DE10138908A1 - Magnetische Erfassungsvorrichtung - Google Patents
Magnetische ErfassungsvorrichtungInfo
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Abstract
Eine magnetische Erfassungsvorrichtung kann ein gutes Betriebsverhalten bei der Erfassung der Position eines erfassten Abschnitts selbst bei einer Verschiebung oder einer Versetzung in der Position eines magnetoelektrischen Umwandlungselements sicherstellen. Die magnetische Erfassungsvorrichtung umfasst wenigstens ein magnetoelektrisches Umwandlungselement (15), das angeordnet ist, um auf einen der Zähne (12a) und der Ausnehmungen (12b) eines Drehelements (11) gerichtet zu sein, einen Magneten (14) mit einer Magnetisierungsrichtung, die in einer Richtung senkrecht zu einer radialen Richtung des Drehelements (11) orientiert ist, in der der Magnet (14) auf das Drehelement (11) gerichtet ist, und eine magnetische Führung (21) mit einem ersten Polvorsprung (21a) und einem zweiten Polvorsprung (21b), die in einer beabstandeten Beziehung zueinander in einer radialen Richtung des magnetischen sich bewegenden Objekts gebildet sind, in der die magnetische Führung (21) auf einen der Zähne (21a) und eine der Ausnehmungen (21b) des Drehelements (11) gerichtet ist. Das wenigstens eine magnetoelektrische Umwandlungselement ist zwischen den ersten und zweiten Polvorsprüngen angeordnet, bei einer Betrachtung von einer Richtung senkrecht zu der radialen Richtung des magnetischen sich bewegenden Objekts, in der die magnetische Führung auf einen/eine der Zähne (21a) und der Ausnehmungen (21b) des Drehelements (11) hin gerichtet ist.
Description
Diese Anmeldung basiert auf der Anmeldung Nr. 2001-021856,
die in Japan am 30. Januar 2001 eingereicht wurde, wobei
deren Inhalte hiermit durch Bezugnahme Teil der vorliegenden
Anmeldung sind.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine magnetische
Erfassungsvorrichtung zum Erfassen der Stärke eines
Magnetfelds, um die Position eines magnetischen sich
bewegenden Objekts zu finden.
Ein typisches Beispiel einer derartigen magnetischen
Erfassungsvorrichtung, die zum Beispiel wie folgt konstruiert
ist, ist bekannt gewesen. Magnetoelektrische
Umwandlungselemente in der Form von magnetoresistiven
Elemente, die Elektroden aufweisen, die an deren jeweiligen
Enden gebildet sind, werden miteinander gekoppelt, um eine
Brückenschaltung mit einer Energieversorgung einer konstanten
Spannung und eines konstanten Stroms, verbunden mit zwei
gegenüberliegenden Elektroden der Brückenschaltung,
bereitzustellen, so dass eine Änderung in dem Widerstandswert
jedes magnetoresistiven Elements in eine entsprechende
Spannungsänderung umgewandelt wird, die dann als Änderung in
dem Magnetfeld, das auf jedes magnetoresistive Element wirkt,
erfasst wird, um die Position eines magnetischen sich
bewegenden Objekts dadurch zu finden.
Fig. 16 ist ein elektrisches Schaltbild einer derartigen
magnetischen Erfassungsvorrichtung.
Bei dieser magnetischen Erfassungsvorrichtung wird eine
konstante Spannung an eine Brückenschaltung angelegt, die aus
einem magnetoresistiven Element 1 und einem festen Widerstand
2 gebildet ist, so dass eine Änderung in dem Widerstand des
magnetoresistiven Elements 1, verursacht durch eine Änderung
in einem daran angelegten Magnetfeld, in eine entsprechende
Spannungsänderung umgewandelt wird, die dann von einer
Verstärkungsschaltung 3 verstärkt und einer
Vergleichsschaltung 4 eingegeben wird. Der Signaleingang zu
der Vergleichsschaltung 4 wird mit einer vorgeschriebenen
Spannung verglichen, so dass sie in ein abschließendes
Ausgangssignal von "0" oder "1" mit Hilfe einer
Ausgabeschaltung 5 umgewandelt wird. Dieses abschließende
Signal wird von einem Ausgangsanschluss 6 ausgegeben.
Die Fig. 17A und 17B zeigen die Anordnung einer bekannten
magnetischen Erfassungsvorrichtung. Fig. 17A ist eine
perspektivische Ansicht davon und Fig. 17B ist eine
Teildraufsicht der Fig. 17A.
Diese magnetische Erfassungsvorrichtung ist gegenüberliegend
zu einem der erfassten Abschnitte in der Form von Zähnen 12a
und Ausnehmungen 12b eines magnetischen sich bewegenden
Objekts in der Form eines Drehelements 11 angeordnet.
Die bekannte magnetische Erfassungsvorrichtung umfasst ein
magnetoelektrisches Umwandlungselement in der Form eines
magnetoresistiven Elements 15 mit einem magnetischen
Widerstandswert, der sich mit einer Änderung eines daran
angelegten Magnetfelds verändert, einen Magneten 14 mit der
Magnetisierungsrichtung davon auf das Drehelement 11
orientiert, die Verstärkungsschaltung 13 zum Verstärken eines
Signals in der Form einer Spannungsänderung, die aus einer
Änderung in dem Widerstandswert des magnetoresistiven
Elements 15 umgewandelt ist, und eine Verarbeitungsschaltung
16, die in die Vergleichsschaltung 4 und die Ausgabeschaltung
5 eingebaut sind.
Mit der magnetischen Erfassungsvorrichtung wie oben
konstruiert wird bewirkt, dass sich das Drehelement 11
synchron zur Drehung der Drehwelle 11 dreht, so dass ein an
das magnetoresistive Element 15 von dem Magneten 14 angelegte
Magnetfeld sich entsprechend verändert. Infolgedessen ändert
sich der Widerstandswert des magnetoresistiven Elements 15
zwischen der Zeit, zu der ein Zahn 12a des Drehelements 11
dem magnetoresistiven Element 15 gegenüberliegt, und der
Zeit, wenn eine Ausnehmung 12b des Drehelements 15 dem
magnetoresistiven Element 15 gegenüberliegt, wie in der Fig.
18 gezeigt. Somit ändert sich auch der Ausgang der
Verstärkungsschaltung 3 entsprechend. Dann wird der Ausgang
der Verstärkungsschaltung 3 einer Wellenformung mit Hilfe der
Verarbeitungsschaltung 16 ausgesetzt, so dass der
Ausgangsanschluss 6 der Verarbeitungsschaltung 16 ein
abschließendes Ausgangssignal von "1" oder "0" entsprechend
einem Zahn 12a oder einer Ausnehmung 12b des Drehelements 11
erzeugt.
Die Fig. 19A bis 19C zeigen eine Änderung in einem
Vorspannmagnetfeld, das an das magnetoresistive Element 15
von dem Magneten 14 angelegt wird, wenn das magnetoresistive
Element 15 von einer vorgegebenen Position bezüglich eines
gegenüberliegenden Zahns 12a oder einer gegenüberliegenden
Ausnehmung 12b des Drehelements 11 in einer radialen Richtung
davon (d. h. in einer Drehelement-Ausrichtung, wie mit dem
Pfeil B angezeigt, in der das magnetoresistive Element 15 dem
Drehelement 11 gegenüberliegt) verschoben oder versetzt ist,
und wenn das magnetoresistive Element 15 von der vorgegebenen
Position bezüglich eines gegenüberliegenden Zahns 12a und
einer gegenüberliegenden Ausnehmung 12b des Drehelements 11
in einer Umfangsrichtung davon (d. h. in einer Richtung wie
mit dem Pfeil A angedeutet) verschoben oder versetzt ist. Aus
Fig. 19C lässt sich erkennen, dass sich das
Vorspannmagnetfeld stärker ändert, wenn das magnetoresistive
Element 15 in der Richtung des Pfeils B, d. h. in einer
radialen Richtung des Drehelements 11, verschoben ist, als
für den Fall, bei dem das magnetoresistive Element 15 in die
Richtung eines Pfeils A versetzt ist, d. h. in einer
Umfangsrichtung des Drehelements 11.
Fig. 20 zeigt die jeweiligen Betriebswellenformen des
Widerstandswerts des magnetoresistiven Elements 15, den
Ausgang der Verstärkungsschaltung 3 und den abschließenden
Ausgang des Ausgangsanschlusses 6, wenn das magnetoresistive
Element 15 in die Richtung des Pfeils B bezüglich der
erfassten Abschnitte in der Form der Zähne 12a und der
Ausnehmungen 12b des Drehelements 11 versetzt ist. In dieser
Figur zeigen durchgezogene Linien die Betriebswellenformen,
wenn das magnetoresistive Element 15 in einer normalen
Position ist; gepunktete Linien stellen die
Betriebswellenform dar, wenn das magnetoresistive Element 15
aus der normalen Position heraus ist; und abwechselnde lange
und zwei kurze Striche bezeichnen Vergleichsspannungen.
Wie sich dieser Figur entnehmen lässt, verschiebt sich die
Zeit einer Positionserfassung eines Zahns 12a oder eine
Ausnehmung 12b des Drehelements 11 um eine Periode der Zeit
T1, wenn das magnetoresistive Element 15 von seiner normalen
Position versetzt ist. Infolgedessen ergibt sich ein Problem
dahingehend, dass die Position eines Zahns 12a oder eine
Ausnehmung 12b nicht genau durch eine positionsmäßige
Verschiebung oder eine Versetzung des magnetoresistiven
Elements 15 erfasst werden kann.
Die vorliegende Erfindung ist dafür vorgesehen, um das
voranstehend erwähnte Problem zu umgehen, und ihre Aufgabe
ist eine magnetische Erfassungsvorrichtung bereitzustellen,
die ein gutes Betriebsverhalten beim Erfassen der Position
eines erfassten Abschnitts sicherstellen kann, sogar wenn
eine Verschiebung oder eine Versetzung in der Position eines
magnetoelektrischen Umwandlungselements vorhanden ist.
Unter Berücksichtigung der obigen Aufgabe ist gemäß der
vorliegenden Erfindung eine magnetische Erfassungsvorrichtung
vorgesehen, die umfasst: wenigstens ein magnetoelektrisches
Umwandlungselement, welches angeordnet ist, um auf einen
erfassten Abschnitt eines magnetischen sich bewegenden
Objekts gerichtet zu sein; einen Magneten mit einer
Magnetisierungsrichtung davon orientiert in eine Richtung
senkrecht zu einer radialen Richtung des magnetischen sich
bewegenden Objekts, in der der Magnet auf das magnetische
sich bewegende Objekt gerichtet ist; und eine magnetische
Führung mit wenigstens zwei Polvorsprüngen, die in einer
beabstandeten Beziehung zueinander in einer radialen Richtung
des magnetischen sich bewegenden Objekts gebildet sind, in
der die magnetische Führung auf den erfassten Abschnitt des
magnetischen sich bewegenden Objekts gerichtet ist. Das
wenigstens eine magnetoelektrische Umwandlungselement ist
zwischen den Polvorsprüngen angeordnet, wenn eine Betrachtung
von einer Richtung senkrecht zu einer radialen Richtung des
magnetischen sich bewegenden Objekts vorgenommen wird, in der
die magnetische Führung auf den erfassten Abschnitt des
magnetischen sich bewegenden Objekts gerichtet ist.
Die obigen und anderen Aufgaben, Merkmale und Vorteil der
vorliegenden Erfindung ergeben sich Durchschnittsfachleuten
näher aus der folgenden ausführlichen Beschreibung von
bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung im Zusammenhang
mit den beiliegenden Zeichnungen.
In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1A
bis 1C die schematische Anordnung einer magnetischen
Erfassungsvorrichtung gemäß einer ersten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei
Fig. 1A eine perspektivische Ansicht davon ist;
Fig. 1B eine Draufsicht davon ist; und Fig. 1C eine
Seitenansicht davon ist;
Fig. 2A eine Konstruktionsansicht der magnetischen
Erfassungsvorrichtung der Fig. 1;
Fig. 2B eine charakteristische Ansicht eines Magnetfelds in
der magnetischen Erfassungsvorrichtung der Fig. 2A;
Fig. 2C eine Ansicht einer Widerstandscharakteristik eines
magnetoresistiven Elements der magnetischen
Erfassungsvorrichtung der Fig. 2A;
Fig. 3A eine perspektivische Ansicht einer magnetischen
Erfassungsvorrichtung gemäß einer zweiten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3B eine Draufsicht auf die magnetische
Erfassungsvorrichtung gemäß der zweiten
Ausführungsform;
Fig. 3C eine Seitenansicht der magnetischen
Erfassungsvorrichtung gemäß der zweiten
Ausführungsform;
Fig. 4 ein elektrisches Schaltbild der magnetischen
Erfassungsvorrichtung, die in den Fig. 3A bis 3C
gezeigt ist;
Fig. 5 ein Betriebswellenformdiagramm eines
magnetoresistiven Elements in dem Stand der
Technik, wenn die Umgebungstemperatur normal
(Raumtemperatur) und hoch ist;
Fig. 6A eine Konstruktionsansicht der magnetischen
Erfassungsvorrichtung, die in den Fig. 3A bis 3C
gezeigt ist;
Fig. 6B eine charakteristische Ansicht eines Magnetfelds in
der magnetischen Erfassungsvorrichtung der Fig. 6A;
Fig. 6C eine Ansicht einer Widerstandscharakteristik eines
magnetoresistiven Elements der magnetischen
Erfassungsvorrichtung der Fig. 6A;
Fig. 7 ein Betriebswellenformdiagramm der magnetischen
Erfassungsvorrichtung gemäß der zweiten
Ausführungsform;
Fig. 8A eine Konstruktionsansicht einer magnetischen
Erfassungsvorrichtung gemäß einer dritten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 8B eine charakteristische Ansicht eines Magnetfelds in
der magnetischen Erfassungsvorrichtung gemäß der
dritten Ausführungsform;
Fig. 8C eine Ansicht einer Widerstandscharakteristik eines
magnetoresistiven Elements der magnetischen
Erfassungsvorrichtung gemäß der dritten
Ausführungsform;
Fig. 9A eine Konstruktionsansicht einer magnetischen
Erfassungsvorrichtung gemäß einer vierten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 9B
bis 9D charakteristische Ansichten eines Magnetfelds in
der magnetischen Erfassungsvorrichtung der Fig. 9A,
wenn die Länge (M) eines Magnets in einer radialen
Richtung eines Drehelements in Bezug auf einen
Abstand (N) zwischen benachbarten Polvorsprüngen
einer magnetischen Führung geändert wird;
Fig. 10A
und 10B die Anordnung einer magnetischen
Erfassungsvorrichtung gemäß einer fünften
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei
Fig. 10A eine Draufsicht davon ist und Fig. 10B
eine Seitenansicht davon ist;
Fig. 11 eine Ansicht, die eine Beziehung zwischen einer
Verschiebung oder Versetzung in der Position der
magnetischen Erfassungsvorrichtung, die in den Fig.
10A und 10B gezeigt ist, und einem daran angelegten
Magnetfeld darstellt;
Fig. 12 eine charakteristische Ansicht einer MR Schleife in
einem GMR Element;
Fig. 13A
und 13B die Anordnung einer magnetischen
Erfassungsvorrichtung gemäß einer sechsten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei
Fig. 13A eine Draufsicht davon ist, und Fig. 13B
eine Seitenansicht davon ist;
Fig. 14 ein elektrisches Schaltbild der magnetischen
Erfassungsvorrichtung, die in den Fig. 13A und 13B
gezeigt ist;
Fig. 15 ein Betriebswellenformdiagramm der magnetischen
Erfassungsvorrichtung gemäß der sechsten
Ausführungsform;
Fig. 16 ein elektrisches Schaltbild einer bekannten
magnetischen Erfassungsvorrichtung;
Fig. 17A
und 17B die Anordnung der magnetischen
Erfassungsvorrichtung der Fig. 16, wobei Fig. 17B
einer perspektivische Ansicht davon ist und Fig.
17B eine Teildraufsicht davon ist;
Fig. 18 ein Betriebswellenformdiagramm der magnetischen
Erfassungsvorrichtung der Fig. 16;
Fig. 19A eine perspektivische Ansicht der magnetischen
Erfassungsvorrichtung der Fig. 16;
Fig. 19B eine Teildraufsicht der magnetischen
Erfassungsvorrichtung der Fig. 19A;
Fig. 19C eine Ansicht, die eine Beziehung zwischen einer
Verschiebung oder Versetzung der magnetischen
Erfassungsvorrichtung der Fig. 19A und einem daran
angelegten Magnetfeld zeigt; und
Fig. 20 ein Betriebswellenformdiagramm der magnetischen
Erfassungsvorrichtung der Fig. 19A.
Nun werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung ausführlich unter Bezugnahme auf die beiliegenden
Zeichnungen beschrieben. Überall in den folgenden
Ausführungsformen der Erfindung werden die gleichen oder
entsprechenden Elemente oder Teile wie diejenigen in der
voranstehend erwähnten bekannten Vorrichtung mit den gleichen
Symbolen identifiziert.
Die Fig. 1A bis 1C zeigen die Anordnung einer magnetischen
Erfassungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung, wobei Fig. 1A eine perspektivische
Ansicht davon ist; Fig. 1B eine Draufsicht davon ist; und
Fig. 1C eine Seitenansicht davon ist.
Die magnetische Erfassungsvorrichtung ist gegenüberliegend zu
einem erfassten Abschnitt in der Form von Zähnen 12a und
Ausnehmungen 12b eines magnetischen sich bewegenden Objekts
in der Form eines Drehelements 11 angeordnet.
Die magnetische Erfassungsvorrichtung umfasst ein
magnetoelektrisches Umwandlungselement in der Form eines
magnetoresistiven Elements 15 mit einem magnetischen
Widerstandswert, der sich in Übereinstimmung mit einer
Änderung in einem daran angelegten Magnetfeld ändert, einen
Magneten 14 mit einer Magnetisierungsrichtung, die in einer
Richtung senkrecht zu einer radialen Richtung des
Drehelements 11 orientiert ist, in der der Magnet 14 auf des
Drehelement 11 hin gerichtet ist, eine magnetische Führung
21, die aus Eisen gebildet ist und einen ersten Polvorsprung
21a und einen zweiten Polvorsprung 21b, die in einer
beabstandeten Beziehung zueinander in einer radialen Richtung
des Drehelements 11 gebildet sind, in der die magnetische
Führung 21 auf einen Zahn 12a oder eine Ausnehmung des
Drehelements 11 hin gerichtet ist, eine Verstärkungsschaltung
3 (siehe Fig. 4) zum Verstärken eines Signals einer
Spannungsänderung, die aus einer Änderung in dem
Magnetwiderstandswert des magnetoresistiven Elements 15
umgewandelt wird, und eine Verarbeitungsschaltung 16, in die
eine Vergleichsschaltung 4 und eine Ausgabeschaltung 5
eingebaut sind (siehe Fig. 4).
Das magnetoresistive Element 15 ist zwischen dem ersten
Polvorsprung 21a und dem zweiten Polvorsprung 21b angeordnet,
bei einer Betrachtung entlang einer Drehwelle oder einer
Achse 10 senkrecht zu einer Drehelement-Ausrichtung A (d. h.
einer radialen Richtung des Drehelements 11).
Fig. 2A zeigt eine Anordnung, bei der das magnetoresistive
Element 15 an einer Position angeordnet ist, die um einen
Abstand L von einer Spitze oder einem inneren Ende (d. h.
einem Ende benachbart zu einer radial äußeren Oberfläche des
Drehelements 11) des Magneten 14 in einer radialen Richtung
des Drehelements 11 beabstandet ist. Fig. 2B und Fig. 2C
zeigen die Stärke eines Magnetfelds, das an das
magnetoresistive Element 15 angelegt wird, bzw. den
Widerstandswert davon, wenn die Polvorsprung 21
gegenüberliegend zu einem Zahn 12a und einer Ausnehmung 12b
des Drehelements 11 angeordnet ist.
Wie sich der Fig. 2 entnehmen lässt, existiert eine Position
des magnetoresistiven Elements 15, bei der fast keine oder
nur eine geringe Änderung in einem Vorspannmagnetfeld, das an
das magnetoresistive Element 15 angelegt ist, in dem Bereich
von L1 bis L2 vorhanden ist. Wenn das magnetoresistive
Element 15 an dieser Position angeordnet ist, ist das
Positionserfassungsverhalten der Vorrichtung im wesentlichen
unverändert, selbst wenn die Position des Erfassungselements
20 zu einem größer oder kleineren Ausmaß in einer radialen
Richtung des Drehelements 11 versetzt wird.
Der Bereich von L1 bis L2 ist ein Bereich oder ein Abstand
zwischen dem ersten Polvorsprung 21a und dem zweiten
Polvorsprung 21b. Der Grund dafür wird wie folgt angenommen:
der Magnetfluss neigt dazu, auf dem ersten Polvorsprung 21a
und dem zweiten Polvorsprung 21b konzentriert zu sein, und
somit kann das Magnetfeld demzufolge zwischen dem ersten
Polvorsprung 21a und dem zweiten Polvorsprung 21b
gleichförmig gemacht werden.
Da in dieser Ausführungsform das magnetoresistive Element 15
in dem Bereich von L1 bis L2 angeordnet ist, ist es möglich,
ein gutes Betriebsverhalten beim Erfassen der Position eines
Zahns 12a oder einer Ausnehmung 12b sicherzustellen, selbst
wenn das magnetoresistive Element 15 etwas in der
Ausrichtungsrichtung des Drehelements verschoben oder
versetzt wird, d. h. in einer radialen Richtung des
Drehelements 11.
Die Fig. 3A und 3B zeigen die Anordnung einer magnetischen
Erfassungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung. Fig. 3A ist eine perspektivische
Ansicht davon; Fig. 3B ist eine Draufsicht davon; und Fig. 3C
ist eine Seitenansicht davon. Fig. 4 ist ein elektrisches
Schaltbild davon.
In dieser zweiten Ausführungsform ist ein erstes
magnetoresistives Element 22 zwischen dem ersten Polvorsprung
21a und dem zweiten Polvorsprung 21b der magnetischen Führung
21 angeordnet. Ein zweites magnetoresistives Element 23 ist
radial außerhalb des zweiten Polvorsprungs 21b auf einer
Seite, die von dem Drehelement 11 entfernt ist, angeordnet.
Fig. 5 zeigt die Betriebswellenform des magnetoresistiven
Elements 1 in dem Stand der Technik, wenn die
Umgebungstemperatur normal (d. h. Raumtemperatur) bzw. hoch
ist. In dieser Figur bezeichnen durchgezogene Linien die
Betriebswellenform des magnetoresistiven Elements 1 bei der
normalen Temperatur; gepunktete Linien bezeichnen die
Betriebswellenform des magnetoresistiven Elements 1 bei einer
hohen Temperatur; und alternierende lange und zwei kurze
Striche bezeichnen eine Vergleichsspannung. Wie in Fig. 5
gezeigt verschiebt sich die Betriebswellenform des
magnetoresistiven Elements 1 in Übereinstimmung mit einer
Temperaturänderung in dem magnetischen Widerstand des
magnetoresistiven Elements 1. Dies wird durch eine Differenz
zwischen dem Temperaturkoeffizienten des magnetoresistiven
Elements 1 und demjenigen des festen Widerstands 2, die in
Kombination mit dem Magnetowiderstandselement 1 eine
Brückenschaltung bilden, verursacht. Infolgedessen verschiebt
sich die Zeit zum Erfassen der Position eines Zahns 12a oder
einer Ausnehmung 12b um eine Periode der Zeit T2, so dass die
erfasste Position eines Zahns 12a oder eine Ausnehmung 12b
sich ebenfalls stark gemäß der Temperaturänderung des
magnetoresistiven Elements 1 verschiebt.
Im Gegensatz dazu dient in der zweiten Ausführungsform die
Brückenschaltung, die aus dem ersten magnetoresistiven
Element 22 und dem zweiten magnetoresistiven Element 23
gebildet ist, wie in Fig. 4 gezeigt, nicht nur zum Auslöschen
der Temperaturkoeffizientencharakteristik der
magnetoresistiven Elemente, sondern auch zum Vergrößern der
Amplitude des Ausgangs der Verstärkungsschaltung 3, wie in
den Fig. 7A und 7B dargestellt, wodurch es ermöglicht wird,
die Erfassungsgenauigkeit zu verbessern.
Da zusätzlich das erste magnetoresistive Element 22 an einer
Position L3 angeordnet ist, an der fast keine oder eine
geringfügige Änderung in dem Vorspannmagnetfeld und in dem
magnetischen Widerstand des ersten magnetoresistiven Elements
22 vorhanden ist, wie in den Fig. 6A bis 6C dargestellt, kann
ein gutes Betriebsverhalten bei der Erfassung der Position
eines Zahns 12a oder einer Ausnehmung 12B sichergestellt
werden, selbst wenn das erste magnetoresistive Element 22 in
der Drehelement-Ausrichtungsrichtung, d. h. in einer radialen
Richtung des Drehelements 11, verschoben oder versetzt ist.
Obwohl das zweite magnetoresistive Element 23 auf einer
radial äußeren Seite des zweiten oder äußeren Polvorsprungs
21b angeordnet ist, sei hier darauf hingewiesen, dass es auf
einer radial inneren Seite des ersten oder inneren
Polvorsprungs 21a angeordnet werden kann, während im
wesentlichen die gleichen Effekte erzielt werden.
Die Fig. 8A bis 8C zeigen eine magnetische
Erfassungsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung. Fig. 8A zeigt die Anordnung einer
magnetischen Erfassungsvorrichtung dieser Ausführungsform;
Fig. 8B zeigt die Stärke eines Magnetfelds, das an ein erstes
und ein zweites magnetoresistives Element 24 und 25 angelegt
wird; Fig. 8C zeigt die Widerstandswerte der ersten und
zweiten magnetoresistiven Elemente 24 und 25.
In dieser dritten Ausführungsform weist eine magnetische
Führung 100 drei Polvorsprünge 100a, 100b und 100c auf, wobei
magnetoresistive Elemente 24 und 25 zwischen den
Polvorsprüngen 100a und 100b bzw. zwischen den Polvorsprüngen
100b und 100c angeordnet sind. Ferner bilden das erste
magnetoresistive Element 24 und das zweite magnetoresistive
Element 25 zusammen eine Brückenschaltung.
In dieser Ausführungsform, ähnlich wie bei der zweiten
Ausführungsform, kann die
Temperaturkoeffizientencharakteristik der magnetoresistiven
Elemente ausgelöscht werden und die Amplitude des Ausgangs
der Verstärkungsschaltung kann vergrößert werden, wodurch die
Erfassungsgenauigkeit verbessert wird.
Da das zweite magnetoresistive Element 25 auch an einer
Position L4 angeordnet ist, bei der fast keine oder eine
geringfügige Änderung in dem Vorspannmagnetfeld und in dem
Magnetwiderstand des zweiten magnetoresistiven Elements 25
vorhanden ist, kann ferner ein besseres Betriebsverhalten
beim Erfassen der Position eines Zahns 12a oder einer
Ausnehmung 12b im Vergleich mit der zweiten Ausführungsform
sichergestellt werden, selbst wenn die ersten und zweiten
magnetoresistiven Elemente 24 und 25 in der Drehelement-
Ausrichtungsrichtung, d. h. in einer radialen Richtung des
Drehelements 11, verschoben oder versetzt sind.
Die Fig. 9A bis 9C zeigen eine magnetische
Erfassungsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung. Fig. 9A zeigt die Anordnung der
magnetischen Erfassungsvorrichtung dieser Ausführungsform,
und die Fig. 9B bis 9D zeigen die Stärke eines
Vorspannmagnetfelds, das an das magnetoresistive Element 15
angelegt wird, wenn die Länge (M) des Magneten 14 in der
radialen Richtung des Drehelements 11 bezüglich eines
Abstands (N) zwischen dem Paar von Polvorsprüngen 21a und 21b
der magnetischen Führung 11 verändert wird.
In dieser Ausführungsform, wie sich der Fig. 9B entnehmen
lässt, ist es durch Vergrößern der Länge (M) des Magneten 14
in der Drehelement-Ausrichtungsrichtung (d. h. in einer
radialen Richtung des Drehelements 11) auf einen Wert, der
gleich oder größer wie der Abstand (N) zwischen dem Paar von
Polvorsprüngen 21a und 21b ist, möglich, eine Änderung in dem
Vorspannmagnetfeld, das an das magnetoresistive Element 15
angelegt wird, aufgrund einer Verschiebung oder Versetzung in
der Position davon in einer radialen Richtung des
Drehelements 11 zu verringern. Zusätzlich kann eine große
Differenz in dem Magnetfeld, das an das magnetoresistive
Element 15 zwischen einem Zahn 12a und einer Ausnehmung 12b
angelegt wird, erhalten werden. Selbst wenn das
magnetoresistive Element 15 in seiner Position in der
Drehelement-Ausrichtungsrichtung verschoben oder versetzt
ist, kann das magnetoresistive Element 15 ein stark
verbessertes Betriebsverhalten beim Erfassen der Position
eines Zahns 12a oder einer Ausnehmung 12b sicherstellen,
wodurch die Positionserfassungsgenauigkeit verbessert wird.
Die Fig. 10A und 10B zeigen die Anordnung einer magnetischen
Erfassungsvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung. Fig. 10A ist eine Draufsicht davon
und Fig. 10B ist eine Seitenansicht davon. Fig. 11 zeigt ein
Vorspannmagnetfeld, das an das magnetoresistive Element 15
angelegt wird, wenn eine Breite (Q) des Paars von
Polvorsprüngen 21a und 21b der magnetischen Führung 21
bezüglich einer Breite (P) des Magneten 14 verändert wird.
In dieser Ausführungsform, wie sich der Fig. 11 entnehmen
lässt, ist es, indem die Breite (Q) des Paars von
Polvorsprüngen 21a und 21b der magnetischen Führung 21 gleich
zu der Breite (P) des Magneten 14 gemacht wird, möglich,
effektiver eine Änderung in dem Vorspannmagnetfeld, das an
das magnetoresistive Element 15 angelegt ist, aufgrund einer
Verschiebung oder Versetzung in der Position eines
Erfassungselements 60 zu unterdrücken.
Eine sechste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
verwendet ein großes magnetoresistives Element (Giant
Magnetoresistive Element; nachstehend einfach als ein "GMR
Element" bezeichnet) als ein magnetisches Erfassungselement.
Das GMR Element ist ein geschichtetes oder gestapeltes
Produkt, ein sogenannter "künstlicher Gitterfilm", der durch
alternierendes Aufstapeln einer Vielzahl von magnetischen
Schichten und einer Vielzahl von nicht-magnetischen Schichten
jeweils mit einer Dicke von einigen wenigen Angström bis 10
Angström gebildet ist. (Fe/Cr)n, (Permalloy/Cu/Co/Cu)n, und
(Co/Cu)n ("n" ist die Anzahl von aufgestapelten Schichten)
sind als GMR Elemente bekannt. Das GMR Element weist einen MR
Effekt (MR Änderungsrate) auf, der weit größer als derjenige
eines herkömmlichen magnetoresistiven Elements (nachstehend
als ein "MR Element" bezeichnet) ist. Zusätzlich ist das GMR
Element ein magnetoempfindliches Element in einer Ebene. Das
heißt, der magnetische Widerstand oder die Reluktanz
(magnetischer Widerstand) des GMR Elements hängt
ausschließlich von einem relativen Winkel, der von den
Magnetisierungsrichtungen der benachbarten magnetischen
Schichten eingeschlossen wird, ab, so dass das GMR Element
die gleiche Änderung im Widerstand bezüglich des Stroms, der
durch das GMR Element fließt, unabhängig von der Richtung
eines daran angelegten externen Magnetfelds relativ zu der
Flussrichtung des Stroms aufweist. Jedoch kann das GMR
Element eine magnetische Anisotropie aufweisen, indem die
Breite eines magnetischen Reluktanzmusters verschmälert wird.
Ferner weist das GMR Element eine Hysterese in der Änderung
im Widerstand, die durch eine Änderung in einem daran
angelegten Magnetfeld verursacht wird, auf und es weist auch
eine Temperaturcharakteristik, insbesondere einen großen
Temperaturkoeffizienten, auf. Es sei darauf hingewiesen, dass
Fig. 12 die MR Schleifencharakteristik eines GMR Elements
zeigt.
Durch Verwenden eines GMR Elements als ein
magnetoelektrisches Umwandlungselement kann das Signal-zu-
Rausch-Verhältnis (S/N Verhältnis) verbessert werden und eine
Rauschtoleranz kann erhöht werden.
Die Fig. 13A und 13B zeigen die Anordnung einer magnetischen
Erfassungsvorrichtung gemäß einer siebten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung. Fig. 13A ist eine Draufsicht davon
und Fig. 13B ist eine Seitenansicht davon. Zusätzlich ist
Fig. 14 ein elektrisches Schaltbild der magnetischen
Erfassungsvorrichtung der Fig. 13.
In dieser Ausführungsform weist eine magnetische Führung 100
drei Polvorsprünge auf, d. h. einen ersten Polvorsprung 100a,
einen zweiten Polvorsprung 100b und einen dritten
Polvorsprung 100c. Ein erstes magnetoresistives Element 26
und ein zweites magnetoresistives Element 27 sind zwischen
dem ersten Polvorsprung 100a und dem zweiten Polvorsprung
100b angeordnet und ein drittes magnetoresistives Element 28
und ein viertes magnetoresistives Element 29 sind zwischen
dem zweiten Polvorsprung 100b und dem dritten Polvorsprung
100c angeordnet.
Fig. 15 zeigt die Betriebswellenformen der magnetischen
Erfassungsvorrichtung dieser siebten Ausführungsform. Eine
Spannungsänderung an einem Mittelpunkt G zwischen dem zweiten
magnetoresistiven Element 27 und dem vierten
magnetoresistiven Element 29 ist die Umkehrung einer
Spannungsänderung an einem Mittelpunkt F zwischen dem ersten
magnetoresistiven Element 26 und dem dritten
magnetoresistiven Element 28. Deshalb lässt sich ersehen,
dass der Ausgang der Verstärkungsschaltung im Vergleich mit
dem Fall der dritten Ausführungsform verdoppelt ist und somit
die Positionserfassungsgenauigkeit entsprechend verbessert
ist.
Obwohl in den voranstehend erwähnten jeweiligen
Ausführungsformen das magnetische Bewegen der Objekte so
beschrieben worden ist, dass es das Drehelement umfasst, ist
es natürlich nicht auf eine derartige Form begrenzt, sondern
kann irgendeine andere geeignete Form aufweisen. Ferner ist
die Anzahl von Lücken zwischen benachbarten Polvorsprüngen so
gezeigt und beschrieben worden, dass sie nur bis zu zwei
sind, aber die vorliegende Erfindung ist genauso auf den Fall
anwendbar, wo drei oder mehr Lücken vorhanden sind.
Zusätzlich kann die Anzahl von magnetoresistiven Elementen
vier oder mehr sein.
Wie voranstehend beschrieben, können die folgenden Vorteile
gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten werden.
Eine magnetische Erfassungsvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst: wenigstens ein magnetoelektrisches
Umwandlungselement, welches angeordnet ist, um auf einen
erfassten Abschnitt eines magnetischen sich bewegenden
Objekts gerichtet zu sein; einen Magneten mit einer
Magnetisierungsrichtung davon in einer Richtung senkrecht zu
einer radialen Richtung des magnetischen sich bewegenden
Objekts orientiert, in der der Magnet auf das magnetische
sich bewegende Objekt gerichtet ist; und eine magnetische
Führung mit wenigstens zwei Polvorsprüngen, die in einer
beabstandeten Beziehung zueinander in einer radialen Richtung
des magnetischen sich bewegenden Objekts gebildet sind, in
der die magnetische Führung auf den erfassten Abschnitt des
magnetischen sich bewegenden Objekts gerichtet ist; wobei das
wenigstens eine magnetoelektrische Umwandlungselement
zwischen den Polvorsprüngen angeordnet ist, bei einer
Betrachtung von einer Richtung senkrecht zu der radialen
Richtung des magnetischen sich bewegenden Objekts, in der die
magnetische Führung auf den erfassten Abschnitt des
magnetischen sich bewegenden Objekts gerichtet ist. Mit der
obigen Anordnung ist das magnetoelektrische
Umwandlungselement an einer Position, an der fast keine oder
eine geringfügige Änderung in einem daran angelegten
Vorspannmagnetfeld vorhanden ist, so dass ein
Positionserfassungs-Betriebsverhalten im wesentlichen
unbeeinflusst ist, selbst wenn das magnetoelektrische
Umwandlungselement in einer Ausrichtungsrichtung des
magnetischen sich bewegenden Objekts, d. h. in einer radialen
Richtung des magnetischen sich bewegenden Objekts, verschoben
oder versetzt ist. Demzufolge kann ein gutes
Positionserfassungs-Betriebsverhalten für den erfassten
Abschnitt sichergestellt werden, selbst wenn eine
Verschiebung oder eine Versetzung in der Position des
magnetoelektrischen Umwandlungselements stattfindet.
Zusätzlich ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung das wenigstens eine magnetoelektrische
Umwandlungselement entfernt von einem Raum zwischen dem
benachbarten Polvorsprüngen in der Nähe oder von dem
magnetischen sich bewegenden Objekt angeordnet, bei einer
Betrachtung in einer Richtung senkrecht zu einer radialen
Richtung des magnetischen sich bewegenden Objekts, in der das
wenigstens eine magnetoelektrische Umwandlungselement auf den
erfassten Abschnitt des magnetischen sich bewegenden Objekts
gerichtet ist. Somit kann die Temperaturkoeffizienten-
Änderungscharakteristik des magnetoresistiven Elements
bezüglich einer Temperaturänderung ausgelöscht werden,
wodurch ein exzellentes Betriebsverhalten bei der Erfassung
der Position eines erfassten Abschnitts selbst bei
Temperaturschwankungen sichergestellt werden kann.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
weist die magnetische Führung ferner drei oder mehrere
Polvorsprünge auf, wobei das wenigstens eine
magnetoelektrische Umwandlungselement zwischen irgendwelchen
benachbarten der Polvorsprünge jeweils angeordnet ist. Somit
ist es möglich, nicht nur ein gutes Betriebsverhalten beim
Erfassen der Position des erfassten Abschnitts und der
Temperaturschwankungen sicherzustellen, sondern auch die
Amplitude des Ausgangs der Verstärkungsschaltung zu
vergrößern, um dadurch die Erfassungsgenauigkeit zu
verbessern. Selbst wenn das magnetoelektrische
Umwandlungselement in einer Ausrichtungsrichtung des
magnetischen sich bewegenden Objekts verschoben oder versetzt
ist, kann abgesehen davon ein besseres Positionserfassungs-
Betriebsverhalten für den erfassten Abschnitt sichergestellt
werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung weist der Magnet ferner eine Länge in einer
radialen Richtung des magnetischen sich bewegenden Objekts
auf, in der das magnetoelektrische Umwandlungselement auf den
erfassten Abschnitt des magnetischen sich bewegenden Objekts
gerichtet ist, auf, die größer als ein Abstand zwischen den
Polvorsprüngen ist. Selbst wenn das magnetoelektrische
Umwandlungselement in einer Ausrichtungsrichtung des
magnetischen sich bewegenden Objekts verschoben oder versetzt
wird, kann mit dieser Anordnung ein besseres
Positionserfassungs-Betriebsverhalten für den erfassten
Abschnitt sichergestellt werden und gleichzeitig kann die
Positionserfassungsgenauigkeit verbessert werden.
Gemäß einer noch weiteren bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung weist die magnetische Führung
zusätzlich eine Breite in einer Richtung senkrecht zu einer
radialen Richtung des magnetischen sich bewegenden Objekts
auf, in der die Polvorsprünge auf den erfassten Abschnitt des
magnetischen sich bewegenden Objekts gerichtet sind, die im
wesentlichen gleich zu einer Breite des Magneten in einer
Richtung senkrecht zu einer radialen Richtung des
magnetischen sich bewegenden Objekts ist, in der der Magnet
auf den erfassten Abschnitt des magnetischen sich bewegenden
Objekts gerichtet ist. Selbst wenn das magnetoelektrische
Umwandlungselement in einer Umfangsrichtung des magnetischen
sich bewegenden Objekts verschoben oder versetzt wird, ist es
mit dieser Anordnung möglich, ein besseres
Positionserfassungs-Betriebsverhalten für den erfassten
Abschnitt sicherzustellen.
Gemäß einer noch weiteren bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung umfasst das magnetoelektrische
Umwandlungselement abgesehen davon ein magnetoresistives
Element. Somit ist es möglich, die magnetischen
Erfassungsvorrichtung bei geringen Kosten herzustellen.
Noch weiter umfasst das magnetoelektrische Umwandlungselement
gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung ein großes magnetoresistives Element
(Giant Magnetoresistance Element). Somit kann das Signal-zu-
Rausch-Verhältnis verbessert werden, wodurch die
Rauschtoleranz verbessert wird.
Claims (7)
1. Magnetische Erfassungsvorrichtung, umfassend:
wenigstens ein magnetoelektrische Umwandlungselement (15), welches angeordnet ist, um auf einen erfassten Abschnitt (12a) eines magnetischen sich bewegenden Objekts (11) gerichtet zu sein; einen Magneten (14) mit einer Magnetisierungsrichtung, die in einer Richtung senkrecht zu einer radialen Richtung des magnetischen sich bewegenden Objekts (11) orientiert ist, in der der Magnet (14) auf das magnetische sich bewegende Objekt (11) gerichtet ist; und
eine magnetische Führung (21, 100) mit wenigstens zwei Polvorsprüngen (21a, 21b, 100a, 100b), die in einer beabstandeten Beziehung zueinander in einer radialen Richtung des magnetischen sich bewegenden Objekts (11) gebildet sind, in der die magnetische Führung (21, 100) auf den erfassten Abschnitt (12a) des magnetischen sich bewegenden Objekts (11) gerichtet ist;
wobei das wenigstens eine magnetoelektrische Umwandlungselement (15) zwischen den Polvorsprüngen (21a, 21b, 100a, 100b) angeordnet ist, bei einer Betrachtung von einer Richtung senkrecht zu der radialen Richtung des magnetischen sich bewegenden Objekts (11), in der die magnetische Führung (21, 100) auf den erfassten Abschnitt (12a) des magnetischen sich bewegenden Objekts (11) gerichtet ist.
wenigstens ein magnetoelektrische Umwandlungselement (15), welches angeordnet ist, um auf einen erfassten Abschnitt (12a) eines magnetischen sich bewegenden Objekts (11) gerichtet zu sein; einen Magneten (14) mit einer Magnetisierungsrichtung, die in einer Richtung senkrecht zu einer radialen Richtung des magnetischen sich bewegenden Objekts (11) orientiert ist, in der der Magnet (14) auf das magnetische sich bewegende Objekt (11) gerichtet ist; und
eine magnetische Führung (21, 100) mit wenigstens zwei Polvorsprüngen (21a, 21b, 100a, 100b), die in einer beabstandeten Beziehung zueinander in einer radialen Richtung des magnetischen sich bewegenden Objekts (11) gebildet sind, in der die magnetische Führung (21, 100) auf den erfassten Abschnitt (12a) des magnetischen sich bewegenden Objekts (11) gerichtet ist;
wobei das wenigstens eine magnetoelektrische Umwandlungselement (15) zwischen den Polvorsprüngen (21a, 21b, 100a, 100b) angeordnet ist, bei einer Betrachtung von einer Richtung senkrecht zu der radialen Richtung des magnetischen sich bewegenden Objekts (11), in der die magnetische Führung (21, 100) auf den erfassten Abschnitt (12a) des magnetischen sich bewegenden Objekts (11) gerichtet ist.
2. Magnetische Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 1,
wobei das wenigstens eine magnetoelektrische
Umwandlungselement (22, 23) von einem Raum zwischen den
benachbarten Polvorsprüngen (21a, 21b) in der Nähe zu
oder entfernt von dem magnetischen sich bewegenden
Objekt (11) angeordnet ist, bei einer Betrachtung von
einer Richtung senkrecht zu einer radialen Richtung des
magnetischen sich bewegenden Objekts (11), in der das
wenigstens eine magnetoelektrische Umwandlungselement
(22, 23) auf den erfassten Abschnitt des magnetischen
sich bewegenden Objekts (11) gerichtet ist.
3. Magnetische Erfassungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder
Anspruch 2, wobei die magnetische Führung (100) drei
oder mehrere Polvorsprüngen (100a, 100b, 100c)
aufweist, wobei das wenigstens eine magnetoelektrische
Umwandlungselement (24, 25) zwischen irgendwelchen
benachbarten der Polvorsprüngen (100a, 100b, 100c)
jeweils angeordnet ist.
4. Magnetische Erfassungsvorrichtung nach irgendeinem der
Ansprüche 1-3, wobei der Magnet (14) eine Länge in
einer radialen Richtung des magnetischen sich
bewegenden Objekts (11) aufweist, in der das
magnetoelektrische Umwandlungselement (15) auf den
erfassten Abschnitt (12a) des magnetischen sich
bewegenden Objekts (11) gerichtet ist, die größer als
ein Abstand zwischen den Polvorsprüngen (21a, 21b) ist.
5. Magnetische Erfassungsvorrichtung nach irgendeinem der
Ansprüche 1-4, wobei die magnetische Führung (21)
eine Breite in einer Richtung senkrecht zu einer
radialen Richtung des magnetischen sich bewegenden
Objekts (11) aufweist, in der die Polvorsprünge (21a,
21b) auf den erfassten Abschnitt (12a) des magnetischen
sich bewegenden Objekts (11) gerichtet sind, die im
wesentlichen gleich zu einer Breite des Magneten (11)
in einer Richtung senkrecht zu einer radialen Richtung
des magnetischen sich bewegenden Objekts (11) ist, in
der der Magnet (14) auf den erfassten Abschnitt (12a)
des magnetischen sich bewegenden Objekts (11) gerichtet
ist.
6. Magnetische Erfassungsvorrichtung nach einem der
Ansprüche 1-5, wobei das magnetoelektrische
Umwandlungselement (15) ein magnetoresistives Element
umfasst.
7. Magnetische Erfassungsvorrichtung nach einem der
Ansprüche 1-5, wobei das magnetoelektrische
Umwandlungselement (15) ein großes magnetoresistives
Element umfasst.
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