DE19649400C2

DE19649400C2 - Magnetfeld-Fühler

Info

Publication number: DE19649400C2
Application number: DE19649400A
Authority: DE
Inventors: Hideki Umemoto; Naoki Hiraoka; Wararu Fukui; Yutaka Ohashi; Masahiro Yokotani
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1996-06-10
Filing date: 1996-11-28
Publication date: 2001-09-13
Anticipated expiration: 2016-11-29
Also published as: DE19649400C5; US5982171A; JPH09329463A; DE19649400A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Magnetfeld-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 Veränderungverhältnis 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 V_τ ₁, V_τ ₂, 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 V_τ ₁, V_τ ₂, 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.

Die DE 34 26 784 A1 beschreibt einen magnetoresistiven Sensor, um elektrische Signale bereitzustellen, die von der Position oder der Rotationsgeschwindigkeit eines ferromagnetischen Körpers abhängen. Die Position des magnetoresistiven Sensors ist dergestalt, daß das hindurchtretende Magnetfeld seine Richtung ändert, im Falle, daß der Körper sich an den Sensor annähert. Dies kann beispielsweise durch die Annäherung eines Zahns eines Zahnrades geschehen, hervorgerufen durch die Rotation des Rades. Die Annäherung hat eine Änderung von Magnetfeldkomponenten in Richtung der Sensorebene zur Folge. Die Änderungen der in der Ebene liegenden Komponenten bewirken Widerstandsveränderungen in einer Brückenschaltung, die weiter verarbeitet werden können. Eine Erfassung der Position eines stationären Objektes, beispielsweise die Nähe der führenden Kante eines Vorsprungs, und die Erfassung einer dynamischen Drehung des Zahnrades ist möglich.

Die DE 44 27 495 A1 beschreibt eine Abtastvorrichtung mit einem GMR-Abtastelement und einer Brückenschaltung mit paarweise diagonal angeordneten Brückenelementen, wobei zumindest eins der Brückenelemente ein Abtastelement mit einem großen magnetoresistiven Effekt ist. In Übereinstimmung damit ist zumindest das eine Brückenelement durch eine abweichende magnetische Sensitivität im Vergleich mit den anderen Brückenelementen charakterisiert. Das Brückenelement, mit der stark magnetoresistiven Eigenschaft kann eine geschichtete Struktur (Fig. 3 und 4) aufweisen mit Magnetisierungsschichten, die einander gegenüber liegen. Die spezielle Anordnung der Brückenelemente mit einer größeren und kleineren magnetoresistiven Eigenschaft stellt eine verbesserte Erfassungsschaltung bereit.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Magnetfeld-Fühler zur Ausgabe eines Signals bereitzustellen, das präzise einer bestimmten Position eines aus Magnetmaterial hergestellten Drehelements entspricht und das einen verbesserten Betrieb unmittelbar nach einem Einschalten einer elektrischen Energieversorgung erlaubt.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch einen Magnetfeld-Fühler mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Ein Fühler gibt ein korrektes Signal aus, das präzise einer bestimmten Position (einem bestimmten Winkel) entspricht, beispielsweise einem vorstehenden oder ausgesparten Abschnitt eines aus Magnetmaterial hergestellten Drehelements. Weiter läßt sich bei dem Fühler ein korrekter Betrieb unmittelbar nach dem Anschalten der elektrischen Energieversorgung starten.

Ein Fühler enthält eine Magnetfelderzeugungsvorrichtung 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 stark magnetoresistive (giant magnetoresistive) Einrichtung in dem Magnetfeld-Abtastelement eingesetzt ist und daß der Betriebsbereich der stark magnetoresistiven Einrichtung derart eingestellt ist, daß die Veränderung des Widerstands der stark magnetoresistiven Einrichtung 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 stark magnetoresistive Einrichtung derart angeordnet ist, daß das Zentrum der Magnetfeld-Abtastebene der stark magnetoresistiven Einrichtung 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 stark magnetoresistiven Einrichtung 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 stark magnetoresistive Einrichtung angeordnet ist, und daß das Drehelement in einem Raum auf einer Seite des Gehäuses derart angeordnet ist, daß zumindest der Rand des Drehelements der stark magnetoresistiven Einrichtung 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 Beispiels 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.

Ausführungsform 1

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 stark magnetoresistive Einrichtung/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 stark magnetoresistiven Einrichtung 10, und die stark magnetoresistive Einrichtung 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 stark magnetoresistiven Einrichtung 10 anliegende Magnetfeld, und somit ändert sich der Widerstand des magnetoresistiven Musters 10a in entsprechender Weise.

Bei diesem Fühler weist die stark magnetoresistive Einrichtung 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 stark magnetoresistiven Einrichtung) auf, als übliche magnetoresistive Einrichtungen. Bei diesen stark magnetoresistiven Einrichtungen 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 stark magnetoresistiven Einrichtungen 10 gebildet, und Elektroden sind so gebildet, daß die zugeordneten stark magnetoresistiven Einrichtungen 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 stark magnetoresistiven Einrichtungen 10 in die Veränderung einer Spannung umgesetzt wird, wodurch die Veränderung des an den stark magnetoresistiven Einrichtungen 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 stark magnetoresistive Einrichtung mit Hysterese eingesetzt wird.

Der Fühler enthält: eine Wheatstone-Brückenschaltung 11A mit stark magnetoresistiven Einrichtungen, die mit festgelegter Distanz beabstandet zu dem Drehelement aus Magnetmaterial 2 so angeordnet sind, daß ein Magnetfeld von einem Magneten 2 ausgehend an den stark magnetoresistiven Einrichtungen 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 100 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 100 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 R_1-1. 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 R_0-1 (< R_1-1). 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 V_N 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 V_τ ₃ (die den oben beschriebenen Werten V_τ ₁, V_τ ₂ 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 V_τ ₃ 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 Magnematerial auf. Hierdurch ist es möglicht, 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.

Ausführungsform 2

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 Hyserese 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 100, und die Phase des durch die magnetoresistiven Einrichtungen 10A und 10D detektierten Magnetfelds wird umgekehrt zu der durch die magnetoresistiven Einrichtungen 10B und 100 detektierten. Im Ergebnis wird die Gesamtamplitude der Veränderung des Magnetfelds tatsächlich viermal größer als diejenige, die sich durch eine einzige stark magnetoresistive Einrichtung erfassen läßt.

Eine entsprechende Veränderung des Widerstands tritt bei jeder stark magnetoresistiven Einrichtung auf. Demnach weisen die stark magnetoresistiven Einrichtungen 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 (V_N1(< V_N) 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 V_τ ₃erfolgt (der den oben beschriebenen Werten V_τ ₁, V_τ ₂ 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 V_τ ₃ vergleichen, unabhängig von den Flanken des Ausgangssignals. Dies bedeutet, daß der Differenzialverstärker 12 mit der Bereitstellung eines Ausgangsignals, 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 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.

Ausführungsform 3

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 Drehelemens 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.

Ausführungsform 4

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 Relativpositon 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- Kopplungsschalung 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-Detektorschaltugn 21 zum Detektiren 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 100 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 Stromversorgunganschluß 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 stark magnetoresistive Einrichtung erfassen läßt.

Eine entsprechende Veränderung des Widerstands tritt bei jeder stark magnetoresistiven Einrichtung auf. Demnach weisen die stark magnetoresistiven Einrichtungen 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 V_D0 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 V_τ ₀ 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 Referenztwerts V_τ ₀, so erzeugt die Anschalt-Detektorschaltung 21 ein Ausgangssignal V_P0 mit hohem Pegel, wie in Fig. 13(c) gezeigt. Das Ausgangssignal V_P0 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 V_D0 des Differenzialverstärkers 12 durch die Wechselstrom- Kopplungsschaltung 22 blockiert, und somit enthält das sich ergebende Ausgangssignal V_A0 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 V_A0 der Wechselstrom-Kopplungsschaltung 20 wird dem Komparator 13 zugeführt, und es wird mit den Referenzspannungen V_τ ₁ und V_τ ₂ 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.

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.

Ausführungsform 5

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 detailiert 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, 1DB, 100 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 100 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.

Ausführungsform 6

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 36450 00070 552 001000280000000200012000285913633900040 0002019649400 00004 36331 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 einese "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 Ausgangsanschluß 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.

Ausführungsform 7

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 Stromversorgugnsanschluß, 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.

Ausführungsform 8

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.

Ausführungsform 9

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.

Ausführungsform 10

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.

Ausführungsform 11

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 stark magnetoresistiven Einrichtung des Hauptteils des Fühlers derart angeordnet, daß das Drehelement aus magnetischem Material mit festgelegter Distanz von dem Magneten und der stark magnetoresistiven Einrichtung 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 stark magnetoresistiven Einrichtung 57, die ähnlich zu der oben beschriebenen stark magnetoresistiven Einrichtung 10 ist, derart, daß die stark magnetoresistive Einrichtung 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 stark magnetoresistive Einrichtung 57 ist auf dem oben beschriebenen Substrat montiert. Die stark magnetoresistive Einrichtung 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 stark magnetoresistiven Einrichtung 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 stark magnetoresistiven Einrichtung 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 stark magnetoresistive Einrichtung 57 verläuft. Ist ein ausgesparter Abschnitt des Drehelements aus magnetischem Material 52 zwischen den stark magnetoresistiven Einrichtungen 57 und dem Magneten 58 angeordnet, so liegt das von dem Magneten 58 ausgehende Magnetfeld direkt an der Magnetfeld-Abtastebene der stark magnetoresistiven Einrichtung 57 an. Andererseits wird dann, wenn ein vorstehender Abschnitt des Drehelements aus magnetischem Material 52 zwischen der stark magnetoresistiven Einrichtung 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 stark magnetoresistiven Einrichtung 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 stark magnetoresistiven Einrichtung 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 stark magnetoresistive Einrichtung 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 stark magnetoresistiven Einrichtung und dem Magneten angeordnet ist.

Ausführungsform 12

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 stark magnetoresistiven Einrichtung 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 stark magnetoresistive Einrichtung 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.

Ausführungsform 13

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

1. Magnetfeld-Fühler, enthaltend:
eine Magnetfeld-Erzeugungsvorrichtung (4) zum Erzeugen eines Magnetfelds;
eine Magnetfeldveränderungs-Induziervorrichtung (2) zum Verändern des durch die Magnetfeld-Erzeugungsvorrichtung (4) erzeugten Magnetfelds derart, dass die Magnetfeldveränderungs-Induziervorrichtung (2) mit festgelegter Distanz beabstandet zu der Magnetfeld- Erzeugungsvorrichtung (4) angeordnet ist;
ein Magnetfeld-Abtastelement mit einem in Abhängigkeit vom Magnetfeld veränderlichen Widerstand, um das durch die Magnetfeldveränderungs-Induziervorrichtung (2) veränderte Magnetfeld zu erfassen, wobei der Betriebsbereich des Magnetfeld-Abtastelements durch räumliche Anordnung des Magnetfeld-Abtastelements und der Magnetfeld-Erzeugungsvorrichtung (4) zueinander derart eingestellt ist, dass die Veränderung des Widerstands des Magnetfeld-Abtastelements nicht völlig einheitlich über den Betriebsbereich in beiden Veränderungsrichtungen des durch die Magnetfeldveränderungs-Induziervorrichtung (2) induzierten Magnetfelds verläuft;
eine Detektorvorrichtung (11A, 12-14) zum Detektieren der Verstellung der Magnetfeldveränderungs- Induziervorrichtung (2), und, falls die Magnetfeldveränderungs-Induziervorrichtung (2) stationär ist, ebenfalls der Relativposition der Magnetfeldveränderungs-Induziervorrichtung (2) im Hinblick auf die Magnetfeld-Abtastebene, und zwar auf der Basis des veränderlichen Widerstands des Magnetfeld- Abtastelements.

2. Fühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine stark magnetoresistive Einrichtung (10) in dem Magnetfeld-Abtastelement eingesetzt ist.

3. Fühler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetoresistive Einrichtung (10) eine Mehrschichtstruktur mit alternierend aufgebrachten magnetischen Schichten und nichtmagnetischen Schichten enthält.

4. Fühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetoresistive Einrichtung derart angeordnet ist, daß das Zentrum der Magnetfeld-Abtastebene der magnetoresistiven Einrichtung von dem Zentrum der Magnetfeld-Erzeugungsvorrichtung entlang einer Richtung abweicht, die parallel zu einer Ebene ist, die die Verstellrichtung der Magnetfeldveränderungs- Induziervorrichtung enthält.

5. Fühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er ferner eine Verarbeitungsvorrichtung (20) zum Durchführen eines Wechselstrom-Kopplungsprozesses bei dem Ausgangssignal des Magnetfeld-Abtastelements enthält.

6. 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, wobei zumindest ein Zweig der Brückenschaltung aus dem Magnetfeld-Abtastelement besteht, die erste Detektorvorrichtung mit dem Ausgangssignals der Brückenschaltung arbeitet, und daß die zweite Detektorvorrichtung auf Basis des Gesamtwiderstands der Brückenschaltung betrieben wird (Fig. 15).

7. Fühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorvorrichtung: eine erste Detektorvorrichtung zum Detektieren der Verstellung der Magnetfeldveränderungs- Induziervotrichtung 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.

8. 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.

9. 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.

10. 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.

11. 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.

12. Fühler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das sich bewegende Element aus Magnetmaterial ein Drehelement ist, das sich synchron zu einer Drehwelle dreht.

13. Fühler nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das sich drehende Element aus Magnetmaterial ein Drehelement (21) ist, das sich synchron mit einer Drehwelle dreht.

14. Fühler nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Fühler einen Hauptteil des Fühlers (50) enthält, der mit der stark magnetoresistiven Einrichtung 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 stark magnetoresistiven Einrichtung gegenüberliegt.

15. Fühler nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Fühler einen Hauptteil des Fühlers enthält, der mit der stark magnetoresistiven Einrichtung 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 stark magnetoresistiven Einrichtung gegenüberliegt.

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 bei einer Stelle entfernt von dem Drehelement in einer Richtung entlang der Drehachse der Drehwelle angeordnet ist.

18. Fühler nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptteil des Fühlers ein Gehäuse (53) enthält, in dem die stark magnetoresistive Einrichtung 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 stark magnetoresistiven Einrichtung gegenüberliegt.

19. Fühler nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptteil des Fühlers ein Gehäuse (53) enthält, in dem die stark magnetoresistive Einrichtung 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 stark magnetoresistiven Einrichtung gegenüberliegt.