diagrammen repräsentieren das Brückensignal b des magneto-elektrischen Umwandlungselementes 1b, den Schwellenwert d5 mit Hysterese h und Signale e, f5, g5 und i5 der entsprechenden Teile in der Signalverarbeitungsschaltung (das Brückensignal a und der Schwellenwert c werden weggelassen).
Der Schwellenwert d5 hat eine konstante Hysterese h und stellt eine Spannung von 1/2 V für die Amplitude V des Brückensignals b ein. Es gibt eine Phasendifferenz zwischen dem aus dem Brückensignal a umgewandelten Rechteckwellensignal e und dem Rechteckwellensignal f der Vergleichsschaltung 52, die beide in die Bewegungsrichtungsbestimmungsschaltung 54 eingegeben werden. Weil eine Kombination derselben mit der Bewegungsrichtung des magnetischen mobilen Objektes variiert, ist es möglich, die Bewegungsrichtung des magnetischen mobilen Objektes zu bestimmen. Das Bewegungsrichtungssignal g5 ist auf niedrigem Pegel und hohem Pegel, wenn die Bewegungsrichtung des magnetischen mobilen Objekts in der Vorwärtsrichtung bzw. der inversen Richtung ist. Eine Zeitmodulation wird an das Sensorausgangssignal i5 synchron zum Rechteckwellensignal f5 angelegt, abhängig von der Bewegungsrichtung, auf solche Weise, dass eine Zeit des niedrigen Pegels eine Periode t1 = 45 μsec und eine Periode t2 = 90 μsec wird, wenn die Bewegungsrichtung die Vorwärtsrichtung bzw. die inverse Richtung ist.
13A zeigt einen Fall, bei dem das Brückensignal b gar nicht variiert.
In diesem Fall wird die Hysterese so eingestellt, dass eine Verzögerungszeit t, die durch die Hysterese h verursacht wird, t > t2 für den Zeitraum t2 erfüllt, während dem das Sensorausgangssignal i5 auf niedrigem Pegel ist. Entsprechend, weil das Sensorausgangssignal i5 das Positionssignal synchron zum Rechteckwellensignal f5 ausgeben kann, tritt keine Detektionsverzögerung auf, wenn die Bewegungsrichtung des magnetischen mobilen Objektes detektiert wird.
13B zeigt einen Fall, bei dem das Brückensignal b variiert, aber der Schwellenwert d5 nicht variiert wird.
In diesem Fall wird eine Zeitverzögerung t, die durch die Hysterese h verursacht wird, kürzer als ein Zeitraum t2, während dem das Sensorausgangssignal i5 auf niedrigem Pegel ist und das Sensorausgangssignal i5 kann das Positionssignal nicht synchron zum Rechteckwellensignal f5 ausgeben. Dementsprechend tritt eine Detektionsverzögerung auf, wenn die Bewegungsrichtung des magnetischen mobilen Objektes detektiert wird.
13C zeigt einen Fall, bei dem das Brückensignal b variiert und der Schwellenwert d5 in Reaktion auf eine Varianz des Brückensignals b variiert wird.
In diesem Fall, wenn das Brückensignal b variiert, variiert die Schwellenwert-Einstellschaltung 53 den Schwellenwert d5 auf eine Spannung von 1/2 V für die Amplitude V des Brückensignals b. Entsprechend, wie beim Fall, bei dem das Brückensignal b gar nicht variiert, wie oben beschrieben, selbst wenn das Brückensignal b variiert, wird aufgrund des Schwellenwertes d5 die Zeitverzögerung t, die durch die Hysterese verursacht wird, länger als der Zeitraum t2, während dem das Sensorausgangssignal i5 von niedrigem Pegel ist und das Sensorausgangssignal i5 kann das Positionssignal synchron zum Rechteckwellensignal 5 ausgeben. Folglich tritt keine Detektionsverzögerung auf, wenn die Bewegungsrichtung des magnetischen mobilen Objektes detektiert wird. Die Computereinheit wird damit in die Lage versetzt, die Position des magnetischen mobilen Objektes exakt zu detektieren, selbst in einem Fall, wo das Umschalten der Bewegungsrichtung des magnetischen mobilen Objektes stattfindet.
14A bis 14C zeigen konkrete Beispiele der fünften Ausführungsform in einem Fall, bei dem eine aus Eisen hergestellte Platte mit einem Durchmesser von 150 mm, einer Dicke von 2,6 mm und 60 Vorsprüngen, die alle eine Vorsprungsbreite von 2,5 mm aufweisen, als magnetisches mobiles Objekt verwendet wird. Die Diagramme zeigen das Brückensignal b, den Schwellenwert d5 mit der Hysterese h und die Signale e, f5, g5 und i5 der entsprechenden Teile in der Signalverarbeitungsschaltung (das Brückensignal a und der Schwellenwert c werden weggelassen) des magnetischen Detektionssensors bei Temperaturen von 25°C und 150°C.
Die Hysterese h des Schwellenwertes d5 wird auf 30 mV für den Zeitraum t2 eingestellt, während dem das Sensorausgangssignal i5 auf niedrigem Pegel bei einer Umgebungstemperatur von 25°C ist (in einem Fall, wo das Brückensignal b gar nicht variiert), so dass die durch die Hysterese h verursachte Zeitverzögerung t > t2 erfüllt.
14A zeigt einen Fall, bei dem das Brückensignal b gar nicht variiert.
In diesem Fall ist die durch die Hysterese h verursachte Verzögerungszeit 180 μsec für 90 μsec, welches der Zeitraum ist, während dem das Sensorausgangssignal i5 auf niedrigem Pegel ist. Daher, weil das Sensorausgangssignal i5 das Positionssignal synchron zum Rechteckwellensignal f5 ausgeben kann, tritt keine Detektionsverzögerung auf, wenn die Bewegungsrichtung des magnetischen mobilen Objektes detektiert wird.
14B zeigt einen Fall, bei dem das Brückensignal b variiert, aber der Schwellenwert d5 nicht variiert wird.
In diesem Fall variiert das Brückensignal b aufgrund einer Änderung bei der Umgebungstemperatur von 25°C auf 150°C auf 60 mV. In einem Fall, bei dem der Schwellenwert d5 nicht in Reaktion auf eine Varianz des Brückensignals b variiert, ist eine durch die Hysterese h verursachte Zeitverzögerung t 70 μsec und wird kürzer als 90 μsec, was der Zeitraum ist, während dem das Sensorausgangssignal i5 auf niedrigem Pegel ist. Entsprechend, weil das Sensorausgangssignal i5 das Positionssignal nicht synchron mit dem Rechteckwellensignal f5 ausgeben kann, tritt eine Detektionsverzögerung auf, wenn die Bewegungsrichtung des magnetischen mobilen Objektes detektiert wird.
14C zeigt einen Fall, bei dem das Brückensignal b variiert und der Schwellenwert d5 in Reaktion auf die Varianz des Brückensignals b variiert wird.
In diesem Fall variiert die Schwellenwert-Einstellschaltung 53 den Schwellenwert d5 auf 60 mV in Reaktion auf 60 mV, was ein Varianzbetrag des Brückensignals b ist. Entsprechend, wie in einem Fall, bei dem das Brückensignal b gar nicht variiert, wie oben beschrieben, selbst wenn das Brückensignal b, aufgrund des Schwellenwertes d5 variiert, ist die durch die Hysterese h verursachte Zeitverzögerung 180 µsec und wird größer als 90 µsec, was die Periode ist, während der das Sensorausgangssignal i5 auf niedrigem Pegel ist. Das Sensorausgangssignal i5 kann daher das Positionssignal synchron mit dem Rechteckwellensignal f5 ausgeben.
Wie beschrieben worden ist, wird es gemäß der magnetischen Detektionsvorrichtung der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einem Fall, bei dem die magnetische Detektionsvorrichtung unter schweren Verwendungsumgebungen eingesetzt wird, insbesondere unter schwerer Temperaturumgebung, wie beim Motor eines Automobils, durch Variieren des Schwellenwertes in Reaktion auf eine Varianz des Ausgangssignals des magneto-elektrischen Umwandlungselementes, wenn ein Ausgangssignal des magneto-elektrischen Umwandlungselementes variiert (oder durch Variieren der Breite der Hysterese des Schwellenwertes), möglich, die Bewegungsrichtung des magnetischen mobilen Objektes exakt ohne jegliche Verzögerung zu detektieren.
Es sollte erkannt werden, dass die Schaltungskonfiguration des magneto-elektrischen Umwandlungselementes in den obigen entsprechenden Ausführungsformen nicht auf eine monolithische Konfiguration beschränkt ist. Beispielsweise kann eine Wheatstone-Brückensschaltung ausgebildet werden, so dass differentiell verstärktes Zentralpunktpotential der Brücke verwendet wird.
Zusätzlich sind Auswahlen der Komponenten, welche die magnetische Detektionsvorrichtung ausbilden, und die Konfiguration derselben, nicht besonders beschränkt.
Beispielsweise kann das magneto-elektrische Umwandlungselement jegliches Element sein, das Feldintensität detektiert, wie etwa ein Hall-Element, ein Magneto-Widerstands-(MR)-Element, ein gigantischer Magnetwiderstand(GMR)-Element, und ein Tunnelmagnetwiderstands-(TMR)-Element. Auch kann die Anzahl von Elementen und das Layout derselben beliebig in dem Maße ausgewählt werden, dass die Bewegungsposition und die Bewegungsrichtung des magnetischen mobilen Objektes detektierbar sind (beispielsweise können zwei magnetische Detektionssensoren eingesetzt werden). Weiterhin kann die Signalverarbeitungsschaltung ein bipolares MOS (Metalloxid-Halbleiter) sein.
Darüber hinaus ist die Dauer des Signals, welches die Bewegungsrichtung des magnetischen mobilen Objektes anzeigt, nicht auf die Dauer beschränkt, während der das Sensorausgangssignal auf niedrigem Pegel ist, und kann die Dauer sein, in der das die Bewegungsrichtung des magnetischen mobilen Objektes anzeigende Signal auf hohem Pegel ist.
Zusätzlich wird in einem Fall, bei dem die magnetische Detektionsvorrichtung der Erfindung als eine Fahrzeugrotations-Detektionsvorrichtung verwendet wird, Informationen zur Rotationsposition verwendet, beispielsweise zur Zündsteuerung, durch Bereitstellen der Position des Kolbens des Motors. Durch Detektieren der Rotationsrichtung kann die Position des Kolbens exakt nicht nur während der normalen Rotation des Motors detektiert werden, sondern auch bei einem Stoppvorgang. Entsprechend kann Zündsteuerung während aller Vorgänge durchgeführt werden.
Verschiedene Modifikationen und Änderungen dieser Erfindung werden Fachleuten auf dem Gebiet ersichtlich, ohne vom Schutzumfang und Geist dieser Erfindung abzuweichen und es versteht sich, dass diese nicht auf die hierin dargestellten illustrativen Ausführungsformen beschränkt ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 3588044 [0003]
JP 57-14858 A [0005]
JP 2001-88632 A [0005]

Claims

Magnetische Detektionsvorrichtung umfassend: eine Signalverarbeitungsschaltung (2) mit magneto-elektrischen Transducer-Elementen (1a, 1b), die Feldintensität detektieren, Vergleichsschaltungen (21, 22), die Schwellenwerte aufweisen und Rechteckwellensignale ausgeben, durch Vergleichen der Schwellenwerte mit Ausgangssignalen der magneto-elektrischen Transducer-Elemente, und Signalverarbeitungsteilen (23, 24), die ein Sensorausgangssignal (i) durch Detektieren einer Bewegungsposition und einer Bewegungsrichtung eines magnetischen mobilen Objektes (4), das einen an die magneto-elektrischen Transducer-Elemente anzulegendes magnetisches Feld verändern, ausgeben, unter Verwendung der Ausgangssignale der Vergleichsschaltungen, wobei eine Ausgabe (i) der Signalverarbeitungsschaltung (2) ein Positionssignal ist, das ein Umschalten von einem hohen Pegel zu einem niedrigen Pegel und ein Umschalten von einem niedrigen Pegel zu einem hohen Pegel erfährt, und das Umschalten entspricht einer Position des magnetischen mobilen Objektes (4); eine Dauer, während der das Positionssignal im hohen Pegel oder dem niedrigen Pegel ist, der Bewegungsrichtung des magnetischen mobilen Objektes (4) entspricht; die Dauer, Während der das Positionssignal in dem hohen Pegel oder dem niedrigen Pegel ist, auf eine Periode t1 oder eine Periode t2 fixiert ist, abhängig von der Bewegungsrichtung des magnetischen mobilen Objektes; und in einem Fall, bei dem das Umschalten der Bewegungsrichtung des magnetischen mobilen Objektes innerhalb eines Zeitraums der Periode t1 oder der Periode t2 stattfindet, die Signalverarbeitungsschaltung ein gleiches Positionssignal wie ein Positionssignal ausgibt, welches die Position des magnetischen mobilen Objektes unmittelbar vor dem Umschalten der Bewegungsrichtung des magnetischen mobilen Objektes anzeigt, aufgrund von Hysterese des Schwellenwertes (d) der Vergleichsschaltung (22), so dass kein Versatz zwischen der Position des magnetischen mobilen Objektes und dem Positionssignal (i) der Signalverarbeitungsschaltung auftritt, das durch das Umschalten der Bewegungsrichtung des magnetischen mobilen Objekts verursacht ist.
Magnetische Detektionsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei: die Signalverarbeitungsschaltung (2) auf solche Weise konfiguriert ist, dass die Schwellenwerte (d30, d31) der Vergleichsschaltungen Hysterese von zwei oder mehr Pegeln aufweisen.
Magnetische Detektionsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei: wenn das Umschalten der Bewegungsrichtung des magnetischen mobilen Objektes (4) innerhalb der Zeit einer der Perioden t1 und t2 stattfindet, in einem Fall, bei dem die Varianz des Ausgangssignals des magneto-elektrischen Transducer-Elements innerhalb der Zeit einer der Perioden t1 und t2 durch eines von a × t1 und a × t2 angenähert wird, wobei a eine Konstante ist, die Signalverarbeitungsschaltung (2) die Hysterese h des Schwellenwertes so einstellt, dass eine der Ungleichungen: h² > t1²/(a² – 1), und h² > t2²/(a² – 1) erfüllt sind.
Magnetische Detektionsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei: die Signalverarbeitungsschaltung (2) weiterhin eine Hysterese-Einstellschaltung (43) aufweist, die Hysterese des Schwellenwertes (d) der Vergleichsschaltung in Reaktion auf das Ausgangssignal (b) des magneto-elektrischen Transducer-Elementes umschaltet, wenn das Umschalten der Bewegungsrichtung des magnetischen mobilen Objektes (4) innerhalb der Zeit einer der Perioden t1 oder t2 stattfindet.
Magnetische Detektionsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei: die Signalverarbeitungsschaltung (2) weiterhin eine Schwellenwerteinstellschaltung (53) aufweist, welche den Schwellenwert (d5) der Vergleichsschaltung in Reaktion auf eine Varianz des Ausgangssignals (b) des magneto-elektrischen Transducer-Elementes variiert.
Magnetische Detektionsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei: die Signalverarbeitungsschaltung (2) als eine Fahrzeugrotations-Detektionsvorrichtung verwendet wird.
Magnetische Detektionsvorrichtung gemäß, einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei: die magneto-elektrischen Transducer-Elemente (1a, 1b) magneto-resistente (MR) Elemente sind.
Magnetiche Detektionsvorrichtung gemäß Anspruch 7, wobei: die magneto-elektrischen Transducer-Elemente (1a, 1b) giganto-magnetresistente (GMR) Elemente verwenden.