DE19850647A1 - Magnetdetektor - Google Patents

Abstract

Es wird ein Magnetdetektor beschrieben, der einen exakten Nachweis selbst dann durchführen kann, wenn sich ein Drehteil aus magnetischem Material mit sehr niedriger Geschwindigkeit dreht, und der ein Signal entsprechend zurückspringenden und vorspringenden Abschnitten des beweglichen Teils aus magnetischem Material abgeben kann, wenn die Stromversorgung eingeschaltet ist, und wenn das Drehteil aus magnetischem Material angehalten ist. Der Magnetdetektor weist ein Drehteil aus magentischem Material auf, eine Nachweiseinheit zum Nachweis einer Verschiebung des Drehteils aus magnetischem Material, eine Wechselstromkoppelschaltung zum Abtrennen einer Gleichspannungskomponente von einem Ausgangssignal der Nachweiseinheit, eine Vergleichsschaltung zur Umwandlung des Ausgangssignals der Wechselstromkoppelschaltung in ein Binärsignal, eine Ausgangsschaltung zur Ausgabe eines Ausgangssignals der Vergleichsschaltung nach außen, und einen Widerstand zur Einstellung des Vergleichspegels für die Vergleichsschaltung auf einen Pegel zwischen unterschiedlichen Pegeln zweier Signale.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Magnetfelddetektor oder Magnetdetektor zur Feststellung beispielsweise des Drehwinkels eines zahnradartigen Drehteils aus magnetischem Material, und betrifft insbesondere einen Magnetdetektor zur Erfassung von beispielsweise Drehinformation einer Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung.

Fig. 10 zeigt eine Seitenansicht eines herkömmlichen Magnetdetektors, Fig. 11 ist eine entsprechende Seitenschnittansicht, Fig. 12 zeigt schematisch eine magnetische Schaltung des Magnetdetektors, und Fig. 13 ist ein Schaltbild des Magnetdetektors.

Ein Detektorkörper 1 weist ein zylindrisches Gehäuse 3 aus Kunstharz auf, eine in dem Gehäuse 3 aufgenommene elektrische Schaltungseinheit 4, einen Magneten 5 in Form eines Parallelepipeds, der an einem Vorderende der elektrischen Schaltungseinheit 5 vorgesehen ist, und eine Nachweiseinheit 6, die in einer vorderen Oberfläche des Magneten 5 angeordnet ist, und in welche ein Magnetfeldfühler eingebaut ist.

Wenn bei einem derartigen Magnetdetektor ein zahnradförmiges Drehteil aus magnetischem Material 21 gedreht wird, welches nahe an dem Magnetdetektor angeordnet ist, so nähern sich abwechselnd ein zurückspringender Abschnitt 21a und ein vorspringender Abschnitt 21b des Drehteils aus magnetischem Material 21 an die Nachweiseinheit 6 an, wobei sich das Magnetfeld ändert, welches von dem Magneten 5 an die Nachweiseinheit 6 angelegt wird. Änderungen des angelegten Magnetfeldes werden als Spannungsänderungen durch die Nachweiseinheit 6 nachgewiesen. Die Spannungsänderungen werden nach außen in Form eines impulsförmigen elektrischen Signals ausgegeben, über eine Differenzverstärkerschaltung 12, eine Wechselstromkoppelschaltung 13, eine Vergleichsschaltung 14 und eine Ausgangsschaltung 15 in der Nachweiseinheit 6. Das elektrische Signal wird über eine Anschlußklemme eines Verbinders 2 an eine (nicht dargestellte) Computereinheit geschickt, die das elektrische Signal so verarbeitet, daß der Drehwinkel des Drehteils aus magnetischem Material 21 nachgewiesen oder festgestellt wird.

Im allgemeinen wird ein Magnetowiderstandsgerät (nachstehend als MR-Gerät bezeichnet) oder ein Riesenmagnetowiderstandsgerät (nachstehend als GMR-Gerät bezeichnet) als der Magnetfeldfühler verwendet. Der Magnetdetektor arbeitet in beiden Fällen, also ob das MR-Gerät oder das GMR-Gerät verwendet wird, im wesentlichen auf dieselbe Art und Weise; daher wird nachstehend nur der Betriebsablauf in einem Fall im einzelnen geschildert, in welchem ein MR-Gerät eingesetzt wird.

Das MR-Gerät ist ein Gerät, dessen Widerstandswert sich in Abhängigkeit von dem Winkel ändert, der zwischen der Magnetisierungsrichtung und der Stromrichtung in einem Dünnfilm aus einem ferromagnetischen Material (beispielsweise Ni-Fe oder Ni-Co) vorhanden ist. Das MR-Gerät zeigt einen minimalen Widerstandswert, wenn sich die Stromrichtung und die Magnetisierungsrichtung in rechten Winkel kreuzen, und einen maximalen Widerstandswert, wenn die Stromrichtung und die Magnetisierungsrichtung einen Winkel von 0 Grad zueinander aufweisen, also wenn die beiden Richtungen gleich oder exakt entgegengesetzt sind. Eine derartige Änderung des Widerstandswertes wird als MR-Änderungsrate bezeichnet, und liegt im allgemeinen im Bereich von 2 bis 3% für Ni-Fe und von 5 bis 6% für Ni-Co.

Wenn sich das Drehteil aus magnetischem Material 21 dreht, ändert sich das an das MR-Gerät angelegte Magnetfeld, und ändert sich auch der Widerstandswert des MR-Gerätes. Um Änderungen des Magnetfeldes nachzuweisen kann man eine Brückenschaltung mit MR-Geräten aufbauen, an die Brückenschaltung eine Konstantspannungs- und Konstantstromversorgung anschließen, und Änderungen der Widerstandswerte der MR-Geräte in Spannungsänderungen umwandeln, wodurch Änderungen des Magnetfeldes nachgewiesen werden, welches auf die MR-Geräte einwirkt.

Fig. 14 zeigt schematisch eine magnetische Schaltung eines herkömmlichen Magnetdetektors, der MR-Geräte einsetzt, und

Fig. 15 ist ein Schaltbild des herkömmlichen Magnetdetektors.

Der herkömmliche Magnetdetektor weist eine Brückenschaltung 11 auf, welche MR-Geräte einsetzt, eine Differenzverstärkerschaltung 12 zum Verstärken eines Ausgangssignals der Brückenschaltung 11, eine Wechselstromkoppelschaltung 13 zum Entfernen einer Gleichstromkomponente im Ausgangssignal der Differenzverstärkerschaltung 12, eine Vergleichsschaltung 14 zum Vergleichen des Ausgangssignals der Wechselstromkoppelschaltung 13 mit einem Bezugswert, und zur Ausgabe eines Signals mit dem Pegel "0" oder "1", sowie eine Ausgangsschaltung 15 zum Empfang eines Ausgangssignals der Vergleichsschaltung 14 und zur Signalformung eines Ausgangssignals über einen Schaltvorgang.

Die Brückenschaltung 11 weist MR-Geräte A und B auf. Das MR-Gerät A ist an einer Anschlußklemme mit einer Stromversorgungsklemme Vcc verbunden, und das MR-Gerät B ist an einer Anschlußklemme an Masse gelegt. Die anderen Anschlußklemmen der MR-Geräte A und B sind mit einem Verbindungspunkt A verbunden. Weiterhin ist der Verbindungspunkt A der Brückenschaltung 11 an die Anschlußklemme eines invertierenden Eingangs eines Verstärkers in der Differenzverstärkerschaltung 12 angeschlossen. Eine Anschlußklemme eines nicht-invertierenden Eingangs des Verstärkers ist über einen Widerstand mit einer Spannungsteilerschaltung verbunden, welche eine Referenzstromversorgung darstellt, und dann über einen Widerstand an Masse gelegt. Eine Ausgangsklemme des Verstärkers ist an die Klemme für den invertierenden Eingang des Verstärkers über einen Widerstand angeschlossen, und weiterhin an eine Anschlußklemme eines Kondensators der Wechselstromkoppelschaltung 13.

Die Wechselstromkoppelschaltung 13 weist einen Kondensator und einen Widerstand auf. Die andere Anschlußklemme des Kondensators ist mit einer Anschlußklemme des Widerstandes verbunden, und daraufhin mit einer Anschlußklemme eines invertierenden Eingangs eines Verstärkers in der Vergleichsschaltung 14. Die andere Anschlußklemme des Widerstands ist mit einer Spannungsteilerschaltung verbunden, welche eine Referenzstromversorgung (Referenzspannungsquelle) für die Vergleichsschaltung 14 bildet. Eine Eingangsklemme eines nicht-invertierenden Eingangs des Verstärkers in der Vergleichsschaltung 14 ist an eine Spannungsteilerschaltung angeschlossen, welche eine Bezugsstromversorgung (Bezugsspannungsquelle) bildet, und weiterhin an eine Ausgangsklemme des Verstärkers über einen Widerstand. Eine Ausgangsklemme des Verstärkers in der Vergleichsschaltung 14 ist mit der Stromversorgungsanschlußklemme Vcc über einen Widerstand verbunden, und weiterhin mit einer Basis eines Transistors in der Ausgangsschaltung 15. Der Kollektor des Transistors ist an eine Ausgangsklemme und weiterhin an die Stromversorgungsklemme Vcc über einen Widerstand angeschlossen, wogegen der Emitter des Transistors an Masse gelegt ist.

Fig. 16 ist ein Signalformdiagramm, welches den Signalformverarbeitungsvorgang des herkömmlichen Magnetdetektors zeigt, wenn sich das Drehteil aus magnetischem Material 21 mit hoher Geschwindigkeit dreht.

Bei Drehung des Drehteils aus magnetischem Material 21 werden die MR-Geräte Änderungen des Magnetfeldes ausgesetzt, und erzeugt die Differenzverstärkerschaltung 12 ein in Fig. 16B dargestelltes Ausgangssignal, welches sich entsprechend den abwechselnden vorspringenden und zurückspringenden Abschnitten des Drehteils aus magnetischem Material 21 von Fig. 16A ändert. Das Ausgangssignal der Differenzverstärkerschaltung 12 wird der Wechselstromkoppelschaltung 13 zugeführt, in welcher die Gleichspannungskomponente des verstärkten Ausgangssignals entfernt wird, und dann wird eine Bezugsspannung (1/2 Vcc) für die Vergleichsschaltung 14 als Gleichspannungskomponente angelegt. Das Ausgangssignal der Wechselstromkoppelschaltung 13 wird der Vergleichsschaltung 14 zugeführt und mit einem Bezugswert, also einem Vergleichspegel, verglichen, der in der Vergleichsschaltung 14 eingestellt ist, so daß eine Umwandlung in ein Signal erfolgt, welches den Pegel "0" oder "1" aufweist, wie in Fig. 16C gezeigt. Mit diesem Signal wird eine Signalformung durch die Ausgangsschaltung 15 durchgeführt. Daher wird ein Ausgangssignal mit steil ansteigenden und abfallenden Flanken und dem Pegel "0" oder "1" gemäß Fig. 16D an der Ausgangsklemme der Ausgangsschaltung 15 erzeugt.

Fig. 17 ist ein Signalformdiagramm, in welchem die Signalformverarbeitung des herkömmlichen Magnetdetektors gezeigt ist, wenn sich das Drehteil aus magnetischem Material 21 mit niedriger Geschwindigkeit dreht.

Bei der Drehung des Drehteils aus magnetischem Material 21 werden die MR-Geräte Änderungen des Magnetfeldes ausgesetzt, und erzeugt die Differenzverstärkerschaltung 12 ein in Fig. 17B gezeigtes Ausgangssignal, welche sich entsprechend den abwechselnd vorspringenden und zurückspringenden Abschnitten des Drehteils aus magnetischem Material 21 gemäß Fig. 17A ändert. Das Ausgangssignal der Differenzverstärkerschaltung 12 wird der Wechselstromkoppelschaltung 13 zugeführt, in welcher die Gleichspannungskomponente des verstärkten Ausgangssignals abgetrennt wird, und dann als Gleichspannungskomponente eine Bezugsspannung (1/2 Vcc) für die Vergleichsschaltung 14 angelegt wird. Das Ausgangssignal der Wechselstromkoppelschaltung 13 wird der Vergleichsschaltung 14 zugeführt, und mit einem Bezugswert, also einem Vergleichspegel, verglichen, der in der Vergleichsschaltung 14 eingestellt ist, so daß eine Umwandlung in ein Signal erfolgt, welches den Pegel "0" oder "1" aufweist, wie in Fig. 17C gezeigt. Mit diesem Signal wird dann eine Signalformung durch die Ausgangsschaltung 15 durchgeführt. Daher wird ein Ausgangssignal mit steilen Anstiegs- und Abfallflanken und den Pegel "0" oder "1" gemäß Fig. 17D an der Ausgangsklemme der Ausgangssignal 15 erzeugt.

Der voranstehend geschilderte, herkömmliche Magnetdetektor weist jedoch die nachstehend geschilderten Schwierigkeiten auf.

Wie aus Fig. 17 hervorgeht, kann bei dem herkömmlichen Magnetdetektor, infolge der Tatsache, daß das Ausgangssignal einen Spitzenwert entsprechend jeder Kante des vorspringenden Abschnitts 21b des Drehteils aus magnetischem Material 21 aufweist, ein exakter Nachweis nicht sichergestellt werden, wenn sich das Drehteil aus magnetischem Material 21 mit sehr niedriger Geschwindigkeit dreht.

Da es bei den Signalen, die erzeugt werden, wenn einerseits der zurückspringende Abschnitt 21a und andererseits der vorspringende Abschnitt 21b des Drehteils aus magnetischem Material 21 den MR-Geräten gegenüberliegen, keinen Unterschied gibt, kann darüber hinaus der herkömmliche Magnetdetektor kein Signal mit Pegeln entsprechend den zurückspringenden und vorspringenden Abschnitten ausgegeben, wenn die Stromversorgung eingeschaltet ist, und wenn das Drehteil aus magnetischem Material angehalten ist.

Zur Lösung der voranstehend geschilderten Schwierigkeiten besteht ein Ziel der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung eines Magnetdetektors, der einen exakten Nachweis selbst dann durchführen kann, wenn sich ein Drehteil aus magnetischem Material mit sehr geringer Geschwindigkeit dreht, und der ein Signal mit Pegeln entsprechend zurückspringenden und vorspringenden Abschnitten des Drehteils aus magnetischem Material ausgeben kann, wenn die Stromversorgung eingeschaltet ist, und wenn das Drehteil aus magnetischem Material angehalten ist.

Ein Magnetdetektor gemäß einer ersten Zielrichtung der vorliegenden Erfindung weist ein bewegliches Teil aus magnetischem Material 21 auf, eine Nachweiseinheit zur Feststellung einer Verschiebung des beweglichen Teils aus magnetischem Material, eine Gleichspannungskomponentenentfernungsvorrichtung zum Entfernen einer Gleichspannungskomponente aus einem Ausgangssignal der Nachweiseinheit, eine Wandlervorrichtung zur Umwandlung eines Ausgangssignals der Gleichspannungskomponentenentfernungsvorrichtung in ein Binärsignal, eine Ausgangsvorrichtung zur Ausgabe eines Ausgangssignals der Wandlervorrichtung nach außen, und eine Einstellvorrichtung zur Einstellung eines Wandlerbezugspegels für die Wandlervorrichtung auf einem Pegel zwischen unterschiedlichen Pegeln zweier Signale.

Bei einem Magnetdetektor gemäß einer zweiten Zielrichtung der vorliegenden Erfindung weisen zusätzlich zu den Merkmalen gemäß der ersten Zielrichtung Ausgangssignale der Nachweiseinheit entsprechend vorspringenden und zurückspringenden Abschnitten des beweglichen Teils aus magnetischem Material Maximal- und Minimalpegel bzw. Mini­ mal- und Maximalpegel auf.

Bei einem Magnetdetektor gemäß einer dritten Zielrichtung der vorliegenden Erfindung weist zusätzlich zu den Merkmalen gemäß der ersten Zielrichtung der Detektor eine Magnetfelderzeugungsvorrichtung zur Erzeugung eines Magnetfeldes auf, wird ein Magnetfeldfühler als die Nachweiseinheit verwendet, ist das bewegliche Teil aus magnetischem Material in einem vorbestimmten Spaltabstand links in Bezug auf die Magnetfelderzeugungsvorrichtung angeordnet, und kann das von der Magnetfelderzeugungsvorrichtung erzeugte Magnetfeld ändern, und stellt der Magnetfeldfühler Änderungen des Magnetfeldes bei der Bewegung des beweglichen Teils aus magnetischem Material fest, und ist der Magnetfeldfühler so angeordnet, daß seine Magnetfeldnachweisrichtung parallel zur Magnetisierungsrichtung der Magnetfelderzeugungsvorrichtung verläuft.

Bei einem Magnetdetektor gemäß einer vierten Zielrichtung der vorliegenden Erfindung weist zusätzlich zu den Merkmalen gemäß der dritten Zielrichtung der Magnetfeldfühler einen in Vertikalrichtung empfindlichen Magnetfeldfühler auf, der zwischen der Magnetfelderzeugungsvorrichtung und dem beweglichen Teil aus magnetischem Material angeordnet ist.

Bei einem Magnetdetektor gemäß einer fünften Zielrichtung der vorliegenden Erfindung weist zusätzlich zu den Merkmalen gemäß der dritten Zielrichtung der Magnetfeldfühler einen in der Ebene empfindlichen Magnetfeldfühler auf, der zumindest entweder auf der ersten oder der zweiten Oberfläche der Magnetfelderzeugungsvorrichtung vorgesehen ist, und so angeordnet ist, daß das Ausgangssignal des Magnetfeldfühlers eine vorbestimmte Signalform hat.

Bei einem Magnetdetektor gemäß einer sechsten Zielrichtung der vorliegenden Erfindung sind zusätzlich zu den Merkmalen gemäß der fünften Zielrichtung zumindest zwei Magnetfeldfühler so angeordnet, daß sie Seite an Seite in einer Richtung gegenüberliegend der Magnetfelderzeugungsvorrichtung angeordnet sind, und ist eine zweite Zentrumsachse der Magnetfeldfühler so angeordnet, daß sie im wesentlichen zu einer Endoberfläche der Magnetfelderzeugungsvorrichtung ausgerichtet ist, welche dem beweglichen Teil aus magnetischem Material gegenüberliegt.

Bei einem Magnetdetektor gemäß einer siebten Zielrichtung der vorliegenden Erfindung sind zusätzlich zu den Merkmalen gemäß der fünften Zielrichtung zumindest zwei Magnetfeldfühler so angeordnet, daß sie Seite an Seite in Drehrichtung des beweglichen Teils aus magnetischem Material angeordnet sind, und ist eine zweite Zentrumsachse der Magnetfeldfühler hinter einer Endoberfläche der Magnetfelderzeugungsvorrichtung angeordnet, welche dem beweglichen Teil aus magnetischem Material gegenüberliegt.

Bei einem Magnetdetektor gemäß einer achten Zielrichtung der vorliegenden Erfindung weist zusätzlich zu den Merkmalen gemäß der fünften Zielrichtung der Magnetfeldfühler ein Riesenmagnetowiderstandsgerät auf.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus welchen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen. Es zeigt:

Fig. 1 ein Schaltbild eines Magnetdetektors gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ein Signalformdiagramm mit einer Darstellung der Signalformverarbeitungsvorgänge des Magnetdetektors gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3 ein Signalformdiagramm mit einer Darstellung der Signalformverarbeitungsvorgänge des Magnetdetektors gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4 ein Schaltbild eines Magnetdetektors gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung;

Fig. 5 ein Signalformdiagramm mit einer Darstellung der Signalformverarbeitungsvorgänge des Magnetdetektors gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung;

Fig. 6 eine schematische Darstellung einer magnetischen Schaltung eines Magnetdetektors gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung;

Fig. 7 eine Schnittansicht des Magnetdetektors gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung;

Fig. 8 eine schematische Darstellung einer magnetischen Schaltung eines Magnetdetektors gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung;

Fig. 9 eine schematische Darstellung einer magnetischen Schaltung eines Magnetdetektors gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung;

Fig. 10 eine Seitenansicht eines herkömmlichen Magnetdetektors;

Fig. 11 eine Seitenschnittansicht des herkömmlichen Magnetdetektors;

Fig. 12 eine schematische Darstellung einer magnetischen Schaltung des herkömmlichen Magnetdetektors;

Fig. 13 ein Schaltbild des herkömmlichen Magnetdetektors;

Fig. 14 eine schematische Darstellung einer magnetischen Schaltung eines herkömmlichen Magnetdetektors, bei welchem MR-Geräte eingesetzt werden,

Fig. 15 ein Schaltbild eines herkömmlichen Magnetdetektors, welcher MR-Geräte verwendet;

Fig. 16 ein Signalformdiagramm mit einer Darstellung der Signalformverarbeitungsvorgänge des herkömmlichen Magnetdetektors, welcher MR-Geräte verwendet, während einer Drehung mit hoher Geschwindigkeit; und

Fig. 17 ein Signalformdiagramm mit einer Darstellung der Signalverarbeitungsvorgänge des herkömmlichen Magnetdetektors, welcher MR-Geräte verwendet, während einer Drehung mit niedriger Geschwindigkeit.

AUSFÜHRUNGSFORM 1

Fig. 1 ist ein Schaltbild eines Magnetdetektors gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung, und Fig. 2 ist ein Signalformdiagramm mit einer Darstellung der Signalformverarbeitungsvorgänge des Magnetdetektors.

Bei dieser Ausführungsform ist der Aufbau des Magnetdetektors im wesentlichen ebenso wie bei dem in Fig. 12 gezeigten, herkömmlichen Magnetdetektor, mit Ausnahme der Tatsache, daß ein Hall-Gerät als Magnetfeldfühler verwendet wird. Ein Hall-Gerät ist ein Gerät, welches nur auf ein Magnetfeld reagiert, welches vertikal zur Oberfläche des Gerätes verläuft, und eine Spannung proportional zum magnetischen Fluß ausgibt, der durch die Oberfläche des Gerätes hindurchgeht.

Eine Nachweiseinheit 6 ist zwischen einem Magneten 5 als Magnetfelderzeugungsvorrichtung, der in Richtung gegenüberliegend einem Drehteil aus magnetischem Material 21 als Drehteil aus magnetischem Material magnetisiert ist, und dem Drehteil aus magnetischem Material 21 angeordnet, so daß die Magnetismusabfühlrichtung des Hall-Geräts und die Magnetisierungsrichtung des Magneten zueinander ausgerichtet sind. Infolge dieser Anordnung kann der Magnetdetektor ein Signal erzeugen, welches einen Maximalpegel entsprechend einem vorspringenden Abschnitt 21b des Drehteils aus magnetischem Material 21 und einen Minimalpegel entsprechend einem zurückspringenden Abschnitt 21a des Drehteils aufweist, jedoch keinen Spitzenwert entsprechend jeder Kante des vorspringenden Abschnitts 21b zeigt.

Wenn im einzelnen der zurückspringende Abschnitt 21a des Drehteils aus magnetischem Material 21 dem Magnetdetektor gegenüberliegt, geht ein geringerer magnetischer Fluß durch das Hall-Gerät hindurch, und daher erzeugt das Hall-Gerät eine kleinere Ausgangsspannung. Wenn der vorspringende Abschnitt 21b des Drehteils aus magnetischem Material 21 dem Magnetdetektor gegenüberliegt, so wird der magnetische Fluß durch den vorspringenden Abschnitt 21b angezogen, so daß der magnetische Fluß ansteigt, der durch das Hall-Gerät hindurchgeht, und daher erzeugt das Hall-Gerät eine höhere Ausgangsspannung.

Weiterhin sind bei der vorliegenden Ausführungsform die Widerstandswerte einstellbarer Widerstände R1a, R1b, die in einer Differenzverstärkerschaltung 12 als Einstellvorrichtung vorgesehen sind, so eingestellt, daß der Vergleichspegel einer Vergleichsschaltung 14, die als Wandlervorrichtung stromabwärts der Differenzverstärkerschaltung 12 über einen Wechselstromkoppelschaltung 13 als Vorrichtung zum Entfernen einer Gleichspannungskomponente vorgesehen ist, auf einen Signalpegel zwischen dem Signalpegel entsprechend dem vorspringenden Abschnitt 21b und dem Signalpegel entsprechend dem zurückspringenden Abschnitt 21a eingestellt ist.

Durch diese Einstellung des Vergleichspegels kann der Magnetdetektor einen exakten Nachweis selbst dann durchführen, wenn sich das Drehteil aus magnetischem Material 21 mit sehr niedriger Geschwindigkeit dreht, und kann ein Signal mit Pegeln entsprechend den zurückspringenden und vorspringenden Abschnitten abgeben, wenn die Stromversorgung eingeschaltet ist, und wenn das Drehteil aus magnetischem Material angehalten ist.

Das Hall-Gerät kann durch ein Halbleiter-Magneto­ widerstandsgerät ersetzt werden, wobei im wesentlichen dieselben Vorteile wie voranstehend geschildert erzielt werden.

Abhängig von der Positionsbeziehung zwischen dem Magnetfeldfühler und dem Magneten 5, kann wie in Fig. 3 gezeigt, ein Spitzenwert entsprechend jeder Kante des vorspringenden Abschnitts 21b des Drehteils aus magnetischem Material 21 auftreten. Selbst in einem derartigen Fall können jedoch ähnliche Vorteile wie voranstehend geschildert dadurch erzielt werden, daß die Anordnung so gewählt wird, daß zwischen dem Pegel entsprechend dem vorspringenden Abschnitt 21b und dem Pegel entsprechend dem zurückspringenden Abschnitt 21a ein Unterschied vorhanden ist.

AUSFÜHRUNGSFORM 2

Fig. 4 ist ein Schaltbild eines Magnetdetektors gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung, und Fig. 5 ist ein Signalformdiagramm mit einer Darstellung der Signalformverarbeitungsvorgänge des Magnetdetektors. In Fig. 4 sind entsprechende Bauteile wie in Fig. 1 mit gleichen oder entsprechenden Bezugszeichen bezeichnet, und erfolgt insoweit nicht unbedingt eine erneute Beschreibung.

Bei der voranstehend geschilderten Ausführungsform 1 wird der Vergleichspegel dadurch eingestellt, daß die Widerstandswerte der einstellbaren Widerstände R1 der Differenzverstärkerschaltung 12 entsprechend eingestellt werden. Andererseits wird bei der vorliegenden Ausführungsform 2 der Vergleichspegel auf einen Pegel zwischen dem Signalpegel entsprechend dem vorspringenden Abschnitt 21b und dem Signalpegel entsprechend dem zurückspringenden Abschnitt 21a eingestellt, durch entsprechende Einstellung der Widerstandswerte einstellbarer Widerstände R2 als Einstellvorrichtungen für die Vergleichsschaltung 14.

Infolge einer derartigen Einstellung können bei der vorliegenden Ausführungsform ähnliche Vorteile wie bei der Ausführungsform 1 erzielt werden.

AUSFÜHRUNGSFORM 3

Fig. 6 zeigt schematisch eine magnetische Schaltung eines Magnetdetektors gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung; im einzelnen ist Fig. 6A eine Seitenansicht, Fig. 6B eine Perspektivansicht, und Fig. 6C eine Aufsicht.

Bei der vorliegenden Ausführungsform ist das Schaltbild ebenso wie bei den voranstehend geschilderten Ausführungsformen 1 und 2, mit Ausnahme der Tatsache, daß statt eines Hall-Geräts ein MR-Gerät eingesetzt wird, und ergibt sich dasselbe Signalformdiagramm mit einer Darstellung der Signalformverarbeitungsvorgänge wie bei den voranstehenden Ausführungsformen 1 und 2; daher sind hier das Schaltbild bzw. Signalformdiagramm weggelassen.

Bei der vorliegenden Ausführungsform wird als Magnetfeldfühler ein MR-Gerät eingesetzt, welches ein in der Ebene empfindliches Magnetowiderstandsgerät darstellt. Eine Nachweiseinheit 6 mit zwei darin vorgesehenen MR-Geräten ist auf einer ersten Oberfläche des Magneten 5 vorgesehen, der in der Richtung des Gegenüberliegens des Drehteils aus magnetischem Material 21 magnetisiert ist, und ist so ausgebildet, daß die beiden MR-Geräte Seite an Seite in der Richtung des Gegenüberliegens in Bezug auf das Drehteil aus magnetischem Material 21 angeordnet sind, und eine zweite Zentrumsachse der beiden MR-Geräte im wesentlichen zur Endoberfläche des Magneten 5 ausgerichtet ist, der dem Drehteil aus magnetischem Material 21 gegenüberliegt. Weiterhin ist das Muster jedes MR-Gerätes so ausgebildet, daß die Magnetismusnachweisrichtung zur Magnetisierungsrichtung des Magneten 5 ausgerichtet ist.

Infolge dieser Anordnung kann der Magnetdetektor ein Signal erzeugen, welches einen Maximalpegel entsprechend dem vorspringenden Abschnitt 21b des Drehteils aus magnetischem Material und einen Minimalpegel entsprechend dem zurückspringenden Abschnitt 21a des Drehteils aufweist, jedoch keinen Spitzenwert entsprechend jeder Kante des vorspringenden Abschnitts 21b aufweist. Die Vorrichtung zur Einstellung des Vergleichspegels der Vergleichsschaltung 14 ist ebenso wie bei den Ausführungsformen 1 und 2 ausgebildet. Daher kann der Magnetdetektor einen exakten Nachweis selbst dann durchführen, wenn sich das Drehteil aus magnetischem Material 21 mit sehr niedriger Geschwindigkeit dreht, und kann ein Signal mit Pegeln entsprechend den zurückspringenden und vorspringenden Abschnitten ausgeben, wenn die Stromversorgung eingeschaltet ist, und wenn das Drehteil aus magnetischem Material angehalten ist.

In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, daß das MR-Gerät eine Anisotropie zeigt. Anders ausgedrückt muß das MR-Gerät so angeordnet werden, daß die Richtung seines Musters so verläuft, daß die Magnetismusabfühlrichtung mit der Magnetisierungsrichtung des Magneten 5 zusammenfällt, wie in Fig. 6 gezeigt ist.

Fig. 7 ist eine Schnittansicht des Magnetdetektors gemäß Ausführungsform 3.

Bei den voranstehend geschilderten Ausführungsformen 1 und 2 sind die Montageoberfläche der Nachweiseinheit 6 und die Montageoberfläche der elektronischen Bauteile, welche die elektrische Schaltungseinheit 4 bilden, senkrecht zueinander angeordnet. Diese Art von Magnetdetektor muß daher von zwei Richtungen aus montiert werden, oder muß zuerst von einer Richtung aus montiert werden, und dann senkrecht zur Montagerichtung abgebogen werden.

Da jedoch bei der vorliegenden Ausführungsform die Nachweiseinheit 6 auf der ersten (oberen) Oberfläche des Magneten 5 vorgesehen ist, der in der Richtung des Gegenüberliegens in Bezug auf das Drehteil aus magnetischem Material 21 magnetisiert ist, und so angeordnet ist, daß die ersten Zentrumsachsen des MR-Gerätes und des Magneten 5 im wesentlichen zueinander ausgerichtet sind, kann die Montage der Nachweiseinheit 6 und die Montage der die elektrische Schaltungseinheit 4 bildenden elektronischen Bauteile in derselben Richtung erfolgen, was zu einer vereinfachten Herstellung führt. Da es nicht erforderlich ist, nach der Montage in einer Richtung einen zusätzlichen Biegevorgang durchzuführen, wird darüber hinaus die Position der Nachweiseinheit 6 in Bezug auf den Magneten 5 stabiler, und verbessern sich die Eigenschaften des Magnetdetektors entsprechend.

AUSFÜHRUNGSFORM 4

Fig. 8 zeigt schematisch eine magnetische Schaltung eines Magnetdetektors gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung; hierbei ist Fig. 8A eine Seitenansicht, Fig. 8B eine Perspektivansicht, und Fig. 8C eine Aufsicht.

Bei der vorliegenden Ausführungsform ist das Schaltbild ebenso wie bei den voranstehend geschilderten Ausführungsformen 1 und 2, mit Ausnahme der Tatsache, daß ein MR-Gerät als Magnetfeldfühler statt eines Hall-Gerätes verwendet wird, und ist auch das Signalformdiagramm mit einer Darstellung der Signalformverarbeitungsvorgänge ebenso wie bei den voranstehend geschilderten Ausführungsformen 1 und 2; daher sind hier das Schaltbild und das Signalformdiagramm weggelassen. Es wird darauf hingewiesen, daß bei der vorliegenden Ausführungsform ein Festwiderstand als ein MR-Gerät verwendet wird.

Die vorliegende Ausführungsform verwendet als Magnetfeldfühler ein MR-Gerät, welches ein in der Ebene empfindliches Magnetowiderstandsgerät darstellt. Eine Nachweiseinheit 6 mit einem eingebauten MR-Gerät ist auf einer ersten Oberfläche des Magneten 5 vorgesehen, der in der Richtung des Gegenüberliegens in Bezug auf das Drehteil aus magnetischem Material 21 magnetisiert ist, und ist so angeordnet, daß das MR-Gerät in der Drehrichtung des Drehteils aus magnetischem Material 21 liegt, und eine zweite Zentrumsachse des MR-Geräts hinter einer Endoberfläche des Magneten 5 angeordnet ist, welcher dem Drehteil aus magnetischem Material 21 gegenüberliegt. Weiterhin ist das Muster des MR-Geräts so ausgebildet, daß seine Magnetismusnachweisrichtung zur Magnetisierungsrichtung des Magneten 5 ausgerichtet ist.

Infolge dieser Anordnung kann der Magnetdetektor ein Signal erzeugen, welches einen Maximalpegel entsprechend dem vorspringenden Abschnitt 21b des Drehteils aus magnetischem Material 21 und einen Minimalpegel entsprechend dem zurückspringenden Abschnitt 21a des Drehteils aufweist, jedoch keinen Spitzenwert entsprechend jeder Kante des vorspringenden Abschnitts 21b zeigt. Die Vorrichtung zur Einstellung des Vergleichspegels der Vergleichsschaltung 14 ist ebenso wie bei den voranstehend geschilderten Ausführungsform 1 und 2.

Daher kann der Magnetdetektor einen exakten Nachweis selbst dann durchführen, wenn sich das Drehteil aus magnetischem Material 21 mit sehr niedriger Geschwindigkeit dreht, und kann ein Signal mit Pegeln entsprechend den zurückspringenden und vorspringenden Abschnitten ausgeben, wenn die Stromversorgung eingeschaltet ist, und wenn das Drehteil aus magnetischem Material angehalten ist.

In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, daß das MR-Gerät eine Anisotropie zeigt. Anders ausgedrückt muß das MR-Gerät so angeordnet werden, daß die Richtung seines Musters so verläuft, daß die Magnetismusabfühlrichtung mit er Magnetisierungsrichtung des Magneten 5 übereinstimmt, wie dies in Fig. 8 gezeigt ist.

Wie bei der voranstehend geschilderten Ausführungsform 3 kann die Montage der Nachweiseinheit 6 und die Montage elektronischer Bauteile der elektrischen Schaltungseinheit 4 in derselben Richtung erfolgen, was die Herstellung erleichtert. Da kein zusätzlicher Biegevorgang nach der Montage in einer Richtung erforderlich ist, erhält man eine stabilere Position der Nachweiseinheit 6 in Bezug auf den Magneten 5, und werden die Eigenschaften des Magnetdetektors entsprechend verbessert.

AUSFÜHRUNGSFORM 5

Fig. 9 zeigt schematisch eine magnetische Schaltung eines Magnetdetektors gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung; hierbei ist Fig. 9A eine Seitenansicht, Fig. 9B eine Perspektivansicht, und Fig. 9C eine Aufsicht.

Bei der vorliegenden Ausführungsform ist das Schaltbild ebenso wie bei den voranstehend geschilderten Ausführungsformen 1 und 2, mit Ausnahme der Tatsache, daß statt eines Hall-Geräts ein MR-Gerät als Magnetfeldfühler verwendet wird, und ist das Signalformdiagramm mit der Darstellung der Signalformverarbeitungsvorgänge ebenso wie bei den voranstehend geschilderten Ausführungsformen 1 und 2; im vorliegenden Fall sind daher das Schaltbild und das Signalformdiagramm weggelassen.

Die vorliegende Ausführungsform verwendet als Magnetfeldfühler ein MR-Gerät, welches ein in der Ebene empfindliches Magnetowiderstandsgerät darstellt. Eine Nachweiseinheit 6 mit zwei eingebauten MR-Geräten ist auf einer zweiten Oberfläche des Magneten 5 angeordnet, der in der Richtung des Gegenüberliegens in Bezug auf das Drehteil aus magnetischem Material 21 magnetisiert ist, und ist so ausgebildet, daß die beiden MR-Geräte Seite an Seite in Richtung des Gegenüberliegens in Bezug auf das Drehteil aus magnetischem Material 21 angeordnet sind, und eine zweite Zentrumsachse der beiden MR-Geräte im wesentlichen zu einer Endoberfläche des Magneten 5 ausgerichtet ist, welcher dem Drehteil aus magnetischem Material 21 gegenüberliegt. Weiterhin ist das Muster der MR-Geräte so ausgebildet, daß die Magnetismusnachweisrichtung zur Magnetisierungsrichtung des Magneten 5 ausgerichtet ist.

Infolge dieser Anordnung kann der Magnetdetektor ein Signal erzeugen, welches einen Maximalpegel entsprechend dem vorspringenden Abschnitt 21b des Drehteils aus magnetischem Material 21 und einen Minimalpegel entsprechend dem zurückspringenden Abschnitt 21a des Drehteils aufweist, jedoch keinen Spitzenwert entsprechend jeder Kante des vorspringenden Abschnitts 21b zeigt. Die Vorrichtung zur Einstellung des Vergleichspegels der Vergleichsschaltung 14 ist ebenso wie bei den voranstehend geschilderten Ausführungsformen 1 und 2.

Der Magnetdetektor kann daher einen exakten Nachweis selbst dann durchführen, wenn sich das Drehteil aus magnetischem Material 21 mit sehr niedriger Geschwindigkeit dreht, und kann ein Signal mit Pegeln entsprechend den zurückspringenden und vorspringenden Abschnitten ausgeben, wenn die Stromversorgung eingeschaltet ist, und wenn das Drehteil aus magnetischem Material angehalten ist. Da das MR-Gerät größere Widerstandsänderungen bei der vorliegenden Ausführungsform zeigt als bei der voranstehend geschilderten Ausführungsform 3, erhöht sich die Ausgangsspannung der Brückenschaltung 11, und verbessern sich die Eigenschaften des Magnetdetektors entsprechend.

AUSFÜHRUNGSFORM 6

Während bei jeder der voranstehend geschilderten Ausführungsformen 3 bis 5 ein MR-Gerät als Magnetfeldfühler verwendet wird, wird bei der vorliegenden Ausführungsform 6 ein GMR-Gerät (Riesenmagnetowiderstandsgerät) eingesetzt. Durch Verwendung eines GMR-Gerätes ist es möglich, ein höheres Ausgangssignal zu erzeugen, und entsprechend bessere Eigenschaften des Magnetdetektors als bei Verwendung des MR-Gerätes zu erzielen. Da das GMR-Gerät keine Anisotropie zeigt, kann darüber hinaus der Magnetdetektor flexibler konstruiert werden, wobei es insbesondere für die Richtung des Musters keine Einschränkung gibt.

AUSFÜHRUNGSFORM 7

Bei den voranstehend geschilderten Ausführungsformen wurde das bewegliche Teil aus magnetischem Material als Drehteil aus magnetischem Material dargestellt, welches synchron mit einer Drehwelle gedreht wird, jedoch läßt sich die vorliegende Erfindung ebenso bei einem beweglichen Teil aus magnetischem Material einsetzen, welches in Linearrichtung verschoben wird, und lassen sich auch dann entsprechende Vorteile erzielen. Eine mögliche Anwendung für eine derartige Ausführungsform ist der Nachweis beispielsweise der Öffnung eines Auspuffgasrückführventils, welches in Brennkraftmaschinen mit innerer Verbrennung verwendet wird.

Claims (9)

1. Magnetdetektor, welcher aufweist:
ein bewegliches Teil (21) aus magnetischem Material,
eine Nachweiseinheit (6) zum Nachweis einer Verschiebung des beweglichen Teils aus magnetischem Material,
eine Gleichspannungskomponentenentfernungsvorrichtung (13) zur Entfernung einer Gleichspannungskomponente aus dem Ausgangssignal der Nachweiseinheit,
eine Wandlervorrichtung (14) zum Umwandeln des Ausgangssignals der Gleichspannungskomponentenentfernungsvorrichtung in ein Binärsignal,
eine Ausgangsvorrichtung (15) zur Ausgabe eines Ausgangssignals der Wandlervorrichtung nach außen, und
eine Einstellvorrichtung (R1) zur Einstellung eines Umwandlungsbezugspegels für die Wandlervorrichtung auf einen Pegel zwischen unterschiedlichen Pegeln zweier Signale.

2. Magnetdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Ausgangssignale der Nachweiseinheit (6) entsprechend vorspringenden und zurückspringenden Abschnitten des beweglichen Teils (21) aus magnetischem Material Maximal- und Minimalpegel bzw. Minimal- und Maximalpegel aufweisen.

3. Magnetdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor eine Magnetfelderzeugungsvorrichtung (5) zur Erzeugung eines Magnetfeldes aufweist,
ein Magnetfeldfühler als die Nachweiseinheit (6) eingesetzt wird,
das bewegliche Teil (21) aus magnetischem Material in einem vorbestimmten Spaltabstand in Bezug auf die Magnetfelderzeugungsvorrichtung angeordnet ist, und das Magnetfeld ändern kann, welches von der Magnetfelderzeugungsvorrichtung erzeugt wird,
der Magnetfeldfühler Änderungen des Magnetfeldes infolge der Bewegung des beweglichen Teils aus magnetischem Material nachweist, und
der Magnetfeldfühler so angeordnet ist, daß seine Magnetismusnachweisrichtung parallel zur Magnetisierungsrichtung der Magnetfelderzeugungsvorrichtung verläuft.

4. Magnetdetektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetfeldfühler einen in Vertikalrichtung empfindlichen Magnetfeldfühler aufweist, der zwischen der Magnetfelderzeugungsvorrichtung (5) und dem beweglichen Teil (21) aus magnetischem Material angeordnet ist.

5. Magnetdetektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetfeldfühler einen in der Ebene empfindlichen Magnetfeldfühler aufweist, der zumindest auf der ersten oder der zweiten Oberfläche der

Magnetfelderzeugungsvorrichtung (5) angeordnet ist, und so ausgebildet ist, daß das Ausgangssignal des Magnetfeldfühlers eine vorbestimmte Signalform zeigt.

6. Magnetdetektor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwei Magnetfeldfühler so angeordnet sind, daß sie Seite an Seite in einer Richtung gegenüberliegend der Magnetfelderzeugungsvorrichtung (5) angeordnet sind, und eine zweite Zentrumsachse der Magnetfeldfühler so verläuft, daß sie im wesentlichen zu einer Endoberfläche der Magnetfelderzeugungsvorrichtung ausgerichtet ist, welche dem beweglichen Teil (21) aus magnetischem Material gegenüberliegt.

7. Magnetdetektor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwei Magnetfeldfühler so angeordnet sind, daß sie Seite an Seite in Drehrichtung des beweglichen Teils (21) aus magnetischem Material angeordnet sind, und eine zweite Zentrumsachse der Magnetfeldfühler hinter einer Endoberfläche der Magnetfelderzeugungsvorrichtung (5) angeordnet ist, welche dem beweglichen Teil aus magnetischem Material gegenüberliegt.

8. Magnetdetektor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetfeldfühler ein Riesenmagnetowiderstandsgerät aufweist.