DE19732632A1 - Sensoreinrichtung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sensoreinrichtung zum Detektieren einer Veränderung eines anliegenden Magnetfelds, und insbesondere eine Sensoreinrichtung, die sich besonders zum Detektieren der Information über die Drehung beispielsweise in einem Verbrennungsmotor eignet.

Bei einer bekannten Technik zum Detektieren einer Veränderung eines Magnetfelds sind Elektroden an beiden Enden der Magnetfeld-Sensorebene eines Magnetfeld-Sensorelements gebildet, und eine Verbindung ist derart hergestellt, daß eine Brückenschaltung gebildet wird, derart, daß zwei entgegengesetzte Knoten der Brückenschaltung mit einer Konstantspannungsquelle oder einer Konstantstromquelle verbunden sind, wodurch eine Veränderung des Widerstands des Magnetsensorelements in eine Veränderung der Spannung umgesetzt wird, um hierdurch die Veränderung des Magnetfelds zu detektieren.

Die Fig. 18 zeigt ein schematisches Diagramm zum Darstellen einer üblichen Sensoreinrichtung unter Einsatz eines magnetoresistiven Elements (MR, magnetoresistance element) als Magnetfeld-Sensorelement, und Fig. 18A zeigt eine Seitenansicht hiervon, und Fig. 18B zeigt eine perspektivische Ansicht.

Diese Sensoreinrichtung enthält: eine Drehwelle 1; ein Drehelement aus magnetischem Material 2 mit zumindest einem vorstehenden oder ausgesparten Abschnitt, derart angepaßt, daß es sich synchron zur Drehung der Drehwelle 1 dreht; ein magnetoresistives Element 3, das an einer Stelle mit festgelegter Distanz zu dem Drehelement aus magnetischem Material 2 angeordnet ist; und einen Magneten zum Anlegen eines Magnetfeld an das magnetoresistive Element 3, derart, daß das magnetoresistive Element 3 magnetoresistive Muster 3a und 3b aufweist, die auf einer Dünnfilmebene (Magnetfeld-Sensor­ ebene) gebildet sind.

Bei Drehung des Drehelements aus magnetischem Material 2 verändert sich das an der Magnetfeld-Sensorebene des magnetoresistiven Elements 3 anliegende Magnetfeld. In Ansprechen auf die Veränderung des Magnetfelds verändert sich der Widerstand der magnetoresistiven Muster 3a und 3b.

Die Fig. 19 zeigt ein Blockschaltbild zum Darstellen einer üblichen Sensoreinrichtung unter Einsatz eines MR-Elements vom oben beschriebenen Typ.

Diese Sensoreinrichtung enthält: eine Wheatstone-Brücken­ schaltung 11 einschließlich magnetoresistiver Elemente, die mit festgelegtem Abstand gegenüber dem Drehelement aus magnetischem Material 2 so angeordnet sind, daß ein Magnetfeld ausgehend von einem Magneten 4 an dem magnetoresistiven Elementen anliegt; einen Differentialverstärker 12 zum Verstärken des Ausgangssignals der Wheatstone-Brückenschaltung 11; einen Komparator 13 zum Vergleichen der Ausgangsgröße des Differentialverstärkers 12 mit einem Referenzwert V_TH und zum Ausgeben eines "0"-Signals oder eines "1"-Signals in Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnis; eine Halteschaltung 20 zum Halten der Ausgangsgröße der Komparators 13; und eine Signalformgebungsschaltung 14 für die Formgebung der Signalform der Ausgangsgröße der Halteschaltung 20 und zum Zuführen eines "0"- oder "1"-Signals mit einer stark ansteigend oder fallend verlaufenden Flanke zu dem Ausgangsanschluß 15.

Der Betrieb wird nachfolgend unter Bezug auf die Fig. 20 beschrieben.

Bei Drehung des Drehelements aus Magnetmaterial 2 verändert sich das Magnetfeld, das an den MR-Elementen anliegt, die die Wheatstone-Brückenschaltung bilden, in Ansprechen auf den Durchgang der vorstehenden und ausgesparten Abschnitte des Drehelements aus magnetischem Material 2, wie in Fig. 20A gezeigt. Im Ergebnis erfahren die Magnetfeld-Sensorebenen der MR-Elemente die Veränderung des Magnetfelds entsprechend den vorstehenden und ausgesparten Abschnitten des Drehelements aus Magnetmaterial 2. In Ansprechen auf die obige Veränderung des Magnetfelds tritt eine Veränderung der Mittenspannung der Wheatstone-Brückenschaltung auf.

Die Differenz zwischen den Mittenpunktspannungen wird durch den Differentialverstärker 12 verstärkt. Demnach gibt, wie in Fig. 20B gezeigt, der Differentialverstärker 12 ein Signal entsprechend dem Durchgang der vorstehenden und ausgesparten Abschnitte des Drehelements aus Magnetmaterial 2 aus, wie es in Fig. 20A gezeigt ist.

Das Ausgangssignal des Differentialverstärkers 12 wird dem Komparator 13 zugeführt, der selbst wiederum das Ausgangssignal des Differentialverstärkers 12 mit der Referenzspannung V_TH vergleicht und ein "0"- oder "1"-Signal in Ansprechen auf das Vergleichsergebnis ausgibt. Nachdem das Ausgangssignal des Komparators temporär durch die Halteschaltung 20 gehalten wird, wird es durch die Signalformgebungsschaltung 14 so umgeformt, daß ein "0"- oder "1"-Ausgangssignal mit steil verlaufenden ansteigenden und fallenden Flanken über den Ausgangsanschluß 15 erhalten wird, wie in Fig. 20C gezeigt.

Jedoch bestehen bei der üblichen Sensoreinrichtung mit dem üblichen Aufbau die folgenden Probleme.

Bei der üblichen Sensoreinrichtung wird, wie in Fig. 21 gezeigt, ein Magnetfeld bei einem magnetoresistiven Muster einer magnetischen Schaltung in einer solchen Richtung angelegt, daß dann, wenn der Magnet 4 einem vorstehenden Abschnitt eines Drehelements aus magnetischem Material 2 gegenüberliegt, wie auf der linken Seite von Fig. 21 gezeigt (hierin bezeichnen N und S den Nord- und Südpol des Magneten), das von dem Magneten 4 ausgehende Magnetfeld das Drehelement aus Magnetmaterial 2 in einer konvergierenden Weise erreicht, nachdem es durch die magnetoresistiven Muster 3a und 3b hindurchgetreten ist. In diesem Fall weisen beide magnetoresistiven Muster 3a und 3b den gleichen Widerstand auf. Liegt der Magnet einem ausgesparten Abschnitt des Drehelements aus magnetischem Material 2 gegenüber, so tritt unabhängig davon, daß das von dem Magneten 4 ausgehende Magnetfeld das Drehelement aus magnetischem Material 2 in divergierender Weise erreicht, das Magnetfeld ebenfalls durch die magnetoresistiven Muster 3a und 3b, und deshalb weisen beide magnetoresistiven Muster 3a und 3b einen gleichen Widerstand auf.

Somit tritt, wie in Fig. 21 gezeigt, keine Differenz bei dem Widerstand zwischen den magnetoresistiven Mustern 3a und 3b während des Betriebs zum Detektieren der Veränderung des Magnetfelds entsprechend den vorstehenden und ausgesparten Abschnitten des Drehelements aus Magnetmaterial 2 auf. Deshalb verändert sich, wie in Fig. 20 gezeigt, während des Betriebs zum Detektieren der vorstehenden ausgesparten Abschnitte des Drehelements aus magnetischem Material 2 die Ausgangsgröße des Differentialverstärkers bei den Flanken der vorstehenden und ausgesparten Abschnitte derart, daß das Ausgangssignal des Differentialverstärkers 12 denselben Pegel sowohl für die vorstehenden als auch ausgesparten Abschnitte aufweist. Im Ergebnis ist es erforderlich, die Flanken zu detektieren, und das detektierte Signal muß durch die Halteschaltung 20 gehalten werden.

Ein weiterer Grund für das obige Problem besteht darin, daß die bei der üblichen Sensoreinrichtung eingesetzten MR-Ele­ mente eine Hysterese bei der Kennlinie des Widerstands gegenüber dem anliegenden Magnetfeld aufweisen, wie in Fig. 22 gezeigt.

Da keine Differenz bei der Ausgangsgröße des Differentialverstärkers 12 zwischen den vorstehenden und ausgesparten Abschnitten des Drehelements 12 auftritt, ist es unmöglich, ein Signal zu erhalten, das exakt den vorstehenden und ausgesparten Abschnitten des Drehelements aus Magnetmaterial entspricht, und zwar in einem Zeitabschnitt unmittelbar nach dem Anschalten der elektrischen Stromversorgung für die Sensoreinrichtung (die Fähigkeit mit dem präzisen Betrieb unmittelbar nach dem Anschalten der Stromversorgung zu beginnen, wird als "Schnellstartfähigkeit" bezeichnet).

Wie oben beschrieben, besteht das Problem der üblichen Sensoreinrichtung darin, daß es unmöglich ist, ein Signal zu erhalten, das exakt den vorstehenden und ausgesparten Abschnitten des Drehelements aus Magnetmaterial entspricht. Ein weiteres Problem besteht darin, daß es unmöglich ist, einen korrekten Betrieb unmittelbar nach dem Anschalten der elektrischen Stromversorgung zu starten.

Im Hinblick auf die obigen Ausführungen besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Schaffung einer Sensoreinrichtung, mit der sich ein Ausgangssignal erhalten läßt, das exakt einer festgelegten Position (Winkel) wie einer vorstehenden oder ausgesparten Position eines Drehelements aus Magnetmaterial entspricht, und die zudem eine Schnellstartfähigkeit aufweist.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine Sensoreinrichtung geschaffen, enthaltend eine Magnetfeld-Erzeugungsvorrichtung zum Erzeugen eines Magnetfelds; eine Magnetfeld-Ver­ änderungsinduziervorrichtung (2) zum Verändern des Magnetfelds, das durch die Magnetfeld-Erzeugungsvorrichtung erzeugt ist, derart, daß die Magnetfeld-Ver­ änderungsinduziervorrichtung mit festgelegter Distanz gegenüber der Magnetfeld-Erzeugungsvorrichtung angeordnet ist; und mehrere Magnetfeld-Detektorelemente (3, 24A, 24B), deren Widerstand sich ändert, in Ansprechen auf das Magnetfeld, dessen Größe durch die Magnetfeld-Ver­ änderungsinduziervorrichtung verändert wird; derart, daß die mehreren Magnetfeld-Detektorelemente so angeordnet sind, daß die Mitte des Spalts zwischen den Magnetfeld-De­ tektorelementen nicht mit der Stelle des Zentrums der Magnetfeld-Erzeugungsvorrichtung übereinstimmt.

A1

Mit diesem Aufbau ist es möglich, ein Signal exakt entsprechend einem festgelegten Abschnitt der Magnetfeld-Ver­ änderungsinduziervorrichtung zu erhalten, sobald die elektrische Energieversorgung der Sensoreinrichtung angeschaltet ist, ohne daß eine Halteschaltung, die bei der üblichen Technik erforderlich ist, eingesetzt werden muß. Somit ist es möglich, einen Schnellstartbetrieb mit hoher Zuverlässigkeit zu erzielen.

Gemäß einer Form der Erfindung sind die Magnetfeld-De­ tektorelemente bei einer Stelle angeordnet, die in Vorwärtsrichtung gegenüber der Bewegung der Magnetfeld-Ver­ änderungsinduziervorrichtung verschoben ist.

Gemäß diesem Aufbau ist es möglich, ein Signal zu erhalten, das exakter einem festgelegten Abschnitt der Magnetfeld-Ver­ änderungsinduziervorrichtung entspricht, sobald die elektrische Stromversorgung der Sensoreinrichtung angeschaltet ist, ohne daß eine Halteschaltung eingesetzt werden muß, die bei der üblichen Technik erforderlich ist. Demnach ist es möglich, einen Schnellstartbetrieb mit höherer Zuverlässigkeit zu erzielen.

Bei einer anderen Form der Erfindung enthält die Magnetfeld-Er­ zeugungsvorrichtung mehrere Magnete, und die mehreren Magnete sind so angeordnet, daß die Mitte des Spalts zwischen den mehreren Magneten im Hinblick auf die Stelle mit einem Ende eines der mehreren Magnet übereinstimmt, und das obere Ende einem Ende eines anderen Magneten gegenüberliegt.

Gemäß diesem Aufbau wird es möglich, ein Signal zu erhalten, das exakt der Form der Magnetfeld-Ver­ änderungsinduziervorrichtung entspricht, ohne daß eine Flanke entsprechend der Form der Magnetfeld-Ver­ änderungsinduziervorrichtung zu detektieren ist und ohne daß eine Halteschaltung einzusetzen ist, im Gegensatz zu der üblichen Technik. Ferner ist es mit diesem Aufbau möglich, einen Schnellstartbetrieb mit hoher Zuverlässigkeit zu erzielen.

Gemäß einer weiteren anderen Form der Erfindung enthält die Magnetfeld-Erzeugungsvorrichtung einen einzigen ringförmigen Magneten; weiterhin sind die mehreren Magnetfeld-De­ tektorelemente derart angeordnet, daß die Mitte des Spalts zwischen dem Magnetfeld-Detektorelement bezüglich des Orts mit einem inneren Umfangsrand des ringförmigen Magneten übereinstimmt.

Gemäß dieser Anordnung wird es möglich, ein Signal exakt entsprechend der Form der Magnetfeld-Ver­ änderungsinduziervorrichtung zu erhalten, ohne daß eine Flanke gemäß der Form gemäß der Magnetfeld-Ver­ änderungsinduziervorrichtung zu detektieren ist, und ohne Einsatz einer Halteschaltung, im Gegensatz zur üblichen Technik. Ferner ist es mit dieser Anordnung möglich, einen Schnellstartbetrieb mit hoher Zuverlässigkeit zu erzielen.

Zudem läßt sich weiterhin aufgrund der Tatsache, daß lediglich ein Magnet erforderlich ist, die Sensoreinrichtung mit geringer Größe implementieren.

Gemäß einer weiteren Form der Erfindung enthält die Magnetfeld-Erzeugungsvorrichtung einen einzigen ringförmigen Magneten und die mehreren Magnetfeld-Detektorelemente sind beabstandet zueinander gemäß einem Umfang gleich dem Innendurchmesser des ringförmigen Magneten, und sie sind derart angeordnet, daß eines der mehreren Magnetfeld-De­ tektorelemente an einer Position angeordnet ist, die gegenüber einem inneren Umfangsrand des ringförmigen Magneten etwas nach außen verschoben ist, und das andere ist an einer Position angeordnet, die gegenüber dem inneren Umfangsrand etwas nach innen verschoben ist.

Gemäß dieser Anordnung ist es möglich, ein Signal zu erhalten, das exakt der Form der Magnetfeld-Ver­ änderungsinduziervorrichtung entspricht, ohne daß eine Flanke entsprechend der Form der Magnetfeld-Ver­ änderungsinduziervorrichtung zu detektieren ist und ohne Einsatz einer Halteschaltung, im Gegensatz zu der üblichen Technik. Ferner ist es mit dieser Anordnung möglich, einen Schnellstartbetrieb mit hoher Zuverlässigkeit zu erzielen. Weiterhin kann zudem aufgrund der Tatsache, daß lediglich ein Magnet erforderlich ist, die Sensoreinrichtung mit geringer Größe realisiert werden. Dieser Aufbau gewährleistet auch einen vergrößerten Spielraum im Zusammenhang mit dem Positionierfehler der Magnetfeld-Detektorelemente relativ zu dem Ort des ringförmigen Magneten.

Gemäß einer weiteren Form der Erfindung wird eine Brückenschaltung unter Einsatz mehrerer Magnetfeld-De­ tektorelemente so gebildet, daß die Polarität eines Magnetfelds, das an einem in einem Zweig der Brückenschaltung angeordneten Magnetfeld-Detektorelement anliegt, entgegengesetzt ist zu demjenigen des anderen Magnetfeld-De­ tektorelement.

Gemäß dieser Anordnung wird es möglich, ein Signal exakt entsprechend der Form der Magnetfeld-Ver­ änderungsinduziervorrichtung zu erhalten, ohne daß eine Flanke entsprechend der Form der Magnetfeld-Ver­ änderungsinduziervorrichtung zu detektieren ist und ohne den Einsatz einer Halteschaltung, im Gegensatz zu der üblichen Technik. Ferner ist es mit diesem Aufbau möglich, einen Schnellstartbetrieb mit hoher Zuverlässigkeit zu erzielen.

Gemäß einer weiteren, anderen Form der Erfindung wird eine Brückenschaltung unter Einsatz mehrerer magnetoresistiver Großelemente (giant magnetoresistance elements) gebildet, die als die mehreren Magnetfeld-Detektorelemente so wirken, daß die Polarität eines an einem in einem Zweig der Brückenschaltung angeordneten magnetoresistiven Großelement anliegenden Magnetfeld umgekehrt zu demjenigen ist, das an einem anderen magnetoresistiven Großelement anliegt.

Gemäß dieser Anordnung wird es möglich, ein Hochpegelsignal exakt entsprechend der Form der Magnetfeld-Ver­ änderungsinduziervorrichtung zu erhalten, ohne daß eine Flanke entsprechend der Form der Magnetfeld-Ver­ änderungsinduziervorrichtung zu detektieren ist und ohne daß eine Halteschaltung eingesetzt werden muß, im Gegensatz zu der üblichen Technik. Dies ermöglicht eine Verbesserung der Detektionsgenauigkeit. Ferner ist es bei dieser Anordnung möglich, einen Schnellstartbetrieb mit hoher Zuverlässigkeit zu erzielen.

Gemäß einer anderen Form der Erfindung ist ferner eine Signalverarbeitungsvorrichtung zum Verarbeiten eines durch die Brückenschaltung ausgegebenen Signals vorgesehen.

Gemäß dieser Anordnung wird es möglich, ein hochgenaues Signal entsprechend der Form der Magnetfeld-Ver­ änderungsinduziervorrichtung zu erhalten.

Gemäß einer weiteren Form der Erfindung enthält die Signalverarbeitungsvorrichtung zumindest einen Komparator zum Vergleichen mehrerer Ausgangssignale der Brückenschaltung miteinander und eine Signalformgebungsvorrichtung für die Formgebung der Signalform des Ausgangssignals des Komparators.

Gemäß dieser Anordnung wird es möglich, die Schaltung der Sensoreinrichtung in einfacher Form zu realisieren.

Gemäß einer weiteren, anderen Form der Erfindung enthält die Magnetfeld-Veränderungsinduziervorrichtung ein Drehelement aus Magnetmaterial mit zumindest einem vorstehenden und ausgesparten Abschnitt.

Gemäß dieser Anordnung ist es möglich, einen schmalen vorstehenden oder ausgesparten Abschnitt zu detektieren. Dies ermöglicht eine Verbesserung der Detektionsgenauigkeit. Ferner ist es auch möglich, eine Sensoreinrichtung mit geringen Abmessungen bei geringen Kosten zu realisieren.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben; es zeigen:

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

Fig. 2 ein Blockschaltbild zum Darstellen des Schaltungsaufbaus der ersten Ausführungsform der Sensoreinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3 ein Schaltbild zum Darstellen eines spezifischen Beispiels der in Fig. 2 gezeigten Schaltung;

Fig. 4 ein Signalformdiagramm zum Darstellen des Betriebs der ersten Ausführungsform der Sensoreinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 5 ein schematisches Diagramm zum Darstellen der Veränderungen der Magnetfeld-Vektoren, die in der Sensoreinrichtung der ersten Ausführungsform gemäß der Erfindung auftreten;

Fig. 6 ein schematisches Diagramm zum Darstellen einer zweiten Ausführungsform einer Sensoreinrichtung der vorliegenden Erfindung;

Fig. 7 ein schematisches Diagramm zum Darstellen des Orts eines Magnetfeld-Detektorelements relativ zu der Stelle eines ringförmigen Magneten gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 8 den Widerstand des Magnetfeld-Detektorelements als Funktion der Relativposition des Magnetfeld-De­ tektorelements im Hinblick auf den ringförmigen Magneten gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 9 ein schematisches Diagramm zum Darstellen des Orts eines Magnetfeld-Detektorelements relativ zu dem Ort eines ringförmigen Magneten gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 10 ein schematisches Diagramm zum Darstellen einer dritten Ausführungsform einer Sensoreinrichtung der vorliegenden Erfindung;

Fig. 11 ein schematisches Diagramm zum Darstellen des Orts eines Magnetfeld-Detektorelements relativ zu dem Ort eines ringförmigen Magneten gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 12 ein schematisches Diagramm zum Darstellen der Wirkung der Positionsverschiebung eines Magnetfeld-De­ tektorelements relativ zu dem Ort eines ringförmigen Magneten für beide Sensoreinrichtungen gemäß der zweiten und dritten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 13 ein Blockschaltbild zum Darstellen des Schaltungsaufbaus einer Sensoreinrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 14 ein spezifisches Beispiel der in Fig. 13 gezeigten Schaltung;

Fig. 15 ein Signalformdiagramm zum Darstellen des Betriebs einer Sensoreinrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 16 ein schematisches Diagramm zum Darstellen der Kompensierung der Temperaturkennlinie der Sensoreinrichtung gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 17 einen Graphen zum Darstellen des Widerstands eines GMR-Elements als Funktion des anliegenden Magnetfelds;

Fig. 18 ein schematisches Diagramm zum Darstellen einer üblichen Sensoreinrichtung;

Fig. 19 ein Blockschaltbild zum Darstellen des Schaltungsaufbaus der üblichen Sensoreinrichtung;

Fig. 20 ein Signalformdiagramm zum Darstellen des Betriebs der in Fig. 19 gezeigten Sensoreinrichtung;

Fig. 21 ein schematisches Diagramm zum Darstellen von Veränderungen bei Magnetfeldvektoren in der üblichen Sensoreinrichtung; und

Fig. 22 einen Graphen zum Darstellen des Widerstands eines MR-Elements als Funktion des anliegenden Magnetfelds.

Ausführungsform 1

Fig. 1 zeigt ein schematisches Diagramm zum Darstellen einer ersten Ausführungsform einer Sensoreinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, und die Fig. 1A und 1B zeigen jeweils eine Seitenansicht und eine perspektivische Ansicht hiervon, derart, daß im Vergleich zu den in Fig. 18 gezeigten ähnlichen Elemente und Teile anhand ähnlicher Bezugszeichen bezeichnet sind, und sie werden hier nicht weiter detailliert beschrieben.

Die Sensoreinrichtung enthält: eine Drehwelle 1; ein Drehelement aus magnetischem Material 2, das als Magnetfeld-Ver­ änderungsinduziervorrichtung mit zumindest einem vorstehenden oder ausgesparten Abschnitt dient und so ausgebildet ist, daß sie sich synchron zur Drehung der Drehwelle 1 dreht; ein Magnetfeld-Detektorelement, beispielsweise eine MR-Element 3, das an einer Stelle mit vorbestimmter Distanz gegenüber dem Drehelement aus Magnetmaterial 2 angeordnet ist; und Magnete 21 und 22, die als Magnetfeld-Erzeugungsvorrichtung zum Anlegen eines Magnetfelds an dem MR-Element 3 dienen. Es wird hier davon ausgegangen, daß sich das Drehelement aus Magnetmaterial 2 im Uhrzeigersinn dreht, wie in Fig. 1 gezeigt, daß das MR-Ele­ ment 3 an einer Stelle angeordnet ist, die in Vorwärtsrichtung der Drehbewegung verschoben ist. Insbesondere ist das MR-Element 3 so angeordnet, daß die Mitte des Spalts zwischen den magnetoresistiven Mustern 3a und 3b im Hinblick auf den Ort mit einem Ende des Magneten 21 übereinstimmt, der einem Ende des Magenten 22 gegenüberliegt.

Bei dieser Struktur erfährt dann, wenn sich das Drehelement aus magnetischem Material 2 dreht, die Magnetfeld-Sensorebene des MR-Elements 3 eine Veränderung des Magnetfelds, und eine entsprechende Veränderung tritt bei dem Widerstand der magnetoresistiven Muster 3a und 3b auf.

Die Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild zum Darstellen eines Beispiels des Schaltungsaufbaus der Sensoreinrichtung unter Einsatz des MR-Elements.

Die Sensoreinrichtung enthält: eine Wheatstone-Brücken­ schaltung 11 mit MR-Elementen, die mit festgelegter Distanz bezogen auf das Drehelement aus magnetischem Material 2 so angeordnet sind, daß ein Magnetfeld von den Magneten 21 und 22 an den MR-Elementen anliegt; einen Differentialverstärker 12 zum Verstärken des Ausgangssignals der Wheatstone-Brückenschaltung 11; einen Komparator 13 zum Vergleichen der Ausgangsgröße des Differentialverstärkers 12 mit einem Referenzwert und zum Ausgeben eines "0"-Signals oder eines "1"-Signals in Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnis; eine Signalformgebungsschaltung 14 zum Formgeben der Signalform der Ausgangsgröße des Komparators 13 und zum Zuführen eines "0"- oder "1"-Signals mit einer stark ansteigenden oder abfallenden Flanke zu dem Ausgangsanschluß 15. Der obige Differentialverstärker 12, Komparator 13 und die obige Signalformgebungsschaltung 14 bilden die Signalverarbeitungsvorrichtung.

Die Fig. 3 zeigt ein Schaltbild zum Darstellen eines spezifischen Beispiels der in Fig. 2 gezeigten Schaltung.

Die Wheatstone-Brückenschaltung 11 enthält MR-Elemente 10A und 10B und feste Widerstände 10C und 10D, die in den jeweiligen Zweigen der Wheatstone-Brückenschaltung angeordnet sind, derart daß ein Ende des MR-Elements 10A und ein Ende des festen Widerstands 10C gemeinsam mit einem Stromversorgungsanschluß V_cc über einen Knoten 16 verbunden ist, ein Ende des MR-Elements 10B und ein Ende des festen Widerstands 10D gemeinsam mit Masse über einen Knoten 17 verbunden ist, das andere Ende des MR-Elements 10A und das andere Ende des MR-Elements 10B mit einem Knoten 18 verbunden ist und das andere Ende des festen Widerstands 10C und das andere Ende des festen Widerstands 10C mit einem Knoten 19 verbunden ist. Bei dieser Sensoreinrichtung entsprechen die MR-Elemente 10A und 10B dem magnetoresistiven Muster 3a und 3b des in Fig. 1 gezeigten MR-Elements. Obgleich in dem obigen Beispiel die Elemente 10C und 10D durch feste Widerstände realisiert sind, können sie auch unter Einsatz von MR-Elementen realisiert sein.

Der Knoten 18 der Wheatstone-Brückenschaltung 11 ist über einen Widerstand mit dem invertierenden Eingang eines Verstärkers 12a verbunden, der einen Differentialverstärker 12 bildet. Der Knoten 19 ist über einen Widerstand mit dem nicht invertierenden Eingang des Verstärkers 12a verbunden, und ferner über einen Widerstand mit einem Spannungsteiler verbunden, der als eine Referenzstromversorgungsquelle dient.

Der Ausgang des Verstärkers 12a ist über einen Widerstand mit dem invertierenden Eingang des Verstärkers 12a selbst verbunden und ebenfalls mit dem invertierenden Eingang des Komparators 13 verbunden. Der nicht invertierende Eingang des Komparators 13 ist mit einem Spannungsteiler verbunden, der als Referenzstromversorgung dient, und er ist ebenfalls über einen Widerstand mit dem Ausgang des Komparators 13 verbunden.

Der Ausgang des Komparators 13 ist mit der Basis eines Transistors 14a einer Signalformgebungsschaltung 14 verbunden, und er ist ebenfalls über eine Widerstand mit einem Stromversorgungsanschluß V_cc verbunden. Der Kollektor des Transistors 14a ist mit dem Ausgangsanschluß 15 und ebenfalls mit dem Stromversorgungsanschluß V_cc über einen Widerstand verbunden. Der Emitter des Transistors 14a ist geerdet.

Nun wird der Betrieb nachfolgend unter Bezug auf die Fig. 4 beschrieben.

Bei Drehung des Drehelements aus Magnetmaterial 2 verändert sich das an den MR-Elementen 10A und 10B anliegende Magnetfeld in Ansprechen auf den Durchgang der vorstehenden oder ausgesparten Abschnitte des Drehelements aus Magnetmaterial 2, wie in Fig. 4A gezeigt, derart, daß sich das an dem MR-Element 10a anliegende Magnetfeld von demjenigen unterscheidet, das an dem MR-Element 10B anliegt, wie in Fig. 4B gezeigt. Im Ergebnis erfahren die Magnetfeld-Sensor­ ebenen der MR-Elemente 10A und 10B die Veränderung des Magnetfelds entsprechend dem vorstehenden und ausgesparten Abschnitt des Drehelements aus Magnetmaterial 2. Im Ergebnis wird die Gesamtamplitude der Veränderung des Magnetfelds insgesamt zweimal größer in dem Fall, in dem sie mit einem einzigen MR-Element erfaßt wird, und eine entsprechende Veränderung des Widerstands tritt bei jedem MR-Element auf, wie in Fig. 4C gezeigt. Somit weist das MR-Element 10A maximale und minimale Widerstandswerte an Stellen auf, die im Hinblick auf die Phase entgegengesetzt zu denjenigen sind, an denen das MR-Element 10B maximale und minimale Widerstandswerte aufweist. Im Ergebnis verändern sich die Spannungen bei den Knoten 18 und 19 (Mittenpunktspannungen) der Wheatstone-Brückenschaltung 11 ebenfalls in ähnlicher Weise, derart, daß eine große Differenz zwischen diesen Mittenpunktspannungen vorliegt.

Die Richtung eines an dem magnetoresistiven Muster der magnetischen Schaltung der vorliegenden Ausführungsform anliegende Magnetfeldvektors wird nachfolgend unter Bezug auf die Fig. 5 beschrieben.

Da die Mitte des Spalts zwischen den magnetoresistiven Mustern 3a und 3b, die als MR-Elemente 10A und 10B dienen, an einer Stelle angeordnet ist, die einem Ende des Magneten 21 entspricht, das dem Magneten 22 gegenüberliegt, erreicht dann, wenn die Magnete 21 und 22 einem vorstehenden Abschnitt des Drehelements aus Magnetmaterial 2 gegenüberliegen, wie in Fig. 5A gezeigt (hier zeichnen N und S die Nord- und Südpole des Magneten), das von dem Magenten 21 ausgehende Magnetfeld das Drehelement aus magnetischem Material 2 nachdem es durch das magnetoresistive Muster 3b im rechten Winkel hindurchgetreten ist, wohingehend ein Teil des Magnetfelds auch mit einem leicht geneigten Winkel durch das magnetoresistive Muster 3a hindurchtritt, bevor es das Drehelement aus magnetischem Material erreicht. Andererseits wird das von dem Magneten 23 ausgehende Magnetfeld direkt zu dem Drehelement aus Magnetmaterial 2 hingezogen, ohne daß es durch die magnetoresistiven Muster 3a und 3b hindurchtritt.

In dem Fall, in dem die Magneten 21 und 22 einem ausgesparten Abschnitt des Drehelement aus Magnetmaterial 2 gegenüberliegen, wie in Fig. 5B gezeigt, wird die Distanz der Magneten 21 und 22 von dem Drehelement aus Magnetmaterial 2 größer als in dem Fall, in dem sie einen vorstehenden Abschnitt gegenüberliegen, und somit tritt eine Mischung zwischen den von den Magneten 21 und 22 ausgehenden Magnetfeldern auf. Das gemischte Magnetfeld tritt mit rechtem Winkel durch das magnetoresistive Muster 3a zu dem Drehelement aus Magnetmaterial 2 hindurch, wohingehend das gemischte Magnetfeld mit einem leicht geneigten Winkel durch das magnetoresistive Muster 3b zu dem Drehelement aus Magnetmaterial 2 hindurchtritt.

Im Ergebnis ist das an den magnetoresistiven Mustern 3a und 3b anliegende Magnetfeld für die vorstehenden und ausgesparten Abschnitte des Drehelements aus Magnetmaterial 2 unterschiedlich. Ferner ist die Polarität des an dem magnetoresistiven Muster 3a anliegende Magnetfelds umgekehrt zu demjenigen, das an dem magnetoresistiven Muster 3b anliegt, und somit verändern sich die Widerstände der magnetoresistiven Muster 3a und 3b in entgegengesetzte Richtungen. Dies führt zu einer großen Differenz der Ausgangsspannungen der Brückenschaltung.

Diese Differenz zwischen den Mittenpunktspannungen, die in der oben beschriebenen Weise erhalten wird, wird durch den Differentialverstärker 12 verstärkt. Somit gibt, wie in Fig. 4D gezeigt, der Differentialverstärker 12 ein Signal entsprechend den vorstehenden und ausgesparten Abschnitten des Drehelements aus Magnetmaterial 2, gezeigt in Fig. 4a, derart ab, daß das Ausgangssignal sich im Hinblick auf den Pegel und Polarität für die vorstehenden und ausgesparten Abschnitte unterscheidet und somit das Ausgangssignal des Differentialverstärkers 12 im wesentlichen zweimal größer als in dem Fall, in dem ein einziges MR-Element eingesetzt wird.

Das Ausgangssignal des Differentialverstärkers 12 wird dem Komparator 13 zugeführt, und es wird mit dem Referenzwert oder dem Schwellwert V_CH verglichen. Der Komparator 13 gibt ein "0"- oder ein "1"-Signal in Übereinstimmung mit dem Vergleichsergebnis aus. Die Signalform dieses Signals wird anschließend durch die Signalformgebungsschaltung 14 geformt. Im Ergebnis wird, wie in Fig. 4E gezeigt, ein Ausgangssignal mit einem "0"- oder "1"-Pegel mit scharf ansteigenden und fallenden Flanken über dem Ausgangsanschluß 15 derart erhalten, daß das Ausgangssignal exakt den vorstehenden und ausgesparten Abschnitten des Drehelements aus Magnetmaterial 2 entspricht.

Somit ist es bei der vorliegenden Ausführungsform möglich, ein Signal zu erhalten, das exakt den vorstehenden und ausgesparten Abschnitten des Drehelements aus Magnetmaterial entspricht, ohne daß die Flanken der vorstehenden und ausgesparten Abschnitte des Drehelements zu detektieren sind und ohne daß eine Halteschaltung eingesetzt werden muß, was bei der üblichen Technik erforderlich ist. Ferner ist es bei der vorliegenden Ausführungsform möglich, ein Ausgangssignal zu erhalten, das präzise den vorstehenden und ausgesparten Abschnitten des Drehelements aus Magnetmaterial entspricht, sobald die elektrische Stromversorgung der Sensoreinrichtung angeschaltet ist, und somit ist es möglich, einen Schnellstartbetrieb mit hoher Zuverlässigkeit zu erzielen.

Bei der oben beschriebenen spezifischen Ausführungsform dreht sich das Drehelement aus Magnetmaterial im Uhrzeigersinn, und das MR-Element 3 ist an einer Stelle angeordnet, die in Vorwärtsrichtung der Drehbewegung des Drehelements aus Magnetmaterial 2 verschoben ist, d. h. das MR-Element ist so angeordnet, daß die Mitte des Spalts zwischen den magnetoresistiven Mustern 3a und 3b im Hinblick auf die Stelle mit einem Ende des Magneten 21 übereinstimmt, der dem Magneten 22 gegenüberliegt. Alternativ kann sich das Drehelement aus Magnetmaterial 2 auch entgegen dem Uhrzeigesinn drehen und das MR-Element 3 kann so angeordnet sein, wie im obigen Fall, an einer Stelle, die in Vorwärtsrichtung der Drehbewegung des Drehelements aus Magnetmaterial 2 verschoben ist. In diesem Fall ist das MR-Ele­ ment 3 jedoch so angeordnet, daß die Mitte des Spalts zwischen den magnetoresistiven Mustern 3a und 3b im Hinblick auf den Ort mit einem Ende des Magneten 22 übereinstimmt, der dem Magneten 21 gegenüberliegt.

Bei der vorliegenden Ausführungsform enthält, wie oben beschrieben, die Sensoreinrichtung die mehreren Magneten entsprechend der mehreren magnetoresistiven Muster zum Bilden des MR-Elements, das als Magnetfeld-Detektorelement dient, derart, daß das MR-Element so angeordnet ist, daß die Mitte des Spalts zwischen den magnetoresistiven Mustern im Hinblick auf den Ort im wesentlichen übereinstimmt mit dem Ende eines Magneten, das dem anderen Magneten gegenüberliegt. Mit diesem Aufbau variiert die Größe des an den jeweiligen magnetoresistiven Mustern anliegenden Magnetfelds im Abhängigkeit davon, ob das MR-Element einem vorstehenden Abschnitt oder einem ausgesparten Abschnitt des Drehelements aus Magnetmaterial gegenüberliegt. Hierdurch ist es möglich, ein Signal zu erhalten, das exakt den vorstehenden und ausgesparten Abschnitten des Drehelements aus Magnetmaterial entspricht. Bei dieser Ausführungsform ist es entgegen der üblichen Technik nicht erforderlich, die Flanken der den vorstehenden und ausgesparten Abschnitte des Drehelements zu detektieren. Ferner wird die Halteschaltung, die bei der üblichen Sensoreinrichtung erforderlich ist, nicht mehr länger gebraucht. Wird die elektrische Energieversorgung der Sensoreinrichtung angeschaltet, so kann die Sensoreinrichtung unmittelbar einen korrekten Betrieb starten, und sie kann ein Ausgangssignal bilden, das exakt den den vorstehenden und ausgesparten Abschnitten des Drehelements aus Magnetmaterial entspricht. Somit weist die Sensoreinrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform die "Schnellstart"-Fähigkeit mit hoher Zuverlässigkeit auf.

Ausführungsform 2

Die Fig. 6 zeigt ein schematisches Diagramm zum Darstellen einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, wohingehend die Fig. 18A und 18E eine Seitenansicht und eine perspektivische Ansicht hiervon zeigen, und im Vergleich zu Fig. 1 ähnliche Elemente und Teile sind durch ähnliche Bezugszeichen bezeichnet, und sie werden hier nicht weiter detailliert beschrieben.

Die Sensoreinrichtung enthält: eine Drehwelle 1; ein Drehelement aus magnetischem Material 2, das als Magnetfeld-Ver­ änderungsinduziervorrichtung dient, mit zumindest einem vorstehenden oder vorstehenden Abschnitt, oder die so ausgebildet ist, daß sie sich synchron zur Drehung der Drehwelle 1 dreht; ein Magnetfeld-Detektorelement, wie ein MR-Element 3, angeordnet an einer Stelle mit festgelegter Distanz gegenüber dem Drehelement aus Magnetmaterial 2; und einen ringförmigen Magneten 23, der als Magnetfeld-Er­ zeugungsvorrichtung dient, zum Anlegen eines Magnetfelds an dem MR-Element 3. Es wird hier davon ausgegangen, daß sich das Drehelement aus Magnetmaterial 2, wie in Fig. 6 gezeigt, im Uhrzeigersinn dreht, daß das MR-Element 3 in Vorwärtsrichtung der Drehung so verschoben ist, daß das MR-Ele­ ment 3 an einem äußeren Ende an dem inneren Umfangsrand des ringförmigen Magneten 23 angeordnet ist. Insbesondere ist das MR-Element 3 so angeordnet, daß die Mitte des Spalts zwischen den magnetoresistiven Mustern 3a und 3b im wesentlichen im Hinblick auf den Ort übereinstimmt mit dem inneren Rand des ringförmigen Magneten 23, wie in Fig. 7 gezeigt.

Dreht sich das Drehelement aus Magnetmaterial 2, so verändert sich das an der Magnetfeld-Sensorebene des magnetoresistiven Elements 3 anliegende Magnetfeld. In Ansprechen auf die Veränderungen des Magnetfelds verändert sich der Widerstand der magnetoresistiven Muster 3a und 3b.

Mit Ausnahme des obigen Punkts stimmt der Aufbau der vorliegenden Ausführungsform mit dem in Fig. 1 gezeigten überein, und der Schaltungsaufbau ist ebenfalls ähnlich zu dem in Fig. 2 oder 3 gezeigten, mit Ausnahme der Tatsache, daß die Magneten 21 und 22 durch den ringförmigen Magneten 23 ersetzt sind, obgleich hier keine weitere Beschreibung erfolgt.

Die Fig. 8 zeigt den Widerstand eines magnetoresistiven Musters als Funktion der Relativposition des MR-Elements 3, das als Magnetfeld-Detektorelement dient, und zwar im Hinblick auf den ringförmigen Magneten 23 und für die den vorstehenden und ausgesparten Abschnitte des Drehelements aus Magnetmaterial 2.

Dies bedeutet, daß die Fig. 8 die Veränderung des Widerstands eines magnetoresistiven Musters des MR-Elements zeigt, die auftritt, wenn das MR-Element entlang einem Pfad mit festem Abstand zu dem Magneten 23 und in einer Richtung parallel zu dem Magneten 23 bewegt wird und der Magnet 23 einen Außendurchmesser Rl und einen Innendurchmesser R2 aufweist. In Fig. 8 stellt die durchgezogene Linie den Widerstand für einen vorspringenden Abschnitt und die gestrichelte Linie den Widerstand für einen ausgesparten Abschnitt dar. In jedem Fall weist, wie sich anhand von Fig. 8 erkennen läßt, der Widerstand des magnetoresistiven Musters des MR-Elements einen maximalen Wert an Stellen in der Nähe beider Enden des Innendurchmessers R2 des ringförmigen Magneten 23 auf. Genauer sind in dem Fall, in dem das magnetoresistive Muster einem vorstehenden Abschnitt gegenüberliegt, die Maximalpunkte etwas nach außen bezogen auf die Enden des Innendurchmessers R2 des ringförmigen Magneten 23 angeordnet, wohingehend die Maximalpunkte etwas nach innen von den Enden des Innendurchmessers R2 des ringförmigen Magneten 23 dann angeordnet sind, wenn das magnetoresistive Muster einem ausgesparten Abschnitt gegenüberliegt.

Bei der vorliegenden Ausführungsform ist, wie oben beschrieben, das MR-Element 3 so angeordnet, daß die Mitte des Spalts zwischen den magnetoresistiven 3a und 3b im wesentlichen im Hinblick auf den Ort mit einem Rand des Innendurchmessers des ringförmigen Magneten 23 übereinstimmt. Bei einer derartigen Positionsbedingung ist das magnetoresistive Muster 3a bei einem Maximalpunkt der durchgezogenen Linie a zum Darstellen des Widerstands für einen vorstehenden Abschnitt angeordnet, und das magnetoresistive Muster 3b ist bei einem Maximalpunkt der gestrichelten Linie b zum Darstellen des Widerstands für einen ausgesparten Abschnitt angeordnet.

Als Ergebnis der obigen Anordnung weisen die magnetoresistiven Muster 3a und 3b unterschiedlichen Widerstand in Abhängigkeit davon auf, ob die magnetoresistiven Muster 3a und 3b einem vorstehenden Abschnitt oder einem ausgesparten Abschnitt gegenüberliegen.

Liegen die magnetoresistiven Muster 3a und 3b einem vorstehenden Abschnitt gegenüber, so weist das magnetoresistive Muster 3a einen größeren Widerstand als das magnetoresistive Muster 3b auf, wohingehend dann, wenn das magnetoresistive Muster 3b einen höheren Widerstand als das magnetoresistive Muster 3a hat, wenn die magnetoresistiven 3a und 3b einem ausgesparten Abschnitt gegenüberliegen.

Somit variieren in Ansprechen auf die Relativposition im Hinblick auf die vorstehenden und ausgesparten Abschnitte des Drehelements aus Magnetmaterial 2 die Widerstände der magnetoresistiven Muster 3a und 3b in entgegengesetzten Richtungen zueinander. Im Ergebnis kann die mit diesen magnetoresistiven Mustern aufgebaute Brückenschaltung eine große Ausgangsspannung erzeugen.

Somit wird auch bei dieser Ausführungsform die Differenz zwischen den Mittenpunktspannungen, die in der oben beschriebenen Weise erhalten werden, durch den in Fig. 3 gezeigten Differentialverstärker 12 verstärkt. Der Differentialverstärker 12 gibt ein Signal entsprechend den vorstehenden und ausgesparten Abschnitten des Drehelements aus Magnetmaterial 2 aus, derart, daß das Ausgangssignal für die vorstehenden und ausgesparten Abschnitte im Hinblick auf den Pegel unterschiedlich und im Hinblick auf die Polarität entgegengesetzt ist.

Das Ausgangssignal des Differentialverstärker 12 wird dem Komparator 13 zugeführt, und es wird mit dem Referenzwert oder dem Schwellwert V_TH verglichen. Der Komparator 13 gibt ein "0"- oder "1"-Signal in Übereinstimmung mit dem Vergleichsergebnis aus. Die Signalform dieses Signals wird anschließend durch die Signalformgebungsschaltung 14 geformt.

Im Ergebnis wird ein Ausgangssignal mit einem "0"- oder "1"- Pegel mit stark ansteigenden und fallenden Flanken über den Ausgangsanschluß 15 derart erhalten, daß das Ausgangssignal exakt den vorstehenden und ausgesparten Abschnitten des Drehelements aus Magnetmaterial entspricht.

Obgleich sich bei der oben beschriebenen Ausführungsform das Drehelement aus Magnetmaterial 2 im Uhrzeigersinn dreht und der Ort des MR-Elements in Vorwärtsrichtung der Drehung des Drehelements 2 so verschoben ist, daß die Mitte des Spalts zwischen den magnetoresistiven Mustern 3a und 3b im Hinblick auf den Ort mit einem inneren Umfangsrand (dem am weitesten links liegenden Ende des Innenumfang des ringförmigen Magneten 23 in Fig. 7) des ringförmigen Magneten 23 übereinstimmt, kann sich das Drehelement aus Magnetmaterial 2 auch entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn drehen und die Stelle des MR-Elements 3 kann in Vorwärtsrichtung der Drehung des Drehelement aus Magnetmaterial 2 so verschoben sein, daß die Mitte des Spalts zwischen den magnetoresistiven Mustern 3a und 3b im Hinblick auf den Ort mit einem inneren Umfangsrand (den am weitesten rechts liegenden Ende des inneren Umfangs des ringförmigen Magneten 23 in Fig. 7) des ringförmigen Magneten 23 übereinstimmt.

Bei der vorliegenden Ausführungsform enthält, wie oben beschrieben, die Sensoreinrichtung den ringförmigen Magneten entsprechend der mehreren magnetoresistiven Muster zum Bilden des MR-Elements, das als Magnetfeld-Detektorelement dient, derart, daß das MR-Element so angeordnet ist, daß die Mitte des Spalts zwischen den magnetoresistiven Mustern im wesentlichen im Hinblick auf den Ort mit dem Rand des Innenumfangs des ringförmigen Magneten übereinstimmt. Mit diesem Aufbau variiert die Größe des an dem jeweiligen magnetoresistiven Mustern anliegenden Magnetfelds in Abhängigkeit von der Tatsache, ob das MR-Element einem vorstehenden Abschnitt oder einem ausgesparten Abschnitt des Drehelements aus Magnetmaterial gegenüberliegt. Hierdurch ist es möglich, ein Signal zu erhalten, das exakt den vorstehenden und ausgesparten Abschnitten des Drehelements aus Magnetmaterial entspricht. Ferner erfordert die Sensoreinrichtung der vorliegenden Ausführungsform lediglich einen Magneten und somit kann sie mit geringer Größe implementiert werden.

Ausführungsform 3

Die Fig. 10 zeigt ein schematisches Diagramm zum Darstellen einer dritten Ausführungsform der Erfindung derart, daß im Vergleich zu Fig. 6 ähnliche Elemente und Teile durch ähnliche Bezugszeichen bezeichnet sind und sie werden hier nicht weiter detailliert beschrieben. Die vorliegende Ausführungsform ist zu der in Fig. 2 gezeigten im Hinblick auf den Ort eines MR-Elements relativ zu dem Ort eines Drehelements aus Magnetmaterial ähnlich, mit der Ausnahme, daß magnetoresistive Muster an unterschiedlichen Orten im Hinblick auf den Ort eines ringförmigen Magneten angeordnet sind. Ferner ist auch der Schaltungsaufbau ähnlich zu dem in Fig. 2 oder 3 gezeigten, mit der Ausnahme, daß die Magneten 21 und 22 durch den ringförmigen Magneten 23 ersetzt sind, obgleich hier nicht weiter beschrieben.

Ein zusätzlicher und besonderer Zweck der vorliegenden Erfindung besteht in der Reduzierung der Wirkung des Positionsfehlers für das MR-Element 3 im Hinblick auf den Ort des ringförmigen Magneten 23 auf die Detektionsgenauigkeit.

Bei dieser Ausführungsform enthält das MR-Element 3 mehrere Magnetfeld-Detektorelemente, die zueinander beabstandet sind, und zwar um einen Umfang, der gleich dem Innendurchmesser des ringförmigen Magneten 23 ist, und das MR-Element ist derart angeordnet, daß ein Magnetfeld-Detektorelement bei einer Position angeordnet ist, die etwas nach außen bezogen auf den Innenumfang des ringförmigen Magneten 23 verschoben ist, wohingehend das andere Magnetfeld-Detektorelement bei einer Position angeordnet ist, die etwas nach innen gegenüber dem Innenumfang verschoben ist. Dies bedeutet, daß, wie in Fig. 10 gezeigt, die Mitte des MR-Elements 3 gegenüber der Mitte des ringförmigen Magneten 23 in Vorwärtsrichtung der Drehung (Drehung im Uhrzeigersinn) des Drehelements aus Magnetmaterial 2 (Bezug zu Fig. 6) so verschoben ist, daß das magnetoresistive Muster 3a etwas nach außen bezogen auf den inneren Umfangsrand des ringförmigen Magneten 23 verschoben ist, und daß das magnetoresistive Muster 3b etwas nach innen bezogen auf den inneren Umfangsrand des ringförmigen Magneten 23 angeordnet ist, wodurch symmetrische Veränderungen des Widerstands der magnetoresistiven Muster 3a und 3b bezogen zur Mitte des ringförmigen Magneten 23 erzeugt werden.

Mit anderen Worten ausgedrückt, ist das magnetoresistive Muster 3a in einer Position angeordnet, bei dem die in Fig. 11 anhand der durchgezogenen Linie dargestellte Widerstandskennlinie für einen vorstehenden Abschnitt des Drehelements aus Magnetmaterial einen Maximalwert aufweist, und das magnetoresistive Muster 3b ist bei einer Position angeordnet, bei der die in Fig. 11 anhand der gestrichelten Linie b dargestellte Widerstandskennlinie für einen ausgesparten Abschnitt des Drehelements aus Magnetmaterial 2 einen maximalen Wert aufweist, derart, daß die Position des magnetoresistiven Musters 3b den im Hinblick auf die Mitte des Magneten 23 entgegengesetzt zur Position des magnetoresistiven Musters 3a ist.

Als Ergebnis des obigen Aufbaus weisen die magnetoresistiven Muster 3a und 3b unterschiedliche Widerstände in Abhängigkeit davon auf, ob die magnetoresistiven Muster 3a und 3b einem vorstehenden Abschnitt oder einem ausgesparten Abschnitt gegenüberliegen. Liegen die magnetoresistiven Muster 3a oder 3b einem vorstehenden Abschnitt gegenüber, so weist das magnetoresistive Muster 3a einen größeren Widerstand als das magnetoresistive Muster 3b auf, wohingehend das magnetoresistive Muster 3b einen größeren Widerstand als das magnetoresistive Muster 3a dann aufweist, wenn die magnetoresistiven Muster 3a und 3b einem ausgesparten Abschnitt gegenüberliegen.

Somit variieren in Ansprechen auf die Relativposition im Hinblick auf die vorstehenden und ausgesparten Abschnitte des Drehelements aus Magnetmaterial 2 die Widerstände der magnetoresistiven Muster 3a und 3b in entgegengesetzten Richtungen zueinander. Dies führt zu einer großen Differenz der Ausgangsspannungen der Brückenschaltung.

Unter Bezug auf Fig. 12 werden die Kennlinien der Sensoreinrichtung in größerem Detail für den Fall diskutiert, in dem die magnetoresistiven Muster 3a und 3b des MR-Elements 3 gegenüber der korrekten Position im Hinblick auf die Position des ringförmigen Magneten 23 verschoben sind.

Bei der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform nehmen dann, wenn die magnetoresistiven Muster 3a und 3b gegenüber den korrekten Positionen im Hinblick auf den ringförmigen Magneten 23 verschoben sind, die Widerstandswerte der magnetoresistiven Muster 3a und 3b einen Verlauf an, wie er in Fig. 12A gezeigt ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform nehmen andererseits dann, wenn die magnetoresistiven Muster 3a und 3b gegenüber den korrekten Positionen im Hinblick auf den ringförmigen Magneten 23 verschoben sind, die Widerstände der magnetoresistiven Muster 3a und 3b eine Verlauf an, wie er in Fig. 12B gezeigt ist.

Im Fall der in Fig. 12A gezeigten zweiten Ausführungsform nehmen die Veränderungen der Widerstände der magnetoresistiven Muster 3a und 3b zu extrem geringen Pegeln ab, im Vergleich zu denjenigen der vorliegenden Ausführungsform, wie in Fig. 12B gezeigt.

Dies bedeutet, daß die vorliegende Ausführungsform einen größeren Spielraum im Zusammenhang mit dem Positionierfehler des MR-Elements relativ zur Position des ringförmigen Elementes ermöglicht.

In dem Fall, in dem sich das Drehelement aus Magnetmaterial 2 entgegen dem Uhrzeigersinn dreht, im Gegensatz zu dem in Fig. 10 gezeigten Beispiel, ist das MR-Element 3 mit den magnetoresistiven Mustern 3a und 3b, die zueinander in einem Umfang beabstandet sind, der gleich dem Innendurchmesser des ringförmigen Magneten 23 ist, so angeordnet, daß die Mitte des MR-Elements 3 gegenüber der Mitte des ringförmigen Magneten 23 in Vorwärtsrichtung der Drehung des Drehelement aus Magnetmaterial 2 so verschoben ist, daß das magnetoresistive Muster 3a etwas nach innen bezogen auf den Innenumfangsrand des ringförmigen Magneten 23 angeordnet ist und das magnetoresistive Muster 3b etwas nach außen bezogen auf den Innenumfangsrand des ringförmigen Magneten 23 angeordnet ist, wodurch symmetrische Veränderungen des Widerstands der magnetoresistiven Muster 3a und 3b bezüglich der Mitte des ringförmigen Magneten 23 erzeugt werden.

In diesem Fall ist das magnetoresistive Muster 3a an einer Stelle angeordnet, entsprechend einem Spitzenwert der Widerstandskennlinie für einen ausgesparten Abschnitt des Drehelements aus Magnetmaterial 2, wie er anhand der gestrichelten Linie b in Fig. 11 dargestellt ist, wohingehend das magnetoresistive Muster 3b an einer Position entsprechend einem Spitzenwert der Widerstandskennlinie für einen vorstehenden Abschnitt angeordnet ist, dargestellt anhand der durchgezogenen Linie a in Fig. 11, derart, daß die magnetoresistiven Muster 3a und 3b im Hinblick auf ihre Position entgegengesetzt zueinander relativ zur Mitte des ringförmigen Magneten 23 angeordnet sind.

Somit wird auch bei dieser Ausführungsform die Differenz zwischen den Mittenpunktspannungen, die in der oben beschriebenen Weise erhalten werden, durch den in Fig. 3 gezeigten Differentialverstärker verstärkt. Der Differentialverstärker 12 gibt ein Signal entsprechend den vorstehenden und ausgesparten Abschnitten des Drehelements aus Magnetmaterial 2 aus, derart, daß sich das Ausgangssignal für vorstehende Abschnitte im Hinblick auf den Pegel unterscheidet und im Hinblick auf die Phase entgegengesetzt zu demjenigen für ausgesparte Abschnitte ist.

Das Ausgangssignal des Differentialverstärkers 12 wird dem Komparator 13 zugeführt, und es wird mit dem Referenzwert oder dem Schwellwert V_TH verglichen. Der Komparator 13 gibt eine "0"- oder "1"-Signal in Übereinstimmung mit dem Vergleichsergebnis aus. Die Signalform dieses Signals wird anschließend durch die Signalformgebungsschaltung 14 geformt.

Im Ergebnis wird ein Ausgangssignal mit einem "0"- oder "1"- Pegel mit stark ansteigenden und fallenden Flanken erhalten, und zwar über den Ausgangsanschluß 15 derart, daß das Ausgangssignal exakt den vorstehenden und ausgesparten Abschnitten des Drehelements aus Magnetmaterial 2 entspricht.

Bei der vorliegenden Ausführungsform sind, wie oben beschrieben, die magnetoresistiven Muster des MR-Elements, das als Magnetfeld-Detektorelement dient, zueinander in einem Umfang beabstandet, der gleich dem Innendurchmesser des ringförmigen Magneten ist, und das MR-Element ist bei einer Position angeordnet, die in eine Richtung in Abhängigkeit von der Drehrichtung des Drehelements aus Magnetmaterial so verschoben ist, daß die mehreren magnetoresistiven Muster ihren Widerstand symmetrisch bezüglich der Mitte des ringförmigen Magneten verändern. Mit diesem Aufbau erfährt jedes magnetoresistive Muster des MR-Elements ein Magnetfeld, das im Hinblick auf die Größe in Abhängigkeit davon variiert, ob die magnetoresistiven Muster einem vorstehenden oder ausgesparten Abschnitt des Drehelements aus Magnetmaterial gegenüberliegen. Hierdurch ist es möglich, ein Signal zu erhalten, das exakt den vorstehenden oder ausgesparten Abschnitten des Drehelements aus Magnetmaterial gegenüberliegen, wie bei der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform. Ein zusätzliches und besonderes Merkmal der vorliegenden Ausführungsform besteht darin, daß sich ein großer Spielraum im Hinblick auf den Positionierfehler des MR-Elements relativ zu dem Ort des ringförmigen Magneten erzielen läßt.

Ausführungsform 4

Die Fig. 13 zeigt ein Blockschaltbild zum Darstellen einer vierten Ausführungsform der Erfindung, derart, daß im Vergleich zu Fig. 2 ähnliche Elemente oder Teile anhand ähnlicher Bezugszeichen bezeichnet werden, und diese sind hier nicht weiter detailliert beschrieben. Bei dieser Ausführungsform ist der Ort eines Magnetfeld-Detektorelements relativ zu einem Drehelement aus Magnetmaterial in ähnlicher Weise zu der oben unter Bezug auf die in Fig. 6 beschriebenen Ausführungsform festgelegt.

Zum Erzielen eines Ausgangssignals, das sich exakt in Übereinstimmung mit den vorstehenden und ausgesparten Abschnitten des Drehelements aus Magnetmaterial verändert, ist das Magnetfeld-Detektorelement als magnetoresistives Großelement (GMR, giant magnetoresistance elements) realisiert.

Das GMR-Element weist eine Mehrebenenstruktur auf, bestehend aus alternativ aufgebrachten magnetischen Schichten und nichtmagnetischen Schichten, jeweils mit einer Dicke im Bereich von einigen Å bis einigen zehn Å. Eine derartige Mehrschichtstruktur ist als Übergitterstruktur bekannt, und ein spezifisches Beispiel ist in einer Veröffentlichung offenbart, die den Titel "Magnetoresistiver Effekt eines Übergitters" aufweist, und in Journal of Magnetics Society of Japan, Bd. 15, Nr. 51991, S. 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 (Veränderung des Magnetwiderstands) auf, als übliche GMR-Einrichtungen. Bei diesen GMR-Elementen mit Übergitterstruktur hängt der magnetoresistive Effekt lediglich von dem Relativwinkel zwischen der Magnetisierung benachbarter Magnetschichten ab, und somit hängt die Veränderung des Widerstands nicht von der Richtung des externen Magnetfelds ab, das im Hinblick auf die Richtung des Stroms anliegt (diese Eigenschaft wird als ebeneninterne Magnetfeld-Empfindlichkeit bezeichnet).

Die Merkmale der GMR-Elemente bestehen in einer Kennlinie mittels der Hysterese bei dem Widerstand gegenüber dem anliegenden Magnetfeld und in einem großen Temperaturkoeffizienten.

Die Fig. 13 zeigt ein Blockschaltbild zum Darstellen des Schaltungsaufbaus einer Sensoreinrichtung unter Einsatz von GMR-Elementen mit der Hystereseeigenschaft.

Die Sensoreinrichtung enthält: eine Wheatstone-Brücken­ schaltung 11A mit GMR-Elementen, die mit festgelegtem Abstand gegenüber dem Drehelement aus Magnetmaterial 2 so angeordnet sind, daß ein Magnetfeld von einem ringförmigen Magneten 23 an die GMR-Elemente angelegt wird; einem Komparator 13 zum Vergleichen der Mittenpunktspannungen der Wheatstone-Brückenschaltung 11A miteinander und zum Ausgeben eines "0"-Signals oder eines "1"-Signals in Übereinstimmung mit dem Vergleichsergebnis; eine Signalformgebungsschaltung 14 für die Formgebung der Signalform der Ausgangsgröße des Komparators 13 und zum Zuführen eines "0"- oder "1"-Signals mit steil ansteigenden und fallenden Flanken zu dem Ausgangsanschluß 15. Der obige Komparator 13 und die Signalformgebungsschaltung 14 bilden eine Signalverarbeitungsvorrichtung.

Die Fig. 14 zeigt ein spezifisches Beispiel der in Fig. 13 anhand des Blockschaltbilds gezeigten Schaltung.

Die Wheatstone-Brückenschaltung 11A enthält GMR-Elemente 24A und 24B und feste Widerstände 24C und 24D, die in jeweiligen Zweigen der Wheatstone-Brückenschaltung derart angeordnet sind, daß ein Ende des GMR-Elements 24A und Ende des festen Widerstands 24C gemeinsam mit einem Stromversorgungsanschluß V_cc über einen Knoten 16 verbunden ist, das eine Ende des GMR-Elements 24B und ein Ende des festen Widerstands 24D gemeinsam mit Masse über einen Knoten 17 verbunden ist, daß das andere Ende des GMR-Elements 24A und das andere Ende des GMR-Elements 24B mit einem Knoten 18 verbunden ist und daß das andere Ende des festen Widerstands 24C und das andere Ende des festen Widerstands 24D mit einem Knoten 19 verbunden ist. Bei dieser Ausführungsform entsprechen die GMR-Elemente 24A und 24B dem magnetoresistiven Muster 24a und 24b (Bezug zu Fig. 16), die an Positionen relativ zu einem ringförmigen Magneten 23 in ähnlicher Weise zu den magnetoresistiven Mustern 3a und 3b angeordnet sind, wie es oben unter Bezug auf die Fig. 6 beschrieben ist. Das GMR-Element ist so angeordnet, daß die Mitte des Spalts zwischen den magnetoresistiven Mustern 24a und 24b im wesentlichen übereinstimmt mit der Stelle des Innenumfangrands des ringförmigen Magneten 23. Bei dieser Ausführungsform können die festen Widerstände 24C und 24D ebenfalls durch GMR-Ele­ mente ersetzt sein.

Der Knoten 18 der Wheatstone-Brückenschaltung 11A wird über einen Widerstand mit dem nicht invertierenden Anschluß des Komparators 13 verbunden, und der Knoten 19 ist über einen Widerstand mit dem invertierenden Eingang des Komparators 13 verbunden. Der invertierende Eingang des Komparators 13 ist weiterhin über einen Widerstand mit dem Ausgang des Komparators 13 verbunden.

Der Ausgang des Komparators 13 ist mit der Basis eines Transistors 14a einer Signalformgebungsschaltung 14 verbunden, und er ist ebenfalls über einen Widerstand mit dem Stromversorgungsanschluß V_cc verbunden. Der Kollektor des Transistors 14a ist mit dem Ausgangsanschluß 15 verbunden, und ebenso mit dem Stromversorgungsanschluß V_cc über einen Widerstand. Der Emitter des Transistors 14a ist geerdet.

Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die GMR-Elemente so angepaßt, daß sie eine geeignete Hysterese bei der Kennlinie des Widerstands gegenüber dem anliegenden Magnetfeld aufweisen, durch Optimierung der Filmdicke der magnetischen und nichtmagnetischen Schichten in einem Bereich von einigen Å bis einigen 10 Å.

Nun wird der Betrieb nachfolgend unter Bezug auf die Fig. 15 beschrieben.

Dreht sich das Drehelement aus Magnetmaterial, so verändert sich das an den GMR-Elementen 24A und 24B der Wheatstone-Brücken­ schaltung 11A anliegende Magnetfeld in Ansprechen auf den Durchgang der vorstehenden ausgesparten Abschnitte des in Fig. 15A gezeigten Drehelements aus Magnetmaterial 2, derart, daß das an dem GMR-Element 24A anliegende Magnetfeld sich von dem an dem GMR-Element 10B anliegenden unterscheidet. Im Ergebnis erfahren die Magnetfeld-Sensorebenen des GMR-Ele­ ments 24A und 24B die Änderung des Magnetfelds entsprechend den vorstehenden und ausgesparten Abschnitten des Drehelements aus Magnetmaterial 2. Somit wird die Gesamtamplitude der Veränderung des Magnetfelds tatsächlich zweimal größer als in dem Fall, bei dem er mit einem einzigen GMR-Element erfaßt wird, und eine entsprechende Veränderung des Widerstands tritt in jedem GMR-Element auf. Die GMR-Ele­ mente 24A weisen maximale und minimale Widerstandswerte an Stellen auf, die im Hinblick auf die Phase im Gegensatz zu denjenigen sind, an denen die GMR-Elemente 24B maximale und minimale Widerstandswerte aufweisen. Im Ergebnis verändern sich die Spannungen bei den Knoten 18 und 19 (Mittenpunktspannungen) der Wheatstone-Brückenschaltung 11A in ähnlicher Weise so, daß eine große Differenz zwischen diesen Mittenpunktspannungen V₁ und V₂ besteht, wie in Fig. 15B gezeigt.

Die Fig. 15B zeigt die Mittenpunktspannungen V₁ und V₂ bei den Knoten 18 und 19 der Wheatstone-Brückenschaltung 11A, die dann erhalten werden, wenn die GMR-Elemente 24A und 24B enthaltende Wheatstone-Brücke 11A mit einer Stromversorgung V_cc verbunden ist und das Drehelement aus Magnetmaterial 2 (Bezug zu Fig. 6) gedreht wird, derart, daß die Mittenpunktspannungen für mehrere Distanzen zwischen den GMR-Elem­ enten und dem Drehelement aus Magnetmaterial 2 gezeigt ist (im folgenden wird auf eine derartige Distanz einfach als Spalt) Bezug genommen.

Bei dem Übergang von einem ausgesparten Abschnitt zu einem vorstehenden Abschnitt oder von einem vorstehenden Abschnitt zu einem ausgesparten Abschnitt des Drehelements aus Magnetmaterial überquert die Mittenpunktspannung V₁ bei dem Knoten 28 des GMR-Elements 24A und 24B einen bestimmten Punkt, der unabhängig von der Größe des Spalts fest ist, wie sich anhand der Fig. 15B erkennen läßt.

Sofern der Vergleichspegel (slice level) des Komparators 13, der durch die Mittenpunktspannung V₂ bei einem Knoten 19 zwischen den festen Widerständen 24C und 24D vorgegeben ist, auf den oben beschriebenen festen Punkt durch geeignete Auswahl des Widerstands der festen Widerstände 24C und 24D festgelegt ist, ist es möglich, die spaltbedingte Abweichung der Übergangsflanken entsprechend den vorstehenden und ausgesparten Abschnitten des Drehelements aus Magnetmaterial zu minimieren.

Die Fig. 16 zeigt die Veränderung der Mittenpunktspannung V₁ bei dem Knoten 18 für zahlreiche Größen der Distanz L zwischen dem ringförmigen Magneten 23 und den magnetoresistiven Mustern 24A, 24B zum Bilden des GMR-Ele­ ments 24.

Wie anhand der Fig. 16 zu erkennen ist, ist es bei geeigneter Wahl der Distanz L möglich, zu bewirken, daß die Mittenpunktspannung V₁ bei dem Knoten 18 einen festen Punkt bei einem Pegel gleich 1/2 V_cc durchquert, unabhängig von der Veränderung des Spalts.

In Fig. 16 weist dann, wenn die Distanz L größer als ein geeigneter Wert ist, das magnetoresistive Muster 24b (GMR-Ele­ ment 24B) einen größeren Widerstand als das magnetoresistive Muster 24a (GMR-Element 24A) auf, und somit ist die Mittenpunktspannung V₁ nach oben von 1/2 V_cc verschoben. Ist andererseits die Distanz L geringer als der geeignete Wert, so weist das magnetoresistive Muster 24b (GMR-Element 24B) einen geringeren Widerstand als das magnetoresistive Muster 24a (GMR-Element 24A) auf, und somit ist die Mittenpunktspannung V₁ nach unten von 1/2 V_cc verschoben.

Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Vergleichspegel des Komparators 13, der durch die Mittenpunktspannung V₂ bei dem Knoten 19 zwischen den festen Widerständen 24C und 24D festgelegt ist, auf einen Wert gleich 1/2 V_cc festgelegt, entsprechend dem oben beschriebenen festen Punkt im Zusammenhang mit der Mittenpunktspannung V₁ bei dem Knoten 18. Die Mittenpunktspannung V₁ durchquert den festen Punkt bei dem Pegel gleich 1/2 V_cc dann, wenn die magnetoresistiven Muster 24a und 24b oder die GMR-Elemente 24A und 24B im Hinblick auf den Widerstand gleich zueinander sind. Ferner können die beiden GMR-Elemente 24A und 24B einen gleichen Temperaturkoeffizienten aufweisen. Deshalb tritt keine Abweichung der Mittenpunktspannung V₁ bei dem Knoten 18 aufgrund der Veränderung der Temperatur auf. Somit ist es möglich, die Auswirkungen der Temperaturveränderungen bei der Detektion des Drehelements aus Magnetmaterial 2 zu reduzieren.

Die beiden Knoten 18 und 19 der Wheatstone-Brückenschaltung 11A erhaltenen Mittenpunktspannungen V₁ und V₂ werden dem Komparator 13 zugeführt. In dem Komparator 13 werden diese Mittenpunktspannung V₁ und V₂ miteinander derart verglichen, daß die Mittenpunktspannung V₁ als ein zu detektierendes Eingangssignal wirkt und die Mittenpunktspannung V₂ als ein Vergleichspegel wirkt. Der Komparator 13 gibt ein "0"- oder "1"-Signal in Übereinstimmung mit dem Vergleichsergebnis aus. Die Signalform dieses Ausgangssignals wird dann durch die Signalformgebungsschaltung 14 geformt. Im Ergebnis wird, wie in Fig. 15C gezeigt, ein Ausgangssignal mit einem "0"- oder "1"-Pegel mit steil ansteigenden und fallenden Flanken über den Ausgangsanschluß 15 derart erhalten, daß das Ausgangssignal exakt den vorstehenden und ausgesparten Abschnitten des Drehelements aus Magnetmaterial 2 entspricht.

Somit ist es bei der vorliegenden Ausführungsform möglich, ein Signal zu erhalten, das exakt den vorstehenden und ausgesparten Abschnitten des Drehelements aus Magnetmaterial entspricht, ohne daß die Flanken der vorstehenden und ausgesparten Abschnitte des Drehelements zu detektieren sind und ohne dem Einsatz einer Halteschaltung, die bei der üblichen Technik erforderlich ist. Ferner ist es bei der vorliegenden Ausführungsform möglich, ein Ausgangssignal zu erhalten, das exakt den vorstehenden und ausgesparten Abschnitten des Drehelements aus Magnetmaterial entspricht, sobald die elektrische Energieversorgung des Sensoreinrichtung angeschaltet ist, und somit ist es möglich, einen Schnellstartbetrieb mit hoher Zuverlässigkeit zu erzielen.

Bei der vorliegenden Ausführungsform sind, wie oben beschrieben, die mehreren magnetoresistiven Muster zum Bilden des GMR-Elements, das aus Magnetfeld-Detektorelement dient, an besonderen Stellen relativ zu dem ringförmigen Magneten so angeordnet, daß die Mitte eines Spalts zwischen den mehreren magnetoresistiven Mustern im wesentlichen mit einem Innenumfangrand des ringförmigen Magneten so übereinstimmen, daß die Differenz zwischen den Größen der Magnetfelder, die an den jeweiligen magnetoresistiven Mustern der GMR-Elementen anliegen, invertiert sind, in Abhängigkeit davon, ob das GMR-Ele­ ment einem vorstehenden Abschnitt oder einem ausgesparten Abschnitt des Drehelements aus Magnetmaterial gegenüberliegt. Hierdurch ist es möglich, ein Signal zu erhalten, das exakt den vorstehenden und ausgesparten Abschnitten des Drehelements aus Magnetmaterial entspricht, wie bei der oben beschriebenen ersten bis dritten Ausführungsform. Ferner kreuzen bei dieser Ausführungsform die Mittenpunktspannungen der Brückenschaltung, die die als Magnetfeld-Detektorelemente dienenden GMR-Elemente enthält, einander bei dem festen Punkt des Pegels von 1/2 V_cc unabhängig von der Größe des Spalts, und somit ist kein Differentialverstärker bei einer der Brückenschaltung folgenden Stufe erforderlich. Dies ermöglicht die Vereinfachung des Schaltungsaufbaus. Ferner tritt keine Abweichung der Mittenpunktspannungen der Brückenschaltung unabhängig von Temperaturveränderungen auf, und somit sind die Auswirkungen der Temperaturveränderung bei der Detektion des Drehelement aus Magnetmaterial reduziert.

Ausführungsform 5

Bei den vorhergehenden Ausführungsformen ist das sich bewegende Element des magnetischem Materials, das als Magnetfeld-Veränderungsinduziervorrichtung dient, so ausgebildet, daß es sich synchron mit der Drehwelle dreht. Jedoch kann das sich bewegende Element aus magnetischem Material auch so ausgebildet sein, daß es sich entlang einer geraden Linie bewegt. Obgleich bei den oben beschriebenen Ausführungsformen die Wheatstone-Brückenschaltung aufgebaut mit Magnetfeld-Detektorelementen eingesetzt wird, können andere ähnliche Brückenschaltungsaufbauten ebenfalls eingesetzt werden.

Claims (10)

1. Sensoreinrichtung, enthaltend:
eine Magnetfeld-Erzeugungsvorrichtung (21, 22, 23) zum Erzeugen eines Magnetfelds;
eine Magnetfeld-Veränderungsinduziervorrichtung (2) zum Verändern des Magnetfelds, das durch die Magnetfeld-Er­ zeugungsvorrichtung erzeugt ist, derart, daß die Magnetfeld-Veränderungsinduziervorrichtung mit festgelegter Distanz gegenüber der Magnetfeld-Er­ zeugungsvorrichtung angeordnet ist; und
mehrere Magnetfeld-Detektorelemente (3, 24A, 24B), deren Widerstand sich ändert, in Ansprechen auf das Magnetfeld, dessen Größe durch die Magnetfeld-Ver­ änderungsinduziervorrichtung verändert wird; derart, daß
die mehreren Magnetfeld-Detektorelemente so angeordnet sind, daß die Mitte des Spalts zwischen den Magnetfeld-Detektor­ elementen nicht mit der Stelle des Zentrums der Magnetfeld-Erzeugungsvorrichtung übereinstimmt.

2. Sensoreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetfeld-Detektorelemente bei einer Stelle angeordnet sind, die in einer Vorwärtsrichtung der Bewegung der Magnetfeld-Ver­ änderungsinduziervorrichtung verschoben sind.

3. Sensoreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetfeld-Erzeugungsvorrichtung mehrere Magnete (21, 22) enthält, und daß die mehreren Magnete so angeordnet sind, daß das Zentrum des Spalts zwischen den mehreren Magneten im Hinblick auf den Ort mit einem Ende eines der mehreren Magneten übereinstimmt, derart, daß das Ende dem anderen Magneten gegenüberliegt.

4. Sensoreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetfeld-Erzeugungsvorrichtung einen einzigen ringförmigen Magneten (23) enthält und daß die mehreren Magnetfeld-Detektorelemente so angeordnet sind, daß das Zentrum des Spalts zwischen den Magnetfeld-Detektorelementen im Hinblick auf den Ort mit einem Innenumfangrand des ringförmigen Magneten übereinstimmt.

5. Sensoreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetfeld-Erzeugungsvorrichtung einen einzigen ringförmigen Magneten (23) enthält und daß die mehreren Magnetfeld-Detektorelemente beabstandet zueinander sind, gemäß einem Umfang, der gleich dem Innendurchmesser des ringförmigen Magneten ist, und daß sie derart angeordnet sind, daß eines der mehreren Magnetfeld-Detektorelemente bei einer Position angeordnet ist, die gegenüber einem Innenumfangrand des ringförmigen Magneten etwas nach außen verschoben ist, und daß der andere bei einer Position angeordnet ist, die bezogen auf den entgegengesetzten Innenumfangrand leicht nach innen verschoben ist.

6. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Brückenschaltung (11, 11A) unter Einsatz der mehreren Magnetfeld-De­ tektorelemente so gebildet ist, daß die Polarität eines Magnetfelds, das an einem Magnetfeld-De­ tektorelement anliegt, das an einem Zweig der Brückenschaltung angeordnet ist, entgegengesetzt zu derjenigen ist, das an dem anderen Magnetfeld-De­ tektorelement anliegt.

7. Sensoreinrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Brückenschaltung (11A) unter Einsatz mehrerer magnetoresistiver Großelemente (24A, 24B) gebildet ist, die als die mehreren Magnetfeld-De­ tektorelemente wirken, derart, daß die Polarität eines Magnetfelds, das an einem magnetoresistiven Großelement anliegt, das in einem Zweig der Brückenschaltung angeordnet ist, entgegengesetzt ist zu derjenigen, das an dem anderen magnetoresistiven Großelement anliegt.

8. Sensoreinrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß es ferner eine Signalverarbeitungsvorrichtung (12, 13, 14) zum Verarbeiten eines von der Brückenschaltung ausgegebenen Signals enthält.

9. Sensoreinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungsvorrichtung zumindest enthält: einen Komparator (13) zum Vergleichen der mehreren Ausgangssignale der Brückenschaltung miteinander und eine Signalformgebungsschaltung (14) für die Formgebung der Signalform des Ausgangssignals des Komparators.

10. Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetfeld-Ver­ änderungsinduziervorrichtung ein Drehelement aus Magnetmaterial (2) mit zumindest einem vorstehenden oder ausgesparten Abschnitt enthält.