DE19647320C2 - Magnetfeld-Fühler zum Detektieren der Veränderung eines Magnetfelds - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Magnetfeld-Fühler zum Detektieren der Veränderung eines Magnetfelds aufgrund der Bewegung eines Bewegungselements aus magnetischem Material, und insbesondere auf einen Fühler, der sich besonders zum Detektieren von Information über die Drehung beispielsweise in einem Verbrennungsmotor eignet.

Magnetoresistive Einrichtungen betreffen allgemein solche Einrichtungen, die ihren Widerstand in Ansprechen auf die Richtung eines Magnetfelds verändern, das an einem dünnen ferromagnetischen Film anliegt, und zwar im Hinblick auf die Richtung eines Stroms, der durch den dünnen ferromagnetischen Film fließt.

Magnetoresistive Einrichtungen weisen einen minimalen Widerstand dann auf, wenn ein Magnetfeld in einer Richtung mit einem rechten Winkel zu der Richtung des Stroms angelegt ist. Andererseits weist dann, wenn der Winkel zwischen der Stromrichtung und der Richtung des angelegten Magnetfels Null beträgt, d. h. wenn ein Magnetfeld entlang der Richtung desselben oder engegengesetzt zu der Richtung des Stroms angelegt wird, der Widerstand einen Maximalwert auf. Die Veränderung des Widerstands wird allgemein als magnetoresistiver Effekt bezeichnet und die Größe der Veränderung des Widerstands wird als magnetoresistives Veränderungsverhältnis bezeichnet. Ein typischer Wert des mangetoresistiven Veränderungsverhältnisses beträgt 2 bis 3% für Ni-Fe und 5 bis 6% für Ni-Co.

Die fig. 22 zeigt ein schematisches Diagramm zum Darstellen des Aufbaus eines üblichen Fühlers, und dessen Seitenansicht und perspektivische Ansicht sind jeweils in der Fig. 22a und 22b gezeigt.

Der in Fig. 22 gezeigte Fühler enthält: eine Drehwelle 1; ein Rotationselement aus magnetischem Material 2 mit zumindest einem vorstehenden und einem ausgesparten Abschnitt derart, daß das Rotationselement aus Magnetmaterial so ausgebildet ist, daß es sich synchron mit der Drehung der Drehwelle 1 bewegt; eine magnetoresistive Einrichtung 3, die an einer Stelle mit einem festgelegten Abstand, bezogen auf das Rotationselement aus magnetischem Material 2 angeordnet ist; und einen Magneten 4 zum Zuführen eines Magnetfelds zu dem magnetoresistiven Element 3. Bei dem obigen Aufbau enthält die magnetoresistive Einrichtung 3 ein magnetoresistives Muster 3a und eine Dünnfilmoberfläche (Magnetfeld- Abtastebene) 3b.

Dreht sich das Rotationselement aus Magnetmaterial 2, so verändert sich das der Magnetfeld-Abtastebene 3b der magnetoresistive Einrichtung 3 zugeführte Magnetfeld in Ansprechen auf die Drehung des Rotationselements aus Magnetmaterial 2, und somit verändert sich im Ergebnis der Widerstand des magnetoresistiven Musters 3a in entsprechender Weise.

Der Ausgangssignalpegel von bei üblichen Fühlern eingesetzten MR-Einrichtungen ist niedrig, und somit ist die Detektionsgenauigkeit nicht gut genug.

Zum Vermeiden der obigen Probleme wurde kürzlich ein Magnetfeld-Fühlerelement vorgeschlagen, mit dem sich ein sehr großes Ausgangssignal ausgeben läßt, und die als stark magnetoresistive Einrichtung (giant magnetoresistance device) bezeichnet wird (im folgenden einfach als GMR-Einrichtung bezeichnet, vgl. giant magnetoresistance device).

Die stark magnetoresistive Einrichtung weist eine Mehrschichtstruktur auf, die aus alternativ aufgebrachten magnetischen Schichten und nichtmagnetischen Schichten bestehen, die jeweils eine Dicke im Bereich von einigen Å bis einigen zehn Å aufweisen. Eine Mehrschichtstruktur ist als Übergitterstruktur bekannt, und ein spezielles Beispiel ist in einer Veröffentlichung offenbart, die den Titel "Mangetoresistance of Mulitilayers" trägt und in Journal of Magnetics Society of Japan, Bd. 15, Nr. 5, 1991, Seiten 813 bis 821, veröffentlicht ist. Spezielle Strukturen enthalten (Fe/Cr)n, (Permalloy/Cu/Co/Cu)n, (Co/Cu)n, usw.. Diese Übergitterstrukturen weisen einen erheblich größeren magnetoresistiven Effekt (magnetoresistiven Großeffekt) als übliche magnetoresistive Einrichtungen auf. Bei diesen stark magnetoresistiven Einrichtungen mit Übergitterstruktur hängt der magnetoresistive Effekt lediglich von dem Relativwinkel zwischen der Magnetisierung benachbarter Magnetschichten ab, und demnach hängt die Veränderung des Widerstands nicht von der Richtung des externen Magnetfelds ab, das im Hinblick auf die Richtung des Stroms angelegt wird (diese Eigenschaft wird als Magnetfeldempfindlichkeit in der gleichen Ebene bezeichnet).

Im Hinblick auf die obigen Punkte wird die Magnetfeld- Meßebene zum Detektieren der Veränderung des Magnetfelds im wesentlichen mit stark magnetoresistiven Einrichtungen gebildet, und die Elektroden werden so gebildet, daß die zugeordneten stark magnetoresistiven Einrichtungen derart verbunden sind, daß sie eine Brückenschaltung bilden. Die entgegengesetzten Knoten der Brückenschaltung sind mit einer Konstantspannungsquelle oder einer Konstantstromquelle derart verbunden, daß die Veränderung des Widerstands der stark magnetoresistiven Einrichtungen in die Veränderung der Spannung umgesetzt wird, wodurch die Veränderung des den stark magnetoresistiven Einrichtungen zugeführten Magnetfelds erfaßt wird.

Die Fig. 23 zeigt ein Blockschaltbild zum Darstellen des Aufbaus des Fühlers unter Einsatz der stark magnetoresistiven Einrichtungen mit der oben beschriebenen Hysterese, und die Fig. 23a und 23b zeigen jeweils eine Seitenansicht und eine perspektivische Ansicht hiervon.

Der Fühler enthält: eine Drehwelle 1; ein Rotationselement aus Magnetmaterial 2, das als Induktionsvorrichtung bei sich veränderndem Magnetfeld dient, wobei das Rotationselement aus magnetischem Material 2 zumindest eine vorstehenden und einen ausgesparten Abschnitt aufweist und das Rotationselement aus magnetischem Material 2 so ausgebildet ist, daß es sich synchron mit der Drehung der Drehwelle 1 dreht; ein Magnetfeld-Fühlelement, beispielsweise eine stark magnetoresistive Einrichtung 10, die in Radialrichtung ausgehend von dem Rotationselement aus Magnetmaterial 2 an einer Stelle mit festgelegter Distanz bezogen auf das Rotationselement mit magnetischem Material 2 angeordnet ist; und ein als Magnetfeld-Generiervorrichtung dienender Magnet 4 zum Anlegen eines Magnetfelds an der stark magnetoresistiven Einrichtung 10, derart, daß die stark magnetoresistive Einrichtung 10 ein magnetoresistives Muster 10a enthält, das als Magnetfeld- Erfassungsmuster dient, sowie eine Dünnfilmebene (Magnetfeld- Abtastebene) 10b.

Dreht sich das Rotationselement aus magnetischem Material 2, so verändert sich das an die Magnetfeld-Abtastebene 10b der stark magnetoresistiven Einrichtung 10 angelegte Magnetfeld, und somit verändert sich der Widerstand des magnetoresistiven Musters 10a in entsprechender Weise.

Wie, in Fig. 24 gezeigt ist, sind die Filmdicken der magnetischen und nichtmagnetischen Schichten ebenfalls in dem Bereich von einigen Å bis einigen zehn Å derart optimiert, daß die GMR-Einrichtung 10 eine gewünschte Hysterese bei der Kennlinie Widerstand Versus angelegtes Magnetfeld aufweist.

Die Fig. 25 zeigt ein Blockschaltbild zum Darstellen des Aufbaus des Fühlers, bei dem stark magnetoresistive Einrichtungen mit der oben beschriebenen Hysterese eingesetzt werden.

Der Fühler enthält: Eine Wheatstone-Brückenschaltung 11 einschließlich stark magnetoresistiver Einrichtungen, die mit festgelegter Distanz bezogen auf das Rotationselement aus magnetischem Material 2 derart angeordnet sind, daß ein Magnetfeld von einem Magneten 4 bei den stark magnetoresistiven Einrichtungen angelegt wird; einen Differenzialverstärker 12 zum Verstärken des Ausgangssignal der Wheatstone-Brückenschaltung 11; eine Wechselstrom- Kopplungsschaltung 20 zum Blockieren der Gleichstromkomponente des Ausgangssignals des Differenzialverstärkers 12, einen Komparator 13 zum Vergleichen des Ausgangssignals der Wechselstrom-Schaltung 20 mit einem Referenzwert, sowie zum Ausgeben eines "0"-Signals oder eines "1"-Signals in Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnis; eine Signalform-Formgebungsschaltung 14 zum Formen der Signalform des Ausgangssignals des Komparators 13 und zum Zuführen eines "0"- oder "1"-Signals mit deutlich ausgebildeter steigender oder fallender Flanke an dem Ausgangsanschluß 15.

Die Fig. 26 zeigt ein Schaltbild zum Darstellen eines spezifischen Beispiels der in Fig. 25 gezeigten Schaltung.

Die Wheatstone-Brückenschaltung 11 enthält Zweige 10A, 10B, 10C und 10D, die jeweils mit einer stark magnetoresistiven Einrichtung gebildet sind. Ein Ende der stark magnetoresistiven Einrichtung 10A und ein Ende der stark magnetoresistiven Einrichtung 10C sind gemeinsam miteinander verbunden, und der Knoten 16 zwischen diesen Einrichtungen 10A und 10C ist mit dem Stromversorgungsanschluß Vcc verbunden. Ein Ende der stark magnetoresistiven Einrichtung 10B und ein Ende der stark magnetoresistiven Einrichtung 10D sind gemeinsam miteinander verbunden, und der Knoten 17 zwischen diesen Einrichtungen 10B und 10D ist geerdet. Die anderen Enden der stark magnetoresistiven Einrichtungen 10A und 10B sind mit einem Knoten 18 verbunden, wohingehend die anderen Enden der stark magnetoresistiven Einrichtungen 10C und 10D mit einem Knoten 19 verbunden sind.

Der Knoten 18 der Wheatstone-Brückenschaltung 11 ist über einen Widerstand mit dem invertierenden Eingang des Verstärkers 12a verbunden, der den Differenzialverstärker 12 bildet. Der Knoten 19 ist über einen Widerstand mit dem nichtinvertierenden Eingang des Verstärkers 12a verbunden, während der nichtinvertierende Eingang des Verstärkers 12a ferner über einen Widerstand mit einem Spannungsteiler, der eine Referenzstromversorgung darstellt, verbunden ist.

Der Ausgangsanschluß des Verstärkers 12a ist mit dem invertierenden Eingangsanschluß des Komparators 13 verbunden. Der nichtinvertierende Eingangsanschluß des Komparators 13 ist mit einem Spannungsteiler verbunden, der eine Referenzstromversorgung bildet, die aus Widerständen 21 und 22 aufgebaut ist und ebenfalls über einen Widerstand mit dem Ausgangsanschluß des Komparators 13 verbunden ist.

Der Ausgang des Komparators 13 ist ebenfalls mit der Basis eines Transitors 10a verbunden. Der Kollektor des Transistors 14a ist mit dem Ausgangsanschluß 15 verbunden, und ebenso über einen Widerstand mit einem Stromversorgungsanschluß Vcc. Der Emitter des Transistors 14a ist geerdet.

Nun wird zunächst der Betrieb nachfolgend unter Bezug auf die Fig. 27 beschrieben.

Dreht sich das Rotationselement aus Magnetmaterial 2, so verändert sich das den stark magnetoresistiven Einrichtungen 10A bis 10D zugeführte Magnetfeld in Ansprechen auf das Entlangführen der vorstehenden und ausgesparten Abschnitte des Rotationselements aus magnetischem Material, wie in Fig. 27a gezeigt, und das an den magnetoresistiven Einrichtungen 10A und 10D anliegende Magnetfeld wird im Vergleich zu demjenigen, das den magnetoresistiven Einrichtungen 10B und 10C zugeführt wird, im Hinblick auf die Phase entgegengesetzt. Die obige Veränderung des Magnetfelds wird durch die magnetoresistiven Einrichtungen 10A und 10D erfaßt, und ebenso durch die magnetoresistiven Einrichtungen 10B und 10C, und die Phase des durch die magnetoresistiven Einrichtungen 10A und 10D detektierte Magnetfeld wird umgekehrt zu demjenigen, das durch die magnetoresistiven Einrichtungen 10B und 10C detektiert wird. Im Ergebnis wird insgesamt die Gesamtamplitude der Veränderung des Magnetfelds viermal größer als diejenige, die sich durch eine einzige stark magnetoresistive Einrichtung erfassen läßt.

Eine entsprechende Veränderung des Widerstands tritt bei jeder stark magnetoresistiven Einrichtung auf. Demnach weisen die magnetoresistiven Einrichtungen 10A und 10D maximale und minimale Widerstandswerte an den Stellen auf, die bezogen auf die Phase entgegengesetzt zu denen sind, bei denen die stark magnetoresistiven Einrichtungen 10B und 10C einen maximalen und minimalen Widerstand aufweisen. Im Ergebnis verändern sich auch die Spannungen bei den Knoten 18 und 19 (Mittenpunktspannungen) der Wheatstone-Brückenschaltung 11A in ähnlicher Weise.

Die Differenz der Mittenpunktspannung wird durch den Differenzialverstärker 12 verstärkt. Wie in Fig. 27b gezeigt, gibt der Differenzialverstärker 12 ein Signal entsprechend den vorstehenden und ausgesparten Abschnitten des Rotationselements 2 aus Magnetmaterial aus, wie in Fig. 27a gezeigt ist. Demnach ist das Ausgangssignal des Differenzialverstärkers 12 im wesentlichen viermal größer als dasjenige, das sich mit einer einzigen GMR-Einrichtung erhalten läßt.

Das Ausgangssignal dieses Differenzialverstärkers 12 wird einem Komparator 13 zugeführt, damit ein Vergleich mit Referenzspannungen V_{τ 1}, V_{τ 2} erfolgt. Der Komparator 13 gibt ein "0"- oder "1"-Signal in Übereinstimmung mit dem Vergleichsergebnis aus. Die Signalform dieses Signals wird anschließend durch die Signalform-Formgebungsschaltung 14 geformt. Im Ergebnis wird ein Ausgangssignal mit einem "0"- oder "1"-Pegel mit steil verlaufenden ansteigenden und abfallenden Flanken über den Ausgangsanschluß 15 bereitgestellt, wie in Fig. 27c gezeigt ist.

Jedoch bestehen bei den üblichen Fühlern, die eine GMR- Einrichtungen einsetzen, die folgenden Probleme.

So weisen die in den üblichen Fühlern eingesetzten GMR- Einrichtungen eine Hysterese bei der Kennlinie von Widerstand versus angelegtem Magnetfeld auf, wie in Fig. 24 gezeigt ist. Im Ergebnis variiert, wie sich anhand von Fig. 27 erkennen läßt, während des Detektorbetriebs der vorstehenden und ausgesparten Abschnitte des Rotationselements aus magnetischem Material das Ausgangssignal bei jeder Flanke. Ferner stimmt der Signalpegel für vorstehende Abschnitte nicht mit demjenigen für ausgesparte Abschnitte überein.

Bei dem obigen üblichen Fühler wird das Ausgangssignal V_D0 des des Differenzialverstärkers 12 mit den Referenzwerten oder den Vergleichspegeln V_{τ 1}, V_{τ 2} über die Vergleichsschaltung 13 verglichen, wodurch ein Signal entsprechend den vorstehenden ausgesparten Abschnitten des Rotationselements aus magnetischem Material erzeugt wird. Jedoch variiert die oben beschriebene Hysterese in Abhängigkeit von zahlreichen Faktoren, beispielsweise der Veränderung der Kennlinie der GMR-Einrichtungen 10, die die Brückenschaltung bilden, und die Veränderung bei dem Temperaturkoeffizienten. Im Ergebnis weicht, wie anhand der gestrichelten Linie in Fig. 27 gezeigt ist, das Ausgangssignal V_D0 des Differenzialverstärkers 12 von den Referenzwerten V_{τ 1}, V_{τ 2}, ab, wie anhand der Markierung D gezeigt, und somit entspricht das Ausgangssignal nicht exakt den vorstehenden und ausgesparten Abschnitten des Rotationselements aus magnetischem Material.

DE 34 26 784 A1 beschreibt einen magnetoresistiven Sensor zur Abgabe von elektrischen Signalen abhängig von der Position oder der Drehgeschwindigkeit eines ferromagnetischen Körpers. Die Position des magnetoresistiven Sensors ist dergestalt, daß das hindurchlaufende magnetische Feld seine Richtung ändert, wenn sich der Körper dem Sensor annähert. Dies kann z. B. die Annäherung eines Zahnes eines Zahnrades sein, die durch die Drehung des Rades bewirkt wird. Die Annäherung bewirkt eine Änderung der magnetischen Feldkomponenten in der Richtung der Ebene des Sensors. Die Änderungen der Feldkomponenten in der Ebene des Sensors induzieren Widerstandsveränderungen in einer Brückenschaltung, die weiter verarbeitet werden könne. Damit ist es möglich, die Position eines stationären Objekts, z. B. die vordere Kante eines Vorsprungs zu erfassen und eine dynamische Rotation des Zahnrades zu erfassen.

EP 04 84 859 A2 beschreibt ein System zur Erfassung von Magnetfeldänderungen und ein Herstellungsverfahren dafür. Hierzu werden Widerstände in einer magnetfeldempfindlichen Schaltung gleichzeitig aus einem gemeinsamen magnetoresistiven Material gebildet. Hall-Kurzschlußstreifen werden an ausgewählten Widerständen angeordnet und mit Spannungsteilerschaltungen verbunden. Die Kombination eines Hochspannungswiderstandes von einer Schaltung und eines Niederspannungswiderstandes von einer anderen Schaltung erzeugt eine erhöhte magnetische Empfindlichkeit. D5 schlägt des weiteren vor, das Erfassungselement zwischen einem Magneten, z. B. einem Permanentmagneten und einem drehenden Zahnrad zur Erfassung einer Drehgeschwindigkeit des Zahnrades anzuordnen.

Eine allgemeine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Lösung der obigen Probleme. Insbesondere besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Schaffung eines Fühlers, der in der Lage ist, ein korrektes Signal auszugeben, das präzise einer bestimmten Position (Winkel) entspricht, beispielsweise einem vorstehenden oder ausgesparten Abschnitt eines Rotationselements, das aus magnetischem Material hergestellt ist.

Die Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Besondere Ausführungsarten der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Gemäß dem Aufbau nach Anspruch 1 hat die Hysterese der GMR-Einrichtung nicht länger einen Einfluß auf das Ausgangssignal des Differenzialverstärkers; und somit es es möglich, ein Ausgangssignal zu erhalten, das präzise einen festgelegten Aschnitt (Winkel) der Magnetfeldveränderungs- Induziervorrichtung entspricht. Da ferner ein großes Ausgangssignal erhalten wird, ist die Detektionsgenauigkeit verbessert, und die Detektion wird nicht leicht durch externes Rauschen gestört, d. h. der Signal/Rausch-Abstand ist verbessert.

Für eine weitere Form der Erfindung ist kennzeichnend, daß die Magnetfeldveränderungs-Induziervorrichtung aus einem sich bewegenden Element aus Magnetmaterial besteht, das zumindest mit einem vorstehenden oder ausgesparten Abschnitt versehen ist. Bei diesem Aufbau wird es möglich, kleinere vorstehende oder ausgesparte Abschnitte zu detektieren, und demnach ist es möglich, einen Fühler mit geringen Abmessunge und geringen Kosten und verbesserter Detektionsgenauigkeit zu realisieren.

Für eine weitere Form der Erfindung ist kennzeichnend, daß die Magnetfeld-Generiervorrichtung und die Magnetfeldveränderungs-Induziervorrichtung in Form eines sich bewegenden Elements aus Magnetmaterial gebildet sind, das mit mindestens einem Magnetpol derart versehen ist, daß das sich bewegende Element aus Magnetmaterial ein Magnetfeld erzeugt, das sich in Übereinstimmung mit der Bewegung des sich bewegenden Elements verändert. Gemäß dem obigen Aufbau wird es möglich, die Bereitstellung eines korrekten Ausgangssignals, das genau der Stelle des Magnetpols des Magneten entspricht, der an dem sich bewegenden Element aus magnetischem Material gebildet ist, zu beginnen, sobald die Stromversorgung des Fühlers angeschaltet ist.

Bei einer weiteren zusätzlichen Form der Erfindung ist das sich bewegende Element aus Magnetmaterial ein Rotationselement, das sich synchron mit einer Drehwelle dreht. Diese Anordnung gewährleistet, daß der Fühler die Veränderung des Magnetfelds aufgrund der Drehung des Rotationselements aus Magnetmaterial präzise detektieren kann.

Bei einer zusätzliche weiteren Form der Erfindung enthält der Fühler einen Hauptteil des Fühlers, der mit der stark magnetoresistiven Einrichtung versehen ist, und das Rotationselement ist an einer Kurbelwelle oder einer Nockenwelle eines Verbrennungsmotors befestigt, und der Hauptteil des Fühlers ist benachbart zu dem Verbrennungsmotor derart angeordnet, daß das Rotationselement der stark magnetoresistiven Einrichtung gegenüberliegt. Durch diese Anordnung ist es möglich, einen hochgenauen Fühler mit geringen Abmessungen zu erhalten, mit dem sich der Rotationswinkel (die Drehgeschwindigkeit) der Kurbelwelle oder der Nockenwelle eines Verbrennungsmotors genau detektieren läßt. Im Ergebnis wird es möglich, den Verbrennungsmotor präzise zu steuern. Ferner läßt sich der Fühler einfach in hochzuverlässiger Weise bei einem Verbrennungsmotor montieren, ohne daß ein großer Montageraum erforderlich ist.

Bei einer zusätzlichen weiteren Form der Erfindung ist das Hauptteil des Detektorgeräts an einer Stelle angeordnet, die beabstandet zu dem Rotationselement entlang einer Richtung gemäß der Achse der Drehwelle liegt. Bei diesem Aufbau läßt sich der Raum in der Nähe der Drehwelle wirksam zum Installieren des Hauptteils des Fühlers nützen. Dies bedeutet, daß kein zusätzlicher Raum in radialer Richtung zum Installieren des Hauptteils des Fühlers erforderlich ist, und demnach ist es möglich, die Größe des Fühlers weiter zu reduzieren.

Bei einer zusätzlichen weiteren Form der Erfindung enthält der Hauptteil des Fühlers ein Gehäuse, in dem das magnetoresistive Großelement angeordnet ist, und das Rotationselement ist in einem Raum auf einer Seite des Gehäuses derart angeordnet, daß zumindest der Rand des Rotationselements der stark magnetoresistiven Einrichtung gegenüberliegt. Bei dieser Anordnung wird ein magnetischer Pfad über das Rotationselement und die stark magnetoresistive Einrichtung gebildet. Demnach weist im Hinblick auf diese Wirkung diese Struktur dieselbe Funktion wie das Rotationselement aus Magnetmaterial auf, von dem zumindest ein Teil aus einem Magneten gebildet ist. Im Ergebnis wird es bei dieser Struktur möglich, ein korrektes Ausgangssignal präzise in Übereinstimmung mit dem Drehwinkel des Rotationselements zu bilden, sobald die Energieversorgung des Fühlers angeschaltet ist.

Nun erfolgt die Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung unter Bezug auf die beiliegende Zeichnung; es zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Diagramm zum Darstellen einer ersten Ausführungsform eines Fühlers gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ein Kennliniendiagramm zum Darstellen der Veränderung des Widerstands der GMR-Einrichtung bezogen auf die Länge eines Magnetfelds bei der ersten Ausführungsform des Fühlers gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3 ein Signalformdiagramm zum Darstellen des Betriebs in bezug auf die erste Ausführungsform des Fühlers gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4 ein schematisches Diagramm zum Darstellen einer zweiten Ausführungsform eines Fühlers gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 5 ein Kennliniendiagramm zum Darstellen der Veränderung eines Widerstands der GMR-Einrichtung bezogen auf die Länge eines Magnetfelds bei einer zweiten Ausführungsform des Fühlers gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 6 ein schematisches Diagramm zum Darstellen einer dritten Ausführungsform eines Fühlers gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 7 ein Kennliniendiagramm zum Darstellen der Veränderung eines Widerstands der GMR-Einrichtung im Hinblick auf die Länge eines Magnetfelds bei der dritten Ausführungsform des Fühlers gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 8 eine Querschnittsseitenansicht zum Darstellen einer vierten Ausführungsform eines Fühlers gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 9 eine perspektivische Ansicht zum Darstellen der Relativpositionen des Hauptteils des Fühlers und eines Rotationselements aus Magnetmaterial bei der vierten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 10 eine perspektivische Ansicht zum Darstellen des Hauptteils des Fühlers bei der vierten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 11 eine Explosionsansicht zum Darstellen der inneren Struktur des Hauptteils des Fühlers bei der vierten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 12 eine Querschnittsseitenansicht zum Darstellen eines modifizierten Beispiels des Hauptteils des Fühlers auf Basis der vierten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 13 ein schematisches Diagramm zum Darstellen einer fünften Ausführungsform eines Fühlers gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 14 eine Explosionsansicht zum Darstellen der Innenstruktur des Hauptteils des Fühlers der fünften Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 15 eine Querschnittsseitenansicht zum Darstellen eines modifizierten Beispiels des Hauptteils des Fühlers auf Basis der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 16 ein schematisches Diagramm zum Darstellen einer sechsten Ausführungsform eines Fühlers gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 17 ein schematisches Diagramm zum Darstellen einer siebten Ausführungsform eines Fühlers gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 18 eine Querschnittseitenansicht zum Darstellen einer achten Ausführungsform eines Fühlers gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 19 eine perspektivische Ansicht zum Darstellen des Hauptteils des Fühlers der achten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 20 eine Querschnittseitenansicht zum Darstellen eines modifizierten Beispiels des Hauptteils des Fühlers auf Basis der achten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 21 eine Querschnittseitenansicht zum Darstellen einer neunten Ausführungsform eines Fühlers gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 22 ein schematisches Diagramm zum Darstellen eines üblichen Fühlers;

Fig. 23 ein schematisches Diagramm zum Darstellen eines üblichen Fühlers unter Einsatz einer GMR- Einrichtung;

Fig. 24 ein Kennliniendiagramm zum Darstellen der Veränderung eines Widerstands einer GMR-Einrichtung im Hinblick auf die Länge eines Magnetfelds;

Fig. 25 ein vereinfachtes Schaltbild zum Darstellen eines Fühlers unter Einsatz einer GMR-Einrichtung;

Fig. 26 ein Schaltdiagramm zum Darstellen eines spezifischen Beispiels der in Fig. 25 gezeigten Schaltung; und

Fig. 27 ein Signalformdiagramm zum Darstellen des Betriebs im Zusammenhang mit Fig. 26.

Unter Bezug auf die bevorzugten Ausführungsformen wird nun der Fühler gemäß der vorliegenden Erfindung im größeren Detail nachfolgend im Zusammenhang mit der beiliegenden Zeichnung beschrieben.

Ausführungsform 1

Fig. 1 zeigt ein schematisches Diagramm zum Darstellen einer ersten Ausführungsform eines Fühlers gemäß der vorliegenden Erfindung, und die Fig. 1a und 1b zeigen jeweils eine Seitenansicht und eine perspektivische Ansicht hiervon. In Fig. 1 sind Elemente und Teile, die mit den in Fig. 23 gezeigten übereinstimmen, durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet, und sie werden hier nicht weiter detailliert beschrieben.

Bei dieser Ausführungsform sind die GMR-Einrichtungen derart angeordnet, daß eine Abweichung zwischen der Mitte der Magnetfeld-Abtastebene der GMR-Einrichtung und der Mitte des Magnetfelds derart vorliegt, daß der Meßbetrieb tatsächlich bei einem Betriebspunkt mit einer größeren Hysterese erfolgt, wie in Fig. 2 gezeigt ist.

Insbesondere ist, wie in Fig. 1b gezeigt, die GMR-Einrichtung 10 derart angeordnet, daß die Mitte der Magnetfeld- Abtastebene 10b der GMR-Einrichtung 10 um einen festgelegten Umfang L₁ bezogen auf die Mitte des Magneten 4 verschoben ist, beispielsweise entlang einer Richtung, die entgegengesetzt zu der Drehrichtung des Rotationselements 2 aus Magnetmaterial verläuft. Der spezielle Wert von L₁ liegt vorzugsweise in dem Bereich zwischen 0,1 bis 10 mm, wohingehend der optimale Wert von der Größe der GMR- Einrichtung abhängt. Mit Ausnahme des obigen Punkts entspricht der Aufbau der vorliegenden Ausführungsform demjenigen, der in Fig. 23 gezeigt ist, und auch die Schaltungskonfiguration ist ähnlich zu derjenigen, die in Fig. 25 oder 26 gezeigt ist. Demnach erfolgt in der folgenden Beschreibung der vorliegenden Ausführungsform auch ein Bezug auf diese Figuren.

Nun wird zunächst nachfolgend der Betrieb unter Bezug auf die Fig. 3 beschrieben.

Bei Rotation des Rotationselements aus Magnetmaterial 2 verändert sich das an den stark magnetoresistiven Einrichtungen 10A und 10D anliegende Magnetfeld in Ansprechen auf das Vorbeiführen der vorstehenden und ausgesparten Abschnitte des Rotationselements aus Magnetmaterial 2, wie in Fig. 3a gezeigt ist, und das an den magnetoresistiven Einrichtungen 10A und 10D anliegende Magnetfeld weist tatsächlich eine entgegengesetzte Phase zu demjenigen auf, das an den magnetoresistiven Einrichtungen 10B und 10C anliegt. Die obige Veränderung des Magnetfelds wird durch die magnetoresistiven Einrichtungen 10A und 10D detektiert, und ebenso durch die magnetoresistiven Einrichtungen 10B und 10C, und die Phase des durch die magnetoresistiven Einrichtungen 10A und 10D detektierten Magnetfelds ist umgekehrt zu derjenigen des durch die magnetoresistiven Einrichtungen 10B und 10C erfaßten. Im Ergebnis wird die Gesamtgröße der Veränderung des Magnetfelds tatsächlich viermal größer als diejenige, die sich mit einer einzigen stark magnetoresistiven Einrichtung erfassen läßt.

Eine entsprechende Veränderung des Widerstands tritt in jeder stark magnetoresistiven Einrichtung auf. Demnach weisen die magnetoresistiven Einrichtungen 10A und 10D maximale und minimale Widerstände bei Stellen auf, die im Hinblick auf die Phase entgegengesetzt zu denjenigen sind, bei denen die magnetoresistiven Großelemente 10B und 10C maximale und minimale Widerstände aufweisen. Im Ergebnis verändern sich auch die Spannungen bei den Knoten 18 und 19 (Mittenpunktspannung) der Wheatstone-Brückenschaltung 11 in ähnlicher Weise.

Bei dem Ausgangssignal der GMR-Einrichtung, die eine Hystere der Widerstandseigenschaft bezogen auf das anliegende Magnetfeld aufweist, liegt eine Differenz des Widerstandsveränderungsbereichs vor, wie sie in Fig. 2 gezeigt ist, und zwar zwischen den GMR-Einrichtungen 10A, 10D und den GMR-Einrichtungen 10C, 10B, obgleich die GMR- Einrichtungen 10A bis 10D selbst in im wesentlichen gleicher Weise arbeiten, wie in Fig. 24 gezeigt ist.

Somit führt die Abweichung der Mittenstelle der Magnetfeld- Abtastebene der GMR-Einrichtung relativ zu der Mitte des Magneten, wie in Fig. 2 gezeigt, zu einer größeren Differenz bei dem Ausgangssignal, das als Mittenpunktspannung V_N1 (< V_N) bei den Knoten 18, 19 der Wheatstone- Brückenschaltung 11 gebildet wird, und zwar zwischen dem Signal entsprechend den vorstehenden Abschnitten und denjenigen entsprechend den ausgesparten Abschnitten des Rotationselements 2 aus Magnetmaterial.

Die Differenz der Mittenpunktspannung wird durch den Differenzialverstärker 12 verstärkt. Wie in Fig. 3b gezeigt, gibt der Differenzialverstärker 12 ein Signal entsprechend den vorstehenden und ausgesparten Abschnitten des Rotationselements 2 aus Magnetmaterial aus, wie in Fig. 3a gezeigt. Demnach ist das Ausgangssignal des Differenzialverstärkers im wesentlichen viermal größer als dasjenige, das mit einer einzigen GMR-Einrichtung erhalten wird.

Das Ausgangssignal dieses Differenzialverstärkers 12 wird einem Komparator 13 zugeführt, damit ein Vergleich mit Referenzspannungen V_{τ 1}, V_{τ 2} erfolgt. Der Komparator 13 gibt ein "0"- oder "1"-Signal aus, in Übereinstimmung mit dem Vergleichsergebnis. Die Signalform dieses Signals wird dann durch die Signalform-Formgebung der Schaltung 14 geformt. Im Ergebnis wird ein Ausgangssignal mit einem "0"- oder "1"- Pegel gebildet, und zwar mit steilen steigenden und fallenden Flanken über den Ausgangsanschluß 15, wie in Fig. 3c gezeigt.

Wie oben beschrieben, ist bei dieser Ausführungsform der Magnet derart angeordnet, daß die Mitte des Magneten um einen Umfang von L₁ abweicht, so daß die Mitte des Magneten, wie in Fig. 2 gezeigt, bei einer Position angeordnet ist, die einem Spitzenwert einer Kennlinie der GMR-Einrichtung entspricht, und zwar im Hinblick auf den Widerstand bezogen auf das anliegende Magnetfeld und somit den Widerstand, wodurch eine Symmetrie zwischen dem Widerstandsveränderungsbereich der GMR-Einrichtungen 10A und 10D auf einer Seite der Brückenschaltung und demjenigen der GMR-Einrichtungen 10C und 10B auf der anderen Seite der Brückenschaltung erzielt wird.

In diesem Fall erzeugt die Brückenschaltung eine Ausgangsignal-Ausgangsgröße V_D0 über den Differenzialverstärker 12, wie in Fig. 3b gezeigt. Wie sich anhand von Fig. 3b erkennen läßt, verändert sich das Ausgangssignal an einem Rand der vorstehenden und ausgesparten Abschnitte des Rotationselements 2 aus Magnetmaterial, und es liegt keine Differenz im Hinblick auf den Ausgangspegel zwischen den ausgesparten Abschnitten und den vorstehenden Abschnitten vor, und somit weist die Hystere der GMR-Einrichtungen nicht länger einen Einfluß auf das Ausgangssignal des Differenzialverstärkers 12 auf.

Das Ausgangssignal des Differenzialverstärkers 12 wird mit Referenzwerten oder Vergleichspegeln V_{τ 1}, V_{τ 2} über die Vergleichsschaltung 13 verglichen, wodurch ein präzises Signal generiert wird, das immer den vorstehenden und ausgesparten Abschnitten des Rotationselements 2 aus Magnetmaterial entspricht.

Wie oben beschrieben, weisen die GMR-Einrichtungen eine Hysterese bei der Kennlinie im Hinblick auf Widerstand bezogen auf das anliegende Magnetfeld auf, und sie sind derart angeordnet, daß die Mitte der Magnetfeld-Abtastebene der GMR-Einrichtungen von der Mitte des Magneten abweicht, wodurch eine Symmetrie zwischen dem Widerstandsveränderungsbereich der GMR-Einrichtungen auf einer Seite der Brückenschaltung und derjenigen der GMR- Einrichtungen auf der anderen Seite der Brückenschaltung erzielt wird. Im Ergebnis verändert sich das Ausgangssignal bei jedem Rand der vorstehenden und ausgesparten Abschnitte des Rotationselements aus Magnetmaterial; es liegt nicht länger eine Differenz bei dem Ausgangspegel zwischen den vorstehenden Abschnitten und den ausgesparten Abschnitten vor. Die Hysterese der GMR-Einrichtung übt nicht länger einen Einfluß auf das Ausgangssignal des Differenzialverstärkers aus; und somit entspricht das Ausgangssignal präzise den vorstehenden und ausgesparten Abschnitten des Rotationselements aus Magnetmaterial.

Da ferner ein großes Ausgangssignal erhalten wird, ist die Detektionsgenauigkeit verbessert, und die Detektion wird nicht einfach durch externes Rauschen gestört, d. h. der Signal/Rausch-Abstand ist verbessert.

Obgleich bei dieser spezifischen Ausführungsform die mit GMR- Einrichtungen aufgebaut Wheatstone-Brückenschaltung eingesetzt wird, lassen sich andere ähnliche Schaltungsaufbauten ebenfalls einsetzen.

Ausführungsform 2

Die Fig. 4 zeigt ein schematisches Diagramm zum Darstellen einer dritten Ausführungsform der Erfindung, und deren Seitenansicht und Draufsicht ist jeweils in Fig. 4a und 4b gezeigt.

Bei der oben beschriebenen ersten Ausführungsform weist die GMR-Einrichtung eine Hysterese im Hinblick auf die Widerstandskennlinie bezogen auf das anliegende Feld auf, und diese ist so angeordnet, daß die Mitte der Magnetfeld- Abtastebene der GMR-Einrichtung relativ zur Mitte des Magneten entlang einer Richtung verschoben ist, die entgegengesetzt zu der Drehrichtung des Rotationselements aus magnetischem Material ist. Im Gegensatz hierzu ist bei der vorliegenden Ausführungsform die GMR-Einrichtung in derselben Richtung wie die Drehrichtung des Rotationselements aus Magnetmaterial verschoben, so daß der Meßbetrieb mit einem größeren Hysteresepunkt durchgeführt wird, wie in Fig. 5 gezeigt ist.

Insbesondere ist, wie in Fig. 4b gezeigt, die GMR-Einrichtung 10 so angeordnet, daß die Mitte der Magnetfeld-Abtastebene 10b der GMR-Einrichtung 10 beispielsweise um einen festgelegten Umfang L₂ bezogen auf die Mitte des Magneten 4 verschoben ist, in einer Richtung, die entgegengesetzt zur Drehrichtung des Rotationselements 2 aus Magnetmaterial verläuft. Der spezifische Wert von L₂ liegt vorzugsweise in dem Bereich zwischen 0,1 bis 10 mm, während der optimale Wert von der Größe der GMR-Einrichtung abhängt. Mit Ausnahme des obigen Punkts, stimmt der Aufbau der vorliegenden Ausführungsform mit dem in Fig. 1 gezeigten überein, und auch die Schaltungskonfiguration ist zu der in der Fig. 25 oder 26 gezeigten ähnlich. Demnach erfolgt auch bei der folgenden Beschreibung der vorliegenden Ausführungsform ein Bezug auf diese Figuren. Bis auf die Ausnahme, daß die Widerstandsveränderungsbereiche der GMR-Einrichtungen 10A, 10D und die GMR-Einrichtungein 10C, 10B zu anderen Kennlinien verschoben sind, mit der gleichen entsprechenden Beziehung, wie sie in Fig. 2 und 5 gezeigt ist, ist der Betrieb der vorliegenden Ausführungsform ähnlich zu demjenigen der obigen Ausführungsformen.

Bei der vorliegenden Ausführungsform ist, wie oben beschrieben, die GMR-Einrichtung, deren Dicke so optimiert ist, daß die Kennlinie des Widerstands, bezogen auf das anliegende Magnetfeld, eine gewünschte Hysterese aufweist, in einer solchen Weise angeordnet, daß die Mitte der Magnetfeld- Abtastebene gegenüber der Mitte des Magneten verschoben ist, wodurch eine große Hysterese erzielt wird. Hierdurch ist es möglich, eine Symmetrie im Hinblick auf den Widerstandsveränderungsbereich zwischen den beiden GMR- Einrichtungen auf einer Seite der Brückenschaltung und den anderen beiden GMR-Einrichtungen auf der anderen Seite der Brückenschaltung zu erzielen. Im Ergebnis verändert sich das Ausgangssignal bei jedem Rand der vorstehenden und ausgesparten Abschnitte des Rotationselements aus Magnetmaterial; es liegt nicht länger eine Differenz bei den Ausgangspegeln zwischen den vorstehenden Abschnitten und den ausgesparten Abschnitten vor; die Hysteresen der GMR- Einrichtungen üben nicht länger einen Einfluß auf das Ausgangssignal des Differenzialverstärkers aus; und somit entspricht das Ausgangssignal präzise den vorstehenden und ausgesparten Abschnitten des Rotationselements aus Magnetmaterial.

Da ferner das detektierte Ausgangssignal einen größeren Signalpegel aufweist, ist die Detektionsgenauigkeit zusätzlich verbessert, und die Detektion wird nicht einfach durch externes Rauschen gestört, d. h. der Signal/Rausch- Abstand ist verbessert.

Obgleich bei dieser spezifischen Ausführungsform die mit den GMR-Einrichtungen aufgebaute Wheatstone-Brückenschaltung eingesetzt ist, lassen sich andere ähnliche Schaltungsaufbauten ebenfalls einsetzen.

Ausführungsform 3

Die Fig. 6 zeigt ein schematisches Diagramm zum Darstellen einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In dieser Figur sind entsprechende Elemente und Abschnitte, die zu den in Fig. 1 gezeigten ähnlich sind, anhand gleicher Bezugszeichen gekennzeichnet.

Bei der oben beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsform ist die GMR-Einrichtung derart angeordnet, daß die Mitte der Magnetfeld-Abtastebene der GMR-Einrichtung von der Mitte des Magneten abweicht bezogen auf die Position, bei der der Spitzenwert der Widerstandskurve bezogen auf das anliegende Feld liegt. Im Gegensatz hierzu wird bei der vorliegenden Ausführungsform ein ähnlicher Effekt dadurch erzielt, daß ein Magnetfeld an den GMR-Einrichtungen zum Bilden der Brückenschaltungen derart anliegt, daß die Polarität des an einer bestimmten GMR-Einrichtung anliegenden Magnetfelds umgekehrt zu derjenigen ist, die an einer anderen GMR- Einrichtung anliegt.

Für den oben genannten Zweck sind bei der Magnetfeld- Erzeugungsvorrichtung zwei Magnetpole, d. h. N- und S-Pole, vorgesehen.

Insbesondere wird, wie in Fig. 6 gezeigt, anstelle des Magneten 4, der bei der vorhergehenden Ausführungsform eingesetzt wird, ein Magnet 4A mit zwei Magnetelementen 4a und 4b als Magnetfeld-Erzeugungsvorrichtung eingesetzt. Der Magnet 4A ist derart angeordnet, daß die Magnetfeld- Abtastebenen 10b der GMR-Einrichtungen 10A und 10D beispielsweise dem N-Pol des Magnetelements 4a des Magneten 4A gegenüberliegen und daß die Magnetfeld-Abtastebenen 10b der GMR-Einrichtungen 10C und 10B dem S-Pol des Magnetelements 4b des Magneten 4A gegenüberliegen, so daß die GMR-Einrichtungen 10A und 10D, die an einer Seite der Wheatstone-Brückenschaltung angeordnet sind, auf ein Magnetfeld treffen, dessen Polarität umgekehrt zu demjenigen ist, das an den GMR-Einrichtungen 10B und 10C anliegt, die an der anderen Seite der Wheatstone-Brückenschaltung angeordnet sind. Mit Ausnahme des oben genannten Punkts ist der Aufbau der vorliegenden Ausführungsform ähnlich zu demjenigen, der in Fig. 1 gezeigt ist, und der Schaltungsaufbau ist auch ähnlich zu demjenigen, der in der Fig. 25 oder 26 gezeigt ist. Demnach erfolgt in der nachfolgenden Beschreibung der vorliegenden Ausführungsform auch ein Bezug auf diese Figuren. Mit der Ausnahme, daß die Widerstandsveränderungsbereiche der GMR-Einrichtungen 10A, 10D und der GMR-Einrichtungen 10C, 10B zu anderen Kennlinien mit derselben entsprechenden Beziehung, wie sie in den Fig. 2 und 7 gezeigt ist, verschoben ist, stimmt der Betieb der vorliegenden Ausführungsform mit demjenigen der obigen Ausführungsformen überein.

Als Ergebnis der Art, gemäß der die GMR-Einrichtungen 10A und 10D, die auf einer Seite der Wheatstone-Brückenschaltung angeordnet sind, auf ein Magnetfeld treffen, das eine Polarität entgegengesetzt zu demjenigen aufweist, das an den GMR-Einrichtungen 10C und 10B anliegt, die an der anderen Seite der Wheatstone-Brückenschaltung angeordnet sind, verändert sich der Widerstand der GMR-Einrichtungen 10A, 10B, 10C und 10C der Wheatstone-Brückenschaltung wie in Fig. 7 gezeigt. Dies bedeutet, daß die GMR-Einrichtungen 10A und 10D der Brückenschaltung eine Widerstandsveränderung aufweisen, die symmetrisch zu derjenigen der GMR-Einrichtungen 10C und 10B ist. Im Ergebnis weist das Ausgangssignal V_D0 des Differenzialverstärkers 12, der mit der Brückenschaltung verbunden ist, eine Signalform auf, wie sie in Fig. 3 gezeigt ist, und die ähnlich zu derjenigen ist, die durch die oben beschriebene Ausführungsform 1 oder 2 erhalten wird. Wie sich anhand von Fig. 3 erkennen läßt, verändert sich das Ausgangssignal bei jedem Rand der vorstehenden oder ausgesparten Abschnitte des Rotationselements 2 aus Magnetmaterial, und es liegt nicht länger eine Differenz bei dem Ausgangspegel zwischen den vorstehenden Abschnitten und den ausgesparten Abschnitten vor, und somit übt die Hysterese der GMR-Einrichtung nicht länger einen Einfluß auf das Ausgangssignal des Differenzialverstärkers 12 aus.

Das Ausgangssignal des Differenzialverstärkers 12 wird mit den Referenzwerten oder den Vergleichspegeln V_{τ 1}, V_{τ 2} über die Vergleichsschaltung 13 verglichen, wodurch ein präzises Signal erzeugt wird, das immer den vorstehenden und ausgesparten Abschnitten des Rotationselements 2 aus Magnetmaterial entspricht.

Obgleich bei der vorliegenden Ausführungsform, wie oben beschrieben, die GMR-Einrichtungen der Wheatstone- Brückenschaltung eine Hysterese bei der Widerstandskennlinie im Hinblick auf das anliegende Magnetfeld aufweisen, ist die Differenz bei dem Ausgangspegel zwischen den vorstehenden Abschnitten und den ausgesparten Abschnitten des Rotationselements aus Magnetmaterial dadurch eliminiert, daß ein Magnetfeld an die zugeordneten GMR-Einrichtungen so anliegt, daß zwei GMR-Einrichtungen auf ein Magnetfeld mit einer Polarität treffen, die entgegengesetzt zu der Polarität des Magnetfelds ist, das an den verbleibenden zwei GMR- Einrichtungen anliegt, wodurch eine Symmetrie des Widerstandsveränderungsbereichs zwischen den beiden GMR- Einrichtungen auf einer Seite der Brückenschaltung und den anderen beiden GMR-Einrichtungen auf der anderen Seite der Brückenschaltung erzielt wird. Im Ergebnis verändert sich das Ausgangssignal bei jedem Rand der vorstehenden und ausgesparten Abschnitte des Rotationselements aus Magnetmaterial; es liegt nicht länger eine Differenz bei dem Ausgangspegel zwischen den vorstehenden Abschnitten und den ausgesparten Abschnitten vor; die Hysteres der GMR- Einrichtungen übt nicht länger einen Einfluß auf das Ausgangssignal des Differenzialverstärkers aus; und somit entspricht das Ausgangssignal präzise den vorstehenden und ausgesparten Abschnitten des Rotationselements aus Magnetmaterial.

Da ferner das detektierte Ausgangssignal einen größeren Signalpegel aufweist, ist die Detektionsgenauigkeit weiter verbessert, und die Detektion wird nicht einfach durch externes Rauschen gestört, d. h. der Signal/Rausch-Abstand ist verbessert.

Obgleich bei dieser spezifischen Ausführungsform die mit GMR- Einrichtungen aufgebaute Wheatstone-Brückenschaltung eingesetzt wird, lassen sich ähnliche Schaltungsaufbauten ebenfalls einsetzen.

Weiterhin ist die Art, in der Magnetfelder an den zugeordneten GMR-Einrichtungen anliegen, nicht auf die bei der vorliegenden Ausführungsform eingesetzte begrenzt. Magnetfelder können an den GMR-Einrichtungen in einer unterschiedlichen Weise anliegen, solange die unterschiedlichen GMR-Einrichtungen auf ein Magnetfeld mit unterschiedlichen Polaritäten treffen.

Ausführungsform 4

Die Fig. 8 bis 11 zeigt die vierte Ausführungsform der Erfindung, bei der die Erfindung in einem Verbrennungsmotor eingesetzt wird. Die Fig. 8 zeigt ein schematisches Diagramm zum Darstellen des Aufbaus des Gesamtsystems der Ausführungsform. Die Fig. 9 zeigt eine perspektivische Ansicht zum Darstellen der Relativpositionen des Hauptteils eines Fühlers und eines Rotationselements aus Magnetmaterial. Die Fig. 10 zeigt eine perspektivische Ansicht zum Darstellen des Hauptteils des Fühlers, und die Fig. 11 zeigt die Innenstruktur hiervon. Wie in diesen Figuren gezeigt, ist der Hauptteil des Fühlers 50 an einer Stelle benachbart zu dem Verbrennungsmotor 60 angeordnet. Ein Rotationselement aus Magnetmaterial 52, das als Signalplatte dient, ist an einer Kurbelwelle oder einer Nockenwelle des Motors 60 angeordnet, und dient als Rotationswelle 51 derart, daß das Rotationselement aus Magnetmaterial 52 sich synchron mit der Drehwelle 51 drehen kann, und das Rotationselement aus Magnetmaterial 52 weist zumindest einen vorstehenden oder ausgesparten Abschnitt auf, wie das oben beschrieben Rotationselement aus Magnetmaterials 2.

Eine Steuereinheit 61 ist mit einer Schaltungseinheit des Hauptteils des Fühlers 50 verbunden. Die Steuereinheit 61 ist ebenfalls mit einer Drosselklappe verbunden, das in dem Ansaugkrümmer 62 des Verbrennungsmotors 60 angeordnet ist.

Der Hauptteil des Fühlers 50 ist in der Nähe des Verbrennungsmotors 60 derart angeordnet, daß die Magnetfeld- Abtastebene der stark magnetoresistiven Einrichtungen des Hauptteils des Fühlers 50 dem Rotationselement aus Magnetmaterial 52 gegenüberliegt.

Wie in Fig. 10 gezeigt, enthält der Hauptteil des Fühlers 50: ein Gehäuse 53 aus Harz oder einem nichtmagnetischen Material; einen Befestigungsteil 54; und Eingangs/Ausgangs- Leitunganschlüsse 55, beispielsweise einen Stromversorgungsanschluß, einen Masseanschluß und einen Ausgangsanschluß, die sich von dem unteren Abschnitt des Gehäuses 53 erstrecken.

Wie in Fig. 11 gezeigt, liegt im Inneren des Gehäuses 53 ein Substrat 56 vor, auf dem eine Schaltung wie die zuvor unter Bezug auf die Fig. 26 beschriebene angeordnet ist. Auf dem Substrat 56 sind auch stark magnetoresistive Einrichtungen 57 und ein Magnet 58 gebildet, die beispielsweise jeweils zu der oben beschriebenen stark magnetoresistiven Einrichtung 10 und dem oben beschriebenen Magneten 4 ähnlich sind, und zwar in einer Weise, daß die Mitte der Magnetfeld-Abtastebene der stark magnetoresistiven Einrichtungen 57 gegenüber der Mitte des Magneten 58 verschoben ist.

Nun wird der Betrieb nachfolgend beschrieben.

Wird der Verbrennungsmotor 60 gestartet und beginnt sich somit das Rotationselement aus Magnetmaterial 52 synchron mit der Drehung der Rotationswelle 51 zu drehen, so verändert sich das an der Magnetfeld-Abtastebene der stark magnetoresistiven Einrichtungen 57 des Hauptteils des Fühlers 50 anliegende Magnetfeld in Ansprechen auf die vorstehenden und ausgesparten Abschnitte, und eine entsprechende Veränderung tritt bei dem Widerstand der stark magnetoresistiven Einrichtung 57 auf. Im Ergebnis verändert sich die Spannungsdifferenz zwischen den Mittenpunktspannungen einer Wheatstone-Brückenschaltung mit den stark magnetoresistiven Einrichtungen 57 entsprechend. Die Spannungsdifferenz wird durch einen Differenzialverstärker verstärkt, und das Ausgangssignal des Differenzialverstärkers wird einem Komparator zugeführt, der selbst das Ausgangssignal des Differenzialverstärkers mit einer Referenzspannung vergleicht und ein "0"- oder "1"- Signal in Ansprechen auf das Vergleichsergebnis ausgibt. Das Ausgangssignal des Komparators wird anschließend durch eine Signalform-Formgebungsschaltung geformt. Das sich ergebende Signal mit einem "0"- oder "1"-Pegel wird der Steuereinheit 61 zugeführt. Anhand dieses Signals kann die Steuereinheit 61 Information über den Drehwinkel und die Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle und der Nockenwelle in Beziehung zu jedem Zylinder des Verbrennungsmotors 60 ableiten.

Auf Basis des Ausgangssignals des Fühlers, das entweder einen "0"- oder einen "1"-Pegel aufweist, und ebenso auf Basis der Information über das Öffnungsverhältnis der Drosselklappen 63, generiert die Steuereinheit 61 Steuersignale, durch die die Zündzeitpunkte der (nicht gezeigten) Zündkerzen und die Einspritzzeitpunkte der Benzineinspritzventile gesteuert werden.

Obgleich bei dem oben beschriebenen speziellen Beispiel der Hauptteil der Fühlereinrichtung 50 Eingangs/Ausgangs- Anschlüsse 55 in der Form einzelner Leiter aufweist, kann auch ein Verbinder 59 eingesetzt werden, beispielsweise der in Fig. 12 gezeigte, der sich in lösbarer Weise an dem Gehäuse 53 befestigen läßt.

In diesem Fall sind die Anschlüsse 55 in dem Verbinder 59 derart enthalten, daß dann wenn der Verbinder 59 auf das Gehäuse 53 aufgesetzt ist, die Anschlüsse 55 in Kontakt mit der auf dem Substrat 56 angeordneten Schaltung gelangen. Dieser Verbinder 59 vereinfacht die Handhabung des Fühlers mit einem einfachen Mechanismus, und es ist auch einfach, den Fühler bei einem Verbrennungsmotor zu montieren.

Wie oben beschrieben, wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein hochgenauer Fühler mit geringen Abmessungen geschaffen, der genau den Drehwinkel (die Drehgeschwindigkeit) der Kurbelwelle oder der Nockenwelle eines Verbrennungsmotors detektieren kann. Hierdurch ist es möglich, den Verbrennungsmotor präzise zu steuern. Ferner läßt sich der Fühler der vorliegenden Ausführungsform in hochzuverlässiger Weise bei einem Verbrennungsmotor montieren, ohne daß ein großer Montageraum erforderlich ist.

Ferner beginnt der Fühler unmittelbar dann, wenn die Eneregieversorgung angeschaltet wird, mit der Bereitstellung eines zuverlässigen Ausgangssignals, das genau den vorstehenden ausgesparten Abschnitten des Rotationselements aus Magnetelements entspricht. Dies ermöglicht die Detektion des Kurbelwinkels des Verbrennungsmotors ohne Zeitverzögerung und somit ist es möglich, den Zündzeitpunkt und den Benzineinspritzzeitpunkt genau zu steuern. Diese Technik ermöglicht demnach das Erzielen eines Verbrennungsmotors, der die durch die Abgasregulierungen vorgegebenen Anforderungen erfüllt.

Zudem kann weiterhin durch Einsatz der Flanken gemäß der vorstehenden ausgesparten Abschnitte des Rotationselements aus Magnetmaterial erreicht werden, daß die Flanken dem oberen Totpunkt eines Verbrennungsmotors entsprechen, wodurch des möglich ist, die Winkelgenauigkeit zu verbessern.

Ausführungsform 5

Die Fig. 13 und 14 zeigen eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der die Erfindung auch bei einem Verbrennungsmotor eingesetzt wird. Die Fig. 13 zeigt eine perspektivische Ansicht zum Darstellen der Relativpositionen des Hauptteils eines Fühlers und eines Rotationselements aus Magnetmaterial. Die Fig. 14 zeigt die Innenstruktur des Fühlers.

In Fig. 13 und 14 sind Elemente und Teile gemäß denjenigen in Fig. 9 und 11 durch ähnliche Bezugszeichen gekennzeichnet, und sie werden hier nicht weiter detailliert beschrieben. Der Aufbau des Gesamtsystems und der Aufbau des Hauptteils des Fühlers stimmt jeweils mit dem in Fig. 8 und 10 gezeigten überein.

Ein Rotationselement aus Magnetmaterial 52A, das als Signalplatte dient, ist auf einer Kurbelwelle 51 so angeordnet, daß das Rotationselement aus Magnetmaterial 52A sich synchron mit der Drehwelle 51 drehen kann, und das Rotationselement aus Magnetmaterial 52A weist eine ähnliche Struktur wie diejenige des oben beschriebenen Rotationselements aus Magnetmaterial 42 auf. Wie bei dem Rotationselement aus Magnetmaterial 52 besteht das Rotationselement aus Magnetmaterial 52A ebenfalls aus Magneten, die durch Magnetisierung so hergestellt sind, daß das Rotationselement aus Magnetmaterial 52A die gewünschten Magnetpole aufweist.

Der Hauptteil des Fühlers 50 ist in der Nähe des Verbrennungsmotors 60 angeordnet (vgl. Fig. 8), derart, daß die Magnetfeld-Abtastebene der stark magnetoresistiven Einrichtungen des Hauptteils des Fühlers 50 dem Rotationselement aus Magnetmaterial 52A gegenüberliegt.

Der Hauptteil des Fühlers 50 enthält: ein Gehäuse 52, das aus Harz oder einem nichtmagnetischen Material hergestellt ist; einen Befestigungsteil 54 (vgl. Fig. 10); und Eingabe/Ausgabe-Leiteranschlüsse 55, beispielsweise einen Stromversorgungsanschluß, einen Masseanschluß und einen Ausgabeanschluß die sich von dem unteren Abschnitt des Gehäuses 53 erstrecken.

Innerhalb des Gehäuses 53 liegt ein Substrat 56 vor, auf dem eine Schaltung angeordnet ist, wie sie beispielsweise zuvor unter Bezug auf die Fig. 26 beschrieben wurde. Auf dem Substrat 56 sind ebenfalls stark magnetoresistive Einrichtungen 57 vorgesehen, entsprechend den oben beschriebenen stark magnetoresistiven Einrichtungen 10.

Nun wird nachfolgend der Betrieb beispielhaft beschrieben.

Wird der Verbindungsmotor 60 gestartet und beginnt somit das Rotationselement aus Magnetmaterial 52A mit der Drehung synchron zu der Drehung der Drehwelle 51, so verändert sich das an der Magnetfeld-Abtastebene der stark magnetoresistiven Einrichtungen 57 des Hauptteils des Fühlers 50 anliegende Magnetfeld in Ansprechen auf die vorstehenden und ausgesparten Abschnitte, und eine entsprechende Veränderung tritt bei dem Widerstand der stark magnetoresistiven Einrichtung 57 auf. Im Ergebnis verändert sich eine Spannungsdifferenz zwischen den Mittenpunktspannungen einer Wheatstone-Brückenschaltung mit den stark magnetoresistiven Einrichtungen 57 in entsprechender Weise. Die Spannungsdifferenz wird durch einen Differenzialverstärker verstärkt, und das Ausgangssignal des Differenzialverstärker wird einem Komparator zugeführt, der wiederum das Ausgangssignal des Differenzialverstärkers mit einer Referenzspannung vergleicht und ein "0"- oder "1"-Signal in Ansprechen auf das Vergleichsergebnis ausgibt. Das Ausgangssignal des Komparators wird anschließend durch eine Signalformgebungsschaltung geformt. Das sich ergebende Signal mit einem "0"- oder "1"-Pegel wird der Steuereinheit 61 zugeführt (vgl. Fig. 8).

Anhand dieses Signals kann die Steuereinheit 61 die Information über den Drehwinkel und die Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle oder der Nockenwelle bei jedem Zylinder des Verbrennungsmotors 60 ableiten.

Auf der Basis des Ausgangssignals des Fühlers, das entweder einen "0"- oder einen "1"-Pegel aufweist, und ebenso auf der Basis der Information über das Öffnungsverhältnis der Drosselklappe 63, erzeugt die Steuereinheit 61 Steuersignale, durch die der Zündzeitpunkt der (nicht gezeigten) Zündkerzen und der Einspritzzeitpunkt der Benzineinspritzventile gesteuert wird.

Obgleich bei dem oben beschriebenen speziellen Beispiel der Hauptteil des Fühlers 50 Eingabe/Ausgabe-Anschlüsse 55 in der Form von Leitern aufweist, kann auch ein Verbinder 59 eingesetzt werden, beispielsweise der in Fig. 15 gezeigte, der sich in lösbarer Weise an dem Gehäuse 53 befestigen läßt. In diesem Fall sind die Anschlüsse 55 in dem Verbinder 59 derart enthalten, daß bei Anpassung des Verbinders 59 an das Gehäuse 53 die Anschlüsse 55 in Kontakt mit der auf dem Substrat 56 angeordneten Schaltung gelangen. Dieser Verbinder 59 ermöglicht eine einfache Handhabung des Fühlers mit einem einfachen Mechanismus, und er macht es auch einfach, den Fühler bei einem Verbrennungsmotor zu befestigen.

Wie oben beschrieben, wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch ein hochpräziser Fühler mit geringen Abmessungen und geringen Kosten geschaffen, der den Drehwinkel (die Drehgeschwindigkeit) der Kurbelwelle oder der Nockenwelle eines Verbrennungsmotors präzise erfassen kann. Dies ermöglicht die präzise Steuerung des Verbrennungsmotors. Ferner läßt sich der Fühler der vorliegenden Ausführungsform einfach in hochzuverlässiger Weise bei einem Verbrennungsmotor montieren, ohne daß ein großer Montageraum erforderlich ist.

Zudem kann weiterhin unmittelbar dann, sobald die Stromversorgung angeschaltet ist, der Fühler die Bereitstellung eines zuverlässigen Ausgabesignals starten, das präzise den Magnetpolen der Magnete des Rotationselements aus Magnetmaterial entspricht. Hierdurch ist es möglich, den Kurbelwinkel des Verbrennungsmotors ohne eine Verzögerungszeit zu detektieren, und hierdurch ist es möglich, den Zündzeitpunkt und den Benzineinspritzzeitpunkt ohne Verzögerungszeit präzise zu steuern. Diese Technik ermöglicht demnach die Bereitstellung eines Verbrennungsmotors, der die durch Abgasregulierung vorgegebenen Anforderungen erfüllt.

Ausführungsform 6

Die Fig. 16 zeigt eine sechste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und die Fig. 16a zeigt eine perspektivische Ansicht zum Darstellen der Relativpositionen des Hauptteils eines Fühlers und eines Rotationselements aus Magnetmaterial, und die Fig. 16b zeigt eine Seitenansicht hiervon. In der Fig. 16 sind ähnliche Elemente und Teile im Vergleich zu Fig. 9 durch ähnliche Bezugszeichen gekennzeichnet, und sie werden hier nicht weiter detailliert beschrieben.

Bei allen vorhergehenden Ausführungsformen ist der Hauptteil des Fühlers in einer Position angeordnet, die rechtwinklig zur Drehachse liegt. Im Gegensatz hierzu ist bei dieser zehnten Ausführungsform der Hauptteil des Fühlers in einer Position angeordnet, die parallel zur Drehachse liegt.

Wie in Fig. 16 gezeigt, bedeutet dies, daß der Hauptteil des Fühlers 50 in einer Richtung entlang der Drehachse 51 derart verschoben ist, daß die Magnetfeld-Abtastebene der stark magnetoresistiven Einrichtung des Hauptteils des Fühlers 50 den vorstehenden und ausgesparten Abschnitten 52a des Rotationselements aus Magnetmaterial 52 gegenüberliegt.

Die vorliegende Ausführungsform gewährleistet nicht nur die ähnlichen Effekte wie die im Zusammenhang mit der vierten Ausführungsform oben beschriebenen, sondern sie ermöglicht einen zusätzlichen Vorteil dahingehend, daß sich der Raum in der Nähe der Drehwelle wirksam zum Anordnen des Hauptteils des Fühlers einsetzen läßt. Bei diesem Aufbau ist kein zusätzlicher Raum in radialer Richtung zum Installieren des Hauptteils des Fühlers erforderlich, und somit es es möglich, die Größe des Fühlers weiter zu reduzieren.

Ausführungsform 7

Die Fig. 17 zeigt eine siebte Ausführungsform der Erfindung. Die Fig. 17a zeigt eine perspektivische Ansicht zum Darstellen der Relativpositionen des Hauptteils eines Fühlers und eines Rotationselements aus Magnetmaterial, und die Fig. 17b zeigt eine Seitenansicht hiervon. In Fig. 17 sind Elemente und Teile, die zu den in Fig. 13 gezeigten ähnlich sind, durch ähnliche Bezugszeichen gekennzeichnet, und sie werden hier nicht weiter detailliert beschrieben.

Bei dieser Ausführungsform ist wie bei der oben beschriebenen sechsten Ausführungsform der Hauptteil des Fühlers in einer parallel zur Drehachse liegenden Position angeordnet.

Wie in Fig. 17 gezeigt, bedeutet dies, daß der Hauptteil des Fühlers 50 in einer Richtung parallel zur Drehachse 51 derart angeordnet ist, daß die Magnetfeld-Abtastebene der stark magnetoresistiven Einrichtung des Hauptteils des Fühlers 50 den Magnetpolen des Rotationselements aus dem magnetischen Material 52A gegenüberliegt.

Die vorliegende Ausführungsform gewährleistet nicht nur die Wirkungen, die zu denen der oben beschriebenen vierten Ausführungsform ähnlich sind, sondern sie ermöglicht einen zusätzlichen Vorteil dahingehend, daß sich der Raum in der Nähe der Drehwelle wirksam zum Anordnen des Hauptteils des Fühlers nützen läßt. Bei diesem Aufbau ist somit kein zusätzlicher Raum in radialer Richtung zum Installieren des Hauptteils des Fühlers erforderlich, und somit ist es möglich, die Größe des Fühlers weiter zu reduzieren. Selbstverständlich kann das Rotationselement aus Magnetmaterial 52a durch das Rotationselement aus Magnetmaterial 41 ersetzt werden, das mit dem Magneten 40 ausgebildet ist.

Ausführungsform 8

Die Fig. 18 und 19 zeigt eine achte Ausführungsform der Erfindung, und die Fig. 18 zeigt ein schematisches Diagramm zum Darstellen des Hauptteils eines Fühlers, und die Fig. 19 zeigt eine Seitenansicht hiervon.

In diesen Figuren sind Elemente und Teile, die zu den in Fig. 9 oder 11 gezeigten ähnlich sind, durch ähnliche Bezugszeichen gekennzeichnet, und sie werden hier nicht weiter detailliert beschrieben.

Bei allen vorhergehenden Ausführungen ist die stark magnetoresistive Einrichtung des Hauptteils des Fühlers mit einer festgelegten Distanz getrennt von dem Rotationselement aus Magnetmaterial angeordnet. Im Gegensatz hierzu ist bei dieser zwölften (achten) Ausführungsform das Drehelement aus Magnetmaterial zwischen einem Magneten und der stark magnetoresistiven Einrichtung des Hauptteils des Fühlers derart angeordnet, daß das Rotationselement aus Magnetmaterial gemäß einer festgelegten Distanz von dem Magneten und der stark magnetoresistiven Einrichtung beabstandet ist.

Der Hauptteil des Fühlers 50A enthält: ein Gehäuse 50, das beispielsweise aus einem Harz oder einem nichtmagnetischen Material gebildet ist; eine Abdeckung 71 zum Schützen einer stark magnetoresistiven Einrichtung 57 ähnlich der oben beschriebenen stark magnetoresistiven Einrichtung 10, derart, daß die stark magnetoresistive Einrichtung 57 in einem Hohlraum 70a im Inneren des Gehäuses 70 angeordnet ist; und einen Befestigungsteil 74. In dem Hohlraum 70a in der Innenseite des Gehäuses ist ein (nicht gezeigtes) Substrat vorgesehen, auf dem eine Schaltung entsprechend der oben unter Bezug auf die Fig. 26 beschriebenen befestigt ist. Die stark magnetoresistive Einrichtung 57 ist auf dem oben beschriebenen Substrat befestigt. Die stark magnetoresistive Einrichtung 57 ist elektrisch mit Anschlüssen 72 verbunden, die sich an ihrem unteren Abschnitt zu der Innenseite des Hauptteils des Fühlers 50A erstrecken. Die anderen Enden der Anschlüsse 72 sind mit Eingabe/Ausgabe-Leiteranschlüssen 73 verbunden, einschließlich einem Stromversorgungsanschluß, einem Masseanschluß und einem Ausgabeanschluß, die sich zu der Außenseite für die Verbindung mit einer externen Schaltung hin erstrecken.

Ein Magnet 58 ist an der Unterseite des Raums 70b auf einer Seite des Gehäuses 70 derart angeordnet, daß der Magnet 58 der Magnetfeld-Abtastebene der stark magnetoresistiven Einrichtung 57 gegenüberliegt, die in dem Hohlraum 70a angeordnet ist. Das Rotationselement aus Magnetmaterial 52, das so ausgebildet ist, daß es sich synchron mit der Drehwelle 51 dreht, ist derart angeordnet, daß zumindest dessen vorstehende oder ausgesparte Abschnitte durch die Lücke zwischen der stark magnetoresistiven Einrichtung 57 und dem Magneten 58 hindurchtreten.

Bei diesem Aufbau wird ein magnetischer Pfad über den Magneten 58, das Rotationselement aus Magnetmaterial 52 und die stark magnetoresistive Einrichtung 57 gebildet. Ist ein ausgesparter Abschnitt des Rotationselements aus Magnetmaterial 52 zwischen der stark magnetoresistiven Einrichtung 57 und dem Magneten 58 angeordnet, so liegt das von dem Magneten 58 ausgehende Magnetfeld direkt an der Magnetfeld-Abtastebene der stark magnetoresistiven Einrichtung 57 an. Andererseits wird dann, wenn ein vorstehender Abschnitt des Rotationselements aus Magnetmaterial 52 zwischen der stark magnetoresistiven Einrichtung 57 und dem Magneten 58 angeordnet ist, das von dem Magneten 58 ausgehende Magnetfeld in dem Rotationselement aus Magnetmaterial 52 absorbiert, und im Ergebnis liegt im wesentlichen kein Magnetfeld an der Magnetfeld-Abtastebene der stark magnetoresistiven Einrichtung 57 an.

Demnach weist die obige Struktur im wesentlichen dieselbe Funktion wie das Rotationselement aus Magnetmaterial 52 auf, von dem zumindest ein Teil mit einem Magneten ausgebildet ist. Im Ergebnis ist es mit dieser Struktur ebenfalls möglich, einen Detektionsbetrieb unmittelbar dann zu starten, wenn die Stromversorgung angeschaltet wird.

Bei dem oben beschriebenen spezifischen Beispiel ist der Magnet 58 an der Unterseite des Raums 70b auf der Seite des Gehäuses 70 so angeordnet, daß der Magnet 58 der Magnetfeld- Abtastebene der in dem Hohlraum 70a angeordneten stark magnetoresistiven Einrichtung 57 gegenüberliegt. Jedoch kann ein Kern 75 zudem zwischen der Unterseite des Raums 70b und dem Magneten 58 vorgesehen sein, wie in Fig. 20 gezeigt, wodurch eine magnetische Schaltung gebildet wird. In diesem Fall wird ein geschlossener magnetischer Pfad gebildet, der von dem Magneten 58 ausgeht, und über das Rotationselement aus magnetischem Material 52 verläuft, sowie die stark magnetoresistive Einrichtung 57, das Rotationselement aus magnetischem Material 52, den Kern 75 und schließlich in dem Magneten 58 endet. Die Magnetschaltung führt zu einer Verbesserung der Zuverlässigkeit des Erfassungsbetriebs.

Somit gewährleistet die vorliegende Ausführungsform nicht nur Wirkungen, wie sie zu den oben beschriebenen der vierten Ausführungsform ähnlich sind, sondern sie gewährleistet auch einen zusätzlichen Vorteil dahingehend, daß es möglich ist, einen Meßbetrieb unmittelbar dann zu starten, wenn die elektrische Stromversorgung angeschaltet wird, selbst wenn das Rotationselement aus Magnetmaterial genau zwischen der stark magnetoresistiven Einrichtung und dem Magneten angeordnet ist.

Ausführungsform 9

Die Fig. 21 zeigt eine seitliche Querschnittsansicht zum Darstellen einer neunten Ausführungsform der Erfindung.

In Fig. 21 sind Elemente und Teile, die zu den in Fig. 13 oder 18 gezeigten ähnlich sind, durch ähnliche Bezugszeichen gekennzeichnet, und sie werden hier nicht weiter detailliert beschrieben.

Bei der oben beschriebenen achten Ausführungsform ist das Rotationselement aus Magnetmaterial von einem gemeinsamen Typ mit vorstehenden und ausgesparten Abschnitten derart, wie in Fig. 9 gezeigt ist. Es läßt sich auch ein aus Magneten (vgl. Fig. 13) oder ein (nicht gezeigtes) Rotationselement, an dem ein Magnet befestigt ist, ebenfalls als Rotationselement aus Magnetmaterial einsetzen. Bei dieser spezifischen Ausführungsform besteht das Rotationselement aus Magnetmaterial aus Magneten. In diesem Fall ist demnach der Magnet 58, der bei der oben in Zusammenhang mit Fig. 18 beschriebenen Ausführungsform eingesetzt wird, nicht mehr länger erforderlich. Die anderen Teile stimmen mit den in Fig. 18 gezeigten überein.

Bei dieser Ausführungsform ist das Rotationselement aus Magnetmaterial 52A so angeordnet, daß zumindest der Randabschnitt des Rotationselements aus Magnetmaterial 52 durch den Raum 70b hindurchtritt, der auf der Seite des Gehäuses 70 des Hauptteils des Fühlers 50B gebildet ist, so daß das Rotationselement aus Magnetmaterial 52A der Magnetfeld-Abtastebene der stark magnetoresistiven Einrichtung 57 gegenüberliegt, die im Hohlraum 70a angeordnet ist.

Wie sich anhand der obigen Beschreibung erkennen läßt, wird bei der vorliegenden Ausführungsform auch ein magnetischer Pfad gebildet, der durch das Rotationselement aus magnetischem Material 52A und der stark magnetoresistiven Einrichtung 57 verläuft, was zu einer Verbesserung der Erfassungsleistung führt. Selbstverständlich ist es möglich, einen Erfassungsbetrieb unmittelbar dann zu starten, wenn die Stromversorgung angeschaltet wird.

Demnach gewährleistet die vorliegende Ausführungsform nicht nur Wirkungen, wie sie zu denjenigen der oben beschriebenen fünften Ausführungsform ähnlich sind, sondern sie gewährleistet auch einen zusätzlichen Vorteil dahingehend, daß die Zuverlässigkeit und das Leistungsvermögen des Meßbetriebs verbessert ist.

Ausführungsform 10

Bei allen vorhergehenden Ausführungsformen ist das als Magnetfeldveränderungs-Induziervorrichtung dienende und sich bewegende Element aus magnetischem Material so ausgebildet, daß es sich synchron mit der Drehwelle dreht. Jedoch kann das sich bewegende Element aus magnetischem Material auch so ausgebildet sein, daß es sich entlang einer geraden Linie bewegt. Ein derartiges sich bewegendes Element kann Anwendung beispielsweise bei der Detektion eines Umfangs einer Öffnung eines EGR-Ventils in einem Verbrennungsmotor finden.

Claims (7)

1. Magnetfeld-Fühler, enthaltend:
eine Magnetfeld-Erzeugungsvorrichtung (4, 4A) zum Erzeugen eines Magnetfelds;
eine Magnetfeldveränderungs-Induziervorrichtung (2) zum Verändern eines durch die Magnetfeld- Erzeugungsvorrichtung erzeugten Magnetfelds, wobei die Magnetfeldveränderungs-Induziervorrichtung mit einer festgelegten Distanz bezogen auf die Magnetfeld- Erzeugungsvorrichtung angeordnet ist; und
eine stark magnetoresistive Einrichtung (GMR) (10) zum Detektieren des sich verändernden Magnetfelds, unter Einstellung des Betriebsbereichs der stark magnetoresistiven Einrichtung derart, daß die Veränderung des Widerstands der stark magnetoresistiven Einrichtung einheitlich über den gesamten Betriebsbereich in beide Veränderungsrichtungen des durch die Magnetfeldveränderungs-Induziervorrichtung induzierten Magnetfelds ist, indem die stark magnetoresistive Einrichtung derart angeordnet ist, daß die Mitte der Magnetfeld-Abtastfläche der stark magnetoresistiven Einrichtung von der Mitte der Magnetfeld-Erzeugungsvorrichtung in einer Richtung abweicht, die parallel zur Verschiebungsrichtung der Magnetfeldveränderungs-Induziervorrichtung verläuft; und
wobei eine Brückenschaltung unter Einsatz der stark magnetoresistiven Einrichtung derart aufgebaut ist, daß das Magnetfeld, das an den stark magnetoresistiven Einrichtungen (10A, 10D) anliegt, die auf einer Seite der Brückenschaltung angeordnet sind, im Hinblick auf die Polarität umgekehrt zu demjenigen ist, das an den stark magnetoresistiven Einrichtungen (10C, 10B) anliegt, die auf der anderen Seite der Brückenschaltung angeordnet sind.

2. Fühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetfeldveränderungs-Induziervorrichtung aus einem sich bewegenden Element aus magnetischem Material (2) aufgebaut ist, und mit zumindest einem vorstehenden oder ausgesparten Abschnitt ausgebildet ist.

3. Fühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetfeld-Erzeugungsvorrichtung und die Magnetfeldveränderungs-Induziervorrichtung als sich bewegendes Element aus magnetischem Material (52A) ausgebildet sind, die mit zumindest einem Magnetpol derart versehen sind, daß das sich bewegende Element aus magnetischem Material ein Magnetfeld erzeugt und das Magnetfeld verändert.

4. Fühler nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das sich bewegende Element aus magnetischem Material ein Rotationselement ist, das sich synchron mit einer Drehwelle dreht.

5. Fühler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß er einen Hauptteil des Fühlers (50) aufweist, der mit der stark magnetoresistiven Einrichtung versehen ist, daß das Rotationselement an einer Kurbelwelle oder einer Nockenwelle eines Verbrennungsmotors (60) montiert ist und daß der Hauptteil des Fühlers benachbart zu dem Verbrennungsmotor derart angeordnet ist, daß das Rotationselement der stark magnetoresistiven Einrichtung gegenüberliegt.

6. Fühler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptteil des Fühlers an einer Stelle angeordnet ist, die entfernt von dem Rotationselement liegt, in einer Richtung entlang der Drehachse der Rotationswelle.

7. Fühler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptteil des Fühlers ein Gehäuse (53) aufweist, in dem die stark magnetoresistive Einrichtung angeordnet ist, und daß das Rotationselement in einem Raum (70b) auf einer Seite des Gehäuses derart angeordnet ist, daß zumindest der Rand des Rotationselements der stark magnetoresistiven Einrichtung gegenüberliegt.