Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Lagedetektor und
insbesondere einen Absolutlagedetektor, der einen
magnetischen Sensor verwendet und der sich zum Erfassen einer
absoluten Lage eignet.
Beschreibung des Standes der Technik
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Die Erfinder entwickelten vorher einen magnetischen
Drehsensor, der einen magnetischen Sensor verwendet und der
als Absolutlagedetektor arbeitet, wie in EP-A-0 111 866
offenbart wurde.
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Und zwar wird ein magnetischer Lagesensor offenbart, bei
dem eine Drehtrommel mit einer Mehrzahl von Spuren
vorgesehen wird, wobei jede Spur eine Mehrzahl von
Einheitsmagneten hat, um magnetische Interferenz zwischen den
Spuren zu beseitigen. Jedoch erfordert dieser Lagesensor
eine magnetische Spur für jedes Bit des
Erfassungsausgangssignals. Um das Auflösungsvermögen zu steigern, muß
daher die Zahl der magnetischen Spuren proportional dazu
erhöht werden, was zu einem Anwachsen der Abmessung des
Sensors führt.
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US-A-3 772 675 offenbart einen Magnetwellen-Rotation/
Digital-Codierer, der magnetische Spuren und zu den Spuren
gehörende Paare von Sensoren verwendet, um ein
Graucodesignal zu erzeugen- und eine andere magnetische Spur und
eine Mehrzahl von Sensoren verwendet, um ein Signal eines
anderen Codesystems, d. h. des ICAO-Systems zu erzeugen,
wobei Einrichtungen zur Verarbeitung der Signale zweier
verschiedener Codesysteme erforderlich sind.
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EP-A-0 112 463 offenbart eine Vorrichtung zum Erfassen der
Lage eines bewegten Bauteils mit einem magnetischen Stoff
mit darauf gespeicherten magnetischen Signalen und einem
stationären magnetischen Sensor, der dem bewegten Bauteil
zugewandt ist und eine Mehrzahl von magnetoresistiven
Elementen hat, die so angeordnet sind, daß sie eine
Phasendifferenz von π/m im elektrischen Winkel haben, wobei m
eine gerade Zahl ≥ 4 ist, wobei ein Intervall von ((1 +
2n)/8m · Segmentlänge) der magnetoresistiven Elemente
angeregt wird.
Zusammenfassung der Erfindung
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen
Absolutlagedetektor vorzusehen, der magnetische Spuren in
einer geringeren Anzahl als der Zahl von Bits der
Ausgangssignale hat, der von kleiner Abmessung ist und der ein
hohes Auflösungsvermögen aufweist.
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Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung durch
einen Detektor zum Erfassen einer absoluten Lage eines
bewegten Gegenstands gelöst, der:
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ein auf dem Gegenstand vorgesehenes magnetisches
Speichermedium, auf dem eine Mehrzahl von Magnetspuren zum
Speichern magnetischer Signale definiert sind, wobei ein auf
jeder Spur gespeichertes magnetisches Signal durch eine
gegebene Kombination von magnetisierten Teilen, deren
jeder aus einer vorbestimmten Zahl von
Einheitsmagnetspeicherungen mit je einem N-S-Abstand % besteht, die stetig
in der Bewegungsrichtung des Gegenstands angeordnet sind,
und nicht magnetisierten Teilen mit jeweils der gleichen
Lange wie ein entsprechender der magnetisierten Teile
gebildet wird und wobei ein Speichermuster von magnetischen
Signalen auf dem Speichermedium auf einem vorbestimmten
Codesystem basiert, und
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einen magnetischen Sensor zur Erzeugung eines digitalen
Lagesignals zum Anzeigen einer erfaßten absoluten Lage des
Gegenstands aufweist, der eine Mehrzahl von
magnetoresistiven Elementpaaren enthält, die nahe und gegenüber den
Spuren angeordnet sind und ihre elektrischen Widerstände
im Ansprechen auf durch die magnetischen Signale erzeugte
Magnetfelder ändern, wobei jedes Elementpaar durch zwei
unter einem Abstand λ/2 voneinander angeordnete
magnetoresitive Elemente gebildet wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine erste Gruppe von Paaren der Elementpaare den
entsprechenden der Spuren gegenüberliegen, deren
Ausgangssignale kombiniert werden, um ein erstes Digitalsignal der
gleichen Zahl von Bits wie der Zahl der Spuren zu
erzeugen, und eine zusätzliche Gruppe von Paaren der
Elementpaare wenigst bedeutenden der Spuren gegenüberliegen,
deren Ausgangssignale kombiniert werden, um ein
zusätzliches Digitalsignal eines oder mehrerer Bits zu erzeugen,
die weniger bedeutend als das wenigst bedeutende Bit des
ersten Digitalsignals sind und im Einklang mit dem
vorbestimmten Codesystem gebildet werden, wobei das zusätzliche
Digitalsignal mit dem ersten Digitalsignal kombiniert
wird, um das digitale Lagesignal zu erzeugen.
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Der Lagedetektor gemäß der vorliegenden Erfindung hat ein
magnetisches Speichermedium, das von einem zu erfassenden
Gegenstand getragen wird, und einen magnetischen Sensor,
der aus magnetoresistiven Elementen besteht, die diesem
gegenüberstehen, wobei das magnetische Speichermedium in
magnetische Spuren einer geringeren Zahl als der Zahl von
Bits der Ausgangssignale unterteilt ist und die der
magnetischen Spur der untersten Lage gegenüberliegenden
magnetoresistiven Elemente in einer Mehrzahl von Zahlen so
angeordnet sind, daß ihre elektrischen Phasen voneinander
verschieden sind, um elektrische Ausgänge der Niedrigrang-
Bits vom magnetischen Signal der untersten Spur auf Basis
der Kombination der Mehrzahl von magnetoresistiven
Elementen zu erhalten.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Fig. 1 ist ein Diagramm, das schematisch den Gesamtaufbau
eines Absolutlagedetektors gemäß einem
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
veranschaulicht;
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Fig. 2 ist ein Ausbreitungsplan, der eine magnetische
Trommel und einen magnetischen Sensor zeigt;
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Fig. 3 ist ein Diagramm von Wellenformen, wenn die
Widerstände geändert werden, zur Erklärung des
Betriebs;
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Fig. 4 ist ein Anschlußdiagramm der magnetoresistiven
Elemente;
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Fig. 5 ist ein Diagramm von Wellenformen zur Erklärung
des Betriebs;
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Fig. 6 ist ein Diagramm eines
Wellenformgestaltungskreises;
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Fig. 7 ist ein Diagramm von Ausgangswellenformen;
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Fig. 8 ist ein Ausbreitungsplan einer magnetischen
Trommel und eines magnetischen Sensors beim
Absolutlagedetektor gemäß einem anderen
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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Fig. 9 ist ein Anschlußdiagramm der magnetoresistiven
Elemente;
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Fig. 10 ist ein Diagramm von Wellenformen zur Erklärung
des Betriebs;
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Fig. 11 ist ein Ausbreitungsplan einer magnetischen
Trommel und eines magnetischen Sensors beim
Absolutlagedetektor gemäß einem weiteren
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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Fig. 12 ist ein Anschlußdiagramm der magnetoresistiven
Elemente;
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Fig. 13 ist ein Diagramm eines
Wellenformgestaltungskreises;
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Fig. 14 ist ein Diagramm von Ausgangswellenformen;
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Fig. 15 ist ein Ausbreitungsplan einer magnetischen
Trommel und eines magnetischen Sensors beim
Absolutlagedetektor gemäß noch einem weiteren
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
und
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Fig. 16 ist ein Diagramm von Ausgangswellenformen.
Nähere Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
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Ein Ausführungsbeispiel eines magnetischen Lagesensors
wird zunächst im Zusammenhang mit den Fig. 1 bis 7 zum
Erfassen einer absoluten Lage eines Drehbauteils im
Ansprechen auf die Erfassung von Ausgangssignalen von vier
Bits beschrieben.
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In Fig. 1 bezeichnet die Bezugsziffer 1 einen Motor, 2
bezeichnet eine Welle, 3 bezeichnet eine Trägerplatte, die
auf einem Gehäuse des Motors 1 zum Aufnehmen eines
magnetischen Sensors 5a montiert ist, und 4a bezeichnet eine
magnetische Trommel, die auf der Welle 2 montiert ist,
damit zusammen rotiert und ein auf deren Oberfläche
angebrachtes magnetisches Speichermedium hat.
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Wie in einem Ausbreitungsplan der Fig. 2 gezeigt, ist das
magnetische Speichermedium auf der Oberfläche der
magnetischen Trommel 4a in drei magnetische Spuren M&sub2;, M&sub3; und M&sub4;
unterteilt, wobei jede magnetische Spur mit
Einheitsmagneten versehen ist, die eine N- bis S-Länge (N- bis
S-Abstand) von λ haben und die, wie in Fig. 2 gezeigt,
angeordnet sind.
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Und zwar sind auf der magnetischen Spur M&sub2; abwechselnd ein
Magnetisierungsteil 6a, der aus zwei aufeinanderfolgenden
Einheitsmagneten besteht, und ein Nichtmagnetisierungsteil
6b mit der gleichen Länge (2λ) über den Gesamtumfang der
Spur hin angeordnet. Auf der magnetischen Spur M&sub3; sind
abwechselnd ein Magnetisierungsteil 7a, der aus vier
aufeinanderfolgenden Einheitsmagneten besteht, und ein
Nichtmagnetisierungsteil mit der gleichen Länge (4λ) über den
gesamten Umfang der Spur hin angeordnet. Auf der
magnetischen Spur M&sub4; sind ein Magnetisierungsteil 8a, der aus
vier aufeinanderfolgenden Einheitsmagneten besteht, die
relativ zur magnetischen Spur M&sub3; phasenversetzt (in diesem
Fall um 2λ versetzt) sind, und ein
Nichtmagnetisierungsteil 8b angeordnet.
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In diesen magnetischen Spuren M&sub2;, M&sub3; und M&sub4; werden
Kombinationen SM&sub2;, SM&sub3; und SM&sub4; von Magnetisierungsteilen 6a,
7a, 8a und Nichtmagnetisierungsteilen 6b, 7b, 8b als
magnetisches Signale der magnetischen Spuren bezeichnet.
Kombinationen SM&sub2;, SM&sub3;, SM&sub4; der magnetischen Spuren
entsprechen 2π als elektrische Winkel der Signale, die von
den entsprechenden magnetischen Spuren erfaßt werden.
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Fig. 2 ist ein Ausbreitungsplan des magnetischen Sensors
5a, der der magnetischen Trommel 4a zugewandt angeordnet
ist. Elemente R&sub4;&sub1; und R&sub4;&sub2; sind unter Aufrechterhaltung
eines Abstandes von nahezu λ/2 so angeordnet, daß sie der
magnetischen Spur M&sub4; gegenüberliegen, wobei die Elemente
R&sub4;&sub1; und R&sub4;&sub2; zu einer ersten Gruppe von magnetoresistiven
Elementen gehören. Die magnetoresistiven Elemente sind in
einer zur Umfangsrichtung der magnetischen Spur M&sub2; (d. h.
parallel zur Richtung, in der sich die Spur M&sub2; bewegt)
parallelen Richtung angeordnet. Gleichfalls sind Elemente
R&sub3;&sub1; und R&sub3;&sub2; in der ersten Gruppe von magnetoresistiven
Elementen unter Beibehaltung eines Abstands von λ/2 so
angeordnet, daß sie der magnetischen Spur M&sub3;
gegenüberliegen, und magnetoresistive Elemente R&sub2;&sub1;, R&sub2;&sub2; sind unter
Beibehaltung eines Abstands von λ/2 so angeordnet, daß sie
der magnetischen Spur M&sub2; gegenüberliegen.
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Für die magnetische Spur M&sub2; sind weiter Elemente R&sub1;&sub1; bis
R&sub1;&sub4; vorgesehen, die zu einer zweiten Gruppe
magnetoresistiver Elemente gehören. Hier sind die Abstände zwischen
den magnetoresistiven Elementen R&sub1;&sub1; und R&sub1;&sub2; und zwischen
den magnetoresistiven Elementen R&sub1;&sub3; und R&sub1;&sub4; jeweils λ/2.
Die Abstände zwischen den magnetoresistiven Elementen R&sub1;&sub1;
und R&sub2;&sub1; und zwischen den magnetoresistiven Elementen R&sub2;&sub1;
und R&sub1;&sub3; sind jeweils 1 1/2λ. Hier ist, wie aus Fig. 2
hervorgeht, der Abstand 1 1/2λ gleich 3/8 SM&sub2; bezüglich
einer Periode SM&sub2; des magnetischen Signals und entspricht
weiter 3/4π als elektrischem Winkel.
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Zusätzlich zu zehn magnetoresistiven Elementen hat der
magnetische Sensor 5a weiter zehn feste Widerstände Rf. Die
magnetoresistiven Elemente und die festen Widerstände Rf
werden auf einem Chip durch Abscheiden eines
ferromagnetischen Materials auf einem isolierenden Substrat durch
Metallverdampfung oder -aufstäubung gebildet. Die Elemente,
die als feste Widerstände Rf arbeiten, sollten in einer
Richtung gebildet werden, in der sie nicht auf das
magnetische Feld der magnetischen Spuren ansprechen.
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Die magnetoresistiven Elemente zeigen einen Widerstand,
der sich in Abhängigkeit vom magnetischen Feld ändert;
d. h., daß der Widerstand in Abhängigkeit vom Material
abnehmen oder zunehmen kann. Unten beschrieben ist der
Fall, wo die magnetoresistiven Elemente aus einem
Permalloy bestehen, dessen elektrischer Widerstand
proportional zur magnetischen Feldstärke abnimmt.
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Wenn die magnetische Trommel 4a rotiert, ändern die
magnetoresistiven Elemente R&sub1;&sub1; bis R&sub4;&sub2; im magnetischen Sensor
5a ihre Widerstände, wie in Fig. 3 gezeigt, aufgrund der
magnetischen Signale der magnetischen Spuren.
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Zum Beispiel ändert das magnetoresistive Element R&sub1;&sub1;, das
der magnetischen Spur M&sub2; gegenüberliegt, seinen Widerstand
im Ansprechen auf das magnetische Signal der magnetischen
Spur M&sub2;. Und zwar wird ein Tal durch den ersten
Einheitsmagnet SN in Fig. 2 gebildet, und ein anderes Tal wird
durch den nächstfolgenden Einheitsmagnet SN gebildet; es
werden also zwei aufeinanderfolgende Täler erzeugt, wie in
Fig. 3(a) gezeigt ist. Auch die magnetoresistiven Elemente
R&sub1;&sub2;, R&sub1;&sub3;, R&sub1;&sub4;, R&sub2;&sub1; und R&sub2;&sub2; ändern ihre Widerstände in
ihren Lagen unterschiedlicher Phasen, wie in den Fig. 3(b)
bis 3(f) gezeigt ist.
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Die magnetoresistiven Elemente R&sub3;&sub1; und R&sub3;&sub2; erzeugen auch
Wellenformen, in denen vier Täler nacheinander im
Ansprechen auf das magnetische Signal der magnetischen Spur M&sub3;
erzeugt werden, wie in den Fig. 3(g) und 3(h) gezeigt ist.
Weiter ändern die magnetoresistiven Elemente R&sub4;&sub1; und R&sub4;&sub2;
ihre Widerstände, wie in den Fig. 3(i) und 3(j) gezeigt,
im Ansprechen auf das magnetische Signal der magnetischen
Spur M&sub4;.
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Die magnetoresistiven Elemente R&sub1;&sub1; bis R&sub4;&sub2; bilden
Widerstandsbrücken zusammen mit den festen Widerständen Rf, wie
in Fig. 4 gezeigt ist. Ein Brückenkreis, der die
magnetoresistiven Elemente R&sub1;&sub1; und R&sub1;&sub2; am linken Ende von Fig. 4
enthält, erzeugt einen Ausgang e&sub1;&sub1; mit einer Wellenform,
die in Fig. 5(a) gezeigt ist. Ähnlich erzeugen die
Brückenkreise Ausgänge e&sub1;&sub2;, e&sub2;, e&sub3; und e&sub4; mit Wellenformen,
wie sie in den Fig. 5(b), 5(c), 5(d) und 5(e) gezeigt
sind.
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Diese Ausgänge werden in Spannungskomparatoren COM&sub1;&sub1;,
COM&sub1;&sub2;, COM&sub2;, COM&sub3; und COM&sub4; eingegeben, die Ausgänge E&sub1;&sub1;,
E&sub1;&sub2;, E&sub2;, E&sub3; und E&sub4; von Rechteckwellenformen erzeugen, wie
in den Fig. 7(a) bis 7(f) gezeigt ist.
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Außerdem wird ein Ausgang E&sub1; erhalten, wenn die Ausgänge
E&sub1;&sub1; und E&sub1;&sub2; durch einen ausschließlichen OR-Kreis EOR
geleitet werden, der in Fig. 6 gezeigt ist.
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Die so erhaltenen Ausgänge E&sub1;, E&sub2;, E&sub3; und E&sub4; bilden
Lageerfassungssignale von vier Bits. Das obige Beispiel
verwendete Graucodes von vier Bits. Jedoch ist es auch
zulässig, einen anderen Code in Abhängigkeit von der Art des
Speicherns der magnetischen Signale auf dem magnetischen
Speichermedium zu verwenden.
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Wie oben beschrieben, werden absolute Lagen aus vier Bits
von den drei magnetischen Spuren erhalten, die den drei
Hochrang-Bits von Erfassungssignalen entsprechen. So wird
die magnetische Trommel in einer kleinen Abmessung mit
einem kleinem Trägheitsmoment verwirklicht, was es
ermöglicht, ein Servosystem zu bilden, das mit hoher
Genauigkeit arbeitet.
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Im obigen Ausführungsbeispiel waren die festen Widerstände
Rf im magnetischen Sensor gebildet. Es ist jedoch
zulässig, die festen Widerstände Rf vom magnetischen Sensor
getrennt zu bilden.
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Ein anderes Ausführungsbeispiel wird in Verbindung mit den
Fig. 8 bis 10 beschrieben, wobei Brücken durch die
magnetoresistiven Elemente nur gebildet werden, um das Niveau
der Erfassungssignale zu erhöhen und die
Ausgangswellenformen zu stabilisieren. Auch in diesem
Ausführungsbeispiel bestehen die Ausgangssignale aus vier Bits.
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Wie Fig. 2 ist Fig. 8 ein Ausbreitungsplan einer
magnetischen Trommel 41a und eines magnetischen Sensors 51a,
wobei das magnetische Speichermedium auf der Oberfläche der
magnetischen Trommel 41a in sechs magnetische Spuren
unterteilt ist und Einheitsmagnete auf den magnetischen
Spuren M&sub2;&sub1;, M&sub3;&sub1; und M&sub4;&sub1; ziemlich in der gleichen Weise wie
der nach Fig. 2 angeordnet sind. Auf den magnetischen
Spuren M&sub2;&sub2;, M&sub3;&sub2; und M&sub4;&sub2; sind die Einheitsmagneten symmetrisch
zu denen der magnetischen Spuren M&sub2;&sub1;, M&sub3;&sub1; und M&sub4;&sub1;
angeordnet. Das heißt, die Teile, die den Magnetisierungsteilen
der magnetischen Spuren M&sub2;&sub1;, M&sub3;&sub1; und M&sub4;&sub1; entsprechen,
bestehen aus Nichtmagnetisierungsteilen, und umgekehrt sind
Einheitsmagnete auf den Nichtmagnetisierungsteilen
angeordnet.
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Auf dem magnetischen Sensor 51a sind erste und zweite
magnetoresistive Elemente R&sub1;&sub1;&sub1;, R&sub1;&sub2;&sub1;, R&sub2;&sub1;&sub1;, R&sub2;&sub2;&sub1;, R&sub1;&sub3;&sub1; und
R&sub1;&sub4;&sub1; unter Gegenüberstellung zur magnetischen Spur M&sub2;&sub1;
angeordnet, und es sind darauf weiter magnetoresistive
Elemente R&sub1;&sub1;&sub2;, R&sub1;&sub2;&sub2;, R&sub2;&sub1;&sub2;, R&sub2;&sub2;&sub2;, R&sub1;&sub3;&sub2; und R&sub1;&sub4;&sub2; unter
Gegenüberstellung zur magnetischen Spur M&sub2;&sub2; in der gleichen
Weise wie in Fig. 2 angeordnet. Es sind dort weiter erste
magnetoresistive Elemente R&sub3;&sub1;&sub1; und R&sub3;&sub2;&sub1;, erste
magnetoresistive Elemente R&sub3;&sub1;&sub2; und R&sub3;&sub2;&sub2;, erste magnetoresistive
Elemente R&sub4;&sub1;&sub1; und R&sub4;&sub2;&sub1; und erste magnetoresistive Elemente
R&sub4;&sub1;&sub2; und R&sub4;&sub2;&sub2; unter Gegenüberstellung zu den magnetischen
Spuren M&sub3;&sub1; bzw. M&sub3;&sub2; bzw. M&sub4;&sub1; bzw. M&sub4;&sub2; angeordnet. Abstände
zwischen den magnetoresistiven Elementen haben ziemlich
die gleiche Beziehung wie die nach Fig. 2. Die
magnetoresistiven Elemente sind so verdrahtet, daß sie in Fig. 9
gezeigte Widerstandsbrücken bilden.
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Wenn die magnetische Trommel 41a rotiert, ändern die
magnetoresistiven Elemente ihre Widerstände praktisch in der
gleichen Weise wie beim oben erwähnten
Ausführungsbeispiel. Und zwar ändern die magnetoresistiven Elemente
R&sub1;&sub1;&sub1;, R&sub1;&sub1;&sub2;, R&sub1;&sub2;&sub1; und R&sub1;&sub2;&sub2; ihre Widerstände, wie in den
Fig. 10(a) bis 10(d) gezeigt ist. Daher werden in den Fig.
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10(e) und 10(f) gezeigte Ausgänge an den
Ausgangsanschlüssen e&sub1;&sub1;&sub1; und e&sub1;&sub1;&sub2; des Brückenkreises erhalten; d. h.,
symmetrische und stabile Ausgänge werden über die zwei
Anschlüsse erhalten, wie in Fig. 10(g) gezeigt ist. Wenn
diese Ausgänge in den in Fig. 6 gezeigten Kreis eingegeben
werden, erhält man Ausgänge E&sub1;&sub1;, deren Wellenformen
gestaltet sind, wie in Fig. 10(h) gezeigt ist. Die Ausgänge
E&sub1;&sub1; sind ziemlich die gleichen wie die Ausgänge E&sub1;&sub1; von
Fig. 7.
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So können andere Ausgänge auch erhalten werden, um
Absolutlage-Erfassungsausgänge von vier Bits in der gleichen
Weise wie in Fig. 7 zu erhalten. Der in Fig. 10 gezeigte
Ausgang e&sub1;&sub1; der Brücke hat eine verdoppelte Amplitude im
Vergleich mit dem gleichen Ausgang e&sub1;&sub1; von Fig. 5, hat
eine symmetrische Wellenform und kann von stabiler
Wellenform durch den Spannungskomparator COM&sub1;&sub1; gebildet werden,
um die Genauigkeit zu steigern.
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Im Vorstehenden wurde ein Ausführungsbeispiel beschrieben,
um Ausgänge von vier Bits aus den drei magnetischen Spuren
zu erhalten.
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Es wird nun ein Ausführungsbeispiel in Verbindung mit den
Fig. 11 bis 14 beschrieben, um Ausgänge von fünf Bits aus
den drei magnetischen Spuren zu erhalten.
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Wie Fig. 2 ist Fig. 11 ein Ausbreitungsplan einer
magnetischen Trommel 42a und eines magnetischen Sensors 52a,
wobei das magnetische Speichermedium auf der Oberfläche der
magnetischen Trommel 42a in drei magnetische Spuren M&sub4; bis
M&sub2; unterteilt ist, auf denen magnetische Signale unter
Beibehaltung der gleichen Anordnungen wie der der
magnetischen Spuren M&sub4; bis M&sub2; der Fig. 2 gespeichert werden.
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Auf dem magnetischen Sensor 52a sind die magnetoresistiven
Elemente unter Gegenüberstellung zu den magnetischen
Spuren, wie gezeigt, angeordnet. Bei diesem
Ausführungsbeispiel sind die festen Widerstände Rf nicht auf dem Sensor
52a gebildet, sondern auf einem getrennten Aufnahmebauteil
angeordnet. In Fig. 12 gezeigte Brückenkreise werden von
diesen magnetoresistiven Elementen und festen Widerständen
gebildet. Bei diesem magnetischen Sensor 52a entsprechen
die magnetoresistiven Elemente R&sub1;&sub1;, R&sub1;&sub2;, R&sub1;&sub3;, R&sub1;&sub4;, R&sub2;&sub1;,
R&sub2;&sub2;, R&sub3;&sub1;, R&sub3;&sub2;, R&sub4;&sub1; und R&sub4;&sub2; den magnetoresistiven Elementen
R&sub1;&sub1;, R&sub1;&sub2;, R&sub1;&sub3;, R&sub1;&sub4;, R&sub2;&sub1;, R&sub2;&sub2;, R&sub3;&sub1;, R&sub3;&sub2;, R&sub4;&sub1; und R&sub4;&sub2; von
Fig. 2 und sind praktisch in der gleichen Weise
angeordnet. Auch die Brückenkreise sind praktisch in der gleichen
Weise gebildet. Wenn die magnetische Trommel 42a rotiert,
erzeugen daher die Brückenkreise die Ausgänge e&sub1;&sub1;, e&sub1;&sub2;,
e&sub2;, e&sub3; und e&sub4;, die die gleichen wie die von Fig. 5 sind.
Daher werden die durch Verarbeitung dieser Ausgänge
erhaltenen Signale E&sub1;, E&sub2;, E&sub3; und E&sub4; praktisch die gleichen wie
die in den Fig. 7(c) bis 7(f) gezeigten Signale E&sub1;, E&sub2;, E&sub3;
und E&sub4;. Jedoch ist der magnetische Sensor 52a weiter mit
zweiten magnetoresistiven Elementen R&sub0;&sub1;, R&sub0;&sub2;, R&sub0;&sub3;, R&sub0;&sub4;,
R&sub0;&sub5;, R&sub0;&sub6;, R&sub0;&sub7; und R&sub0;&sub8; versehen. Hier sind die
magnetoresistiven Elemente R&sub0;&sub1; und R&sub0;&sub2;, R&sub0;&sub3; und R&sub0;&sub4;, R&sub0;&sub5; und R&sub0;&sub6;, und
R&sub0;&sub7; und R&sub0;&sub8; jeweils unter Beibehaltung eines Abstands von
/2 angeordnet. Die magnetoresistiven Elemente R&sub0;&sub1;, R&sub0;&sub3;,
R&sub0;&sub5; und R&sub0;&sub7; sind unter Trennung vom magnetoresistiven
Element R&sub2;&sub1; um 1 3/4λ bzw. 3/4λ bzw. 3/4λ bzw. 1 3/4λ
angeordnet.
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Wenn die magnetische Trommel 42a rotiert, ändern die
magnetoresistiven Elemente ihre Widerstände im Ansprechen
auf die magnetischen Signale in der gleichen Weise wie
beim vorherigen Ausführungsbeispiel. Unter den
Brückenkreisen nach Fig. 12 liefern daher die Brückenkreise, die
die zweiten magnetoresistiven Elemente R&sub0;&sub1; bis R&sub0;&sub8;
enthalten, die Spannungen e&sub0;&sub1; bis e&sub0;&sub4;, wie in den Fig. 14(a) bis
14(d) gezeigt ist.
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Wenn die Ausgangsspannungen der Brückenkreise in die
Kreise eingegeben werden, die in Fig. 13 gezeigt sind, erhält
man Ausgangsspannungen E&sub0;&sub1; bis E&sub0;&sub4;, deren Wellenformen
gestaltet sind, wie in den Fig. 14(e) bis 14(h) gezeigt ist.
Weiter werden, wenn man die Ausgangsspannungen E&sub0;&sub1; und R&sub0;&sub2;
sowie R&sub0;&sub3; und E&sub0;&sub4; durch die ausschließlichen OR-Kreise
EOR&sub0;&sub1; bzw. EOR&sub0;&sub2; durchgehen läßt, Ausgangsspannungen E&sub0;&sub5;
und E&sub0;&sub6; erhalten, wie in den Fig. 14(i) und 14(j) gezeigt
ist. Wenn diese Ausgänge weiter durch einen
ausschließlichen OR-Kreise EOR&sub0;&sub3; geleitet werden, erhält man einen
Ausgang E&sub0;, wie in Fig. 14(k) gezeigt ist.
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Hier sind die Ausgänge e&sub1;&sub1;, e&sub1;&sub2;, e&sub2;, e&sub3; und e&sub4; der
Brückenkreise, die die ersten magnetoresistiven Elemente R&sub1;&sub1;
bis R&sub4;&sub2; enthalten, praktisch die gleichen wie die Ausgänge
nach Fig. 5, und die durch Verarbeitung dieser Ausgänge
erhaltenen Ausgänge E&sub1; bis E&sub4; sind auch praktisch die
gleichen wie die Ausgänge nach Fig. 7. Daher entsprechen
die Ausgänge E&sub0; bis E&sub4; den absoluten Lagen von fünf Bits.
Da die Ausgänge von fünf Bits aus den drei magnetischen
Spuren erhalten werden können, die drei Bits entsprechen,
kann die magnetische Trommel in kleiner Abmessung mit
einem kleinen Trägheitsmoment verwirklicht werden.
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Im obigen Ausführungsbeispiel ist es natürlich zulässig,
die festen Widerstände im magnetischen Sensor anzuordnen.
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Im vorstehenden wurden die Ausführungsbeispiele
beschrieben, bei denen ein magnetisches Signal SM&sub2; einer
magnetischen Spur entsprechend dem Niedrigstrang-Bit des
Lageerfassungssignals aus einem Magnetisierungsteil, der aus
zwei aufeinanderfolgenden Einheitsmagneten bestand, und
einem Nichtmagnetisierungsteil mit der gleichen Länge
gebildet wurde. Nun soll der Fall beschrieben werden, wo
das magnetische Signal SM&sub2; aus einem Magnetisierungsteil,
der aus vier aufeinanderfolgenden Einheitsmagneten
besteht, und einem Nichtmagnetisierungsteil mit der gleichen
Länge gebildet wird. Hier bestehen die
Lageerfassungsausgange aus Signalen von vier Bits.
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In Fig. 15 bezeichnet die Bezugsziffer 43a eine
magnetische Trommel, und 53a bezeichnet einen magnetischen
Sensor, die der magnetischen Trommel 4a und dem magnetischen
Sensor 5a entsprechen, die im Ausbreitungsplan der Fig. 1
gezeigt sind.
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Das magnetische Speichermedium auf der Oberfläche der
magnetischen Trommel 43a ist in drei magnetische Spuren M&sub2;,
M&sub3; und M&sub4;, wie in Fig. 15 gezeigt, unterteilt. Auf der
magnetischen Spur M&sub2; sind abwechselnd ein
Magnetisierungsteil, der aus vier aufeinanderfolgenden Einheitsmagneten
besteht, von denen jeder einen Abstand λ hat, und ein
Nichtmagnetisierungsteil mit der gleichen Länge (44) über
den Gesamtumfang der Spuren angeordnet. Auf den
magnetischen Spuren M&sub3; und M&sub4; sind auch abwechselnd ein
Magnetisierungsteil, der aus acht aufeinanderfolgenden
Einheitsmagneten besteht, und ein Nichtmagnetisierungsteil mit der
gleichen Länge (8λ) angeordnet. Hier sind jedoch die
Magnetisierungsteile der zwei Spuren um eine Länge von 4λ
zueinander versetzt.
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Auf dem magnetischen Sensor 53a sind die magnetoresistiven
Elemente und die festen Widerstände Rf angeordnet, die den
magnetischen Spuren gegenüberstehen, wobei Abstände
eingehalten werden, wie in Fig. 2 gezeigt ist. Wenn die
Brückenkreise ausgebildet sind, wie in Fig. 4 gezeigt ist,
wobei diese magnetoresistiven Elemente verwendet werden,
werden die Ausgänge e&sub1;&sub1;, e&sub1;&sub2;, e&sub2;, e&sub3; und e&sub4;, die über die
Ausgangsanschlüsse dieser Brückenkreise erhalten werden,
so, wie in den Fig. 16(a) bis 16(e) gezeigt ist. Wenn
diese Ausgänge durch die Kreise der Fig. 6 verarbeitet
werden, erhält man Ausgänge E&sub1;&sub1;, E&sub1;&sub2;, E&sub2;, E&sub3; und E&sub4;, wie
in Fig. 7 gezeigt ist. Ein Vergleich der Wellenformen von
Fig. 5 mit den Wellenformen von Fig. 16 zeigt, daß die
Wellenformen von Fig. 16 kleine Rippen haben, an den Enden
der Wellen scharf sind und wirksam zur Steigerung der
Genauigkeit sind.
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Grundsätzliche Strukturen der oben erwähnten
Ausführungsbeispiele werden im folgenden zusammengefaßt.
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Jede magnetische Spur bildet ein magnetisches Signal, das
auf einem Magnetisierungsteil, der aus einer Mehrzahl (k)
von Einheitsmagneten mit jeweils einem Schritt λ besteht,
und einem Nichtmagnetisierungsteil mit der gleichen Länge
(kλ) basiert. Die ersten magnetoresistiven Elemente sind
in Paaren bei Aufrechterhaltung eines Abstands von λ/2 im
magnetischen Sensor in Gegenüberstellung zu den
magnetischen Spuren angeordnet. Die zweiten magnetoresistiven
Elemente sind so vorgesehen, daß sie einer magnetischen
Spur gegenüberliegen, die dem Niedrigstrang-Bit des
Lageerfassungssignals entspricht. Die zweiten
magnetoresistiven Elemente sind in einer Zahl von 2m für das erste
magnetoresistive Element unter Beibehaltung eines Abstands
von (1+2n/8m) SML angeordnet, wobei SML die Länge des
magnetischen Signals der magnetischen Spur bezeichnet, m
eine Zahl der angewachsenen Bits bezeichnet und n eine
gerade Zahl bezeichnet.
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Bei den zuvor abgehandelten Ausführungsbeispielen ging es
um den Drehsensor als ein Bauteil, dessen Lage zu erfassen
ist. Jedoch ist es auch, basierend auf dem gleichen
Prinzip, möglich, Absolutlagen der Gegenstände zu erfassen,
die eine lineare Bewegung durchführen. Das in Fig. 2
gezeigte Ausführungsbeispiel kann also auch verwendet
werden, um absolute Lagen von Gegenständen zu erfassen, die
eine lineare Bewegung durchführen.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein
Absolutlagedetektor vorgesehen, der magnetische Spuren in einer
geringeren Anzahl als der Zahl von Bits der Ausgangssignale
hat, der von geringer Abmessung ist und der ein hohes
Auflösungsvermögen hat.
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Wie oben erwähnt, macht es die vorliegende Erfindung
möglich, Absolutlagen entsprechend der größeren Zahl von Bits
als der Zahl der magnetischen Spuren zu erfassen. Daher
kann ein Bauteil, wie z. B. ein rotierendes Bauteil, das zu
erfassen ist, von geringer Abmessung verwirklicht werden,
was einen Aufbau der Vorrichtung mit geringer Abmessung
ermöglicht. Infolgedessen hat das zu erfassende Bauteil
ein geringes Trägheitsmoment, was zur Steigerung der
Ansprechgeschwindigkeit beiträgt.