DE19614165A1 - Magnetdetektor zum Erfassen von Bezugsstellungen und Drehrichtungen - Google Patents
Magnetdetektor zum Erfassen von Bezugsstellungen und DrehrichtungenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Magnetdetektor zum
Erfassen der Bewegung eines Objektes mittels eines elektroma
gnetischen Wandlers, in dem der elektromagnetische Effekt ei
ner Magnetwiderstandsvorrichtung (Feldplatte), einer Hall-
Vorrichtung oder dergleichen genutzt wird.
Ein herkömmlicher Drehungsmeßgeber für das Erfassen der
Bewegung eines Objektes mittels eines elektromagnetischen
Wandlers ist beispielsweise aus der JP-A-3-195907 bekannt. In
diesem Meßgeber sind elektromagnetische Vorrichtung derart
angebracht, daß sie jeweils über einen Luftspalt hinweg Zäh
nen eines Zahnrades gegenüberstehen. Mittels der elektroma
gnetischen Vorrichtung werden durch die Drehung des Zahnrades
verursachte Änderungen eines durch einen Vormagnetisierungs
magneten erzeugten Magnetfeldes in elektrische Ausgangssigna
le umgesetzt. Die elektrischen Ausgangssignale werden in Bi
närdaten umgesetzt. Durch Zählen der Anzahl von Impulsen der
Binärdaten oder Messen des Abstandes zwischen zwei aufeinan
derfolgenden Impulsen oder der Impulsperiode können der Dreh
winkel und die Drehgeschwindigkeit ermittelt werden. Gemäß
der Beschreibung in der JP-UP-GM-6-33419 kann mit einem Dreh
melder dieser Art auch eine Drehung in der Gegenrichtung er
mittelt werden. In diesem Drehmelder sind zwei Paare aus je
weils einer Magnetwiderstandsvorrichtung und einer Schaltung
zum Umsetzen eines von der Magnetwiderstandsvorrichtung abge
gebenen Signals in Binärdaten vorgesehen. Die von der Schal
tung abgegebenen Binärdaten werden für die Bestimmung heran
gezogen, ob die Drehrichtung die Normalrichtung oder die Ge
genrichtung ist. In mehreren Experimenten wurde versucht, ei
ne Bezugsstellung durch Weglassen eines Zahnes des Zahnrades
an der Bezugsstelle zu erfassen. Durch das Weglassen eines
Zahnes ändert sich der Abstand zwischen zwei aufeinanderfol
genden Impulsen und die Änderung des Impulsabstandes (oder
der Impulsperiode) kann als Bezugsstellung wahrgenommen wer
den. Es wurde jedoch der Umstand festgestellt, daß die Ampli
tude eines von der Magnetwiderstandsvorrichtung an der Grenze
zwischen einem Bereich mit ununterbrochen angeordneten Zähnen
und der Stelle einer Zahnlücke für das Erfassen der Bezugs
stellung abgegebenen Wechselstromsignals unvermeidbar größer
wird. Infolge dessen entstand ein Problem, wenn bei einer
Voraufbereitung vor dem Umsetzen zu Binärdaten das von der
Magnetwiderstandsvorrichtung abgegebene Wechselstromsignal
verstärkt wurde. Es wurde festgestellt, daß nach der Binärum
setzung der Impulsabstand an der Grenze zwischen dem Bereich
mit den ununterbrochen angeordneten Zähnen und der Stelle mit
der Zahnlücke für das Erfassen der Bezugsstellung größer ist
als der Impulsabstand oder die Impulsperiode in dem Bereich
mit den ununterbrochen angeordneten Zähnen, wodurch es unmög
lich wird, eine genaue Drehwinkelinformation weiterzugeben.
Um zu ermitteln, ob die Drehrichtung die Gegenrichtung ist
oder nicht, ist es gemäß der vorangehenden Beschreibung er
forderlich, zwei Komponentenpaare mit jeweils einer Magnetwi
derstandsvorrichtung und einer Schaltung zum Umsetzen eines
von der Magnetwiderstandsvorrichtung abgegebenen Signals in
Binärdaten vorzusehen, wodurch die Schaltungsanordnung kom
pliziert wird.
Bei der Erfassung der Drehung eines Meßobjektes mittels
eines magnetischen Abnehmers ist eine Ausgangsspannung V
gleich dΦ/dt. Infolgedessen ist die Amplitude der Ausgangs
spannung bei niedrigen Drehzahlen klein, wodurch es schwierig
wird, die Vorrichtung praktisch einzusetzen.
Eine als Sensor dienende Magnetwiderstandsvorrichtung
ergibt unabhängig von der Drehzahl ein Ausgangssignal mit
konstanter Größe. Aus diesem Grund bietet die Magnetwider
standsvorrichtung den Vorteil, daß sie auch gleichermaßen bei
niedrigen Drehzahlen eingesetzt werden kann. Da andererseits
die Amplitude des Ausgangssignals klein ist, muß dieses ver
stärkt werden.
Falls jedoch die Amplitude eines Signals aus einem Ver
stärker zum Verstärken des von der Magnetwiderstandsvorrich
tung abgegebenen Signals übermäßig groß wird, wird an die in
der Schaltung verwendeten Vorrichtungen eine zu hohe Spannung
angelegt, wodurch sich eine Möglichkeit von Fehlfunktionen
ergibt. Aus diesem Grund wird im allgemeinen das von dem Ver
stärker abgegebene Signal derart begrenzt, daß seine Amplitu
de nicht einen vorbestimmten Wert übersteigt. Ein Verstär
kungsfaktor muß daher so eingestellt werden, daß die Amplitu
de des verstärkten Signals an der Grenze zwischen dem Bereich
mit den ununterbrochen angeordneten Zähnen und dem Bereich
mit der Zahnlücke für das Erfassen der Bezugsstellung kleiner
ist als ein vorbestimmter Grenzwert. Infolgedessen kann die
Amplitude des verstärkten Signals in dem Bereich mit den un
unterbrochen angeordneten Zähnen nicht ausreichend verstärkt
werden, wodurch sich ein Problem insofern ergibt, als es
schwierig ist, das von der Magnetwiderstandsvorrichtung abge
gebene Signal von bestehenden Störsignalen zu unterscheiden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zur Bewegungs
erfassung mittels elektromagnetischer Wandler einen Magnetde
tektor zu schaffen, mit dem Probleme wie hinsichtlich eines
zu großen verstärkten Ausgangssignals, einer ungleichförmigen
Impulsperiode und einer komplizierten Schaltungsanordnung ge
löst werden können, so daß der Magnetdetektor praktisch ein
gesetzt werden kann.
Erfindungsgemäß wird durch einen Vormagnetisierungsma
gneten ein Magnetfeld erzeugt, welches auf ein Meßobjekt ge
richtet ist. Eine Magnetwiderstandsvorrichtung nimmt durch
die Bewegung des Meßobjektes verursachte Änderungen des Zu
standes des Vormagnetisierungsfeldes durch Umwandeln der Än
derungen in ein elektrisches Ausgangssignal auf. In einem Be
reich für das Erfassen einer Bezugsstellung hinsichtlich der
Bewegungsrichtung des Meßobjektes ist ein Zahn angebracht,
aber die Form des Zahnes ist absichtlich von derjenigen einer
Vielzahl von gleichförmigen Zähnen verschieden, die in glei
chen Abständen in dem restlichen Bereich angebracht sind. Als
Alternative ist der Bereich für das Erfassen einer Bezugs
stellung mit einem Meßabschnitt versehen, der von gleichför
migen Meßabschnitten verschieden ist, die an dem übrigen Be
reich vorgesehen sind. Infolgedessen ist die während des Vor
beilaufens des in dem Bereich für das Erfassen einer Bezugs
stellung angebrachten Zahnes oder des Meßabschnittes dieses
Bereiches im Ablauf der Bewegung des Meßobjektes auftretende
Änderung hinsichtlich des Zustandes des Vormagnetisierungs
feldes oder der Änderung der Richtung des magnetischen Vek
tors im Vergleich zu einer Vorrichtung gering, bei der ledig
lich in dem Bereich für das Erfassen einer Bezugsstellung ein
Zahn weggelassen ist. Demzufolge kann der Anstieg der Ampli
tude des von der Magnetwiderstandsvorrichtung abgegebenen Si
gnals unterdrückt werden. Zum Umsetzen des von der Magnetwi
derstandsvorrichtung abgegebenen Signals in Binärdaten wird
eine Binärumsetzeinrichtung verwendet. Durch das Aufnehmen
des von der Binärumsetzeinrichtung abgegebenen binären Si
gnals erfaßt eine Bezugsstellung-Detektoreinrichtung im Ab
lauf der Bewegung des Meßobjektes das Vorbeilaufen des in dem
Bereich für das Erfassen einer Bezugsstellung angebrachten
Zahnes.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungs
beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläu
tert.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines ersten
Ausführungsbeispiels für einen erfindungsgemäßen Drehungsde
tektor.
Fig. 2 ist eine vergrößerte Darstellung von hauptsächli
chen Elementen des ersten Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 1.
Fig. 3 ist eine erläuternde Darstellung der Lagebezie
hung und der elektrischen Gestaltung des ersten Ausführungs
beispiels für den Drehungsdetektor.
Fig. 4 zeigt Zeitdiagramme von Signalkurvenformen und
dergleichen bei dem ersten Ausführungsbeispiel für den Dre
hungsdetektor.
Fig. 5 ist eine Schaltbild, das den Aufbau einer
Binärumsetzschaltung zeigt.
Fig. 6 ist ein Schaltbild, das den Aufbau einer Prozes
sorschaltung zeigt.
Fig. 7 zeigt Zeitdiagramme von Signalkurvenformen und
dergleichen bei dem ersten Ausführungsbeispiel für den Dre
hungsdetektor.
Fig. 8 zeigt Zeitdiagramme von Signalkurvenformen und
dergleichen bei dem ersten Ausführungsbeispiel für den Dre
hungsdetektor.
Fig. 9 zeigt Zeitdiagramme von Signalkurvenformen und
dergleichen bei dem ersten Ausführungsbeispiel für den Dre
hungsdetektor.
Fig. 10 bis 12 sind jeweils eine erläuternde Darstellung
einer Lagebeziehung zwischen einer Magnetwiderstandseinheit
und einem Zahnrad.
Fig. 13 ist eine Darstellung von Ausgangssignalen einer
Halbbrückenschaltung an verschiedenen Stellen.
Fig. 14 und 15 sind jeweils ein Kennliniendiagramm von
Änderungen des Ausgangssignals der Halbbrückenschaltung.
Fig. 16 ist ein Kennliniendiagramm, das Zusammenhänge
zwischen einem Luftspalt und einer Amplitude veranschaulicht.
Fig. 17 bis 19 sind jeweils Zeitdiagramme von Signalkur
venformen und dergleichen zu Vergleichszwecken.
Fig. 20 ist ein Kennliniendiagramm, das den Zusammenhang
zwischen einem Verhältnis der Höhe eines Zahnes in einem Be
zugsstellung-Erfassungsbereich zu der Höhe von gleichförmigen
Zähnen und einem Verstärkungsfaktor veranschaulicht.
Fig. 21 ist eine schematische Darstellung eines zweiten
Ausführungsbeispiels für einen erfindungsgemäßen Drehungsde
tektor.
Fig. 22 ist eine vergrößerte Darstellung von hauptsäch
lichen Elementen des zweiten Ausführungsbeispiels nach Fig.
21.
Fig. 23 zeigt Zeitdiagramme von Signalkurvenformen und
dergleichen bei dem zweiten Ausführungsbeispiel für den Dre
hungsdetektor.
Fig. 24 ist eine vergrößerte Darstellung eines Zahnra
des, das bei einem dritten Ausführungsbeispiel für einen er
findungsgemäßen Drehungsdetektor verwendet wird.
Fig. 25 ist eine vergrößerte Darstellung eines Zahnra
des, das bei einem vierten Ausführungsbeispiel für einen er
findungsgemäßen Drehungsdetektor verwendet wird.
Fig. 26 ist eine vergrößerte Darstellung eines Zahnra
des, das bei eine fünften Ausführungsbeispiel für einen er
findungsgemäße Drehungsdetektor verwendet wird.
Fig. 27 ist ein Schaltbild, das zu Vergleichszwecken den
Aufbau einer Prozessorschaltung zeigt.
Fig. 28 zeigt Zeitdiagramme von Signalkurvenformen und
dergleichen eines Drehungsdetektors zu Vergleichszwecken.
Fig. 29 ist eine vergrößerte Darstellung eines Zahnra
des, das bei einem sechsten Ausführungsbeispiel für einen er
findungsgemäßen Drehungsdetektor verwendet wird.
Fig. 30 ist eine schematische Darstellung eines siebten
Ausführungsbeispiels für einen erfindungsgemäßen Drehungsde
tektor.
Fig. 31 ist eine vergrößerte Darstellung eines Abschnit
tes A1 eines Zahnrades.
Fig. 32 ist eine vergrößerte Darstellung eines Abschnit
tes A2 des Zahnrades.
Fig. 33 ist eine vergrößerte Darstellung eines Abschnit
tes A3 des Zahnrades.
Fig. 34 ist eine vergrößerte Darstellung eines Abschnit
tes A4 des Zahnrades.
Fig. 35 ist eine schematische Darstellung eines achten
Ausführungsbeispiels für einen erfindungsgemäßen Drehungsde
tektor.
Fig. 36 ist eine vergrößerte Darstellung eines Abschnit
tes B1 eines Zahnrades.
Fig. 37 ist eine vergrößerte Darstellung eines Abschnit
tes B2 des Zahnrades.
Fig. 38 ist eine vergrößerte Darstellung eines Abschnit
tes B3 des Zahnrades.
Fig. 39 ist eine vergrößerte Darstellung eines Abschnit
tes B4 des Zahnrades.
Fig. 40 ist eine schematische Darstellung eines neunten
Ausführungsbeispiels für einen erfindungsgemäßen Drehungsde
tektor.
Fig. 41 ist eine schematische Darstellung eines zehnten
Ausführungsbeispiels für einen erfindungsgemäßen Drehungsde
tektor.
Fig. 42 ist eine Darstellung der Form eines Zahnrades
und einer Signalkurvenform bei einem elften Ausführungsbei
spiel.
Fig. 43 ist eine Darstellung der Form eines bei einem
zwölften Ausführungsbeispiel verwendeten Zahnrades.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnung wird ein erstes Aus
führungsbeispiel beschrieben, welches ein erfindungsgemäßer
Drehungsdetektor ist.
Die Fig. 1 ist eine schematische Darstellung des ersten
Ausführungsbeispiel der Erfindung und die Fig. 2 ist eine
vergrößerte Darstellung von hauptsächlichen Elementen eines
Teiles A des ersten Ausführungsbeispiels nach Fig. 1.
Dieses Ausführungsbeispiel ist eine Vorrichtung zum Er
fassen der Drehung der Kurbelwelle eines Ottomotors. Ein von
diesem Drehungsdetektor abgegebenes Signal wird einer Maschi
nensteuereinheit zugeführt, in der es zum Steuern des Zünd
zeitpunktes und für andere Zwecke benutzt wird.
Eine Drehachse 1 nach Fig. 1 ist mit der Kurbelwelle des
Ottomotors verbunden und wird durch diese angetrieben und an
der Drehachse 1 ist ein Zahnrad 2 als Meßobjekt befestigt.
Das Zahnrad 2 ist eine kreisförmige Platte aus einem magneti
schen Material wie Eisen und hat eine bestimmtes Gewicht.
An dem Umfang des Zahnrades 2 ist fortgesetzt in glei
chen Winkelabständen eine Anzahl von gleichförmigen Zähnen 3
ausgebildet, die nachfolgend als Dreieckzähne bezeichnet wer
den. Die Dreieckzähne 3 haben jeweils eine Form, die einem
gleichschenkligen Dreieck ähnlich ist. In der radialen Rich
tung des Zahnrades 2 haben die Dreieckzähne 3 eine Höhe H1.
Im einzelnen bilden die Dreieckzähne 3 jeweils ein gleich
schenkliges Dreieck, das gemessen von dem Umfang eines durch
eine strichpunktierte Linie dargestellten Kreises, dessen
Mitte auf der Mitte des Zahnrades liegt und der einen Radius
H0 hat, die Höhe H1 hat. Die Dreieckzähne 3 dienen zum Erzeu
gen eines Winkelsignals.
An dem Umfang des Zahnrades 2 sind in jeweiligen Win
kelabständen von 90° Zähne 4 ausgebildet, die jeweils als Be
zugsstellung-Erfassungsbereich sowie als Drehrichtung-
Bestimmungsbereich dienen und jeweils trapezähnliche Form ha
ben. Somit haben die Zähne 4 jeweils eine von der Form der
Zähne 3 verschiedene Form und werden nachstehend als Trape
zoidzähne bezeichnet. In der Richtung des Radius des Zahnra
des 2 haben die Trapezoidzähne 4 eine Höhe H2. Zwischen der
Höhe H2 der Trapezoidzähne 4 und der Höhe H1 der Dreieckzähne
3 besteht die folgende Beziehung:
(1/2) · H1 < H2 < H1.
D.h., die Höhe H2 der Trapezoidzähne 4 ist kleiner als
die Höhe H1 der Dreieckzähne 3, aber größer als die Hälfte
der Höhe H1.
Eine Sensoreinheit 5 ist an einer nachfolgend als Nähe
rungsstelle bezeichneten Stelle angebracht, die von der Um
fangsfläche des Zahnrades 2 in radialer Richtung zu diesem um
einen Luftspalt mit einer bestimmten Breite beabstandet ist.
Die Sensoreinheit 5 enthält einen Vormagnetisierungsmagneten
6, ein als erste elektromagnetische Wandlervorrichtung die
nendes ferromagnetisches Magnetwiderstandselement 7 und ein
als zweite elektromagnetische Wandlervorrichtung dienendes
ferromagnetisches Magnetwiderstandselement 8.
Gemäß der Darstellung in Fig. 3 hat der Vormagnetisie
rungsmagnet, der ein Permanentmagnet ist, eine als magneti
scher Nordpol dienende Fläche und an der anderen Seite eine
als magnetischer Südpol dienende Fläche. Die N-Fläche des Ma
gneten 6 ist in einer Lage angeordnet, bei der sie der Um
fangsfläche des Zahnrades 2 näher an dieser gegenübergesetzt
ist. Die als Nahabstandslage bezeichnete Lage der N-Fläche
des Magneten ist von der Umfangsfläche in radialer Richtung
zu dem Zahnrad 2 um einen bestimmten Spalt beabstandet. Von
der N-Fläche des Magneten 6 wird in der Richtung zu dem Zahn
rad 2 hin ein Vormagnetisierungsfeld erzeugt. Die Magnetwi
derstandselemente 7 und 8 sind an einem in der Zeichnung
nicht dargestellten Substrat angebracht. Die Magnetwider
standselemente 7 und 8 sind gleichfalls an Nahabstandsstellen
in dem Vormagnetisierungsfeld angebracht, die von der Um
fangsfläche des Zahnrades 2 in radialer Richtung zu diesem um
einen bestimmten Spalt beabstandet sind. Im einzelnen sind
die Magnetwiderstandselemente 7 und 8 in einem vorbestimmten
Abstand zueinander auf dem Umfang eines Kreises angeordnet,
dessen Mitte mit der Mitte des Zahnrades 2 übereinstimmt. Der
Abstand zwischen den Magnetwiderstandselementen 7 und 8 ist
kleiner als der Teilungsabstand der Dreieckzähne 3 des Zahn
rades 2. Gemäß der Darstellung in Fig. 4 bewirkt die in der
Figur durch die Abwicklung des Zahnrades 2 dargestellte Dre
hung des Zahnrades 2, daß sich das Vormagnetisierungsfeld
bzw. die Richtung des magnetischen Vektors desselben ändert.
Durch die Änderungen der Richtung des magnetischen Vektors
werden wiederum die Widerstandswerte der Magnetwiderstands
elemente 7 und 8 verändert.
Gemäß der Darstellung in Fig. 3 sind die Magnetwider
standselemente 7 und 8 miteinander zu einer Halbbrücke ver
bunden. D.h., die Magnetwiderstandselemente 7 und 8 sind zu
einander in Reihe geschaltet und an ein Ende der Reihenschal
tung wird eine konstante Spannung Vcc angelegt. Das andere
Ende der Reihenschaltung ist auf Masse gelegt. Als Sensoraus
gangssignal wird das als Mittelpunktpotential bezeichnete Po
tential an dem Verbindungspunkt zwischen den Magnetwider
standselementen 7 und 8 abgegeben. Das von dieser Halbbrük
kenschaltung abgegebene Signals ist ein Auslenkungswinkelsi
gnal, welches dem durch die Drehung des Zahnrades 2 gemäß der
Darstellung in Fig. 4 verursachten Auslenkungswinkel des ma
gnetischen Vektors entspricht.
Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die ferromagneti
schen Magnetwiderstandselemente 7 und 8 derart eingebaut, daß
ein durch die Sensoreinheit 5 und die Richtung des Vormagne
tisierungsfeldes gebildeter Winkel ungefähr 45° beträgt. Das
Zahnrad 2 hat einen Radius von 70 mm und es sind auf seinem
Umfang in gleichen Abständen 48 Dreieckzähne 3 ausgebildet.
Der Luftspalt ist 1 mm dick.
Gemäß Fig. 3 ist an einen Ausgangsanschluß 9 der Halb
brückenschaltung eine als Binärumsetzer dienende Binärumsetz
schaltung 10 angeschlossen. Die tatsächliche Gestaltung der
Binärumsetzschaltung 10 ist in Fig. 5 dargestellt. In der Bi
närumsetzschaltung 10 werden die Spitzenwerte und die Tiefst
werte der Kurvenform des Auslenkungssignals gespeichert und
abwechselnd Schwellenwerte erzeugt, die gleich 1/4 und 3/4
der Differenz zwischen dem Spitzenwert und dem Tiefstwert
sind. Dann werden durch einen Größenvergleich des Ausgangs
signals der Halbbrückenschaltung mit diesen Schwellenwerten
binäre Werte erzeugt.
Gemäß Fig. 5 ist der Ausgangsanschluß 9 der Halbbrücken
schaltung über einen Verstärker 11 mit dem invertierenden
Eingang eines Vergleichers 12 verbunden. Der Ausgangsanschluß
des Verstärkers 11 ist mit einer Spitzenwert-Halteschaltung
13 und einer Tiefstwert-Halteschaltung 14 verbunden. Von der
Spitzenwert-Halteschaltung 13 wird der Spitzenwert des Aus
gangssignals der Halbbrückenschaltung festgehalten, während
von der Tiefstwert-Halteschaltung 14 der Tiefstwert des Aus
gangssignals der Halbbrückenschaltung festgehalten wird.
Zwischen den Ausgangsanschluß der Spitzenwert-
Halteschaltung 13 und den Ausgangsanschluß der Tiefstwert-
Halteschaltung 14 sind vier Widerstände 15, 16, 17 und 18 in
Reihe geschaltet. Analogschalter 21 und 22 bilden eine Rei
henschaltung, die einen Verbindungspunkt 19 zwischen den Wi
derständen 15 und 16 mit einem Verbindungspunkt 20 zwischen
den Widerständen 17 und 18 verbindet. An den Verbindungspunkt
zwischen den Analogschaltern 21 und 22 ist der nichtinvertie
rende Eingang des Vergleichers 12 angeschlossen. Der Aus
gangsanschluß des Vergleichers 12 ist mit dem Steueranschluß
des Analogschalters 22 verbunden. Ferner ist der Ausgangsan
schluß des Vergleichers 12 über einen Inverter 24 mit dem
Steueranschluß des Analogschalters 21 verbunden.
Ah den Ausgangsanschluß des Vergleichers 12 ist eine
Flankendetektorschaltung 25 angeschlossen. Die Flankendetek
torschaltung 25 enthält eine Anstiegsflanken-Detektoreinheit
26 und eine Abfallflanken-Detektoreinheit 27. Von der An-
Stiegsflanken-Detektoreinheit 26 wird nur die Anstiegsflanke
eines von dem Vergleicher 12 abgegebenen Signals erfaßt und
an die Tiefstwert-Halteschaltung 14 ein Tiefstwert-
Rückstellsignal abgegeben. Andererseits wird von der Abfall
flanken-Detektoreinheit 27 nur die abfallende Flanke des von
dem Vergleicher 12 abgegebenen Signals erfaßt und an die
Spitzenwert-Halteschaltung 13 ein Spitzenwert-Rückstellsignal
abgegeben.
In der bisher beschriebenen Schaltungsanordnung wird das
von der Halbbrückenschaltung abgegebene Signal durch den Ver
stärker 11 verstärkt und die Amplitude des Ausgangssignals
des Verstärkers 11 wird mit den Schwellenwerten verglichen.
Als Vergleichsergebnis gibt der Vergleicher 12 ein Signal mit
dem hohen Pegel H und dem niedrigen Pegel L ab. Entsprechend
den Pegeln H und L des Ausgangssignals des Vergleichers 12
wird entweder der Analogschalter 21 oder der Analogschalter
22 durchgeschaltet, wodurch das Potential von dem nichtinver
tierenden Eingang des Vergleichers 12 von (1/4) (PH-BH) auf
(3/4) (PH-BH) oder umgekehrt umgeschaltet wird, wobei mit PH
der durch die Spitzenwert-Halteschaltung 13 festgehaltene
Spitzenwert bezeichnet ist, während mit BH der von der
Tiefstwert-Halteschaltung 14 festgehaltene Tiefstwert be
zeichnet ist. Der Ausgangsanschluß der Spitzenwert-
Halteschaltung 13 ist über einen Widerstand 28 mit dem nicht
invertierenden Eingang eines Rechenverstärkers 29 verbunden.
Andererseits ist der Ausgangsanschluß der Tiefstwert-
Halteschaltung 14 über einen Widerstand 30 mit dem invertie
renden Eingang des Rechenverstärkers 29 verbunden. Der nicht
invertierende Eingang des Rechenverstärkers 29 ist über einen
Widerstand 31 mit Masse verbunden. Das Ausgangssignal des Re
chenverstärkers 29 ist zur Gegenkopplung über einen Wider
stand 32 zurückgeführt.
Der Ausgangsanschluß des Rechenverstärkers 29 ist mit
dem invertierenden Eingang eines Vergleichers 33 verbunden.
Der nichtinvertierende Eingang des Vergleichers 33 ist an ei
ne Bezugsspannungsquelle 34 angeschlossen. Der Ausgangsan
schluß des Vergleichers 33 ist mit einem der Eingänge eines
UND-Gliedes 35 verbunden. Gleichermaßen ist der Ausgangsan
schluß des Vergleichers 33 auch mit einem der Eingänge eines
UND-Gliedes 36 verbunden. Der andere Eingang des UND-Gliedes
35 ist mit dem Ausgangsanschluß des Vergleichers 12 verbun
den, während der andere Eingang des UND-Gliedes 36 über einen
Inverter 37 mit dem Ausgangsanschluß des Vergleichers 12 ver
bunden ist. Der Ausgang des UND-Gliedes 35 ist über eine
Spitzenwert-Anhebeleitung an die Spitzenwert-Halteschaltung
13 angeschlossen. Gleichermaßen ist der Ausgang des UND-
Gliedes 36 über eine Tiefstwert-Absenkleitung an die Tiefst
wert-Halteschaltung 14 angeschlossen.
In der bisher beschriebenen Schaltungsanordnung wird von
dem Rechenverstärker 29 die Differenz zwischen dem festgehal
tenen Spitzenwert PH und dem festgehaltenen Tiefstwert BH be
rechnet. Falls diese Differenz (PH-BH) geringer ist als eine
von der Bezugsspannungsquelle 34 erzeugte Bezugsspannung
VREF1, gibt der Vergleicher 33 einen Pegel "1" (H) ab. Infol
gedessen werden entsprechend diesem Ausgangssignalpegel je
weils der Spitzenwert und der Tiefstwert auf 5 V angehoben
bzw. auf 0 V gesenkt, um sie voneinander zu trennen. Falls an
dererseits die Differenz (PH-BH) größer als die von der Be
zugsspannungsquelle 34 erzeugte Bezugsspannung VREF1 ist,
gibt der Vergleicher 33 den Pegel "0" bzw. L ab, wodurch die
Differenz (PH-BH) auf einem festen Wert gehalten wird, der
gleich der Bezugsspannung VREF1 ist.
Ein Verbindungspunkt 38 zwischen dem Rechenverstärker 29
und dem Vergleicher 33 ist mit dem invertierenden Eingang ei
nes Vergleichers 39 verbunden. Andererseits ist der nicht in
vertierende Eingang des Vergleichers 39 an eine Bezugsspan
nungsquelle 40 angeschlossen. Der Ausgang des Vergleichers 39
ist mit einem der Eingänge eines UND-Gliedes 41 verbunden.
Ferner ist der Ausgang des Vergleichers 39 auch mit einem der
Eingänge eines UND-Gliedes 42 verbunden. Der andere Eingang
des UND-Gliedes 42 ist an den Ausgang des Vergleichers 12 an
geschlossen. Der andere Eingang des UND-Gliedes 41 ist über
einen Inverter 43 gleichfalls an den Ausgang des Vergleichers
12 angeschlossen. Der Ausgang des UND-Gliedes 41 ist über ei
ne Spitzenwert-Speichersperrsignal-Leitung mit der Spitzen
wert-Halteschaltung 13 verbunden. Der Ausgang des UND-Gliedes
42 ist über eine Tiefstwert-Speichersperrsignal-Leitung mit
der Tiefstwert-Halteschaltung 14 verbunden.
In dem bisher beschriebenen Schaltungsaufbau wird im Zu
ge des Festhaltens des Spitzenwertes ein Tiefstwert-
Speichersperrsignal BHI erzeugt, um das Festhalten des
Tiefstwertes zu verhindern, solange der Tiefstwert nicht um
eine vorbestimmte Spannungsdifferenz abweicht. Auf diese Wei
se ist der Schwellenwert immer größer als der Wert des Aus
gangssignals der Halbbrückenschaltung, so daß das Ausgangs
signal auf dem Pegel H gehalten wird. Das gleiche gilt für
das entgegengesetzte. D.h., im Zuge des Festhaltens des
Tiefstwertes wird ein Spitzenwert-Speichersperrsignal PHI er
zeugt, um das Festhalten des Spitzenwertes zu verhindern, so
lange der Spitzenwert nicht um eine vorbestimmte Spannungs
differenz abweicht. Auf diese Weise ist der Schwellenwert
stets kleiner als der Wert des Ausgangssignals der Halbbrük
kenschaltung, so daß das Ausgangssignal auf dem Pegel L ge
halten wird.
In der Binärumsetzschaltung 10 mit diesem Aufbau wird
die Kurvenform des in Fig. 4 dargestellten Auslenkungssignals
umgeformt, wodurch das Auslenkungssignal in ein binäres Im
pulsausgangssignal umgewandelt wird.
Es wäre anzumerken, daß deswegen, weil die in Fig. 5
dargestellte Binärumsetzschaltung 10 die gleiche wie eine in
der JP-OS 6-300584 beschriebene Schaltung ist, die ausführli
che Beschreibung ihrer Funktion und anderer Merkmale wegge
lassen wird.
Gemäß Fig. 3 ist an den Ausgang der Binärumsetzschaltung
10 eine Prozessorschaltung 44 angeschlossen, die als Bezugs
stellung-Detektoreinrichtung sowie als Bewegungsrichtung-
Detektoreinrichtung dient. Der Aufbau der Prozessorschaltung
44 ist in Fig. 6 dargestellt. Gemäß dieser Darstellung ist an
den Ausgang der Binärumsetzschaltung 10 eine Anstiegsflanken-
Detektorschaltung 45 angeschlossen. Gemäß Fig. 7 erfaßt die
Anstiegsflanken-Detektorschaltung 45 die ansteigenden Flanken
des Impulssignals nach Fig. 4. An den ansteigenden Flanken
des Impulssignals werden Anstiegsflankensignale abgegeben. An
die in Fig. 6 dargestellte Anstiegsflanken-Detektorschaltung
45 ist ein Impulszähler 46 angeschlossen. Der Zählwert des
Impulszählers 46 wird jedesmal aufgestuft, wenn gemäß der
Darstellung durch (1), (2), (3),. . . gemäß Fig. 7 von der An
stiegsflanken-Detektorschaltung 45 ein Anstiegsflankensignal
eingegeben wird.
An die in Fig. 6 dargestellte Anstiegsflanken-
Detektorschaltung 45 ist ferner ein Zähler 47 angeschlossen.
Der Zähler 47 erhält ein Taktsignal gemäß Fig. 7 aus einer
Taktgeneratorschaltung 48. Von dem Zähler 47 wird zum Aufstu
fen seines Zählstandes n die Anzahl der Taktsignalimpulse aus
der Taktgeneratorschaltung 48 gezählt. Wenn der Zähler 47 aus
der Anstiegsflanken-Detektorschaltung 45 ein Anstiegsflanken
signal empfängt, wird sein Zählstand n anfänglich auf "0"
eingestellt. Gemäß Fig. 6 ist an den Ausgang des Zählers 47
ein Register 49 angeschlossen, welches einen ersten und einen
zweiten Speicherbereich 50 und 51 enthält. In dem Register 49
werden aufeinanderfolgend nacheinander die aus dem Zähler 47
empfangenen, jeweils die Impulsperiode darstellenden Zählwer
te n in dem ersten Speicherbereich 50 gespeichert. Wenn ein
die nächste Impulsperiode anzeigender nächster Zählwert n
empfangen wird, wird der in dem ersten Speicherbereich 50 ge
speicherte vorangehende Zählwert, nämlich der die vorangehen
de Impulsperiode darstellende größte Zählwert in den zweiten
Speicherbereich 51 übertragen. Dann wird der nächste Zählwert
in den ersten Speicherbereich 50 eingespeichert.
An das Register 49 ist ein Vergleicher 52 angeschlossen,
der gemäß Fig. 7 einen Wert, welcher das 1,5-fache des in dem
zweiten Speicherbereich 51 gespeicherten vorangehenden Zähl
wertes ni-1, nämlich (3/2) ni-1 ist, mit dem in dem ersten
Speicherbereich 50 gespeicherten gegenwärtigen Zählwert n
vergleicht. Wenn der in dem ersten Speicherbereich 50 gespei
cherte Zählwert ni größer als der in dem zweiten Speicherbe
reich 51 gespeicherte Zählwert ni-1 ist, wird gemäß Fig. 7
ein Bezugsstellungssignal abgegeben. Das Bezugsstellungs
signal wird dem in Fig. 6 dargestellten Impulszähler 46 zuge
führt, um eine Anfangseinstellung oder Rückstellung des Zähl
wertes des Impulszählers 46 vorzunehmen.
Gemäß Fig. 6 ist an den Ausgang der Binärumsetzschaltung
10 eine Pegelbestimmungsschaltung 53 angeschlossen, die das
von dem Vergleicher 52 erzeugte Bezugsstellungssignal emp
fängt. Wenn zu einem durch den Vergleicher 52 bestimmten Nor
mal/Gegendrehung-Ermittlungszeitpunkt (3/2) ni-1 das in Fig.
7 dargestellte Bezugsstellungssignal empfangen wird, ermit
telt die Pegelbestimmungsschaltung 53 den Pegel des von der
Binärumsetzschaltung 10 erzeugten Impulssignals. Falls das
Impulssignal den Pegel L hat, wird ein eine Normaldrehung an
zeigendes Signal ausgegeben. Falls andererseits das Impuls
signal den Pegel H hat, wird ein eine Gegendrehung anzeigen
des Signal ausgegeben.
Im folgenden wird die Funktion des Drehungsdetektors mit
einer derartigen Gestaltung erläutert.
Gemäß der Darstellung in Fig. 4 wird von dem Magneten 6
ein Vormagnetisierungsfeld zu dem Zahnrad 2 hin erzeugt. Die
Drehung des Zahnrades 2 bewirkt, daß sich der in tangentialer
Richtung zu dem Zahnrad 2 erzeugte magnetische Vektor ändert.
Die Änderungen des magnetischen Vektors werden mittels der
Magnetwiderstandselemente 7 und 8 als elektrisches Signal
wiedergegeben. Aus der Halbbrückenschaltung mit den Magnetwi
derstandselemente 7 und 8 wird ein Auslenkwinkelsignal bzw.
Auslenkungssignal abgegeben. Das Auslenkungssignal aus der
Halbbrückenschaltung wird durch die Binärumsetzschaltung 10
in ein binäres Impulsausgangssignal umgesetzt. Das Impuls
signal aus der Binärumsetzschaltung 10 wird durch die Prozes
sorschaltung 44 verarbeitet. D.h., durch die Anstiegsflanken
Detektorschaltung 45 werden die Flanken des Impulssignals er
faßt und der Inhalt des Impulszählers 46 wird jedesmal aufge
stuft, wenn eine Flanke erfaßt wird. Der Zähler 47, dessen
Zählwert bei jedem Erfassen einer Flanke initialisiert wird,
zählt die Anzahl der Taktsignalimpulse aus der Taktgenerator
schaltung. Auf diese Weise kann mittels des Zählers 47 die
Periode des Impulssignals gemessen werden. An eine nicht dar
gestellte Maschinensteuereinheit wird ein Zählsignal bzw. Im
pulsperioden-Meßsignal ausgegeben. Die Maschinensteuereinheit
nimmt das Impulsperioden-Meßsignal zum Überwachen der Dreh
zahl Ne der Maschine auf. Als Drehzahl der Maschine wird der
Kehrwert der Impulsperiode ausgewertet.
Der Vergleicher 52 vergleicht einen Wert, der gleich dem
1,5-fachen des in dem zweiten Speicherbereich 51 des Regi
sters 49 gespeicherten Zählwertes ni-1 bzw. der vorangehenden
Impulsperiode ist, mit dem in dem ersten Speicherbereich 50
gespeicherten Zählwert ni bzw. der gegenwärtig gemessenen Im
pulsperiode. Wenn der in dem ersten Speicherbereich 50 ge
speicherte Zählwert ni größer als das 1,5-fache des in dem
zweiten Speicherbereich 51 gespeicherten Zählwertes ni-1 ist,
wird ein Bezugsstellungssignal ausgegeben, welches das Vor
beilaufen des Trapezoidzahnes 4 des Zahnrades 2 anzeigt.
D.h., durch das Vergleichsergebnis wird bei einer Drehung des
Zahnrades 2 um 360° jeweils eine Bezugsstellung bei einem
Drehwinkel von 0, 90, 180 oder 270° erfaßt.
Das Bezugsstellungssignal wird zur Anfangseinstellung
des Zählwertes des Impulszählers 46 benutzt. Der Zählwert
entspricht dem Drehwinkel bzw. der Drehstellung des Zahnrades
2. D.h., bei der Drehung des Zahnrades 2 um 360° entspricht
der in dem Impulszähler 46 erzeugte Zählwert einem Winkel in
dem Bereich von 0 bis 90°, von 90 bis 180°, von 180 bis 270°
oder von 270 bis 360°. Von dem Impulszähler 46 wird ein den
Zählwert darstellendes Drehwinkelsignal abgegeben. Das Dreh
winkelsignal wird der Maschinensteuereinheit zugeführt. Auf
die Aufnahme des Drehwinkelsignals hin steuert die Maschinen
steuereinheit den Zündzeitpunkt in der Maschine entsprechend
dem Betriebszustand der Maschine.
Andererseits ermittelt die Pegelbestimmungsschaltung 53
zu dem Zeitpunkt des aus dem Vergleicher 52 empfangenen Be
zugsstellungssignals den Pegel des Impulssignals aus der Bi
närumsetzschaltung 10. Falls das Impulssignal den Pegel L
hat, wird von der Pegelbestimmungsschaltung 53 ein Drehrich
tungssignal abgegeben, welches eine Normaldrehung anzeigt.
Falls andererseits das Impulssignal den Pegel H hat, wird von
der Pegelbestimmungsschaltung 53 ein Drehrichtungssignal ab
gegeben, das eine Gegendrehung anzeigt. Das Drehrichtungs
signal wird der Maschinensteuereinheit zugeführt. Falls das
Drehrichtungssignal eine Gegendrehung der Kurbelwelle der Ma
schine anzeigt, führt die Maschinensteuereinheit einen Prozeß
wie das zwangsweise Unterbrechen der Zündung aus, um die Ma
schine zu schützen.
Unter Bezugnahme auf Fig. 8 und 9 werden die Funktionen
bei der Verarbeitung erläutert.
In Fig. 8 ist das binäre Impulssignal dargestellt, wel
ches sich aus der Kurvenformverarbeitung des Auslenkwinkel
bzw. Auslenkungssignals ergibt, die ausgeführt wird, wenn bei
der Drehung des Zahnrades 2 in der Normalrichtung und in der
Gegenrichtung die Dreieckzähne 3 des Zahnrades 2 nahe an den
Magnetwiderstandselementen 7 und 8 vorbeilaufen. Wie aus der
Fig. 8 ersichtlich ist, ist bei der Drehung des Zahnrades 2
in der Gegenrichtung die Polarität des Auslenkungssignals um
gekehrt. Demgemäß ist auch der Signalpegel des sich aus der
Kurvenformverarbeitung ergebenden binären Signals umgekehrt.
In Fig. 9 ist ein binäres Signal dargestellt, welches
sich aus der Kurvenformverarbeitung des Auslenkungssignals
ergibt, die ausgeführt wird, wenn bei der Drehung des Zahnra
des 2 in der Normalrichtung und der Gegenrichtung die Trape
zoidzähne 4 des Zahnrades 2 an den Magnetwiderstandselementen
7 und 8 vorbeilaufen. Gemäß der Darstellung in Fig. 9 ist die
Periode desjenigen binären Impulssignals lang, welches sich
aus dem Vorbeilaufen eines Trapezoidzahnes 4 ergibt, der eine
andere Form hat als der Dreieckzahn 3. Durch das Erfassen
dieses langen Impulsabstandes kann eine Bezugsstellung er
kannt werden und der Pegel H oder L in diesem Impulsabstand
kann dazu herangezogen werden, die Drehrichtung zu bestimmen.
Fig. 10 bis 15 sind Darstellung für das kurze Erläutern
der Vorgänge bei der Umkehrung des Auslenkungssignals ent
sprechend der Drehrichtung des Zahnrades 2. In Fig. 10 ist
eine Stellung des Zahnrades 2 dargestellt, bei der der Drei
eckzahn 3 des Zahnrades 2 an der Seite nahe an dem Magnetwi
derstandselement 7 steht. Bei dieser Stellung ist R7 < R8,
wobei R7 und R8 jeweils die Widerstandswerte der Magnetwider
standselemente 7 und 8 sind. In Fig. 11 ist eine Stellung des
Zahnrades 2 dargestellt, bei der der Dreieckzahn 3 des Zahn
rades 2 mittig zwischen den Magnetwiderstandselemente 7 und 8
steht. Bei dieser Stellung ist R7 im wesentlichen gleich R8.
In Fig. 12 ist eine Stellung des Zahnrades 2 dargestellt, bei
der der Dreieckzahn 3 des Zahnrades 2 an der Seite nahe an
dem Magnetwiderstandselement 8 steht. Bei dieser Stellung ist
R7 < R8.
Entsprechend der Stellung des Zahnes 2 ändert sich die
Richtung des magnetischen Vektors des an den Magnetwider
standselementen 7 und 8 errichteten Vormagnetisierungsfeldes,
wodurch sich die Widerstandswerte der Magnetwiderstandsele
mente 7 und 8 auf die vorstehend beschriebene Weise ändern.
Infolgedessen hat bei den in Fig. 10, 11 und 12 dargestellten
Stellungen des Dreieckzahnes 3 die Spannung Vo aus der Halb
brückenschaltung unterschiedliche Amplituden gemäß der Dar
stellung in Fig. 13. Demgemäß ändert sich die Spannung Vo aus
der Halbbrückenschaltung bei einer Normaldrehung gemäß der
Darstellung in Fig. 14, da sich die Stellung des Zahnes 3 in
der Aufeinanderfolge Fig. 10 → Fig. 11 → Fig. 12 ändert,
oder bei einer Gegendrehung gemäß der Darstellung in Fig. 15,
da sich die Stellung des Zahnes 3 in der Aufeinanderfolge
Fig. 12 → Fig. 11 → Fig. 10 ändert.
Durch die Halbbrückenschaltung mit den Magnetwider
standselementen 7 und 8 ist die von der Halbbrückenschaltung
abgegebene Spannung Vo durch die Stellung des Zahnes 3 des
Zahnrades 2 bestimmt. Aus diesem Grund ist bei der Drehung
des Zahnrades 2 in der Gegenrichtung das Auslenkungssignal
invertiert. Infolge der wechselseitigen Wirkung der einander
benachbarten Zähne 3 des Zahnrades 2 wird jedoch gemäß der
Darstellung in Fig. 14 und 15 der Auslenkungswinkel des ma
gnetischen Vektors bzw. des Ausgangssignal der Halbbrücken
nicht größer. Statt dessen kehrt die Auslenkung auf ihren ur
sprünglichen Wert zurück, sobald die Auslenkung einen gewis
sen Grad erreicht hat. D.h., sobald der nächste Zahn 3 des
Zahnrades näher kommt, wird die Auslenkung in die Richtung zu
dem nächsten Zahn 3 des Zahnrades 2 ausgerichtet. Auf diese
Weise wird ein sinusförmiges Auslenkwinkelsignal bzw. Auslen
kungssignal erzielt.
Andererseits besteht gemäß der Darstellung in Fig. 16
die Tendenz, daß die Amplitude des Auslenkungssignals kleiner
wird, sobald der Luftspalt zwischen der Zahnspitze des Zahn
rades 2 und dem Rand der Sensoreinheit 5 bzw. der Magnetwi
derstandselemente 7 und 8 breiter wird. Aus diesem Grund ist
es bei einem Anwendungsfall mit einem breiten Luftspalt er
forderlich, das Auslenkungssignal ausreichend zu verstärken.
Dabei wird jedoch ein Teilbereich zu einer Behinderung, in
dem die Amplitude des Auslenkungssignals groß ist. D.h., für
die Bereiche außerhalb der Bezugsstellungen ist ein Verhält
nis ΔW1 der durch eine Änderung der Luftspaltbreite verur
sachten Verringerung der Amplitude verschieden von einem Ver
hältnis ΔW2 der durch die Änderung der Luftspaltbreite verur
sachten Verringerung der Amplitude für die Bezugsstellungen.
Da das Verhältnis ΔW1 der durch die Änderung der Luftspalt
breite verursachten Verringerung der Amplitude für die Berei
che außerhalb der Bezugsstellungen größer ist als das Ver
hältnis ΔW2 der durch die Änderung der Luftspaltbreite verur
sachten Verringerung der Amplitude für die Bezugsstellungen,
ist bei einem breiten Luftspalt die Amplitude an den Bezugs
stellungen weitaus größer als an den Bereichen außerhalb der
Bezugsstellungen. Infolgedessen ist die Impulsformung nicht
gut wirksam. Es ist daher erforderlich, die Amplitude des
Auslenkungswinkels für die Bezugsstellungen zu verringern, an
denen die Drehrichtung erkannt wird und das Bezugsstellungs
signal erzeugt wird.
Es sei angenommen, daß gemäß der Darstellung in Fig. 17
an dem Umfang des Zahnrades 2 ein Zahn 4 weggelassen ist. So
bald sich das Magnetwiderstandselement von einem angrenzenden
Bereich mit einem Zahn her an den Bereich mit einer Zahnlücke
annähert, ändert sich das Vormagnetisierungsfeld bzw. der ma
gnetische Vektor in starkem Ausmaß in der Richtung zu dem
Zahn hin. Die Amplitude des Ausgangssignals des Magnetwider
standselementes bzw. des Auslenkungssignals wird größer,
d. h., W2 < W1, wobei W2 die Amplitude des an der Bezugsstel
lung erzeugten Auslenkungssignals ist und W1 die Amplitude
des an anderen Stellen als der Bezugsstellung erzeugten Aus
lenkungssignals ist. Dies ergibt bei der Verstärkung des Aus
lenkungssignals eine Behinderung. Bei dem Ausführungsbeispiel
sind jedoch gemäß der Darstellung in Fig. 4 die Trapezoidzäh
ne 4 vorgesehen, wodurch der maximale Auslenkungswinkel an
dem Trapezoidzahn 4 auf die Größenordnung des maximalen Aus
lenkungswinkels an den Dreieckzähnen 3 verringert wird. In
folgedessen kann verhindert werden, daß die Amplitude des
Auslenkungssignals an den Bezugsstellungen erhöht wird, bzw.
erreicht werden, daß W2 etwa gleich W1 ist.
In Fig. 18 sind Änderungen der Richtung des magnetischen
Vektors, des Auslenkungswinkels und einer sich aus der Im
pulsformung ergebenden Kurvenform in dem Fall dargestellt,
daß die Höhe H2 der Trapezoidzähne 4 gleich der Höhe H1 der
Dreieckzähne 3 ist. Gemäß der Darstellung in Fig. 18 ist auch
in diesem Fall die Amplitude W2 des Auslenkungssignals höher.
Dies ist deshalb der Fall, weil sich bei der Annäherung
des Trapezoidzahnes 4 an die Magnetwiderstandselemente 7 und
8 die Richtung des Vormagnetisierungsfeldes in starkem Ausmaß
ändert, da der magnetische Teil des Trapezoidzahnes 4 groß
ist. Aus diesem Grund ändert sich auch ebenso die Amplitude
des Auslenkungssignals in starkem Ausmaß. In Fig. 19 sind die
Änderungen der Richtung des magnetischem Vektors, das Auslen
kungssignal und eine sich durch die Impulsformung ergebende
Kurvenform in dem Fall dargestellt, daß die Höhe H2 der Tra
pezoidzähne 4 gleich der Hälfte der Höhe H1 der Dreieckzähne
3 ist. In diesem Fall ist die Amplitude W2 des Auslenkungs
signals kleiner als diejenige bei den in Fig. 17 und 18 dar
gestellten Fällen. Die Amplitude W2 kann aber weiterhin kaum
ausreichend klein sein.
Aus der Beschreibung in Bezug auf Fig. 17, 18 und 19 ist
ersichtlich, daß die Höhe H2 der Trapezoidzähne 4 in dem Be
reich (1/2) H1 < H2 < H gehalten werden muß, damit die Ampli
tude W2 des Auslenkungssignals wesentlich verringert wird.
In Fig. 20 sind ausführlich die Ergebnisse einer Unter
suchung des Zusammenhanges zwischen der Höhe H2 des Trape
zoidzahnes 4 und der Amplitude W2 des Auslenkungssignals dar
gestellt. Auf der Horizontalachse von Fig. 20 ist das Ver
hältnis H2/H1 der Zahnhöhe an der Bezugsstellung zu derjeni
gen an dem Bereich außerhalb der Bezugsstellung dargestellt,
während an der Vertikalachse das Amplitudenverhältnis W2/W1
dargestellt ist, wobei W2 die Amplitude des Auslenkungs
signals für den Trapezoidzahn 4 an der Bezugsstellung ist und
W1 die Amplitude des Auslenkungssignals für den Dreieckzahn 3
an dem Bereich außerhalb der Bezugsstellung ist. Aus der Fig.
20 ist ersichtlich, daß dann, wenn die Höhe H2 des Trape
zoidzahnes 4 für das Erfassen einer Bezugsstellung in einem
Bereich von 50% bis zu 80% der Höhe H1 der in gleichen Ab
ständen ausgebildeten Dreieckzähne 3 gewählt wird, die Ampli
tude des Auslenkungssignals für den Trapezoidzahn 4 an der
Bezugsstellung auf weniger als das 1,5-fache der Amplitude
des Auslenkungssignals für den Bereich verringert werden
kann, in dem in gleichen Abständen die Dreieckzähne 3 ausge
bildet sind.
Gemäß der vorangehenden Beschreibung ist bei diesem Aus
führungsbeispiel an dem Umfang des Zahnrades 2 in gleichen
Abständen eine Anzahl von gleichförmigen Dreieckzähnen 3 aus
gebildet und an dem Umfang an Bereichen für das Erfassen von
Bezugsstellungen sind die Trapezoidzähne 4 mit einer Form
ausgebildet, die von derjenigen der Dreieckzähne 3 verschie
den ist. Bei dieser Gestaltung der Zähne ist eine Änderung
des Magnetfeldzustandes bzw. der Richtung des magnetischen
Vektors, die auftritt, wenn bei der Drehung des Zahnrades 2
der Trapezoidzahn 4 nahe an den Magnetwiderstandselementen 7
und 8 vorbeiläuft, geringer als bei einer Gestaltung, bei dem
lediglich an einem für das Erfassen einer Bezugsstellung die
nenden Bereich ein Zahn weggelassen ist. Dadurch ist es er
möglicht, eine Erhöhung der Amplitude des von den Magnetwi
derstandselementen 7 und 8 abgegebenen Signals zu verringern.
Infolgedessen kann der Verstärkungsfaktor für das Auslen
kungssignal erhöht werden und mit diesem Ausführungsbeispiel
kann dem Fall entsprochen werden, daß es erforderlich ist,
die Sensoreinheit 5 mit den Magnetwiderstandselementen 7 und
8 mit einem großen Luftspalt einzusetzen.
An dem Umfang des Zahnrades 2 ist in gleichen Abständen
eine Anzahl von gleichförmigen Dreieckzähnen 3 ausgebildet
und an dem Umfang an Bereichen für die Erkennung der Dreh
richtung sind die Trapezoidzähne 4 mit jeweils einer Form
ausgebildet, die von derjenigen der Dreieckzähne 3 verschie
den ist. Die Magnetwiderstandselemente 7 und 8 sind voneinan
der in der Drehrichtung des Zahnrades 2 um einen vorbestimm
ten Abstand getrennt angebracht. Die Magnetwiderstandselemen
te 7 und 8 bilden eine Halbbrücke zum Erzeugen des Spannungs
signals, welches während der Drehung des Zahnrades 2 zum Er
fassen des Vorbeilaufens eines Trapezoidzahnes 4 herangezogen
wird. Der Pegel des Impulssignals zum Zeitpunkt des Vorbei
laufens des Trapezoidzahnes 4 kann zum Erkennen der Drehrich
tung herangezogen werden. Auf diese Weise kann mittels einer
einfachen Gestaltung die Bewegungsrichtung erkannt werden.
Da der Trapezoidzahn 4 in der Richtung zu den Magnetwi
derstandselementen 7 und 8 hin eine Höhe H2 hat, die von der
Höhe H1 des Dreieckzahnes 3 verschieden ist, kann in einem
Bereich für das Erfassen einer Bezugsstellung und in einem
Bereich für das Erkennen der Drehrichtung ein Signal erhalten
werden, das von einem Signal verschieden ist, welches eine an
den anderen Bereichen hervorgerufene Veränderung des Zustan
des des Vormagnetisierungsfeldes anzeigt. Da die Höhe H2 des
Trapezoidzahnes 4 kleiner ist als die Höhe H1 des Dreieckzah
nes 3, ist die Änderung des Magnetfeldzustandes bzw. der
Richtung des magnetische Vektors gering und daher auch die
Amplitude eines von den Magnetwiderstandselementen 7 und 8
abgegebenen Signals im Vergleich zu einer Dimensionierung ge
ringer, bei der die Höhe H2 des Trapezoidzahnes 4 gleich der
Höhe H1 des Dreieckzahnes 3 ist. Da die Höhe H2 des Trape
zoidzahnes 4 größer als die Hälfte der Höhe H1 des Dreieck
zahnes 3 ist, kann die Änderung des Magnetfeldzustandes bzw.
der Richtung des magnetischen Vektors noch kleiner werden und
daher die Amplitude des von den Magnetwiderstandselementen 7
und 8 abgegebenen Signals gleichfalls weiter verringert wer
den.
Das zweite Ausführungsbeispiel wird im folgenden auf die
Unterschiede gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel gerich
tet erläutert.
Die Fig. 21 ist eine schematische Darstellung des zwei
ten Ausführungsbeispiels für einen Drehungsdetektor. Die Fig.
22 ist eine vergrößerte Darstellung eines Bereiches B nach
Fig. 21.
Ein Trapezoidzahn 4 hat Trapezform mit einer Höhe H2 in
der radialen Richtung zu dem Zahnrad 2. Die Höhe H2 des Tra
pezoidzahnes 4 ist kleiner als eine Höhe H1 eines Dreieckzah
nes 3, aber größer als die Hälfte der Höhe H1. An den Rändern
des Trapezoidzahnes 4 sind als eine integrierte Einheit mit
dem Trapezoidzahn 4 Vorsprünge 54 und 55 ausgebildet. Die
Vorsprünge 54 und 55 haben jeweils Dreieckform mit einer vor
bestimmten Dicke. Die Höhe der Vorsprünge 54 und 55 beträgt
H3, wobei H3 = H1-H2 ist. D.h., die Höhe (H2+H3) der Spit
zen der Vorsprünge 54 und 55 ist gleich der Höhe H1 der Spit
ze des Dreieckzahnes 3.
Dadurch, daß die Höhe H2 des Trapezoidzahnes 4 um eine
Differenz in einem vorbestimmten Bereich kleiner als die Höhe
H1 des Dreieckzahnes 3 gewählt wird, kann die durch den Tra
pezoidzahn 4 verursachte Verstärkung der Magnetfeldablenkung
verringert werden. Die Amplitude des Auslenkungssignals bei
dem Vorbeilaufen des Trapezoidzahnes 4 kann gleichfalls auf
die gleiche Größenordnung wie die Amplitude des Auslenkungs
signals bei dem Vorbeilaufen des Dreieckzahnes 3 verringert
werden. An diesem Trapezoidzahn 4 wird jedoch die den Trape
zoidzahn 4 betreffende Änderung des Magnetfeldes langsam ein
gestellt. Infolgedessen wird gemäß der Darstellung in Fig. 4
eine Impulsbreite T2 des binären Signals unmittelbar vor dem
Bereich für das Erfassen einer Bezugsstellung bzw. für das
Erkennen der Drehrichtung größer als eine Impulsbreite T1 an
anderen Bereichen, d. h., T2 < T1. Hierbei ist die Schräge der
Kurvenform des Auslenkungssignals an der Bezugsstellung im
Vergleich zu derjenigen der Kurvenform an einem Bereich abge
stuft, an dem der Dreieckzahn 3 ausgebildet ist. Aus diesem
Grund besteht eine unerwünschte Tendenz, daß die Breite des
Impulses an der Grenze zwischen einem Bereich mit dem Drei
eckzahn 3 und einem Bereich mit dem Trapezoidzahn 4 größer
wird.
Zur Lösung dieses Problems werden bei diesem zweiten
Ausführungsbeispiel an dem Dreieckzahn 4 die Vorsprünge 54
und 55 mit der vorbestimmten Höhe H3 ausgebildet. Gemäß der
Darstellung in Fig. 23 wird durch die Vorsprünge 54 und 55
die Einstellung der Änderung des Magnetfeldes beschleunigt,
was zur Folge hat, daß die Impulsbreite oder Periode T2 des
binären Impulssignals unmittelbar vor dem Bereich für das Er
fassen einer Bezugsstellung bzw. für das Erkennen der Dreh
richtung etwa die gleiche Größenordnung wie die Impulsbreite
T1 an den anderen Bereichen hat.
Auf diese Weise kann die Impulsbreitenstörung des binä
ren Signals an dem Trapezoidzahn 4 vermieden werden. Infolge
dessen wird eine gleichförmige Impulsbreite erzielt, so daß
die Winkelstellung mit hoher Genauigkeit erfaßt werden kann.
In Abhängigkeit von dem Impulsformungsverfahren können
die Vorsprünge 54 und 55 auch nur an der Seite ausgebildet
werden, die den Magnetwiderstandselementen 7 und 8 zuerst na
he kommt.
Gemäß der vorstehenden Beschreibung sind bei diesem Aus
führungsbeispiel die zu den Magnetwiderstandselementen 7 und
8 hin ragenden Vorsprünge 54 und 55 an dem Bereich für das
Erfassen einer Bezugsstellung bzw. für das Erkennen der Dreh
richtung zumindest an demjenigen Rand des Trapezoidzahnes 4
vorgesehen, der zuerst nahe an den Magnetwiderstandselementen
7 und 8 vorbeiläuft. Durch die Vorsprünge 54 und 55 wird die
Einstellung der durch den Trapezoidzahn 4 verursachten Ände
rung des Zustandes des Vormagnetisierungsfeldes bzw. der
Richtung des magnetischen Vektors auf eine Geschwindigkeit
beschleunigt, die derjenigen bei der durch den Dreieckzahn 3
verursachten Zustandsänderung des Vormagnetisierungsfeldes
bzw. der Richtung des magnetischen Vektors nahe kommt. Infol
gedessen kann die Störung der Zustandsänderung des Vormagne
tisierungsfeldes bzw. der Richtung des magnetischen Vektors
während des Überganges von dem Dreieckzahn 3 zu dem Trape
zoidzahn 4 unterdrückt werden. Somit kann auch ebenso die
Störung des von den Magnetwiderstandselementen 7 und 8 abge
gebenen Signals unterdrückt werden, wodurch es möglich wird,
ein binäres Signal mit konstanter Impulsbreite zu erhalten.
Das dritte Ausführungsbeispiel wird im folgenden auf Un
terschiede gegenüber dem zweiten Ausführungsbeispiel gerich
tet erläutert.
Die Gestaltung des Trapezoidzahnes 4 bei dem dritten
Ausführungsbeispiel ist in Fig. 24 dargestellt. Bei dem zwei
ten Ausführungsbeispiel sind gemäß der vorangehenden Be
schreibung die Vorsprünge 54 und 55 als eine integrierte Ein
heit mit dem Zahnrad 2 ausgebildet. Andererseits sind bei dem
dritten Ausführungsbeispiel Vorsprünge 56 und 57 herausste
hende Teile aus einem magnetischen Material. D.h., die Vor
sprünge 56 und 57 sind jeweils gesondert aus einem Material
wie eine Niete hergestellte Teile, die durch Kleben oder
Schweißen an dem Zahnrad 2 befestigt sind.
Auf diese Weise können die Formen und Positionen der
Vorsprünge in einem späteren Prozeß auf beliebige Weise be
stimmt werden, wodurch sich im Vergleich zu dem Fall, daß ein
Zahnrad mit Vorsprüngen in einem Sinterprozeß hergestellt
wird, ein hoher Freiheitsgrad hinsichtlich der Formung der
Vorsprünge ergibt.
Das vierte Ausführungsbeispiel wird im folgenden auf die
Unterschiede gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel gerich
tet erläutert.
Gemäß der Darstellung in Fig. 25 ist zwischen dem Trape
zoidzahn 4 und den anderen Dreieckzähnen 3 ein Dreieckzahn 58
mit einem Teilungsabstand P2 ausgebildet, der kleiner als der
Teilungsabstand P1 der anderen Dreieckzähne 3 ist. Durch den
Dreieckzahn 58 wird die Einstellung der durch den Trape
zoidzahn 4 verursachten Zustandsänderung des Vormagnetisie
rungsfeldes bzw. der Richtung des magnetischen Vektors auf
eine Geschwindigkeit beschleunigt, die derjenigen bei der
durch den Dreieckzahn 3 verursachten Zustandsänderung des
Vormagnetisierungsfeldes bzw. der Richtung des magnetischen
Vektors nahe kommt. Infolgedessen kann die Störung der Zu
standsänderung des Vormagnetisierungsfeldes bzw. der Richtung
des magnetischen Vektors bei dem Übergang von den Dreieckzäh
nen 3 zu dem Trapezoidzahn 4 unterdrückt werden. Somit kann
auch ebenso die Störung des von den Magnetwiderstandselemen
ten 7 und 8 abgegebenen Signals unterdrückt werden, wodurch
es möglich wird, ein binäres Signal mit konstanter Impuls
breite zu erhalten.
Auf diese Weise kann bei dem vierten Ausführungsbeispiel
gleichermaßen wie bei dem zweiten und dem dritten Ausfüh
rungsbeispiel die Impulsbreite des binären Signals einge
stellt werden, ohne daß wie bei dem zweiten und bei dem drit
ten Ausführungsbeispiel Vorsprünge verwendet werden. Somit
kann die Impulsbreite des binären Signals eingestellt werden,
ohne daß wie bei dem zweiten und dem dritten Ausführungsbei
spiel Vorsprünge verwendet werden. Somit kann die Impulsbrei
te des binären Signals mit einem höheren Genauigkeitsgrad
eingestellt werden.
Bei dem in Fig. 4 dargestellten ersten Ausführungsbei
spiel ist das Zahnrad 2 mit den Trapezoidzähnen 4 und den
Dreieckzähnen 3 gestaltet. Die Gestaltung des bei dem in Fig.
25 dargestellten vierten Ausführungsbeispiel verwendeten
Zahnrades 2 ist von derjenigen bei dem ersten Ausführungsbei
spiel dadurch verschieden, daß bei dem vierten Ausführungs
beispiel das Zahnrad die Trapezoidzähne 4, die Dreieckzähne 3
mit dem Teilungsabstand P1 und die Dreieckzähne 58 mit dem
Teilungsabstand P2 hat, der kleiner als der Teilungsabstand
P1 ist.
Bei dem in Fig. 4 dargestellten ersten Ausführungsbei
spiel ist bei der Erfassung eines Bereiches, an dem der Tra
pezoidzahn 4 und der Dreieckzahn 3 einander benachbart sind,
die Periode T2 des sich aus dem Impulsformungsprozeß ergeben
den Impulssignals länger als die Periode T1 der sich aus der
Erfassung der Dreieckzähne 3 ergebenden Impulse. Zur Lösung
dieses Problems sind bei dem in Fig. 25 dargestellten vierten
Ausführungsbeispiel die Dreieckzähne 58 mit dem Teilungsab
stand P2 vorgesehen. Das Ziel der Verringerung des Abstandes
zwischen den Radzähnen, an denen die Periode der Impulse län
ger wird, bei der Erfassung eines Bereiches, in dem der Tra
pezoidzahn 4 und der Dreieckzahn 3 an zueinander benachbarten
Stellen angebracht sind, besteht darin, die Periode T2 des
Impulses des sich aus dem Impulsformungsprozeß ergebenden Si
gnals auf einen Wert nahe an T1 einzustellen.
Das fünfte Ausführungsbeispiel wird im folgenden auf Un
terschiede gegenüber dem zweiten und dem vierten Ausführungs
beispiel gerichtet erläutert.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel sind gemäß der Dar
stellung in Fig. 23 an dem Trapezoidzahn 4 die Vorsprünge 54
und 55 mit der vorbestimmten Höhe H3 ausgebildet und bei dem
vierten Ausführungsbeispiel ist gemäß der Darstellung in Fig.
25 zwischen den Trapezoidzahn und den Dreieckzahn 3 der Drei
eckzahn 58 mit dem Teilungsabstand P2 eingefügt, der kleiner
als der Teilungsabstand P1 des Dreieckzahnes 3 ist. Bei dem
fünften Ausführungsbeispiel sind gemäß der Darstellung in
Fig. 26 an dem Trapezoidzahn 4 die Vorsprünge 54 und 55 mit
der vorbestimmten H3 ausgebildet und zwischen den Trape
zoidzahn 4 und den Dreieckzahn 3 ist der Dreieckzahn 58 mit
dem Teilungsabstand P2 eingefügt, der kleiner als der Tei
lungsabstand P1 des Dreieckzahnes 3 ist.
Das Ziel bei dem fünften Ausführungsbeispiel besteht
ebenfalls darin, die Periode T2 des Impulses des Signals,
welches sich aus dem Impulsformungsprozeß bei dem Erfassen
eines Bereiches ergibt, in dem der Trapezoidzahn 4 und der
Dreieckzahn 3 an zueinander benachbarten Stellen ausgebildet
sind, auf einen Wert nahe an T1 einzustellen. Bei dem fünften
Ausführungsbeispiel werden zum Einstellen der Impulsperiode
T2 auf einen Wert, der noch näher an T1 liegt, das bei dem
zweiten Ausführungsbeispiel angewandte Verfahren zum Einstel
len der Impulsperiode T2 auf einen Wert nahe an T1 durch An
bringen der Vorsprünge 54 und 55 an dem Trapezoidzahn 4 und
das bei dem vierten Ausführungsbeispiel angewandte Verfahren
zum Einstellen der Impulsperiode T2 auf einen Wert nahe an T1
durch Verringerung des Abstandes zwischen den Radzähnen, in
dem die Periode des Impulses verringert ist, beide gleichzei
tig angewandt.
Hinsichtlich des Ausbildens der. Vorsprünge 54 und 55 an
jedem Trapezoidzahn ist das fünfte Ausführungsbeispiel gleich
dem zweiten Ausführungsbeispiel, jedoch unterscheidet sich
das erstere von dem letzteren darin, daß bei dem ersteren die
Lücke zwischen den Zähnen, an der die Periode des Impulses
länger wird, durch Einfügen eines Zahnes mit dem Teilungsab
stand P2 in die Lücke verkürzt wird.
In Fig. 27 ist der Aufbau einer Prozessorschaltung 44
dargestellt, mit der sowohl die ansteigenden als auch die ab
fallenden Flanken genutzt werden. In diesem Fall werden die
ansteigenden und die abfallenden Flanken des Impulssignals
erfaßt, wobei an den Flanken die in Fig. 28 dargestellten
Flankensignale ausgegeben werden. Wenn die Impulsperiode T2
des binären Signals vor einem Bereich für die Bestimmung der
Drehrichtung (an dem Trapezoidzahn 4) länger wird, wird der
Zeitpunkt für das Ermitteln der Normaldrehung oder der Gegen
drehung verzögert und fällt unvermeidbar auf einen Zeitpunkt
außerhalb des Bereiches für das Ermitteln der Drehrichtung
(außerhalb des Trapezoidzahnes 4). Bei dem fünften Ausfüh
rungsbeispiel ist das Meßobjekt ein Zahnrad, an dem in dem
Bereich zu dem Bestimmen der Drehrichtung an dem Trape
zoidzahn 4 die Vorsprünge 54 und 55 ausgebildet sind und zwi
schen den Trapezoidzahn 4 an dem Bereich zum Bestimmen der
Drehrichtung und den unmittelbar vorangehenden Dreieckzahn 3,
der von einem benachbarten Dreieckzahn 3 um einen vorbestimm
ten festgelegten Zwischenraum beabstandet ist, der Dreieck
zahn 58 mit dem kleinen Teilungsabstand P2 eingefügt ist, um
zuverlässig die Periode des Impulses vor dem Bereich zum Er
mitteln der Drehrichtung der Periode von Impulsen an anderen
Bereichen gleichzumachen.
Bei einem Zahnrad, das einen Durchmesser von 75 mm hat,
die Dreieckzähne 3 in derartigen gleichen Abständen angeord
net sind, daß 48 Zähne ausgebildet werden können, in den Be
reichen für das Erkennen der Drehrichtung die Trapezoidzähne
4 ausgebildet sind und zwischen den jeweiligen Trapezoidzahn
4 und den nächstliegenden Dreieckzahn 3 jeweils der Dreieck
zahn 58 mit dem kleinen Teilungsabstand eingefügt ist, wobei
der Luftspalt 1 mm beträgt, ist dann, wenn keine Vorsprünge
vorgesehen sind, die Periode des Impulses an dem Bereich für
das Erkennen der Drehrichtung das ungefähr 1,5-fache der Pe
riode der Impulse für die in den gleichen Abständen angeord
neten Dreieckzähne 3. Dadurch, daß an jedem Trapezoidzahn 4
die Vorsprünge 54 und 55 mit einer Höhe ausgebildet werden,
die gleich 20% der Höhe der Dreieckzähne 3 ist, kann die Pe
riode des Impulses an dem Bereich für das Erkennen der Dreh
richtung auf einen Wert verkürzt werden, der ungefähr das
1,0-fache der Periode der Impulse für die in gleichen Abstän
den angeordneten Dreieckzähne 3 ist.
Das sechste Ausführungsbeispiel wird im folgenden auf
die Unterschiede gegenüber den vorangehend beschriebenen Aus
führungsbeispielen gerichtet erläutert.
Bei den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen wurde
die Funktion zur magnetischen Erfassung im Hinblick auf die
an dem Umfang des Zahnrades 2 ausgebildeten Dreieckzähne 3
erläutert. Bei dem sechsten Ausführungsbeispiel wird dagegen
die Funktion zur magnetischen Erfassung im Hinblick auf die
jeweils zwischen zwei benachbarten Dreieckzähnen 3 liegenden
Täler als Meßobjekt erläutert. Das Ausführungsbeispiel kann
jedoch eine Gestaltung haben, die derjenigen bei den vorange
hend beschriebenen Ausführungsbeispielen gleichartig ist.
Nachstehend wird dieses Ausführungsbeispiel beschrieben, da
in manchen Fällen dieses Ausführungsbeispiel für den Dre
hungsdetektor oder das Auslegungskonzept für das Zahnrad 2
verschieden sein kann.
Die Fig. 29 ist eine Darstellung, die den Querschnitt
durch einen Bereich zum Ermitteln einer Bezugsstellung und
durch daran angrenzende Bereiche des Zahnrades 2 zeigt. In
Fig. 29 ist der Radius des äußersten Umfanges des Zahnrades 2
mit Ho bezeichnet. Es ist eine Vielzahl von Tälern 91 mit ei
ner jeweiligen vorbestimmten Tiefe D1 ausgebildet, die der
Höhe H1 entspricht und die von dem Außenumfang mit dem Radius
Ho weg gemessen ist. An dem Bereich für das Ermitteln einer
Bezugsstellung ist ein Tal 92 ausgebildet, welches in der Um
fangsrichtung verlängert ist. Zur Unterscheidung des Tales 92
von den vorangehend genannten Tälern 91 wird nachstehend das
Tal 92 als Zahnlücke 92 bezeichnet. Die Zahnlücke 92 hat eine
Tiefe D2 im Bereich von 0,4 D1 bis 0,6 D1. Beiderseits der
Zahnlücke 92 ist jeweils eine Rille 93 mit einer Tiefe D3
ausgebildet, welche gleich der Tiefe D1 der Täler ist. Es ist
jedoch anzumerken, daß die Rillen 93 wahlweise vorgesehen
werden können.
In diesem Fall wird durch die Zahnlücke 92 die Wieder
herstellung der Zustandsänderung des Vormagnetisierungsfeldes
bzw. der Richtung des magnetischen Vektors auf eine Geschwin
digkeit beschleunigt, die derjenigen bei der durch das Tal 91
verursachten Zustandsänderung des Vormagnetisierungsfeldes
bzw. der Richtung des magnetischen Vektors nahe kommt. Infol
gedessen kann die Störung der Zustandsänderung des Vormagne
tisierungsfeldes bzw. der Richtung des magnetischen Vektors
bei dem Übergang von dem Tal 91 zu der Zahnlücke 92 unter
drückt werden und auf diese Weise auch ebenso die Störung des
von den Magnetwiderstandselementen 7 und 8 abgegebenen Si
gnals unterdrückt werden. Durch das Ausbilden der Rillen 93
beiderseits der Zahnlücke 92 wird die Wiederherstellung der
Zustandsänderung des Vormagnetisierungsfeldes bzw. der Rich
tung des magnetischen Vektors schneller, wodurch sich eine
vorteilhafte Wirkung ergibt.
Nachstehend wird als siebtes Ausführungsbeispiel eine in
einer mehrzylindrigen Maschine verwendete Vorrichtung zum Be
stimmen einer Zylindernummer beschrieben. Bei dem siebten
Ausführungsbeispiel sind an dem Umfang des Zahnrades 2 Berei
che für das Ermitteln von Bezugsstellungen in einer Anzahl
ausgebildet, die gleich der Anzahl der Zylinder ist. In den
Bereichen für das Erfassen von Bezugsstellungen ist jeweils
eine Vielzahl von Zähnen oder Meßobjekten für das Ersetzen
der Zähne zum Bilden einer Vielfalt von verschiedenartigen
Mustern kombiniert. Als Zylinderbestimmungseinheit wird ein
Mikrocomputer 60 für das Ausführen von Prozessen zum Erkennen
einer Zylindernummer verwendet. Es wird hierbei eine typische
Anwendung in einer Vierzylindermaschine erläutert.
Gemäß der Darstellung in Fig. 30 ist das Zahnrad 2 als
Meßobjekt mit einer Nockenwelle verbunden, durch die das
Zahnrad 2 in der Gegenuhrzeigerrichtung gemäß der Darstellung
gedreht wird. An dem Umfang des Zahnrad 2 ist gemäß der vor
angehenden Beschreibung eine Vielzahl von Dreieckzähnen 3 in
gleichen Abständen ausgebildet. Bei jeweils zwei Umdrehungen
der Nockenwelle beträgt die Maschinendrehung 360°. In Fig. 30
sind mit A1 bis A4 jeweils ein Bereich zum Erfassen einer Be
zugsstellung wie eines oberen Totpunktes in einem jeweiligen
Zylinder der Maschine bezeichnet. Die Erfassungsbereiche A1
bis A4 sind an dem Umfang des Zahnrades 2 in Abständen von
90° bzw. in Abständen von 180° KW angeordnet. Zum Vereinfa
chen der Erläuterung sei angenommen, daß in der Maschine die
Verbrennung in der Aufeinanderfolge beginnend mit dem Zylin
der #1, gefolgt von dem Zylinder #2 und dann dem Zylinder #3
und endend mit dem Zylinder #4 abläuft (#1 → #2 → #3 → #4).
In diesem Fall sind die Bereiche A1 bis A4 für die Erfassung
der Bezugsstellung jeweils den Zylindern #1, #2, #3 bzw. #4
zugeordnet.
Das Sensorausgangssignal, nämlich das aus der Sensorein
heit 5 mit den Magnetwiderstandselementen 7 und 8 ausgegebene
Signal wird der Binärumsetzschaltung 10 zugeführt, welche die
gleiche Schaltung wie die bei dem ersten Ausführungsbeispiel
verwendete ist. Das von der Binärumsetzschaltung 10 abgegebe
ne binäre Signal wird im weiteren dem Mikrocomputer 60 zuge
führt, der eine logische Prozessorschaltung (Zentraleinheit
CPU) und andere allgemein bekannte Speicherschaltungen wie
einen Festspeicher ROM und einen Schreib/Lesespeicher RAM
enthält. Bei der Aufnahme des Sensorausgangssignals führt der
Mikrocomputer 60 Prozesse wie die Berechnung der Drehzahl der
Maschine und die Erkennung eines jeweiligen Zylinders aus. Es
wäre anzumerken, daß bei diesem Ausführungsbeispiel der Mi
krocomputer 60 als Zylindererkennungseinrichtung dient.
Unter Bezugnahme auf Fig. 31 bis 34 werden jeweils die
Merkmale der Formen der Bereiche A1 bis A4 zum Erfassen der
Bezugsstellungen beschrieben. Zunächst ist in Fig. 31, die
eine vergrößerte Darstellung des Bereiches A1 ist, der Be
reich für das Erfassen der Bezugsstellung für den Zylinder #1
dargestellt. Gemäß der Darstellung ist der Bereich in zwei
gleiche Teilbereiche unterteilt, in denen jeweils Trape
zoidzähne 61a und 61b ausgebildet sind. Gleich wie bei dem
vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispiel gilt die fol
gende Gleichung:
H2 = (0,6 bis 0,9) H1
wobei H1 die Höhe der Dreieckzähne ist, während H2 die Höhe
der Trapezoidzähne 61a und 61b ist.
Gleichermaßen ist in Fig. 32, die einen vergrößerte Dar
stellung des Bereiches A2 ist, der Bereich für das Erfassen
der Bezugsstellung für den Zylinder #2 dargestellt. In diesem
Bereich ist zwischen zwei Dreieckzähnen 3a und 3b ein Trape
zoidzahn 61c mit einer Höhe H2 ausgebildet, die gleich der
vorangehend genannten Höhe H2 ist, und zwischen dem Dreieck
zahn 3b und einem Dreieckzahn 3c ist ein Tal bzw. eine Zahn
lücke 62a mit einer vorbestimmten Tiefe ausgebildet. Es ist
anzumerken, daß die Zahnlücke 62a der vorangehend beschriebe
nen und in Fig. 29 dargestellten Zahnlücke 92 mit der Ausnah
me entspricht, daß in diesem Fall die Rille 93 weggelassen
ist. Gemäß der Darstellung in Fig. 32 ist die Zahnlücke 62a
zwischen einer Flankenfläche des Dreieckzahnes 3b und einer
Flankenfläche des Dreieckzahnes 3c ausgebildet und ihre Tiefe
D1 ist durch folgende Gleichung bestimmt:
D1 = (0,4 bis 0,6) H1.
Gleichermaßen ist in Fig. 33, die eine vergrößerte Dar
stellung des Bereiches A3 ist, der Bereich zum Erfassen der
Bezugsstellung für den Zylinder #3 dargestellt. In dem Be
reich ist eine Zahnlücke 62b mit der Tiefe D1 anschließend an
die Flankenfläche eines Dreieckzahnes 3d ausgebildet und un
mittelbar an die Zahnlücke 62b anschließend ist ein Trape
zoidzahn 61d mit der Höhe H2 ausgebildet.
Schließlich ist in Fig. 34, die eine vergrößerte Dar
stellung des Bereiches A4 ist, der Bereich für das Erfassen
der Bezugsstellung für den Zylinder #4 dargestellt. In diesem
Bereich sind abwechselnd Dreieckzähne 3e, 3f und 3g sowie
Zahnlücken 62c und 62d mit jeweils der Tiefe D1 ausgebildet.
Im folgenden wird das achte Ausführungsbeispiel im Hin
blick auf Unterschiede gegenüber dem siebten Ausführungsbei
spiel beschrieben. Gleichermaßen wie bei den siebten Ausfüh
rungsbeispiel hat das achte Ausführungsbeispiel eine Gestal
tung, die das jeweilige Erkennen eines Zylinders in einer
Mehrzylindermaschine ermöglicht. An dem Umfang des Zahnrades
2 sind Zylindererfassungsbereiche ausgebildet. Die Zylin
dererfassungsbereiche haben Formen, die von Bereich zu Be
reich voneinander verschieden sind.
Gemäß der Darstellung in Fig. 35 ist auf die vorstehend
beschriebene Weise an dem Umfang des Zahnrades 2 eine Viel
zahl von Dreieckzähnen 3 in gleichen Abständen ausgebildet.
Mit B1 bis B4 sind jeweils ein Bereich für das Erfassen einer
Bezugsstellung wie eine oberen Totpunktes in einem jeweiligen
Zylinder der Maschine bezeichnet. Die Bereiche B1 bis B4 für
das Erfassen der Bezugsstellung sind an dem Umfang des Zahn
rades 2 in Abständen von 90° angeordnet. In diesem Fall ist
angenommen, daß die Bereiche B1 bis B4 für die Erfassung der
Bezugsstellung jeweils den Zylindern #1, #2, #3 bzw. #4 zuge
ordnet sind.
Nachstehend werden unter Bezugnahme auf Fig. 36 bis 39
jeweils die Merkmale der Formen der Bereiche B1 bis B4 zum
Erfassen der Bezugsstellungen beschrieben. Die in Fig. 35
dargestellten Bereiche B1 bis B4 entsprechen den in Fig. 30
dargestellten Bereichen A1 bis A4, jedoch sind bei den erste
ren die Formen einiger Zähne von denjenigen bei den letzteren
verschieden. Es werden die Unterschiede zwischen Fig. 36 und
31, zwischen Fig. 37 und 32, zwischen Fig. 38 und 33 und zwi
schen Fig. 39 und 34 erläutert.
Bezüglich der Unterschiede zwischen Fig. 36 und 31 ist
Fig. 36 eine vergrößerte Darstellung des Bereiches B1. Gemäß
Fig. 36 sind an den beiden Enden der oberen Fläche des Trape
zoidzahnes 61a jeweils dreieckförmige Vorsprünge 63a und 63b
ausgebildet. Gleichermaßen sind an den beiden Enden der obe
ren Fläche des Trapezoidzahnes 61b jeweils dreieckförmige
Vorsprünge 63c und 63d ausgebildet. Die Höhe der Spitzen und
der Vorsprünge 63a bis 63d ist gleich der Höhe H1 der Drei
eckzähne 3.
Hinsichtlich der Unterschiede zwischen Fig. 37 und 32
ist die Fig. 37 eine vergrößerte Darstellung des Bereiches
B2. Gemäß Fig. 37 sind an den beiden Enden der oberen Fläche
des Trapezoidzahnes 61c jeweils dreieckförmige Vorsprünge 63e
und 63f ausgebildet. An den beiden Enden der Zahnlücke 62a
sind jeweils in einer einem hochgestellten Dreieck entspre
chenden Form Rillen 64a und 64b dadurch ausgebildet, daß die
Ränder bis zu einem Durchmesser Ho des Umfanges eines Kreises
eingeschnitten sind, auf dem die Tiefstpunkte der Zähne 3
liegen.
Hinsichtlich der Unterschiede zwischen Fig. 38 und 33
ist die Fig. 38 eine vergrößerte Darstellungen des Bereiches
B3. Gemäß Fig. 38 sind an den beiden Enden der Zahnlücke 62b
Rillen 64c und 64d ausgebildet, während an den beiden Enden
der oberen Fläche des Trapezoidzahnes 61d Vorsprünge 63g und
63h ausgebildet sind.
Schließlich ist hinsichtlich der Unterschiede zwischen
Fig. 39 und 34 die Fig. 39 eine vergrößerte Darstellung des
Bereiches B4. Gemäß Fig. 39 sind an den beiden Enden der
Zahnlücke 62c Rillen 64e und 64f ausgebildet, während an den
beiden Enden der Zahnlücke 62d Rillen 64g und 64h ausgebildet
sind.
Im folgenden wird als neuntes Ausführungsbeispiel eine
erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erfassen einer Bezugsstel
lung der Kurbelwelle einer Maschine beschrieben. Bei diesem
Ausführungsbeispiel wird bei jeweils zwei Umdrehungen in der
Maschine bzw. bei einer Umdrehung des Zahnrades 2 eine Be
zugsstellung der Kurbelwelle erfaßt. Bei diesem Ausführungs
beispiel wird das Zahnrad 2 in Uhrzeigerrichtung in der Dar
stellung gedreht.
In Fig. 40 ist die gesamte Gestaltung des Zahnrades 2
dargestellt. Gemäß Fig. 40 sind an dem Umfang des Zahnrades 2
in Abständen von 90° bzw. 180° KW Einschnitte 71 ausgebildet.
Die Einschnitte 71 haben jeweils eine Tiefe D2. Mit 78a bis
78c sind gleichförmige Erfassungsobjekte bezeichnet, die an
dem Umfang des Zahnrades 2 ausgebildet sind. Ein in Fig. 40
dargestellter Bereich P1 ist ein Bereich zum Erfassen einer
Bezugsstellung. In dem Bereich P1 sind eine Zahnlücke 72 und
eine Trapezoidzahn 73 ausgebildet, welche sich in der Um
fangsrichtung des Zahnrades 2 erstrecken.
Im folgenden wird das zehnte Ausführungsbeispiel be
schrieben, welches durch Abänderung von Teilen des neunten
Ausführungsbeispiels erhalten wird. Die Form eines bei dem
zehnten Ausführungsbeispiel verwendeten Zahnrades ist in Fig.
41 dargestellt.
Die Unterschiede zwischen dem in Fig. 41 dargestellten
zehnten Ausführungsbeispiel und dem in Fig. 40 dargestellten
neunten Ausführungsbeispiel bestehen darin, daß an den beiden
Öffnungsrändern der Einschnitte 71 bei dem zehnte Ausfüh
rungsbeispiel Vorsprünge 76 ausgebildet sind. An beiden Enden
der Zahnlücke 72 in dem Bereich P1 zur Erfassung der Bezugs
stellung sind Nuten 77 ausgebildet und an den beiden Enden
der oberen Fläche des Trapezoidzahnes 73 sind Vorsprünge 76
ausgebildet.
Im folgenden wird als elftes Ausführungsbeispiel eine
erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erfassen einer Bezugsstel
lung einer Kurbelwelle beschrieben.
In Fig. 42 ist die ganze Form des Zahnrades 2 darge
stellt. Gemäß 42 sind an dem Umfang des Zahnrades 2 in Ab
ständen von 90° oder 180° Vorsprünge 81 ausgebildet. Mit 84a
bis 84c sind gleichförmige Meßobjekte bezeichnet, die an dem
Umfang des Zahnrades 2 ausgebildet sind. Die Bodenfläche der
Meßobjekte 84a bis 84c hat einen Durchmesser, der größer ist
als der Durchmesser Ho des Zahngrundkreises nach Fig. 1. An
einem Bereich P1, der als Bereich für das Erfassen einer Be
zugsstellung dient, sind eine Zahnlücke 82 und ein Trape
zoidzahn 83 ausgebildet, die sich in der Umfangsrichtung des
Zahnrades 2 erstrecken.
Im folgenden wird das zwölfte Ausführungsbeispiel be
schrieben, welches durch Abänderung von Teilen des elften
Ausführungsbeispiels erhalten wird. Die Form eines bei dem
zwölften Ausführungsbeispiel verwendeten Zahnrades ist in
Fig. 43 dargestellt.
Die Unterschiede zwischen dem in Fig. 43 dargestellten
zwölften Ausführungsbeispiel und dem in Fig. 42 dargestellten
elften Ausführungsbeispiel bestehen darin, daß an den unteren
Rändern der Vorsprünge 81 bei dem zwölften Ausführungsbei
spiel Rillen 85 ausgebildet sind. In dem Bereich P1 für das
Erfassen der Bezugsstellung sind an beiden Enden der Zahnlük
ke 82 Rillen 85 und an beiden Enden der oberen Fläche des
Trapezoidzahnes 83 Vorsprünge 86 ausgebildet.
Im folgenden werden andere Ausführungsformen beschrie
ben, die sich durch die Erfindung ergeben.
Anstelle der ferroelektrischen Magnetwiderstandselemente
kann auch eine Hall-Vorrichtung verwendet werden.
Im Vergleich zu dem ferroelektrischen Magnetwider
standselement hat die Hall-Vorrichtung vier Anschlüsse. Das
ferroelektrische Magnetwiderstandselement hat dagegen nur
zwei Anschlüsse, so daß es einfacher gestaltet ist als die
Hall-Vorrichtung. Durch Verwenden eines ferroelektrischen Ma
gnetwiderstandselementes kann die Empfindlichkeit gegenüber
derjenigen mit einer Hall-Vorrichtung erhöht werden, wodurch
es möglich wird, die Anzahl von Radzähnen als Meßobjekte zu
erhöhen, um eine größere Anzahl von Impulsen zu erzeugen.
Durch Verwendung einer ferroelektrischen Magnetwiderstands
elementes kann der Spalt auf einen großen Wert eingestellt
werden, wodurch es möglich wird, als Vormagnetisierungsmagnet
nicht nur einen Seltenerden-Magneten, sondern auch einen Fer
rit-Magneten zu verwenden.
Anstelle des ferroelektrischen Magnetwiderstandselemen
tes kann auch eine Halbleiter-Magnetwiderstandsvorrichtung
verwendet werden.
Der Bereich für den Trapezoidzahn 4 bzw. zum Erkennen
der Drehrichtung bei den vorangehend beschriebenen Ausfüh
rungsbeispielen kann als Zahnlücke genutzt werden. Bei diesem
Schema wird die Zahnlücke bei jeweils zwei Umdrehungen des
Zahnrades 2 erfaßt und die Drehrichtung aus dem Pegel des aus
der Halbbrückenschaltung zu diesem Zeitpunkt abgegebenen Si
gnals ermittelt.
Die Zähne des Zahnrades können statt drei eckig auch
rechteckig oder trapezförmig gebildet sein.
Das für die Schaltung angewandte Verfahren zur binären
Umsetzung kann auf einer Hystereseschleife mit zwei Schwel
lenwerten VTH1 und VTH2 basieren.
Gemäß der vorangehenden Beschreibung stellen die Ausfüh
rungsbeispiele einen Drehungsdetektor dar. Es ist jedoch an
zumerken, daß die Ausführungsbeispiele auch ebenso einen li
nearen Sensor bzw. Wegesensor darstellen können. D.h., der
Rahmen der Erfindung umfaßt auch zusätzlich zu dem Erfassen
der Drehbewegung das Erfassen einer Bewegung in einer geraden
Richtung einschließlich einer Hin- und Herbewegung. Die Er
findung kann auch außer bei der Vorrichtung zum Erfassen der
Maschinendrehung bei einer Vielzahl von Gerätschaften wie bei
einem in einem Motor eingesetzten Drehungsdetektor angewandt
werden.
Gemäß der vorangehenden Beschreibung werden die Ausfüh
rungsbeispiele dazu benutzt, eine Bezugsstellung sowie eine
Drehrichtung zu erfassen. Es ist jedoch anzumerken, daß eben
so eine Ausführungsform zum Erkennen der Drehrichtung ohne
Erfassung der Bezugsstellung oder eine Ausführungsform zum
Erfassen einer Bezugsstellung ohne Erkennen der Drehrichtung
geschaffen werden kann. Es ist insbesondere anzumerken, daß
bei der Ausführungsform für das Erfassen einer Bezugsstellung
ohne Erkennen der Drehrichtung es nicht unbedingt erforder
lich ist, eine Brückenschaltung mit mehreren elektromagneti
schen Wandlern vorzusehen.
Ferner wird gemäß der vorangehenden Beschreibung bei je
dem der beschriebenen Ausführungsbeispiele eine Halbbrücken-
Schaltung mit den Magnetwiderstandselementen 7 und 8 verwen
det. Es ist jedoch anzumerken, daß anstelle der Halbbrücken-
Schaltung eine Brückenschaltung mit den Magnetwiderstandsele
menten 7 und 8 und mit zwei Widerständen mit konstantem Wi
derstandswert verwendet werden kann. Es kann ebenso auch eine
Brückenschaltung mit drei oder mehr Magnetwiderstandselemen
ten verwendet werden, die an Stellen angebracht sind, die
aneinander in der Richtung der Objektbewegung beabstandet
sind. Zusammengefaßt kann die Bewegungsrichtung mittels einer
Brückenschaltung mit einem Aufbau erkannt werden, der zumin
dest zwei Magnetwiderstandselemente enthält.
Bei dem siebten Ausführungsbeispiel sind gemäß der vor
angehenden Beschreibung für das Erkennen von Zylindern einer
Vierzylindermaschine vier verschiedene Bereiche zum Erfassen
der Bezugsstellung vorgesehen. Diese Gestaltung kann jedoch
abgeändert werden. Beispielsweise kann eine Ausführungsform
für das Erkennen der Zylinder einer Sechszylindermaschine
oder einer Achtzylindermaschine geschaffen werden. In diesem
Fall kann auch die Verbrennung in jedem zweiten Zylinder er
kannt werden.
Gemäß der vorangehenden Beschreibung ergeben sich mit
der Erfindung hervorragende Wirkungen in der Hinsicht, daß
die Erhöhung der Amplitude eines Signals verhindert wird,
welches an der Grenze zwischen einem Bereich mit gleichförmi
gen Zähnen und einem anderen Bereich erzeugt wird.
An dem Umfang eines Zahnrades wird in gleichen Winkelab
ständen eine Vielzahl von gleichförmigen dreieckförmigen Zäh
nen und in einem vorbestimmten Bereich ein trapezförmiger
Zahn ausgebildet. Von der Magnetisierungsfläche eines dem
Zahnrad gegenübergesetzten Vormagnetisierungsmagneten weg
wird zu dem Zahnrad hin ein Vormagnetisierungsfeld erzeugt.
In dem Vormagnetisierungsfeld werden Magnetwiderstandsvor
richtungen angebracht. Die durch die Drehung des Zahnrades
verursachten Änderungen des Zustandes des von dem Vormagneti
sierungsmagneten zu dem Zahnrad hin erzeugten Vormagnetisie
rungsfeldes werden durch die Magnetwiderstandsvorrichtungen
in ein elektrisches Ausgangssignal umgesetzt. Das elektrische
Ausgangssignal wird durch eine Binärumsetzschaltung in ein
binäres Signal umgesetzt. Eine Prozessorschaltung nimmt das
binäre Signal auf und ermittelt daraus eine Bezugsstellung
und die Drehrichtung.
Claims (17)
1. Magnetdetektor, gekennzeichnet durch:
einen Vormagnetisierungsmagneten (6), der ein Vormagne tisierungsfeld zu einem Meßobjekt (2) aus magnetischem Mate rial hin erzeugt, wobei die Magnetisierungsfläche des Magne ten Zähnen (3, 4) zugewandt ist, die an dem Objekt ausgebil det sind,
eine elektromagnetische Wandlervorrichtung (7, 8), die Änderungen des Zustandes des von dem Magneten zu dem Objekt hin erzeugten Vormagnetisierungsfeldes in ein elektrisches Ausgangssignal umsetzt, welches sich entsprechend der Bewe gung des Objektes ändert,
eine Verstärkungseinrichtung (11) zum Verstärken des von der elektromagnetischen Wandlervorrichtung abgegebenen elek trischen Ausgangssignals mit einem vorbestimmten maximalen Ausgangswert als Grenzwert,
eine Binärumsetzeinrichtung (10) zum Umsetzen eines von der Verstärkungseinrichtung abgegebenen verstärkten Signals zu einem binären-Signal und
eine Bewegungserfassungseinrichtung (44), die durch Auf nehmen des binären Signals aus der Binärumsetzeinrichtung ein Vorbeilaufen der Zähne in einem Bereich erfaßt, welcher ein Bereich zum Erfassen einer Bezugsstellung und/oder ein Be reich zum Bestimmen der Bewegungsrichtung ist,
wobei die Zähne (3, 4) eine Vielzahl von an dem Objekt in gleichen Winkelabständen ausgebildeten Zähnen (3; 91) und ein in dem Bereich des Objektes ausgebildeter Zahn (4; 92) mit einer Höhe sind, die in einer Richtung zu der elektroma gnetischen Wandlervorrichtung hin gemessen kleiner als dieje nige der gleichförmigen Zähne, aber größer als die Hälfte derjenigen der gleichförmigen Zähne ist, und
wobei die Binärumsetzeinrichtung (10) eine Spitzenwert- Halteeinrichtung (13) zum Festhalten eines Spitzenwertes des verstärken Ausgangssignals, eine Tiefstwert-Halteeinrichtung (14) zum Festhalten eines Tiefstwertes des verstärkten Aus gangssignals, eine Schwellenwerteinrichtung (15 bis 24) zum Ansetzen eines Schwellenwertes aus dem Spitzenwert und dem Tiefstwert und eine Vergleichseinrichtung (12) enthält, die das verstärkte Ausgangssignal mit dem Schwellenwert ver gleicht und gemäß dem Vergleichsergebnis das binäre Signal abgibt.
einen Vormagnetisierungsmagneten (6), der ein Vormagne tisierungsfeld zu einem Meßobjekt (2) aus magnetischem Mate rial hin erzeugt, wobei die Magnetisierungsfläche des Magne ten Zähnen (3, 4) zugewandt ist, die an dem Objekt ausgebil det sind,
eine elektromagnetische Wandlervorrichtung (7, 8), die Änderungen des Zustandes des von dem Magneten zu dem Objekt hin erzeugten Vormagnetisierungsfeldes in ein elektrisches Ausgangssignal umsetzt, welches sich entsprechend der Bewe gung des Objektes ändert,
eine Verstärkungseinrichtung (11) zum Verstärken des von der elektromagnetischen Wandlervorrichtung abgegebenen elek trischen Ausgangssignals mit einem vorbestimmten maximalen Ausgangswert als Grenzwert,
eine Binärumsetzeinrichtung (10) zum Umsetzen eines von der Verstärkungseinrichtung abgegebenen verstärkten Signals zu einem binären-Signal und
eine Bewegungserfassungseinrichtung (44), die durch Auf nehmen des binären Signals aus der Binärumsetzeinrichtung ein Vorbeilaufen der Zähne in einem Bereich erfaßt, welcher ein Bereich zum Erfassen einer Bezugsstellung und/oder ein Be reich zum Bestimmen der Bewegungsrichtung ist,
wobei die Zähne (3, 4) eine Vielzahl von an dem Objekt in gleichen Winkelabständen ausgebildeten Zähnen (3; 91) und ein in dem Bereich des Objektes ausgebildeter Zahn (4; 92) mit einer Höhe sind, die in einer Richtung zu der elektroma gnetischen Wandlervorrichtung hin gemessen kleiner als dieje nige der gleichförmigen Zähne, aber größer als die Hälfte derjenigen der gleichförmigen Zähne ist, und
wobei die Binärumsetzeinrichtung (10) eine Spitzenwert- Halteeinrichtung (13) zum Festhalten eines Spitzenwertes des verstärken Ausgangssignals, eine Tiefstwert-Halteeinrichtung (14) zum Festhalten eines Tiefstwertes des verstärkten Aus gangssignals, eine Schwellenwerteinrichtung (15 bis 24) zum Ansetzen eines Schwellenwertes aus dem Spitzenwert und dem Tiefstwert und eine Vergleichseinrichtung (12) enthält, die das verstärkte Ausgangssignal mit dem Schwellenwert ver gleicht und gemäß dem Vergleichsergebnis das binäre Signal abgibt.
2. Magnetdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß die Schwellenwerteinrichtung (15 bis 24) einen von
mehreren voneinander verschiedenen Schwellenwerten einstellt.
3. Magnetdetektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß zumindest an demjenigen Ende des in dem Be
reich ausgebildeten Zahnes (4), welches früher an der elek
tromagnetischen Wandlervorrichtung (7, 8) vorbeiläuft, ein
Vorsprung (54, 55; 56, 57) ausgebildet ist, der sich in der
Richtung zu der elektromagnetischen Wandlervorrichtung hin
erstreckt.
4. Magnetdetektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich
net, daß der Vorsprung (56, 57) ein herausstehend geformtes
Teil ist, das aus magnetischem Material besteht und an dem
einen Ende des Zahnes (4) befestigt ist.
5. Magnetdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da
durch gekennzeichnet, daß einer (58) der gleichförmigen Zäh
ne, der angrenzend an den Zahn (4) in dem Bereich ausgebildet
ist, einen Teilungsabstand (P2) hat, der kleiner ist als der
Teilungsabstand (P1) der gleichförmigen Zähne (3).
6. Magnetdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da
durch gekennzeichnet, daß die gleichförmigen Zähne (3) drei
eckförmig sind und der Zahn (4) in dem Bereich trapezförmig
ist.
7. Magnetdetektor nach einem der vorangehenden Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich zum Erfassen der
Bezugsstellung der gleiche ist wie der Bereich zum Bestimmen
der Bewegungsrichtung, daß die elektromagnetischen Wandler
vorrichtung eine erste elektromagnetische Wandlervorrichtung
(7) und eine zweite elektromagnetische Wandlervorrichtung (8)
zum Umsetzen von Änderungen des Zustandes des von dem Magne
ten (6) zu dem Objekt (2) hin erzeugten Vormagnetisierungs
feldes enthält, wobei die zweite elektromagnetische Wandler
vorrichtung an einer in der Bewegungsrichtung des Objektes in
dem Vormagnetisierungsfeld von der ersten elektromagnetischen
Wandlervorrichtung um eine vorbestimmte Strecke beabstandeten
Stelle angebracht ist und in Verbindung mit der ersten elek
tromagnetischen Wandlervorrichtung eine Brückenschaltung zum
Erzeugen des elektrischen Ausgangssignals bildet, und daß die
Bewegungserfassungseinrichtung (44) eine Bewegungsrichtung
Erfassungseinrichtung (53) enthält, die das binäre Signal aus
der Binärumsetzeinrichtung (10) zum Erfassen eines Durchlau
fens durch den Bereich zur Bestimmung der Bewegungsrichtung
und zum Bestimmen der Bewegungsrichtung aus dem Pegel des
Ausgangssignals aufnimmt.
8. Magnetdetektor nach einem der vorangehenden Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß das Objekt (2) ein Drehkör
per für das Übertragen einer Drehbewegung einer Kurbelwelle
in einer Mehrzylindermaschine ist und die Bereiche zum Erfas
sen der Bezugsstellung derart ausgebildet sind, daß die Be
reiche jeweils einem vorbestimmten Zylinder in der Mehrzylin
dermaschine zugeordnet sind.
9. Magnetdetektor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich
net, daß die Bereiche für das Erfassen der Bezugsstellung je
weils einzeln für einen jeden Zylinder in der Mehrzylinderma
schine ausgebildet sind und eine Zylindererkennungseinrich
tung (60) für das Erkennen einer Zylindernummer aus einem für
den in dem Bereich ausgebildeten Zahn erhaltenen Erfassungs
ergebnis vorgesehen ist.
10. Magnetdetektor, gekennzeichnet durch
einen Vormagnetisierungsmagneten (6) zum Erzeugen eines Vormagnetisierungsfeldes zu einem Meßobjekt (2) aus einem ma gnetischen Material hin, wobei die Magnetisierungsfläche des Magneten Zähnen (3, 4) gegenübergesetzt ist, die an dem Ob jekt ausgebildet sind,
eine Magnetwiderstand-Wandlervorrichtung (7, 8) zum Um setzen von Änderungen des Zustandes des von dem Magneten zu dem Objekt hin erzeugten Vormagnetisierungsfeldes in ein elektrisches Ausgangssignal, das sich entsprechend einer Be wegung des Objektes ändert,
eine Binärumsetzeinrichtung (10) zum Umsetzen des elek trischen Ausgangssignals der Magnetwiderstand- Wandlervorrichtung in ein binäres Signal und eine Bezugsstellung-Erfassungseinrichtung (44), die durch Aufnehmen des binären Ausgangssignals der Binärum setzeinrichtung ein Vorbeilaufen der Zähne erfaßt, die in ei nem Bereich für das Erfassen einer Bezugsstellung und/oder in einem Bereich zum Bestimmen der Bewegungsrichtung ausgebildet sind,
wobei die Zähne eine Vielzahl von gleichförmigen Zähnen (3; 91), die an dem Objekt in der Bewegungsrichtung außerhalb des Bereiches ausgebildet sind, und ein von den gleichförmi gen Zähnen verschiedener Zahn (4; 92, 93) sind, der in dem Bereich in der Bewegungsrichtung ausgebildet ist.
einen Vormagnetisierungsmagneten (6) zum Erzeugen eines Vormagnetisierungsfeldes zu einem Meßobjekt (2) aus einem ma gnetischen Material hin, wobei die Magnetisierungsfläche des Magneten Zähnen (3, 4) gegenübergesetzt ist, die an dem Ob jekt ausgebildet sind,
eine Magnetwiderstand-Wandlervorrichtung (7, 8) zum Um setzen von Änderungen des Zustandes des von dem Magneten zu dem Objekt hin erzeugten Vormagnetisierungsfeldes in ein elektrisches Ausgangssignal, das sich entsprechend einer Be wegung des Objektes ändert,
eine Binärumsetzeinrichtung (10) zum Umsetzen des elek trischen Ausgangssignals der Magnetwiderstand- Wandlervorrichtung in ein binäres Signal und eine Bezugsstellung-Erfassungseinrichtung (44), die durch Aufnehmen des binären Ausgangssignals der Binärum setzeinrichtung ein Vorbeilaufen der Zähne erfaßt, die in ei nem Bereich für das Erfassen einer Bezugsstellung und/oder in einem Bereich zum Bestimmen der Bewegungsrichtung ausgebildet sind,
wobei die Zähne eine Vielzahl von gleichförmigen Zähnen (3; 91), die an dem Objekt in der Bewegungsrichtung außerhalb des Bereiches ausgebildet sind, und ein von den gleichförmi gen Zähnen verschiedener Zahn (4; 92, 93) sind, der in dem Bereich in der Bewegungsrichtung ausgebildet ist.
11. Magnetdetektor nach Anspruch 10, dadurch gekenn
zeichnet, daß der in dem Bereich ausgebildete Zahn (4) eine
in der Richtung zur Annäherung an die Magnetwiderstand-
Wandlervorrichtung (7, 8) gemessene Höhe (H2) hat, die von
der Höhe (H1) der gleichförmigen Zähne (3) verschieden ist.
12. Magnetdetektor nach Anspruch 10 oder 11, dadurch ge
kennzeichnet, daß der in dem Bereich ausgebildete Zahn (4)
eine Höhe (H2) hat, die kleiner als die Höhe (H1) der gleich
förmigen Zähne (3) ist.
13. Magnetdetektor, nach Anspruch 12, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Höhe (H2) des Zahnes (4) in dem Bereich
größer als die Hälfte der Höhe (H1) der gleichförmigen Zähne
(3) ist.
14. Magnetdetektor nach einem der Ansprüche 10 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, daß zumindest an demjenigen Ende des
Zahnes (4) in dem Bereich, welches früher an der Magnetwider
stand-Wandlervorrichtung (7, 8) vorbeiläuft, ein sich zu der
Magnetwiderstand-Wandlervorrichtung hin erstreckender Vor
sprung (54, 55; 56, 57) ausgebildet ist.
15. Magnetdetektor nach Anspruch 14, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Vorsprung ein herausragend gebildetes Teil
(56, 57) ist, welches aus einem magnetischen Material besteht
und an dem Ende des Zahnes (4) befestigt ist.
16. Magnetdetektor nach einem der Ansprüche 10 bis 15,
dadurch gekennzeichnet, daß ein Zahn (58) der gleichförmigen
Zähne, der angrenzend an den Zahn (4) in dem Bereich angeord
net ist, einen Teilungsabstand (P2) hat, der kleiner ist als
der Teilungsabstand (P1) zwischen zwei gleichförmigen Zähnen
(3) ist.
17. Magnetdetektor nach einem der Ansprüche 10 bis 16,
dadurch gekennzeichnet, daß die gleichförmigen Zähne (3)
dreieckförmig ausgebildet sind und zwischen benachbarten zwei
Zähnen ein Tal mit einer Tiefe (D1) gebildet ist und der Zahn
(4) in dem Bereich trapezförmig mit einer konkaven Fläche mit
einer Tiefe (D2) ausgebildet ist, die kleiner als die Tiefe
des Tales ist.
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