DE3047809A1

DE3047809A1 - Drehgeber-magnetkopf

Info

Publication number: DE3047809A1
Application number: DE19803047809
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Mito Hayashida; Kunio Hitachi Miyashita; Tadashi Hitachi Takahashi
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1979-12-19
Filing date: 1980-12-18
Publication date: 1981-09-17
Also published as: JPS6047988B2; DE3047809C2; JPS5687862A; US4403187A

Description

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HITACHI, LTD., Tokyo,
Japan

Drehgeb er-Magnetkop f

Die Erfindung betrifft Drehgeber (Encoder) zur
Aufnahme bzw Codierung der Drehung rotierender Teile
und insbesondere einen Magnetkopf für derartige Drehgeber mit einem auf Magnetfelder ansprechenden Widerstandselement .

Es ist bereits bekannt, daß sich der Widerstand eines magnetfeldempfindlichen Widerstandselements aus einem Material wie beispielsweise Permalloy beim Einbringen in ein Magnetfeld und Durchschicken eines
Stroms mit der Stärke des Magnetfelds ändert.

Meßwertgeber mit einem aus solchen magnetfeldempfindlichen Widerstandselementen bestehenden Magnetkopf zur Auf-

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nähme der relativen Ortsverschiebung eines magnetischen Informationsträgers sind allgemein bekannt, beispielsweise aus der US-PS 4 039 936. In dieser Druckschrift ist eine magnetfeldempfindliche Wegmeßwandleranordnung für gezahnte Magnetelernente angegeben, bei der jeder Wandler durch zwei miteinander verbundene Abschnitte gebildet wird, die um die Breite eines Zahns voneinander beabstandet sind, um eine größere Änderung und verbesserte Symmetrie des Ausgangssignals an den Zahnflanken zu erzielen. In der US-PS 4 039 936 ist ferner in Fig. 4 eine Brückenschaltung angegeben, die sich zur Erzeugung einer Ausgangsspannung eignet, die sich mit der Zahnerfassung ändert. Bei dieser Brückenschaltung ist der eine Eingangsanschluß mit der Verbindung zwischen zwei in Serie geschalteten gleichen Widerständen und der andere Eingangsanschluß mit dem Mittelabgriff zwischen zwei magnetfeldempfindlichen Abschnitten verbunden .

Im folgenden wird angenommen, daß Wandler wie die aus der US-PS 4 039 936 bekannten für magnetische Drehgeber herangezogen werden, bei denen die beiden magnetfeldempfindlichen Abschnitte den gleichen Widerstand R aufweisen. Wenn an die Eingangsanschlüsse eines derartigen magnetischen Drehgebers eine Spannung V angelegt wird, ist die Änderung der Ausgangsspannung aufgrund einer Änderung Δ R des Widerstands R der magnetfeldempfindlichen Abschnitte infolge einer entsprechenden Änderung der magnetischen Flußdichte ungefähr gegeben durch AR/2 R-V, wie im folgenden näher erläutert ist.

Auf diese Weise beträgt die Änderung des Ausgangs-

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signals lediglich die Hälfte der Änderung des Ausgangssignals jedes magnetfeldempfindlichen Abschnitts aufgrund des Widerstands-Änderungsverhältnisses AR/R, was bedeutet, daß die Meßempfindlichkeit des magnetischen Drehgebers höchstens lediglich halb so groß ist.

Derartige magnetische Drehgeber können ferner lediglich ein Ausgangssignal mit der gleichen Frequenz liefern, wie sie bei der magnetischen Information bzw den Zähnen vorliegt, und sind infolgedessen nicht zur Erzeugung von Ausgangssignalen mit höherer Frequenz in der Lage.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Magnetkopf für Drehgeber anzugeben, der mit verbesserter Meßempfindlichkeit arbeitet und Ausgangssignale mit einer Frequenz zu liefern vermag, die zweifach höher ist als die Frequenz der magnetischen Information.

Entsprechend einem ersten Aspekt gibt die Erfindung einen Drehgeber an, der ein magnetisches Aufzeichnungsmedium, das aus einer Vielzahl von auf der Oberfläche eines rotierenden Teils in vorgegebenem, konstantem Abstand Λ auf dem Umfang angeordneten Einheitsmagneten bestehende Aufzeichnungen trägt, sowie einen gegenüber dem magnetischen Aufzeichnungsmedium angeordneten Magnetkopf umfaßt. Der Magnetkopf weist eine Brückenschaltung mit vier Zweigen auf, die in Rhombusform in Serie geschaltet sind. Jeder der vier Brückenzweige umfaßt zwei auf Magnetfelder ansprechende Widerstandselemente, die gegenüber einem Teil des magnetischen Aufzeichnungsmediums fest angeordnet sind und sich über diesen Teil hin erstrecken und mit einem ihrer Enden so miteinander verbun-

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den sind, daß eine U-artige Anordnung resultiert, wobei die Längsachsen der magnetfeidempfindlichen Widerstandselemente eines jeden Paars in der Umfangsrichtung des magnetischen Aufzeichnungsmediums einen Abstand von \/2 ' (1 + n) aufweisen, wobei η Null oder eine geeignete positive ganze Zahl bedeutet.

Wenn der Abstand zwischen zwei magnetfeldempfindlichen Widerstandselementen, von denen jedes zu einem von zwei der vier Brückenzweige gehört, als der Abstand zwischen den beiden Neigen definiert wird,wenn der Umfangsabstand zwischen den beiden magnetfeldempfindlichen Elementen minimal ist, wird der Abstand zwischen den beiden Zweigen, die auf einander gegenüberliegenden Seiten jeder Verbindungstelle in jedem der beiden Paare einander gegenüberliegender Verbindungsstellen in der Brückenschaltung mit diesen vier Zweigen aneinander angrenzen, vorzugsweise zu Λ/4 · (1 + 2n) und der Abstand zwischen den beiden Zweigen in jedem der beiden Paare einander gegenüberliegender Brückenzweige vorzugsweise zu X/2 · (1 + n) ausgewählt, wobei η Null oder eine geeignete positive ganze Zahl bedeutet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1: eine schematische Darstellung, aus der der Aufbau einer bevorzugten Ausführungsform des Drehgebers mit dem erfindungsgemäßen Magnetkopf hervorgeht,

Fig. 2: ein elektrisches Schaltbild des Magnetkopfs von Fig. 1

und

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Fig. 3: vom Magnetkopf von Fig. 1 bzw von der
elektrischen Schaltung von Fig. 2 erzeugte Ausgangssignalformen.

In Fig. 1 ist ein magnetisches Aufzeichnungsmedium J[O

teilweise und vergrößert dargestellt. Das magnetische Auf-

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zeichnungsmedium/ist so vorgesehen, daß es sich auf der

kreisförmigen Oberfläche eines rotierenden Teils wie beispielsweise einer rotierenden Scheibe oder eines rotierenden Zylinders in Umfangsrichtung erstreckt, deren Rotation aufgenommen bzw codiert werden soll, wobei eine Vielzahl
von Einheitsmagneten bzw N-S-Polpaaren J_2_ in Intervallen
aufgezeichnet sind, die einen vorgegebenen konstanten Abstand (Teilung) λ aufweisen, wie aus Fig. 1 hervorgeht.
Gegenüber dem magnetischen Aufzeichnungsmedium _1C) ist ein Magnetkopf 2() befestigt, der eine magnetfeldempfindliche
Anordnung TA^ umfaßt, die auf einem einzigen Chip eines
Substrats j^2 aus einem nichtmagnetischen Material''in herkömmlicher Weise, etwa durch Bedampfung oder Ätzung, erzeugt ist. Die magnetfeldempfindliche Anordnung 2A_ umfaßt acht magnetfeldempfindliche Widerstandselemente R₁₁/ ^R12' ^R21' ^R22' ^R31 ' ^R32' ^R41 ^Un(^ ^R42'
in Längsrichtung parallel zueinander angeordnet sind, wobei sämtliche magnetfeldempfindlichen Widerstandselemente R₁₁ bis R₄₂ zu einer rhombusartigen Brückenschaltung in
Serie geschaltet sind, wie aus Fig. 2 hervorgeht.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Brückenschaltung
bilden die in Reihe geschalteten magnetfeldempfindlichen

Widerstandselemente R₁₁ und R₁ ο' ^R?1 ^unc^ ^R22' ^R31
R₃₂ sowie R₄₁ und R₄₂ einen ersten, zweiten, dritten
bzw vierten Brückenzweig. Zwei Anschlüsse für eine externe Stromversorgung sind an zwei einander gegenüberliegen-

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den Verbindungsstellen vorgesehen, beispielsweise an der Verbindungsstelle zwischen dem ersten und dem vierten Brückenzweig bzw der Verbindung zwischen dem zweiten und dem dritten Brückenzweig; in ähnlicher Weise sind zwei Ausgangsanschlüsse K), ^ an den anderen beiden einander gegenüberliegenden Verbindungsstellen vorgesehen, beispielsweise an der Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Brückenzweig bzw der Verbindung zwischen dem dritten und dem vierten Brückenzweig.

Im folgenden wird der Aufbau des Magnetkopfs 2C) unter Bezug auf Fig. 1 näher erläutert.

Der erste Brückenzweig besitzt eine U-förmige Anordnung, die durch die beiden magnetfeldempfindlichen Widerstandselemente R₁₁ und R₁₂ gebildet wird, die sich über den zugehörigen Teil des magnetischen Aufzeichnungsmediums J^ erstrecken und an einem ihrer Enden durch einen Verbindungsteil bzw einen Verbindungsstreifen 3_4 elektrisch miteinander verbunden sind. Der elektrische Verbindungsstreifen JH kann aus dem gleichen Material wie die magnetfeldempfindlichen Widerstandselemente R^ und R₁ j oder aus einem üblichen elektrischen Leiter wie Silber, Kupfer udgl bestehen. Die Verwendung von Silber, Kupfer und ähnlichen elektrischen Leitern verbessert zwar die Ausgangsempfindlichkeit, jedoch ist das Herstellungsverfahren schwierig und zeitaufwendig. Wie der erste, U-förmig ausgebildete Brückenzweig sind auch der zweite, dritte und vierte Brückenzweig durch die magnetfeldempfindlichen Widerstandselemente R₂₁, R₂₂ und einen elektrischen Verbindungsteil bzw Verbindungsstreifen 36, die magnetfeldempfindlichen Widerstandselemente R^₁, R^₂ und einen elektrischen Verbindungsbereich bzw. Verbin-

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die

dungsstreifen _3j3. bzw/magnetfeldempfindlicten Widerstandselemente R₄₁, R.„ und einen elektrischen Verbindungsbereich bzw Verbindungsstreifen _3£ gebildet. Eines der beiden magnetfeldempfindlichen Widerstandselanente des ersten Brückenzweigs, dh das Widerstandselement R₁₁/ und eines der beiden magnetfeldempfindlichen Widerstandselemente des vierten Brückenzweigs, dh das Widerstandselement ^R42' ^si^n<^ ^an ihrem anderen Ende über einen elektrischen Verbindungsbereich bzw. Verbindungsstreifen elektrisch miteinander verbunden, der einen der beiden Eingangsanschlüsse, dß^gden^anschluß 26.' bildet. Eines der beiden magnetfeldempfindlichen Widerstandselemente des zweiten Brückenzweigs, dh das Widerstandselement R₂?' ^unc^ ^ei-^nes der beiden magnetfeldempfindlichen Widerstandselemente des dritten Brückenzweigs, dh das Widerstandselement R-... , sind an ihrem anderen Ende über einen elektrischen Verbindungsteil bzw Verbindungsstreifen elektrisch miteinander verbunden, der den anderen Eingangsanschluß 28 bildet.

In gleicher Weise sind das andere magnetfeldempfindliche Widerstandselement R₁₂ des ersten Brückenzweigs und das andere magnetfeldempfindliche Widerstandselement R₂₁ des zweiten Brückenzweigs an ihrem anderen Ende über einen elektrischen Verbindungsteil bzw Verbindungsstreifen elektrisch miteinander verbunden, der einen der Ausgangsanschlüsse, dh den Ausgangsanschluß 3Q, bildet. Das andere magnetfeldempfindliche Widerstandselement R,2 im dritten Brückenzweig·und das andere magnetfeldempfindliche Widerstandselement R₄₁ im vierten Brückenzweig sind ferner an ihrem anderen Ende über einen elektrischen Verbindungsteil bzw Verbindungsstreifen elektrisch miteinander verbunden, der den anderen Ausgangsanschluß, dh den Ausgangs-

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anschluß ^2, bildet. Die Verbindungsstreifen bzw Eingangsbzw Ausgangsanschlüsse 26_, 2B_, 3_O, 22_ können wie die Verbindungsstreifen 34, J36, 3_8 und AQ aus dem gleichen Material wie die magnetfeldempfindlichen Widerstandselemente R₁ - bis R₄₂ oder aus einem guten elektrischen Leiter wie Silber, Kupfer udgl bestehen. Die Vor- und Nachteile der Verwendung von Silber, Kupfer und ähnlichen elektrischen Leitermaterialien sind hierbei wie oben angegeben .

Der Abstand derjenigen der in der obigen Weise angeordneten magnetfeldempfindlichen Widerstands elemente R. - bis ist, wie aus dem Obigen unmittelbar verständlich wird, von besonderer Bedeutung, da die magnetfeldempfindlichen Widerstandselemente R₁₁ bis R₄₂ die vier Zweige einer Brückenschaltung bilden. Die beiden magnetfeldempfindlichen Widerstandselemente R₁₁ und R₁~, die den ersten Brückenzweig bilden, sind so angeordnet, daß zwischen ihnen ein Abstand A/2 in Umfangsrichtung des rotierenden Teils vorgegeben wird, dh in der Anordnungsrichtung der Einheitsmagnete J_2, die die magnetische Information darstellen.

Erfindungsgemäß ist der obige Abstand so definiert, daß er den Abstand zwischen den Mittellängsachsen benachbarter magnetfeldempfindlicher Widerstandselemente angibt. X bezeichnet hierbei den Abstand bzw die Teilung der magnetischen Information bzw der N-S-Polpaare \2_. Der Abstand A. der magnetischen Information bzw der N-S-Polpaare ist so definiert, daß er den Abstand zwischen einem N-PoI und dem nächsten benachbarten N-PoI und damit auch den Abstand zwischen einem S-PoI und dem nächstbenachbarten S-PoI angibt.

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Aus dem Obigen geht hervor, daß aufgrund einer derartigen Anordnung des Magnetkopfs 2C) die Widerstandswerte beispielsweise der beiden magnetfeldempfindlichen Widerstandselemente R₁₁ und R₁₂/ die den ersten Brückenzweig bilden, in vollständiger Synchronisation mit der Ortsverschiebung des magnetischen Aufzeichnungsmediums ^O relativ zum Magnetkopf ^O in gleicher Geschwindigkeit zu- oder abnehmen. Dies bedeutet, daß der Abstand zwischen den magnetfeldempfindlichen Widerstandselementen R₁₁ und R₁₂ λ/2 · (1 + η) sein kann, wobei η Null oder eine geeignete positive ganze Zahl bedeutet. Gleiches gilt auch für den Abstand zwischen den magnetfeldempfindlichen Widerstandselementen R_?1 und R₂₂/ ^R-3i ^un<^ ^R-3o ^sow;'-^{e R}4i und R₄₂, die jeweils zusammen den zweiten, dritten bzw vierten Brückenzweig bilden.

Im folgenden wird der Abstand zwischen zwei individuellen Brückenzweigen erläutert. Der Abstand zwischen einem der beiden magnetfeldempfindlichen Widerstandselemente, die einen der beiden Brückenzweige bilden, und einem der beiden magnetfeldempfindlichen Widerstandselemente, die den anderen Brückenzweig bilden, ist definiert als Abstand zwischen diesen beiden Brückenzweigen, wenn diese beiden magnetfeldempfindlichen Widerstandselemente ausgewählt werden, um den kleinsten Abstand zwischen ihnen zu definieren.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist der Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Brückenzweig mit dem an ihrer Verbindungsstelle vorgesehenen Ausgangsanschluß ^0, dh der Abstand zwischen den magnetfeldempfindlichen Widerstandselementen R₁₂ und R₂₁, zu λ /4 gewählt.

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In gleicher Weise ist der Abstand zwischen dem dritten und vierten Brückenzweig, an deren Verbindungsstelle der Ausgangsanschluß Ύλ_ vorgesehen ist, dh der Abstand zwischen den magnetfeldempfindlichen Widerstandselementen R₃₂ und R₄₁, ebenfalls zu A/4 gewählt. Der Grund hierfür liegt darin, daß, wenn die Widerstandsänderung (Absolutwert) in einem von zwei benachbarten Brückenzweigen, beispielsweise dem ersten und zweiten Brückenzweig, an deren Verbindungsstelle der Ausgangsanschluß J3O vorgesehen ist, ihren Maximalwert erreicht, die Widerstandsänderung des anderen Brückenzweigs minimal gemacht werden kann.

Aus dem Obigen ist unmittelbar ersichtlich, daß der Abstand zwischen solchen zwei benachbarten Brückenzweigen ^/4 + η ■ λ/2 = Λ/4 · (1 + 2η) betragen kann, wobei n ebenfalls Null oder eine geeignete positive ganze Zahl beträgt, wie oben angegeben.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform wird der Abstand zwischen dem zweiten und dritten Brückenzweig, an deren Verbindungsstelle der Eingangsanschluß 2J3 zum Anschluß der äußeren Stromversorgung vorgesehen ist, ebenfalls zu λ/4 gewählt. Der Grund hierfür ist der gleiche wie oben zum ersten und zweiten sowie dritten und vierten Brückenzweig angegeben. Dieser Abstand muß daher ebenfalls λ/4 · (1 + 2n) betragen, wobei η wiederum Null oder eine geeignete positive ganze Zahl bedeutet, wie oben angeführt.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist der Abstand zwischen dem ersten und dem vierten Brückenzweig, an deren Verbindungsstelle der Eingangs-

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anschluß 2ΐ>_ zum Anschluß der externen Stromversorgung vorgesehen ist, zu 7/4 λ gewählt. Dies entspricht dem Wert, der erhalten wird, wenn η in dem Ausdruck λ/4 · (1+ 2n) als η = 3 gewählt wird. Es ist allerdings leicht ersichtlich, daß die einzelnen Brückenzweige auch beispielsweise so angeordnet sein können, daß der erste und der vierte Brückenzweig anstelle der in Bezug auf Fig. 1 erläuterten Anordnungsreihenfolge der Brückenzweige nebeneinanderliegen können. In diesem Fall beträgt der Abstand zwischen dem ersten und dem vierten Brückenzweig ebenfalls λ/4. In diesem Fall beträgt folglich der Abstand zwischen dem ersten und dem vierten Brückenzweig ebenfalls Λ/4 ·(1 + 2n). Gleiches gilt auch für den Abstand zwischen dem zweiten und dem dritten Brückenzweig·

Der Abstand zwischen zwei einander gegenüberliegend angeordneten Brückenzweigen der in Fig. 2 dargestellten Brückenschaltung, dh der Abstand zwischen dem ersten und dem dritten Brückenzweig und der Abstand zwischen dem zweiten und dem vierten Brückenzweig, wird im folgenden erläutert.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausfuhrungsform ist der Abstand zwischen den beiden einander gegenüberliegend angeordneten Zweigen der in Fig. 2 dargestellten Brückenschaltung, dh der Abstand zwischen dem zweiten und dem vierten Brückenzweig sowie der Abstand zwischen dem ersten und dem dritten Brückenzweig, gleich X gewählt. Dies beruht darauf, daß der Abstand zwischen den beiden einander gegenüberliegend vorgesehenen Brückenzweigen der in Fig. 2 dargestellten Brückenschaltung so ausgewählt sein muß, daß ihre Widerstandswerte in vollständiger Synchronisation mit der Ortsverschiebung des magnetischen Aufzeichnungsmediums J_O relativ zum Magnetkopf ^O mit

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gleicher Rate ansteigen oder abfallen. Der Abstand zwischen diesen beiden einander gegenüberliegenden Brückenzweigen ist daher nicht auf λ beschränkt und kann auch λ/2 · (1 + η) betragen, wobei η wiederum Null oder eine geeignete positive ganze Zahl bedeutet.

Die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform erläutert den Fall η = 1 für den Ausdruck λ/2 · (1 + η).

Aus dem Obigen ist unmittelbar ersichtlich, daß die Anordnungsreihenfolge der Brückenzweige gleich wie in Fig. 1 bleibt, wenn η > 2 ist, während die Anordnungsreihenfolge in geeigneter Weise geändert werden sollte, wenn η = 0 ist.

In Fig. 3 sind Signalformen als Diagramm dargestellt, aus denen die Änderung der Ausgangsspannung e (vgl Fig. 2) in Abhängigkeit von der Zeit hervorgeht, wenn an die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform eine Eingangsspannung V an die Eingangsanschlüsse 26_ und 2JB der Brückenschaltung von Fig. 2 angelegt ist. Fig. 3 zeigt unter (a) die Signalform der vom ersten und dritten Brückenzweig induzierten Ausgangsspannung, unter (b) die Signalform der vom zweiten und vierten Brückenzweig induzierten Ausgangsspannung und in (c) die Signalform des aus den beiden unter (a) und (b) dargestellten Signalen zusammengesetzten Signals und damit die Signalform der gesamten Ausgangsspannung e, die von der Brückenschaltung erzeugt wird.

Im folgenden wird angenommen, daß die Brücke bei Fehlen eines Magnetfelds abgeglichen ist. Wenn sich dann

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ein S-PoI oder ein N-PoI des magnetischen Aufzeichnungsmediums _K) jedem der magnetfeldempfindlichen Widerstandselemente R₁₁ und R-, 2' ^{die den} ersten Brückenzweig bilden, und jedem der magnetfeldempfindlichen Widerstandselemente R₃₁ und R₃₂ nähert, die den dritten Brückenzweig bilden, verringert sich ihr Widerstand, und ein positiver Spannungspeak erscheint an den Ausgangsanschlüssen K) und 32. Wenn sich anschließend ein N-PoI oder ein S-PoI jedem der magnetfeldempfindlichen Widerstandselemente R₁₁, R₁ „ und R₃₁, R_₂ bei Verschiebung des magnetischen Aufzeichnungsmediums _1_0 relativ zum Magnetkopf 20. nähert, nehmen die Widerstandswerte dieser magnetfeldempfindlichen Widerstandseiemente in gleicher Weise ab, und es erscheint ebenfalls ein positiver Spannungspeak an den Ausgangsanschlüssen _30 und 32.

Die in Fig. 3 (a) dargestellte Signalform entspricht dem wiederholten bzw periodischen Auftreten derartiger positiver Spannungspeaks. Die Frequenz des periodischen Auftretens dieser positiven Spannungspeaks ist gleich der Frequenz des wiederholten bzw aufeinanderfolgenden Vorbeilaufens der N-PoIe und S-PoIe gegenüber einem der magnetfeldempfindlichen Widerstandselemente; die erste Frequenz ist daher doppelt so hoch wie die Frequenz _f des aufeinanderfolgenden Vorbeilaufens der Einheitsmagnete bzw N-S-Polpaare J_2 gegenüber einem der magnetfeldempfindlichen Widerstandselemente. Gleiches gilt auch für die magnetfeldempfindlichen Widerstandselemten R₂-If ^R22 ^{und R}41 ' ^R42' ^{die den zweiten bzw} vierten Brückenzweig bilden. In diesem letzteren Fall erscheint allerdings ein negativer Spannungspeak an den Ausgangsanschlüssen _30 ^und 22.' ^{wie aus Fi}9· ³ (k) hervorgeht .

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Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß der zweite und der vierte Brückenzweig in einem Abstand von

A/4 · (1 + 2n) vom ersten bzw dritten Brückenzweig liegen. Wenn infolgedessen dem ersten sowie dem dritten Brückenzweig ein N-PoI oder ein S-PoI gegenüberliegt, befindet sich der zweite sowie der vierte Brückenzweig in einer Zwischenposition zwischen dem N-PoI und dem S-PoI ohne Beeinflussung des Ausgangs, während, wenn der erste und der dritte Brückenzweig in einer Zwischenposition zwischen dem N-PoI und dem S-PoI liegen, der zweite und der vierte Brückenzweig einem N-PoI oder S-PoI gegenüberliegen und den negativen Spannungspeak erzeugen, der an den Ausgangsanschlüssen 3Ό und _3_2 auftritt. Aus dem Obigen ist unmittelbar ersichtlich, daß die vom zweiten und vierten Brückenzweig erzeugte Ausgangsspannung die in Fig. 3 (b) dargestellte Signalform aufweist und der negative Spannungspeak zwischen den in Fig. 3 (a) dargestellten positiven Spannungspeaks erscheint.

Dementsprechend erscheint an den Ausgangsanschlüssen _30 und Z2_ der Brückenschaltung, bei der die magnetfeldempfindlichen Brückenzweige wie in Fig. 1 angeordnet sind, ein zusammengesetztes Ausgangssignal, dessen Signalform in Fig. 3 (c) dargestellt ist und das der Kombination der Signalformen von Fig. 3 (a) und Fig. 3 (b) entspricht. Aus der Signalform der Ausgangsspannung von Fig. 3 (c) ist ersichtlich, daß die Periode der Peaks der Signalform der Ausgangsspannung, die von der Brückenschaltung erzeugt wird, dh die Zeitperiode beispielsweise zwischen einem positiven Peak und dem nächsten, die Hälfte der Periode des aufeinanderfolgenden Vorbeilaufens von N-S-Polpaaren gegenüber einem der magnetfeldempfindlichen

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Widerstandselemente beträgt, dh der Zeitperiode, die verstreicht, bis beispielsweise nach dem Vorbeilaufen eines

gegen.
N-PoIs tuber dem magnetfeldempfindlichen Widerstandselement

gegen

der nächste N-PoI (über diesem Widerstandselement vorbeiläuft. Aus dem Obigen geht anders ausgedrückt hervor, daß die Frequenz des von der Brückenschaltung erzeugten Ausgangsspannungssignals doppelt so hoch ist wie die Frequenz des Vorbeilaufens der magnetischen Information bzw der N-S-Polpaare.

Im folgenden wird der Pegel der Ausgangsspannung erläutert.

Zunächst wird der Aufbau einer Brückenschaltung betrachtet, bei der beispielsweise der erste und der zweite Brückenzweig der in Fig. 2 dargestellten erfindungsgemäßen Brückenschaltung durch magnetfeldempfindliche Widerstandselemente und der dritte und vierte Brückenzweig von Festwiderständen gebildet werden, wie dies in der oben erläuterten US-PS 4 039 936 angegeben ist.

Wenn angenommen wird, daß sich der Widerstand des ersten Brückenzweigs von R auf R + Δ R und der Widerstand des zweiten Brückenzweigs von R auf R -/\R bei einer derartigen Brückenschaltung ändert, ist die Änderung δV der Ausgangsspannung e gegeben durch

AV =

R+ (R+ AR) R+ (R- AR)

* 2R+ AR ' 2R - AR ^{} V} *

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Da für die obige Gleichung 2R »AR gilt, läßt sich AV ausdrücken als

R — AR \ .j· AR

^{}V =} -2ί

wie bereits im Zusammenhang mit der US-PS 4 039 9 36 erwähnt ist.

Im Gegensatz dazu unterliegen im erfindungsgemäßen Fall entgegengesetzte Zweige der Brückenschaltung, dh der erste und der dritte Brückenzweig sowie der zweite und der vierte Brückenzweig, den gleichen synchronen Änderungen in ihren jeweiligen Widerstandswerten. Wenn sich daher beispielsweise der Widerstand des ersten sowie des dritten Brückenzweigs von R in R + AR und der Widerstand des zweiten sowie des vierten Brückenzweigs von R in R-AR ändert, geht daraus unmittelbar hervor, daß die Änderung AV der Ausgangsspannung e zweimal so groß ist wie im Fall der US-PS 4 039 936, also AV im erfindungsgemäßen Fall gegeben ist durch

AV = ^S γ.

Aufgrund des Erfindungskonzepts ist es daher möglich, zweifach höhere Frequenzen als bei herkömmlichen Vorrichtungen mit einem einzigen Magnetkopf aufzunehmen, wobei gleichzeitig die Ausgangsempfindlichkeit auf einen Pegel verbessert werden kann, der doppelt so hoch ist wie im Fall herkömmlicher Vorrichtungen.

Das Erfindungskonzept ist ferner mit dem großen Vorteil verbunden, daß der Magnetkopf in einfacher Weise

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nach herkömmlichen Verfahren, etwa durch Aufdampfen oder Ätzen, mit zugleich hoher Genauigkeit hergestellt werden kann und daher nur mit geringen Gestehungskosten belastet ist.

Erfindungsgemäß können die Eingangsanschlüsse 2_6, _2jB und die Ausgangsanschlüsse ^3O, 3j2, die mit Eingangs- bzw Ausgangsleitungen verbunden werden sollen, auf der gleichen Seite des Substrats erzeugt werden. Dies ist insofern vorteilhaft, als die Leitungen leicht zu den externen Schaltungen geführt und mit den Eingangs- und Ausgangsanschlüssen in der Weise verbunden werden können, daß der Zwischenraum zwischen dem Magnetkopf und dem magnetischen Aufzeichnungsmedium ausreichend verringert wird.

Die Erfindung betrifft zusammengefaßt einen Magnetkopf zur Verwendung in Drehgebern, bei denen ein magnetisches Aufzeichnungsmedium vorliegt, bei dem eine Vielzahl von Einheitsmagneten mit konstantem Abstand Λ auf einer kreisförmigen Oberfläche einer rotierenden Scheibe oder eines Zylinders angeordnet sind. Der Magnetkopf ist gegenüber dem magnetischen Aufzeichnungsmedium fest angeordnet und stellt den eigentlichen Drehgeber dar. Der Magnetkopf umfaßt eine Brückenschaltung aus vier U-förmigen Brückenzweigen, die jeweils aus zwei magnetfeldempfindlichen Widerstandselementen bestehen, die in einem Abstand von λ/2 · (1 + n) angeordnet sind, wobei η Null oder eine positive ganze Zahl bedeutet.

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Claims

Ansprüche

Drehgeber-Magnetkopf ,

der mit einem magnetischen Aufzeichnungsmedium zusammenwirkt, das eine Vielzahl auf der Oberfläche eines rotierenden Teils mit vorgegebener konstanter Teilung angeordneter Stücke mit magnetischer Information aufweist,

wobei der Magnetkopf gegenüber einem Teil des magnetischen Aufzeichnungsmediums vorgesehen ist, als Drehgeber zur Erfassung der Rotation des rotierenden Teils wirkt und eine Brückenschaltung von vier Brückenzweigen umfaßt, die in Rhombusform in Reihe geschaltet sind,

wobei zwei Eingangsanschlüsse zum Anschluß einer externen Stromversorgung an zwei der vier einander gegenüberliegenden Verbindungsstellen der Brückenschaltung und zwei Ausgangsanschlüsse an den anderen beiden einander gegenüberliegenden Verbindungsstellen vorgesehen sind und

jeder der beiden in Reihe geschalteten Brückenzweige, die eine erste Brückenzweiggruppe bilden, die mit den beiden Eingangsanschlüssen zum Anschluß einer externen Stromversorgung verbunden ist, in Form eines U angeordnet ist, bei dem zumindest die beiden parallelen Schenkel aus magnetfeldempfindlichen Widerstandselementen bestehen,

dadurch

gekennzeichnet , daß

jeder der beiden in Reihe geschalteten Brückenzweige (EU..,

^R41' ^R42^'

41

42

^eine zweite Brückenzweiggruppe bilden,

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ORIGINAL INSPECTED

die mit den beiden Eingangsanschlüssen (26, 28) für die externe Stromversorgung verbunden ist, gleich wie die in Reihe geschalteten beiden Brückenzweige (R.,.,, R₁₂? ^R91 ' R₂₂)t die die erste Brückenzweiggruppe bilden,die Form eines U aufweist. bei dem zumindest die parallelen Schenkel ebenfalls aus magnetfeldempfindlichen Widerstandselementen bestehen.
2. Magnetkopf nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß

- das magnetische Aufzeichnungsmedium eine Vielzahl von Polpaaren (N, S) aufweist, die in seiner Umfangsrichtung mit konstanter Teilung (A) angeordnet sind,

- die beiden parallelen Schenkel (^Ri<i/ ^r-]2^{; R}21 ' ^R22^; R^₁, R.„; R₄₁, R₄₂) jedes der U-förmigen Brückenzweige gegenüber dem magnetischen Aufzeichnungsmedium angeordnet sind und sich über einen Teil von ihm erstrecken

und

- der Abstand zwischen den Längsachsen der U-Schenkel zu λ/2 · (1 + η) gewählt ist, wobei η Null oder eine geeignete positive ganze Zahl bedeutet.
3. Magnetkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß

unter der Voraussetzung, daß der Abstand zwischen zwei der vier Brückenzweige dem kleinsten der Abstände zwischen zwei Ü-Schenkeln entspricht, die jeweils den betreffenden beiden Brückenzweigen einzeln zugehören,

der Abstand zwischen zwei Brückenzweigen (R^^, R^₂ und ^R21 ' ^R22' ^R21 ' ^R22 ^{un R}31 ' ^R32' ^R31 ' ^R32 ^{un R}41 ' ^R42'

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~" 3 —

^R41' ^R42 ^{und R}11 ' ^R12^' ^^{ie auf} ^^en 9^e9^eniiber liegenden Seiten jeder der vier Verbindungsstellen der Brückenschaltung einander benachbart sind, zu λ/4 · (1 + 2n)

und der Abstand zwischen den zwei Brückenzweigen in jedem der zwei Paare einander gegenüberliegender Brückenzweige (R₁₁, R₁₂ und R₃₁, R₃₂; R₂₁, R₂₂ und R₄₁, R₄₂) zu λ/2 · (1 + η) gewählt sind, wobei η jeweils Null oder eine geeignete positive ganze Zahl bedeutet.
4. Magnetkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsanschlüsse (26, 28) für die externe Stromversorgung sowie die Ausgangsanschlüsse (30, 32) in Bezug auf die Anordnung der Polpaare auf der gleichen Seite vorgesehen sind.

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