DE19850677A1 - Magnetfelddetektor - Google Patents
MagnetfelddetektorInfo
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Abstract
Es wird ein Magnetfelddetektor mit einer Stromeinschaltzustandsfunktion vorgeschlagen, der im wesentlichen die Temperaturcharakteristik eines Magnetfeldmeßgerätes ausschalten kann, und die Genauigkeit der Feststellung der Flanken von abwechselnd vorspringenden und zurückspringenden Abschnitten eines beweglichen Teils aus magnetischem Material verbessern kann. Der Magnetfelddetektor weist einen Magneten zur Erzeugung eines Magnetfeldes auf, ein Drehteil aus magnetischem Material, welches in einem vorbestimmten Spaltabstand gegenüber dem Magneten angeordnet ist, und abwechselnd vorspringende und zurückspringende Abschnitte aufweist, durch welche das von dem Magneten erzeugte Magnetfeld geändert wird, ein Magnetowiderstandsgerät, welches mehrere Magnetfeldmeßelemente aufweist, und Änderungen des Magnetfeldes infolge der Bewegung des Drehteils aus magnetischem Material feststellt, sowie eine magnetische Führung zur Einstellung von Änderungen des Magnetfeldes, die durch die abwechselnd vorspringenden und zurückspringenden Abschnitte des Drehteils aus magnetischem Material hervorgerufen werden.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Magnetfelddetektor
zur Feststellung von Änderungen eines Magnetfeldes, die durch
Bewegung eines beweglichen Teils aus magnetischem Material
hervorgerufen werden, und betrifft insbesondere einen
Magnetfelddetektor, der so ausgebildet ist, daß er
abwechselnd vorspringende und ausgenommene Abschnitte eines
beweglichen Teils aus magnetischem Material in einem
Stromversorgungseinschaltzustand feststellt (nachstehend als
Einschaltzustandsfunktion bezeichnet).
Es ist eine Vorgehensweise zur Feststellung von Änderungen
eines Magnetfelds bekannt, bei welcher Elektroden an beiden
Enden einer für ein Magnetfeld empfindlichen Oberfläche von
Magnetfeldmeßgeräten (Magnetowiderstandsgeräte werden hierbei
verwendet) zum Aufbau einer Brückenschaltung dienen; eine
Konstantspannungs- und Konstantstrom-Stromversorgung zwischen
die beiden gegenüberliegenden Elektroden der Brücke
geschaltet ist, um Änderungen des Widerstandswertes des
Magnetfeldmeßgeräts in Spannungsänderungen umzuwandeln, und
Änderungen des Magnetfeldes, die auf die Magnetfeldmeßgeräte
einwirken, auf der Grundlage der Spannungsänderungen
festgestellt werden.
Fig. 9 zeigt ein Schaltbild der Ausbildung einer
Verarbeitungsschaltung bei einem derartigen Sensor, der
übliche Magnetfeldmeßgeräte verwendet.
In Fig. 9 besteht eine Wheatstone-Brückenschaltung 1 aus
Magnetfeldmeßgeräten oder Widerständen RA, RB, RC und RD, bei
denen zumindest eines oder mehrere Magnetfeldmeßgeräte
vorgesehen sind. Eingangsklemmen einer
Differenzverstärkerschaltung 2 sind mit einem mittleren
Verbindungspunkt 4 zwischen RA, RB und einem mittleren
Verbindungspunkt zwischen RC, RD verbunden. Ein mittlerer
Verbindungspunkt zwischen RA, RD ist an eine
Stromversorgungsquelle Vcc angeschlossen, und ein mittlerer
Verbindungspunkt zwischen RB, RC ist mit Masse GND verbunden.
Ein Differenzverstärkerausgangssignal 8 von der
Differenzverstärkerschaltung 2 wird einer Vergleichsschaltung
3 in einer nächsten Stufe zugeführt.
Bei der voranstehend geschilderten Schaltung ändern sich die
Widerstandswerte der Magnetfeldmeßgeräte entsprechend
Änderungen des Magnetfeldes, welches auf die Widerstände RA,
RB einwirkt, und ändert sich die Spannung am mittleren
Verbindungspunkt 4 zwischen RA, RB entsprechend derartigen
Änderungen des angelegten Magnetfeldes. Die Spannung über den
mittleren Verbindungspunkten 4 und 5 wird durch die
Differenzverstärkerschaltung 2 verstärkt, und von der
Vergleichsschaltung 3 wird ein endgültiges Ausgangssignal 9
erhalten, welches den Pegel "0" oder "1" aufweist.
Fig. 10 zeigt schematisch den Aufbau eines herkömmlichen
Magnetfelddetektors.
In Fig. 10 weist der herkömmliche Magnetfelddetektor ein
Drehteil aus magnetischem Material 10 auf, dessen Form so
ausgebildet ist, daß hierdurch ein Magnetfeld geändert werden
kann, ein Magnetfeldmeßgerät 11, Magnetfeldmeßelemente 11a,
11b, einen Magneten 13, und eine Drehwelle 12. Wenn sich die
Drehwelle 12 dreht, dreht sich synchron hierzu auch das
Drehteil aus magnetischem Material 10.
Das Zentrum der Magnetfeldmeßelemente (Widerstände) 11a, 11b
des Magnetfeldmeßgeräts 11 ist so angeordnet, daß es versetzt
gegenüber dem Zentrum des Magneten 13 um einen vorbestimmten
Betrag angeordnet ist.
Bei Drehung des Drehteils aus magnetischem Material 10 ändert
sich bei dem voranstehend geschilderten Magnetfelddetektor
das Magnetfeld, welches auf die Widerstände 11a, 11b des
Magnetfeldmeßgerätes 11 einwirkt, und ändert sich, wie
beispielhaft in Fig. 11 gezeigt ist, das
Differenzverstärkerausgangssignal 8 entsprechend der Form des
Drehteils aus magnetischem Material 10. Daher kann bei der in
Fig. 9 gezeigten Schaltung ein Signal erhalten werden,
welches das endgültige Ausgangssignal 9 repräsentiert und der
Form des Drehteils aus magnetischem Material 10 entspricht.
Die Magnetschaltungsanordnung, die in dem herkömmlichen
Detektor verwendet wird, zeigte allerdings folgende
Schwierigkeiten.
Wenn die Brücke aus Magnetfeldmeßgeräten und Festwiderständen
aufgebaut wird, ist ein Unterschied zwischen deren
Temperaturkoeffizienten vorhanden. Wenn die Brücke aus
Magnetfeldmeßgeräten mit mehreren Elementen besteht, tritt
auch dann ein Unterschied der Temperaturkoeffizienten infolge
eines unterschiedlichen Magnetfeldes auf, welches auf die
Elemente einwirkt. Infolge dieses Unterschieds bezüglich der
Temperaturkoeffizienten zeigen, wie in Fig. 12 dargestellt,
das Differenzverstärkerausgangssignal 8 (Zimmer) bei
Zimmertemperatur und das Differenzverstärkerausgangssignal 8
(Heiß) bei hoher Temperatur eine Temperaturabhängigkeit, die
von Änderungen des angelegten Magnetfeldes abhängt. Dies
führt zu einer großen Abweichung bei der Genauigkeit bei der
Feststellung der Flanken der abwechselnd vorspringenden und
zurückspringenden Abschnitte des Drehteils aus magnetischem
Material.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der
Bereitstellung eines Magnetfelddetektors mit einer
Stromeinschaltzustandsfunktion, der im wesentlichen die
Temperaturabhängigkeit eines Magnetfeldmeßgerätes ausschalten
kann, und die Temperaturcharakteristik der Genauigkeit der
Feststellung der Flanken abwechselnd vorspringender und
ausgenommener Abschnitte eines beweglichen Teils aus
magnetischem Material verbessern kann.
Ein Magnetfelddetektor gemäß einer ersten Zielrichtung der
vorliegenden Erfindung weist eine
Magnetfelderzeugungsvorrichtung zur Erzeugung eines
Magnetfeldes auf, ein bewegliches Teil aus magnetischem
Material, welches in einem vorbestimmten Spalt oder Abstand
in Bezug auf die Magnetfelderzeugungsvorrichtung angeordnet
ist, und abwechselnd vorspringende und zurückgenommene
Abschnitte aufweist, so daß das von der
Magnetfelderzeugungsvorrichtung erzeugte Magnetfeld geändert
wird, ein Magnetfeldmeßgerät, welches mehrere
Magnetfeldmeßelemente aufweist, die Änderungen des
Magnetfeldes infolge der Bewegung des beweglichen Teils aus
magnetischem Material erfassen, und eine Vorrichtung zur
Einstellung von Änderungen des Magnetfeldes, die durch die
abwechselnd vorspringenden und zurückspringenden Abschnitte
des beweglichen Teils aus magnetischem Material hervorgerufen
werden.
Bei einem Magnetfelddetektor gemäß einer zweiten Zielrichtung
der vorliegenden Erfindung ist zusätzlich zu den Merkmalen
gemäß der ersten Zielrichtung vorgesehen, daß der magnetische
Fluß die mehreren Magnetfeldmeßelement ein einem ersten
vorbestimmten Winkel kreuzt, wenn der ausgenommene Abschnitt
des beweglichen Teils aus magnetischem Material dem
Magnetfeldmeßgerät gegenüberliegend angeordnet ist, daß der
magnetische Fluß die mehreren Magnetfeldmeßelement ein einem
zweiten vorbestimmten Winkel kreuzt, wenn der vorspringende
Abschnitt des beweglichen Teils aus magnetischem Material dem
Magnetfeldmeßgerät gegenüberliegt, und ist die
Magnetfelderzeugungsvorrichtung so eingestellt, daß der erste
und zweite vorbestimmte Winkel symmetrisch in Bezug auf die
Richtung vertikal zu einer Ebene verlaufen, in welcher die
mehreren Magnetfeldmeßelemente angeordnet sind.
Bei einem Magnetfelddetektor gemäß einer dritten Zielrichtung
der vorliegenden Erfindung ist zusätzlich zu den Merkmalen
der ersten Zielrichtung vorgesehen, daß der magnetische Fluß
die mehreren Magnetfeldmeßelemente in einem ersten
vorbestimmten Winkel kreuzt, wenn der ausgenommene Abschnitt
des beweglichen Teils aus magnetischem Material dem
Magnetfeldmeßgerät gegenüberliegt, daß der magnetische Fluß
die mehreren Magnetfeldmeßelement ein einem zweiten
vorbestimmten Winkel kreuzt, wenn der vorspringende Abschnitt
des beweglichen Teils aus magnetischem Material dem
Magnetfeldmeßgerät gegenüberliegt, und ist das
Magnetfeldmeßgerät so eingestellt, daß der erste und zweite
vorbestimmte Winkel symmetrisch in Bezug auf die Richtung
vertikal zu einer Ebene verlaufen, in welcher die mehreren
Magnetfeldmeßelemente angeordnet sind.
Bei einem Magnetfelddetektor gemäß einer vierten Zielrichtung
der vorliegenden Erfindung ist zusätzlich zu den Merkmalen
der ersten Zielrichtung vorgesehen, daß der magnetische Fluß
die mehreren Magnetfeldmeßelemente in einem vorbestimmten
Winkel kreuzt, wenn der ausgenommene Abschnitt des
beweglichen Teils aus magnetischem Material dem
Magnetfeldmeßelement gegenüberliegt, daß der magnetische Fluß
die mehreren Magnetfeldmeßelemente in einem zweiten
vorbestimmten Winkel kreuzt, wenn der vorspringende Abschnitt
des beweglichen Teils aus magnetischem Material dem
Magnetfeldmeßgerät gegenüberliegt, und ist eine magnetische
Führung so vorgesehen und eingestellt, daß der erste und
zweite vorbestimmte Winkel symmetrisch in Bezug auf die
Richtung vertikal zu einer Ebene verlaufen, in welcher die
mehreren Magnetfeldmeßelemente angeordnet sind.
Bei einem Magnetfelddetektor gemäß einer fünften Zielrichtung
der vorliegenden Erfindung ist zusätzlich zu den Merkmalen
der vierten Zielrichtung vorgesehen, daß die magnetische
Führung auf die Magnetisierungsrichtung der
Magnetfelderzeugungsvorrichtung eingestellt ist.
Bei einem Magnetfelddetektor gemäß einer sechsten
Zielrichtung der vorliegenden Erfindung ist zusätzlich zu den
Merkmalen der vierten Zielrichtung vorgesehen, daß die
magnetische Führung auf eine Richtung vertikal zur
Magnetisierungsrichtung der Magnetfelderzeugungsvorrichtung
eingestellt ist.
Bei einem Magnetfelddetektor gemäß einer siebten Zielrichtung
der vorliegenden Erfindung ist zusätzlich zu den Merkmalen
der vierten Zielrichtung vorgesehen, daß die magnetische
Führung auf die Richtung schräg zur Magnetisierungsrichtung
der Magnetfelderzeugungsvorrichtung eingestellt ist.
Bei einem Magnetfelddetektor gemäß einer achten Zielrichtung
der vorliegenden Erfindung ist zusätzlich zu den Merkmalen
der vierten Zielrichtung vorgesehen, daß ein magnetischer
Bolzen statt der magnetischen Führung verwendet wird.
Bei einem Magnetfelddetektor gemäß einer neunten Zielrichtung
der vorliegenden Erfindung ist zusätzlich zu den Merkmalen
der ersten Zielrichtung vorgesehen, daß ein GMR-Gerät
(Riesenmagnetowiderstandsgerät) als das Magnetfeldmeßgerät
verwendet wird.
Bei einem Magnetfelddetektor gemäß einer zehnten Zielrichtung
der vorliegenden Erfindung ist zusätzlich zu den Merkmalen
der ersten Zielrichtung vorgesehen, daß die
Magnetfelderzeugungsvorrichtung, die gegenüberliegend den
abwechselnd vorspringenden und zurückspringenden Abschnitten
des beweglichen Teils aus magnetischem Material angeordnet
ist, in der entgegengesetzten Richtung magnetisiert ist, und
daß das Magnetfeldmeßgerät so angeordnet ist, daß es parallel
zur entgegengesetzten Richtung liegt.
Bei einem Magnetfelddetektor gemäß einer elften Zielrichtung
der vorliegenden Erfindung ist zusätzlich zu den Merkmalen
der ersten Zielrichtung vorgesehen, daß das bewegliche Teil
aus magnetischem Material ein Drehteil aus magnetischem
Material ist, welches sich synchron mit einer Drehwelle
dreht.
Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch
dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus
welchen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung des Aufbaus eines
Magnetfelddetektors gemäß Ausführungsform 1 der
vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 eine erläuternde Darstellung der Änderung eines
Magnetfeldvektors bei der Ausführungsform 1 der
vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 ein Zeitablaufdiagramm von Ausgangssignalen bei
der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4 eine Darstellung zur Erläuterung des
Betriebsablaufs bei der Ausführungsform 1 der
vorliegenden Erfindung;
Fig. 5 eine schematische Darstellung des Aufbaus eines
Magnetfelddetektors gemäß Ausführungsform 2 der
vorliegenden Erfindung;
Fig. 6 eine Darstellung zur Erläuterung der Änderung
eines Magnetfeldvektors bei der Ausführungsform 3
der vorliegenden Erfindung;
Fig. 7 eine Darstellung zur Erläuterung der Änderung
eines Magnetfeldvektors bei der Ausführungsform 3
der vorliegenden Erfindung;
Fig. 8 eine schematische Darstellung des Aufbaus eines
Magnetfelddetektors gemäß Ausführungsform 4 der
vorliegenden Erfindung;
Fig. 9 ein Schaltbild der Ausbildung einer
Verarbeitungsschaltung in einem Sensor, der
übliche Magnetfeldmeßgeräte verwendet;
Fig. 10 eine schematische Darstellung des Aufbaus eines
herkömmlichen Magnetfelddetektors;
Fig. 11 ein Zeitablaufdiagramm von Ausgangssignalen bei
dem herkömmlichen Magnetfelddetektor; und
Fig. 12 ein Zeitablaufdiagramm von Ausgangssignalen bei
dem herkömmlichen Magnetfelddetektor.
Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau eines
Magnetfelddetektors gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden
Erfindung.
Die Ausbildung einer Verarbeitungsschaltung bei dieser
Ausführungsform kann ebenso wie bei dem herkömmlichen Fall
erfolgen, der in Fig. 9 dargestellt ist. Die
Magnetfeldmeßgeräte (Widerstände) RA, RB in Fig. 9
entsprechen den Magnetfeldmeßgeräten, die bei der
vorliegenden Ausführungsform verwendet werden. Bei der
nachstehenden Beschreibung dieser Ausführungsform wird ein
Magnetowiderstandsgerät als das Magnetfeldmeßgerät verwendet.
In Fig. 1 weist der Magnetfelddetektor ein
Magnetowiderstandsgerät 24 auf, Magnetfeldmeßwiderstände 24a,
24b, die im wesentlichen das Magnetowiderstandsgerät 24
bilden, und als Magnetfeldmeßelemente dienen, die eine Brücke
aufbauen, ein Drehteil aus magnetischem Material 25 als
bewegliches Teil aus magnetischem Material, einen Magneten 26
als Magnetfelderzeugungsvorrichtung, eine Drehwelle 27, und
eine magnetische Führung 28 als Vorrichtung zur Einstellung
einer Änderung des Magnetfeldes, die durch abwechselnd
vorspringende und zurückspringende Abschnitte des Drehteils
aus magnetischem Material 35 hervorgerufen wird.
Der Magnet 26 ist dem Drehteil aus magnetischem Material 25
gegenüberliegend angeordnet, und ist in dieser Richtung
magnetisiert. Das Magnetowiderstandsgerät 24 ist so
angeordnet, daß es in der Magnetisierungsrichtung des
Magneten 26 liegt, so daß ein Paar (oder zwei Paare) von
Magnetfeldmeßelementen parallel zueinander in der
Magnetisierungsrichtung des Magneten 26 angeordnet ist bzw.
sind, ausgerichtet zu einer Linie, die in der
Magnetisierungsrichtung verläuft. Das Drehteil aus
magnetischem Material 25 weist eine derartige Form auf, daß
es das Magnetfeld ändern kann, welches auf das
Magnetowiderstandsgerät 24 einwirkt, und wird synchron zur
Drehung der Drehwelle 27 gedreht.
Fig. 2 zeigt die Vektorrichtung eines Magnetfeldes, welches
auf das Magnetowiderstandsgerät in der magnetischen Schaltung
gemäß der vorliegenden Ausführungsform einwirkt.
Der magnetische Fluß kreuzt die Magnetfeldwiderstände 24a,
24b in einem ersten vorbestimmten Winkel, wenn der
ausgenommene oder zurückspringende Abschnitt des Drehteils
aus magnetischem Material 25 dem Magnetowiderstandsgerät 24
gegenüberliegt. Der magnetische Fluß kreuzt die
Magnetfeldmeßwiderstände 24a, 24b in einem zweiten
vorbestimmten Winkel, wenn der vorspringende Abschnitt des
Drehteils aus magnetischem Material 25 dem
Magnetowiderstandsgerät 24 gegenüberliegt. Die Position der
magnetischen Führung 28 wird so eingestellt, daß der erste
und zweite vorbestimmte Winkel symmetrisch zur Richtung
vertikal zu einer Ebene verlaufen, in welcher die
Magnetfeldmeßwiderstände angeordnet sind.
Der Betrieb des Magnetfelddetektors wird nunmehr unter
Bezugnahme auf Fig. 3 beschrieben.
Änderungen der Widerstandswerte der Magnetfeldmeßwiderstände
24a, 24b, hervorgerufen durch Änderungen des Magnetfeldes
entsprechend den abwechselnd vorspringenden und
zurückspringenden Abschnitten des Drehteils aus magnetischem
Material 25 bei Zimmertemperatur sind durch R (Zimmer)
bezeichnet, und bei hoher Temperatur durch R (Heiß).
Das Magnetfeld, welches auf die Magnetfeldmeßwiderstände 24a,
24b einwirkt, ändert sich symmetrisch in Abhängigkeit von den
abwechselnd vorspringenden und zurückspringenden Abschnitten
des Drehteils aus magnetischem Material 25, wie voranstehend
unter Bezugnahme auf Fig. 2 geschildert wurde, und auch die
Widerstandswerte der Magnetfeldmeßwiderstände 24a, 24b ändern
sich symmetrisch. Dies bedeutet, daß die Widerstandswerte der
Magnetfeldmeßwiderstände 24a, 24b miteinander an jedem Punkt
übereinstimmen, sowohl im Zustand bei Zimmertemperatur als
auch im Zustand bei hoher Temperatur. Bei der
Brückenschaltung, welche die Magnetfeldmeßwiderstände 24a,
24b aufweist, kreuzen sich daher das
Differenzverstärkerausgangssignal 8 (Zimmer) bei
Zimmertemperatur und das Differenzverstärkerausgangssignal 8
(Heiß) bei hoher Temperatur. Die Temperaturcharakteristik der
Genauigkeit der Feststellung der Flanken der abwechselnd
vorspringenden und zurückspringenden Abschnitte des Drehteils
aus magnetischem Material 25 kann dadurch verbessert werden,
daß der Vergleichspegel Vref der Vergleichsschaltung 3 auf
den Kreuzungspunkt der Temperaturcharakteristiklinien gesetzt
wird, welche die Differenzverstärkerausgangssignale 8
darstellen, und es kann ein Signal erhalten werden, welches
exakt den abwechselnd vorspringenden und zurückspringenden
Abschnitten des Drehteils aus magnetischem Material 25
entspricht, und welches die Stromeinschaltzustandsfunktion
bereitstellen kann.
Fig. 4 zeigt die Beziehung zwischen Widerstandsänderungen
und dem Widerstandstemperaturkoeffizienten in Bezug auf das
Magnetfeld, welches auf das Magnetowiderstandsgerät einwirkt.
Wie aus Fig. 4 deutlich wird, weist das
Magnetowiderstandsgerät unterschiedliche
Widerstandstemperaturkoeffizienten auf, in Abhängigkeit von
seinem Widerstandswert, der sich entsprechend dem angelegten
Magnetfeld ändert. Ein Paar aus Magnetfeldmeßelementen wird
daher so betrieben, daß es, wenn es Änderungen des
Magnetfeldes ausgesetzt wird, Widerstandswerte und
Temperaturkoeffizienten aufweist, die miteinander symmetrisch
übereinstimmen, wodurch die Temperaturcharakteristik der
Magnetfeldmeßelemente ausgeglichen wird, also die
Temperaturcharakteristik des Magnetowiderstandsgerätes
ausgeschaltet wird.
Da wie voranstehend geschildert die Widerstandswerte und
Temperaturkoeffizienten des Paars der Magnetfeldmeßelemente,
welche das Magnetfeldmeßgerät bilden, sich symmetrisch bei
Änderungen des Magnetfeldes ändern, entsprechend den
abwechselnd vorspringenden und zurückspringenden Abschnitten
des Drehteils aus magnetischem Material, ist es bei der
vorliegenden Ausführungsform durch Aufbau einer
Brückenschaltung mit einem Paar aus Magnetfeldmeßelementen
oder einer Wheatstone-Brücke mit zwei Paaren von
Magnetfeldmeßelementen möglich, die Temperaturcharakteristik
des Magnetfeldmeßgerätes auszuschalten, so daß die
Genauigkeit der Feststellung der Flanken der abwechselnd
vorspringenden und zurückspringenden Abschnitte des Drehteils
aus magnetischem Material verbessert wird, und die
Stromeinschaltzustandsfunktion sichergestellt wird.
Da der Magnet und das Magnetfeldmeßgerät parallel zueinander
in der Richtung gegenüberliegend den abwechselnd
vorspringenden und zurückspringenden Abschnitten des
Drehteils aus magnetischem Material angeordnet sind, können
Leitungen weggelassen werden, die zum Verdrahten oder für
Biegevorgänge erforderlich sind, die man zum Einführen und
dergleichen braucht, und daher läßt sich der
Herstellungswirkungsgrad verbessern.
Fig. 5 zeigt schematisch den Aufbau eines
Magnetfelddetektors gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden
Erfindung.
Die Ausführungsform 2 ist grundsätzlich ebenso wie die
Ausführungsform 1 aufgebaut, mit Ausnahme der Tatsache, daß
der in Fig. 1 gezeigte Magnet 26 mit dem
Magnetowiderstandsgerät 24 um 90° in Bezug auf das Drehteil
aus magnetischem Material 25 gedreht angeordnet ist. In Fig.
5 entsprechen eine Magnetowiderstandsgerät 14,
Magnetfeldmeßwiderstände 14a, 14b, die im wesentlichen das
Magnetowiderstandsgerät 14 bilden, und als
Magnetfeldmeßelemente dienen, mit welchen eine Brücke
aufgebaut ist, ein Drehteil aus magnetischem Material 15 als
bewegliches Teil aus magnetischem Material, ein Magnet 16 als
Magnetfelderzeugungsvorrichtung, eine Drehwelle 17 und eine
magnetische Führung 18 als Vorrichtung zur Einstellung von
Änderungen des Magnetfeldes, die durch abwechselnd
vorspringende und zurückspringende Abschnitte des Drehteils
aus magnetischem Material 25 hervorgerufen werden, dem
Magnetowiderstandsgerät 24, bzw. den
Magnetfeldmeßwiderständen 24a, 24b, bzw. dem Drehteil aus
magnetischem Material 25, bzw. dem Magneten 26, bzw. der
Drehwelle 27 bzw. der magnetischen Führung 28.
Das grundlegende Betriebsprinzip und die Vorteile dieser
Ausführungsform sind daher ebenso wie bei der Ausführungsform
1; daher erfolgt hier insoweit keine erneute Beschreibung.
Die Fig. 6 und 7 zeigen schematisch ein Verfahren zur
Einstellung des Magnetfeldes, welches auf das
Magnetfeldmeßgerät einwirkt, durch die magnetische Führung
28, die bei der vorliegenden Ausführungsform 1 geschildert
wurde. In den Fig. 6 und 7 sind entsprechende Bauteile wie
in den Fig. 1 und 2 mit gleichen oder entsprechenden
Bezugszeichen bezeichnet, und erfolgt insoweit nicht
unbedingt eine erneute Beschreibung.
Wenn bei den Ausführungsformen 1 und 2 keine Vorrichtung zur
Einstellung des angelegten Magnetfeldes vorgesehen ist, sind
der erste und zweite Kreuzungswinkel, mit welchem das
angelegten Magnetfeld die Magnetfeldmeßelemente 24a, 24b des
Magnetowiderstandsgeräts 24 kreuzt, wenn die abwechselnd
vorspringenden und zurückspringenden Abschnitte des Drehteils
aus magnetischem Material 25 dem Magneten 26 gegenüberliegen,
nicht symmetrisch in Bezug auf die Richtung vertikal zu jener
Ebene, in welcher die Magnetfeldmeßelemente 24a, 24b
angeordnet sind, wie in Fig. 6 gezeigt, infolge der
Änderungen der relativen Position zwischen dem Magneten 26
und dem Magnetowiderstandsgerät 24. Die magnetische Führung
28 ist für den Zweck vorgesehen, den ersten und zweiten
Kreuzungswinkel so einzustellen, daß sie symmetrisch werden.
In Fig. 6 können der ersten und zweite Kreuzungswinkel, die
in Fig. 2 dargestellt sind, welche die Ausführungsform 1
betrifft, dann erhalten werden, wenn die magnetische Führung
28 (sh. Fig. 7) so bewegt wird, daß sie sich allmählich an
das Magnetowiderstandsgerät 24 und den Magneten 26 annähert,
wobei das Magnetowiderstandsgerät 24 dazwischenliegt.
Zur Einstellung kann die magnetische Führung 28 in
verschiedenen Richtungen bewegt werden; nämlich parallel,
vertikal oder schräg zur Magnetisierungsrichtung des Magneten
26, wie in Fig. 7 durch gestrichelte Linien angedeutet ist.
Wenn die magnetische Führung 28 in Vertikalrichtung bewegt
wird, ändern sich der erste und der zweite Kreuzungswinkel
drastisch. Daher ist die Vertikalbewegung dann besonders
wirksam, wenn die Abweichung der Relativposition zwischen dem
Magneten 26 und dem Magnetowiderstandsgerät 24 groß ist. Wird
die magnetische Führung 28 in Parallelrichtung bewegt, so
ändern sich der erste und zweite Kreuzungswinkel langsamer
als bei einer Bewegung in Vertikalrichtung, und daher ist die
Parallelbewegung dann besonders wirksam, wenn eine
Feineinstellung der Genauigkeit gefordert ist.
Fig. 8 zeigt schematisch den Aufbau eines
Magnetfelddetektors gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden
Erfindung.
Bei der Ausführungsform 4 werden magnetische Bolzen 29, 19
statt der magnetischen Führungen 28, 18 bei den
voranstehenden Ausführungsformen 1, 2 bzw. 3 verwendet,
nämlich als Vorrichtung zur Einstellung von Änderungen des
Magnetfeldes, welche durch die abwechselnd vorspringenden und
zurückspringenden Abschnitte des Drehteils aus magnetischem
Material 25 hervorgerufen werden. Andere entsprechende
Bauteile sind durch die gleichen oder entsprechenden
Bezugszeichen bezeichnet, und werden nachstehend nicht
unbedingt erneut beschrieben.
Obwohl die Ausbildung der Verarbeitungsschaltung und das
grundsätzliche Betriebsprinzip bei dieser Ausführungsform
ebenso wie bei der Ausführungsform 1 sind, ist die
Empfindlichkeit pro Längeneinheit der Einstellung bei der
vorliegenden Ausführungsform geringer als bei den
voranstehenden Ausführungsformen, bei welchen die
magnetischen Führungen verwendet werden, da der magnetische
Körper die Form eines Bolzens aufweist, und die Einstellung
durch Drehung des Bolzens erfolgen kann. Der Kreuzungswinkel
zwischen dem Magnetfeld und dem Magnetowiderstandsgerät kann
daher noch feiner eingestellt werden, und daher die
Genauigkeit der Einstellung verbessert werden. Die
vorliegende Ausführungsform ist daher im wesentlichen ein
Beispiel für die Einstellung der magnetischen Führung in
Parallelrichtung. Da der magnetische Bolzen über eine größere
Entfernung gedreht wird, als die magnetische Platte in
Parallelrichtung in Linearrichtung bewegt werden kann, läßt
sich eine feinere Einstellung erzielen.
Bei der Ausführungsform 5 wird ein sogenanntes
Riesenmagnetowiderstandsgerät (nachstehend als GMR-Gerät
bezeichnet) als das Magnetowiderstandsgerät verwendet.
Ein GMR-Gerät ist ein sogenannter Kunstgitterfilm, nämlich
ein Laminat, welches durch abwechselnde Ausbildung einer
magnetischen Schicht und einer unmagnetischen Schicht
hergestellt wird, welche Dicken von einigen Angström bis zu
einigen 10 Angström aufweisen und übereinander angeordnet
sind, wie beschrieben in "Magnetoresistance Effect of
Artificial Lattice", Journal of the Applied Magnetism Society
of Japan, Vol. 15, Nr. 51991, Seiten 813 bis 821. Derartige
bekannte Kunstgitterfilme werden durch (Fe/Cr)n,
(Permalloy/Cu/Co/Cu)n, und (Co/Cu)n bezeichnet (wobei n die
Anzahl an Filmschichten ist). Das GMR-Gerät zeigt einen
erheblich größeren Magnetowiderstandseffekt (eine
Magnetowiderstandsänderungsrate) als ein übliches
Magnetowiderstandsgerät (welches nachstehend als MR-Gerät
bezeichnet wird), und der Magnetowiderstandseffekt hängt nur
von dem Relativwinkel zwischen den Magnetisierungsrichtungen
benachbarter magnetischer Schichten ab. Das GMR-Gerät stellt
daher ein Gerät dar, welches eine magnetische Empfindlichkeit
in der Ebene zeigt, und dieselben Widerstandsänderungen
unabhängig von irgendeinem Winkelunterschied in Richtung
eines externen Magnetfeldes in Bezug auf einen Strom erzeugt.
Der Detektoraufbau und die Verarbeitungsschaltungsausbildung
bei dieser Ausführungsform sind im wesentlichen ebenso wie
bei der Ausführungsform 1, so daß insoweit keine erneute
Beschreibung erfolgt.
Infolge der Verwendung eines GMR-Geräts wird durch die
vorliegende Ausführungsform das Signal/Rauschverhältnis
verbessert, und kann ein Signal entsprechend den abwechselnd
vorspringenden und zurückspringenden Abschnitten des
Drehteils aus magnetischem Material mit höherer Genauigkeit
erhalten werden.
Selbstverständlich lassen sich entsprechende Vorteile mit
einer entsprechenden Verarbeitungsschaltungsausbildung und
einer entsprechenden Ausbildung einer magnetischen Schaltung
erzielen, wenn die vorliegende Erfindung bei einem
Linearverschiebungsdetektor eingesetzt wird, bei welchem das
Drehteil aus magnetischem Material, welches bei jeder
voranstehenden Ausführungsformen verwendet wurde, durch einen
magnetischen Körper ersetzt ist, der abwechselnd
vorspringende und zurückspringende Abschnitte aufweist, und
linear verschoben wird.
Claims (11)
1. Magnetfelddetektor, welcher aufweist:
eine Magnetfelderzeugungsvorrichtung (26) zur Erzeugung eines Magnetfeldes,
ein bewegliches Teil (25) aus magnetischem Material, welches in einem vorbestimmten Spaltabstand zur Magnetfelderzeugungsvorrichtung angeordnet ist, und abwechselnd vorspringende und zurückspringende Abschnitte aufweist, so daß das Magnetfeld geändert wird, welches von der Magnetfelderzeugungsvorrichtung hervorgerufen wird,
ein Magnetfeldmeßgerät (24), welches mehrere Magnetfeldmeßelemente (24a, 24b) aufweist, und zur Feststellung von Änderungen des Magnetfeldes bei einer Bewegung des beweglichen Teils aus magnetischem Material dient, und
eine Vorrichtung (28) zur Einstellung von Änderungen des Magnetfeldes, die durch die abwechselnd vorspringenden und zurückspringenden Abschnitte des beweglichen Teils aus magnetischem Material hervorgerufen werden.
eine Magnetfelderzeugungsvorrichtung (26) zur Erzeugung eines Magnetfeldes,
ein bewegliches Teil (25) aus magnetischem Material, welches in einem vorbestimmten Spaltabstand zur Magnetfelderzeugungsvorrichtung angeordnet ist, und abwechselnd vorspringende und zurückspringende Abschnitte aufweist, so daß das Magnetfeld geändert wird, welches von der Magnetfelderzeugungsvorrichtung hervorgerufen wird,
ein Magnetfeldmeßgerät (24), welches mehrere Magnetfeldmeßelemente (24a, 24b) aufweist, und zur Feststellung von Änderungen des Magnetfeldes bei einer Bewegung des beweglichen Teils aus magnetischem Material dient, und
eine Vorrichtung (28) zur Einstellung von Änderungen des Magnetfeldes, die durch die abwechselnd vorspringenden und zurückspringenden Abschnitte des beweglichen Teils aus magnetischem Material hervorgerufen werden.
2. Magnetfelddetektor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der
magnetische Fluß die mehreren Magnetfeldmeßelemente (24a, 24b) in einem ersten vorbestimmten Winkel kreuzt, wenn der zurückspringende Abschnitt des beweglichen Teils (25) aus magnetischem Material dem Magnetfeldmeßgerät (24) gegenüberliegt, und der magnetische Fluß die mehreren Magnetfeldmeßelemente in einem zweiten vorbestimmten Winkel kreuzt, wenn der vorspringende Abschnitt des beweglichen Teils aus magnetischem Material dem Magnetfeldmeßgerät gegenüberliegt, und daß die
Magnetfelderzeugungsvorrichtung (26) so eingestellt ist, daß der erste und zweite vorbestimmte Winkel symmetrisch in Bezug auf eine Richtung vertikal zu einer Ebene verlaufen, in welcher die mehreren Magnetfeldmeßelemente angeordnet sind.
magnetische Fluß die mehreren Magnetfeldmeßelemente (24a, 24b) in einem ersten vorbestimmten Winkel kreuzt, wenn der zurückspringende Abschnitt des beweglichen Teils (25) aus magnetischem Material dem Magnetfeldmeßgerät (24) gegenüberliegt, und der magnetische Fluß die mehreren Magnetfeldmeßelemente in einem zweiten vorbestimmten Winkel kreuzt, wenn der vorspringende Abschnitt des beweglichen Teils aus magnetischem Material dem Magnetfeldmeßgerät gegenüberliegt, und daß die
Magnetfelderzeugungsvorrichtung (26) so eingestellt ist, daß der erste und zweite vorbestimmte Winkel symmetrisch in Bezug auf eine Richtung vertikal zu einer Ebene verlaufen, in welcher die mehreren Magnetfeldmeßelemente angeordnet sind.
3. Magnetfelddetektor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der
magnetische Fluß die mehreren Magnetfeldmeßelemente
(24a, 24b) in einem ersten vorbestimmten Winkel kreuzt,
wenn der zurückspringende Abschnitt des beweglichen
Teils (25) aus magnetischem Material dem
Magnetfeldmeßgerät (24) gegenüberliegt, daß der
magnetische Fluß die mehreren Magnetfeldmeßelemente in
einem zweiten vorbestimmten Winkel kreuzt, wenn der
vorspringende Abschnitt des beweglichen Teils aus
magnetischem Material dem Magnetfeldmeßgerät
gegenüberliegt, und daß das Magnetfeldmeßgerät so
eingestellt ist, daß der erste und zweite vorbestimmte
Winkel symmetrisch in Bezug auf eine Richtung vertikal
zu einer Ebene verläuft, in welcher die mehreren
Magnetfeldmeßelemente angeordnet sind.
4. Magnetfelddetektor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der
magnetische Fluß die mehreren Magnetfeldmeßelemente
(24a, 24b) in einem ersten vorbestimmten Winkel kreuzt,
wenn der zurückspringende Abschnitt des beweglichen
Teils (25) aus magnetischem Material dem
Magnetfeldmeßgerät (24) gegenüberliegt, daß der
magnetische Fluß die mehreren Magnetfeldmeßelemente in
einem zweiten vorbestimmten Winkel kreuzt, wenn der
vorspringende Abschnitt des beweglichen Teils aus
magnetischem Material dem Magnetfeldmeßgerät
gegenüberliegt, und daß eine magnetische Führung (28
oder 18) vorgesehen ist, die so eingestellt ist, daß der
erste und zweite vorbestimmte Winkel symmetrisch in
Bezug auf eine Richtung vertikal zu einer Ebene
verläuft, in welcher die mehreren Magnetfeldmeßelemente
angeordnet sind.
5. Magnetfelddetektor nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die
magnetische Führung auf die Magnetisierungsrichtung der
Magnetfelderzeugungsvorrichtung eingestellt ist.
6. Magnetfelddetektor nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die
magnetische Führung auf die Richtung vertikal zur
Magnetisierungsrichtung der
Magnetfelderzeugungsvorrichtung eingestellt ist.
7. Magnetfelddetektor nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die
magnetische Führung auf die Richtung schräg zur
Magnetisierungsrichtung der
Magnetfelderzeugungsvorrichtung eingestellt ist.
8. Magnetfelddetektor nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß statt der
magnetischen Führung ein magnetischer Bolzen (16 oder
29) eingesetzt wird.
9. Magnetfelddetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß ein
GMR-Gerät (Riesenmagnetowiderstandsgerät) als das
Magnetfeldmeßgerät (24) verwendet wird.
10. Magnetfelddetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Magnetfelderzeugungsvorrichtung (26), welche
gegenüberliegend den abwechselnd vorspringenden und
zurückspringenden Abschnitten des beweglichen Teils (25)
aus magnetischem Material angeordnet ist, in Richtung
des Gegenüberliegens magnetisiert ist, und daß das
Magnetfeldmeßgerät (24) so angeordnet ist, daß es
parallel zur Richtung des Gegenüberliegens liegt.
11. Magnetfelddetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daß das
bewegliche Teil aus magnetischem Material ein Drehteil
(25) aus magnetischem Material ist, welches sich
synchron mit einer Drehwelle dreht.
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