DE19533964A1 - Magnetismuserfassungsvorrichtung, die zur Unterdrückung von Schwankungen von Impulssignal-Intervallen in der Lage ist - Google Patents
Magnetismuserfassungsvorrichtung, die zur Unterdrückung von Schwankungen von Impulssignal-Intervallen in der Lage istInfo
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Description
Diese Anmeldung basiert auf der prioritätsbegründenden
Japanischen Patentanmeldung Nr. 6-218929, die am 13. Sep
tember 1994 angemeldet wurde, deren Offenbarungsgehalt
hiermit in vollem Umfang in den Offenbarungsgehalt vorlie
gender Anmeldung übernommen wird.
Diese Erfindung bezieht sich auf eine Magnetismuserfas
sungsvorrichtung, die die Bewegung eines Objektes, das der
Erfassung ausgesetzt ist, erfaßt, indem eine Änderung der
Widerstandswerte eines Magnetowiderstandselements (MRE)
verwendet wird, und die ein Erfassungssignal verarbeitet,
um ein Impulssignal zu erhalten, das die erfaßte Bewegung
des zu erfassenden Objektes anzeigt.
Magnetismuserfassungsvorrichtungen, wie diese z. B. in
der USP 5,359,287 offenbart sind, sind aus dem Stand der
Technik bekannt. In Fig. 12 ist eine Anordnung dieser Art
einer Magnet- oder Magnetismuserfassungsvorrichtung ge
zeigt. In dieser Figur erzeugt ein Vormagnetisierungsmagnet
43 ein Vormagnetisierungsfeld zu einem Zahnrad 40 hin, das
die Funktion eines Objektes hat, das der Erfassung ausge
setzt ist; eine Sensoreinheit 42, die mit einem MRE
(Magnetowiderstandselement) versehen ist, gibt im Anspre
chen auf eine Widerstandsänderung des MRE, die durch die
Rotation dieses Zahnrads 40 oder Magnetismus verursacht
wird, ein Signal aus (d. h. ein Signal, das in Fig. 13A an
gezeigt ist). Im allgemeinen ist eine große Anzahl an
rechteckigen Zähnen 41 am Zahnrad 40 ausgebildet; das Ver
hältnis der Teilung zwischen den aufeinanderfolgenden Zäh
nen zur Zahnbreite ist mit 1 : 1 gewählt. Dann wird eine Si
gnalwellenform von der Sensoreinheit 42 auf einem vorbe
stimmten Schwellwert VTH basierend in einer Vergleichs
schaltung 44 in ein Binärsignal umgewandelt (ein Signal,
das in Fig. 13B gezeigt ist). Im Anschluß wird durch eine
monostabile Schaltung (einen monostabilen Multivibrator)
45, durch die Übereinstimmung mit einer abfallenden Flanke
des Binärsignals erzielt wird, ein Impulssignal, das in
Fig. 13C gezeigt ist, erzeugt.
In dem Fall, in dem das Erfassungssignal von dem MRE
digitalisiert wird, um das Binärsignal zu erzeugen, und
dann nur eine Signalflanke (abfallende Flanke) dieses Bi
närsignals als Rotationserfassungssignal verwendet wird,
werden bei konstanter Drehung die Impulsintervalle T1′, T2′
und T3′ einander gleich, wie es in den Fig. 13A bis 13C
gezeigt ist. Als Ergebnis kann ein Impulssignal mit kon
stantem Intervall erhalten werden.
Bei der Verwendung der Magnetismuserfassungsvorrichtung
in z. B. einer Hochdruck-Kraftstoffeinspritzpumpe bestand in
der letzten Zeit andererseits eine starke Forderung dahin
gehend, die Rotationserfassungssignale in der Mehrimpulssi
gnalform zu erzeugen. Somit wurde ein solches Signalverar
beitungsverfahren vorgeschlagen, bei dem das Erfassungssi
gnal vom MRE auf zwei Schwellwerten des VTH1′ und VTH2′,
die den hohen und niedrigen Pegel haben, basierend digita
lisiert wird; die Impulssignale wurden an beiden Flanken
der Binärsignale erzeugt, wie es in den Fig. 14A bis 14C
gezeigt ist. Bei diesen Binärverarbeitungsverfahren sind
die Schwellwerte VTH1′ und VTH2′, die vom Maximalwert und
Minimalwert des MRE-Erfassungssignals mit einer vorgewähl
ten Verhältniszahl verschoben sind, so eingestellt, daß bei
konstanter Rotation die Signalflanke mit konstantem Inter
vall erhalten werden kann. In diesem Fall wird, wie in den
Fig. 14A bis 14C gezeigt ist, die Gesamtanzahl der sich
ergebenden Impulssignale doppelt so groß wie die Impulssi
gnale, die in den Fig. 13A bis 13C dargestellt sind.
Wenn jedoch der Signalverarbeitungsvorgang, wie es in
den Fig. 14A bis 14C gezeigt ist, an beiden Flanken aus
geführt wird, treten die folgenden Probleme auf. Das heißt,
daß die Impulsintervalle T1′′ bis T4′′ wiederholt alternativ
"schmal" und "breit" werden, so daß selbst bei konstanter
Rotation das Impulssignal mit konstantem Intervall nicht
erhalten werden kann. Dadurch kann verursacht werden, daß
das MRE-Erfassungssignal (das durch die Vollinie in Fig.
14A angezeigt ist) bezüglich der Sinuswelle (die durch die
Strichlinie in 14A angezeigt ist) verzerrt ist. Von den Er
findern der vorliegenden Erfindung wurde durch Analyse her
ausgestellt, daß diese Verzerrung durch die Korrelation
zwischen der Zahnradzahnform und der Magnetvektorkennlinie
und in erster Linie durch die höheren sekundären harmoni
schen Komponenten negativ beeinflußt werden würde. Da die
Intervalle zwischen den Zahnradzähnen und der Sensoreinheit
schwanken, würden sich ebenfalls die Wellenformen der MRE-Erfassungssignale
verzerren, so daß die Impulsintervalle
nicht konstant sind, während die Impulsintervalle T1′ bis
T4′, die der Sinuswelle entsprechen, konstant werden.
Mit der vorliegenden Erfindung sollen die vorstehend
beschriebenen Probleme gelöst werden; ihre Aufgabe besteht
darin, eine Magnetismuserfassungsvorrichtung vorzusehen,
die dazu in der Lage ist, die Verzerrung zu beseitigen, die
in einer Signalwellenform eines Magnetowiderstandselements
(MRE) enthalten ist und verursacht wird, wenn ein Objekt,
das der Erfassung ausgesetzt wird und Zähne eines Zahnrades
hat, hindurchgeht, selbst wenn die Intervalle zwischen
Zahnradzähnen und einer Sensoreinheit schwanken, und fer
ner dazu in der Lage ist, die Schwankungen, die bei den In
tervallen eines Impulssignals vorhanden sind, das mittels
eines Wellenformformungsvorgangs erhalten wird, zu verrin
gern, selbst wenn die Gesamtanzahl der Rotationserfassungs
signale erhöht wird.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung bewirkt ein Ma
gnetowiderstandselement (MRE), daß ein Widerstandswert von
diesem im Ansprechen auf eine Zustandsänderung eines Vorma
gnetisierungsfeldes geändert wird. Eine Wellenformformungs
einrichtung digitalisiert eine Ausgangswellenform des Ma
gnetowiderstandselements auf zwei Gruppen von hohen und
niedrigen Schwellwerten basierend und erzeugt im Ansprechen
auf eine steigende Flanke des digitalisierten Ausgangssi
gnals und eine abfallende Flanke von diesem ein Impulssi
gnal. Zu diesem Zeitpunkt können, selbst wenn ein Intervall
zwischen diesem Magnetowiderstandselement und den Zähnen
des Objekts, das der Erfassung ausgesetzt wird, schwankt,
die Ausgangswellenformen, die symmetrische Formen haben,
aufrechterhalten werden. Als Ergebnis kann die Schwankung
der Signalintervalle des Impulssignals, das durch den Wel
lenformformungsvorgang erhalten wird, verringert werden;
somit kann das Impulssignal, das Intervalle hat, die zur
Bewegungsgeschwindigkeit des Objektes, das der Erfassung
ausgesetzt ist, proportional sind, mit höherer Genauigkeit
erhalten werden.
Vorzugsweise ist die Form des Zahnes, der im Objekt,
das der Erfassung ausgesetzt wird, ausgebildet ist, aus ei
nem gleichschenkligen Dreieck gebildet, so daß die Wellen
form mit niedriger Verzerrung schnell ausgebildet werden
kann, selbst wenn sich die Intervalle zwischen dem Magneto
widerstandselement und den Zähnen des Objekts, das der Er
fassung ausgesetzt ist, ändern.
Vorzugsweise können die sekundären höheren harmonischen
Komponenten (zweiten Oberschwingungen) weiter verringert
werden; eine höhere Starrheit des Zahnkopfabschnitts kann
aufrechterhalten werden, so daß der Sinter-Herstellungspro
zeß einfach ausgeführt werden kann.
Da die Zähne des Objekts, das der Erfassung ausgesetzt
ist, vorzugsweise in einer solchen Weise hergestellt wer
den, daß die mittlere Zahnbreite nahezu gleich 1/6 der Tei
lung zwischen den benachbarten Zähnen ist, treten die Ver
schiebungen der Magnetvektorkennlinie, die verursacht wer
den, wenn die Zähne durch die Sensoreinheit gehen, nicht
einfach auf. Auch werden die verzerrten Wellenformen, die
sich aus höheren harmonischen Komponenten zusammensetzen,
nicht schnell erzeugt. Als Folge können die Intervalle des
Impulssignales, das mittels des Wellenformformungsvorgangs
erhalten wird, verringert werden. Es gibt andere Vorteile
bei der Herstellung der Zähne mit einer höheren Starrheit.
In den beiliegenden Zeichnungen:
ist Fig. 1 eine schematische Strukturdarstellung, die
eine Magnetismusrotationserfassungsvorrichtung entsprechend
einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt,
ist Fig. 2 eine Schnittansicht, die eine Zahnform eines Zahnrades zeigt,
sind die Fig. 3A bis 3C Zeitdiagramme, die einen Si gnalverarbeitungsvorgang zeigen, wobei Fig. 3A einen MRE-Erfassungsausgang zeigt, Fig. 3B einen Ausgang von einer Vergleichsschaltung zeigt und Fig. 3C einen Ausgang von einer monostabilen Schaltung zeigt,
ist Fig. 4 eine Draufsicht, die eine Richtung eines MRE zeigt,
ist Fig. 5 eine Draufsicht, die eine Richtung eines Ma gnetvektors zeigt, der an den MRE angelegt ist,
sind die Fig. 6A1 bis 6B3 Zeitdiagramme, die die Än derung der magnetischen Vektoren erläutert, die durch die Drehung eines Zahnrades verursacht wird, wobei die Fig. 6A1 bis 6A3 Zeitdiagramme sind, die die Änderungen des Ma gnetvektors zeigen, die durch das Zahnrad entsprechend die sem Ausführungsbeispiel erzeugt werden, und die Fig. 6B1 bis 6B3 Zeitdiagramme sind, die die Änderungen des Magnet vektors zeigen, die durch das Zahnrad nach dem Stand der Technik verursacht werden,
sind die Fig. 7A und 7B Diagramme, die die Beziehung zwischen einer Zahnradzahnform und einer höheren sekundären harmonischen Komponente zeigen, wobei die Fig. 7A eine Schnittansicht von Zahnradzähnen ist und Fig. 7B eine Dar stellung ist, die die Beziehung zeigt,
sind die Fig. 8A und 8B Diagramme, die die Beziehung zwischen der Zahnradzahnform und einem Sensorausgangsver hältnis zeigen, wobei Fig. 8A eine Schnittansicht der Zahn radzähne und Fig. 8B ein Diagramm ist, das die Beziehung zeigt,
ist Fig. 9A ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Zahnradzahnform und einem Betrag der Wellenformverzer rung (höheren sekundären harmonischen Komponente) zeigt, und zeigen
ist Fig. 2 eine Schnittansicht, die eine Zahnform eines Zahnrades zeigt,
sind die Fig. 3A bis 3C Zeitdiagramme, die einen Si gnalverarbeitungsvorgang zeigen, wobei Fig. 3A einen MRE-Erfassungsausgang zeigt, Fig. 3B einen Ausgang von einer Vergleichsschaltung zeigt und Fig. 3C einen Ausgang von einer monostabilen Schaltung zeigt,
ist Fig. 4 eine Draufsicht, die eine Richtung eines MRE zeigt,
ist Fig. 5 eine Draufsicht, die eine Richtung eines Ma gnetvektors zeigt, der an den MRE angelegt ist,
sind die Fig. 6A1 bis 6B3 Zeitdiagramme, die die Än derung der magnetischen Vektoren erläutert, die durch die Drehung eines Zahnrades verursacht wird, wobei die Fig. 6A1 bis 6A3 Zeitdiagramme sind, die die Änderungen des Ma gnetvektors zeigen, die durch das Zahnrad entsprechend die sem Ausführungsbeispiel erzeugt werden, und die Fig. 6B1 bis 6B3 Zeitdiagramme sind, die die Änderungen des Magnet vektors zeigen, die durch das Zahnrad nach dem Stand der Technik verursacht werden,
sind die Fig. 7A und 7B Diagramme, die die Beziehung zwischen einer Zahnradzahnform und einer höheren sekundären harmonischen Komponente zeigen, wobei die Fig. 7A eine Schnittansicht von Zahnradzähnen ist und Fig. 7B eine Dar stellung ist, die die Beziehung zeigt,
sind die Fig. 8A und 8B Diagramme, die die Beziehung zwischen der Zahnradzahnform und einem Sensorausgangsver hältnis zeigen, wobei Fig. 8A eine Schnittansicht der Zahn radzähne und Fig. 8B ein Diagramm ist, das die Beziehung zeigt,
ist Fig. 9A ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Zahnradzahnform und einem Betrag der Wellenformverzer rung (höheren sekundären harmonischen Komponente) zeigt, und zeigen
Fig. 9B und die Fig. 9C(a) bis Fig. 9C(e) solche
Beziehungen, bei denen die mittleren Zahnbreiten geändert
sind und ein Zahnlückenfaktor bezüglich der Teilungen zwi
schen den benachbarten Zähnen geändert ist,
ist Fig. 10 ein Schaltbild, das die Schwellwertsetz schaltung entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt,
ist Fig. 11 ein Schaltbild, das eine weitere Schwell wertsetzschaltung entsprechend einem weiteren Ausführungs beispiel der vorliegenden Erfindung zeigt,
ist Fig. 12 eine schematische Strukturansicht, die eine herkömmliche Magnetismuserfassungsvorrichtung zeigt,
sind die Fig. 13A bis 13C Zeitdiagramme, die den herkömmlichen Signalverarbeitungsvorgang zeigen, wobei Fig. 13A einen MRE-Erfassungsausgang zeigt, Fig. 13B einen Aus gang von einer Vergleichsschaltung zeigt und Fig. 13C einen Ausgang von einer monostabilen Schaltung zeigt,
sind die Fig. 14A bis 14C Zeitdiagramme, die einen herkömmlichen Signalverarbeitungsvorgang zeigen, wobei Fig. 14A den MRE-Erfassungsausgang zeigt, Fig. 14B den Ausgang von der Vergleichsschaltung zeigt und Fig. 14C den Ausgang von der monostabilen Schaltung zeigt,
sind die Fig. 15A bis 15E Zeitdiagramme, die die Än derungen der Impulsintervalle erläutern, wenn ein Spalt beim Stand der Technik geändert wird,
sind die Fig. 16A bis 16E Zeitdiagramme, die Ände rungen der Impulsintervalle erläutern, wenn im Ausführungs beispiel der vorliegenden Erfindung ein Spalt geändert wird,
sind die Fig. 17A bis 17E Zeitdiagramme, die Ände rungen der Impulsintervalle erläutern, wenn ein Spalt in einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin dung geändert wird, und
ist Fig. 18 eine graphische Darstellung, die Schwankun gen der Winkelgenauigkeit bezüglich den Spalten zeigt.
ist Fig. 10 ein Schaltbild, das die Schwellwertsetz schaltung entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt,
ist Fig. 11 ein Schaltbild, das eine weitere Schwell wertsetzschaltung entsprechend einem weiteren Ausführungs beispiel der vorliegenden Erfindung zeigt,
ist Fig. 12 eine schematische Strukturansicht, die eine herkömmliche Magnetismuserfassungsvorrichtung zeigt,
sind die Fig. 13A bis 13C Zeitdiagramme, die den herkömmlichen Signalverarbeitungsvorgang zeigen, wobei Fig. 13A einen MRE-Erfassungsausgang zeigt, Fig. 13B einen Aus gang von einer Vergleichsschaltung zeigt und Fig. 13C einen Ausgang von einer monostabilen Schaltung zeigt,
sind die Fig. 14A bis 14C Zeitdiagramme, die einen herkömmlichen Signalverarbeitungsvorgang zeigen, wobei Fig. 14A den MRE-Erfassungsausgang zeigt, Fig. 14B den Ausgang von der Vergleichsschaltung zeigt und Fig. 14C den Ausgang von der monostabilen Schaltung zeigt,
sind die Fig. 15A bis 15E Zeitdiagramme, die die Än derungen der Impulsintervalle erläutern, wenn ein Spalt beim Stand der Technik geändert wird,
sind die Fig. 16A bis 16E Zeitdiagramme, die Ände rungen der Impulsintervalle erläutern, wenn im Ausführungs beispiel der vorliegenden Erfindung ein Spalt geändert wird,
sind die Fig. 17A bis 17E Zeitdiagramme, die Ände rungen der Impulsintervalle erläutern, wenn ein Spalt in einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin dung geändert wird, und
ist Fig. 18 eine graphische Darstellung, die Schwankun gen der Winkelgenauigkeit bezüglich den Spalten zeigt.
Unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen wird
eine Magnetismusrotationserfassungsvorrichtung, auf die die
vorliegende Erfindung angewendet wird, beschrieben. Die Ma
gnetismusrotationserfassungsvorrichtung entsprechend diesem
bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
erzeugt ein Signal, das zum Beispiel der Rotation einer
Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors entspricht. Die Magne
tismusrotationserfassungsvorrichtung besteht aus einer Sen
soreinheit, die durch ein Magnetowiderstandselement (MRE)
die Drehung eines zu erfassenden Objektes (Zahnrads), die
durch den Antrieb des Verbrennungsmotors bewirkt wird, er
faßt, und einer Signalverarbeitungseinheit, die den Sensor
ausgang von der Sensoreinheit als Wellenform ausbildet.
Fig. 1 zeigt schematisch eine Anordnung der Magnetis
musrotationserfassungsvorrichtung. In Fig. 1 ist eine Flä
che eines Vormagnetisierungsmagneten 3, der aus einem Dau
ermagnet aufgebaut ist, als ein N-Pol magnetisiert; seine
andere Fläche ist als ein S-Pol magnetisiert. Der Vormagne
tisierungsmagnet 3 erzeugt das Vormagnetisierungsfeld in
einer Richtung, die zur magnetisierten Fläche 3a im wesent
lichen senkrecht verläuft. MREs
(Magnetowiderstandselemente) 1 und 2 sind auf eine Platte
oder ein Substrat (nicht gezeigt) aufgedampft. Ein Paar von
diesen MREs 1 und 2 ist in einer Ebene, die die Vormagneti
sierungsfeldrichtung einschließt, die durch den Vormagneti
sierungsmagneten 3 erzeugt wird, und in einer Richtung, in
die sich die Zähne fortsetzen, in einer solchen Weise ange
ordnet, daß sich diese MREs in Winkeln von +45 Grad und -45
Grad bezüglich dieser Magnetfeldrichtung befinden. Zwischen
die beiden Enden der MREs 1 und 2 ist eine Konstantspannung
Vcc angelegt. Eine Spannung, die am mittleren Punkt dieser
MREs 1 und 2 auftritt, wird als Sensorausgang abgeleitet
(auf diesen wird sich nachfolgend als "MRE-Ausgang" bezo
gen). Es ist festzuhalten, daß obwohl der Vormagnetisie
rungsmagnet 3 hohl gestaltet ist und die Platte durch die
sen Vormagnetisierungsmagneten 3 geht, in diesem Fall der
Vormagnetisierungsmagnet nicht hohl gestaltet sein kann,
sondern entweder an einer vorderen Fläche der Platte oder
an einer hinteren Fläche von dieser angeordnet sein kann.
Andererseits ist ein Zahnrad 4, das dem zu erfassenden
Objekt entspricht, aus einem magnetischen Material herge
stellt. Eine große Anzahl an Zähnen 5, deren Querschnitts
form bei Betrachtung in Axialrichtung des Zahnrads 4 lini
ensymmetrisch ist, ist am Zahnrad 4 kontinuierlich ausge
bildet. Zwischen einer Vielzahl von Zähnen 5 sind Zahnkerb
abschnitte ausgebildet. Außerdem sind die vorstehend be
schriebenen MREs 1 und 2 in einem vorgewählten Intervall in
einer solchen Weise angeordnet, daß sich diese MREs den
Zähnen 5 gegenüber befinden. Wie es in Fig. 2 dargestellt
ist, sind die Zähne 5 als gleichschenkliges Dreieck ausge
bildet, das zwei Seiten hat, die sich mit gleichen Winkeln
erstrecken. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Teilung
zwischen den benachbarten Zähnen mit 4,6 mm gewählt, die
Höhe eines Zahnes mit 2,3 mm gewählt und Winkel, die durch
die jeweiligen Seiten bezüglich der Zahnradrotationsrich
tung definiert sind, werden 45 Grad; ein Scheitelwinkel ist
mit 90 Grad gewählt. Als Folge tritt die Magnetkraftlinie,
die vom N-Pol dieses Vormagnetisierungsmagneten 3 stammt,
durch die MREs 1 und 2 und das Zahnrad 4 aus dem Magnetma
terial durch und wird umgekehrt, um erneut zum S-Pol dieses
Vormagnetisierungsmagneten 3 zurückgeführt zu werden.
In Fig. 1 wird das Erfassungssignal, das von den MREs 1
und 2 ausgegeben wird, (und zwar das MRE-Ausgangssignal)
über einen Verstärker 6 einem invertierenden Ausgangsan
schluß einer Vergleichsschaltung 7 zugeführt und dann auf
vorbestimmten Schwellwerten VTH1 und VTH2 basierend, die
durch eine Schwellwertsetzschaltung 9 eingestellt sind, di
gitalisiert, um Binärsignale zu erzeugen. In der Schwell
wertsetzschaltung 9 werden sowohl ein Maximalwert
(Spitzenwert) als auch ein Minimalwert (unterer Wert) des
MRE-Ausgangssignals als erster Schwellwert VTH1 und zweiter
Schwellwert VTH2 verwendet, indem diese Maximal- und Mini
malwerte um ein vorgewähltes Verhältnis entsprechend einer
Spannungsdifferenz zwischen den beiden Maximal/Minimal-Wer
ten verschoben werden. Zu diesem Zeitpunkt wird eine Si
gnalflanke, die zur Bewegungsgeschwindigkeit des Zahnrads 4
proportional ist, erhalten, indem das MRE-Ausgangssignal in
der Vergleichsschaltung 7 digitalisiert wird. Ein Ausgangs
signal von der Vergleichsschaltung 7 wird in eine monosta
bile Schaltung (monostabilen Multivibrator) 8 eingegeben,
so daß kurze Impulssignale erzeugt werden, die der steigen
den Flanke des Binärsignals und der abfallenden Flanke von
diesem entsprechen, das von der Vergleichsschaltung 7 aus
gegeben wird.
Nun wird eine detaillierte Beschreibung der vorstehend
beschriebenen Schwellwertsetzschaltung 9 vorgenommen. Das
MRE-Ausgangssignal, das durch den Verstärker 6 gegangen
ist, wird in eine Maximalwerthalteschaltung 10 und eine Mi
nimalwerthalteschaltung 11 in der Schwellwertsetzschaltung
9 eingegeben. Widerstände 12 bis 15 sind in Reihe miteinan
der verbunden; Ausgangsspannungen von der Maximalwerthalte
schaltung 10 und der Minimalwerthalteschaltung 11 werden
beiden Enden der Reihenschaltung der Widerstände 12 bis 15
zugeführt. Der Widerstand 12 und der Widerstand 15 haben
den gleichen Widerstandswert; der Widerstand 13 und der Wi
derstand 14 haben den gleichen Widerstandswert. Zwischen
die beiden Enden des Widerstands 13 und ebenfalls zwischen
die beiden Enden des Widerstands 14 sind Digitalschalter 16
bzw. 17 geschaltet. Diese Digitalschaltung 16 und 17 sind
im Ansprechen auf die Ausgangssignalpegel von der Ver
gleichsschaltung 7 alternativ leitend oder unterbrechend.
Außerdem ist ein mittlerer Punkt zwischen dem Widerstand 13
und dem Widerstand 14 mit einem nicht invertierenden Ein
gangsanschluß der Vergleichsschaltung 7 verbunden. Der Aus
gangsanschluß der Vergleichsschaltung 7 ist über einen In
verter 18 mit dem Digitalschalter 16 verbunden und ist mit
dem Digitalschalter 17 direkt verbunden. Als Ergebnis wird
entweder der Digitalschalter 16 oder der Digitalschalter 17
im Ansprechen auf das Ausgangssignal von der Vergleichs
schaltung 7 eingeschaltet.
Entsprechend dieser Schwellwertsetzschaltung 9 wird der
erste Schwellwert VTH1 erhalten, der um ein konstantes Ver
hältnis eines Änderungswertes "A(VP-VB)" kleiner als der
Maximalwert VP ist, und ebenfalls der zweite Schwellwert
VTH2 erhalten, der um dieses konstante Verhältnis des Ände
rungswertes "A(VP-VB)" größer als der Minimalwert VB ist;
wobei der Koeffizient "A" als 0<A<1 definiert ist. Und zwar
sind VTH1 = VP-A(VP-VB) und VTH2 = VB+A(VP-VB). Dieser Ände
rungswert "A(VP-VB)" wird auf einer Differenz zwischen dem
Maximalwert VP und dem Minimalwert VB des MRE-Ausgangssi
gnals basierend bestimmt.
Außerdem wird in der Magnetismusrotationserfassungs
vorrichtung in der vorstehend beschriebenen Schaltungsan
ordnung, wenn das Zahnrad 4 gedreht wird, der Magnetvektor
B zu den Zähnen 5 des Zahnrads 4 ausgerichtet, um dadurch
in Verbindung mit dieser Rotation zu vibrieren. Somit er
zeugen die MREs 1 und 2 Widerstandsänderungen im Ansprechen
auf eine Änderung der Richtungen des Magnetvektors B, so
daß ein Paar von MREs 1 und 2 Magnetkräfte mit zueinander
entgegengesetzten Phasen ausüben. Zu diesem Zeitpunkt
stellt das MRE-Ausgangssignal eine im wesentlichen sinus
förmige Welle dar, wie diese in Fig. 3A angezeigt ist. Da
die MREs 1 und 2 mit Winkeln von +45 Grad und -45 Grad be
züglich der Vormagnetisierungsfeldrichtung angeordnet sind,
hat dieses MRE-Ausgangssignal ferner eine stärker ausge
prägte im wesentlichen sinusförmige Welle.
Im Anschluß wird dieses MRE-Ausgangssignal mit den zwei
Schwellwerten VTH1 und VTH2 verglichen, die durch die
Schwellwertsetzschaltung 9 eingestellt wurden, so daß von
der Vergleichsschaltung 7 ein in Fig. 3B gezeigtes Binärsi
gnal ausgegeben wird. Ferner wird in der monostabilen
Schaltung 8 ein Impulssignal erzeugt und ausgegeben, das
der steigenden Flanke des Binärsignals und der abfallenden
Flanke von diesem entspricht, das von der Vergleichsschal
tung 7 ausgegeben wurde, wie es in Fig. 3C gezeigt ist. Der
Kurbelwinkel oder der Rotationswinkel des Verbrennungsmo
tors kann auf dem Intervall dieses Impulssignals basierend
bestimmt werden, so daß die Motorumdrehungsinformation er
halten werden kann. Entsprechend der Magnetismusrotations
erfassungsvorrichtung dieses Ausführungsbeispiels kann die
Verzerrung, die im MRE-Ausgangssignal enthalten ist, wie es
in Fig. 3A gezeigt ist, verhindert werden; während das
Zahnrad 4 mit konstanter Rotationsgeschwindigkeit gedreht
wird, können die Signalintervalle des Impulssignals auf
konstanten Werten aufrechterhalten werden, wie es in Fig.
3C gezeigt ist, (T1 = T2 = T3 = T4).
Nun wird das Erfassungsprinzip der Magnetismuserfas
sungsvorrichtung erläutert.
Das MRE-Ausgangssignal wird im Verhältnis zu einem Vi
brationswinkel "Θ" des Magnetvektors B geändert. Anders
ausgedrückt sind, wie es in Fig. 4 dargestellt ist, in dem
Fall, in dem der Magnetvektor B, der zur Richtung des durch
die MREs 1 und 2 fließenden Stromes parallel verläuft, auf
Bx eingestellt ist und der Magnetvektor B, der zur Strom
richtung senkrecht verläuft, auf By eingestellt ist, unter
der Annahme, daß die Widerstandswerte im Sättigungsbereich
mit Rx und Ry ausgewählt sind, die Widerstandswerte R1 und
R2 der MREs 1 und 2, die in Fig. 5 gezeigt sind, aus der
Viogt-Thomson-Formel wie folgt definiert:
R1 = Rx · cos² (45° + Θ) + Ry · sin² (45° +
R2 = Rx · cos² (45° - Θ) + Ry · sin² (45° - Θ)
R2 = Rx · cos² (45° - Θ) + Ry · sin² (45° - Θ)
Außerdem ist das MRE-Ausgangssignal wie folgt gegeben:
MRE-Ausgangssignal (Gleichstromkomponente) = (Rx-Ry)·
Vcc·Θ/(Rx+Ry) = K·Θ.
Gemäß Vorbeschreibung hängt, wenn das Zahnrad 4 gedreht
wird, das MRE-Ausgangssignal von der Kennlinie des Ablen
kungs(Vibrations)-Winkels Θ ab. Um eine gewünschte MRE-Wel
lenform zu erhalten, ist es sehr wichtig, mit diesem Ablen
kungswinkel Θ des Magnetvektors B zurechtzukommen.
Die Fig. 6A1 bis 6B3 zeigen das Verhältnis zwischen
den Ablenkungen des Magnetvektors B bezüglich der Zahnfor
men des Zahnrades 4 und den Signal formen, die diesen ent
sprechen. Fig. 6A1 zeigt eine Zahnform (Dreieckszähne) ent
sprechend diesem Ausführungsbeispiel; Fig. 6B1 zeigt die
herkömmliche Zahnform (Rechteckzähne). In diesen Figuren
zeigen die Positionen P1, P3 und P5 solche Positionen an,
in denen der Ablenkungswinkel Θ des Magnetvektors "0" wird,
wohingegen die Positionen P2 und P4 solche Positionen an
zeigen, in denen der Ablenkungswinkel Θ in jede der Plus-
und Minus-Richtungen maximal wird.
In dem in den Fig. 6A1 bis 6A3 gezeigten Fall sind
die Positionen P1 bis P5 im wesentlichen mit gleichem Ab
stand angeordnet. Da die Maximalposition des MRE-Ausgangs
signals, das der Position P2 entspricht, und die Minimalpo
sition des MRE-Ausgangssignals, das der Position P4 ent
spricht, nicht zu einer der Position P1, P3 und P5 abge
lenkt sind, kann als Folge die Sinuswelle von Fig. 6A3 er
halten werden, die eine geringere Verzerrung enthält. Im
Gegensatz dazu wird im herkömmlichen Fall, der in den
Fig. 6B1 bis 6B3 gezeigt ist, die Position P2 des maximalen
Ausgangspegels zur P1-Positionsseite abgelenkt; die Posi
tion P4 des minimalen Ausgangspegels wird zu P5-Positions
seite abgelenkt. Als Folge werden sowohl die Maximalposi
tion des MRE-Ausgangssignals als auch die Minimalposition
von diesem abgelenkt, so daß ein Ausgangssignal erzeugt
wird, das die Verzerrung enthält. Anders ausgedrückt kann
die Sinuswelle als MRE-Ausgangssignal bezüglich der Magnet
vektorkennlinie, die in den Fig. 6A1 bis 6A3 gezeigt
ist, erhalten werden, wohingegen die verzerrte Signalwelle
bei der herkömmlichen Magnetvektorkennlinie, die in den
Fig. 6B1 bis 6B3 gezeigt ist, erhalten wird.
Als Ursachen für die Verzerrung, die im MRE-Ausgangssi
gnal enthalten ist, werden die nachteiligen Einflüsse der
höheren sekundären harmonischen Komponenten angesehen. Das
heißt, daß das MRE-Ausgangssignal einer synthetisierten
Welle entspricht, die aus einer Basiswelle und einer höhe
ren harmonischen Welle erzeugt ist, so daß mit wachsender
höherer harmonischer Welle der Verzerrungsgrad größer wird.
Als experimentelles Ergebnis, das bei der vorliegenden Er
findung erhalten wurde, konnte jedoch, da die Zahnform des
Zahnrads dreieckig gestaltet ist, festgestellt werden, daß
die höhere sekundäre harmonische Komponente beträchtlich
verringert werden kann.
Andererseits zeigen die Fig. 7A und 7B ein Verhält
nis zwischen der Zahnform des Zahnrads und der höheren se
kundären harmonischen Komponente (zweiten Oberschwingun
gen); die Fig. 8A und 8B zeigen ein Verhältnis zwischen
der Zahnform des Zahnrads und dem Sensorausgangsverhältnis.
Den Fig. 7A und 7B kann entnommen werden, daß mit abneh
mender Zahnbreite W der Betrag (%) der höheren harmonischen
Komponente niedriger wird. In den Fig. 7A und 7B wird,
wenn W = 2,3 mm (und zwar in diesem Ausführungsbeispiel) ist,
die höhere sekundäre harmonische Komponente im wesentlichen
1%, wohingegen bei W<2,3 mm die höhere sekundäre harmonische
Komponente kleiner als 1% wird. Im Fall der Fig. 8A und
8B wird, wenn die Zahnhöhe H geändert wird, während der In
tervall zwischen den MREs und den Zahnradzähnen konstant
gehalten wird, das Sensorausgangsverhältnis mit abnehmender
Zahnhöhe H kleiner. Das heißt, daß entsprechend dem Zahnrad
dieses Ausführungsbeispiels die höhere sekundäre harmoni
sche Komponente verringert werden kann und das MRE-Aus
gangssignal auf einem höheren Pegel aufrechterhalten werden
kann. Es ist verständlich, daß die vorstehend beschriebene
Abmessung des Dreieckszahns in diesem Ausführungsbeispiel
unter Berücksichtigung zahlreicher Faktoren willkürlich ge
ändert werden kann. Ein Vorzug besteht z. B. im einfachen
Sinterprozeß, wenn die Dreieckzahnform aus einem rechtwink
ligen gleichschenkligen Dreieck gefertigt wird.
Obwohl sich dieses Ausführungsbeispiel auf die Zahnrad
zahnform bezieht, die Dreiecksform hat, kann die Zahnrad
zahnform auf viele andere Weisen abgewandelt werden. Fig.
9A ist eine experimentelle graphische Darstellung, die eine
Beziehung zwischen der Zahnradzahnform und dem Wellenform
verzerrungsbetrag (der höheren sekundären harmonischen Kom
ponente) im Zusammenhang mit dem Zahnlückenfaktor des Kopf
abschnitts des Zahnrads von Zahn zu Zahn zeigt.
Der Zahnlückenfaktor "SA/(SA+SB)(%)" des Zahnes, der
auf der Abszisse von Fig. 9A aufgetragen ist, bezeichnet
ein Verhältnis von SA zu (SA+SB) unter der Annahme, daß,
wie es in Fig. 9B gezeigt ist, ein Querschnittsbereich
eines Kopfabschnitts des Zahnes, der von einem Kopf von
diesem beim 10%-Höhen-Abschnitt eingenommen wird, als "SA"
definiert ist (und zwar bezeichnet der Querschnittsbereich
einen Bereich, der bei Betrachtung in Axialrichtung durch
Legen einer Achse senkrecht zur Vormagnetisierungsfeldrich
tung durch die Zahnradbewegungsrichtung definiert ist), und
ein anderer Querschnittsbereich eines Abschnitts innerhalb
eines Zahnkerbabschnitts, der dem Kopfabschnitt entspricht,
als SB definiert ist.
Andrerseits zeigt der Wellenformverzerrungsbetrag (%)
der Ordinate in Fig. 9A die Größe der höheren sekundären
harmonischen Komponente. Es ist festzuhalten, daß die Werte
Lp/2, Lp/3, Lp/4 in (a) bis (e) von Fig. 9A mittlere Zahn
breiten diese Zähne anzeigen und die gemittelte Zahnbreite
einen Mittelwert zwischen der Zahnbreite W1 des Kopfab
schnitts und der Zahnbreite W2 des Fußabschnitts anzeigt.
Die Symbole (a) bis (e), die in Fig. 9A gezeigt sind,
stellen dar, daß die Zahnform geändert wird, während die
Teilung Lp zwischen den benachbarten Zähnen auf einem kon
stanten Wert gehalten wird. Genauer gesagt zeigt das Bei
spiel (a) eine Teilung zu (:) einer gemittelten Zahnbreite
bei einem Rechteckzahn von 2 : 1 [Zahnlückenfaktor ist 50%].
Das Beispiel (b) zeigt eine Teilung zu einer gemittelten
Zahnbreite bei einem trapezförmigen Zahn von 2 : 1 [Zahn
lückenfaktor ist 35%]. Das Beispiel (c) zeigt eine Teilung
zu einer gemittelten Zahnbreite bei einem trapezförmigen
Zahn von 3 : 1 [Zahnlückenfaktor ist 18%]. Das Beispiel (d)
zeigt eine Teilung zu einer gemittelten Zahnbreite bei ei
nem trapezförmigen Zahn von 6 : 1 [Zahnlückenfaktor 11%].
Beispiel (e) zeigt eine Teilung zu einer gemittelten Zahn
breite bei einem Dreieckzahn von 2 : 1 [Zahnlückenfaktor ist
5%]. In den Fig. 9C(a) bis 9 C(e) sind detaillierte Ab
messungen der jeweiligen Zähne in den Beispielen (a) bis
(e) in Fig. 9A gezeigt. Die Bezeichnung "W1" bezeichnet die
Zahnbreite eines Kopfabschnitts und die Bezeichnung "W2"
bezeichnet die Zahnbreite eines Fußabschnitts.
In Fig. 9A können die Zahnformen, die in den Beispielen
(a) bis (c) gezeigt sind, verursachen, daß die MRE-Aus
gangssignale verzerrt werden, da die höhere sekundäre har
monische Komponente erhöht wird. Im Gegensatz dazu können
die Zahnformen, die in den Beispielen (b) und (e) gezeigt
sind, die Verzerrung, die im MRE-Ausgangssignal erzeugt
wird, deutlich unterdrücken, da die höhere sekundäre harmo
nische Komponente verringert wird. Es ist festzuhalten, daß
das Beispiel (e) das gleiche wie die vorstehend beschriebe
nen Dreieckszähne ist. Ferner wurde erkannt, daß, wenn die
Zahnbreite kleiner als die des Beispiels (d) gestaltet
wird, die höhere sekundäre harmonische Komponente weiter
verringert werden kann. Wenn jedoch die gemittelte Breite
des Zahnradzahnes geringer als 1/6 gestaltet wird, d. h. die
Teilung zwischen den benachbarten Zähnen, wird die Starr
heit (Steifigkeit) des Zahnrads verringert, so daß sich die
Bearbeitung dieses Zahnrads schwierig gestaltet. Ferner
konnte festgestellt werden, daß bei einer Verwendung des
Zahnlückenverhältnisses, das im Beispiel (d) gezeigt ist,
selbst wenn der Zahnradzahn Rechteckform hat, die höhere
sekundäre harmonische Komponente ausreichend verringert
werden konnte.
Anders ausgedrückt kann, wie es aus der graphischen
Darstellung in Fig. 9A ersichtlich ist, wenn die gemittelte
Breite des Zahnrades 1/6 der Zahnteilung beträgt, die Ver
zerrung, die im MRE-Ausgangssignal enthalten ist, beseitigt
werden und Schwankungen bei den Intervallen des Imulssi
gnals verringert werden.
Der Wellenformverzerrungsbetrag oder der Wellenformver
zerrungskoeffizient ist kleiner oder gleich 2%; für die
praktische Verwendung von diesem bei der Magnetismusrota
tionserfassungsvorrichtung besteht jedoch Eignung. Die Ur
sache dafür liegt darin, daß bei großem Wellenformverzer
rungsbetrag, und zwar der höheren sekundären harmonischen
Komponente, wenn die MREs tatsächlich gegenüber den Zahn
radzähnen montiert ist, die Intervalle zwischen den MREs
und den Zahnradzähnen schwanken. Als Ergebnis wird die Wel
lenform des MRE-Ausgangssignals verzerrt und somit die In
tervalle des Impulssignals verschoben. Dementsprechend kön
nen die Drehungen der Zahnradzähne nicht mit hoher Genauig
keit erfaßt werden.
Unter solchem Umstand ist, wie es in Fig. 9A gezeigt
ist, eine solche Zahnform vorzuziehen, bei der der Wert des
Zahnlückenfaktors SA/(SA+SB) die folgende Bedingung er
füllt: SA/(SA+SB)<12,5%. Es ist festzuhalten, daß entspre
chend der vorliegenden Erfindung die Zahnform als rechtek
kiger Zahn und dreieckiger Zahn, wie es in (d) und (e) ge
zeigt ist, ausgestaltet sein kann. Eine elliptische Zahn
form ist möglich. Außerdem kann eine andere Zahnform, bei
der nur der Kopfabschnitt scharf gestaltet ist, verwendet
werden und eine weitere Zahnform verwendet werden, deren
mittlerer Abschnitt konkav ist.
Andererseits wird, bei kleiner werdendem Wellenformver
zerrungsbetrag, wenn die Intervalle zwischen den MREs und
den Zahnradzähnen schwanken, die Schwankung bei den Impuls
intervallen klein. Die Ursache dafür besteht in folgendem.
Das heißt, daß in einem solchen Fall dieses Ausfüh
rungsbeispiels, bei dem die höhere sekundäre harmonische
Komponente verringert ist und die Wellenform des MRE-Aus
gangssignals in rechte und linke Richtung symmetrisch ge
staltet ist, wenn die Intervalle (auf die sich im folgenden
als "Spalte" bezogen wird) zwischen dem Zahnradzahn und dem
MRE kleiner als ein vorbestimmter Wert (und zwar ein großer
Spalt) werden, die Wellenformverzerrung und Impulssignalin
tervalle bei Verzerrung der Wellenform in den Fig. 15A
bis 17E dargestellt sind.
In den Fig. 15B, 16B und 17B sind die Wellenform,
deren Spalte vorgewählte Werte haben, durch eine Vollinie
angezeigt, wohingegen die Wellenform, deren Spalte klein
werden, durch eine gestrichelte Linie angezeigt sind.
Die Fig. 15A bis 15E entsprechen der Zahnform des
Beispiels (a), die Fig. 16A bis 16E entsprechen der
Zahnform des Beispiels (e) und die Fig. 17A bis 17E ent
sprechen der Zahnform des Beispiels (d).
Wenn der Spalt im rechteckigen Zahn, der in den Fig.
15A bis 15E gezeigt ist, klein wird, werden die Positionen
P1, P3 und P4 nicht verändert, sondern die Spitzenwert-
oder Maximalwertposition P2 und die untere oder Minimal
wertposition P4 des Ablenkungswinkels des Magnetvektors B
wird an die mittleren Position der Zahnbreite angenähert.
Als Folge wird die Wellenform in Richtung nahe an die mitt
lere Position P3 der Zahnbreite verschoben. Zwischen dem
Signalverschiebebetrag zwischen dem steigenden Signal und
dem abfallenden Signal, die jeweils auf dem Schwellwert
VTH(+) nahe der mittleren Position P3 der Zahnbreite und
dem Schwellwert VTH(-) von der mittleren Position P3 ent
fernt basierend erzeugt werden, wird ein Vergleich vorge
nommen. Als Ergebnis dieses Vergleiches ist das letztge
nannte größer als das erstgenannte. Als Folge wird ΘB<ΘA;
der Impulsintervall schwankt. Im Gegensatz dazu werden beim
Dreieckszahn, der in den Fig. 16A bis 16E gezeigt ist,
und beim Rechteckzahn, der in Fig. 17A bis 17E gezeigt
ist und ein Verhältnis von Teilung zu Zahnbreite von 6 : 1
hat, selbst wenn der Spalt klein wird, die Wellenformen
nicht verzerrt. Als Folge tritt keine Verschiebung des
steigenden Signals und des abfallenden Signals des Binärsi
gnals auf. Daher schwankt bei ΘB = Θ der Impulsintervall
nicht. Es ist festzuhalten, daß bei klein werdendem Spalt
die Amplitude der Ist-Wellenform groß wird. In Verbindung
damit sind die Schwellwerte VTH(+) und VTH(-) voneinander
verschieden. In diesem Fall sind jedoch aus Gründen der
Einfachheit die Wellenform, die die gleichen Amplituden und
die gleichen Schwellwerte haben, dargestellt.
Damit der erste Schwellwert VTH1 und der zweite
Schwellwert VHT2 bezüglich des Rechteckzahnes, der in Bei
spiel (a) gezeigt ist, an den mittleren Werten auf ΘB = ΘA
eingestellt werden kann, werden die Differenzen zwischen
dem Maximalwert und dem Minimalwert nicht konstant gestal
tet.
Fig. 18 ist eine graphische Darstellung von Experimen
ten, die die Schwankungen oder Änderungen der Genauigkeit
der Rotationswinkelerfassung bezüglich den Spaltschwankun
gen zeigt, während die entsprechenden Zahnformen z. B. (a)
bis (e) als Parameter verwendet werden.
In dieser graphischen Darstellung wird 1/4 einer Diffe
renz zwischen dem Maximalwert Vp des MRE-Ausgangssignals
und dem Minimalwert VB, und zwar (Vp-VB)/4, vom Maximalwert
Vp abgezogen, um den ersten Schwellwert VTH1 zu erhalten;
die Differenz wird zum Minimalwert VB addiert, um den zwei
ten Schwellwert VTH2 zu erhalten.
Das heißt
VTH1 = Vp - (Vp-VB)/4
= 3Vp/4 - VB/4
VTH2 = VB + (Vp-VB)/4
= Vp/4 + 3VB/4
= 3Vp/4 - VB/4
VTH2 = VB + (Vp-VB)/4
= Vp/4 + 3VB/4
Wie es aus Fig. 18 deutlich wird, ist bezüglich des
Rechteckzahns des Beispiels (a) bei größer werdendem Spalt
die Winkelerfassungsgenauigkeit hoch und wird eine Schwan
kung ausgeführt. Bezüglich des Dreieckzahns von Beispiel
(e) und des trapezförmigen Zahns des Beispiels (d), das das
Verhältnis von Teilung zu Zahnbreite von 6 : 1 hat, ist die
Schwankung der Winkelgenauigkeit gering. Da der Spalt in
einem Bereich zwischen 0 und 1,6 mm schwankt, wird die
Schwankung bei der Winkelerfassungsgenauigkeit der Bei
spiele (d) und (e), die kleine Wellenformverzerrungsbeträge
enthalten, im Vergleich mit der der anderen Formen der Bei
spiele (a), (b) und (c) klein. Daher können, wie es aus
Fig. 18 ersichtlich ist, die Rotationswinkel mit hoher Ge
nauigkeit erfaßt werden.
Dann kann ein Kraftstoffeinspritzbetrag mit höherer Ge
nauigkeit gesteuert werden, indem diese Struktur auf eine
Rotationswinkelerfassungsvorrichtung entweder von einem
Dieselmotor oder einem Direkteinspritz-Verbrennungsmotor
angewendet wird.
Alternativ dazu kann die vorliegende Erfindung ausge
führt werden, indem die folgenden alternativen Formen ange
wendet werden, die sich von denen des vorstehend erläuter
ten Ausführungsbeispiels unterscheiden.
- (1) Die Schwellwertsetzschaltung 9 kann in solchen Schaltungsanordnungen angeordnet sein, wie diese in z. B. den Fig. 10 und 11 gezeigt sind; die Schwellwerte dieser Schwellwertsetzschaltung 9 können auf von den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel unterschiedliche Werte gesetzt sein. Das heißt, daß in der Schwellwertsetzschal tung 9, die in Fig. 10 gezeigt ist, eine Konstantstrom schaltung 21 über einen Widerstand 20 mit der Maximalwert halteschaltung 10 verbunden ist. Eine weitere Konstant stromschaltung 23 ist über einen Widerstand 22 mit der Mi nimalwerthalteschaltung 11 verbunden. Entsprechend dieser Schaltung wird, wenn der Digitalschalter 16 leitfähig wird, ein Wert, der durch die Subtraktion eines vorgewählten Spannungswertes VO vom Maximalwert VP des MRE-Ausgangssi gnals erzeugt wird, als erster Schwellwert VTH1 eingestellt (VTH1 = VP-VO). Wenn der Digitalschalter 17 leitfähig wird, wird ein Wert, der durch die Addition eines vorbestimmten Spannungswertes VO zum Minimalwert VB des MRE-Ausgangssi gnals erhalten wird, als der zweite Schwellwert VTH2 einge stellt (VTH2 = VB+VO).
Andererseits wird in der Schwellwertsetzschaltung 9,
die in Fig. 11 gezeigt ist, eine mittlere Spannung aus der
Maximalspannung der Maximalwerthalteschaltung 10 und der
Minimalspannung der Minimalwerthalteschaltung 11 mittels
den Widerständen 30 und 31 erfaßt. Dann wird diese mittlere
Spannung über einen Verstärker 32 an dem mittleren Punkt
zwischen den Widerständen 33 und 34 angelegt. Eine Kon
stantstromschaltung 35 ist zwischen einen Widerstand 33 und
den Digitalschalter 16 geschaltet, wohingegen eine andere
Konstantstromschaltung 36 zwischen den anderen Widerstand
34 und dem Digitalschalter 17 geschaltet ist. Entsprechend
dieser Schaltung wird, wenn der Digitalschalter 16 leitfä
hig ist, ein Wert, der durch die Addition eines vorgewähl
ten Spannungswertes V1 zur mittleren Spannung des MRE-Aus
gangssignals erhalten wird, als der erste Schwellwert VTH1
eingestellt (VTH1 = (VP+VB)/2-V1). Wenn der Digitalschalter
17 leitfähig ist, wird ein Wert, der durch die Subtraktion
eines vorbestimmten Wertes V1 von der mittleren Spannung
des MRE-Ausgangssignals erhalten wird, als der zweite
Schwellwert VTH2 eingestellt (VTH2 = (VP+VB)/2-V1).
- (2) Ein "R (Rundabschnitt)" kann im Kopfabschnitt des Dreieckzahns ausgebildet sein. Zum Beispiel ist im Fall von Fig. 2 die Ausbildung des "R" mit Abmessung von kleiner als 0,4 bis 0,6 mm gestattet.
- (3) Obwohl die vorliegende Erfindung als Rotationsbewe gungs-Magnetismuserfassungsvorrichtung ausgeführt ist, kann die vorliegende Erfindung alternativ als Linearbewegungs- Magnetismuserfassungsvorrichtung ausgeführt sein.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung liegen zahlrei
che Vorteile vor. Das heißt, das die Verzerrung, die in den
Signalwellenformen enthalten ist, die aus dem Magnetowider
standselement abgeleitet sind, und die verursacht wird,
wenn beim Objekt, daß der Erfassung ausgesetzt ist, über
die Zähne des Zahnrads gegangen wird, verhindert werden
kann. Darüber hinaus können Schwankungen bei den Interval
len des Impulssignales, das durch das Ausführen des Wellen
formformungsvorgangs erhalten wird, verringert werden,
selbst wenn die Intervalle zwischen den Zahnradzähnen und
dem Sensor schwanken.
Somit befindet sich in einer Magnetismuserfassungsvor
richtung ein Magnetowiderstandselement nahe einem Zahnrad
mit Zähnen, um auf ein Magnetfeld, das an dieses angelegt
wird, anzusprechen. Durch die Ausbildung von jedem der
Zähne als gleichschenkliges Dreieck (Fig. 9C(d)) oder als
Trapez (Fig. 9C(d)), kann die Verzerrung, die im Ausgangs
signal vom Magnetowiderstandselement enthalten ist, besei
tigt werden. Darüber hinaus können Änderungen bei den In
tervallen eines Impulssignals, das durch die Ausführung
eines Wellenformformungsvorgangs erhalten wird, verringert
werden, selbst wenn ein Abstand zwischen den Zahnradzähnen
und dem Magnetowiderstandselement verändert wird.
Claims (7)
1. Magnetismuserfassungsvorrichtung, die aufweist:
ein Objekt (4), das der Erfassung ausgesetzt ist und
eine Vielzahl von Zähnen (5), die aus magnetischem Material
gefertigt sind und deren Querschnittsform liniensymmetrisch
gestaltet ist, und ebenfalls eine Vielzahl von Zahnkerbab
schnitten hat, die zwischen benachbarten Zähnen ausgebildet
sind,
einen Vormagnetisierungsmagnet (3), deren Magnetisie rungsfläche sich gegenüber den Zähnen des Objekts befindet, um zum Objekt hin ein Vormagnetisierungsfeld zu erzeugen,
ein Magnetowiderstandselement (1, 2), das sich im Vor magnetisierungsfeld befindet und vom Objekt mit einem vor bestimmten Intervall getrennt ist, um im Ansprechen auf ei ne Zustandsänderung des Vormagnetierungsfeldes, das vom Vormagnetisierungsmagnet auf das Objekt ausgeübt wird, eine Widerstandsänderung zu erzeugen, und
eine Wellenformformungseinrichtung (6 bis 9), die eine Ausgangswellenform des Magnetowiderstandselements auf einem hohen und einem niedrigen Schwellwert basierend digitali siert und ein Impulssignal erzeugt, das einer steigenden Flanke der digitalisierten Ausgangswellenform und einer ab fallenden Flanke von dieser entspricht,
wobei jeder der Zähne SA/(SA+SB)<0,125 genügt, wobei SA einem Querschnittsbereich eines Kopfabschnitts von jedem der Zähne bei einer Höhe von 10% von einem Kopf von jedem der Zähne aus bezeichnet und SB einen Querschnittsbereich vom jeweiligen Zahnkerbabschnitt bezeichnet, der dem Kopf abschnitt entspricht.
einen Vormagnetisierungsmagnet (3), deren Magnetisie rungsfläche sich gegenüber den Zähnen des Objekts befindet, um zum Objekt hin ein Vormagnetisierungsfeld zu erzeugen,
ein Magnetowiderstandselement (1, 2), das sich im Vor magnetisierungsfeld befindet und vom Objekt mit einem vor bestimmten Intervall getrennt ist, um im Ansprechen auf ei ne Zustandsänderung des Vormagnetierungsfeldes, das vom Vormagnetisierungsmagnet auf das Objekt ausgeübt wird, eine Widerstandsänderung zu erzeugen, und
eine Wellenformformungseinrichtung (6 bis 9), die eine Ausgangswellenform des Magnetowiderstandselements auf einem hohen und einem niedrigen Schwellwert basierend digitali siert und ein Impulssignal erzeugt, das einer steigenden Flanke der digitalisierten Ausgangswellenform und einer ab fallenden Flanke von dieser entspricht,
wobei jeder der Zähne SA/(SA+SB)<0,125 genügt, wobei SA einem Querschnittsbereich eines Kopfabschnitts von jedem der Zähne bei einer Höhe von 10% von einem Kopf von jedem der Zähne aus bezeichnet und SB einen Querschnittsbereich vom jeweiligen Zahnkerbabschnitt bezeichnet, der dem Kopf abschnitt entspricht.
2. Magnetismuserfassungsvorrichtung nach Anspruch 1,
bei der
jeder der Zähne, der im Objekt ausgebildet ist, im
Querschnitt als gleichschenkliges Dreieck (Fig. 9C(e)) aus
gebildet ist.
3. Magnetismuserfassungsvorrichtung nach Anspruch 2,
bei der
das gleichschenklige Dreieck an seinem Kopfabschnitt
einen Scheitelwinkel von 90 Grad hat.
4. Magnetismuserfassungsvorrichtung nach Anspruch 1,
bei der
jeder der Zähne, die im Objekt ausgebildet sind, im
Querschnitt Trapezform hat (Fig. 9C(d)), deren gemittelte
Zahnbreite ungefähr 1/6 einer Teilung zwischen den benach
barten Zähnen beträgt.
5. Magnetismuserfassungsvorrichtung nach einem der An
sprüche 1 bis 4, bei der
das Magnetowiderstandselement durch zumindest ein Paar
von Strukturen ausgebildet ist, das eine solche Winkelbe
ziehung hat, daß das eine Paar von Strukturen sich im glei
chen Magnetfeld schneidet und in einer Ebene, die die Vor
magnetisierungsfeldrichtung abdeckt, und einer Richtung,
entlang der die Zähne ausgerichtet sind, angeordnet ist.
6. Magnetismuserfassungsvorrichtung nach Anspruch 5,
bei der
das Objekt ein drehbares Zahnrad ist, das die Zähne an
seinem Außenumfang aufweist.
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