DE19649400A1 - Fühler - Google Patents
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Description
Die vorliegenden Erfindung betrifft einen Fühler zum
Detektieren der Veränderung eines Magnetfelds aufgrund der
Bewegung eines sich bewegenden Elements aus magnetischem
Material und insbesondere einen Fühler, der sich besonders
zum Detektieren von Information über die Drehung
beispielsweise eines Verbrennungsmotors eignet.
Magnetoresistive Einrichtungen betreffen allgemein solche
Einrichtungen, die den Widerstand in Ansprechen auf die
Richtung eines Magnetfelds verändern, das an einem dünnen
ferromagnetischen Film anliegt, und zwar im Zusammenhang mit
der Richtung eines durch den dünnen ferromagnetischen Film
fließenden Stroms.
Magnetoresistive Einrichtungen weisen einen minimalen
Widerstand dann auf, wenn ein Magnetfeld entlang einer
rechtwinklig zur Stromrichtung verlaufenden Richtung anliegt.
Weist andererseits der Winkel zwischen der Richtung des
Stroms und der Richtung des anliegenden Magnetfelds den Wert
0 auf, d. h. wird ein Magnetfeld entlang der gleichen Richtung
oder einer entgegengesetzten Richtung im Vergleich zur
Richtung des Stroms angelegt, so weist der Widerstand den
maximalen Wert 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 magnetoresistiven
Veränderungsverhältnisses beträgt 2 bis 3% für Ni-Fe und 5
bis 6% für Ni-Co.
Die Fig. 32 zeigt ein schematisches Diagramm zum Darstellen
des Aufbaus eines üblichen Fühlers, und dessen Seitenansicht
und perspektivische Ansicht sind jeweils in Fig. 32a und Fig.
32b gezeigt.
Der in Fig. 32 gezeigte Fühler enthält: eine Drehwelle 1; ein
Drehelement aus magnetischem Material 2 mit zumindest einem
vorstehenden und einem ausgesparten Abschnitt, derart, daß
sich das sich drehende Element aus magnetischem Material 2
synchron zur Drehung der Drehwelle 1 dreht; eine
magnetoresistive Einrichtung 3, die an einer Stelle mit
festgelegter Distanz bezogen auf das sich drehende Element
aus magnetischem Material 2 angeordnet ist; und einen
Magneten 4 zum Anlegen eines Magnetfelds an die
magnetoresistive Einrichtung 3. Bei dem obigen Aufbau enthält
die magnetoresistive Einrichtung 3 ein magnetoresistives
Widerstandsmuster 3a und eine dünne Filmoberfläche
(Magnetfeld-Abtastebene) 3b.
Dreht sich das Drehelement aus magnetischem Material 2, so
verändert sich das an der Magnetfeld-Abtastebene 3b
magnetoresistiven Einrichtung 3 anliegende Magnetfeld in
Ansprechen auf die Drehung des Drehelements aus magnetischem
Material 2, und im Ergebnis verändert sich der Widerstand des
magnetoresistiven Musters 3a in entsprechender Weise.
Die Fig. 33 zeigt ein Blockschaltbild zum Darstellen des
Aufbaus des Fühlers unter Einsatz der oben beschriebenen
magnetoresistiven Einrichtungen.
Der Fühler enthält: eine Wheatstone-Brückenschaltung 11 mit
magnetoresistiven Einrichtungen, die mit festgelegter Distanz
von dem Drehelement aus magnetischem Material 2 so angeordnet
sind, daß ein Magnetfeld von einem Magneten 4 an den
magnetoresistiven Einrichtungen anliegt; einen
Differenzialverstärker 12 zum Verstärken des Ausgangssignals
der Wheatstone-Brückenschaltung 11; einen Komparator 13 zum
Vergleichen des Ausgangssignals des Differenzialverstärkers
12 mit Referenzwerten Vτ₁, Vτ₂, sowie zum Ausgeben eines
"0"-Signals oder eines "1"-Signals in Abhängigkeit von dem
Vergleichsergebnis; eine Halteschaltung 30 zum Halten des
Ausgangssignals des Komparators 13; eine Signalform-
Formgebungsschaltung 14 für die Formung der Signalform des
Ausgangssignals der Halteschaltung 30, sowie zum Abgeben
eines "0"- oder "1"-Signals mit steil verlaufenden
ansteigenden und fallenden Flanken an dem Ausgangsanschluß
15.
Nachfolgend wird unter Bezug auf die Fig. 34 der Betrieb
beschrieben.
Dreht sich das Drehelement aus magnetischem Material 2, so
verändert sich das an jeder magnetoresistiven Einrichtung
anliegende Magnetfeld in Ansprechen auf das Vorbeiführen der
vorstehenden und ausgesparten Abschnitte des Drehelements aus
magnetischem Material 2, wie in Fig. 34a gezeigt. Im Ergebnis
wird die obige Veränderung des Magnetfelds durch die
magnetoresistiven Einrichtung detektiert, und auch die
Mittelpunktspannungen der Wheatstone-Brückenschaltung 11
verändern sich in ähnlicher Weise.
Die Differenz zwischen den Mittelpunktspannungen wird durch
den Differenzialverstärker 12 verstärkt. Demnach gibt, wie in
Fig. 34b gezeigt, der Differenzialverstärker 12 ein Signal
entsprechend dem Vorbeiführen der vorstehenden und
ausgesparten Abschnitte des Drehelements aus magnetischem
Material ab, wie in Fig. 34a gezeigt.
Der Komparator 13 vergleicht das Ausgangssignal des
Differenzialverstärkers 12 mit Referenzwerten Vτ₁, Vτ₂, und
er gibt ein "0"- oder "1"-Signal in Ansprechen auf das
Vergleichsergebnis aus. Das Ausgangssignal des Komparators 13
wird in der Signalform-Formgebungsschaltung 14 so geformt,
daß ein "0"- oder "1"-Ausgangssignal mit steil verlaufenden
ansteigenden und fallenden Flanken an dem Ausgangsanschluß 15
bereitgestellt wird, wie in Fig. 34c gezeigt.
Jedoch treten bei dem üblichen Fühler mit dem üblichen Aufbau
die folgenden Probleme auf.
So liegt bei dem üblichen Fühler, wie in Fig. 35 gezeigt,
keine Hysterese bei der Kennlinie des Widerstands bezogen auf
das anliegende Magnetfeld vor. Im Ergebnis variiert während
des Detektionsbetriebs für die vorstehenden und ausgesparten
Abschnitte des Drehelements aus Magnetmaterial das
Ausgangssignal bei jeder Flanke, wie in Fig. 34 gezeigt.
Jedoch ist, wie in Fig. 34 gezeigt, der Signalpegel für
vorstehende Abschnitte gleich demjenigen für ausgesparte
Abschnitte. Demnach sind die Flanken bei den vorstehenden und
ausgesparten Abschnitten zu detektieren und durch eine
Halteschaltung zu halten. Da ferner keine Differenz bei dem
Ausgangssignal des zwischen den ausgesparten und vorstehenden
Abschnitten vorliegt, ist es unmöglich, ein Signal zu
erhalten, das präzise den vorstehenden und ausgesparten
Abschnitten des Drehelements aus Magnetmaterial in einem
Zeitpunkt entspricht, und zwar unmittelbar nachdem die
elektrische Energieversorgung für den Fühler angeschaltet
wird (die Fähigkeit, den präzisen Betrieb unmittelbar nach
dem Anschalten der Stromversorgung zu starten, wird als
"Momentanstartfähigkeit" bezeichnet).
Wie oben beschrieben, besteht das Problem bei dem üblichen
Fühler darin, daß es nicht möglich ist, ein Signal
entsprechend den vorstehenden und ausgesparten Abschnitten
des Drehelements aus Magnetmaterial zu erhalten. Ein anderes
Problem besteht darin, daß es unmöglich ist, einen korrekten
Betrieb unmittelbar nach dem Anschalten der elektrischen
Energieversorgung zu beginnen.
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 ein korrektes Signal ausgeben kann, das präzise
einer bestimmten Position (einem bestimmten Winkel)
entspricht, beispielsweise einem vorstehenden oder
ausgesparten Abschnitt eines aus Magnetmaterial hergestellten
Drehelements. Es ist weiterhin eine andere Aufgabe der
vorliegenden Erfindung, einen Fühler zu schaffen, bei dem
sich ein korrekter Betrieb unmittelbar nach dem Anschalten
der elektrischen Energieversorgung starten läßt.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Fühler
geschaffen, enthaltend: eine Magnetfeld-Erzeugungsvorrichtung
zum Erzeugen eines Magnetfelds; eine Magnetfeldveränderungs-
Induziervorrichtung zum Verändern des durch die Magnetfeld-
Erzeugungsvorrichtung erzeugten Magnetfelds derart, daß die
Magnetfeldveränderungs-Induziervorrichtung mit festgelegter
Distanz beabstandet zu der Magnetfeld-Erzeugungsvorrichtung
angeordnet ist; ein Magnetfeld-Abtastelement zum Detektieren
des durch die Magnetfeldveränderungs-Induziervorrichtung
veränderten Magnetfelds; und eine Detektorvorrichtung zum
Detektieren der Verstellung der Magnetfeldveränderungs-
Induziervorrichtung und ebenfalls der Relativposition der
Magnetfeldveränderungs-Induziervorrichtung im Hinblick auf
das Magnetfeld-Abtastebene dann, wenn die
Magnetfeldveränderungs-Induziervorrichtung fest ist, und zwar
auf der Basis des Ausgangssignals des Magnetfeld-
Abtastelements. Mit diesem Aufbau wird es möglich, mit der
Ausgabe eines korrekten Ausgangssignals zu beginnen, das
präzise der Stelle des Magnetpols des auf dem sich bewegenden
Element aus magnetischem Material vorgesehenen Magneten
entspricht, sobald die Energieversorgung des Fühlers
angeschaltet wird.
Für eine Form der Erfindung ist kennzeichnend, daß eine
magnetoresistive Großeinrichtung in dem Magnetfeld-
Abtastelement eingesetzt ist und daß der Betriebsbereich der
magnetoresistiven Großeinrichtung derart eingestellt ist, daß
die Veränderung des Widerstands der magnetoresistiven
Großeinrichtung nicht völlig einheitlich über den
Betriebsbereich in beiden Veränderungsrichtungen des durch
die Magnetfeldveränderungs-Induziervorrichtung induzierten
Magnetfelds verläuft. Gemäß diesem Aufbau wird es möglich,
mit der Ausgabe eines korrekten Ausgangssignals, das präzise
der Stelle des Magnetpols des auf dem sich bewegenden Element
aus magnetischem Material vorgesehenen Magneten entspricht,
unmittelbar dann zu beginnen, wenn die Energieversorgung des
Fühlers angeschaltet wird, und zwar mit Hilfe der GMR-
Einrichtung (SMR, vgl. giant magnetoresistance device), die
eine Hysterese bei der Kennlinie des Widerstands bezogen auf
das anliegende Magnetfeld aufweist.
Für eine andere Form der Erfindung ist kennzeichnend, daß die
magnetoresistive Großeinrichtung derart angeordnet ist, daß
das Zentrum der Magnetfeld-Abtastebene der magnetoresistiven
Großeinrichtung von dem Zentrum der Magnetfeld-
Erzeugungsvorrichtung entlang einer Richtung abweicht, die
parallel zu einer Ebene ist, die die Verstellrichtung der
Magnetfeldveränderungs-Induziervorrichtung enthält. Gemäß dem
obigen Aufbau wird es möglich, mit der Ausgabe eines
korrekten Ausgangssignals, das präzise der Stelle des
Magnetpols des auf dem sich bewegenden Element aus
Magnetmaterial vorgesehenen Magneten entspricht, unmittelbar
dann zu beginnen, wenn die Stromversorgung des Fühlers
angeschaltet wird, und zwar durch die GMR-Einrichtung, die
eine Hysterese bei der Kennlinie des Widerstands bezogen auf
das anliegende Magnetfeld aufweist. Ferner ist es möglich,
einen größeren Ausgangssignalpegel während des
Detektionsbetriebs zu erhalten. Dies führt zu einer
Verbesserung der Detektionsgenauigkeit,und es führt weiterhin
zu einer hohen Beständigkeit gegenüber einer externen
Rauschsignaleinwirkung oder zu einem hohen Signal/Rausch-
Abstand.
Für eine weitere Form der Erfindung ist kennzeichnend, daß
der Fühler weiterhin eine Verarbeitungsvorrichtung zum
Durchführen eines Wechselstrom-Kopplungsprozesses bei dem
Ausgangssignal des Magnetfeld-Sensorelements aufweist. Mit
diesem Aufbau wird es möglich, mit der Ausgabe eines
korrekten Ausgangssignals zu beginnen, das präzise der Stelle
des Magnetpols des Magneten entspricht, der auf dem sich
bewegenden Element aus Magnetmaterial vorgesehen ist, und
zwar über den gesamten Betriebstemperaturbereich, wodurch die
Detektionsgenauigkeit verbessert wird. Ferner wird es
möglich, mit der Ausgabe eines korrekten Ausgangssignals, das
präzise der Stelle des Magnetpols des auf dem sich bewegenden
Elements aus Magnetmaterial vorgesehenen Magneten entspricht,
unmittelbar dann zu beginnen, wenn die Stromversorgung des
Fühlers angeschaltet wird, und zwar durch Einsatz der GMR-
Einrichtung mit einer Hysterese bei der Kennlinie des
Widerstands bezogen auf das anliegende Magnetfeld, sowie mit
der Verarbeitung und Ausgabe eines Signals vor dem
Wechselstrom-Kopplungsprozeß dann, wenn das obige korrekte
Ausgangssignal zur Verfügung gestellt wird.
Für eine zusätzliche weitere Form der Erfindung ist
kennzeichnend, daß die Detektorvorrichtung enthält: eine
erste Detektorvorrichtung zum Detektieren der Verstellung der
Magnetfeldveränderungs-Induziervorrichtung auf Basis des
Ausgangssignals des Magnetfeld-Abtastelements; eine zweite
Detektorvorrichtung zum Detektieren der Position des
Magnetfeld-Abtastelements relativ zu der
Magnetfeldveränderungs-Induziervorrichtung dann, wenn die
Magnetfeldveränderungs-Induziervorrichtung ortsfest ist, und
daß der Fühler ferner eine Brückenschaltung enthält, derart,
daß zumindest ein Zweig der Brückenschaltung aus dem
Magnetfeld-Abtastelement aufgebaut ist, daß die erste
Detektorvorrichtung so ausgebildet ist, daß sie auf Basis des
Ausgangssignals des Brückenschaltung betreibbar ist, und daß
die zweite Detektorvorrichtung so ausgebildet ist, daß sie
auf Basis des Gesamtwiderstands der Brückenschaltung
betreibbar ist. Mit diesem Aufbau wird es möglich, mit der
Bereitstellung eines korrekten Ausgangssignals, das präzise
der Stelle des Magnetpols des an dem sich bewegenden Element
aus Magnetmaterial vorgesehenen Magneten entspricht,
unmittelbar dann zu beginnen, wenn die Stromversorgung des
Fühlers angeschaltet wird.
Bei einer weiteren zusätzlichen Form der Erfindung enthält
die Detektorvorrichtung eine erste Detektorvorrichtung zum
Detektieren der Verstellung der Magnetfeldveränderungs-
Induziervorrichtung auf Basis des Ausgangssignals des
Magnetfeld-Abtastelements; und eine zweite
Detektorvorrichtung zum Detektieren der Position des
Magnetfeld-Abtastelements relativ zu der
Magnetfeldveränderungs-Induziervorrichtung dann, wenn die
Magnetfeldveränderungs-Induziervorrichtung ortsfest ist und
das Magnetfeld-Abtastelement enthält, ein erstes Magnetfeld-
Abtastelement, sowie ein zweites Magnetfeld-Abtastelement,
und die erste Detektorvorrichtung ist so ausgebildet, daß sie
auf Basis des Ausgangssignals des ersten Magnetfeld-
Abtastelements betreibbar ist, und die zweite
Detektorvorrichtung ist so ausgebildet, daß sie auf Basis des
Ausgangssignals des zweiten Magnetfeld-Abtastelements
betreibbar ist. Mit diesem Aufbau wird es möglich, mit der
Ausgabe eines korrekten Ausgangssignals, das präzise der
Stelle des Magnetpols des auf dem sich bewegenden Element aus
Magnetmaterial vorgesehenen Magneten entspricht, unmittelbar
dann zu beginnen, wenn die Stromversorgung des Fühlers
angeschaltet wird.
Für eine zusätzliche andere Form der Erfindung ist
kennzeichnend, daß die Magnetfeldveränderungs-
Induziervorrichtung aus einem sich bewegenden Element aus
Magnetmaterial besteht, das mit zumindest einem vorstehenden
oder ausgesparten Abschnitt versehen ist. Mit diesem Aufbau
wird es möglich, kleinere vorstehende oder ausgesparte
Abschnitte zu detektieren, und demnach ist es möglich, einen
Fühler mit geringen Abmessungen und Kosten mit verbesserter
Detektionsgenauigkeit zu realisieren.
Bei einer weiteren anderen Form der Erfindung sind die
Magnetfeld-Erzeugungsvorrichtung und die
Magnetfeldveränderungs-Induziervorrichtung in einem sich
bewegenden Element aus Magnetmaterial ausgebildet, das
zumindest einen Magnetpol aufweist, so daß das sich bewegende
Element aus Magnetmaterial ein Magnetfeld erzeugt, das sich
in Übereinstimmung mit der Bewegung des sich bewegenden
Elements verändert. Mit dem obigen Aufbau wird es möglich,
mit der Ausgabe eines korrekten Ausgangssignals, das präzise
der Stelle des Magnetpols des auf dem sich bewegenden Element
aus Magnetmaterial vorgesehenen Magneten entspricht,
unmittelbar dann zu beginnen, wenn die Stromversorgung des
Fühlers angeschaltet wird.
Bei einer weiteren anderen Form der Erfindung ist das sich
bewegende Element aus Magnetmaterial ein Drehelement, das
sich synchron mit einer Drehwelle dreht. Dieser Aufbau
gewährleistet, daß der Fühler präzise die Veränderung des
Magnetfelds aufgrund der Drehung des Drehelements aus
Magnetmaterial detektieren kann.
Für eine zusätzliche weitere Form der Erfindung ist
kennzeichnend, daß der Fühler einen Hauptteil des Fühlers
enthält, der mit der magnetoresistiven Großeinrichtung
versehen ist, daß das Drehelement an einer Kurbelwelle oder
einer Nockenwelle eines Verbrennungsmotors montiert ist und
daß der Hauptteil des Fühlers benachbart zu dem
Verbrennungsmotor derart angeordnet ist, daß das Drehelement
benachbart zu der magnetoresistiven Großeinrichtung liegt.
Dieser Aufbau ermöglicht die Erzielung eines kleinen und
hochgenauen Fühlers, der präzise den Drehwinkel (die
Drehgeschwindigkeit) der Kurbelwelle oder der Nockenwelle
eines Verbrennungsmotors detektieren kann. Im Ergebnis wird
es möglich, den Verbrennungsmotor präzise zu steuern. Ferner
läßt sich der Fühler einfach in hochzuverlässiger Weise an
einem Verbrennungsmotor montieren, ohne daß ein großer
Montageraum erforderlich ist.
Für eine weitere andere Form der Erfindung ist kennzeichnend,
daß der Hauptteil des Fühlers ein Gehäuse enthält, in dem die
magnetoresistive Großeinrichtung angeordnet ist, und daß das
Drehelement in einem Raum auf einer Seite des Gehäuses derart
angeordnet ist, daß zumindest der Rand des Drehelements der
magnetoresistiven Großeinrichtung gegenüberliegt. Bei diesem
Aufbau läßt sich der Raum in der Nähe der Drehwelle wirksam
zum Installieren des Hauptteils des Fühlers einsetzen. Dies
bedeutet, daß kein zusätzlicher Raum in radialer Richtung zum
Installieren des Hauptteils des Fühlers erforderlich ist, und
somit ist es möglich, die Größe des Fühlers weiter zu
reduzieren.
Für eine zusätzliche weitere Form der Erfindung ist
kennzeichnend, daß der Hauptteil des Detektorgeräts ein
Gehäuse enthält, in dem ein Magnetfeld-Abtastelement
angeordnet ist, und daß das Drehelement in einem Raum auf
einer Seite des Gehäuses derart angeordnet ist, daß zumindest
der Rand des Drehelements dem Magnetfeld-Abtastelement
gegenüberliegt. Bei diesem Aufbau wird ein magnetischer Pfad
über das Drehelement und das Magnetfeld-Abtastelement
gebildet. Demnach weist diese Struktur tatsächlich dieselbe
Funktion auf, wie das Drehelement aus Magnetmaterial, bei dem
zumindest ein Teil als Magnet ausgebildet ist. Im Ergebnis
wird es mit dieser Struktur möglich, mit der Ausgabe eines
korrekten Ausgabesignals, das präzise dem Drehwinkel des
Drehelements entspricht, unmittelbar dann zu beginnen, wenn
die Energieversorgung des Fühlers angeschaltet wird.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend
unter Bezug auf die Zeichnung beschrieben; es zeigen:
Fig. 1 ein schematisches Diagramm zum Darstellen einer
ersten Ausführungsform eines Fühlers gemäß der
vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ein Blockschaltbild zum Darstellen des
Schaltungsaufbaus der ersten Ausführungsform des
Fühlers gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 ein Schaltbild zum Darstellen eines spezifischen
Beispiels der in Fig. 2 gezeigten Schaltung;
Fig. 4 ein Kennliniendiagramm zum Darstellen der
Veränderung des Widerstands der GMR-Einrichtung
relativ zur Stärke eines Magnetfelds bei der ersten
Ausführungsform des Fühlers gemäß der vorliegenden
Erfindung;
Fig. 5 ein Signalformdiagramm zum Darstellen des Betriebs
im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform des
Fühlers gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 6 ein schematisches Diagramm zum Darstellen einer
zweiten Ausführungsform eines Fühlers gemäß der
vorliegenden Erfindung;
Fig. 7 ein Kennliniendiagramm zum Darstellen der
Veränderung des Widerstands der GMR-Einrichtung
bezogen auf die Stärke eines Magnetfelds bei der
zweiten Ausführungsform des Fühlers gemäß der
vorliegenden Erfindung;
Fig. 8 ein Signalformdiagramm zum Darstellen des Betriebs
im Zusammenhang mit der zweiten Ausführungsform des
Fühlers gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 9 ein schematisches Diagramm zum Darstellen einer
dritten Ausführungsform eines Fühlers gemäß der
vorliegenden Erfindung;
Fig. 10 ein Kennliniendiagramm zum Darstellen der
Veränderung des Widerstands der GMR-Einrichtung
relativ zur Stärke eines Magnetfelds bei der
dritten Ausführungsform des Fühlers gemäß der
vorliegenden Erfindung;
Fig. 11 ein schematisches Diagramm zum Darstellen einer
vierten Ausführungsform eines Fühlers gemäß der
vorliegenden Erfindung;
Fig. 12 ein Schaltbild zum Darstellen eine spezifischen
Beispiels der in Fig. 11 gezeigten Schaltung;
Fig. 13 ein Signalformdiagramm zum Darstellen des Betriebs
im Zusammenhang mit der vierten Ausführungsform des
Fühlers gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 14 ein schematisches Diagramm zum Darstellen einer
fünften Ausführungsform eines Fühlers gemäß der
vorliegenden Erfindung;
Fig. 15 ein Schaltbild zum Darstellen eines spezifischen
Beispiels der in Fig. 14 gezeigten Schaltung;
Fig. 16 eine Querschnittsansicht zum Darstellen einer
sechsten Ausführungsform eines Fühlers gemäß der
vorliegenden Erfindung;
Fig. 17 ein Schaltbild zum Darstellen eines spezifischen
Beispiels der in Fig. 16 gezeigten Schaltung;
Fig. 18 eine Querschnittsansicht zum Darstellen einer
siebten Ausführungsform eines Fühlers gemäß der
vorliegenden Erfindung;
Fig. 19 eine perspektivische Ansicht zum Darstellen der
Relativpositionen des Hauptteils des Fühlers und
eines Drehelements aus Magnetmaterial bei der
siebten Ausführungsform gemäß der vorliegenden
Erfindung;
Fig. 21 eine Explosionsansicht zum Darstellen der internen
Struktur eines Hauptteils des Fühlers der siebten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 22 eine Querschnittsseitenansicht zum Darstellen eines
modifizierten Beispiels des Hauptteils des Fühlers
auf Basis der siebten Ausführungsform der
Erfindung;
Fig. 23 ein schematisches Diagramm zum Darstellen einer
achten Ausführungsform eines Fühlers gemäß der
vorliegenden Erfindung;
Fig. 24 eine Explosionsansicht zum Darstellen der internen
Struktur des Hauptteils des Fühlers der achten
Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 25 eine Querschnittsseitenansicht zum Darstellen eines
modifizierten Beispiels des Hauptteils des Fühlers
auf Basis der achten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 26 ein schematisches Diagramm zum Darstellen einer
neunten Ausführungsform eines Fühlers gemäß der
vorliegenden Erfindung;
Fig. 27 ein schematisches Diagramm zum Darstellen einer
zehnten Ausführungsform eines Fühlers gemäß der
vorliegenden Erfindung;
Fig. 28 eine Querschnittsseitenansicht zum Darstellen einer
elften Ausführungsform eines Fühlers gemäß der
vorliegenden Erfindung;
Fig. 29 eine perspektivische Ansicht zum Darstellen des
Hauptteils des Fühlers der elften Ausführungsform
gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 30 eine Querschnittsseitenansicht zum Darstellen eines
modifizierten Beispiels des Hauptteils des Fühlers
auf der Basis der elften Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung;
Fig. 31 eine Querschnittsseitenansicht zum Darstellen eines
zwölften Beisiels eines Fühlers gemäß der
vorliegenden Erfindung;
Fig. 32 ein schematisches Diagramm zum Darstellen eines
üblichen Fühlers;
Fig. 33 ein vereinfachtes Schaltbild des üblichen Fühlers;
Fig. 34 ein Signalformdiagramm zum Darstellen des die Fig.
33 betreffenden Betriebs; und
Fig. 35 ein Kennliniendiagramm zum Darstellen der
Veränderung des Widerstands einer üblichen MR-
Einrichtung relativ zur Stärke eines Magnetfelds.
Unter Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen wird der Fühler
gemäß der vorliegenden Erfindung in größerem Detail
nachfolgend im Zusammenhang mit der beiliegenden Figur
beschrieben.
Die 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.
Der Fühler enthält: eine Drehwelle 1; ein Drehelement aus
magnetischem Material 2, das als Magnetfeldveränderungs-
Induziervorrichtung dient, derart, daß das Drehelement aus
magnetischem Material 2 zumindest einen vorstehenden oder
ausgesparten Abschnitt aufweist, und das Drehelement aus
Magnetmaterial 2 so ausgebildet ist, daß es sich synchron mit
der Drehung der Drehwelle 1 dreht; ein Magnetfeld-
Abtastelement, beispielsweise eine magnetoresistive
Großeinrichtung/Großsignaleinrichtung 10 (vgl. giant
magnetoresistance device), die in radialer Richtung ausgehend
von dem Drehelement aus magnetischem Material 2 an einer
Stelle mit festgelegtem Abstand relativ zum Drehelement aus
Magnetmaterial 2 angeordnet ist; einen Magneten 4, der als
Magnetfeld-Erzeugungsvorrichtung dient, und zwar zum Zuführen
eines Magnetfelds zu der magnetoresistiven Großeinrichtung
10, und die magnetoresistive Großeinrichtung 10 enthält ein
magnetoresistives Muster 10a, das als Magnetfeld-Abtastmuster
dient, sowie eine Dünnfilmebene (Magnetfeld-Abtastebene) 10b.
Dreht sich das Drehelement aus Magnetmaterial 2, so verändert
sich das an der Magnetfeld-Abtastebene 10b der
magnetoresistiven Großeinrichtung 10 anliegende Magnetfeld,
und somit ändert sich der Widerstand des magnetoresistiven
Musters 10a in entsprechender Weise.
Bei diesem Fühler weist die magnetoresistive Großeinrichtung
10 eine Mehrschichtstruktur auf, die aus alternativ
aufgebrachten magnetischen Schichten und nichtmagnetischen
Schichten besteht, jeweils mit einer Dicke im Bereich von
einigen wenigen Å bis einigen wenigen 10 Å. Eine derartige
Mehrschichtstruktur ist als Übergitterstruktur bekannt, und
ein spezifisches Beispiel ist in einer Veröffentlichung
offenbart, die den Titel "Magnetoresistiver Effekt von
Mehrfachschichten" trägt, und die in Journal of Magnetics
Society of Japan, Bd. 15, Nr. 51991, Seiten 813-821,
veröffentlicht ist. Spezifische Strukturen enthalten
(Fe/Cr)n, (Permalloy/Cu/Co/Cu)n, (Co/Cu)n, usw. Diese
Übergitterstrukturen weisen einen erheblich größeren
magnetoresistiven Effekt (einer magnetoresistiven
Großeinrichtung) auf, als übliche magnetoresistive
Einrichtungen. Bei diesen magnetoresistiven Großeinrichtungen
mit einer Übergitterstruktur hängt der magnetoresistive
Effekt lediglich von dem Relativwinkel zwischen der
Magnetisierung benachbarter magnetischer Schichten ab, und
somit ist die Veränderung des Widerstands nicht von der
Richtung des externen magnetischen Felds abhängig, das
relativ zur Richtung des Stroms angelegt wird (diese
Eigenschaft wird als "Magnetfeldempfindlichkeit in der
gleichen Ebene" bezeichnet).
Im Hinblick auf die obige Darstellung wird bei der
vorliegenden Erfindung die Magnetfeld-Abtastebene zum
Detektieren der Veränderung des Magnetfelds im wesentlichen
mit magnetoresistiven Großeinrichtungen 10 gebildet, und
Elektroden sind so gebildet, daß die zugeordneten
magnetoresistiven Großeinrichtungen derart verbunden sind,
daß sie eine Brückenschaltung bilden. Zwei entgegengesetzte
Knoten der Brückenschaltung sind mit einer
Konstantspannungsquelle oder einer Konstantstromquelle derart
verbunden, daß die Veränderung bei dem Widerstand der
magnetoresistiven Großeinrichtungen 10 in die Veränderung
einer Spannung umgesetzt wird, wodurch die Veränderung des an
den magnetoresistiven Großeinrichtungen 10 anliegenden
Magnetfelds detektiert wird.
Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die Filmdicken der
magnetischen und nichtmagnetischen Schichten in dem Bereich
von einigen Å bis einigen zehn Å so optimiert, daß die GMR-
Einrichtung 10 eine gewünschte Hysterese bei der Kennlinie
des Widerstands relativ zu dem anliegenden Magnetfeld
aufweist.
Wie in Fig. 4 gezeigt, weist eine GMR-Einrichtung dann keine
Hysterese auf, wenn sie eine Mehrschichtstruktur enthält, die
aus einer Co-Schicht mit einer Dicke von 15 Å und einer Cu-
Schicht mit einer Dicke von 9 Å besteht. Werden jedoch die
Dicken so modifiziert, daß die Co-Schicht eine Dicke von 15 Å
aufweist und die Cu-Schicht eine Dicke von 22 Å aufweist, so
zeigt die sich ergebende GMR-Einrichtung eine Hysterese bei
der Kennlinie des Widerstands relativ zu dem anliegenden
Magnetfeld auf.
Die Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild zum Darstellen des
Aufbaus des Fühlers, bei dem die oben beschriebene
magnetoresistive Großeinrichtung mit Hysterese eingesetzt
wird.
Der Fühler enthält: eine Wheatstone-Brückenschaltung 11A mit
magnetoresistiven Großeinrichtungen, die mit festgelegter
Distanz beabstandet zu dem Drehelement aus Magnetmaterial 2
so angeordnet sind, daß ein Magnetfeld von einem Magneten 2
ausgehend an den magnetoresistiven Großeinrichtungen anliegt;
einen Differenzialverstärker 12 zum Verstärken des
Ausgangssignals der Wheatstone-Brückenschaltung 11A, eine
Wechselstrom-Kopplungsschaltung 20 zum Blockieren der
Gleichstromkomponente des Ausgangssignals des
Differenzialverstärkers 12, einem Komparator 13 zum
Vergleichen des Ausgangssignals der Wechselstrom-
Kopplungsschaltung 20 mit einem Referenzwert und 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 präzise/steil verlaufenden ansteigenden und fallenden
Flanken zu dem Ausgangsanschluß 15. Die obige Wheatstone-
Brückenschaltung 11A, der Differenzialverstärker 12, der
Komparator 13 und die Signalform-Formgebungsschaltung 14
bilden eine Signalform-Verarbeitungsvorrichtung.
Fig. 3 zeigt ein Schaltbild zum Darstellen eines spezifischen
Beispiels der in Fig. 2 gezeigten Schaltung.
Die Wheatstone-Brückenschaltung 11A enthält Zweige 10A, 10B,
10C und 10D, die jeweils mit einer magnetoresistiven
Großeinrichtung gebildet sind. Ein Ende der magnetoresistiven
Großeinrichtung 10A und ein Ende der magnetoresistiven
Großeinrichtung 10C sind gemeinsam miteinander verbunden, und
der Knoten 16 zwischen diesen Einrichtungen 10A und 10C ist
mit dem Stromversorgungsanschluß Vcc verbunden. Ein Ende der
magnetoresistiven Großeinrichtung 10B und ein Ende der
magnetoresistiven Großeinrichtung 10D sind gemeinsam
miteinander verbunden, und der Knoten 17 zwischen diesen
Einrichtungen 10B und 10D ist geerdet. Die anderen Enden der
magnetoresistiven Großeinrichtungen 10A und 10B sind mit
einem Knoten 18 verbunden, wohingehend die anderen Enden der
magnetoresistiven Großeinrichtungen 10C und 10D mit einem
Knoten 19 verbunden sind.
Der Knoten 18 der Wheatstone-Brückenschaltung 11A 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,
und der nicht invertierende Eingang des Verstärkers 12a ist
ferner über einen Widerstand mit einem Spannungsteiler
verbunden, der eine Referenzspannungsversorgung bildet.
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 Ausgangsanschluß des Komparators 13 ist weiterhin mit der
Basis eines Transistors 14a verbunden. Der Kollektor des
Transistors 14a ist mit dem Ausgangsanschluß 15 verbunden,
und ebenfalls über einen Widerstand mit einem
Stromversorgungsanschluß Vcc. Der Emitter des Transistors 14a
ist geerdet.
Zunächst wird der Betrieb nachfolgend unter Bezug auf die
Fig. 5 beschrieben.
Dreht sich das Drehelement aus magnetischem Material 2, so
verändert sich das an den magnetoresistiven Großeinrichtungen
10A bis 10D anliegende Magnetfeld in Ansprechen auf das
Vorbeiführen der vorstehenden und ausgesparten Abschnitte des
Drehelements aus magnetischem Material 2, wie in Fig. 5a
gezeigt, und das an den magnetoresistiven Großeinrichtungen
10A und 10D anliegende Magnetfeld weist tatsächlich eine
entgegengesetzte Phase zu denjenigen auf, das an den
magnetoresistiven Großeinrichtungen 10B und 10C anliegt. Die
obige Veränderung des Magnetfelds wird durch die
magnetoresistiven Einrichtungen 10A und 10D detektiert, und
ebenso durch die magnetoresistive Einrichtungen 10B und 10C,
und die Phase des durch die magnetoresistiven Einrichtungen
10A und 10D detektierten Magnetfelds wird umgekehrt zu
derjenigen des durch die magnetoresistiven Einrichtungen 10B und 10C
detektierten. Im Ergebnis wird die Gesamtamplitude
der Veränderung des Magnetfelds tatsächlich viermal größer
als diejenige, die sich mit einer einzigen magnetoresistiven
Großeinrichtung erfassen läßt.
Eine entsprechende Veränderung des Widerstands tritt bei
jeder magnetoresistiven Großeinrichtung auf. Somit weisen die
magnetoresistiven Großeinrichtungen 10A und 10D maximalen und
minimalen Widerstand an Stellen auf, die im Hinblick auf die
Phase entgegengesetzt zu denjenigen sind, bei denen die
magnetoresistiven Großelemente 10B und 10D maximalen und
minimalen Widerstand aufweisen. Im Ergebnis verändern sich
auch die Spannungen bei den Knoten 18 und 19
(Mittelpunktspannungen) der Wheatstone-Brückenschaltung 11A
in ähnlicher Weise.
Im Fall der GMR-Einrichtung, die eine Hysterese bei der
Kennlinie des Widerstands bezogen auf das anliegende
Magnetfeld aufweist, verläuft, wie sich anhand von Fig. 4
erkennen läßt, dann, wenn ein vorstehender Abschnitt des
Drehelements 2 aus magnetischem Material die am nächsten bei
der GMR-Einrichtung 10A liegende Stelle erreicht, die
Richtung des Magnetfelds rechtwinklig zu der Magnetfeld-
Abtastebene der GMR-Einrichtung (und die Stärke des
Magnetfelds nimmt ab). In diesem Zustand weist die GMR-
Einrichtung 10A einen Widerstand von R₁ auf. Erreicht
andererseits ein ausgesparter Abschnitt des Drehelements 2
aus magnetischem Material die Stelle, die am nächsten an der
GMR-Einrichtung 10A liegt, so weist das Magnetfeld einen
bestimmten Winkel zu der Magnetfeld-Abtastebene der GMR-
Einrichtung 10A auf (die Stärke des Magnetfelds nimmt zu). In
diesem Zustand weist die GMR-Einrichtung 10A einen Widerstand
von R₀ auf (< R₁) auf.
Entsprechend verläuft dann, wenn ein vorstehender Abschnitt
des Drehelements 2 aus magnetischem Material die Stelle
erreicht, die am nächsten an der GMR-Einrichtung 10B liegt,
die Richtung des Magnetfelds rechtwinklig zu der Magnetfeld-
Abtastebene der GMR-Einrichtung 10B (die Stärke des
Magnetfelds nimmt ab), und deren Widerstand wird R1-1.
Andererseits weist dann, wenn ein ausgesparter Abschnitt des
Drehelements 2 aus magnetischem Material die Stelle erreicht,
die am nächsten an der GMR-Einrichtung 10B liegt, das
Magnetfeld einen bestimmten Winkel zu der Magnetfeld-
Abtastebene der GMR-Einrichtung 10B auf (die Stärke des
Magnetfelds nimmt zu), und deren Widerstand wird R0-1
(< R1-1). Auch die anderen GMR-Einrichtungen 10C und 10D
verhalten sich in ähnlicher Weise.
Demnach weist dann, wenn die Wheatstone-Brückenschaltung 11
mit derartigen GMR-Einrichtungen aufgebaut ist, das
Ausgangssignal der Wheatstone-Brückenschaltung 11A, das als
Mittelpunktspannung VN zwischen den Knoten 18 und 19
auftritt, eine Differenz zwischen den vorstehenden und
ausgesparten Abschnitten des Drehelements 2 aus magnetischem
Material auf, wie sie in Fig. 4 gezeigt ist.
Die Differenz der Mittenpunktspannung wird durch den
Differenzialverstärker 12 verstärkt. Wie in Fig. 5b gezeigt,
gibt der Differenzialverstärker 12 ein Signal entsprechend
den vorstehenden und ausgesparten Abschnitten des
Drehelements 2 aus magnetischem Material aus, das in Fig. 5a
gezeigt ist. Somit ist das Ausgangssignal des
Differenzialverstärker 12 im wesentlichen viermal größer als
dasjenige, das durch eine einzige GMR-Einrichtung erhalten
wird.
Das Ausgangssignal dieses Differenzialverstärkers 12 wird
einem Komparator 13 zugeführt, damit ein Vergleich mit der
Referenzspannung Vτ₃ (die den oben beschriebenen Werten Vτ₁,
Vt₂ entspricht) durchgeführt wird. 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 und mit steil verlaufenden ansteigenden und
fallenden Flanken über den Ausgangsanschluß 15
bereitgestellt, wie in Fig. 5c gezeigt.
Somit kann der Komparator 13 den Momentanwert des
Ausgangssignals des Differenzialverstärker 12 gemäß den
vorstehenden und ausgesparten Abschnitten des Drehelements 2
aus magnetischem Material mit dem Referenzwert Vτ₃
vergleichen, unabhängig von den Flanken bei einem
Ausgangssignal. Dies bedeutet, daß der Differenzialverstärker
12 mit der Bereitstellung eines Ausgangssignals, das präzise
den vorstehenden und ausgesparten Abschnitten des
Drehelements 2 aus magnetischem Material entspricht, beginnen
kann, sobald die elektrische Energieversorgung angeschaltet
ist.
Obgleich bei dieser spezifischen Ausführungsform die mit den
GMR-Einrichtungen aufgebaute Wheatstone-Brückenschaltung
eingesetzt wird, lassen sich andere ähnliche
Brückenschaltungsaufbauten ebenfalls einsetzen.
Bei der vorliegenden Ausführungsform sind, wie beschrieben,
die Filmdicken der magnetischen und nichtmagnetischen
Schichten zum Aufbauen der Mehrschichtstruktur der GMR-
Einrichtung so optimiert, daß die GMR-Einrichtung eine
gewünschte Hysterese bei der Kennlinie des Widerstands
bezogen auf das anliegende Magnetfeld aufweist.
Aufgrund der Hysterese der GMR-Einrichtung tritt bei der
Wheatstone-Brückenschaltung eine Differenz bei dem
Ausgangssignalpegel zwischen den vorstehenden und
ausgesparten Abschnitten des Drehelements aus Magnetmaterial
auf. Hierdurch ist es möglich, ein Ausgangssignal zu
erhalten, das präzise den vorstehenden und ausgesparten
Abschnitten des Drehelements aus magnetischem Material
entspricht, und zwar unmittelbar dann, wenn die elektrische
Energieversorgung des Fühlers angeschaltet ist, d. h., es ist
möglich, einen Momentanstartbetrieb mit hoher Zuverlässigkeit
zu erzielen.
Ferner basiert die Detektion der vorstehenden und
ausgesparten Abschnitte des Drehelements aus magnetischem
Material im wesentlichen auf der Detektion des Momentanwerts
des Ausgangssignals des Differenzialverstärkers. Demnach ist
es bei der vorliegenden Ausführungsform nicht erforderlich,
die Flanken der vorstehenden und ausgesparten Abschnitte zu
detektieren, und somit ist die Halteschaltung nicht mehr
länger erforderlich.
Fig. 6 zeigt ein schematisches Diagramm zum Darstellen einer
zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und deren
Seitenansicht und Draufsicht sind jeweils in Fig. 6a und 6b
gezeigt.
Bei der oben beschriebenen ersten Ausführungsform ist die
Wheatstone-Brücke mit GMR-Einrichtungen aufgebaut, die eine
Hysterese bei der Kennlinie des Widerstands bezogen auf das
anliegende Magnetfeld aufweisen. Im Gegensatz hierzu sind bei
der vorliegenden Ausführungsform die GMR-Einrichtungen derart
angeordnet, daß eine Abweichung zwischen der Mitte der
Magnetfeld-Abtastebene der GMR-Einrichtung und der Mitte des
Magneten derart vorliegt, daß der Abtastbetrieb tatsächlich
bei einem Betriebspunkt mit einer größeren Hysterese auftritt,
wie in Fig. 7 gezeigt.
Insbesondere ist, wie in Fig. 6b gezeigt, die GMR-Einrichtung
10 derart angeordnet, daß die Mitte der Magnetfeld-
Abtastebene 10b der GMR-Einrichtung gegenüber dem Zentrum des
Magneten 4 um einen festgelegten Umfang L₁ verschoben ist,
beispielsweise entlang einer entgegengesetzt zur Drehrichtung
des sich drehenden Elements 3 aus Magnetmaterial verlaufenden
Richtung. Der spezielle Wert von L₁ liegt vorzugsweise in dem
Bereich von 0,1 bis 10 mm, während der optimale Wert von der
Größe der GMR-Einrichtung abhängt. Mit Ausnahme des obigen
Punkts, ist der Aufbau der vorliegenden Ausführungsform
ähnlich zu dem in Fig. 1 gezeigten, und auch der
Schaltungsaufbau ist ähnlich zu dem in Fig. 2 oder 3
gezeigten. Demnach erfolgt auch ein Bezug auf diese Figuren
in der folgenden Beschreibung der vorliegenden
Ausführungsform.
Zunächst wird der Betrieb nachfolgend unter Bezug auf die
Fig. 8 beschrieben.
Dreht sich das Drehelement aus magnetischem Material 2, so
verändert sich das an den magnetoresistiven Großeinrichtungen
10A bis 10D anliegende Magnetfeld in Ansprechen auf das
Vorbeiführen der vorstehenden und ausgesparten Abschnitte des
Drehelements aus magnetischem Material 2, wie in Fig. 8a
gezeigt, und das an den magnetoresistiven Einrichtungen 10A
und 10D anliegende Magnetfeld ist tatsächlich im Hinblick auf
die Phase entgegengesetzt zu demjenigen, das an den
magnetoresistiven Einrichtungen 10B und 10C anliegt. Die
obige Änderung 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 wird umgekehrt zu der
durch die magnetoresistiven Einrichtungen 10B und 10C
detektierten. Im Ergebnis wird die Gesamtamplitude der
Veränderung des Magnetfelds tatsächlich viermal größer als
diejenige, die sich durch eine einzige magnetoresistive
Großeinrichtung erfassen läßt.
Eine entsprechende Veränderung des Widerstands tritt bei
jeder magnetoresistiven Großeinrichtung auf. Demnach weisen
die magnetoresistiven Großeinrichtungen 10A und 10D einen
maximalen und minimalen Widerstand bei Stellen auf, die im
Hinblick auf die Phase entgegengesetzt zu denjenigen sind, an
denen die magnetoresistiven Großelemente 10B und 10C maximale
und minimale Widerstände aufweisen. Im Ergebnis verändern
sich die Spannungen bei den Knoten 18 und 19
(Mittenpunktspannungen) der Wheatstone-Brückenschaltung 11A
ebenfalls in ähnlicher Weise.
Bei dem Ausgangssignal der GMR-Einrichtung, bei dem eine
Hysterese in der Widerstandskennlinie relativ zu dem
anliegenden Magnetfeld vorliegt, tritt eine Differenz in dem
Widerstandsveränderungsbereich auf, wie in Fig. 7 gezeigt,
und zwar zwischen den GMR-Einrichtungen 10A, 10D und den GMR-
Einrichtungen 10C, 10B, obgleich die GMR-Einrichtungen 10A
bis 10D selbst im wesentlichen in der gleichen Weise wie in
Fig. 4 gezeigt betrieben werden.
Somit führt die Abweichung der Zentrumstelle der Magnetfeld-
Abtastebene der GMR-Einrichtung relativ zu dem Zentrum den
Magneten, wie in Fig. 7 gezeigt, zu einer größeren Differenz
bei dem als Mittenpunktspannung (VN1 (< VN) bei den Knoten 18,
19 der Wheatstone-Brückenschaltung 11A bereitgestellten
Ausgangssignal, und zwar zwischen dem Signal entsprechend den
vorstehenden Abschnitten und denjenigen entsprechend den
ausgesparten Abschnitten des Drehelements 2 aus magnetischem
Material.
Die Differenz der Mittenpunktspannung wird durch den
Differenzialverstärker 12 verstärkt. Wie in Fig. 8b gezeigt,
gibt der Differenzialverstärker 12 ein Signal entsprechend
den vorstehenden und ausgesparten Abschnitten des
Drehelements 2 aus magnetischem Material aus, das in Fig. 8a
gezeigt ist. Somit ist das Ausgangssignal des
Differenzialverstärker 12 im wesentlichen viermal größer als
dasjenige, das durch eine einzige GMR-Einrichtung erhalten
wird.
Das Ausgangssignal dieses Differenzialverstärker 12 wird dem
Komparator 13 zugeführt, damit ein Vergleich mit der
Referenzspannung Vτ₃ erfolgt (der den oben beschriebenen
Werten Vτ₁, Vt₂ entspricht). 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 fallenden Flanken über
den Ausgangsanschluß 15 bereitgestellt, wie in Fig. 8c
gezeigt.
Demnach kann der Komparator 13 den Momentanwert des
Ausgangssignals des Differenzialverstärkers 12 entsprechend
den vorstehenden und ausgesparten Abschnitten des
Drehelements 2 aus magnetischem Material mit dem Referenzwert
Vτ₃ vergleichen, unabhängig von den Flanken des
Ausgangssignals. Dies bedeutet, daß der
Differenzialverstärker 12 mit der Bereitstellung eines
Ausgangssignals, das präzise der vorstehenden und ausgesparten
Abschnitten des Drehelements 2 aus Magnetmaterial entspricht,
unmittelbar dann beginnen kann, wenn die elektrische
Energieversorgung angeschaltet wird.
Obgleich bei dieser spezifischen Ausführungsform eine mit den
GMR-Einrichtungen aufgebaute Wheatstone-Brückenschaltung
eingesetzt wird, können ähnliche Brückenschaltungsaufbauten
ebenfalls eingesetzt werden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist, wie oben
beschrieben, die GMR-Einrichtung mit einer
Mehrschichtstruktur, bestehend aus magnetischen und
nichtmagnetischen Schichten, deren Dicke so optimiert ist,
daß die Widerstandskennlinien relativ zu dem anliegenden
Magnetfeld eine gewünschte Hysterese aufweisen, derart
angeordnet, daß das Zentrum der Magnetfeld-Abtastebene
bezogen auf das Zentrum des Magneten verschoben ist, wodurch
eine größere Hysterese erreicht wird. Hierdurch ist es
möglich, eine größere Differenz bei dem Ausgangssignal der
Wheatstone-Spannung zwischen den vorstehenden Abschnitten und
den ausgesparten Abschnitten des Drehelements aus
magnetischem Material zu erhalten. Im Ergebnis kann der
Fühler dann, wenn die elektrische Energie für den Fühler
angeschaltet wird, unmittelbar einen korrekten Betrieb
starten und ein Ausgangssignal bilden, das präzise den
vorstehenden und ausgesparten Abschnitten des Drehelements
aus Magnetmaterial entspricht. Somit weist der Fühler gemäß
der vorliegenden Ausführungsform eine Momentanstartfähigkeit
mit hoher Zuverlässigkeit auf.
Ferner basiert die Detektion der vorstehenden und
ausgesparten Abschnitte des Drehelements aus magnetischem
Material im wesentlichen auf der Detektion des Momentanwerts
des Ausgangssignals des Differenzialverstärkers. Demnach ist
es bei der vorliegenden Ausführungsform nicht erforderlich,
die Flanken der vorstehenden und ausgesparten Abschnitte zu
detektieren, und somit ist die Halteschaltung nicht mehr
länger erforderlich.
Ferner ist es möglich, einen größeren Ausgangssignalpegel bei
dem Detektionsbetrieb zu erhalten. Dies führt zu einer
Verbesserung der Detektionsgenauigkeit, und dies führt auch
zu einer hohen Beständigkeit gegenüber einem externen
Rauschen oder einem hohen Signal/Rausch-Abstand.
Die Fig. 9 zeigt ein schematisches Diagramm zum Ausführen
einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und
deren Seitenansicht und Draufsicht sind jeweils in Fig. 9a
und 9b gezeigt.
Bei der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform ist die
GMR-Einrichtung mit einer Hysterese bei der
Widerstandskennlinie relativ zu dem anliegenden Magnetfeld so
angeordnet, daß das Zentrum der Magnetfeld-Abtastebene der
GMR-Einrichtung relativ zu dem Zentrum des Magneten entlang
einer Richtung verschoben ist, die entgegengesetzt zu der
Drehrichtung des Drehelements aus magnetischem Material
verläuft. Im Gegensatz hierzu ist bei der vorliegenden
Ausführungsform die GMR-Einrichtung entlang derselben
Richtung wie die Drehrichtung des Drehelements aus
magnetischem Material so verschoben, daß der Abtastbetrieb
mit einem größeren Hysteresepunkt auftritt, wie in Fig. 10
gezeigt.
Insbesondere ist, wie in Fig. 9b gezeigt, die GMR-Einrichtung
10 so angeordnet, daß das Zentrum der Magnetfeld-Abtastebene
10b der GMR-Einrichtung beispielsweise gemäß einem
festgelegten Umfang L₂ von dem Zentrum des Magneten 4 in
einer Richtung verschoben ist, die entgegengesetzt zu der
Drehrichtung des Drehelements 2 aus Magnetmaterial verläuft.
Der spezielle Wert von L₂ vorzugsweise ein dem Bereich von
0,1 bis 10 mm, während der optimale Wert von der Größe der
GMR-Einrichtung abhängt. Mit Ausnahme des obigen Punkts ist
der Aufbau der vorliegenden Ausführungsform ähnlich zu dem in
den Fig. 1 und 6 gezeigten und auch der Schaltungsaufbau ist
ähnlich zu dem in Fig. 2 oder 3 gezeigten. Demnach erfolgt
auch ein Bezug auf diese Figuren in der folgenden
Beschreibung der vorliegenden Ausführungsform. Mit der
Ausnahme, daß die Widerstandsveränderungsbereiche der GMR-
Einrichtungen 10A, 10D Eigenschaften aufweisen, die umgekehrt
zu denjenigen der GMR-Einrichtungen 10C, 10B sind, wie in
Fig. 7 und 10 gezeigt, ist der Betrieb der vorliegenden
Ausführungsform ähnlich zu demjenigen der obigen
Ausführungsformen.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist, wie oben
beschrieben, die GMR-Einrichtung mit einer
Mehrschichtstruktur, bestehend aus magnetischen und
nichtmagnetischen Schichten, deren Dicken so optimiert sind,
daß die Kennlinie des Widerstands relativ zu dem anliegenden
Magnetfeld eine gewünschte Hysterese aufweist, derart
angeordnet, daß das Zentrum der Magnetfeld-Abtastebene
gegenüber dem Zentrum des Magneten verschoben ist, wodurch
eine größere Hysterese erreicht wird. Hierdurch ist es
möglich, eine größere Differenz bei dem Ausgangssignal der
Wheatstone-Spannung zwischen den vorstehenden Abschnitten und
den ausgesparten Abschnitten des Drehelements aus
magnetischem Material zu erreichen. Im Ergebnis kann dann,
wenn die elektrische Energieversorgung des Fühlers
angeschaltet wird, der Fühler unmittelbar mit dem korrekten
Betrieb starten und ein Ausgangssignal bereitstellen, das
präzise den vorstehenden und ausgesparten Abschnitten des
Drehelements aus Magnetmaterial entspricht. Somit weist der
Fühler gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine
Momentanstartfähigkeit hoher Zuverlässigkeit auf.
Ferner basiert die Detektion vorstehender ausgesparter
Abschnitte des Drehelements aus magnetischem Material im
wesentlichen auf der Detektion des Momentanwerts des
Ausgangssignals des Differenzialverstärkers. Demnach ist es
bei der vorliegenden Ausführungsform nicht erforderlich, die
Flanken der vorstehenden und ausgesparten Abschnitte zu
detektieren, und somit ist die Halteschaltung nicht mehr
länger erforderlich.
Ferner ist es möglich, einen größeren Ausgangssignalpegel bei
dem Detektionsbetrieb zu erhalten. Dies führt zu einer
Verbesserung der Detektionsgenauigkeit, und dies führt auch
zu einer hohen Beständigkeit gegenüber externem Rauschen oder
einem hohen Signal/Rausch-Abstand.
Die Fig. 11 zeigt ein Blockschaltbild zum Darstellen einer
vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der
ähnliche Elemente und Teile, wie sie in Fig. 2 gezeigt sind,
anhand ähnlicher Bezugszeichen gekennzeichnet sind, und sie
werden hier nicht weiter detailliert beschrieben. Bei der
vorliegenden Ausführungsform sind die GMR-Einrichtung und das
Drehelement aus magnetischem Material in ähnlicher Weise wie
bei der oben im Zusammenhang mit der Fig. 1 beschriebenen
Ausführungsform angeordnet, und deshalb wird die Struktur im
Hinblick auf die Relativposition hier nicht weiter
beschrieben.
Die Fig. 11 zeigt ein Blockschaltbild zum Darstellen eines
Fühlers, bei dem die oben erwähnte GMR-Einrichtung eingesetzt
wird.
Der Fühler enthält: eine Wheatstone-Brückenschaltung 11A mit
einer GMR-Einrichtung, die mit festgelegter Distanz
beabstandet zu einem Drehelement 2 aus magnetischem Material
so angeordnet ist, daß ein Magnetfeld ausgehend von einem
Magneten an der GMR-Einrichtung anliegt; einen
Differenzialverstärker 12 zum Verstärken des Ausgangssignals
der Wheatstone-Brückenschaltung 11A; eine Wechselstrom-
Kopplungsschaltung 20, die als Mittel zum Blockieren des
Gleichstromanteils bei dem Ausgangssignal des
Differenzialverstärkers dient und lediglich den
Wechselstromanteil weiterleitet; einen Komparator 13 zum
Vergleichen des Ausgangssignals der Wechselstrom-
Kopplungsschatung 20 mit einem Referenzwert und zum Ausgeben
eines Signals mit einem "0"- oder einem "1"-Pegel in
Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnis; eine Anschalt-
Detektorschaltung 21 zum Detektieren eines Anschaltbetriebs
auf der Basis des Ausgangssignals des Differenzialverstärkers
12; eine Anschalt-Detektorschaltung 21 zum Detektieren eines
Anschaltbetriebs auf Basis des Ausgangssignals des
Differenzialverstärkers 12; eine Umschalt-Schaltung 22 zum
Auswählen entweder des Ausgangssignals des Komparators 13
oder des Ausgangssignals der Anschalt-Detektorschaltung 21
und zum Ausgeben des ausgewählten Ausgangssignals; eine
Signalform-Formgebungsschaltung 14 für die Formung der
Signalform des Ausgangssignals der Umschalt-Schaltung 22 und
zum Zuführen eines "0"- oder "1"-Signals mit steil
verlaufenden ansteigenden und fallenden Flanken zu dem
Ausgangsanschluß 15. Bei dem obigen Aufbau des Fühlers bilden
die Wheatstone-Brückenschaltung 11A, der
Differenzialverstärker 12, der Komparator 13 und die
Signalform-Formgebungsschaltung 14 eine erste
Detektorvorrichtng und die Wheatstone-Brückenschaltung 11A,
der Differenzialverstärker 12 und die Anschalt-
Detektorschaltung 21 eine zweite Detektorvorrichtung.
Fig. 12 zeigt ein Schaltbild zum Darstellen eines
spezifischen Beispiels der in Fig. 11 gezeigten Schaltung.
Die Wheatstone-Brückenschaltung 11A enthält Zweige 10A, 10B,
10C und 10D, die mit einer magnetoresistiven Großeinrichtung
gebildet sind. Ein Ende der magnetoresistiven Großeinrichtung
10A und ein Ende der magnetoresistiven Großeinrichtung 10C
sind gemeinsam miteinander verbunden, und der Knoten 16
zwischen diesen Einrichtungen 10A und 10C ist mit dem
Stromversorgungsanschluß Vcc verbunden. Ein Ende der
magnetoresistiven Großeinrichtung 10B und ein Ende der
magnetoresistiven Großeinrichtung 10D sind miteinander
verbunden, und der Knoten 17 zwischen diesen Einrichtungen
10B und 10D ist geerdet. Die anderen Enden der
magnetoresistiven Großeinrichtungen 10A und 10B sind mit
einem Knoten 18 verbunden, während die anderen Enden der
magnetoresistiven Großeinrichtungen 10C und 10D mit einem
Knoten 19 verbunden sind.
Der Knoten 18 der Wheatstone-Brückenschaltung 11A 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 nicht
invertierenden Eingang des Verstärkers 12a verbunden, und der
nicht invertierende Eingang des Verstärkers 12a ist ferner
über einen Widerstand mit einem Spannungsteiler verbunden,
der eine Referenzenergieversorgung bildet.
Der Ausgangsanschluß des Verstärkers 12a ist mit dem
invertierenden Eingangsanschluß des Komparators 13 über die
Wechselstrom-Kopplungsschaltung 20 verbunden, die
beispielsweise durch eine Kapazität realisiert ist. Der nicht
invertierende Eingangsanschluß des Komparators 13 ist mit
einer Spannungsteilerschaltung verbunden, die mit
Widerständen aufgebaut ist, damit sie als
Referenzspannungsquelle dient. Der nicht invertierende
Eingangsanschluß des Komparators 13 ist auch mit dem
Ausgangsanschluß des Komparators 13 selbst über einen anderen
Widerstand verbunden. Der Ausgangsanschluß des Verstärkers
12a des Differenzialverstärkers 12 ist mit dem invertierenden
Eingangsanschluß des Verstärkers 21a der Anschalt-
Detektorschaltung 21 verbunden. Der nicht invertierende
Eingangsanschluß des Verstärkers 21a ist mit dem Knoten der
Spannungsteilerwiderstände 21b und 21c verbunden, die
zwischen dem Stromversorgungsanschluß Vcc und Masse angeordnet
sind.
Der Ausgangsanschluß des Komparators 13 ist mit dem festen
Anschluß a der Umschalt-Schaltung 22 verbunden. Der
Ausgangsanschluß der Anschalt-Detektorschaltung 21 ist mit
dem festen Anschluß b der Umschalt-Schaltung 22 verbunden.
Der bewegliche Anschluß c der Umschalt-Schaltung 22 Umschalt-
Schaltung 22 ist mit der Basis des Transistors 14a der
Signalform-Formgebungsschaltung 14 verbunden. Der Kollektor
des Transistors 14a ist mit dem Ausgangsanschluß 15
verbunden. Der Kollektor des Transistors 14a ist auch mit dem
Stromversorgungsanschluß Vcc über einen Widerstand verbunden.
Der Emitter des Transistors 14a ist geerdet. Ist die
elektrische Energieversorgung angeschaltet, d. h. liegt der
Fall vor, daß der angeschaltete Betrieb durch die Anschalt-
Detektorschaltung detektiert wird, so ist die Umschalt-
Schaltung 22 so geschaltet, daß der feste Anschluß b
ausgewählt ist. Ist hiernach eine festgelegte Zeitdauer
verstrichen, so wird die Umschalt-Schaltung 22 automatisch zu
dem festen Anschluß a umgeschaltet.
Zunächst wird der Betrieb nachfolgend unter Bezug auf die
Fig. 13 beschrieben.
Dreht sich das Drehelement aus magnetischem Material 2, so
verändert sich das an den magnetoresistiven Großeinrichtungen
10A bis 10D anliegende Magnetfeld in Ansprechen auf das
Vorbeiführen der vorstehenden und ausgesparten Abschnitte des
Drehelements aus magnetischem Material 2, wie in Fig. 13a
gezeigt, und das an den magnetoresistiven Einrichtungen 10A
und 10D anliegende Magnetfeld ist tatsächlich im Hinblick auf
die Phase entgegengesetzt zu demjenigen, da an die
magnetoresistiven Einrichtungen 10B und 10C anliegt. Die
obige Veränderung des Magnetfelds wird durch die
magnetoresistiven Einrichtungen 10A und 10B detektiert, und
ebenso durch die magnetoresistiven Einrichtungen 10B und 10D,
und die Phase des durch die magnetoresistiven Einrichtungen
10A und 10D detektierten Magnetfelds wird umgekehrt zu
derjenigen, die durch die magnetoresistiven Einrichtungen 10B
und 10D detektiert wird. Im Ergebnis wird die Gesamtgröße der
Veränderung des Magnetfelds tatsächlich viermal größer als
diejenige, die sich durch eine einzige magnetoresistive
Großeinrichtung erfassen läßt.
Eine entsprechende Veränderung des Widerstands tritt bei
jeder magnetoresistiven Großeinrichtung auf. Demnach weisen
die magnetoresistiven Großeinrichtungen 10A und 10D maximale
und minimale Widerstände an 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
die Spannungen bei den Knoten 18 und 19
(Mittenpunktspannungen) der Wheatstone-Brückenschaltung 11A
ebenfalls in ähnlicher Weise.
Die Differenz bei der Mittenpunktspannung wird durch den
Differenzialverstärker 12 verstärkt. Wie in Fig. 13b gezeigt,
gibt der Differenzialverstärker 12 ein Signal VD0
entsprechend den vorstehenden und ausgesparten Abschnitten
des Drehelements 2 aus magnetischem Material aus, wie in Fig.
13a gezeigt. Somit ist das Ausgangssignal des
Differenzialverstärkers 12 im wesentlichen viermal größer als
dasjenige, das durch eine einzige GMR-Einrichtung erhalten
wird.
Das Ausgangssignal des Differenzialverstärker 12 wird dem
invertierenden Eingangsanschluß des Verstärkers 21a der
Anschalt-Detektorschaltung 21 zugeführt, damit ein Vergleich
mit einem Referenzwert Vτ₀ erfolgt, der an den nicht
invertierenden Eingangsanschluß ausgehend von den
Spannungsteilerwiderständen 21b und 21c abgegeben wird. Ist
der Pegel des Ausgangssignals des Differenzialverstärkers 12
größer als derjenige des Referenzwerts Vτ₀, so erzeugt die
Anschalt-Detektorschaltung 21 ein Ausgangssignal VP0 mit
hohem Pegel, wie in Fig. 13(c) gezeigt. Das Ausgangssignal
VP0 wird der Signalform-Formgebungsschaltung 14 über den
festen Anschluß b der Umschalt-Schaltung 22 zugeführt. Die
Signalform-Formgebungsschaltung 14 formt die empfangene
Signalform um und gibt das sich ergebende Signal an den
Ausgangsanschluß 15 aus. Hierdurch ist es möglich, ein
Ausgangssignal zu erhalten, das präzise den vorstehenden und
ausgesparten Abschnitten des Drehelements aus magnetischem
Material entspricht, sobald die elektrische Energieversorgung
des Fühlers angeschaltet ist, d. h. es ist möglich, einen
Momentanstartbetrieb mit hoher Zuverlässigkeit zu erzielen.
Wie oben beschrieben, wird die Umschalt-Schaltung 22 zu dem
festen Anschluß a umgeschaltet, wenn eine festgelegte
Zeitdauer nach der Detektion des Anschaltens der elektrischen
Energie verstrichen ist. Deshalb wird hiernach der
Gleichstromanteil (Ersatzanteil) bei dem Ausgangssignal VD0
des Differenzialverstärkers 12 durch die Wechselstrom-
Kopplungsschaltung 22 blockiert, und somit enthält das sich
ergebende Ausgangssignal VA0 lediglich einen
Wechselstromanteil, wie in Fig. 13(e) gezeigt. In Fig. 13(e)
kennzeichnet V₃ die Referenzspannung der Wechselstrom-
Kopplungsschaltung 20, und V₃ ist im wesentlichen gleich 0 V.
Das Ausgangssignal VA0 der Wechselstrom-Kopplungsschaltung 20
wird dem Komparator 13 zugeführt, und es wird mit den
Referenzspannungen Vτ₁ und Vt₂ verglichen. Der Komparator 13
gibt ein "0"- oder ein "1"-Signal in Übereinstimmung mit dem
Vergleichsergebnis aus. Das sich ergebende Signal wird
anschließend der Signalform-Formgebungsschaltung 14 über den
festen Anschluß der Umschalt-Schaltung 22 zugeführt, so daß
dessen Signalform geformt wird. Im Ergebnis wird ein
Ausgangssignal mit einem "0"- oder einem "1"-Pegel mit steil
verlaufenden ansteigenden und fallenden Flanken über den
Ausgangsanschluß 15 erhalten, wie in Fig. 13(d) gezeigt.
Obgleich bei dieser spezifischen Ausführungsform eine mit
GMR-Einrichtungen aufgebaute Wheatstone-Brückenschaltung
eingesetzt wird, können andere ähnlichen
Brückenschaltungsaufbauten auch eingesetzt werden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird, wie oben
beschrieben, das Differenzausgangssignal der mit den GMR-
Einrichtungen aufgebauten Wheatstone-Brückenschaltung durch
den Differenzialverstärker verstärkt und anschließend dem
Komparator über die Wechselstrom-Kopplungsschaltung
zugeführt. Hierdurch ist gewährleistet, daß das
Ausgangssignal präzise den vorstehenden und ausgesparten
Abschnitten des Drehelements aus magnetischem Material über
den gesamten Betriebstemperaturbereich entspricht. Ferner
wird in dem Fall, in dem ein Anschaltbetrieb detektiert wird,
das Ausgangssignal der mit den GMR-Einrichtungen aufgebauten
Wheatstone-Brückenschaltung mit einer Hysterese der
Widerstandskennlinie bezogen auf das anliegende Magnetfeld
durch die Anschalt-Detektorschaltung verarbeitet, ohne daß
das Signal über die Wechselstrom-Kopplungsschaltung geführt
wird, wodurch es möglich ist, ein Ausgangssignal zu erhalten,
das präzise den vorstehenden und ausgesparten Abschnitten des
Drehelements aus magnetischem Material entspricht, und zwar
unmittelbar dann, wenn die elektrische Energieversorgung des
Fühlers angeschaltet wird, wodurch es möglich ist, einen
Momentanstartbetrieb mit hoher Zuverlässigkeit zu erzielen.
Ferner basiert die Detektion der vorstehenden und
ausgesparten Abschnitte des Drehelements aus magnetischem
Material im wesentlichen auf der Detektion des Momentanwerts
des Ausgangssignals des Differenzialverstärkers. Demnach ist
es bei der vorliegenden Ausführungsform nicht erforderlich,
die Flanken der vorstehenden und ausgesparten Abschnitte zu
detektieren, und somit ist die Halteschaltung nicht mehr
länger erforderlich.
Weiterhin kann bei dieser Ausführungsform die GMR-Einrichtung
auch derart angeordnet sein, daß eine Abweichung zwischen dem
Zentrum der Magnetfeld-Abtastebene der GMR-Einrichtung und
dem Zentrum des Magneten vorliegt, damit eine größere
Differenz bei dem Ausgangssignal der Wheatstone-
Brückenschaltung zwischen den vorstehenden und ausgesparten
Abschnitten des Drehelements aus Magentmaterial erhalten
wird, wodurch für den Fühler ein Betrieb bei einem
Betriebspunkt mit einer größeren Hysterese möglich ist.
Fig. 14 zeigt ein Blockschaltbild zum Darstellen einer
fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der
im Vergleich zu Fig. 11 ähnliche Elemente und Teile durch
ähnliche Bezugszeichen gekennzeichnet sind, und diese werden
hier nicht weiter detailliert beschrieben. Bei der
vorliegenden Ausführungsform sind die GMR-Einrichtung und das
Drehelement aus magnetischem Material so angeordnet, daß sie
Relativpositionen ähnlich zu den in Fig. 1 gezeigten
aufweisen, und deshalb wird die Struktur im Zusammenhang mit
der Stelle hier nicht weiter detailliert beschrieben. Jedoch
werden bei der vorliegenden Ausführungsform allgemein
eingesetzte GMR-Einrichtungen, die keine Hysterese aufweisen,
eingesetzt, im Gegensatz zu der oben beschriebenen ersten bis
vierten Ausführungsform, bei der GMR-Einrichtungen mit einer
Hysterese eingesetzt werden.
Bei der oben beschriebenen vierten Ausführungsform wird dann,
wenn ein Anschaltbetrieb detektiert wird, das Ausgangssignal
der Wheatstone-Brückenschaltung mit GMR-Einrichtungen, die
eine Hysterese der Widerstandskennlinie in Richtung auf das
anliegende Magnetfeld aufweisen, direkt verarbeitet, ohne daß
sie über die Wechselstrom-Kopplungsschaltung geführt werden,
und zwar durch die Anschalt-Detektorschaltung, während nach
dem Verstreichen einer festgelegten Zeitdauer der
Betriebsmodus so umgeschaltet wird, daß das Signal über die
Wechselstrom-Kopplungsschaltung geführt wird, wodurch
gewährleistet ist, daß das Ausgangssignal präzise den
vorstehenden und ausgesparten Abschnitten des Drehelements
entspricht. Im Gegensatz hierzu wird bei der vorliegenden
Ausführungsform die Momentanstartfähigkeit durch Einsatz von
GMR-Einrichtungen erreicht, die keine derartige Hysterese
aufweisen. Ein fester Widerstand ist in Reihe zu den GMR-
Einrichtungen zum Detektieren der Veränderung des Magnetfelds
aufgrund der vorstehenden und ausgesparten Abschnitte des
Drehelements aus magnetischem Material angeschlossen, so daß
der Widerstand der GMR-Einrichtungen über diesen Widerstand
während eines Startbetriebs unmittelbar nach dem Anschalten
der elektrischen Energieversorgung detektiert werden kann.
Die Fig. 14 zeigt ein Blockschaltbild zum Darstellen eines
Fühlers unter Einsatz einer üblichen GMR-Einrichtung ohne
Hysterese.
Der Fühler enthält: eine Wheatstone-Brückenschaltung 11B mit
einer üblichen GMR-Einrichtung ohne Hysterese, die mit einer
festgelegten Distanz beabstandet zu einem Drehelement 2 aus
magnetischem Material so angeordnet ist, daß von einem
Magneten ausgehend ein magnetisches Feld an der GMR-
Einrichtung anliegt; einen Differenzialverstärker 12 zum
Verstärken des Ausgangssignals der Wheatstone-
Brückenschaltung 11B; eine Wechselstrom-Kopplungsschaltung
20, die als Vorrichtung zum Blockieren des Gleichstromanteils
in dem Ausgangssignal des Differenzialverstärkers 12 dient
und die lediglich den Wechselstromanteil weiterführt; einen
Komparator 13 zum Vergleichen des Ausgangssignals der
Wechselstrom-Kopplungsschaltung 20 mit einem Referenzwert und
zum Ausgeben eines Signals, das einen "0"- oder einen "1"-Pegel
in Übereinstimmung mit dem Vergleichsergebnis aufweist;
eine Anschalt-Detektorschaltung 21A zum Detektieren des
Anschaltbetriebs auf Basis der Mittelpunktspannung der
Wheatstone-Brückenschaltung 11B; eine Anschalt-
Detektorschaltung 21A zum Detektieren eines Anschaltbetriebs
auf Basis der Mittenpunktspannung der Wheatstone-
Brückenschaltung 11B; eine Umschalt-Schaltung 20 zum
Auswählen entweder des Ausgangssignals des Komparators 13
oder des Ausgangssignals der Anschalt-Detektorschaltung 21A
und zum Ausgeben des ausgewählen Ausgangssignals; eine
Signalform-Formgebungsschaltung 14 zum Formen der Signalform
des Ausgangssignals der Umschalt-Schaltung 22 und zum
Zuführen eines "0"- oder "1"-Signals mit steil verlaufenden
ansteigenden und fallenden Flanken zu dem Ausgangsanschluß
15. Bei dem obigen Aufbau des Fühlers bildet die Wheatstone-
Brückenschaltung 11B, der Differenzialverstärker 12, der
Komparator 13 und die Signalform-Formgebungsschaltung 14 eine
erste Detektorvorrichtung, und die Wheatstone-
Brückenschaltung 11B und die Anschalt-Detektorschaltung 21A
bilden eine zweite Detektorvorrichtung.
Die Fig. 15 zeigt ein Schaltbild zum Darstellen eines
spezifischen Beispiels der in Fig. 14 gezeigten Schaltung.
Die Wheatstone-Brückenschaltung 11B enthält Zweige 10A, 10B,
10C und 10D, die jeweils mit einer magnetoresistiven
Großeinrichtung gebildet sind. Ein Ende der magnetoresistiven
Großeinrichtung 10A und ein Ende der magnetoresistiven
Großeinrichtung 10C sind gemeinsam miteinander verbunden, und
der Knoten 16 zwischen diesen Einrichtungen 10A und 10C ist
mit einem Stromversorgungsanschluß Vcc verbunden. Ein Ende
der magnetoresistiven Großeinrichtung 10B und ein Ende der
magnetoresistiven Großeinrichtung 10D sind gemeinsam
miteinander verbunden, und der Knoten 17 zwischen diesen
Einrichtungen 10B und 10D ist geerdet. Die anderen Enden der
magnetoresistiven Großeinrichtungen 10A und 10B sind mit
einem Knoten 18 verbunden, wohingehend die anderen Enden der
magnetoresistiven Großeinrichtungen 10C und 10D mit einem
Knoten 19 verbunden sind.
Der Knoten 18 der Wheatstone-Brückenschaltung 11B 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 nicht
invertierenden Eingang des Verstärkers 12a verbunden, und der
nicht invertierende Eingang des Verstärkers 12a ist ferner
über einen Widerstand mit einem Spannungsteiler verbunden,
der eine Referenzstromversorgung bildet.
Der Ausgangsanschluß des Verstärkers 12a ist mit dem
invertierenden Eingangsanschluß des Komparators 13 über die
Wechselstrom-Kopplungsschaltung 20 verbunden, die
beispielsweise als Kapazität realisiert ist. Der nicht
invertierende Eingangsanschluß des Komparators 13 ist mit
einer Spannungsteilungsschaltung verbunden, die mit
Widerständen aufgebaut ist, damit sie als
Referenzspannungsquelle dient. Der nicht invertierende
Eingangsanschluß des Komparators 13 ist auch mit einem
Ausgangsanschluß des Komparators 13 selbst verbunden, und
zwar über einen anderen Widerstand.
Ferner ist der invertierende Eingangsanschluß des Verstärkers
21a der Anschalt-Detektorschaltung 21A mit einem Ende des
Widerstands 21D verbunden, der als fester Anschalt-
Detektorwiderstand dient und zwischen Erde und dem Knoten 17
der Wheatstone-Brückenschaltung 11B angeschlossen ist. Der
nicht invertierende Eingangsanschluß des Verstärkers 21a ist
mit dem Knoten der Spannungsteilerwiderstände 21b und 21d
verbunden, die zwischen dem Stromversorgungsanschluß Vcc und
Erde angeschlossen sind. Ferner ist der Schalter 21d parallel
zu dem Widerstand 21d angeschlossen. Ferner befindet sich der
Schalter 21e in einem Abschaltzustand dann, wenn die
elektrische Energieversorgung angeschaltet ist oder wenn der
Anschaltbetrieb detektiert wird. Nach dem Verstreichen einer
festgelegten Zeitdauer wird der Schalter 21e automatisch
angeschaltet.
Der Ausgangsanschluß des Komparators 13 ist mit dem festen
Anschluß a der Umschalt-Schaltung 22 verbunden der
Ausgangsanschluß der Anschalt-Detektorschaltung 21A ist mit
dem festen Anschluß b der Umschalt-Schaltung verbunden. Der
bewegliche Anschluß c der Umschalt-Schaltung 22 ist mit der
Basis des Transistors 14a der Signalform-Formgebungsschaltung
14 verbunden. Der Kollektor des Transistors 14a ist mit dem
Ausgangsanschluß 15 verbunden. Der Kollektor des Transistors
14a ist auch mit dem Stromversorgungsanschluß Vcc über einen
Widerstand verbunden. Der Emitter des Transistors 14a ist
geerdet. Ist die elektrische Stromversorgung angeschaltet,
d. h. wird ein Anschaltbetrieb durch die Anschalt-
Detektorschaltung detektiert, so ist die Umschalt-Schaltung
22 so geschaltet, daß der feste Anschluß b ausgewählt wird.
Ist hiernach eine festgelegte Zeitdauer verstrichen, so wird
der Umschalt-Schalter 22 automatisch zu dem festgelegten
Anschluß a umgeschaltet.
Nun wird der Betrieb nachfolgend beschrieben. Mit Ausnahme
des Startbetriebs unmittelbar nachdem die elektrische
Energieversorgung angeschaltet ist, wird der Betrieb in
ähnlicher Weise durchgeführt, wie bei der zuvor im
Zusammenhang mit der Fig. 12 beschriebenen vorhergehenden
Ausführungsform, und deshalb wird ein derartiger ähnlicher
Betrieb hier nicht weiter detailliert beschrieben.
In dem Augenblick, in dem die elektrische Energieversorgung
des Fühlers angeschaltet wird, verändert sich der Widerstand
jeder zum Bilden der Wheatstone-Brückenschaltung 11B
vorgesehenen GMR-Einrichtung 10A-10D in Abhängigkeit von
der Stelle der vorstehenden und ausgesparten Abschnitte des
Drehelements 2 aus magnetischem Material (vgl. Fig. 1) und
eine entsprechende Veränderung tritt für den Gesamtwiderstand
auf.
Dies bedeutet, daß der Gesamtwiderstand der Wheatstone-Brücke
entsprechend den vorstehenden Abschnitten des Drehelements
aus magnetischem Material unterschiedlich von demjenigen
entsprechend den ausgesparten Abschnitten ist. Die obige
Veränderung des Gesamtwiderstands erzeugt eine Veränderung
der Spannung parallel zu dem Widerstand 21d, der als fester
Anschalt-Detektorwiderstand dient. Demnach wird die
Veränderung des Gesamtwiderstands als eine Veränderung der
Spannung parallel zu dem Widerstand 21d detektiert. Das
detektierte Spannungssignal wird dem invertierenden
Eingangsanschluß des Verstärkers 21a der Anschalt-
Detektorschaltung 21A zugeführt, damit ein Vergleich mit
einem Referenzwert (Vergleichsreferenzpegel) durchgeführt
wird, der dem nicht invertierenden Eingangsanschluß ausgehend
von den Teilerwiderständen 21b und 21c zugeführt wird.
Ist der Spannungspegel parallel zu dem Widerstand 21d größer
als der Referenzwert, so gibt die Anschalt-Detektorschaltung
21A ein Signal mit hohem Pegel aus, das der Signalform-
Formgebungsschaltung 14 über den festen Anschluß b der
Umschalt-Schaltung 22 zugeführt wird. Die Signalform-
Formgebungsschaltung 14 formt das empfangene Signal und gibt
das sich ergebende Signal an den Ausgangsanschluß 15 ab. Im
Ergebnis kann ein korrektes Signal, das präzise den
vorstehenden und ausgesparten Abschnitten des Drehelements 2
aus magnetischem Material entspricht, unmittelbar dann
erhalten werden, wenn die elektrische Stromversorgung des
Fühlers angeschaltet wird.
Nach dem Verstreichen einer festgelegten Zeitdauer nach der
Anschalt-Detektion wird der Schalter 21e angeschaltet, damit
der Knoten 17 der Wheatstone-Brückenschaltung 11B geerdet
ist. Zur gleichen Zeit wird die Umschalt-Schaltung 22 so
geschaltet, daß der feste Anschluß "a" ausgewählt wird.
Hiernach läßt sich somit ein Ausgangssignal entsprechend den
vorstehenden und ausgesparten Abschnitten des Drehelements 2
aus magnetischem Material in einer Art und Weise erhalten,
die zu den vorhergehenden Ausführungsformen ähnlich ist.
Weiterhin ist bei dieser Ausführungsform die Wheatstone-
Brückenschaltung mit GMR-Einrichtungen aufgebaut. Jedoch
lassen sich andere ähnliche Brückenschaltungsaufbauten
ebenfalls einsetzen.
Bei dieser Ausführungsform wird, wie oben beschrieben, der
korrekte Startbetrieb durch Einsatz von GMR-Einrichtungen
erreicht, die keine Hysterese aufweisen. Hierzu ist der feste
Widerstand in Reihe zu dem GMR-Einrichtungen angeschlossen,
oder dient zum Detektieren der Veränderung des Magnetfelds
entsprechend den vorstehenden und ausgesparten Abschnitten
des Drehelements aus magnetischem Material, so daß der
Widerstand der GMR-Einrichtungen über diesen festen
Widerstand während dem Startbetrieb nach dem Anschalten der
elektrischen Stromversorgung detektiert wird. Somit wird die
Spannung parallel zu diesem Widerstand über die Anschalt-
Detektorschaltung detektiert, und ein Ausgangssignal, das
präzise den vorstehenden und ausgesparten Abschnitten des
Drehelements aus Magnetmaterial entspricht, läßt sich
unmittelbar dann erhalten, wenn die elektrische
Stromversorgung des Fühlers angeschaltet wird. Somit weist
der Fühler gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine
Momentanstartfähigkeit mit hoher Zuverlässigkeit auf.
Ferner basiert die Detektion der vorstehenden und
ausgesparten Abschnitte des Drehelements aus Magnetmaterial
im wesentlichen auf der Detektion des Momentanwerts bei dem
Ausgangssignal des Differenzialverstärkers. Demnach ist es
bei dieser Ausführungsform nicht erforderlich, die Flanken
der vorstehenden und ausgesparten Abschnitte zu detektieren,
und somit ist die Halteschaltung nicht mehr länger
erforderlich.
Weiterhin wird das durch die GMR-Einrichtungen detektierte
Signal nachdem es über die Wechselstrom-Kopplungsschaltung
geführt ist, so verarbeitet, daß man ein endgültiges
Ausgangssignal erhält, das immer präzise den vorstehenden und
ausgesparten Abschnitten des Drehelements aus magnetischem
Material über den gesamten Betriebstemperaturbereich
entspricht, unabhängig von den Temperaturkoeffizienten der
die Brückenschaltung bildenden GMR-Einrichtungen.
Ferner kann eine Einrichtung mit Widerstandshysterese, auf
die bei den vorhergegangenen Ausführungsformen Bezug genommen
wurde, als GMR-Einrichtung eingesetzt werden.
Ferner kann bei dieser Ausführungsform die GMR-Einrichtung
auch derartig angeordnet sein, daß eine Abweichung zwischen
dem Zentrum der Magnetfeld-Abtastebene der GMR-Einrichtung
und dem Zentrum des Magneten vorliegt, so daß eine größere
Differenz bei dem Ausgangssignal der Wheatstone-
Brückenschaltung zwischen vorstehenden und ausgesparten
Abschnitten des Drehelements aus Magnetmaterial vorliegt,
wodurch der Fühler in einem Magnetfeldbereich betrieben
werden kann, in dem der Widerstand der GMR-Einrichtung eine
große Hysterese aufweist.
Fig. 16 zeigt ein Blockschaltbild zum Darstellen einer
sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der
im Vergleich zu Fig. 14 ähnliche Elemente und Teile anhand
ähnlicher Bezugszeichen gekennzeichnet sind, und sie werden
hier nicht weiter detailliert beschrieben. Bei der
vorliegenden Ausführungsform sind die GMR-Einrichtung und das
Drehelement aus magnetischem Material derart angeordnet, daß
sie Relativpositionen ähnlich zu den in Fig. 1 gezeigten
aufweisen, und somit wird die Struktur im Hinblick auf die
Stellen hier nicht weiter detailliert beschrieben. Jedoch
werden bei der vorliegenden Ausführungsform allgemein
eingesetzte GMR-Einrichtungen, die keine Hysterese aufweisen,
eingesetzt, im Gegensatz zur oben beschriebenen ersten bis
vierten Ausführungsform, bei den GMR-Einrichtungen mit
Hysterese eingesetzt werden.
Bei der oben beschriebenen fünften Ausführungsform wird die
Momentanstartfähigkeit durch Einsatz eines Schaltungsaufbaus
erreicht, bei der ein fester Widerstand in Reihe zu GMR-
Einrichtungen zum Detektieren der Veränderung des Magnetfelds
aufgrund der vorstehenden und ausgesparten Abschnitte des
Drehelements aus magnetischem Material so angeschlossen ist,
daß sich der Widerstand der GMR-Einrichtungen über diesen
Widerstand während eines Startbetriebs unmittelbar nach dem
Anschalten der elektrischen Stromversorgung detektieren läßt.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist zusätzlich zu den
GMR-Einrichtungen zum Detektieren der Veränderung des
Magnetfelds aufgrund der vorstehenden und ausgesparten
Abschnitte des Drehelements aus magnetischem Material eine
zusätzliche GMR-Einrichtung für den Einsatz bei dem
Startbetrieb unmittelbar nach dem Anschalten der elektrischen
Stromversorgung vorgesehen.
Fig. 16 zeigt ein Blockschaltbild zum Darstellen eines
Fühlers unter Einsatz einer gewöhnlichen GMR-Einrichtung ohne
Hysterese.
Der Fühler enthält: eine Wheatstone-Brückenschaltung 11B mit
einer gewöhnlichen GMR-Einrichtung ohne Hysterese, die mit
festgelegter Distanz beabstandet von einem Drehelement 2 aus
magnetischem Material so angeordnet ist, daß ein Magnetfeld
ausgehend von einem Magneten an der GMR-Einrichtung anliegt;
einen Differenzialverstärker 12 zum Verstärken des
Ausgangssignals der Wheatstone-Brückenschaltung 11B; eine
Wechselstrom-Kopplungsschaltung 20, die als Vorrichtung zum
Blockieren des Gleichstromanteils bei dem Ausgangssignal des
Differenzialverstärkers dient, und die lediglich den
Wechselstromanteil weiterführt; einen Komparator 13 zum
Vergleichen des Ausgangssignals der Wechselstrom-
Kopplungsschaltung 20 mit einem Referenzwert, sowie zum
Ausgeben eines Signals, das einen "0"- oder einen "1"-Pegel
in Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnis aufweist; eine
Anschalt-Detektorschaltung 21B zum Detektieren des
Anschaltbetriebs auf Basis des Ausgangssignals einer GMR-
Einrichtung, die zusätzlich vorgesehen ist; eine Anschalt-
Detektorschaltung 21B zum Detektieren eines Anschaltbetriebs
auf Basis der Mittelpunktspannung der Wheatstone-
Brückenschaltung 11B; eine Umschalt-Schaltung 22 zum Ausgeben
entweder des Ausgangssignals des Komparators 13 oder des
Ausgangssignals der Anschalt-Detektorschaltung 21B und zum
Ausgeben des ausgewählten Ausgangssignals; eine Signalform-
Formgebungsschaltung 14 zum Formen der Signalform des
Ausgangssignals der Umschalt-Schaltung 22 und zum Zuführen
eines "0"- oder "1"-Signals mit steil verlaufenden
ansteigenden und fallenden Flanken zu dem Ausgangsanschluß
15. Mit dem obigen Aufbau des Fühlers bilden die Wheatstone-
Brückenschaltung 11B, der Differenzialverstärker 12, der
Komparator 13 und die Signalform-Formgebungsschaltung 14 eine
erste Detektorvorrichtung, und die Anschalt-Detektorschaltung
21B bildet eine zweite Detektorvorrichtung.
Die Fig. 17 zeigt ein Schaltbild zum Darstellen eines
spezifischen Beispiels der in Fig. 16 gezeigten Schaltung.
Die Wheatstone-Brückenschaltung 11B enthält Zweige 10A, 10B,
10C und 10D, die jeweils mit einer magnetoresistiven
Großeinrichtung gebildet sind. Ein Ende der magnetoresistiven
Großeinrichtung 10A und ein Ende der magnetoresistiven
Großeinrichtung 10C sind gemeinsam miteinander verbunden, und
der Knoten 16 zwischen diesen Einrichtungen 10A und 10C ist
mit dem Stromversorgungsanschluß Vcc verbunden. Ein Ende der
magnetoresistiven Großeinrichtung 10B und ein Ende der
magnetoresistiven Großeinrichtung 10D sind gemeinsam
miteinander verbunden, und der Knoten zwischen diesen
Einrichtungen 10B und 10D ist geerdet. Die anderen Enden der
magnetoresistiven Großeinrichtungen 10A und 10B sind mit
einem Knoten 18 verbunden, während die anderen Enden der
magnetoresistiven Großeinrichtungen 10C und 10D mit einem
Knoten 19 verbunden sind.
Der Knoten 18 der Wheatstone-Brückenschaltung 11B 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 nicht
invertierenden Eingang des Verstärkers 12a verbunden, und der
nicht invertierende Eingang des Verstärkers 12a ist ferner
über einen Widerstand mit einem Spannungsteiler verbunden,
der eine Referenzspannungszuführung bildet.
Der Ausgangsan 33761 00070 552 001000280000000200012000285913365000040 0002019649400 00004 33642schluß des Verstärkers 12a ist mit dem
invertierenden Eingangsanschluß des Komparators 13 über die
Wechselstrom-Kopplungsschaltung 20 verbunden, die
beispielsweise mit einer Kapazität realisiert ist. Der nicht
invertierende Eingangsanschluß des Komparators 13 ist mit
einer Spannungsteilerschaltung verbunden, die mit
Widerständen aufgebaut ist und die als eine
Referenzspannungsquelle dient. Der nicht invertierende
Eingangsanschluß des Komparators 13 ist auch mit dem
Ausgangsanschluß des Komparators 13 selbst verbunden, und
zwar über einen anderen Widerstand.
Ferner ist der invertierende Eingangsanschluß des Verstärkers
21a der Anschalt-Detektorschaltung 21B mit einem Ende einer
zusätzlichen GMR-Einrichtung 21f verbunden, die als Anschalt-
Detektoreinrichtung dient und zwischen Masse und dem
Stromversorgungsanschluß Vcc angeschlossen ist. Der nicht
invertierende Eingangsanschluß des Verstärkers 21a ist mit
dem Knoten der Spannungsteilerwiderstände 21b und 21c
verbunden, die zwischen dem Stromversorgungsanschluß Vcc und
Masse angeordnet sind.
Der Ausgangsanschluß des Komparators 13 ist mit dem festen
Anschluß a der Umschalt-Schaltung 22 verbunden. Der
Ausgangsanschluß der Anschalt-Detektorschaltung 21B ist mit
dem festen Anschluß b der Umschalt-Schaltung 22 verbunden.
Der bewegliche Anschluß c der Umschalt-Schaltung 22 ist mit
der Basis des Transistors 24a der Signalform-
Formgebungsschaltung 14 verbunden. Der Kollektor des
Transistors 14a ist mit dem Ausgangsanschluß 15 verbunden.
Der Kollektor des Transistors 14a ist auch mit dem
Stromversorgungsanschluß Vcc über einen Widerstand verbunden.
Der Emitter des Transistors 14a ist geerdet. Die GMR-
Einrichtungen 10A-10D bilden ein erstes Magnetfeld-
Abtastelement und die GMR-Einrichtung 21f bildet ein zweites
Magnetfeld-Abtastelement.
Nun wird der Betrieb nachfolgend beschrieben. Mit Ausnahme
des Startbetriebs unmittelbar nach dem Anschalten der
elektrischen Stromversorgung wird der Betrieb in ähnlicher
Weise wie bei der oben im Zusammenhang mit der Fig. 12
beschriebenen vorhergehenden Ausführungsform durchgeführt,
und demnach wird ein solcher ähnlicher Betrieb hier nicht
weiter detailliert beschrieben.
In dem Augenblick, in dem die elektrische Energieversorgung
des Fühlers angeschaltet wird, wird die Spannung entsprechend
dem Widerstand der dem Startbetrieb zugeordneten GMR-
Einrichtung 21f dem invertierenden Eingangsanschluß des
Verstärkers 21a der Anschalt-Detektorschaltung 21B zugeführt,
so daß die Spannung entsprechend der Stelle der vorstehenden
und ausgesparten Abschnitte des Drehelements 2 aus
magnetischem Material (vgl. Fig. 1) mit dem Referenzwert
(Vergleichsreferenzpegel) verglichen wird, der an dem nicht
invertierenden Eingangsanschluß ausgehend von den
Teilerwiderständen 21b und 21c anliegt.
Ist die Spannung parallel zu dem Widerstand 21d größer als
der Referenzwert, so gibt die Anschalt-Detektorschaltung 21B
ein Signal mit hohem Pegel an die Signalform-
Formgebungsschaltung 14 über den festen Anschluß b der
Umschalt-Schaltung 22 aus. Hierdurch ist es möglich, ein
Ausgangssignal zu erhalten, das präzise den vorstehenden und
ausgesparten Abschnitten des Drehelements aus magnetischem
Material entspricht, sobald die elektrische Stromversorgung
des Fühlers angeschaltet wird.
Nach dem Verstreichen einer festgelegten Zeitdauer nach der
Anschaltdetektion wird die Umschalt-Schaltung 22 zu dem
festen Anschluß 2 umgeschaltet, so daß das Ausgangssignal
entsprechend den vorstehenden und ausgesparten Abschnitten
des Drehelements 2 aus magnetischem Material in einer Weise
erhalten werden kann, die zu den vorhergehenden
Ausführungsformen ähnlich ist.
Obgleich bei dieser spezifischen Ausführungsform eine mit
GMR-Einrichtungen aufgebaute Wheatstone-Brückenschaltung
eingesetzt wird, lassen sich andere ähnliche
Brückenschaltungsaufbauten ebenfalls einsetzen.
Wie oben beschrieben, ist bei der vorliegenden
Ausführungsform zusätzlich zu den GMR-Einrichtungen zum
Detektieren der Veränderung des Magnetfelds aufgrund der
vorstehenden und ausgesparten Abschnitte des Drehelements aus
magnetischem Material eine zusätzliche GMR-Einrichtung
vorgesehen, und zwar für den ausschließlichen Einsatz während
eines Startbetriebs unmittelbar nach dem Anschalten der
elektrischen Stromversorgung derart, daß die Spannung
entsprechend dem Widerstand der zusätzlichen GMR-Einrichtung
über die Anschalt-Detektorschaltung detektiert wird.
Hierdurch ist es möglich, ein Ausgangssignal zu erhalten, das
präzise den vorstehenden und ausgesparten Abschnitten des
Drehelements aus magnetischem Material entspricht, und zwar
unmittelbar dann, nachdem die Stromversorgung des Fühlers
angeschaltet wird, d. h., es ist möglich, einen
Momentanstartbetrieb mit hoher Zuverlässigkeit zu erzielen.
Ferner basiert die Detektion der vorstehenden und
ausgesparten Abschnitte des Drehelements aus magnetischem
Material im wesentlichen auf der Detektion des Momentanwerts
bei dem Ausgangssignal des Differenzialverstärkers. Demnach
ist es bei der vorliegenden Ausführungsform nicht
erforderlich, die Flanken der vorstehenden und ausgesparten
Abschnitte zu detektieren, und somit ist die Halteschaltung
nicht mehr länger erforderlich.
Ferner wird das durch die GMR-Einrichtungen detektierte
Signal auch nach dem Führen über die Wechselstrom-
Kopplungsschaltung so verarbeitet, daß ein endgültiges
Ausgangssignal erhalten wird, das immer präzise den
vorstehenden und ausgesparten Abschnitten des Drehelements
aus magnetischem Material über den gesamten
Betriebstemperaturbereich entspricht, unabhängig von den
Temperaturkoeffizienten der die Brückenschaltung bildenden
GMR-Einrichtungen.
Die Fig. 18 bis 21 zeigen die siebte Ausführungsform der
Erfindung, bei der die Erfindung bei einem Verbrennungsmotor
eingesetzt wird. Die Fig. 18 zeigt ein schematisches Diagramm
zum Darstellen des Aufbaus des Gesamtsystems der
Ausführungsform. Die Fig. 19 zeigt eine perspektivische
Ansicht zum Darstellen der Relativpositionen des Hauptteils
eines Fühlers und eines Drehelements aus magnetischem
Material. Die Fig. 20 zeigt eine perspektivische Ansicht zum
Darstellen des Hauptteils des Fühlers, und die Fig. 21 zeigt
die Innenstruktur hiervon. Wie in den Figuren gezeigt, ist
der Hauptteil des Fühlers 50 an einer Stelle benachbart zu
dem Verbrennungsmotor 60 angeordnet. Ein Drehelement aus
magnetischem Material 52, das als Signalplatte dient, ist bei
einer Kurbelwelle oder einer Nockenwelle des Motors 60
angeordnet, die als Drehwelle 51 so dient, daß das
Drehelement aus magnetischem Material 52 sich synchron zu der
Drehwelle 51 drehen kann, und das Drehelement aus
magnetischem Material 52 weist zumindest einen vorstehenden
oder ausgesparten Abschnitt auf, wie das oben beschriebene
Drehelement aus magnetischem Material 2.
Eine Steuereinheit 61 ist mit einer Schaltungseinheit des
Hauptteils des Fühlers 50 verbunden. Die Steuereinheit 61 ist
auch mit einer Drosselklappe verbunden, die im 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 magnetoresistiven Großeinrichtungen des
Hauptteils des Fühlers 50 dem Drehelement aus magnetischem
Material 52 gegenüberliegt.
Wie in Fig. 20 gezeigt, enthält der Hauptteil des Fühlers 50:
ein Gehäuse 53, das aus Harz oder einem nichtmagnetischen
Material hergestellt ist; einen Befestigungsteil 54; und
Eingangs/Ausgangsleiteranschlüsse 55 wie einen
Stromversorgungsanschluß, einen Masseanschluß und einen
Ausgangsanschluß, die sich von dem Unterabschnitt des
Gehäuses 53 erstrecken.
Wie in Fig. 21 gezeigt, befindet sich innerhalb des Gehäuses
53 ein Substrat 56, auf dem eine Schaltung, wie die zuvor
unter Bezug auf die in Fig. 3 beschriebene, angeordnet ist.
Auf dem Substrat 56 sind auch die magnetoresistiven
Großeinrichtungen 57 und ein Magnet 58 vorgesehen, die
beispielsweise jeweils ähnlich zu der oben beschriebenen
magnetoresistiven Großeinrichtung 10 und dem Magneten 4 sind.
Nun wird der Betrieb beschrieben.
Wird der Verbrennungsmotor 60 gestartet und dreht sich somit
das Drehelement aus magnetischem Material 52 so, daß es sich
synchron mit der Drehung der Drehwelle 51 dreht, so verändert
sich das an der Magnetfeld-Abtastebene der magnetoresistiven
Großeinrichtungen 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 magnetoresistiven
Großeinrichtungen 57 auf. Im Ergebnis verändert sich die
Spannungsdifferenz zwischen den Mittenpunktspannungen bei
einer Wheatstone-Brückenschaltung mit den magnetoresistiven
Großeinrichtungen 57 in entsprechender Weise. Die
Spannungsdifferenz wird durch einen Differenzialverstärker
verstärkt, und das Ausgangssignal des Differenzialverstärkers
wird einem Komparator zugeführt, der selbst wiederum das
Ausgangssignal des Differenzialverstärkers mit einer
Referenzspannung vergleicht und ein "0"- oder ein "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 wir der Steuereinheit 61
zugeführt. Anhand dieses Signals kann die Steuereinheit 61
die 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 Drosselklappe 63,
generiert die Steuereinheit 61 Steuersignale, durch die der
Zündzeitpunkt der (nicht gezeigten Zündkerzen) und der
Einspritzzeitpunkt der Benzineinspritzventile gesteuert wird.
Obgleich bei dem oben beschriebenen spezifischen Beispiel der
Hauptteil des Fühlers 50 Eingangs/Ausgangsanschlüsse 55 in
der Form von Leitern aufweist, kann ein Verbinder 59,
beispielsweise der in Fig. 22 gezeigte, der sich in lösbarer
Weise an dem Gehäuse 53 befestigen läßt, ebenfalls eingesetzt
werden.
In diesem Fall sind die Anschlüsse 55 in dem Verbinder 59 so
aufgenommen, daß dann, wenn der Verbinder 59 an das Gehäuse
53 angepaßt ist, die Anschlüsse 55 in Kontakt zu der auf dem
Substrat 56 angeordneten Schaltung gelangen. Der Verbinder 59
vereinfacht die Handhabung des Fühlers mit einem simplen
Mechanismus, und er vereinfacht auch das Befestigen des
Fühlers bei einem Verbrennungsmotor.
Wie oben beschrieben, ermöglicht die vorliegende
Ausführungsform einen hochpräzisen Fühler mit geringen
Abmessungen, der präzise 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 nach der vorliegenden Ausführungsform
einfach in hoch zuverlässiger Weise in einem
Verbrennungsmotor montieren, ohne daß ein großer Montageraum
erforderlich ist.
Ferner kann unmittelbar mit Anschalten der elektrischen
Stromversorgung der Fühler mit der Bereitstellung eines
zuverlässigen Ausgangssignals beginnen, das präzise den
vorstehenden und ausgesparten Abschnitten des Drehelements
aus magnetischem Material entspricht. Hierdurch ist es
möglich, den Kurbelwinkel des Verbrennungsmotors ohne
Zeitverzögerung zu detektieren, und somit ist es auch
möglich, die Steuerung des Zündzeitpunkts und des
Benzineinspritzzeitpunkts ohne Verzögerungszeit präzise
durchzuführen. Diese Technik ermöglicht demnach die
Ausbildung eines Verbrennungsmotors, der die Anforderungen
erfüllt, die durch Abgasregelungen vorgegeben sind.
Zusätzlich kann ferner durch Einsatz der Flanken entsprechend
der vorstehenden und ausgesparten Abschnitte des Drehelements
aus magnetischem Material erreicht werden, daß die Flanken
den oberen Totpunkt eines Verbrennungsmotors entsprechen,
wodurch es möglich ist, die Winkelgenauigkeit zu verbessern.
Die Fig. 23 und 24 zeigen eine achte Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung, bei der die Erfindung ebenfalls bei
einem Verbrennungsmotor eingesetzt wird. Die Fig. 23 zeigt
eine perspektivische Ansicht zum Darstellen der
Relativpositionen des Hauptteils eines Fühlers und eines
Drehelements aus magnetischem Material. Die Fig. 24 zeigt
eine Struktur des Fühlers.
In den Fig. 23 und 24 sind die im Vergleich zu Fig. 19 und 21
ähnlichen Elemente und Teile anhand gleicher Bezugszeichen
gekennzeichnet, und sie werden hier nicht weiter detailliert
beschrieben. Der Aufbau des Gesamtsystems und der Aufbau des
Hauptteils des Fühlers sind jeweils zu dem in Fig. 18 und 20
gezeigten ähnlich.
Ein Drehelement aus magnetischem Material 52A, das als
Signalplatte dient, ist an einer Kurbelwelle oder einer
Nockenwelle des Motors 60 angeordnet, die als Drehwelle 51
dient, und zwar derart, daß sich das Drehelement aus
magnetischem Material 52A synchron zur Drehung der Drehwelle
51 drehen kann, und das Drehelement aus magnetischem Material
52A weist eine ähnliche Struktur wie das oben beschriebene
Drehelement aus magnetischem Material 42 auf. Wie das
Drehelement aus magnetischem Material 52 besteht auch das
Drehelement aus magnetischem Material 52A aus Magneten, die
durch eine Magnetisierung so hergestellt wurden, daß das
Drehelement aus magnetischem Material 52A die gewünschten
Magnetpole aufweist.
Der Hauptteil des Fühlers 50 ist in der Nähe der
Verbrennungsmotors 60 (vgl. Fig. 18) derart angeordnet, daß
die Magnetfeld-Abtastebene der magnetoresistiven
Großeinrichtungen des Hauptteils des Fühlers 50 dem
Drehelement aus magnetischem Material 52A gegenüberliegen.
Der Hauptteil des Fühlers 50 enthält: ein Gehäuse 53, das aus
einem Harz oder aus einem nicht magnetischen Material
hergestellt ist; einen Befestigungsteil 54 (vgl. Fig. 20);
und Eingangs/Ausgangs-Leitungsanschlüsse 54, beispielsweise
einen Stromversorgungsanschluß, einen Erdungsanschluß und
einen Ausgangsanschluß, die sich von dem Unterabschnitt des
Gehäuses 53 erstrecken.
Innerhalb des Gehäuses 53 befindet sich ein Substrat 56, auf
dem eine Schaltung, beispielsweise die früher unter Bezug auf
die Fig. 3 beschriebene, angeordnet ist. Auf dem Substrat 56
sind auch magnetoresistiven Großeinrichtungen 57 entsprechend
den oben beschriebenen magnetoresistiven Großeinrichtungen 10
vorgesehen.
Nachfolgend wird der Betrieb beispielhaft beschrieben.
Beim Starten des Verbrennungsmotors 60 und somit beim Starten
der Drehung des Drehelements aus magnetischem Material 52A
synchron mit der Drehung der Drehwelle 51 ändert sich das an
der Magnetfeld-Abtastebene der magnetoresistiven
Großeinrichtungen 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 magnetoresistiven
Großeinrichtungen 57 auf. Im Ergebnis verändert sich die
Spannungsdifferenz zwischen den Mittenpunktspannungen einer
Wheatstone-Brückenschaltung mit den magnetoresistiven
Großeinrichtungen 57 in entsprechender Weise. Die
Spannungsdifferenz wird durch einen Differenzialverstärker
verstärkt, und das Ausgangssignal des Differenzialverstärkers
wird einem Komparator zugeführt, der selbst wiederum das
Ausgangssignal des Differenzialverstärkers mit einer
Referenzspannung vergleicht und ein "0"- oder ein "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 einem "1"-Pegel wird der
Steuereinheit 61 (vgl. Fig. 18) zugeführt.
Anhand dieses Signals kann die Steuereinheit 51 die
Information über den Drehwinkel und die Drehgeschwindigkeit
der Kurbelwelle und der Nockenwelle jedes Zylinders des
Verbrennungsmotors 60 ableiten.
Auf der Basis des Ausgangssignals des Fühlers, das entweder
einen "0"- oder einen "1"-Pegel aufweist, und ebenso auf
Basis der Information im Zusammenhang mit dem
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 spezifischen Beispiel der
Hauptteil des Fühlers 50 Eingangs/Ausgangsanschlüsse 55 in
der Form von Leitern aufweist, kann ebenfalls ein Verbinder
59, beispielsweise der in Fig. 25 gezeigte, der sich in
lösbarer Weise an dem Gehäuse 53 befestigen läßt, eingesetzt
werden. In diesem Fall sind die Anschlüsse 55 in den
Verbinder 59 so aufgenommen, daß dann, wenn der Verbinder 59
an das Gehäuse 53 angepaßt wird, die Anschlüsse 55 in Kontakt
mit der auf dem Substrat 56 angeordneten Schaltung gelangen.
Dieser Verbinder 59 vereinfacht die Handhabung des Fühlers
mit einem simplen Mechanismus, und er vereinfacht auch die
Montage des Fühlers an einem Verbrennungsmotor.
Wie oben beschrieben, wird gemäß der vorliegenden Erfindung
ebenfalls ein hochpräziser Fühler mit geringen Abmessungen
bei niedrigen Kosten geschaffen, der präzise 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 einfach in hochzuverlässiger Weise bei einem
Verbrennungsmotor montieren, ohne daß ein großer Montageraum
erforderlich ist.
Zudem kann weiterhin dann, wenn die elektrische
Stromversorgung angeschaltet wird, der Fühler mit der
Bereitstellung eines zuverlässigen Ausgangssignals beginnen,
das präzise den Magnetpolen der Magnete des Drehelements aus
magnetischem Material entspricht. Hierdurch ist es möglich,
den Kurbelwinkel des Verbrennungsmotors ohne Zeitverzögerung
zu detektieren, und dies ermöglicht die präzise Steuerung des
Zündzeitpunkts und des Benzineinspritzzeitpunkts ohne
Zeitverzögerung. Diese Technik ermöglicht demnach das
Erzielen eines Verbrennungsmotors, der die Anforderungen
erfüllt, die durch die Abgasregulierungen vorgegeben sind.
Die Fig. 26 zeigt eine neunte Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung, und die Fig. 26a zeigt eine
perspektivische Ansicht zum Darstellen der Relativpositionen
des Hauptteils eines Fühlers und eines Drehelements aus
magnetischem Material, und die Fig. 26b zeigt eine
Seitenansicht hiervon. In Fig. 26 sind im Vergleich zu Fig.
19 ähnliche Elemente und Teile anhand ähnlicher Bezugszeichen
gekennzeichnet, und sie werden hier nicht weiter detailliert
beschrieben.
Bei allen vorhergehenden Ausführungsformen ist der Hauptteil
des Fühlers in einer Position rechtwinklig zu der Drehachse
angeordnet. Im Gegensatz hierzu ist bei dieser zehnten
Ausführungsform der Hauptteil des Fühlers in einer parallel
zur Drehachse liegenden Position angeordnet.
Dies bedeutet, daß wie in Fig. 26 gezeigt, der Hauptteil des
Fühlers 50 in einer Richtung entlang der Drehachse 51 so
verschoben ist, daß die Magnetfeld-Abtastebene bei den
magnetoresistiven Großeinrichtungen des Hauptteils des
Fühlers 50 den vorstehenden und ausgesparten Abschnitten 52a
des Drehelements aus magnetischem Material 52 gegenüberliegt.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht nicht nur ähnliche
Effekte wie die oben für die zehnte Ausführungsform
beschriebenen, sondern sie weist auch einen zusätzlichen
Vorteil dahingehend auf, 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 ist es möglich, die Größe des
Fühlers weiter zu reduzieren.
Die Fig. 27 zeigt eine zehnte Ausführungsform der Erfindung.
Die Fig. 27a zeigt eine perspektivische Ansicht zum
Darstellen der Relativpositionen des Hauptteils eines Fühlers
und eines Drehelements aus magnetischem Material, und die
Fig. 27b zeigt eine Seitenansicht hiervon. In Fig. 27 sind im
Vergleich zur Fig. 23 ähnliche Elemente und Teile anhand
ähnlicher Bezugszeichen gekennzeichnet, und sie werden hier
nicht weiter detailliert beschrieben.
Bei dieser Ausführungsform ist, wie bei der oben
beschriebenen neunten Ausführungsform, der Hauptteil des
Fühlers in einer parallel zur Drehwelle liegenden Position
angeordnet.
Dies bedeutet, daß wie in Fig. 27a gezeigt, der Hauptteil des
Fühlers 50 in einer parallel zur Drehwelle 51 liegenden
Position derart angeordnet ist, daß die Magnetfeld-
Abtastebene der magnetoresistiven Großeinrichtungen des
Hauptteils des Fühlers 50 den Magnetpolen des Drehelements
aus magnetischem Material 52A gegenüberliegen.
Die vorliegende Ausführungsform ermöglicht nicht nur die
Wirkungen, die ähnlich zu den oben beschriebenen der achten
Ausführungsform sind, sondern sie ermöglicht auch einen
zusätzlichen Vorteil dahingehend, daß sich der Raum in der
Nähe der Drehwelle wirksam zum Anordnen des Hauptteils des
Fühler einsetzen 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. Es
versteht sich von selbst, daß sich das Drehelement aus
magnetischem Material 52A durch das mit dem Magneten 40
versehene Drehelement aus magnetischem Material 41 ersetzen
läßt.
Die Fig. 28 und 29 zeigen eine elfte Ausführungsform der
Erfindung, und die Fig. 28 zeigt ein schematisches Diagramm
zum Darstellen des Hauptteils eines Fühlers, und die Fig. 29
zeigt eine Seitenansicht hiervon.
In diesen Figuren sind im Vergleich zu den Fig. 19 und 21
ähnliche Elemente und Teile durch ähnliche Bezugszeichen
gekennzeichnet, und sie werden hier nicht weiter detailliert
beschrieben.
In allen vorhergehenden Ausführungsformen sind die
magnetoresistiven Großeinrichtungen des Hauptteils des
Fühlers mit festgelegter Distanz beabstandet zu dem
Drehelement aus magnetischem Material angeordnet. Im
Gegensatz hierzu ist bei dieser zwölften Ausführungsform das
Drehelement aus magnetischem Material zwischen einem Magneten
und der magnetoresistiven Großeinrichtung des Hauptteils des
Fühlers derart angeordnet, daß das Drehelement aus
magnetischem Material mit festgelegter Distanz von dem
Magneten und der magnetoresistiven Großeinrichtung
beabstandet ist.
Der Hauptteil des Fühlers 50A enthält: ein Gehäuse, das
beispielsweise aus einem Harz oder einem nicht magnetischen
Material hergestellt ist; eine Abdeckung 71 zum Schützen der
magnetoresistiven Großeinrichtung 57, die ähnlich zu der oben
beschriebenen magnetoresistiven Großeinrichtung 10 ist,
derart, daß die magnetoresistive Großeinrichtung 57 in einem
Hohlraum 70a innerhalb des Gehäuses 70 angeordnet ist; und
einen Befestigungsteil 74. In dem Hohlraum 70a innerhalb des
Gehäuses 70 ist ein (nicht gezeigtes) Substrat vorgesehen,
auf dem eine Schaltung ähnlich zu der unter Bezug auf die
Fig. 3 beschriebenen montiert ist. Die magnetoresistive
Großeinrichtung 57 ist auf dem oben beschriebenen Substrat
montiert. Die magnetoresistive Großeinrichtung 57 ist
elektrisch mit den Anschlüssen 72 verbunden, die sich zu
dessen Unterabschnitt über die Innenseite des Hauptteils des
Fühlers 50A hin erstrecken. Die anderen Enden der Anschlüsse
72 sind mit Eingangs/Ausgangsleitungsanschlüssen 73
verbunden, die einen Stromversorgungsanschluß enthalten,
sowie einen Erdungsanschluß und einen Ausgabeanschluß, die
sich zu der Außenseite zum Verbinden mit einer externen
Schaltung erstrecken.
Ein Magnet 58 ist an der Unterseite des Raums 70b auf einer
Seite des Gehäuses 70 so angeordnet, daß der Magnet 58 der
Magnetfeld-Abtastebene der magnetoresistiven Großeinrichtung
57 gegenüberliegt, die in dem Hohlraum 70a angeordnet ist.
Das Drehelement aus magnetischem Material 52, das so
ausgebildet ist, daß es sich synchron mit der Drehwelle 51
dreht, ist derartig angeordnet, daß zumindest dessen
vorstehenden und ausgesparten Abschnitte über den Abstand
zwischen der magnetoresistiven Großeinrichtung 57 und dem
Magneten 58 geführt werden.
Bei diesem Aufbau wird ein magnetischer Pfad gebildet, der
über den Magneten 58, das Drehelement aus magnetischem
Material 52 und die magnetoresistive Großeinrichtung 57
verläuft. Ist ein ausgesparter Abschnitt des Drehelements aus
magnetischem Material 52 zwischen den magnetoresistiven
Großeinrichtungen 57 und dem Magneten 58 angeordnet, so liegt
das von dem Magneten 58 ausgehende Magnetfeld direkt an der
Magnetfeld-Abtastebene der magnetoresistiven Großeinrichtung
57 an. Andererseits wird dann, wenn ein vorstehender
Abschnitt des Drehelements aus magnetischem Material 52
zwischen der magnetoresistiven Großeinrichtung 57 und dem
Magneten 58 angeordnet ist, das von dem Magneten 58
ausgehende Magnetfeld in dem Drehelement aus magnetischem
Material 52 absorbiert, und im Ergebnis liegt im wesentlichen
kein Magnetfeld an der Magnetfeld-Abtastebene der
magnetoresistiven Großeinrichtung 57 an.
Demnach weist die obige Struktur tatsächlich dieselbe
Funktion auf wie das Drehelement aus Magnetmaterial 52, bei
dem zumindest ein Teil mit einem Magneten gebildet ist. Im
Ergebnis ist es auch mit dieser Struktur möglich, einen
Detektionsbetrieb unmittelbar dann zu beginnen, wenn die
elektrische Stromversorgung angeschaltet wird.
Bei dem oben beschriebenen speziellen 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 magnetoresistiven Großeinrichtung 57
gegenüberliegt, die in dem Hohlraum 70a angeordnet ist.
Jedoch kann weiter ein Kern 75 zwischen der Unterseite des
Raums 70b und dem Magneten 58 vorgesehen sein, wie in Fig. 30
gezeigt, wodurch eine magnetische Schaltung gebildet wird. In
diesem Fall wird ein geschlossener magnetischer Pfad
etabliert, der von dem Magneten 58 ausgeht, und über das
Drehelement aus magnetischem Material 52 verläuft, sowie die
magnetoresistive Großeinrichtung 57, das Drehelement aus
magnetischem Material 52, den Kern 75, und der schließlich
bei dem Magneten 58 endet. Diese magnetische Schaltung führt
zu einer Verbesserung der Zuverlässigkeit des Fühlerbetriebs.
Somit gewährleistet die vorliegende Ausführungsform nicht nur
Wirkungen entsprechend denjenigen, die oben im Zusammenhang
mit der siebten Ausführungsform beschrieben sind, sondern sie
ermöglicht einen zusätzlichen Vorteil dahingehend, daß es
möglich ist, einen Fühlerbetrieb unmittelbar dann zu
beginnen, wenn die elektrische Stromversorgung angeschaltet
wird, selbst dann, wenn das Drehelement aus magnetischem
Material genau zwischen der magnetoresistiven Großeinrichtung
und dem Magneten angeordnet ist.
Die Fig. 31 zeigt eine Querschnittsseitenansicht zum
Darstellen einer zwölften Ausführungsform der Erfindung.
In der Fig. 31 sind im Vergleich zur Fig. 23 oder 28 ähnliche
Elemente und Teile anhand ähnlicher Bezugszeichen
gekennzeichnet, und sie werden hier nicht weiter detailliert
beschrieben.
Bei der oben beschriebenen zwölften Ausführungsform ist das
Drehelement aus magnetischem Material von einem allgemein
üblichen Typ mit vorstehenden und ausgesparten Abschnitten,
beispielsweise von dem in Fig. 19 gezeigten. Ein aus Magneten
(Fig. 23) bestehendes Drehelement oder ein Drehelement, bei
dem ein Magnet montiert ist (nicht gezeigt), können ebenfalls
als Drehelement aus magnetischem Material eingesetzt werden.
Bei dieser spezifischen Ausführungsform besteht das
Drehelement aus magnetischem Material aus Magneten. In diesem
Fall ist somit der Magnet 58, der bei der oben im
Zusammenhang mit Fig. 28 beschriebenen Ausführungsform
eingesetzt wird, nicht mehr länger erforderlich. Die anderen
Teile sind ähnlich zu den in Fig. 28 gezeigten.
Bei dieser Ausführungsform ist das Drehelement aus
magnetischem Material 52A so angeordnet, daß zumindest der
Randabschnitt des Drehelements aus magnetischem Material 52
durch den Raum 70b hindurchtritt, der auf der Seite des
Gehäuses 70 des Hauptteils des Fühlers 50B gebildet ist, und
ferner so, daß das Drehelement aus magnetischem Material 52A
der Magnetfeld-Abtastebene der magnetoresistiven
Großeinrichtung 57 gegenüberliegt, die in dem Hohlraum 70a
angeordnet ist.
Wie sich anhand der obigen Beschreibung erkennen läßt, wird
bei der vorliegenden Ausführungsform auch ein magnetischer
Pfad etabliert, der über das Drehelement aus magnetischem
Material 52A und die magnetoresistive Großeinrichtung 57
verläuft, was zu einer Verbesserung des Leistungsumfangs bei
dem Fühler führt. Selbstverständlich wird es möglich, einen
Fühlerbetrieb unmittelbar dann zu starten, wenn die
elektrische Stromversorgung angeschaltet wird.
Somit ermöglicht die vorliegende Ausführungsform nicht nur
Wirkungen ähnlich denjenigen, die oben bei der achten
Ausführungsform beschrieben wurden, sondern sie ermöglicht
auch einen zusätzlichen Vorteil dahingehend, daß die
Zuverlässigkeit und das Leistungsvermögen des Fühlerbetriebs
verbessert sind.
Bei allen vorhergehenden Ausführungsformen ist das sich
bewegende Element aus magnetischem Material, das als
Magnetfeldveränderungs-Induziervorrichtung dient, so
ausgebildet, daß sie sich synchron mit der Drehwelle dreht.
Jedoch kann das sich bewegende Element aus Magnetmaterial
auch so ausgebildet sein, daß es sich entlang einer geraden
Linie bewegt. Ein derartiges sich bewegendes Element findet
Anwendung beispielsweise bei der Detektion des
Öffnungsumfangs eines EGR-Ventils in einem Verbrennungsmotor.
Claims (18)
1. Fühler, enthaltend:
eine Magnetfeld-Erzeugungsvorrichtung (4) zum Erzeugen eines Magnetfelds;
eine Magnetfeldveränderungs-Induziervorrichtung (21) zum Verändern des durch die Magnetfeld-Erzeugungsvorrichtung erzeugten Magnetfelds derart, daß die Magnetfeldveränderungs-Induziervorrichtung mit festgelegter Distanz beabstandet zu der Magnetfeld- Erzeugungsvorrichtung angeordnet ist;
ein Magnetfeld-Abtastelement (10) zum Detektieren des durch die Magnetfeldveränderungs-Induziervorrichtung veränderten Magnetfelds; und
eine Detektorvorrichtung (11A, 12-14) zum Detektieren der Verstellung der Magnetfeldveränderungs- Induziervorrichtung und ebenfalls der Relativposition der Magnetfeldveränderungs-Induziervorrichtung im Hinblick auf das Magnetfeld-Abtastebene dann, wenn die Magnetfeldveränderungs-Induziervorrichtung fest ist, und zwar auf der Basis des Ausgangssignals des Magnetfeld- Abtastelements.
eine Magnetfeld-Erzeugungsvorrichtung (4) zum Erzeugen eines Magnetfelds;
eine Magnetfeldveränderungs-Induziervorrichtung (21) zum Verändern des durch die Magnetfeld-Erzeugungsvorrichtung erzeugten Magnetfelds derart, daß die Magnetfeldveränderungs-Induziervorrichtung mit festgelegter Distanz beabstandet zu der Magnetfeld- Erzeugungsvorrichtung angeordnet ist;
ein Magnetfeld-Abtastelement (10) zum Detektieren des durch die Magnetfeldveränderungs-Induziervorrichtung veränderten Magnetfelds; und
eine Detektorvorrichtung (11A, 12-14) zum Detektieren der Verstellung der Magnetfeldveränderungs- Induziervorrichtung und ebenfalls der Relativposition der Magnetfeldveränderungs-Induziervorrichtung im Hinblick auf das Magnetfeld-Abtastebene dann, wenn die Magnetfeldveränderungs-Induziervorrichtung fest ist, und zwar auf der Basis des Ausgangssignals des Magnetfeld- Abtastelements.
2. Fühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine
magnetoresistive Großeinrichtung (10) in dem Magnetfeld-
Abtastelement eingesetzt ist und daß der Betriebsbereich
der magnetoresistiven Großeinrichtung derart eingestellt
ist, daß die Veränderung des Widerstands der
magnetoresistiven Großeinrichtung nicht völlig
einheitlich über den Betriebsbereich in beiden
Veränderungsrichtungen des durch die
Magnetfeldveränderungs-Induziervorrichtung induzierten
Magnetfelds verläuft.
3. Fühler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
magnetoresistive Großeinrichtung derart angeordnet ist,
daß das Zentrum der Magnetfeld-Abtastebene der
magnetoresistiven Großeinrichtung von dem Zentrum der
Magnetfeld-Erzeugungsvorrichtung entlang einer Richtung
abweicht, die parallel zu einer Ebene ist, die die
Verstellrichtung der Magnetfeldveränderungs-
Induziervorrichtung enthält.
4. Fühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er
ferner eine Verarbeitungsvorrichtung (20) zum
Durchführen eines Wechselstrom-Kopplungsprozesses bei
dem Ausgangssignal des Magnetfeld-Abtastelements
enthält.
5. Fühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Fühler eine erste Detektorvorrichtung (11A, 12-14) zum
Detektieren der Verstellung der Magnetfeldveränderungs-
Induziervorrichtung auf Basis des Ausgangssignals des
Magnetfeld-Abtastelements enthält; sowie eine zweite
Detektorvorrichtung (11A, 12, 21) zum Detektieren der
Position des Magnetfeld-Abtastelements relativ zu der
Magnetfeldveränderungs-Induziervorrichtung dann, wenn
die Magnetfeldveränderungs-Induziervorrichtung ortsfest
ist, und daß der Fühler ferner eine Brückenschaltung
(11A) enthält, derart, daß zumindest ein Zweig der
Brückenschaltung aus dem Magnetfeld-Abtastelement
aufgebaut ist, daß die erste Detektorvorrichtung so
ausgebildet ist, daß sie auf Basis des Ausgangssignals
des Brückenschaltung betreibbar ist, und daß die zweite
Detektorvorrichtung so ausgebildet ist, daß sie auf
Basis des Gesamtwiderstands der Brückenschaltung
betreibbar ist.
6. Fühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Detektorvorrichtung: eine erste Detektorvorrichtung zum
Detektieren der Verstellung der Magnetfeldveränderungs-
Induziervorrichtung auf Basis des Ausgangssignals des
Magnetfeld-Abtastelements enthält; sowie eine zweite
Detektorvorrichtung zum Detektieren der Position des
Magnetfeld-Abtastelements relativ zu der
Magnetfeldveränderungs-Induziervorrichtung dann, wenn
die Magnetfeldveränderungs-Induziervorrichtung ortsfest
ist und daß das Magnetfeld-Abtastelement ein erstes
Magnetfeld-Abtastelement (10A-10D) enthält, sowie ein
zweites Magnetfeld-Abtastelement (21f), und daß die
erste Detektorvorrichtung so ausgebildet ist, daß sie
auf Basis des Ausgangssignals des ersten Magnetfeld-
Abtastelements betreibbar ist, und daß die zweite
Detektorvorrichtung so ausgebildet ist, daß sie auf
Basis des Ausgangssignals des zweiten Magnetfeld-
Abtastelements betreibbar ist.
7. Fühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Magnetfeldveränderungs-Induziervorrichtung aus einem
sich bewegenden Element aus Magnetmaterial besteht, der
mit zumindest einem vorstehenden und ausgesparten
Abschnitt versehen ist.
8. Fühler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Magnetfeldveränderungs-Induziervorrichtung aus einem
sich bewegenden Element aus Magnetmaterial besteht, der
mit zumindest einem vorstehenden und ausgesparten
Abschnitt versehen ist.
9. Fühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Magnetfeld-Erzeugungsvorrichtung und die
Magnetfeldveränderungs-Induziervorrichtung in einem sich
bewegenden Element aus magnetischem Material ausgebildet
sind, das mit zumindest einem Magnetpol so ausgebildet
ist, daß das sich bewegende Element aus magnetischem
Material ein Magnetfeld erzeugt und das Magnetfeld
verändert.
10. Fühler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Magnetfeld-Erzeugungsvorrichtung und die
Magnetfeldveränderungs-Induziervorrichtung in einem sich
bewegenden Element aus magnetischem Material ausgebildet
sind, das mit zumindest einem Magnetpol so ausgebildet
ist, daß das sich bewegende Element aus magnetischem
Material ein Magnetfeld erzeugt und das Magnetfeld
verändert.
11. Fühler nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das
sich bewegende Element aus Magnetmaterial ein
Drehelement ist, das sich synchron zu einer Drehwelle
dreht.
12. Fühler nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das
sich drehende Element aus Magnetmaterial ein Drehelement
(21) ist, das sich synchron mit einer Drehwelle dreht.
13. Fühler nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der
Fühler einen Hauptteil des Fühlers (50) enthält, der mit
der magnetoresistiven Großeinrichtung versehen ist, daß
das Drehelement 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
Drehelement der magnetoresistiven Großeinrichtung
gegenüberliegt.
14. Fühler nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der
Fühler einen Hauptteil des Fühlers enthält, der mit der
magnetoresistiven Großeinrichtung versehen ist, daß das
Drehelement an einer Kurbelwelle oder einer Nockenwelle
eines Verbrennungsmotors montiert ist und daß der
Hauptteil des Fühlers benachbart zu dem
Verbrennungsmotor derart angeordnet ist, daß das
Drehelement der magnetoresistiven Großeinrichtung
gegenüberliegt.
15. Fühler nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der
Hauptteil des Fühlers bei einer Stelle entfernt von dem
Drehelement in einer Richtung entlang der Drehachse der
Drehwelle angeordnet ist.
16. Fühler nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der
Hauptteil des Fühlers bei einer Stelle entfernt von dem
Drehelement in einer Richtung entlang der Drehachse der
Drehwelle angeordnet ist.
17. Fühler nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der
Hauptteil des Fühlers ein Gehäuse (53) enthält, in dem
die magnetoresistive Großeinrichtung angeordnet ist, und
daß das Drehelement in einem Raum (70b) auf einer Seite
des Gehäuses derart angeordnet ist, daß zumindest der
Rand des Drehelements der magnetoresistiven
Großeinrichtung gegenüberliegt.
18. Fühler nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der
Hauptteil des Fühlers ein Gehäuse (53) enthält, in dem
die magnetoresistive Großeinrichtung angeordnet ist, und
daß das Drehelement in einem Raum (70b) auf einer Seite
des Gehäuses derart angeordnet ist, daß zumindest der
Rand des Drehelements der magnetoresistiven
Großeinrichtung gegenüberliegt.
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