DE4303395C2

DE4303395C2 - Positionsdetektor

Info

Publication number: DE4303395C2
Application number: DE4303395A
Authority: DE
Inventors: Tadao Takaishi; Tokuo Marumoto
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1992-02-05
Filing date: 1993-02-05
Publication date: 1995-09-14
Anticipated expiration: 2013-02-06
Also published as: US5418455A; DE4303395A1; JPH05215504A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Positionsdetektor nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 bzw. 2 und auf ein entsprechendes Herstellungsverfahren. Solch ein Positionsdetektor ist aus der DE-OS 40 14 885 A1 bekannt.

Fig. 3 und 4 illustrieren den bekannten Positionsdetektor in einer Querschnittsansicht bzw. einem Schaltungsdiagramm. In diesen Figuren umfaßt der Positionsdetektor ein magnetisches Sensorelement 1, welches ein Paar magnetoresistiver Elemente 1a und 1b aus NiFe-ferromagnetischen magnetoresistivem Material gebildet in einem magnetoresistiven Muster auf einem Glassubstrat beinhaltet. Die magnetoresistiven Elemente 1a und 1b sind eingeformt in einem im wesentlichen rechteckigen isolierenden Harz, so daß eine magnetische Erfassungsoberfläche durch die magnetoresistiven Elemente 1a und 1b auf der Glassubstratoberfläche gebildet ist.

Das Bezugszeichen 2 bezeichnet ein Positionsdetektor-Formteilgehäuse aus beispielsweise einem Polybuthylenterephtalatharz, 3 eine Drehwelle, welche rotierbar an dem Gehäuse 2 befestigt ist, 4 einen an einem Ende der Drehwelle befestigten Arm.

Das Bezugszeichen 5 ist ein zylindrischer Permanentmagnet, befestigt am anderen Ende der Drehwelle 3, 6 ist ein keramisches Substrat, dienend als Schaltungsplatte, auf der eine Sensorschaltung einschließlich eines Verdrahtungsmusters und verschiedener elektronischer Komponenten befestigt sind, wobei das magnetische Sensorelement 1 so auf der keramischen Schaltungsplatte 6 befestigt ist, daß seine magnetische Erfassungsoberfläche parallel zur Substratoberfläche ausgerichtet ist. Das Bezugszeichen 7 bezeichnet einen Anschluß zum Ausgeben einer Ausgabe von dem magnetischen Sensorelement 1.

Die keramische Schaltungsplatte 6 ist eingesetzt in das Gehäuse 2, wobei seine Plattenoberfläche senkrecht zum Permanentmagneten 5 oder, was das bedeutet, daß das magnetische Feld von dem Permanentmagneten 5 parallel über die magnetische Erfassungsoberfläche eines magnetischen Sensorelements 1 verläuft.

Das Bezugszeichen 10 bezeichnet eine Wheatstone-Brücke bestehend aus den magnetoresistiven Elementen 1a und 1b und Referenzspannungs-Einstellwiderständen R1 und R2, 11 ist eine Temperatur-kompensierte Konstantstromschaltung, 12 eine Differentialverstärkerschaltung, 13 eine Pegelverschiebeschaltung und 14 ein Ausgabeanschluß der Pegelverschiebeschaltung 13.

Wenn der Positionsdetektor angewendet wird auf ein Drosselventil (nicht gezeigt) einer Brennkraftmaschine (nicht gezeigt), wird der Arm 4 gedreht in Übereinstimmung mit dem Öffnungsgrad des Drosselventils innerhalb einer Luftansaugleitung eines Motors und die Rotation des Arms 4 übertragen auf den Permanentmagneten 5 durch die Drehwelle 3. Mit der Drehung des Permanentmagneten 5 ändert sich die parallel über die magnetische Erfassungsoberfläche des magnetischen Sensorelements 1 verlaufende Richtung des magnetischen Flusses, woraus folgend sich der Widerstand des magnetoresistiven Musters der magnetoresistiven Elemente 1a und 1b ändert.

Da sich dementsprechend der Widerstand der magnetoresistiven Elemente 1a und 1b ändert, ändert sich die Ausgabespannung von dem Ausgangsanschluß O1 der Wheatstone-Brücke 10. Dabei ändern sich die Widerstandswerte der Widerstände R1 und R2 nicht, und eine konstante Bezugsspannung wird geschaffen von dem Ausgangsanschluß O2.

Die von den Ausgangsanschlüssen O1 und O2 der Brücke 10 eingespeisten Ausgangsspannungen werden angelegt an die Eingangsanschlüsse I2 bzw. I1 des Differentialverstärkers 12, wo sie verstärkt werden, und eine Differenz zwischen den zwei Ausgabespannungen wird erzeugt in der Pegelverschiebeschaltung 13, und das Differenzsignal wird ausgegeben von dem Ausgangsanschluß 14. Diese Ausgangsspannung, welche eine Ausgangsspannungswellenform entsprechend eines Rotationswinkels des Permanentmagneten 5 hat, wird eingespeist an eine externe Vorrichtung (nicht gezeigt) durch den Anschluß 7, um den Öffnungsgrad des Drosselventils anzuzeigen.

Fig. 5 illustriert eine weitere Sensorschaltung zur Benutzung bei einer anderen Spezifikation, bei der eine Ausgangsspannungswellenform mit negativer Charakteristik erfordert ist. Wie aus Fig. 5 ersichtlich, sind die Ausgangsanschlüsse O1 und O2 der Wheatstone-Brücke verbunden mit Eingangsanschlüssen I1 bzw. I2 des Differentialverstärkers 12, so daß der Ausgangsanschluß 14 eine Ausgangsspannungswellenform B, wie gezeigt in Fig. 6, ausgibt, welche eine entgegengesetzte Charakteristik verglichen mit der Wellenform A der Sensorschaltung, die in Fig. 4 gezeigt ist, aufweist.

Gemäß dem oben beschriebenen Positionsdetektor ist es, um zwei Arten von Positionsdetektoren mit zwei Ausgabecharakteristiken entgegengesetzter Polarität in Übereinstimmung mit der Anwendung zu schaffen, notwendig, zwei Arten keramischer Schaltungsplatten 6 herzustellen und zu lagern, auf denen verschiedene Sensorschaltungen ausgebildet sind. Deshalb ist die Anzahl von herzustellenden und zu verwaltenden Teilen erhöht.

Aus der JP 2-197188 A ist es bekannt, bei einer gedruckten Schaltungsplatte bestehende Leitungs bahnen zu durchtrennen und zusätzliche Verdrahtungen anzubringen, um eine Schaltung zu modifizieren.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Positionsdetektor der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher die Herstellung zweier Arten von Positionsdetektoren mit zwei verschiedenen Ausgangscharakteristiken erleichtert, sowie ein Verfahren zum Herstellen des Positionsdetektors zu schaffen, bei dem zwei Arten von Positionsdetektoren mit zwei verschiedenen Ausgangscharakteristiken leicht selektiv hergestellt werden können, ohne die Notwendigkeit des Herstellens und Bereitstellens zweier verschiedener magnetischer Sensorschaltungen.

Erfindungsgemäß wird die obige Aufgabe gelöst durch den eingangs erwähnten Positionsdetektor mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 bzw. 2. Das Schaltungsmuster der Schaltungsplatte kann eingerichtet werden durch Setzen eines Verbinderchips auf der Schaltungsplatte. Das Schaltungsmuster der Schaltungsplatte kann eingerichtet werden durch Entfernen eines Verdrahtungsmusters auf der Schaltungsplatte.

Entsprechende Verfahren zum Herstellen eines Positionsdetektors sind in Anspruch 3 bzw. 4 definiert.

Der Verbindungsabschnitt kann zwei Paare von Leitermustern für zwei Ausgangscharakteristiken entgegengesetzter Polarität enthalten, und der Verbindungsänderungsschritt kann das Entfernen eines Teils von einem der zwei Paare der Leitermuster oder selektives Verbinden der zwei Paare von Verbindungsanschlüssen durch Anlöten von zwei Verbinderchips über die Anschlüsse umfassen.

Die vorliegende Erfindung wird klarer erscheinen aus der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform in Verbindung mit der begleitenden Zeichnung.

Die Figuren zeigen im einzelnen:

Fig. 1a eine schematische ebene Ansicht zum Illustrieren des Verbindungsabschnitts des Positionsdetektors der vorliegenden Erfindung, wobei der Verbindungsabschnitt in einer ersten Einstellung ist;

Fig. 1b eine schematische ebene Ansicht zum Illustrieren des Verbindungsabschnitts des Positionsdetektors der vorliegenden Erfindung, wobei der Verbindungsabschnitt in einer zweiten Einstellung ist;

Fig. 2a eine schematische ebene Ansicht zum Illustrieren eines weiteren Verbindungsabschnitts des Positionsdetektors der vorliegenden Erfindung, wobei der Verbindungsabschnitt in einer ersten Einstellung ist;

Fig. 2b eine schematische ebene Ansicht zum Illustrieren eines weiteren Verbindungsabschnitts des Positionsdetektors der vorliegenden Erfindung, wobei der Verbindungsabschnitt in einer zweiten Einstellung ist;

Fig. 3 eine Querschnittsseitenansicht eines Positionsdetektors, auf den die vorliegende Erfindung angewendet werden kann;

Fig. 4 ein Schaltungsdiagramm des in Fig. 3 illustrierten Positionsdetektors, wobei die Sensorschaltung in einer ersten Einstellung ist;

Fig. 5 ein Schaltungsdiagramm des Positionsdetektors, der in Fig. 3 illustriert ist, wobei die Sensorschaltung in einer zweiten Einstellung ist; und

Fig. 6 eine Darstellung zum Zeigen der zwei Ausgangscharakteristiken mit entgegengesetzter Polarität des Positionsdetektors.

Ein Positionsdetektor nach der vorliegenden Erfindung hat eine grundlegende Struktur ähnlich dem Positionsdetektor, der in Fig. 3 illustriert ist, so daß die Beschreibung der Abschnitte des Positionsdetektors nach der vorliegenden Erfindung, die ähnlich oder gleich dem diesbezüglichen Positionsdetektor sind, nur kurz gemacht werden wird.

Ähnlich dem in den Fig. 3 bis 6 illustrierten Positionsdetektor umfaßt der Positionsdetektor nach der vorliegenden Erfindung einen Permanentmagneten 5, der drehbar gelagert ist in einem Formteilgehäuse 2, und eine keramische Schaltungsplatte 6 mit einer magnetischen Sensorschaltung. Die Sensorschaltung umfaßt ein Schaltungsmuster einschließlich eines magnetischen Sensorelements 1 und eine elektronische Schaltung 11, 12 und 13, illustriert in Fig. 4, zum Erfassen der Drehung des Permanentmagneten 5 als Richtungsänderung des magnetischen Flusses, der über das magnetische Sensorelement 1 tritt. Nach der vorliegenden Erfindung kann, wie in den Fig. 1a und 1b illustriert, das Schaltungsmuster der Schaltungsplatte gesetzt werden durch Setzen von Verbinderchips 16 auf der Schaltungsplatte.

Die magnetische Sensorschaltung beinhaltet ein Verdrahtungsmuster und verschiedene elektronische Komponenten auf der Schaltungsplatte 6, und der Anschluß 7 ist vorgesehen zum Ausgeben einer Ausgabe von dem magnetischen Sensorelement 1.

Die Fig. 1a und 1b illustrieren einen Verbindungsabschnitt 8 der Musterleiter, angeordnet zwischen den Temperatur-kompensierten Konstantstromschaltung und dem Differentialverstärker 12, wie illustriert in Fig. 4. Der Verbindungsabschnitt 8 umfaßt zwei Ausgangsanschlüsse TO1 und TO2, welche Ausgangsanschlüsse der Wheatstone-Brückenschaltung 10 sind und zwei Eingangsanschlüsse TI1 und TI2, welche Eingangsanschlüsse der Differentialverstärkerschaltung 12 sind. Die Anschlüsse TO1, TO2, TI1 und TI2 sind vorzugsweise gebildet durch Lotperlen für Aufschmelzlöten.

In Fig. 1a ist der erste Ausgangsanschluß TO1 verbunden mit dem zweiten Eingangsanschluß TI2 durch einen elektrischen Leiter wie zum Beispiel einen Verbinderchip 16, aufschmelzgelötet an die Anschlüsse TO1 und TI2. Das Aufschmelzlöten des Verbinderchips 16 kann gleichzeitig erreicht werden mit dem Löten der anderen elektronischen Komponenten auf die Schaltungsplatte 6. Der zweite Ausgangsanschluß TO2 ist verbunden mit dem ersten Eingangsanschluß TI1 durch einen ähnlichen elektrischen Leiter 16, welcher an die Anschlüsse TO2 und TI1 angelötet ist. Da in der illustrierten Ausführungsform zwei Ausgangsanschlüsse TO1 und TO2 und zwei Eingangsanschlüsse TI1 und TI2 diagonal angeordnet sind in dem äquidistanten Vier-Anschlußaufbau, kann ein geradliniger Verbinderchip 16 benutzt werden, um die obigen Kreuz- und Querverbindungen zu realisieren. Bei der in Fig. 1a illustrierten Verbindung, welche der in Fig. 4 illustrierten Schaltung entspricht, kann eine Ausgangsspannungscharakteristik, wie abgebildet durch die Wellenform A in Fig. 6, erhalten werden.

Wenn es erwünscht ist, daß der Positionsdetektor eine Ausgangsspannungscharakteristik mit der Wellenform B in Fig. 6 hat, welche von entgegengesetzter Polarität bezüglich der Wellenform A ist, werden die Verbinderchips 16 vorgesehen, wie in Fig. 1b illustriert ist.

In Fig. 1b ist der erste Ausgangsanschluß TO1 verbunden mit dem ersten Eingangsanschluß TI1 durch einen Verbinderchip 16, der an die Anschlüsse TO1 und TI1 aufschmelzgelötet ist. Der zweite Ausgangsanschluß TO2 ist verbunden mit dem zweiten Eingangsanschluß TI2 durch einen ähnlichen elektrisch leitenden Verbinderchip 16, angelötet an die Anschlüsse TO2 und TI2. Wiederum kann diese elektrische Verbindung leicht realisiert werden mittels geradlinigem Verbinderchip 16. Mit dieser in Fig. 1b illustrierten Verbindung, welche der in Fig. 5 gezeigten Schaltung entspricht, kann eine Ausgangsspannungscharakteristik, wie gezeigt durch die Wellenform B in Fig. 6, erhalten werden.

Die Fig. 2a und 2b illustrieren eine Modifikation des selektiven Verbindungsabschnitts 9 der Musterleiter der magnetischen Sensorschaltung. Der selektive Verbindungsabschnitt 9 umfaßt zwei Parallel-Leiter 18 und 19 und zwei sich kreuzende diagonale Leiter 20 und 21. Der erste parallele Leiter 18 ist verbunden zwischen dem ersten Ausgang O1 der Brückenschaltung 10 und dem zweiten Eingang I2 der Verstärkerschaltung 12 und der zweite parallele Leiter 19 ist verbunden zwischen dem zweiten Ausgang O2 der Brückenschaltung 10 und dem ersten Eingang I1 der Verstärkerschaltung 12. Der erste diagonale Leiter 20 ist verbunden zwischen dem ersten Ausgang O1 und dem ersten Eingang I1 und der zweite diagonale Leiter 21 ist verbunden zwischen dem zweiten Ausgang O2 und dem zweiten Eingang I2.

Deshalb kann durch Entfernen oder Durchschneiden zweier Abschnitte der Musterleiter das Schaltungsmuster modifiziert werden. Wenn die in Fig. 4 gezeigte Schaltung, welche die Wellenform A hervorbringt, erwünscht ist, werden der erste und zweite diagonale Leiter 20 und 21 entfernt, um den ersten Eingang I1 von dem ersten Ausgang O1 und den zweiten Eingang I2 von dem zweiten Ausgang O2 zu trennen. Wenn die in Fig. 5 gezeigte Schaltung, welche die Wellenform B hervorbringt, erwünscht ist, werden der erste und zweite parallele Leiter 18 und 19 entfernt, um den ersten Eingang I1 von dem zweiten Ausgang O2 und den zweiten Eingang I2 von dem ersten Ausgang O1 zu trennen. Dieses Entfernen der Leiter kann erreicht werden durch ein beliebiges geeignetes bekanntes Verfahren. Um zu vermeiden, daß die zwei sich kreuzenden Leiter 20 und 21 in Kontakt gebracht werden, ist eine geeignete Isolierschicht dazwischen angeordnet.

Obwohl der Verbindungsabschnitt 8 und 9 des Positionsdetektors nach der vorliegenden Erfindung beschrieben wurde als angeordnet zwischen der Brückenschaltung 10 und der Differentialverstärkerschaltung 12, kann der Verbindungsabschnitt an irgendeiner geeigneten Position in der magnetischen Sensorschaltung angeordnet sein. Zum Beispiel kann der Verbindungsabschnitt angeordnet sein zwischen der Differentialverstärkerschaltung 12 und der Pegelverschiebeschaltung 13.

Wie oben beschrieben, kann nach dem Positionsdetektor der vorliegenden Erfindung das Schaltungsmuster des magnetischen Sensors auf der Schaltungsplatte eingestellt werden durch Setzen eines Verbinderchips auf der Schaltungsplatte, oder das Schaltungsmuster auf der Schaltungsplatte kann eingestellt werden durch Entfernen eines Verdrahtungsmusters auf der Schaltungsplatte.

Nach dem Verfahren zum Herstellen eines Positionsdetektors wird ein selektiver Verbindungsabschnitt in der magnetischen Sensorschaltung hergestellt, der selektiv in zumindest zwei verschiedene Schaltungsmuster plaziert werden kann mit zwei verschiedenen Ausgangscharakteristiken, und die elektrische Verbindung in dem Verbindungsabschnitt wird modifiziert, um die magnetische Sensorschaltung in eines der zumindest zwei verschiedenen Schaltungsmuster zu bringen.

Deshalb können zwei Arten von Positionsdetektoren mit zwei verschiedenen Ausgangscharakteristiken leicht selektiv hergestellt werden ohne Notwendigkeit des Herstellens und Aufrechterhaltens zweier verschiedener magnetischer Sensorschaltungen.

Claims

1. Positionsdetektor mit einem Permanentmagneten (5) und einer Schaltungsplatte (6) mit einer magnetischen Sensorschaltung (10), das darauf angebracht ist, zum Erfassen eines Versatzes des Permanentmagneten (5) als Änderung im magnetischen Fluß, der über die magnetische Sensorschaltung (10) verläuft, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schaltungsmuster auf der Schaltungsplatte (6) vorgesehen ist, das durch Anordnen zweier gleicher Verbinderchips (16) auf einem Verbindungsabschnitt (8) der Schaltungsplatte (6) einstellbar ist, wobei der Verbindungsabschnitt (8) zwei Ausgangsanschlüsse (TO1, TO2) und zwei Eingangsanschlüsse (TI1, TI2) umfaßt, welche jeweils diagonal an den Ecken eines gleichseitigen Vierecks angeordnet sind.

2. Positionsdetektor mit einem Permanentmagneten (5) und einer Schaltungsplatte (6) mit einer magnetischen Sensorschaltung (10), die darauf angebracht ist, zum Erfassen eines Versatzes des Permanentmagneten (5) als Änderung im magnetischen Fluß, der über die magnetische Sensorschaltung (10) verläuft, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schaltungsmuster mit einem Verbindungsabschnitt (9) auf der Schaltungsplatte (6) vorgesehen ist, welcher zwei Parallel-Leiterbahnen (18, 19) mit jeweils einem auf einer Seite liegenden Ausgangsanschluß (O1, O2) und einem auf der anderen Seite liegenden Eingangsanschluß (I1, I2) und zwei sich kreuzende Diagonal-Leiterbahnen (20, 21) mit einer Isolierschicht im Kreuzungsbereich zum Verbinden des ersten Eingangsanschlusses (I1) mit dem diesem diagonal gegenüberliegenden Ausgangsanschluß (O1) und des zweiten Eingangsanschlusses (I2) mit dem diesem diagonal gegenüberliegenden Ausgangsanschluß (O2) umfaßt, und welcher durch wahlweises Trennen der beiden Parallel- Leiterbahnen (18, 19) oder der beiden Diagonal- Leiterbahnen (20, 21) einstellbar ist.

3. Verfahren zum Herstellen eines Positionsdetektors mit einem beweglichen Permanentmagneten (5) und einer Schaltungsplatte (6) mit einer magnetischen Sensorschaltung (10), welche darauf angebracht ist, zum Erfassen eines Versatzes des Permanentmagneten (5) als Änderung im magnetischen Fluß, der über die magnetische Sensorschaltung (10) verläuft, welches die Schritte umfaßt:
Schaffen eines Verbindungsabschnittes (8) in der magnetischen Sensorschaltung (10) mit zwei Eingangsanschlüssen (TI1, TI2) und zwei Ausgangsanschlüssen (TO1, TO2), welche jeweils diagonal an den Enden eines gleichseitigen Vierecks angeordnet sind; und Einstellen der Verbindung in dem Verbindungsabschnitt (8), um die magnetische Sensorschaltung (10) in eines zweier verschiedener Schaltungsmuster zu bringen, durch Anordnen zweier gleicher Verbinderchips (16) auf dem Verbindungsabschnitt (8).

4. Verfahren zum Herstellen eines Positionsdetektors mit einem beweglichen Permanentmagneten (5) und einer Schaltungsplatte (6) mit einer magnetischen Sensorschaltung (10), welche darauf angebracht ist, zum Erfassen eines Versatzes des Permanentmagneten (5) als Änderung im magnetischen Fluß, der über die magnetische Sensorschaltung (10) verläuft, welches die Schritte umfaßt:
Schaffen eines Verbindungsabschnittes (9) in der magnetischen Sensorschaltung (10), welcher zwei Parallel- Leiterbahnen (18, 19) mit jeweils einem auf einer Seite liegenden Ausgangsanschluß (O1, O2) und einem auf der anderen Seite liegenden Eingangsanschluß (I1, I2) und zwei sich kreuzende Diagonal-Leiterbahnen (20, 21) mit einer Isolierschicht im Kreuzungsbereich zum Verbinden des ersten Eingangsanschlusses (I1) mit dem diesem diagonal gegenüberliegenden Ausgangsanschluß (O1) und des zweiten Eingangsanschlusses (I2) mit dem diesem diagonal gegenüberliegenden Ausgangsanschluß (O2) umfaßt; und Einstellen der Verbindung in dem Verbindungsabschnitt (9), um die magnetische Sensorschaltung (10) in eines zweier verschiedener Schaltungsmuster zu bringen durch wahlweises Trennen der beiden Parallel-Leiterbahnen (18, 19) oder der beiden Diagonal-Leiterbahnen (20, 21).

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine von zwei Ausgangscharakteristiken mit entgegengesetzter Polarität eingestellt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Anordnens der zwei Verbinderchips (16) einen Schritt des Lötens über die jeweiligen Anschlüsse umfaßt.