-
Die Erfindung betrifft eine magnetische Erfassungsvorrichtung zum Erfassen eines Bereiches eines beweglichen magnetischen Elements, um dessen jeweilige Position zu ermitteln.
-
Ein herkömmliche magnetischen Erfassungsvorrichtung dieser Art ist im folgenden anhand eines in 16 der Zeichnungen dargestellten Schaltbildes näher beschrieben.
-
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.
-
Ferner zeigen 17A und 17B der Zeichnungen die Anordnung einer bekannten magnetischen Erfassungsvorrichtung. 17A zeigt eine perspektivische Ansicht und 17B zeigt eine Teildraufsicht auf die Anordnung von 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 18 der Zeichnungen 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.
-
19A bis 19C der Zeichnungen 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 19C lässt sich erkennen, dass sich das Vorspannmagnetfeld starker 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.
-
20 der Zeichnungen 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.
-
Aus der
DE 198 50 677 A1 ist eine magnetische Erfassungsvorrichtung bekannt, welche folgende Merkmale aufweist: Einen magnetoresistiven Magnetfeldsensor zum Erfassen eines Abschnittes eines sich bewegenden magnetischen Objektes; einen Magneten mit einer Magnetisierungsrichtung, die in einer Richtung senkrecht zu einer radialen Richtung des sich bewegenden magnetischen Objektes orientiert ist, in welcher der Magnet auf das sich bewegende magnetische Objekt gerichtet ist; eine magnetische Führung mit zwei Endabschnitten oder Enden, die in einer beabstandeten Beziehung zueinander in einer radialen Richtung des sich bewegenden magnetischen Objektes gebildet sind, in der die magnetische Führung auf den zu erfassenden Abschnitt des sich bewegenden magnetischen Objektes gerichtet ist, wobei die magnetische Führung das vom Magneten erzeugte und durch das sich bewegende magnetische Objekt beeinflusste Magnetfeld auf den Magnetfeldsensor (
24) konzentriert; und ein magnetoresistiver Magnetfeldsensor zwischen den Endabschnitten der magnetischen Führung angeordnet ist, bei einer Betrachtung von einer Richtung senkrecht zu der radialen Richtung des sich bewegenden magnetischen Objektes, in der die magnetische Führung auf den erfassten Abschnitt des sich bewegenden magnetischen Objektes gerichtet ist.
-
Die
DE 27 45 880 C2 offenbart einen magnetischen Messfühler zum Messen eines Abstandes zwischen gegenüberliegenden Flächen zweier Schleifscheiben eines Schleifapparates, bei dem die Schleifscheiben separat auf parallelen Achsen derart angeordnet sind, dass sie gegenläufig drehbar sind. In einem Abstand von diesen Schleifscheiben befindet sich ein Permanentmagnet, dem an seinen Endbereichen Metallteile gegenüberstehen, welche sich radial zu den Schleifscheiben erstrecken. Die zwei Metallteile weisen wirksame Flächen in einer Richtung parallel zu den Drehachsen der Schleifscheiben auf. Der Magnetfluss wird dabei von einer magnetischen Führung oder Jochanordnung mit zwei Polvorsprüngen geführt, zwischen denen eine magnetoelektrische Umwandlungseinrichtung angeordnet ist.
-
Aus der
DE 40 25 837 A1 ist ein weiterer technologischer Hintergrund bekannt.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine magnetische Erfassungsvorrichtung bereitzustellen, die eine hohe Genauigkeit beim Erfassen der Position eines beweglichen Gegenstandes aufweist, sogar dann, wenn bei lang anhaltender Benutzung der Vorrichtung eine Dejustierung mit einer Verschiebung oder eine Versetzung der Position eines magnetoelektrischen Umwandlungselements eintreten sollte.
-
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
-
Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
-
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine magnetische Erfassungsvorrichtung umfassen: 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.
-
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung und deren Vorteile sind im folgenden anhand der Zeichnungen näher beschrieben.
-
In den Zeichnungen zeigen:
-
1A bis 1C die schematische Anordnung einer magnetischen Erfassungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei 1A eine perspektivische Ansicht davon ist; 1B eine Draufsicht davon ist; und 1C eine Seitenansicht davon ist;
-
2A eine Konstruktionsansicht der magnetischen Erfassungsvorrichtung der 1;
-
2B eine charakteristische Ansicht eines Magnetfelds in der magnetischen Erfassungsvorrichtung der 2A;
-
2C eine Ansicht einer Widerstandscharakteristik eines magnetoresistiven Elements der magnetischen Erfassungsvorrichtung der 2A;
-
3A eine perspektivische Ansicht einer magnetischen Erfassungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
-
3B eine Draufsicht auf die magnetische Erfassungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform;
-
3C eine Seitenansicht der magnetischen Erfassungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform;
-
4 ein elektrisches Schaltbild der magnetischen Erfassungsvorrichtung, die in den 3A bis 3C gezeigt ist;
-
5 ein Betriebswellenformdiagramm eines magnetoresistiven Elements in dem Stand der Technik, wenn die Umgebungstemperatur normal (Raumtemperatur) und hoch ist;
-
6A eine Konstruktionsansicht der magnetischen Erfassungsvorrichtung, die in den 3A bis 3C gezeigt ist;
-
6B eine charakteristische Ansicht eines Magnetfelds in der magnetischen Erfassungsvorrichtung der 6A;
-
6C eine Ansicht einer Widerstandscharakteristik eines magnetoresistiven Elements der magnetischen Erfassungsvorrichtung der 6A;
-
7 ein Betriebswellenformdiagramm der magnetischen Erfassungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform;
-
8A eine Konstruktionsansicht einer magnetischen Erfassungsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
-
8B eine charakteristische Ansicht eines Magnetfelds in der magnetischen Erfassungsvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform;
-
8C eine Ansicht einer Widerstandscharakteristik eines magnetoresistiven Elements der magnetischen Erfassungsvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform;
-
9A eine Konstruktionsansicht einer magnetischen Erfassungsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
-
9B bis 9D charakteristische Ansichten eines Magnetfelds in der magnetischen Erfassungsvorrichtung der 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;
-
10A und 10B die Anordnung einer magnetischen Erfassungsvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei 10A eine Draufsicht davon ist und 10B eine Seitenansicht davon ist;
-
11 eine Ansicht, die eine Beziehung zwischen einer Verschiebung oder Versetzung in der Position der magnetischen Erfassungsvorrichtung, die in den 10A und 10B gezeigt ist, und einem daran angelegten Magnetfeld darstellt;
-
12 eine charakteristische Ansicht einer MR Schleife in einem GMR Element;
-
13A und 13B die Anordnung einer magnetischen Erfassungsvorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei 13A eine Draufsicht davon ist, und 13B eine Seitenansicht davon ist;
-
14 ein elektrisches Schaltbild der magnetischen Erfassungsvorrichtung, die in den 13A und 13B gezeigt ist;
-
15 ein Betriebswellenformdiagramm der magnetischen Erfassungsvorrichtung gemäß der sechsten Ausführungsform;
-
16 ein elektrisches Schaltbild einer bekannten magnetischen Erfassungsvorrichtung;
-
17A und 17B die Anordnung der magnetischen Erfassungsvorrichtung der 16, wobei 17B einer perspektivische Ansicht davon ist und 17B eine Teildraufsicht davon ist;
-
18 ein Betriebswellenformdiagramm der magnetischen Erfassungsvorrichtung der 16;
-
19A eine perspektivische Ansicht der magnetischen Erfassungsvorrichtung der 16;
-
19B eine Teildraufsicht der magnetischen Erfassungsvorrichtung der 19A;
-
19C eine Ansicht, die eine Beziehung zwischen einer Verschiebung oder Versetzung der magnetischen Erfassungsvorrichtung der 19A und einem daran angelegten Magnetfeld zeigt; und
-
20 ein Betriebswellenformdiagramm der magnetischen Erfassungsvorrichtung der 19A.
-
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
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.
-
Ausführungsform 1
-
Die 1A bis 1C zeigen die Anordnung einer magnetischen Erfassungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei 1A eine perspektivische Ansicht davon ist; 1B eine Draufsicht davon ist; und 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 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 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).
-
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. 2B und 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 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.
-
Ausführungsform 2
-
Die 3A und 3B zeigen die Anordnung einer magnetischen Erfassungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 3A ist eine perspektivische Ansicht davon; 3B ist eine Draufsicht davon; und 3C ist eine Seitenansicht davon. 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.
-
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 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 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 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 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.
-
Ausführungsform 3
-
Die 8A bis 8C zeigen eine magnetische Erfassungsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 8A zeigt die Anordnung einer magnetischen Erfassungsvorrichtung dieser Ausführungsform; 8B zeigt die Stärke eines Magnetfelds, das an ein erstes und ein zweites magnetoresistives Element 24 und 25 angelegt wird; 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.
-
Ausführungsform 4
-
Die 9A bis 9C zeigen eine magnetische Erfassungsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 9A zeigt die Anordnung der magnetischen Erfassungsvorrichtung dieser Ausführungsform, und die 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 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.
-
Ausführungsform 5
-
Die 10A und 10B zeigen die Anordnung einer magnetischen Erfassungsvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 10A ist eine Draufsicht davon und 10B ist eine Seitenansicht davon. 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 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.
-
Ausführungsform 6
-
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 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.
-
Ausführungsform 7
-
Die 13A und 13B zeigen die Anordnung einer magnetischen Erfassungsvorrichtung gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 13A ist eine Draufsicht davon und 13B ist eine Seitenansicht davon. Zusätzlich ist 14 ein elektrisches Schaltbild der magnetischen Erfassungsvorrichtung der 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.
-
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.
