DE19853482B4 - Magnetfelddetektor - Google Patents

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DE19853482B4 DE19853482A DE19853482A DE19853482B4 DE 19853482 B4 DE19853482 B4 DE 19853482B4 DE 19853482 A DE19853482 A DE 19853482A DE 19853482 A DE19853482 A DE 19853482A DE 19853482 B4 DE19853482 B4 DE 19853482B4
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Abstract

Magnetfelddetektor, umfassend
– eine Magnetfelderzeugungseinrichtung (4) zum Erzeugen eines magnetischen Feldes;
– ein drehbares Element (2) aus magnetischem Material, das in einem vorbestimmten Spaltabstand zur Magnetfelderzeugungseinrichtung (4) angeordnet ist und vorspringende Abschnitte aufweist zur Änderung des von der Magnetfelderzeugungseinrichtung (4) erzeugten magnetischen Feldes; und
– eine GMR-Einrichtung (Riesenmagnetowiderstandseinrichtung) (3), die ebenfalls in einem vorbestimmten Spaltabstand (Q) zur Magnetfelderzeugungseinrichtung (4) derart angeordnet ist, dass die GMR-Einrichtung (3) einem von der Magnetfelderzeugungseinrichtung (4) stammenden magnetischen Vorspannfeld ausgesetzt ist, wobei Magnetowiderstandsmuster (3a, 3b) der GMR-Einrichtung (3) derart angeordnet sind, dass folgende Bedingung erfüllt ist: θ = {(L/2) + 4} ± 2 [°],worin bedeuten:
θ = Winkel zwischen der Richtung des Vektors des auf die GMR-Einrichtung (3) wirkenden magnetischen Vorspannfeldes und einer Fläche, welche durch die Magnetowiderstandsmuster (3a, 3b) der GMR-Einrichtung bestimmt ist, und
L = Länge [in mm] der Magnetfelderzeugungseinrichtung (4) in Drehrichtung des drehbaren Elementes (2).

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Magnetfelddetektor zum Erfassen von Veränderungen in einem angelegten Magnetfeld, und insbesondere auf einen Magnetfelddetektor, welcher geeignet ist für die Erfassung z.B. von Rotationsinformation eines Verbrennungsmotors.
  • Eine sogenannte Riesenmagnetowiderstands-Vorrichtung (englisch: giant magnetoresistance device; im folgenden als GMR bezeichnet) ist allgemein ein sogenannter Kunstgitterfilm (englisch: artificial lattice film), d.h. ein Laminat, welches hergestellt wird durch alternierendes Bilden einer magnetischen Schicht und einer nicht-magnetischen Schicht übereinander, mit Dicken von mehreren Angström bis mehreren zehn Angström. Solche Kunstgitterfilme werden dargestellt durch (Fe/Cr)n, (Permalloy/Cu/Co/Cu)n, und (Co/Cu)n. Die GMR-Vorrichtung zeigt einen viel größeren Magnetowiderstandseffekt (MR-Effekt) bzw. Magnetowiderstands-Veränderungsrate (MR-Veränderungsrate) als eine konventionelle Magnetowiderstandsvorrichtung (im folgenden als MR-Vorrichtung bezeichnet). Auch ist eine GMR-Vorrichtung eine sogenannte magnetisch sensitive Vorrichtung in der gleichen Ebene (englisch: in-plain magnetic sensitive device), bei der der MR-Effekt nur vom relativen Winkel zwischen den Magnetisierungsrichtungen der nebeneinander liegenden magnetischen Schichten abhängt, und welche die gleichen Veränderungen im Widerstandswert erzeugt, unabhängig von irgendeiner Winkeldifferenz zwischen der Richtung eines äußeren Magnetfelds und eines Stroms.
  • In dieser Hinsicht gibt es eine Technik zur Erfassung von Veränderungen eines Magnetfeldes, welche im folgendem beschrieben wird. Magnetisch empfindliche Oberflächen werden durch GMR-Vorrichtungen gebildet, und Elektroden werden an beiden Enden jeder magnetisch empfindlichen Oberfläche vorgesehen, um eine Brückenschaltung zu bilden. Eine Konstantspannungs- und Konstantstromversorgung wird zwischen zwei entgegengesetzten Elektroden der Brückenschaltung angeschlossen, so daß Veränderung im Widerstandswert der GMR-Vorrichtungen in Spannungsänderungen umgewandelt werden, wodurch Veränderungen des auf die GMR-Vorrichtungen wirkenden Magnetfelds erfaßt werden.
  • 12 ist eine Ansicht, welche eine Konstruktion eines konventionellen Magnetdetektors unter Verwendung einer typischen GMR-Vorrichtung, wie sie oben beschrieben wurde, zeigt; 12A ist eine Seitenansicht und 12B ist eine Planansicht.
  • Der konventionelle Magnetdetektor umfaßt ein Drehglied bzw. Drehteil aus magnetischem Material (im folgenden als Platte bezeichnet) 2, welches Vorstände bzw. Vorkragungen hat, die in der Lage sind ein Magnetfeld zu verändern, und welches synchron mit einer Drehwelle 1 gedreht wird. Weiterhin umfaßt der Detektor eine GMR-Vorrichtung 3, welche mit einer vorbestimmten, verbleibenden Lücke relativ zur Platte 2 angeordnet ist, sowie einen Magneten 4 zum Anlegen eines Magnetfeldes an die GMR-Vorrichtung 3. Die GMR-Vorrichtung 3 hat Magnetowiderstandsmuster 3a, 3b, welche in ihrer magnetisch empfindlichen Oberfläche gebildet sind. Ferner ist die GMR-Vorrichtung 3 festgemacht durch ein Fixierglied (nicht abgebildet) aus nicht-magnetischem Material, mit einer vorbestimmten, verbleibenden Lücke relativ zum Magneten 4.
  • Bei der obigen Konstruktion, wenn die Platte 2 rotiert, verändert sich das an die GMR-Vorrichtung 3 angelegte Magnetfeld, und somit auch der Widerstandswert jedes Magnetowiderstandsmusters 3a, 3b.
  • 13 ist ein Blockdiagramm einer Schaltungskonfiguration eines konventionellen Magnetdetektors.
  • Der konventionelle Magnetdetektor umfaßt eine Wheatstone-Brückenschaltung 11, welche GMR-Vorrichtungen verwendet, die mit einer vorbestimmten, verbleibenden Lücke relativ zu einer Platte 2 angeordnet sind und einem Magnetfeld ausgesetzt sind, das von einem Magneten 4 angelegt wird. Weiterhin umfaßt der Magnetdetektor eine Differentialverstärkungsschaltung 12 zum Verstärken eines Ausgangs der Wheatstone-Brückenschaltung 11, eine Vergleichsschaltung 13 zum Vergleichen eines Ausgangs der Differentialverstärkungsschaltung 12 mit einem Referenzwert, und eine Signalform-Formungsschaltung 14 zum Empfangen eines Ausgangs der Vergleichsschaltung 13 und zum Ausgeben eines Signals, welches einen Pegel "0" oder "1" hat, an einen Ausgangsanschluß 15.
  • 14 zeigt ein spezifisches Beispiel der Schaltungskonfiguration, welche durch das Blockdiagramm der 13 dargestellt wird.
  • Die Wheatstone-Brückenschaltung 11 enthält GMR-Vorrichtungen 10A, 10B, 10C und 10D, welche jeweils z.B. auf einer Seite einer Brücke angeordnet sind. Ein Ende der GMR-Vorrichtung 10A und 10C ist an einem Verbindungspunkt 16 verbunden, welcher mit einem Versorgungsanschluß Vcc verbunden ist, während ein Ende der GMR-Vorrichtungen 10B und 10D an einem Verbindungspunkt 17 verbunden ist, welcher geerdet ist. Die anderen Enden der GMR- Vorrichtungen 10A und 10B sind an einem Verbindungspunkt 18 verbunden, während die anderen Enden der GMR-Vorrichtungen 10c und 10d an einem Verbindungspunkt 19 verbunden sind.
  • Der Verbindungspunkt 18 der Wheatstone-Brückenschaltung 11 ist mit einem invertierenden Eingangsanschluß eines Verstärkers 12a in der Differentialverstärkungsschaltung 12 über einen Widerstand verbunden. Der Verbindungspunkt 19 ist mit einem nicht-invertierenden Eingangsanschluß des Verstärkers 12a über einen Widerstand verbunden, und auch über einen Widerstand mit einer Spannungsteilerschaltung verbunden, welche eine Referenz-Spannungsversorgung darstellt.
  • Ferner ist ein Ausgangsanschluß des Verstärkers 12a mit einem invertierenden Eingangsanschluß der Vergleichsschaltung 13 verbunden. Ein nicht-invertierender Eingangsanschluß der Vergleichsschaltung 13 ist mit einer Spannungsteilerschaltung verbunden, welche eine Referenz-Spannungsversorgung darstellt, und auch über einen Widerstand mit einem Ausgangsanschluß verbunden.
  • Der Ausgangsanschluß der Vergleichsschaltung 13 ist über einen Widerstand mit dem Versorgungsanschluß Vcc verbunden, und einer Basis eines Transistors 14a in der Signalform-Formungsschaltung 14. Ein Kollektor des Widerstands 14a ist mit dem Ausgangsanschluß 15 verbunden, und ebenfalls über einen Widerstand mit dem Spannungsversorgungsanschluß Vcc verbunden, wogegen der Emitter des Transistors 14a geerdet ist.
  • Der Betrieb des obigen Magnetdetektors wird unten unter Bezugnahme auf die 15 beschrieben.
  • Wenn die Platte 2 rotiert, unterliegen die GMR-Vorrichtungen 10a und 10d der Wheatstone-Brückenschaltung 11 den gleichen Veränderungen eines Magnetfelds, und die GMR-Vorrichtungen 10b und 10c unterliegen Veränderungen eines Magnetfeldes, welche gleich sind, sich aber von den Veränderungen eines Magnetfeldes, welches an die GMR-Vorrichtungen 10a und 10d angelegt wird, unterscheiden, entsprechend der Vorstände und Auslassungen der in 15A gezeigten Platte 2. Als Ergebnis ändern sich die Widerstandswerte der Paare von GMR-Vorrichtungen 10a, 10d; 10b, 10c entsprechend den Vorkragungen bzw. Vorständen und Auslassungen der Platte 2 so, daß die Widerstandswerte in umgekehrter Positionsbeziehung maximiert und minimiert werden. Mittelpunktspannungen an den Verbindungspunkten 18, 19 der Wheatstone-Brückenschaltung 11 werden auch auf ähnliche Weise verändert.
  • Dann wird eine Differenz zwischen den Mittelpunktspannungen durch die Differentialverstärkungsschaltung 12 verstärkt, und wie in 15B gezeigt, es wird ein Ausgang VD0, angegeben durch eine durchgezogene Linie, am Ausgangsanschluß der Differentialverstärkungsschaltung 12 erzeugt, entsprechend der Vorkragungen und Auslassungen der in 15A gezeigten Platte 2.
  • Der Ausgang der Differentialverstärkungsschaltung 12 wird der Vergleichsschaltung 13 zugeführt und mit einem Vergleichspegel verglichen, d.h. einem Referenzwert VTH. Ein Vergleichssignal wird von der Signalform-Formungsschaltung 14 in seiner Signalform geformt. Folglich wird ein Ausgang mit einem Pegel "0" oder "1", angegeben durch eine durchgezogene Linie in 15C, am Ausgangsanschluß 15 erhalten.
  • Beim konventionellen Magnetdetektor wird jedoch ein Vorteil der GMR-Vorrichtung, d.h. eine große Widerstandsänderung, nicht entwickelt, und eine große Verstärkung kann nicht erzielt werden, da die Größe des Magnets zum Anlegen eines Magnetfelds an die GMR-Vorrichtung, die Vorstandsbreite und der Vordstandsabstand des Drehgliedes aus magnetischem Material zur Veränderung des an die GMR-Vorrichtung angelegten Magnetfelds, und die Größe und der Abstand des Magnetowiderstandsmusters der GMR-Vorrichtung nicht ausreichend optimiert sind. Dementsprechend besteht darin ein Problem, daß konventionelle Magnetdetektoren leicht durch Rauschen beeinflußt werden und eine geringe Rauschwiderstandsfähigkeit haben.
  • Aus der DE 196 49 400 A1 ist ein Magnetfelddetektor bekannt mit einem ein magnetisches Vorspannfeld erzeugenden Magneten und mit einem mit Vorsprüngen ausgestattenen Drehglied. Eine magnetoresistive Großeinrichtung (Riesenmagnetwiderstandseinrichtung) ist in diesem magnetischen Vorspannfeld angeordnet, wobei sich der Widerstandswert in Abhängigkeit von Änderungen des zwischen dem Magneten und dem Drehglied befindlichen Magnetfeld ändert.
  • Aus der DE 34 26 784 A1 ist ein magnetoresistiver Sensor mit einem in Dauermagneten und einem mit Vorsprüngen versehenen Drehglied bekannt, bei dem durch eine besondere räumliche Anordnung eines Messstreifens in Bezug auf den Dauermagnet eine durch den Umlauf des Drehglieds bewirkte Richtungsänderung einer von dem Sensor erfassten Magnetfeldkomponente besonders ausgeprägt sein, so dass damit eine hohe Widerstandsänderungsrate erzielt werden soll.
  • Einen im Prinzip ähnlichen Sensor mit einem Dauermagneten, einem mit Vorsprüngen versehenen umlaufenden Drehglied und magnetoresistiven Elementen ist in der DE 195 80 095 C2 offenbart.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Magnetfelddetektor zu schaffen mit einer Magnetfelderzeugungseinrichtung, einem mit Vorsprüngen versehenen Drehglied zur Änderung des von der Magnetfelderzeugungseinrichtung ausgehenden magnetischen Feldes und einer Erfassungseinrichtung zum Erfassen von Magnetfeldänderungen, wobei der Magnetfelddetektor bei einem einfachen Aufbau eine besonders hohe Änderung des magnetischen Widerstandes in Abhängigkeit von Richtungsänderungen der bei der Magnetfelderfassung wirksamen Feldkomponente aufweisen soll.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 oder 2 oder 3 gelöst.
  • Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Ein Magnetdetektor nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt eine Magnetfeld-Erzeugungseinrichtung zur Erzeugung eines Magnetfeldes, ein Drehglied aus magnetischem Material, welches mit einer vorbestimmten, verbleibenden Lücke relativ zur Magnetfeld-Erzeugungseinrichtung angeordnet ist und ausgestattet ist mit Vorständen, die in der Lage sind das durch die Magnetfeld-Erzeugungseinrichtung erzeugte Magnetfeld zu verändern, und eine Riesenmagnetowiderstands-Vorrichtung, deren Widerstandswert abhängig von dem Magnetfeld, welches durch das Rotationsglied aus magnetischem Material verändert wird, verändert wird, wobei die Riesenmagnetowiderstands-Vorrichtung in einer solchen Position mit einer vorbestimmten Lücke relativ zur Magnetfeld-Erzeugungseinrichtung angeordnet ist, daß die Riesenmagnetowiderstands-Vorrichtung einem Vorspannmagnetfeld ausgesetzt ist, welches angelegt ist mit einer Magnetfeldintensität in einem vorbestimmten Bereich, in welchem die Riesenmagnetowiderstands-Vorrichtung eine hohe Widerstandsveränderungsrate aufweist.
  • Gemäß eines zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung werden bei dem Magnetdetektor des obigen ersten Aspekts die Magnetowiderstandsmuster der Riesenmagnetowiderstands-Vorrichtung so angeordnet, daß sie θ = {(L/2) + 4) ± 2 [°] erfüllen, unter der Annahme, daß die Größe des Drehgliedes aus magnetischem Material in der Rotationsrichtung der Magnetfeld-Erzeugungseinrichtung L beträgt, und die Vektorrichtung eines Vorspannmagnetfelds, welches angelegt wird an die Riesenmagnetowiderstands-Vorrichtung Θ beträgt (wobei die Richtung eines Vektors vertikal zu einer Magnetowiderstands-Oberfläche der Riesenmagnetowiderstands-Vorrichtung 0° beträgt).
  • Gemäß eines dritten Aspekts der vorliegenden Erfindung, sind in dem obigen Magnetdetektor des ersten Aspekts die Magnetowiderstandsmuster der Riesenmagnetowiderstands-Vorrichtung so angeordnet, daß sie P = {L × (0.25 × M + 0.4)/7} ± 0.3 [mm] erfüllen, unter der Annahme, daß der Abstand zwischen den Magnetowiderstandsmustern der Riesenmagnetowiderstands-Vorrichtung, welche eine Brückenschaltung bilden, P beträgt, die Größe des Drehgliedes aus magnetischem Material in der Rotationsrichtung der Magnetfeld-Erzeugungseinrichtung zum Anlegen eines Vorspann-Magnetfeldes an die Riesenmagnetowiderstands-Vorrichtung L beträgt, und die Vorstandsbreite des Drehgliedes aus magnetischem Material M beträgt.
  • Gemäß eines vierten Aspekts der vorliegenden Erfindung, sind in dem obigen Magnetdetektor des ersten Aspekts die Magnetowiderstandsmuster der Riesenmagnetowiderstands-Vorrichtung so angeordnet, daß sie P = [(N – 3)/4 × {(0.3 × M + 0.3) × L/7 – 0.6} + 0.6] ± 0.3 [mm] erfüllen, unter der Annahme, daß der Abstand zwischen den Magnetowiderstandsmustern der Riesenmagnetowiderstands-Vorrichtung, welche eine Brückenschaltung bilden, P beträgt, die Größe des Drehgliedes aus magnetischem Material in der Drehrichtung der Magnetfeld-Erzeugungseinrichtung zum Anlegen eines Vorspann-Magnetfeldes an die Riesenmagnetowiderstands-Vorrichtung L beträgt, und die Vorstandsbreite und der Vorstandsabstand des Drehgliedes aus magnetischem Material jeweils M und N sind.
  • Gemäß eines fünften Aspekts der vorliegenden Erfindung ist in dem obigen Magnetdetektor eines der ersten bis vierten Aspekte der vorbestimmte Bereich der Intensität des Magnetfeldes 100 ± 150 [Oe].
  • Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen näher beschrieben.
  • In den Zeichnungen zeigen:
  • 1 ein Schaubild, welches eine MR-Charakteristik zeigt, die sich ergibt wenn ein Magnetfeld von ± 1000 [Oe] angelegt wird in einer GMR-Vorrichtung, welche in einem Magnetdetektor nach der vorliegenden Erfindung verwendet wird,
  • 2 ein Schaubild, welches eine Temperaturcharakteristik von Veränderungen im Widerstandswert der GMR-Vorrichtung zeigt, die in dem Magnetdetektor nach der vorliegenden Erfindung verwendet wird, die sich ergibt wenn ein Magnetfeld von 0 bis 300 [Oe] in Schritten von 50 [Oe] angelegt wird.
  • 3 ein Schaubild, welches eine Temperaturcharakteristik des MR-Verhältnisses einer GMR-Vorrichtung in der ersten Ausführung des Magnetdetektors nach der vorliegenden Erfindung zeigt, die sich ergab als ein Magnetfeld von 0 bis 300 [Oe] angelegt wurde in Schritten von 50 [Oe].
  • 4 eine Darstellung, welche das prinzipielle Layout der zweiten Ausführung des Magnetdetektors nach der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 5 ein Schaubild, welches das Verhältnis zwischen der Magnetgröße und der Vektorrichtung eines angelegten Magnetfelds in der zweiten Ausführung des Magnetdetektors nach der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 6 eine Darstellung, welche das prinzipielle Layout der dritten Ausführung des Magnetdetektors nach der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 7 ein Schaubild, welches das Verhältnis zwischen der Magnetgröße und einer Widerstandsveränderungsrate ΔR der GMR-Vorrichtung in der dritten Ausführung des Magnetdetektors nach der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 8 ein Schaubild, welches das Verhältnis zwischen einer Plattenvorstandsbreite und der Widerstandsveränderungsrate ΔR der GMR-Vorrichtung in der dritten Ausführung des Magnetdetektors nach der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 9 ein Schaubild, welches das Verhältnis zwischen einem Plattenvorstandsabstand und der Widerstandsveränderungsrate ΔR der GMR-Vorrichtung in der dritten Ausführung des Magnetdetektors nach der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 10 ein Schaubild, welches das Verhältnis zwischen der Magnetgröße, einem Magnetowiderstandsmuster-Abstand der GMR-Vorrichtung (Vorrichtungsabstand) und der Plattenvorstandsbreite in der dritten Ausführung des Magnetdetektors nach der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 11 ein Schaubild, welches das Verhältnis zwischen dem Magnetowiderstandsmuster-Abstand der GMR-Vorrichtung (Vorrichtungsabstand), der Plattenvorstandsbreite und dem Plattenvorstandsabstand in der dritten Ausführung des Magnetdetektors nach der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 12A und 12B eine Seitenansicht und eine Planansicht, welche einen Aufbau eines konventionellen Magnetdetektors zeigen.
  • 13 ein Blockdiagramm, welches schematisch eine Schaltungskonfiguration eines konventionellen Magnetdetektors, welcher GMR-Vorrichtungen verwendet, zeigt.
  • 14 ein Schaltbild, welches ein spezifisches Beispiel der Schaltungskonfiguration zeigt, welche durch das Blockdiagramm der 13 dargestellt wird.
  • 15A bis 15C Signalformdarstellungen zur Erklärung des Betriebs der in 14 gezeigten Schaltung.
  • Ausführung 1
  • Eine Konstruktion, ein Schaltungs-Blockdiagramm, eine spezifische Schaltungskonfiguration und der Betrieb eines Magnetdetektors nach der ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung sind die gleichen wie jene des konventionellen Magnetdetektors, außer der später beschriebenen Anordnung eines Magnetowiderstandsmuster einer GMR-Vorrichtung, welche relativ zu einem Magneten verbleibt, und die ausführliche Beschreibung des bekannten wird weggelassen.
  • Bei dieser ersten Ausführung ist ein Magnetowiderstandsmuster, welches in einer magnetisch empfindlichen Oberfläche einer GMR-Vorrichtung gebildet ist, relativ zu einem Magneten angeordnet, so daß die Intensität eines Vorspann-Magnetfeldes, das an die GMR-Vorrichtung angelegt wird, d.h. die Intensität eines Magnetfeldes, das verändert wird von einer Platte, welche als Drehglied aus magnetischem Material dient, in einem Amplitudenbereich von 100 ± 50 [Oe] variiert.
  • Das Schaubild der 1 zeigt eine Widerstandsveränderungsrate (im folgenden als MR-Verhältnis bezeichnet) einer GMR-Vorrichtung, welche sich ergibt, wenn ein Magnetfeld von 0 bis 1000 [Oe] angelegt wird.
  • Wie aus dem Schaubild der 1 ersichtlich wird, hat die GMR-Vorrichtung eine Hysteresecharakteristik. Hier wird das MR-Verhältnis ausgedrückt durch: MR-Verhältnis = {(Rmax – Rmin)/Rmin} × 100 [%]wobei Rmax ein maximaler Widerstandswert ist und Rmin ein minimaler Widerstandswert.
  • Das Schaubild der 2 zeigt eine Temperaturcharakteristik von Veränderungen im Widerstandswert der GMR-Vorrichtung, welche sich ergibt, wenn ein Magnetfeld angelegt wird in Schritten von 50 [Oe], d.h. 0 bis 50, 50 bis 100, 100 bis 150, 150 bis 200, 200 bis 250 und 250 bis 300 [Oe], im Hinblick darauf, daß das angelegte Magnetfeld entsprechend der Vorstände und Auslassungen des Drehgliedes aus magnetischem Material verändert wird.
  • Das Schaubild der 3 zeigt eine Charakteristik der Widerstandsveränderungsrate der GMR-Vorrichtung, welche sich ergibt, wenn ein Magnetfeld in Schritten von 50 [Oe] angelegt wird, wie oben erwähnt.
  • Wie aus dem Schaubild der 3 ersichtlich wird, ist der Bereich bzw. die Spanne eines an die GMR-Vorrichtung angelegten Magnetfeldes, in welchem ein maximales MR-Verhältnis erhalten wird, 50 bis 150 [Oe], d.h. ein maximales MR-Verhältnis wird erreicht durch Setzen des Mittelpunkts eines Vorspann-Magnetfeldes, welches erzeugt wird durch den Magneten und angelegt wird an die GMR-Vorrichtung, auf 100 [Oe], während es verändert wird entsprechend der Vorstände und Auslassungen bzw. Einbuchtungen des Drehgliedes aus magnetischem Material.
  • Bei dieser Ausführung ist die GMR-Vorrichtung in einer solchen Position mit einer vorbestimmten, verbleibenden Lücke relativ zum Magneten angeordnet, daß ein Vorspannmagnetfeld von 100 ± 50 [Oe] an die GMR-Vorrichtung angelegt wird. Als Ergebnis werden die Veränderung im Widerstandswert der GMR-Vorrichtung maximal ausgenutzt und die Rauschwiderstandsfähigkeit wird verbessert.
  • Somit ist es gemäß dieser Ausführung möglich Veränderungen im Widerstandswert der GMR-Vorrichtung maximal auszunutzen und die Rauschwiderstandsfähigkeit zu verbessern, indem die GMR-Vorrichtung in einer solchen Position mit einer vorbestimmten, verbleibenden Lücke relativ zum Magneten angeordnet wird, daß ein Vorspannmagnetfeld von 100 ± 50 [Oe) an die GMR-Vorrichtung angelegt wird.
  • Ausführung 2
  • 4 ist eine Darstellung, welche ein prinzipielles Layout der zweiten Ausführung des Magnetdetektors nach der vorliegenden Erfindung zeigt. In 4 bezeichnet L die Größe des Magneten 4 in der Rotationsrichtung der Platte, R bezeichnet die Größe des Magneten 4 in der Richtung gegenüber der Platte an, S bezeichnet die Größe des Magneten 4 in der Richtung der vertikalen Achse der Platte, und Q bezeichnet den Abstand zwischen dem Magneten 4 und der GMR-Vorrichtung 3.
  • In der obigen ersten Ausführung wird ein Vorspann-Magnetfeld, das an die GMR-Vorrichtung angelegt wird, in dem Bereich von 100 ± 150 [Oe] eingestellt. Im Gegensatz dazu ist diese zweite Ausführung entworfen unter Berücksichtigung, daß eine Anordnung, die fähig ist ein maximales MR-Verhältnis in einer Position zu schaffen, in welcher ein Vorspann-Magnetfeld von 100 [Oe] an Magnetowiderstandsmuster 3a, 3b der GMR-Vorrichtung 3 angelegt ist, wie in 4 gezeigt, mit der Größe (Magnetgröße) L des Magneten 4 in der Drehrichtung der Platte und der Vektorrichtung (Winkel des angelegten Magnetfeldes) θ des Vorspann-Magnetfeldes, das an die GMR-Vorrichtung angelegt ist, korreliert (unter der Annahme, daß die Richtung eines Vektors, der vertikal zur Magnetowiderstandsoberfläche der GMR-Vorrichtung steht, 0° beträgt). Das Schaubild der 5 zeigt die Korrelation zwischen L und Θ.
  • Die Korrelation zwischen R und Θ wird ausgedrückt durch die folgende Formel θ = {(L/2) + 4) ± 2 [°] (1)
  • Dementsprechend sind die Magnetowiderstandsmuster 3a, 3b der GMR-Vorrichtung 3 bezüglich des Magneten 4 so angeordnet, daß sie die obige Formel (1) in der Korrelation zwischen der Größe des Magneten 4 in der Drehrichtung der Platte und der Vektorrichtung des Vorspann-Magnetfelds, das an die GMR-Vorrichtung 3 angelegt wird, erfüllen. Als Ergebnis werden Veränderungen im Widerstandswert der GMR-Vorrichtung 3 maximal ausgenutzt, und die Rauschwiderstandsfähigkeit wird verbessert.
  • Man beachte, daß die anderen Abmessungen des Magneten 4 als die Größe L in der Drehrichtung der Platte, d.h. R und S, optional eingestellt werden können, abhängig von dem Abstand zwischen dem Magneten 4 und der GMR-Vorrichtung 3.
  • Somit, nach dieser Ausführung, durch Anordnung der Magnetowiderstands-Muster der GMR-Vorrichtung bezüglich des Magneten, um die obige Formel (1) bezüglich der Korrelation zwischen der Größe des Magneten in der Drehrichtung der Platte und der Vektorrichtung des Vorspann-Magnetfeldes, das an die GMR-Vorrichtung angelegt wird, zu erfüllen, ist es möglich die Veränderungen im Widerstandswert der GMR-Vorrichtung maximal auszunutzen und die Rauschwiderstandsfähigkeit zu verbessern.
  • Ausführung 3
  • 6 ist eine Darstellung, welche ein prinzipielles Layout der dritten Ausführung des Magnetdetektors nach der vorliegenden Erfindung zeigt. In 6 bezeichnet L die Größe des Magneten 4 in der Drehrichtung der Platte 2, M bezeichnet die Vorstandsbreite der Platte 2, N bezeichnet den Vorstandsabstand der Platte 2, und P bezeichnet den Abstand zwischen Magnetowiderstandsmustern 3a, 3b der GMR-Vorrichtung 3.
  • In der obigen zweiten Ausführung können Veränderungen im Widerstandswert der GMR-Vorrichtung in einigen Fällen nicht maximal ausgenutzt werden, abhängig von der Vorstandsform der Platte, die das von dem Magneten erzeugte Magnetfeld verändert. In dieser dritten Ausführung sind daher die Magnetowiderstandsmuster einer GMR-Vorrichtung optimal angeordnet, unter Berücksichtigung der Vorstandsform der Platte.
  • Als erstes wurde eine Messung in einem solchen Fall durchgeführt, daß der Abstand P zwischen den Magnetowiderstandsmustern 3a, 3b der GMR-Vorrichtung 3 auf einem Optimalwert eingestellt war, unter der Bedingung, daß die Vorstandsbreite M und der Vorstandsabstand N der Platte 2 so ausreichend groß eingestellt waren, daß die Auswirkungen dieser Parameter vernachlässigbar waren. Das Schaubild der 7 zeigt das Verhältnis zwischen der Größe (Magnetgröße) L des Magneten 4 in der Drehrichtung der Platte und einer Widerstandsveränderungsrate ΔR der GMR-Vorrichtung in jenem Fall.
  • Wie aus dem Schaubild der 7 ersichtlich, sättigen die Widerstandsveränderungen der GMR-Vorrichtung bei L > 7mm.
  • Als nächstes wurde eine Messung in einem Fall durchgeführt, daß der Abstand P zwischen dem Magnetowiderstandsmustern 3a, 3b der GMR-Vorrichtung 3 auf den imaginären Optimalwert eingestellt war, unter der Bedingung, daß die Größe L des Magneten 4 in der Drehrichtung der Platte 2 auf L > 7 eingestellt war, und der Vorstandsabstand N der Platte 2 ausreichend groß eingestellt war. Das Schaubild der 2 zeigt das Verhältnis zwischen der Vorstandsbreite M der Platte 2 und der Widerstandsveränderungsrate ΔR der GMR-Vorrichtung in jenem Fall.
  • Wie aus dem Schaubild der 8 ersichtlich, sättigen Widerstandsänderung der GMR-Vorrichtung bei M > 4mm.
  • Ferner wurde eine Messung durchgeführt für einen Fall, daß der Abstand P zwischen dem Magnetowiderstandsmustern 3a, 3b der GMR-Vorrichtung 3 eingestellt war auf den imaginären Optimalwert, unter der Bedingung, daß die Größe L des Magneten 4 in der Drehrichtung der Platte 2 auf L > 7 eingestellt war und die Vorstandsbreite M der Platte 2 ausreichend groß eingestellt war. Das Schaubild der 9 zeigt das Verhältnis zwischen der Vorstandsbreite N der Platte 2 und der Widerstandsveränderungsrate ΔR der GMR-Vorrichtung in jenem Fall.
  • Wie aus dem Schaubild der 9 ersichtlich, sättigen die Widerstandsänderungen der GMR-Vorrichtung bei N > 6mm.
  • Das Schaubild der 10 zeigt das Verhältnis zwischen der Größe L des Magneten 4 in der Drehrichtung der Platte 2, dem Abstand (Vorrichtungsabstand) P zwischen den Magnetowiderstandsmustern 3a, 3b der GMR-Vorrichtung 3, und der Vorstandsbreite M der Platte 2.
  • Aus dem Schaubild der 10 gilt die folgende Formel: P = {L × (0.25 × M + 0.4)/7} ± 0.3 [mm] (2)
  • Im Falle von L > 7, wird L = 7 in die obige Formel (2) eingesetzt, da ΔR sättigt, wie im Schaubild der 7 gezeigt wird. Ähnlich wird im Fall von M > 4, M = 4 in die obige Formel (2) eingesetzt, da ΔR sättigt, wie in Schaubild der 8 gezeigt.
  • Dann zeigt das Schaubild der 11 das Verhältnis zwischen dem Abstand (Vorrichtungsabstand) P zwischen den Magnetowiderstandsmustern 3a, 3b der GMR-Vorrichtung 3, der Vorstandsbreite M der Platte und dem Vorstandsabstand N der Platte 2.
  • Aus dem Schaubild der 11 und der obigen Formel (2) ergibt sich folgende Formel zwischen der Größe L des Magneten 4 in der Drehrichtung der Platte 2, dem Abstand P zwischen den Magnetowiderstandsmustern 3a, 3b der GMR-Vorrichtung 3, der Vorstandsbreite M der Platte 2 und dem Vorstandsabstand N der Platte 2: P = [(N – 3)/4 × {(0.3 × M + 0.3) × L/7 – 0.6} + 0.6] ± 0.3 [mm] (3)
  • Im Falle von L > 7, wird L = 7 in die obige Formel (3) eingesetzt, da ΔR sättigt, wie im Schaubild der 7 gezeigt. Ähnlich, im Fall von M > 4 wird M = 4 in die obige Formel (3) eingesetzt, da ΔR sättigt, wie im Schaubild der 8 gezeigt. Ähnlich wird im Fall N > 7, N = 7 in die obige Formel (3) eingesetzt, da der Abstand P zwischen den Magnetowiderstandsmustern sättigt, wie im Schaubild der 11 gezeigt, und im Fall von N < 3 wird N = 3 in die obige Formel (3) eingesetzt, da der Abstand P zwischen den Magnetowiderstandsmustern sättigt, wie im Schaubild der 11 gezeigt.
  • Im Hinblick auf das obige werden die Magnetowiderstandsmuster 3a, 3b der GMR-Vorrichtung 3 so angeordnet, daß sie die obige Formel (3) erfüllen, bezüglich ihres Verhältnisses zwischen der Größe L des Magneten 4 in der Drehrichtung der Platte 2, dem Abstand P zwischen dem Magnetowiderstandsmustern 3a, 3b der GMR-Vorrichtung 3, der Vorstandsbreite M der Platte 2 und dem Vorstandsabstand N der Platte 2. Als Ergebnis werden Änderungen im Widerstandswert der GMR-Vorrichtung maximal ausgenutzt, und die Rauschwiderstandsfähigkeit wird verbessert.
  • Somit ist es gemäß dieser Ausführung möglich, Veränderungen im Widerstandswert der GMR-Vorrichtung maximal auszunutzen und die Rauschwiderstandsfähigkeit zu verbessern, durch Anordnen der Magnetowiderstandsmuster der GMR-Vorrichtung so, daß sie die obige Formel (3) erfüllen, bezüglich ihres Verhältnisses zur Größe des Magneten in der Drehrichtung der Platte, dem Abstand zwischen dem Magnetowiderstandsmustern der GMR-Vorrichtung, der Vorstandsbreite der Platte und dem Vorstandsabstand der Platte.

Claims (5)

  1. Magnetfelddetektor, umfassend – eine Magnetfelderzeugungseinrichtung (4) zum Erzeugen eines magnetischen Feldes; – ein drehbares Element (2) aus magnetischem Material, das in einem vorbestimmten Spaltabstand zur Magnetfelderzeugungseinrichtung (4) angeordnet ist und vorspringende Abschnitte aufweist zur Änderung des von der Magnetfelderzeugungseinrichtung (4) erzeugten magnetischen Feldes; und – eine GMR-Einrichtung (Riesenmagnetowiderstandseinrichtung) (3), die ebenfalls in einem vorbestimmten Spaltabstand (Q) zur Magnetfelderzeugungseinrichtung (4) derart angeordnet ist, dass die GMR-Einrichtung (3) einem von der Magnetfelderzeugungseinrichtung (4) stammenden magnetischen Vorspannfeld ausgesetzt ist, wobei Magnetowiderstandsmuster (3a, 3b) der GMR-Einrichtung (3) derart angeordnet sind, dass folgende Bedingung erfüllt ist: θ = {(L/2) + 4} ± 2 [°],worin bedeuten: θ = Winkel zwischen der Richtung des Vektors des auf die GMR-Einrichtung (3) wirkenden magnetischen Vorspannfeldes und einer Fläche, welche durch die Magnetowiderstandsmuster (3a, 3b) der GMR-Einrichtung bestimmt ist, und L = Länge [in mm] der Magnetfelderzeugungseinrichtung (4) in Drehrichtung des drehbaren Elementes (2).
  2. Magnetfelddetektor, umfassend – eine Magnetfelderzeugungseinrichtung (4) zum Erzeugen eines magnetischen Feldes; – ein drehbares Element (2) aus magnetischem Material, das in einem vorbestimmten Spaltabstand zur Magnetfelderzeugungseinrichtung (4) angeordnet ist und vorspringende Abschnitte aufweist zur Änderung des von der Magnetfelderzeugungseinrichtung (4) erzeugten magnetischen Feldes; und – eine GMR-Einrichtung (Riesenmagnetowiderstandseinrichtung) (3), die ebenfalls in einem vorbestimmten Spaltabstand (Q) zur Magnetfelderzeugungseinrichtung (4) derart angeordnet ist, dass die GMR-Einrichtung (3) einem von der Magnetfelderzeugungseinrichtung (4) stammenden magnetischen Vorspannfeld ausgesetzt ist, – wobei Magnetowiderstandsmuster (3a, 3b) der GMR-Einrichtung (3) derart angeordnet sind, dass folgende Bedingung erfüllt ist: P = {L × (0.25 × M + 0.4)/7} ± 0.3 [mm],worin bedeuten: P = Abstand [in mm] zwischen Magnetowiderstandsmustern (3a, 3b) der GMR-Einrichtung (3), L = Länge [in mm] der Magnetfelderzeugungseinrichtung (4) in Drehrichtung des drehbaren Elementes (2), und M = Breite [in mm] von Vorsprüngen des drehbaren Elementes (2) aus magnetischem Material.
  3. Magnetfelddetektor, umfassend – eine Magnetfelderzeugungseinrichtung (4) zum Erzeugen eines magnetischen Feldes; – ein drehbares Element (2) aus magnetischem Material, das in einem vorbestimmten Spaltabstand zur Magnetfelderzeugungseinrichtung (4) angeordnet ist und vorspringende Abschnitte aufweist zur Änderung des von der Magnetfelderzeugungseinrichtung (4) erzeugten magnetischen Feldes; und – eine GMR-Einrichtung (Riesenmagnetowiderstandseinrichtung) (3), die ebenfalls in einem vorbestimmten Spaltabstand (Q) zur Magnetfelderzeugungseinrichtung (4) derart angeordnet ist, dass die GMR-Einrichtung (3) einem von der Magnetfelderzeugungseinrichtung (4) stammenden magnetischen Vorspannfeld ausgesetzt ist, – wobei Magnetowiderstandsmuster (3a, 3b) der GMR-Einrichtung (3) derart angeordnet sind, dass folgende Bedingung erfüllt ist: P = [(N – 3)/4 × {0.3 × M + 0.3) × L/7 – 0.6} + 0.6] ± 0.3 [mm],worin bedeuten: P = Abstand [in mm] zwischen Magnetowiderstandsmustern (3a, 3b) der GMR-Einrichtung (3), L = Länge [in mm] der Magnetfelderzeugungseinrichtung (4) in Drehrichtung des drehbaren Elementes (2), M = Breite [in mm] von Vorsprüngen des drehbaren Elementes (2) aus magnetischem Material, und N = Abstand [in mm] zwischen Vorsprüngen des drehbaren Elementes (2) aus magnetischem Material.
  4. Magnetfelddetektor nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem die Magnetowiderstandsmuster (3a, 3b) der GMR-Einrichtung (3) eine Brückenschaltung (11) bilden.
  5. Magnetfelddetektor nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem das magnetische Feld, dem die GMR-Einrichtung (3) ausgesetzt ist, eine Feldstärke in einem Bereich von 100 ± 50 [Oe] aufweist.
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