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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.
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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.
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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.
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Die 32 zeigt
ein schematisches Diagramm zum Darstellen des Aufbaus eines üblichen Fühlers, und
dessen Seitenansicht und perspektivische Ansicht sind jeweils in 32a und 32b gezeigt.
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Der
in 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.
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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.
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Die 33 zeigt
ein Blockschaltbild zum Darstellen des Aufbaus des Fühlers unter
Einsatz der oben beschriebenen magnetoresistiven Einrichtungen.
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Der
Fühler
enthält:
eine Wheatstone-Brückenschaltung 11 mit
magnetoresistiven Einrichtungen, die mit festgelegter Distanz von
dem Drehelement aus magnetischem Material 2 so angeordnet sind,
daß ein
Magnetfeld von einem Magneten 4 an den magnetoresistiven
Einrichtungen anliegt; einen Differenzialverstärker 12 zum Verstärken des
Ausgangssignals der Wheatstone-Brückenschaltung 11; einen
Komparator 13 zum Vergleichen des Ausgangssignals des Differenzialverstärkers 12 mit
Referenzwerten Vτ1, Vτ2,
sowie zum Ausgeben eines "0"-Signals oder eines "1"-Signals in Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnis;
eine Halteschal tung 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.
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Nachfolgend
wird unter Bezug auf die 34 der
Betrieb beschrieben.
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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 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.
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Die
Differenz zwischen den Mittelpunktspannungen wird durch den Differenzialverstärker 12 verstärkt. Demnach
gibt, wie in 34b gezeigt, der Differenzialverstärker 12 ein
Signal entsprechend dem Vorbeiführen
der vorstehenden und ausgesparten Abschnitte des Drehelements aus
magnetischem Material ab, wie in 34a gezeigt.
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Der
Komparator 13 vergleicht das Ausgangssignal des Differenzialverstärkers 12 mit
Referenzwerten Vτ1, Vτ2,
und er gibt ein "0"- oder "1"-Signal in Ansprechen auf das Vergleichsergebnis
aus. Das Ausgangssignal des Komparators 13 wird in der Signalform-Formgebungsschaltung 14 so
geformt, daß ein "0"- oder "1"-Ausgangssignal
mit steil verlaufenden ansteigenden und fallenden Flanken an dem Ausgangsanschluß 15 bereitgestellt
wird, wie in 34c gezeigt.
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Jedoch
treten bei dem üblichen
Fühler
mit dem üblichen
Aufbau die folgenden Probleme auf.
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So
liegt bei dem üblichen
Fühler,
wie in 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 34 gezeigt.
Jedoch ist, wie in 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).
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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.
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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.
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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
(
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.
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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.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird durch einen Magnetfeld-Fühler mit den Merkmalen des
Anspruchs 1 gelöst.
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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.
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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-Induziervorrichtuttg
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.
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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.
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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.
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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.
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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 Aus gangssignals
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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung werden nachfolgend unter Bezug auf die Zeichnung beschrieben;
es zeigen:
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1 ein
schematisches Diagramm zum Darstellen einer ersten Ausführungsform
eines Fühlers
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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2 ein
Blockschaltbild zum Darstellen des Schaltungsaufbaus der ersten
Ausführungsform
des Fühlers
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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3 ein
Schaltbild zum Darstellen eines spezifischen Beispiels der in 2 gezeigten
Schaltung;
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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;
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5 ein
Signalformdiagramm zum Darstellen des Betriebs im Zusammenhang mit
der ersten Ausführungsform
des Fühlers
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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6 ein
schematisches Diagramm zum Darstellen einer zweiten Ausführungsform
eines Fühlers
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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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;
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8 ein
Signalformdiagramm zum Darstellen des Betriebs im Zusammenhang mit
der zweiten Ausführungsform
des Fühlers
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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9 ein
schematisches Diagramm zum Darstellen einer dritten Ausführungsform
eines Fühlers
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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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;
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11 ein
schematisches Diagramm zum Darstellen einer vierten Ausführungsform
eines Fühlers
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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12 ein
Schaltbild zum Darstellen eine spezifischen Beispiels der in 11 gezeigten Schaltung;
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13 ein
Signalformdiagramm zum Darstellen des Betriebs im Zusammenhang mit
der vierten Ausführungsform
des Fühlers
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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14 ein
schematisches Diagramm zum Darstellen einer fünften Ausführungsform eines Fühlers gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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15 ein
Schaltbild zum Darstellen eines spezifischen Beispiels der in 14 gezeigten Schaltung;
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16 eine
Querschnittsansicht zum Darstellen einer sechsten Ausführungsform
eines Fühlers
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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17 ein
Schaltbild zum Darstellen eines spezifischen Beispiels der in 16 gezeigten Schaltung;
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18 eine
Querschnittsansicht zum Darstellen einer siebten Ausführungsform
eines Fühlers gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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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;
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21 eine
Explosionsansicht zum Darstellen der internen Struktur eines Hauptteils
des Fühlers der
siebten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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22 eine
Querschnittsseitenansicht zum Darstellen eines modifizierten Beispiels
des Hauptteils des Fühlers
auf Basis der siebten Ausführungsform
der Erfindung;
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23 ein
schematisches Diagramm zum Darstellen einer achten Ausführungsform
eines Fühlers
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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24 eine
Explosionsansicht zum Darstellen der internen Struktur des Hauptteils
des Fühlers der
achten Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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25 eine
Querschnittsseitenansicht zum Darstellen eines modifizierten Beispiels
des Hauptteils des Fühlers
auf Basis der achten Ausführungsform
der Erfindung;
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26 ein
schematisches Diagramm zum Darstellen einer neunten Ausführungsform
eines Fühlers
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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27 ein
schematisches Diagramm zum Darstellen einer zehnten Ausführungsform
eines Fühlers
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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28 eine
Querschnittsseitenansicht zum Darstellen einer elften Ausführungsform
eines Fühlers
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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29 eine
perspektivische Ansicht zum Darstellen des Hauptteils des Fühlers der
elften Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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30 eine
Querschnittsseitenansicht zum Darstellen eines modifizierten Beispiels
des Hauptteils des Fühlers
auf der Basis der elften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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31 eine
Querschnittsseitenansicht zum Darstellen eines zwölften Beispiels
eines Fühlers
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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32 ein
schematisches Diagramm zum Darstellen eines üblichen Fühlers;
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33 ein
vereinfachtes Schaltbild des üblichen
Fühlers;
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34 ein
Signalformdiagramm zum Darstellen des die 33 betreffenden
Betriebs; und
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35 ein
Kennliniendiagramm zum Darstellen der Veränderung des Widerstands einer üblichen
MR-Einrichtung relativ zur Stärke
eines Magnetfelds.
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Unter
Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen
wird der Fühler
gemäß der vorliegenden
Erfindung in größerem Detail
nachfolgend im Zusammenhang mit der beiliegenden Figur beschrieben.
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Ausführungsform 1
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Die 1 zeigt
ein schematisches Diagramm zum Darstellen einer ersten Ausführungsform eines
Fühlers
gemäß der vorliegenden
Erfindung, und die 1a und 1b zeigen jeweils eine Seitenansicht und
eine perspektivische Ansicht hiervon.
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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.
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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.
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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).
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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
Konstantspan nungsquelle 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.
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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.
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Wie
in 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.
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Die 2 zeigt
ein Blockschaltbild zum Darstellen des Aufbaus des Fühlers, bei
dem die oben beschriebene stark magnetoresistive Einrichtung mit Hysterese
eingesetzt wird.
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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.
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3 zeigt
ein Schaltbild zum Darstellen eines spezifischen Beispiels der in 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.
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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.
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Zunächst wird
der Betrieb nachfolgend unter Bezug auf die 5 beschrieben.
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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 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 delektierten
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 derjenigen 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.
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Im
Fall der GMR-Einrichtung, die eine Hysterese bei der Kennlinie des
Widerstands bezogen auf das anliegende Magnetfeld aufweist, verläuft, wie sich
anhand von 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 Ab schnitt des Drehelements 2 aus
magnetischem Material die Stelle erreicht, die am nächsten an
der GMR-Einrichtung 10B liegt, die Richtung des Magnetfelds
rechtwinklig zu der Magnetfeld-Abtastebene der GMR-Einrichtung 10B (die
Stärke
des Magnetfelds nimmt ab), und deren Widerstand wird R1-1. Andererseits
weist dann, wenn ein ausgesparter Abschnitt des Drehelements 2 aus
magnetischem Material die Stelle erreicht, die am nächsten an
der GMR-Einrichtung 10B liegt, das Magnetfeld einen bestimmten
Winkel zu der Magnetfeld-Abtastebene der GMR-Einrichtung 10B auf
(die Stärke
des Magnetfelds nimmt zu), und deren Widerstand wird R0-1 (< R1-1).
Auch die anderen GMR-Einrichtungen 10C und 10D verhalten
sich in ähnlicher
Weise.
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Demnach
weist dann, wenn die Wheatstone-Brückenschaltung 11 mit
derartigen GMR-Einrichtungen aufgebaut ist, das Ausgangssignal der
Wheatstone-Brückenschaltung 11A,
das als Mittelpunktspannung VN zwischen
den Knoten 18 und 19 auftritt, eine Differenz
zwischen den vorstehenden und ausgesparten Abschnitten des Drehelements 2 aus
magnetischem Material auf, wie sie in 4 gezeigt
ist.
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Die
Differenz der Mittenpunktspannung wird durch den Differenzialverstärker 12 verstärkt. Wie
in 5b gezeigt, gibt der Differenzialverstärker 12 ein Signal
entsprechend den vorstehenden und ausgesparten Abschnitten des Drehelements 2 aus
magnetischem Material aus, das in 5a gezeigt
ist. Somit ist das Ausgangssignal des Differenzialverstärker 12 im
wesentlichen viermal größer als
dasjenige, das durch eine einzige GMR-Einrichtung erhalten wird.
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Das
Ausgangssignal dieses Differenzialverstärkers 12 wird einem
Komparator 13 zugeführt,
damit ein Vergleich mit der Referenzspannung Vτ3 (die den
oben beschriebenen Werten Vτ1, Vτ2 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 5c gezeigt.
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Somit
kann der Komparator 13 den Momentanwert des Ausgangssignals
des Differenzialverstärker 12 gemäß den vorstehenden
und ausgesparten Abschnitten des Drehelements 2 aus magnetischem Material
mit dem Referenzwert Vτ3 vergleichen, unabhängig von
den Flanken bei einem Ausgangssignal. Dies bedeutet, daß der Differenzialverstärker 12 mit der
Bereitstellung eines Ausgangssignals, das präzise den vorstehenden und ausgesparten
Abschnitten des Drehelements 2 aus magnetischem Material
entspricht, beginnen kann, sobald die elektrische Energieversorgung
angeschaltet ist.
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Obgleich
bei dieser spezifischen Ausführungsform
die mit den GMR-Einrichtungen aufgebaute Wheatstone-Brückenschaltung
eingesetzt wird, lassen sich andere ähnliche Brückenschaltungsaufbauten ebenfalls
einsetzen.
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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.
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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.
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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.
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Ausführungsform 2
-
6 zeigt
ein schematisches Diagramm zum Darstellen einer zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, und deren Seitenansicht und Draufsicht
sind jeweils in 6a und 6b gezeigt.
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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 7 gezeigt.
-
Insbesondere
ist, wie in 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 1 gezeigten, und auch der Schaltungsaufbau ist ähnlich zu
dem in 2 oder 3 gezeigten. Demnach erfolgt
auch ein Bezug auf diese Figuren in der folgenden Beschreibung der
vorliegenden Ausführungsform.
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Zunächst wird
der Betrieb nachfolgend unter Bezug auf die 8 beschrieben.
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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 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.
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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.
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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 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 4 gezeigt
betrieben werden.
-
Somit
führt die
Abweichung der Zentrumstelle der Magnetfeld-Abtastebene der GMR-Einrichtung relativ
zu dem Zentrum den Magneten, wie in 7 gezeigt,
zu einer größeren Differenz
bei dem als Mittenpunktspannung (VN1(> VN)
bei den Knoten 18, 19 der Wheatstone-Brückenschaltung 11A bereitgestellten
Ausgangssignal, und zwar zwischen dem Signal entsprechend den vorstehenden
Abschnitten und denjenigen entsprechend den ausgesparten Abschnitten
des Drehelements 2 aus magnetischem Material.
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Die
Differenz der Mittenpunktspannung wird durch den Differenzialverstärker 12 verstärkt. Wie
in 8b gezeigt, gibt der Differenzialverstärker 12 ein Signal
entsprechend den vorstehenden und ausgesparten Abschnitten des Drehelements 2 aus
magnetischem Material aus, das in 8a gezeigt
ist. Somit ist das Ausgangssignal des Differenzialverstärker 12 im
wesentlichen viermal größer als
dasjenige, das durch eine einzige GMR-Einrichtung erhalten wird.
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Das
Ausgangssignal dieses Differenzialverstärker 12 wird dem Komparator 13 zugeführt, damit ein
Vergleich mit der Referenzspannung Vτ3 erfolgt (der
den oben beschriebenen Werten Vτ1,
Vτ2 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 1S bereitgestellt,
wie in 8c gezeigt.
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Demnach
kann der Komparator 13 den Momentanwert des Ausgangssignals
des Differenzialverstärkers 12 entsprechend
den vorstehenden und ausgesparten Abschnitten des Drehelements 2 aus magnetischem
Material mit dem Referenzwert Vτ3 vergleichen,
unabhängig
von den Flanken des Ausgangssignals. Dies bedeutet, daß der Differenzialverstärker 12 mit
der Bereitstellung eines Ausgangsignals, das präzise der vorstehenden und ausgesparten
Abschnitten des Drehelements 2 aus Magnetmaterial entspricht,
unmittelbar dann beginnen kann, wenn die elektrische Energieversorgung
angeschaltet wird.
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Obgleich
bei dieser spezifischen Ausführungsform
eine mit den GMR-Einrichtungen aufgebaute Wheatstone-Brückenschaltung
eingesetzt wird, können ähnliche
Brückenschaltungsaufbauten ebenfalls
eingesetzt werden.
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Bei
der vorliegenden Ausführungsform
ist, wie oben beschrieben, die GMR-Einrichtung mit einer Mehrschichtstruktur,
bestehend aus magnetischen und nichtmagnetischen Schichten, deren
Dicke so optimiert ist, daß die
Widerstandskennlinien relativ zu dem anliegenden Magnetfeld eine
gewünschte
Hysterese aufweisen, derart angeordnet, daß das Zentrum der Magnetfeld-Abtastebene
bezogen auf das Zentrum des Magneten verschoben ist, wodurch eine
größere Hysterese
erreicht wird. Hierdurch ist es möglich, eine größere Differenz
bei dem Ausgangssignal der Wheatstone-Spannung zwischen den vorstehenden
Abschnitten und den ausgesparten Abschnitten des Drehelements aus
magnetischem Material zu erhalten. Im Ergebnis kann der Fühler dann,
wenn die elektrische Energie für
den Fühler
angeschaltet wird, unmittelbar einen korrekten Betrieb starten und
ein Ausgangssignal bilden, das präzise den vorstehenden und ausgesparten
Abschnitten des Drehelements aus Magnetmaterial entspricht. Somit
weist der Fühler
gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
eine Momentanstartfähigkeit mit
hoher Zuverlässigkeit
auf.
-
Ferner
basiert die Detektion der vorstehenden und ausgesparten Abschnitte
des Drehelements aus magnetischem Material im wesentlichen auf der Detektion
des Momentanwerts des Ausgangssignals des Differenzialverstärkers. Demnach
ist es bei der vorliegenden Ausführungsform
nicht erforderlich, die Flanken der vorstehenden und ausgesparten
Abschnitte zu detektieren, und somit ist die Halteschaltung nicht
mehr länger
erforderlich.
-
Ferner
ist es möglich,
einen größeren Ausgangssignalpegel
bei dem Detektionsbetrieb zu erhalten. Dies führt zu einer Verbesserung der
Detektionsgenauigkeit, und dies führt auch zu einer hohen Beständigkeit
gegenüber
einem externen Rauschen oder einem hohen Signal/Rausch-Abstand.
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Ausführungsform 3
-
Die 9 zeigt
ein schematisches Diagramm zum Ausführen einer dritten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung, und deren Seitenansicht und Draufsicht sind
jeweils in 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 10 gezeigt.
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Insbesondere
ist, wie in 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 1 und 6 gezeigten und auch der Schaltungsaufbau
ist ähnlich
zu dem in 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 7 und 10 gezeigt, ist der Betrieb
der vorliegenden Ausführungsform ähnlich zu
demjenigen der obigen Ausführungsformen.
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Bei
der vorliegenden Ausführungsform
ist, wie oben beschrieben, die GMR-Einrichtung mit einer Mehrschicht struktur,
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.
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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.
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Ausführungsform 4
-
Die 11 zeigt
ein Blockschaltbild zum Darstellen einer vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, bei der ähnliche Elemente und Teile,
wie sie in 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 1 beschriebenen
Ausführungsform
angeordnet, und deshalb wird die Struktur im Hinblick auf die Relativpositon
hier nicht weiter beschrieben.
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Die 11 zeigt
ein Blockschaltbild zum Darstellen eines Fühlers, bei dem die oben erwähnte GMR-Einrichtung
eingesetzt wird.
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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 Ausgagssignals 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.
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12 zeigt
ein Schaltbild zum Darstellen eines spezifischen Beispiels der in 11 gezeigten Schaltung.
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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 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 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 13b gezeigt, gibt der Differenzialverstärker 12 ein
Signal VD0 entsprechend den vorstehenden
und ausgesparten Abschnitten des Drehelements 2 aus magnetischem
Material aus, wie in 13a gezeigt.
Somit ist das Ausgangssignal des Differenzialverstärkers 12 im
wesentlichen viermal größer als
dasjenige, das durch eine einzige GMR-Einrichtung erhalten wird.
-
Das
Ausgangssignal des Differenzialverstärker 12 wird dem invertierenden
Eingangsanschluß des
Verstärkers 21a der
Anschalt-Detektorschaltung 21 zugeführt, damit ein Vergleich mit
einem Referenzwert Vτ0 erfolgt, der an den
nichtinvertierenden Eingangsanschluß ausgehend von den Spannungsteilerwiderständen 21b und 21c abgegeben
wird. Ist der Pegel des Ausgangssignals des Differenzialverstärkers 12 größer als
derjenige des Referenztwerts Vτ0, so erzeugt die Anschalt-Detektorschaltung 21 ein Ausgangssignal
VP0 mit hohem Pegel, wie in 13(c) gezeigt.
Das Ausgangssignal VP0 wird der Signalform-Formgebungsschaltung 14 über den
festen Anschluß b
der Umschalt-Schaltung 22 zugeführt. Die
Signalform-Formgebungsschaltung 14 formt die empfangene
Signalform um und gibt das sich ergebende Signal an den Ausgangsanschluß 15 aus.
Hierdurch ist es möglich,
ein Ausgangssignal zu erhalten, das präzise den vorstehenden und ausgesparten
Abschnitten des Drehelements aus magnetischem Material entspricht,
sobald die elektrische Energieversorgung des Fühlers angeschaltet ist, d.
h. es ist möglich,
einen Momentanstartbetrieb mit hoher Zuverlässigkeit zu erzielen.
-
Wie
oben beschrieben, wird die Umschalt-Schaltung 22 zu dem
festen Anschluß a
umgeschaltet, wenn eine festgelegte Zeitdauer nach der Detektion
des Anschaltens der elektrischen Energie verstrichen ist. Deshalb
wird hiernach der Gleichstromanteil (Ersatzanteil) bei dem Ausgangssignal
VD0 des Differenzialverstärkers 12 durch
die Wechselstrom-Kopplungsschaltung 22 blockiert, und somit enthält das sich
ergebende Ausgangssignal VA0 lediglich einen
Wechselstromanteil, wie in 13(e) gezeigt.
In 13(e) kennzeichnet V3 die
Referenzspannung der Wechselstrom-Kopplungsschaltung 20, und
V3 ist im wesentlichen gleich 0V.
-
Das
Ausgangssignal VA0 der Wechselstrom-Kopplungsschaltung 20 wird
dem Komparator 13 zugeführt,
und es wird mit den Referenzspannungen Vτ1 und
Vτ2 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 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-Einrchtungen aufgebauten Wheatstone-Brückenschaltung durch den Differenzialverstärker verstärkt und
anschließend
dem Komparator über
die Wechselstrom-Kopplungsschaltung zugeführt. Hierdurch ist gewährleistet,
daß das
Ausgangssignal präzise
den vorstehenden und ausgesparten Abschnitten des Drehelements aus
magnetischem Material über
den gesamten Betriebstemperaturbereich entspricht. Ferner wird in
dem Fall, in dem ein Anschaltbetrieb detektiert wird, das Ausgangssignal der
mit den GMR-Einrichtungen aufgebauten Wheatstone-Brückenschaltung
mit einer Hysterese der Widerstandskennlinie bezogen auf das anliegende Magnetfeld
durch die Anschalt-Detektorschaltung verarbeitet, ohne daß das Signal über die
Wechselstrom-Kopplungsschaltung geführt wird, wodurch es möglich ist,
ein Ausgangssignal zu erhalten, das präzise den vorstehenden und ausgesparten
Abschnitten des Drehelements aus magnetischem Material entspricht,
und zwar unmittelbar dann, wenn die elektrische Energieversorgung
des Fühlers
angeschaltet wird, wodurch es möglich
ist, einen Momentanstartbetrieb mit hoher Zuverlässigkeit zu erzielen.
-
Ferner
basiert die Detektion der vorstehenden und ausgesparten Abschnitte
des Drehelements aus magnetischem Material im wesentlichen auf der Detektion
des Momentanwerts des Ausgangssignals des Differenzialverstärkers. Demnach
ist es bei der vorliegenden Ausführungsform
nicht erforderlich, die Flanken der vorstehenden und ausgesparten
Abschnitte zu detektieren, und somit ist die Halteschaltung nicht
mehr länger
erforderlich.
-
Weiterhin
kann bei dieser Ausführungsform die
GMR-Einrichtung
auch derart angeordnet sein, daß eine
Abweichung zwischen dem Zentrum der Magnetfeld-Abtastebene der GMR-Einrichtung
und dem Zentrum des Magneten vorliegt, damit eine größere Differenz
bei dem Ausgangssignal der Wheatstone-Brückenschaltung zwischen den
vorstehen den 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
-
14 zeigt
ein Blockschaltbild zum Darstellen einer fünften Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung, bei der im Vergleich zu 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 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.
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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.
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Die 14 zeigt
ein Blockschaltbild zum Darstellen eines Fühlers unter Einsatz einer üblichen GMR-Einrichtung
ohne Hysterese.
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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.
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Die 15 zeigt
ein Schaltbild zum Darstellen eines spezifischen Beispiels der in 14 gezeigten
Schaltung.
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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.
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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.
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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
Eingangsaschluß 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 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. 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 zugeführ 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.
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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.
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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
-
16 zeigt
ein Blockschaltbild zum Darstellen einer sechsten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, bei der im Vergleich zu 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 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.
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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 Delektieren 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 delektieren läßt. Bei
der vorliegenden Ausführungsform
ist zusätzlich
zu den GMR-Einrichtungen zum Delektieren 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.
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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
Delektieren des Anschaltbetriebs auf Basis des Ausgangssignals einer
GMR-Einrichtung, die zusätzlich
vorgesehen ist; eine Anschalt-Detektorschaltung 21B zum Detektieren
eines Anschaltbetriebs auf Basis der Mittelpunktspannung der Wheatstone-Brückenschaltung 11B;
eine Umschalt-Schaltung 22 zum Ausgeben entweder des Ausgangssignals
des Komparators 13 oder des Ausgangssignals der Anschalt-Detektorschaltung 21B und
zum Ausgeben des ausgewählten
Ausgangssignals; eine Signalform-Formgebungsschaltung 14 zum
Formen der Signalform des Ausgangssignals der Umschalt-Schaltung 22 und zum
Zuführen
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.
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Die 17 zeigt
ein Schaltbild zum Darstellen eines spezifischen Beispiels der in 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
Widerstad 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 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 Eingangsan schluß 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. 1) mit dem
Referenzwert (Vergleichsreferenzpegel) verglichen wird, der an dem
nichtinvertierenden 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 Delektieren 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 18 bis 21 zeigen
die siebte Ausführungsform
der Erfindung, bei der die Erfindung bei einem Verbrennungsmotor
eingesetzt wird. Die 18 zeigt ein schematisches Diagramm
zum Darstellen des Aufbaus des Gesamtsystems der Ausführungsform.
Die 19 zeigt eine perspektivische Ansicht zum Darstellen
der Relativpositionen des Hauptteils eines Fühlers und eines Drehelements aus
magnetischem Material. Die 20 zeigt
eine perspektivische Ansicht zum Darstellen des Hauptteils des Fühlers, und
die 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 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 21 gezeigt, befindet sich innerhalb des Gehäuses 53 ein
Substrat 56, auf dem eine Schaltung, wie die zuvor unter
Bezug auf die in 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 zugeführ. 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
Fühlen 50 Eingangs/Ausgangsanschlüsse 55 in
der Form von Leitern aufweist, kann ein Verbinder 59, beispielsweise der
in 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 ausgesparen 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 23 und 24 zeigen
eine achte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, bei der die Erfindung ebenfalls bei
einem Verbrennungsmotor eingesetzt wird. Die 23 zeigt
eine perspektivische Ansicht zum Darstellen der Relativpositionen des
Hauptteils eines Fühlers
und eines Drehelements aus magnetischem Material. Die 24 zeigt eine
Struktur des Fühlers.
-
In
den 23 und 24 sind
die im Vergleich zu 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 18 und 20 gezeigten ähnlich.
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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. 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. 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 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. 18)
zugeführt.
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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.
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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 25 gezeigte, der sich in lösbarer Weise
an dem Gehäuse 53 befe stigen
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.
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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 26 zeigt
eine neunte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, und die 26a zeigt
eine perspektivische Ansicht zum Darstellen der Relativpositionen
des Hauptteils eines Fühlers und
eines Drehelements aus magnetischem Material, und die 26b zeigt eine Seitenansicht hiervon. In 26 sind
im Vergleich zu 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 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 27 zeigt
eine zehnte Ausführungsform
der Erfindung. Die 27a zeigt eine
perspektivische Ansicht zum Darstellen der Relativpositionen des
Hauptteils eines Fühlers
und eines Drehelements aus magnetischem Material, und die 27b zeigt eine Seitenansicht hiervon.
In 27 sind im Vergleich zur 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 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.
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Ausführungsform 11
-
Die 28 und 29 zeigen
eine elfte Ausführungsform
der Erfindung, und die 28 zeigt ein schematisches Diagramm
zum Darstellen des Hauptteils eines Fühlers, und die 29 zeigt
eine Seitenansicht hiervon.
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In
diesen Figuren sind im Vergleich zu den 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 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 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
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Die 31 zeigt
eine Querschnittsseitenansicht zum Darstellen einer zwölften Ausführungsform der
Erfindung.
-
In
der 31 sind im Vergleich zur 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 19 gezeigten. Ein aus Magneten
(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 28 beschriebenen Ausführungsform
eingesetzt wird, nicht mehr länger
erforderlich. Die anderen Teile sind ähnlich zu den in 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.
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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.
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Ausführungsform 13
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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.