DE4341890A1 - Magnetische Detektionseinrichtung - Google Patents
Magnetische DetektionseinrichtungInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine magnetische Detekti
onseinrichtung zur Detektion der Bewegung eines zu detektie
renden Objektes mittels Verwendung einer Änderung in der Wi
derstandsfähigkeit bzw. dem spezifischen Widerstand eines
magnetoresistiven Elementes (magnetoresistance effective
element, MRE).
Berührungslose Rotationssensoren weisen meist eine magneti
sche Schaltkreisstruktur auf, in der ein Magnet zur Erzeu
gung eines vormagnetisierenden Magnetfeldes derart angeord
net ist, daß seine Kopfebene parallel zu einem Tastelement
liegt; dies bedeutet, daß der vormagnetisierende Magnet auf
der hinteren Oberfläche des Tastelementes befestigt ist. Ein
derartiges System führt eine Detektion durch, indem ein Ab
lenkungswinkel des magnetischen Vektors senkrecht zu der
Richtung des elektrischen Stromes durch ein MRE verwendet
wird. Bei sich erhöhenden Ablenkungswinkeln wird die ausge
bende Wellenform indessen in unerwünschter Art und Weise von
einem einzelnen Wellenspitzenwert in einen verdoppelten Wel
lenspitzenwert geteilt, was zu Fehlfunktionen führt.
Um das Auftreten von geteilten oder verdoppelten Wellenspit
zenwerten zu verhindern, wird in dem US-Patent Nr. 5 134 371
eine magnetische Schaltkreisstruktur vorgeschlagen, in der
ein Tastelement senkrecht zu der magnetischen Kopfebene an
geordnet ist, und das MREs enthält, die unter einem Inklina
tionswinkel bzw. Neigungswinkel von ungefähr 45° zu dem vor
magnetisierenden magnetischen Feld angeordnet sind.
Die Struktur weist indessen den Nachteil auf, daß derartig
angeordnet MREs eine verminderte Empfindlichkeit haben.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
magnetische Detektionseinrichtung bereitzustellen, in der
die Verminderung der Empfindlichkeit der MREs minimiert
wird, während das Auftreten von geteilten oder verdoppelten
Wellenspitzenwerten verhindert wird.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine magnetische
Detektionseinrichtung gemäß den Ansprüchen 1 bzw. 10 bzw. 11
bzw. 12 bzw. 13 bzw. 14 bzw. 15 gelöst.
Im einzelnen erfolgt die Lösung der Aufgabe gemäß der vor
liegenden Erfindung dadurch, daß eine magnetische Detektion
seinrichtung bereitgestellt wird, die umfaßt:
einen vormagnetisierenden Magneten zur Erzeugung eines vor magnetisierenden Magnetfeldes, das auf ein zu detektierendes Objekt gerichtet ist, welches ein magnetisches Material ent hält;
ein magnetoresistives Element (MRE), das mit einer Neigung von ungefähr 45° in der Richtung des vormagnetisierenden Ma gnetfeldes angeordnet ist, um für eine Änderung des Wider standes zu sorgen, die durch das vormagnetisierende magneti sche Feld in Übereinstimmung mit der Bewegung des zu detek tierenden Objektes bedingt wird, so daß eine Änderung in dem Zustand des vormagnetisierenden magnetischen Feldes über eine Änderung des Widerstandes des magnetoresistiven Elemen tes detektiert wird; wobei
der vormagnetisierende Magnet ein hohles Teil aufweist, der einen Halter enthält, der das magnetoresistive Element bei einer Position zwischen einer Oberfläche des vormagnetisie renden Magneten und des zu detektierenden Objektes hält, und dicht zu der Oberfläche des vormagnetisierenden Elementes.
einen vormagnetisierenden Magneten zur Erzeugung eines vor magnetisierenden Magnetfeldes, das auf ein zu detektierendes Objekt gerichtet ist, welches ein magnetisches Material ent hält;
ein magnetoresistives Element (MRE), das mit einer Neigung von ungefähr 45° in der Richtung des vormagnetisierenden Ma gnetfeldes angeordnet ist, um für eine Änderung des Wider standes zu sorgen, die durch das vormagnetisierende magneti sche Feld in Übereinstimmung mit der Bewegung des zu detek tierenden Objektes bedingt wird, so daß eine Änderung in dem Zustand des vormagnetisierenden magnetischen Feldes über eine Änderung des Widerstandes des magnetoresistiven Elemen tes detektiert wird; wobei
der vormagnetisierende Magnet ein hohles Teil aufweist, der einen Halter enthält, der das magnetoresistive Element bei einer Position zwischen einer Oberfläche des vormagnetisie renden Magneten und des zu detektierenden Objektes hält, und dicht zu der Oberfläche des vormagnetisierenden Elementes.
Eine Entfernung zwischen dem magnetoresistiven Element (MRE)
und dem vormagnetisierenden Magneten weist einen optimalen
Wert auf, der vorzugsweise die minimale Entfernung dar
stellt, die ein maximales Ausgangssignal von dem MRE sicher
stellt, während eine Turbulenz des magnetischen Vektors in
folge der Anwesenheit des hohlen Teiles verhindert wird.
Der vormagnetisierende Magnet kann aus einem ferritischen
Plastikmagneten bestehen.
Das magnetoresistive Element kann in einer Spritz- bzw.
Formbaugruppe ausgebildet werden, die eine Spitze aufweist,
die derartig geformt bzw. geschnitten ist, daß sie eine
dünne Kante bildet, wodurch die Entfernung zwischen dem ma
gnetoresistiven Element und dem zu detektierenden Objekt
vermindert wird.
Gemäß eines anderen Aspektes der vorliegenden Erfindung wird
eine magnetische Detektionseinrichtung bereitgestellt, die
umfaßt:
einen vormagnetisierenden Magneten zur Erzeugung eines vor magnetisierenden Magnetfeldes, das auf ein zu detektierendes Objekt gerichtet ist, welches ein magnetisches Material auf weist;
ein magnetoresistives Element, das mit einer Neigung von un gefähr 45° in Richtung des vormagnetisierenden Magnetfeldes angeordnet ist, um für eine Änderung des Widerstandes zu sorgen, die durch das vormagnetisierende magnetische Feld in Übereinstimmung mit der Bewegung des zu detektierenden Objektes bewirkt wird, um eine Änderung in dem Zustand des vormagnetisierenden magnetischen Feldes über der Änderung des Widerstandes des magnetoresistiven Elementes zu detek tieren; wobei
der vormagnetisierende Magnet ein Seitenoberfläche aufweist, auf der ein Halter befestigt ist, zum Halten des magnetore sistiven Elementes in einer Position dicht zu einer Oberflä che des vormagnetisierenden Elementes.
einen vormagnetisierenden Magneten zur Erzeugung eines vor magnetisierenden Magnetfeldes, das auf ein zu detektierendes Objekt gerichtet ist, welches ein magnetisches Material auf weist;
ein magnetoresistives Element, das mit einer Neigung von un gefähr 45° in Richtung des vormagnetisierenden Magnetfeldes angeordnet ist, um für eine Änderung des Widerstandes zu sorgen, die durch das vormagnetisierende magnetische Feld in Übereinstimmung mit der Bewegung des zu detektierenden Objektes bewirkt wird, um eine Änderung in dem Zustand des vormagnetisierenden magnetischen Feldes über der Änderung des Widerstandes des magnetoresistiven Elementes zu detek tieren; wobei
der vormagnetisierende Magnet ein Seitenoberfläche aufweist, auf der ein Halter befestigt ist, zum Halten des magnetore sistiven Elementes in einer Position dicht zu einer Oberflä che des vormagnetisierenden Elementes.
Gemäß eines weiteren Aspektes der vorliegenden Erfindung
wird eine magnetische Detektionseinrichtung bereitgestellt,
die umfaßt:
einen hohlen, säulenförmigen, vormagnetisierenden Permanent magneten, der eine Durchgangsöffnung aufweist, die sich ent lang seiner Achse erstreckt, wobei der vormagnetisierende Magnet ein vormagnetisierendes Magnetfeld erzeugt, das auf ein zu detektierendes Objekt gerichtet ist, welches aus ei nem magnetischen Material hergestellt ist; und
ein Paar aus magnetoresistiven Elementen, die im Bereich der Spitze eines Halters gehalten werden, der aus einem nicht magnetischen Material hergestellt ist, das die Durchgangs öffnung des vormagnetisierenden Magneten füllt, wobei der Bereich der Spitze des Halters aus einem Ende der Durch gangsöffnung hervorragt, und zwar um die minimale Entfer nung, die nötig ist, um eine magnetische Turbulenz zu ver hindern, die in der Nähe der Enden der Durchgangsöffnung vorherrscht, wobei das Paar aus magnetoresistiven Elementen derart angeordnet ist, daß ihre longitudinalen Achsen des elektrischen Stromes unter jeweiligen Winkel von ungefähr plus minus 45° zu der Richtung des vormagnetisierenden Ma gnetfeldes gekippt bzw. geneigt sind, um für eine Änderung des Widerstandes zu sorgen, die durch eine Änderung des vor magnetisierenden Magnetfeldes in Übereinstimmung mit der Be wegung des zu detektierenden Objektes bedingt wird, wodurch eine Änderung in dem Zustand des vormagnetisierenden Magnet feldes über die Änderung in dem Widerstand des magnetoresi stiven Elementes detektiert wird.
einen hohlen, säulenförmigen, vormagnetisierenden Permanent magneten, der eine Durchgangsöffnung aufweist, die sich ent lang seiner Achse erstreckt, wobei der vormagnetisierende Magnet ein vormagnetisierendes Magnetfeld erzeugt, das auf ein zu detektierendes Objekt gerichtet ist, welches aus ei nem magnetischen Material hergestellt ist; und
ein Paar aus magnetoresistiven Elementen, die im Bereich der Spitze eines Halters gehalten werden, der aus einem nicht magnetischen Material hergestellt ist, das die Durchgangs öffnung des vormagnetisierenden Magneten füllt, wobei der Bereich der Spitze des Halters aus einem Ende der Durch gangsöffnung hervorragt, und zwar um die minimale Entfer nung, die nötig ist, um eine magnetische Turbulenz zu ver hindern, die in der Nähe der Enden der Durchgangsöffnung vorherrscht, wobei das Paar aus magnetoresistiven Elementen derart angeordnet ist, daß ihre longitudinalen Achsen des elektrischen Stromes unter jeweiligen Winkel von ungefähr plus minus 45° zu der Richtung des vormagnetisierenden Ma gnetfeldes gekippt bzw. geneigt sind, um für eine Änderung des Widerstandes zu sorgen, die durch eine Änderung des vor magnetisierenden Magnetfeldes in Übereinstimmung mit der Be wegung des zu detektierenden Objektes bedingt wird, wodurch eine Änderung in dem Zustand des vormagnetisierenden Magnet feldes über die Änderung in dem Widerstand des magnetoresi stiven Elementes detektiert wird.
Weitere vorteilhafte Merkmale der vorliegenden Erfindung er
geben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung
der derzeit bevorzugten Ausführungsformen, die unter Bezug
nahme auf die begleitende Zeichnung erläutert werden. Es
zeigt:
Fig. 1 eine bevorzugte Anordnung einer magnetischen
Rotations-Detektionseinrichtung gemäß der
vorliegenden Erfindung, die als Beispiel 1
in einer Vorderansicht dargestellt ist;
Fig. 2 die magnetische Rotations-Detektionseinrich
tung aus Fig. 1, und zwar in einer Drauf
sicht;
Fig. 3 die magnetische Rotations-Detektionseinrich
tung aus Fig. 1, und zwar in einer Seitenan
sicht in der Richtung des Pfeiles "A" aus
Fig. 1;
Fig. 4 zeigt ein Tastelement in einer Vorderan
sicht;
Fig. 5 zeigt ein Zeitdiagramm, in dem die Verarbei
tung der Signale dargestellt ist;
Fig. 6 bis 9 zeigen die Variation eines magnetischen Vek
tors, wenn sich ein Zahnrad dreht, und zwar
in Vorderansichten;
Fig. 10 zeigt die Ausrichtung eines magnetoresisti
ven Elementes (MRE) in einer perspektivi
schen Ansicht;
Fig. 11 zeigt die Ausrichtung eines MREs in einer
Draufsicht;
Fig. 12 zeigt ein Diagramm, in dem der Widerstand
eines MREs dargestellt ist;
Fig. 13 zeigt die Ausrichtung eines magnetischen
Vektors, der auf ein Paar von MREs Anwendung
findet;
Fig. 14 und 15 zeigen die beobachteten Empfindlichkeiten
der MREs;
Fig. 16 zeigt einen vormagnetisierenden Magneten ge
mäß der vorliegenden Erfindung, und zwar in
einer perspektivischen Ansicht;
Fig. 17 zeigt eine bevorzugte Anordnung einer magne
tischen Rotationseinrichtung gemäß der vor
liegenden Erfindung, und zwar als Beispiel 2
in einer Vorderansicht;
Fig. 18 zeigt die Einrichtung aus Fig. 17 in einer
Seitenansicht, und zwar in Richtung des
Pfeiles B aus Fig. 17;
Fig. 19 zeigt eine Modifikation der Einrichtung aus
Beispiel 2, und zwar in einer Draufsicht;
Fig. 20 zeigt eine bevorzugte Anordnung einer magne
tischen Rotationseinrichtung gemäß der vor
liegenden Erfindung, und zwar als Beispiel 3
in einer Vorderansicht;
Fig. 21 zeigt die Einrichtung aus Fig. 20 in einer
Seitenansicht, und zwar in Richtung des
Pfeiles C aus Fig. 20;
Fig. 22 zeigt die Einrichtung aus Fig. 20 in einer
Draufsicht, und zwar in der Richtung des
Pfeiles D aus Fig. 20;
Fig. 23 zeigt einen vormagnetisierenden Magneten ge
mäß der vorliegenden Erfindung, und zwar in
einer longitudinalen vertikalen Schnittan
sicht;
Fig. 24 zeigt ein Form- bzw. Gießmaterial gemäß der
vorliegenden Erfindung, und zwar in einer
Draufsicht;
Fig. 25 zeigt das Form- bzw. Gießmaterial aus Fig.
24, in einer Vorderansicht;
Fig. 26 zeigt eine bevorzugte Anordnung einer magne
tischen Rotationseinrichtung gemäß der vor
liegenden Erfindung, und zwar als Beispiel 4
in einer Vorderansicht;
Fig. 27 zeigt die Einrichtung aus Fig. 26, bevor der
Bereich der Spitze abgeschnitten wird, und
zwar in einer Vorderansicht;
Fig. 28 zeigt den Raumbereich oder die Entfernung
zwischen dem Form- bzw. Gießmaterial, das
die MREs enthält, und der Kappe einer kon
ventionellen magnetischen Detektionseinrich
tung, und zwar in einer Schnittansicht;
Fig. 29 zeigt eine magnetische Rotations-Detektions
einrichtung gemäß der vorliegenden Erfin
dung, und zwar als Beispiel 5 in einer
Schnittansicht;
Fig. 30 zeigt die Einrichtung aus Fig. 29 in einer
Aufbaustufe, bevor sie abgedeckt ist, und
zwar in einer Schnittansicht;
Fig. 31 ein Diagramm, in dem die Empfindlichkeit ei
nes MREs als eine Funktion der Luftspalte
zwischen dem MRE und einem Zahnrad darge
stellt ist, der der magnetischen Detektion
ausgesetzt wird;
Fig. 32 zeigt eine magnetische Rotations-Detektions
einrichtung gemäß der vorliegenden Erfin
dung, und zwar als Beispiel 6 in einer
Schnittansicht;
Fig. 33 zeigt die Einrichtung aus Fig. 32, und zwar
in der Richtung des Pfeiles A aus Fig. 32;
Fig. 34 zeigt die Einrichtung aus Fig. 33, die einem
störenden magnetischen Feld ausgesetzt wird;
Fig. 35 zeigt den Einfluß des störenden magnetischen
Feldes; und
Fig. 36 zeigt eine abschirmende magnetische Ummante
lung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun im
folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung er
läutert.
In Fig. 1 ist eine Seitenansicht einer magnetischen Rotati
ons-Detektionseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
dargestellt. Fig. 2 zeigt eine Draufsicht der Einrichtung
und Fig. 3 ist eine Vorderansicht in der Richtung des Pfei
les "A" aus Fig. 1.
Ein Tastelement 1 wird an dem Kopfteil einer Formmasse bzw.
eines Gießmateriales 2 ausgebildet, und zwar in der Form ei
nes Stabes, der einen rechteckigen Querschnitt aufweist.
Leitungsrahmen 22 werden gleichfalls in der Formmasse bzw.
dem Gießmaterial 2 ausgebildet und ragen aus dem letzteren
nach rechts hervor. In diesem Beispiel besteht die Formmasse
2 aus einem Epoxidharz.
Ein runder, säulenförmiger vormagnetisierender Permanentma
gnet 3 weist eine rechteckige Durchgangsöffnung 4 auf, die
sich entlang der longitudinalen Achse der vormagnetisieren
den Magneten 3 erstreckt, um einen hohlen Teil zu bilden. In
diesem Beispiel ist der vormagnetisierende Magnet 3 ein fer
ritischer Plastikmagnet.
Die Formmasse 3 wird formschlüssig in die Durchgangsöffnung
4 des vormagnetisierenden Magneten 3 eingefügt und mittels
eines Bindemittels fixiert. Ein Getrieberad 5 mit einer
Vielzahl von Zahnradzähnen 6 dient als zu detektierendes Ob
jekt. Das Tastelement 1 wird derartig angeordnet, daß es ei
nem Zahn 6 des Getriebe- bzw. des Zahnrades 5 gegenüber
liegt. Wie man der Fig. 4 entnehmen kann, weist das Tastele
ment 1 einen Chip 9 auf, der zwei magnetoresistive Elemente
(MREs) 7 und 8 enthält, die senkrecht zu der Seitenoberflä
che des Magneten 3 positioniert sind, sowie parallel zu der
Ebene der Rotationsrichtung des Zahnrades 5. Das Paar der
MREs 7 und 8 wird auf dem Chip 9 in einer Ebene angeordnet,
die die Richtung W des magnetischen Feldes des vormagneti
sierenden Magneten 3 enthält, und unter Verkippungen bzw.
Neigungen von ungefähr plus minus 45° zu der Richtung "W"
des magnetischen Feldes des vormagnetisierenden Magneten 3.
Die Formmasse 2 und das Tastelement 1 werden auf der Mittel
linie des Zahnrades 5 angeordnet, wie man der Fig. 2 entneh
men kann.
Die magnetische Detektion wird auf der folgenden Art und
Weise bewirkt.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 6, 7, 8 und 9 zieht ein
Zahn 6 des sich drehenden Zahnrades 5 einen magnetischen
Vektor in einer Spalte zwischen dem Zahnrad 5 und dem Magne
ten 3 und lenkt ihn ab, und zwar in einem magnetischen
Kreis, der durch das Zahnrad 5, die MREs 7 und 8 und den
Magneten 3 zirkuliert. Diese Ablenkung des magnetischen
Vektors führt zu einer Änderung des elektrischen
Widerstandes der MREs 7 und 8, die zwischen dem Zahnrad 5
und dem Magneten 3 angeordnet sind, wobei die MREs 7 und 8
ihren Widerstand in entgegengesetzten Richtungen ändern. Ein
Verarbeitungsschaltkreis 25 (vergl. Fig. 4), der auf dem
gleichen Typ vorgesehen ist, formt die Wellenform der
Widerstandsänderung und gibt Pulse mit einer Rate aus
(entsprechend der Anzahl der Zähne), die proportional zu der
Rotationsgeschwindigkeit des Zahnrades 5 ist, wie man im
einzelnen der Fig. 5 entnehmen kann.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 10, 11 und 12 werden die
MREs 7 und 8 einem magnetischen Vektor ausgesetzt, der Rich
tungskomponenten Bx und By aufweist. Bx und By sind als die
magnetischen Vektorkomponenten definiert, die jeweils paral
lel mit und senkrecht zu dem elektrischen Strom liegen, der
durch einen MRE fließt. Der Widerstand der MREs 7 und 8 wird
jeweils durch die folgenden Formeln ausgedrückt, wobei Rx
und Ry die Widerstände in dem Sättigungsbereich und δ den
Ablenkungswinkel des magnetischen Vektors B bezeichnet.
R7 = Rx cos2 {(π/4)-δ} + Ry sin2 {(π/4)-δ}
= (Rx+Ry)/2 + (Rx-Ry)/2 sin 2δ
= (Rx+Ry)/2 + (Rx-Ry)/2 sin 2δ
R8 = Rx cos2 {(π/4)+δ} + Ry sin2 {(π/4)+δ}
= (Rx+Ry)/2 - (Rx-Ry)/2sind 2δ
= (Rx+Ry)/2 - (Rx-Ry)/2sind 2δ
Folglich läßt sich der Unterschied ΔR zwischen den Wider
standsfähigkeiten R7 und R8 ausdrücken zu:
ΔR = R8-R7
= (Rx-Ry)sin 2δ
= (Rx-Ry)sin 2δ
Ein magnetischer Schaltkreis, der derartig ausgelegt ist,
daß der Ablenkungswinkel δ des magnetischen Vektors B einen
Maximalwert δmax innerhalb des Bereiches von ungefähr -45°
bis ungefähr +45° annimmt, würde die Empfindlichkeit der
MREs 7 und 8 verbessern, und zwar im Hinblick auf die Ände
rungsrate des Widerstandes, die ausgedrückt wird durch ΔR/R
(R=R7=R8).
Die Fig. 14 und 15 zeigen die tatsächlichen Ergebnisse,
die derart erhalten werden. Die Empfindlichkeit der MREs 7
und 8 ist proportional zu der Entfernung der MREs 7 oder 8
zu dem Magneten 3. Um für eine maximale Empfindlichkeit zu
sorgen, wenn die Entfernung von dem Zahnrad 5 zu den MREs 7
oder 8 konstant ist, werden die MREs 7 und 8 bevorzugterwei
se dicht zu dem Magneten 3 positioniert. Es wird angenommen,
daß diese Bedingung für einen Maximalwert des Ablenkungswin
kels δ des magnetischen Vektors B sorgt. Um diese Bedingung
tatsächlich zu erfüllen, weist der vormagnetisierende Magnet
3 gemäß dieses Beispieles eine hohle Struktur auf. Im ein
zelnen weist der vormagnetisierende Magnet 3 einen hohlen
Teil auf, der ein ausgebildetes bzw. geformtes bzw. gegosse
nes IC enthält, das ein Tastelement enthält, so daß die MREs
7 und 8 sich dicht an dem Magneten 3 befinden.
Fig. 16 zeigt einen magnetischen Turbulenzbereich nahe dem
Ende des Magneten 3, wobei in diesem Bereich der magnetische
Vektor in Richtung der Durchgangsöffnung oder des hohlen
Teiles 4 gezogen wird und von dem magnetischen Schaltkreis
ablenkt wird, wodurch eine korrekte Information über die
Drehung des Zahnrades nicht erhalten werden kann. Es wird
angenommen, daß der Bereich der magnetischen Turbulenz mit
einer magnetischen Oberflächenfeldintensität des Magneten 3
und der Form des hohlen Teiles in Beziehung steht und das
sie tatsächlich in einem Bereich von 0 bis 1 mm von dem Ma
gneten auftritt wird.
Aus diesem Grund wird im Hinblick auf ein optimales Design
des magnetischen Schaltkreises die maximale Empfindlichkeit
erhalten, wenn die MREs 7 und 8 in einer Entfernung von
nicht weniger als 1 mm von dem Magneten 3 angeordnet werden,
da eine Entfernung von weniger als 1 mm die MREs 7 und 8 in
den Bereich der magnetischen Turbulenz stellt.
Daher erzeugt in diesem Beispiel der vormagnetisierende Ma
gnet 3 ein vormagnetisierendes Feld, das auf ein zu detek
tierendes Objekt oder ein Zahnrad 5 zeigt, das ein magneti
sches Material aufweist, wobei die magnetoresistiven Elemen
te (MREs) 7 und 8 unter einem Inklinationswinkel bzw. einer
Verkippung von ungefähr 45° angeordnet sind, und zwar in der
Richtung des vormagnetisierenden Magnetfeldes, um für eine
Änderung in dem Widerstand zu sorgen, die durch das vorma
gnetisierende magnetische Feld in Übereinstimmung mit der
Bewegung des zu detektierenden Objektes 5 bedingt wird, um
eine Änderung in dem Zustand des vormagnetisierenden Magnet
feldes über eine Änderung des Widerstandes der MREs 7 und 8
zu detektieren; wobei der vormagnetisierende Magnet 3 einen
hohlen Teil 4 aufweist, der einen Halter oder eine Formmasse
2 enthält, um die MREs 7 und 8 bei einer bestimmten Position
zwischen einer Oberfläche des vormagnetisierenden Magneten
und des zu detektierenden Objektes 5 zu halten, sowie dicht
zu der Oberfläche des vormagnetisierenden Elementes 3.
Dieses Beispiel gemäß der vorliegenden Erfindung minimiert
die Verminderung der Empfindlichkeit und verhindert das Auf
treten von geteilten oder verdoppelten Wellenspitzenwerten
in der Ausgangswellenform der MREs durch das Merkmal, das
die MREs 7 und 8 unter einer Verkippung bzw. Neigung von un
gefähr 45° zu der Richtung des vormagnetisierenden magneti
schen Feldes angeordnet werden, und zwar bei einer Position
zwischen einer Oberfläche des vormagnetisierenden Magneten 3
und des zu detektierenden Objektes 5, sowie dicht zu der
Oberfläche des vormagnetisierenden Elementes 3.
Eine maximale Empfindlichkeit wird erhalten, wenn die Ent
fernung der MREs 7 oder 8 zu dem vormagnetisierenden Magne
ten 1 mm beträgt, d. h. wenn sie einen Minimalwert annimmt,
der den Ausschluß des Turbulenzbereiches des magnetischen
Vektors infolge der hohlen Struktur des Magneten 3 sicher
stellt.
Der vormagnetisierende Magnet kann ein Magnet aus einer sel
tenen Erde sein, der für ein starkes Magnetfeld sorgt, so
daß die Bereitstellung einer Feldintensität (oder einer Sen
sorsättigungs-Feldintensität) sichergestellt wird, die für
die Detektion notwendig ist, selbst wenn das Tastelement in
einer gewissen Entfernung von dem vormagnetisierenden Magne
ten angeordneten ist. Daher können Leitungen für die Ein
gangsanschlüsse des Tastelementes sich um den vormagnetisie
renden Magneten erstrecken. Indessen sind Magneten aus sel
tenen Erden teuer.
Die Kosten für den Magneten können vermindert werden, indem
ein ferritischer Plastikmagnet verwendet wird, der weniger
teuer ist, der aber für eine schwächere Feldintensität
sorgt, und zwar verglichen mit der, die von einem Magneten
aus seltenen Erden bereitgestellt wird, wodurch der Effekt
eintritt, daß ein Sensor mit der gleichen Struktur wie die,
die zuvor mit dem Magneten aus seltenen Erden verwendet wor
den ist, nicht für die notwendige Sättigungsfeldintensität
für ein magnetoresistives Element sorgen kann.
Um diesen Nachteil zu eliminieren, verwendet die vorliegende
Erfindung einen vormagnetisierenden Magneten, der einen hoh
len Teil aufweist, in den eine Form- bzw. Gießmasse (molding
material) eingeführt wird, um die Entfernung von den MREs 7
oder 8 zu dem Magneten 3 zu vermindern, wodurch die notwen
dige Feldintensität (bzw. eine Sensorsättigungs-Feldintensi
tät) für die Detektion der Rotation ermöglicht wird, selbst
wenn ein ferritischer Plastikmagnet verwendet wird, der ein
schwächeres Oberflächenfeld aufweist. Dies vermindert die
Kosten für den vormagnetisierenden Magneten.
Da der vormagnetisierende Magnet einen hohlen Bereich auf
weist, in den eine Formmasse eingeführt wird, müssen die
Leitungen oder die Eingänge für den Sensor (bzw. die Lei
tungsrahmen 22) sich nicht um den Magneten erstrecken und
müssen nicht gefaltet werden, was zu einem einfachen Aufbau
führt.
Im folgenden wird ein weiteres Beispiel beschrieben, und zwar
indem insbesondere Unterschiede zum Beispiel 1 erläutert
werden.
In den Fig. 17 und 18 ist schematisch eine Ausführungs
form einer magnetischen Rotations-Detektionseinrichtung ge
mäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die Fig. 17
zeigt eine Vorderansicht und die Fig. 18 zeigt eine Seiten
ansicht der Einrichtung, und zwar betrachtet entlang der
Richtung des Pfeiles B.
In diesem Beispiel wird eine Formmasse 13 zum Halten der
MREs 11 und 12 auf einer Seitenoberfläche eines vormagneti
sierenden Magneten 10 befestigt, wobei die MREs 11 und 12
dicht zu einer Oberfläche des vormagnetisierenden Magneten
10 angeordnet werden.
Der vormagnetisierende Magnet 10 weist eine Plattenform auf.
Ein Tastelement 14, das die MREs 11 und 12 enthält, wird in
dem Formmaterial 13 ausgebildet. Der vormagnetisierende Ma
gnet 10 und die Formmasse werden mittels eines Bindemittels
verbunden. Die MREs 11 und 12 sind dichter zu einem Zahnrad
15 angeordnet als der vormagnetisierende Magnet 10.
Die Positionierung der MREs 11 und 12 und die Art und Weise
der magnetischen Detektion ist die gleiche wie im Beispiel
1.
Daher erzeugt gemäß dieses Beispieles der vormagnetisierende
Magnet 10 ein vormagnetisierendes Magnetfeld, das in Rich
tung eines zu detektierenden Objektes oder eines Zahnrades
15 gerichtet ist, das ein magnetisches Material enthält, wo
bei die magnetoresistiven Elemente (MREs) 11 und 12 unter
einer Neigung von ungefähr 45° zu der Richtung des vormagne
tisierenden Magnetfeldes angeordnet sind, um für eine Ände
rung des Widerstandes zu sorgen, die durch eine Änderung des
vormagnetisierenden Magnetfeldes in Übereinstimmung mit der
Bewegung des zu detektierenden Objektes 15 bedingt wird, um
eine Änderung in dem Zustand des vormagnetisierenden magne
tischen Feldes zu detektieren, und zwar über die Änderung
des Widerstandes der MREs 11 und 12, wobei der vormagneti
sierende Magnet 10 eine Seitenoberfläche aufweist, auf der
ein Halter oder eine Formmasse 13 befestigt ist, der bzw.
die die MREs 11 und 12 bei einer Position hält, die dicht zu
einer Oberfläche des vormagnetisierenden Elementes liegt.
Dieses Beispiel gemäß der vorliegenden Erfindung ordnet die
MREs 11 und 12 dicht bei dem vormagnetisierenden Magneten 10
an, wodurch die Bereitstellung einer notwendigen Feldinten
sität (bzw. einer Sensorsättigungs-Feldintensität) sicherge
stellt wird, um eine Drehung selbst dann zu detektieren,
wenn ein ferritischer Plastikmagnet als ein vormagnetisie
render Magnet verwendet wird, der eine schwache Oberflächen
feldintensität aufweist.
Dieses Beispiel kann in einer Art und Weise modifiziert wer
den, die in Fig. 19 dargestellt ist, wobei der die Formmasse
13 und das Tastelement 14 vorteilhafterweise unter einem
Verkippungswinkel α zu der Mittellinie des Zahnrades 15 an
geordnet werden.
Eine weitere Ausführungsform wird im folgenden beschrieben,
und zwar indem insbesondere Unterschiede zum Beispiel 1 er
läutert werden.
Die Fig. 20, 21 und 22 zeigen die grundlegende Anordnung
einer magnetischen Rotations-Detektionseinrichtung gemäß der
vorliegenden Erfindung, und zwar in einer Vorderansicht, ei
ner Seitenansicht entlang des Pfeiles C aus Fig. 20, und ei
ner Obenansicht entlang des Pfeiles D aus Fig. 20.
Gemäß dieses Beispieles weist ein vormagnetisierender Magnet
16 eine Durchgangsöffnung 17 auf, und eine Formmasse 18 wird
in die Durchgangsöffnung 17 eingeführt. Die Formmasse 18 und
die Durchgangsöffnung 17 weisen sich verjüngende Stufen auf,
um die MREs 19 bei einer Position zu fixieren, die von der
magnetisierenden Oberfläche des vormagnetisierenden Magneten
16 hervorragt. Genauer gesagt verwendet dieses Beispiel die
Stufen dazu, um die Position der MREs 19 zu fixieren, wäh
rend im Beispiel 1 die Formmasse 2 durch die Durchgangsöff
nung 4 eingeführt und mit der Durchgangsöffnung 4 bei einer
vorherbestimmten Position verbunden wird.
Fig. 23 zeigt einen Querschnitt des vormagnetisierenden Ma
gneten 16 und die Fig. 24 und 25 zeigen jeweils die Form
masse in einer Drauf- und einer Seitenansicht. Wie man der
Fig. 23 entnehmen kann, weist der vormagnetisierende Magnet
16 eine Durchgangsöffnung 17 auf, die ein dünnes Kopf- und
ein dickes Heckteil aufweist, wobei eine dazwischengelagerte
Stufe vorgesehen wird. Wie man den Fig. 24 und 25 entneh
men kann, weist die Formmasse 18 ein dünnes Kopf- und ein
dickes Heckteil auf, mit einer dazwischengelagerten Zwi
schenstufe. Die Formmasse 18 wird in die Durchgangsöffnung
17 des vormagnetisierenden Magneten 16 eingeführt und bei
einer Position fixiert, bei der die Stufe der Durchgangsöff
nung 17 des vormagnetisierenden Magneten 16 sowie die Stufe
der Formmasse aneinanderstoßen.
Daher wird gemäß dieses Beispieles die Durchgangsöffnung 17
und die Formmasse 18 jeweils mit Stufen ausgestattet, so daß
die MREs 19 bei einer Position fixiert werden, die von der
magnetisierenden Oberfläche des vormagnetisierenden Magneten
16 hervorragt. Demnach wird die gemeinsame Positionierung
zwischen den Tastelementen (den MREs 19) und dem vormagneti
sierenden Element 16 einfach kontrolliert, indem man ledig
lich die Formmasse 18 in die Durchgangsöffnung 17 einführt.
Die Formmasse 18 und der vormagnetisierende Magnet 16 werden
beide mittels eines Preßvorganges hergestellt, so daß die
gemeinsame Positionierung zwischen den Tastelementen (den
MREs 19) und dem vormagnetisierenden Magneten leicht kon
trolliert oder stabil bestimmt werden kann.
Ein weiteres Beispiel wird im folgenden beschrieben, indem
insbesondere auf Unterschiede zum Beispiel 1 hingewiesen
wird.
Die Fig. 26 zeigt eine grundlegende Anordnung einer magneti
schen Rotations-Detektionseinrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung. In diesem Beispiel wird eine Formmasse 20 in eine
Durchgangsöffnung 23 eines vormagnetisierenden Magneten 21
eingeführt, positioniert, und dann bei einem Bereich der
Spitze beschnitten, um ein Stück der Dicke "t" zu entfernen.
Im einzelnen wird die Formmasse 20 in die Durchgangsöffnung
23 eingeführt, wie man der Fig. 27 entnehmen kann, und dann
bei dem Bereich der Spitze beschnitten, um eine Dicke "t" zu
entfernen, wodurch sich die Form ergibt, die in Fig. 26 dar
gestellt ist. Dies ermöglicht die Vergrößerung eines Luft
spaltes zwischen der Formmasse 20 und dem Zahnrad 24 um eine
Entfernung "t", während das Leistungsniveau des Sensors auf
dem gleichen Pegel gehalten wird, verglichen mit dem einer kon
ventionellen Einrichtung. Dies wird vorteilhafterweise für
einen magnetischen Schaltkreis einer Rotations-Detektions
einrichtung verwendet, deren Leistungsfähigkeit variiert,
wenn der Luftspalt um eine Entfernung variiert, die so klein
ist wie 0,1 mm.
Die Rotations-Detektionseinrichtungen, die derzeit kommerzi
ell verfügbar sind, umfassen diejenigen Einrichtungen, die
einen magnetischen Schaltkreis verwenden, der aus einem sich
drehenden Körper, einem Tastelement und einem vormagnetisie
renden Magneten besteht, wobei der Luftspalt zwischen dem
sich drehenden Körper und der Einrichtung meistens 1,2 mm
beträgt. Um eine Rotations-Detektionseinrichtung aufzubauen,
bei der der Luftspalt auf 1 mm oder weniger gesetzt ist,
wird eine hohe Präzision der Teile benötigt, die den Rotati
onskörper bilden, und eine Präzision bei der gemeinsamen Po
sitionierung des Rotationskörpers und der Einrichtung ist
nötig. Daher war bis vor Kurzem eine Rotations-Detektions
einrichtung erwünscht, die einen größeren Luftspalt erlaubt,
um diese Anforderung zu mildern. Indessen weist ein Gieß- bzw.
Formharz zum Gießen bzw. Formen eines Tastelementes ei
ne Länge auf, die einen Spalt beim Befestigen der Detektion
seinrichtung benötigt, so daß ein ausreichender Luftspalt
(1 mm) nicht erhalten werden kann.
In diesem Beispiel wird das Form- bzw. Gießmaterial 20 mit
dem vormagnetisierenden Magneten 21 aufgebaut und dann im
Bereich der Spitze beschnitten, um einen vergrößerten Luft
spalt zu ermöglichen.
Wie zuvor beschrieben, minimiert die vorliegende Erfindung
die Verminderung der Empfindlichkeit des magnetoresistiven
Elementes, während sie das Auftreten von geteilten oder ver
doppelten Wellenspitzenwerten verhindert.
Dieses Beispiel ermöglicht eine bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, die insbesondere das folgende
bekannte Problem vorteilhaft löst.
Wie man der Fig. 28 entnehmen kann, wird eine magnetische
Rotations-Detektionseinrichtung nach dem Stand der Technik
hergestellt, indem man ein MRE 31 in einer Harzmasse ausbil
det, die Formmasse 32 mit einem vormagnetisierenden Magnet
33 verbindet, einen Leitungsrahmen 34, der sich von der
Formmasse 31 zu einem Anschluß 36 erstreckt, der sich
wiederum von einem Anschlußhalter erstreckt, verbindet, und
indem man diese Teile mit einer Kappe 37 verschließt.
Indessen tritt hierbei das Problem auf, daß es schwierig
ist, den Leitungsrahmen 34 mit dem Anschluß 36 zu verbinden,
während man den Abstand L1 zwischen der Formmasse und der
inneren Oberfläche der Kappe 37 aufrechterhält, wodurch
es gleichfalls schwierig wird, den Luftspalt zwischen dem
MRE 31 und einem zu detektierenden Objekt zu kontrollieren.
Um diesem Problem zu begegnen, umfaßt eine magnetische De
tektionseinrichtung gemäß dieses Beispieles die folgenden
Elemente: einen vormagnetisierenden Magneten zur Erzeugung
eines vormagnetisierenden magnetischen Feldes, das auf ein
zu detektierendes Objekt gerichtet ist; einen Halter zum
Halten eines magnetoresistiven Elementes, das eine Änderung
in dem vormagnetisierenden Magnetfeld in Antwort auf eine
Bewegung eines zu detektierenden Objektes detektiert, und
zwar im Sinne einer Änderung des elektrischen Widerstandes
des Elementes; wobei der Halter gegen eine hintere Oberflä
che einer nicht-magnetischen Kappe gepreßt wird, die dem zu
detektierenden Objekt gegenüberliegt.
Der vormagnetisierende Magnet weist eine Durchgangsöffnung
auf, durch die der Halter gegen die hintere Oberfläche der
nicht-magnetischen Kappe gepreßt wird, die ein Ende der
Durchgangsöffnung verschließt.
Die Fig. 29 zeigt eine magnetische Rotations-Detektionsein
richtung 42, die mit einem runden säulenförmigen Harzgehäuse
43 ausgestattet ist, sowie mit einem runden säulenförmigen
Permanentmagneten 44, der auf der Spitze (dem rechten Ende)
des Harzgehäuses 43 angeordnet ist. Der Magnet erzeugt ein
vormagnetisierendes Magnetfeld, das auf ein zu detektieren
des Objekt gerichtet ist. Ein runde säulenförmige Kappe 45,
die ein Ende verschließt und die mittels einer Vernietung
bzw. einer Verkerbung mit dem Gehäuse 43 verbunden ist, um
gibt den Permanentmagneten 44 und die vordere Hälfte des Ge
häuses 43. Die Kappe 45 ist 0,25 mm dick und aus dem nicht
rostenden Stahl JIS SUS 304 hergestellt, der nicht magne
tisch ist. Die Kappe 45 zwängt das Gehäuse 43 und den Perma
nentmagneten 44 gegeneinander, so daß sie bei dem rechten
Ende des Gehäuses 43 aneinanderliegen.
Der Permanentmagnet 44 weist an seiner Spitze oder an seinem
rechten Ende einen Hohlraum 46 auf, sowie eine Durchgangs
öffnung 47, die sich entlang der zentralen Achse des Magne
ten 44 erstreckt. Die Durchgangsöffnung 47 kommuniziert mit
dem Hohlraum 46 an dem rechten Ende und sie weist an ihrem
linken Ende eine sich verjüngende Öffnung 48 auf, die sich
nach außen verbreitert.
Ein MRE 49 in der Form eines Chips, der in einer Formmasse
50 aus einem Epoxidharz ausgebildet ist, wird in die Durch
gangsöffnung 47 des Permanentmagneten eingeführt. Genauer
gesagt wird der MRE-Chip 49 auf einem Kupferleitungsrahmen
51 befestigt und in der Formmasse 50 zusammen mit einem Teil
des Leitungsrahmens 51 derart ausgebildet, daß das MRE 49 in
dem Hohlraum 46 des Permanentmagneten 44 angeordnet ist und
sich der Leitungsrahmen 51 durch die Durchgangsöffnung 47
erstreckt und aus dem linken Ende der Formmasse 50 hervor
ragt.
Das runde säulenförmige Gehäuse 43 weist eine Trennwand 52
auf, die ihren inneren Raum in rechte und linke Teile auf
teilt. Zur äußeren Verbindung dienende Anschlüsse 53, die in
dem Gehäuse enthalten sind, erstrecken sich durch die Trenn
wand 52 und werden von ihr gehalten. Die Anschlüsse 53 um
fassen die für den Ausgang, Erde (GND), Leistungszuführungen,
etc. Die Anschlüsse 53 sind an ihrem rechten Ende mit dem
linken Ende des Leitungsrahmens 51 verschweißt. Die An
schlüsse 53 weisen eine U-förmige Faltung 54 bei einer lon
gitudinalen mittleren Position auf, die als federndes Teil
dient, um die Formmasse 50 mittels des Leitungsrahmens 51
nach rechts (in die Richtung des Pfeiles A aus Fig. 29) zu
drücken.
Die Einrichtung 42 wird mit der folgenden Herstellungsfolge
hergestellt.
Unter Bezugnahme auf Fig. 30 wird zunächst ein Gehäuse 43
vorbereitet, das in sich eingefügte Anschlüsse 53 aufweist.
Ein ausgebildeter bzw. vergossener IC, in dem ein MRE 49 und
ein Leitungsrahmen 51 mit einer Formmasse 50 ausgebildet
sind, wird gleichfalls vorbereitet. Eine Kappe 45, die ein
verschlossenes Ende aufweist und die einen Permanentmagneten
44 enthält, wird hergestellt.
Der Leitungsrahmen 51 wird mit einem Ende mit der Spitze der
Anschlüsse 53 durch Verlötung, Verschweißung oder anderen
geeigneten Verbindungsmethoden verbunden. Die Entfernung L2
zwischen den Enden des Gehäuses 43 und dem vergossenen IC 50
ist größer als die Länge L3 des Permanentmagneten 44.
Das Gehäuse 43 mit dem vergossenen IC (der Formmasse 50)
wird in die Kappe 45 formschlüssig eingepaßt, und zwar durch
das offene Ende der letzteren, bis der vergossene IC 50 mit
der Durchgangsöffnung 47 in Eingriff steht, wobei er durch
die sich verjüngende Öffnung 48 der Durchgangsbohrung 47 ge
führt wird, so daß das führende Ende des vergossenen IC (der
Formmasse 50) gegen die innere Oberfläche des verschlossenen
Endes der Kappe 45 stößt. Das Gehäuse 43 wird weiter durch
die Durchgangsöffnung 47 hindurch eingeführt, bis das rechte
Ende des Gehäuses 43 gegen das linke Ende des Permanentma
gneten 44 stößt, während das führende Ende des vergossenen
IC (der Formmasse 50) gegen die innere Oberfläche des ver
schlossenen Endes der Kappe 45 gepreßt wird, und zwar mit
tels eines Druckes der komprimierten federnden Faltung 54
der Anschlüsse 53. Die Kappe 45 wird dann mit dem Gehäuse 43
verbunden, in dem das offene Ende der Kappe 45 verkerbt bzw.
vernietet wird, so daß die in Fig. 29 dargestellte magneti
sche Detektionseinrichtung vervollständigt ist.
Der Kontakt zwischen dem vergossenen IC (der Formmasse 50)
und der Kappe 45 wird immer durch den Druck aufrechterhal
ten, der von der federnden Faltung 54 ausgeht.
Die Fig. 31 zeigt die Empfindlichkeit des MRE 49 als eine
Funktion des Luftspaltes zwischen dem MRE 49 und einem Zahn
rad, das der magnetischen Detektion ausgesetzt ist. Man kann
der Fig. 31 entnehmen, daß die Empfindlichkeit signifikant
von dem Luftspalt abhängt und das die Detektionsleistungsfä
higkeit umso besser ist, je kleiner der Luftspalt ist.
Dies deutet an, daß die Überwachung der Luftspalte zwischen
dem MRE 49 und dem zu detektierenden Objekt im Hinblick auf
die Empfindlichkeit der magnetischen Detektionseinrichtung
äußerst kritisch ist.
In diesem Beispiel gemäß der vorliegenden Erfindung wird der
vergossene IC (bzw. die Formmasse 50) immer in Kontakt mit
der Kappe 45 gehalten, und zwar mittels eines Druckes, der
von der federnden Faltung 45 ausgeht, so daß der Luftspalt
zwischen dem MRE 49 und einem zu detektierenden Objekt sta
bil bei einem kleinen Wert gehalten werden kann. Die in Fig.
28 dargestellte Einrichtung nach dem Stand der Technik
weist zwischen dem verschlossenen Ende der Kappe 37 und der
Formmasse 32, die das MRE 31 enthält, einen von Null ver
schiedenen Raum bzw. eine Entfernung L1 auf. Diese Entfer
nung L1 wird gemäß dieses Beispieles der vorliegenden Erfin
dung auf Null reduziert, wodurch der Luftspalt zwischen ei
nem MRE und einem zu detektierenden Objekt auf einen ge
wünschten kleinen Wert vermindert werden kann.
Eine Faltung kann auch in dem Leitungsrahmen 51 ausgebildet
werden, anstelle der Ausbildung im Anschluß 53.
Dieses Beispiel ermöglicht eine bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, die in vorteilhafter Weise den
Einfluß eines störenden magnetischen Feldes verhindert.
Fig. 32 zeigt eine magnetische Rotations-Detektionseinrich
tung gemäß der vorliegenden Erfindung, und zwar zusammen mit
einem Zahnrad bzw. einem Mechanismus 62 als zu detektieren
des Objekt, das dicht zu dem Tastelement 61 der Einrichtung
angeordnet ist.
Die Fig. 33 zeigt das Tastelement 61 und das Zahnrad 62 aus
Fig. 32, und zwar betrachtet entlang der Richtung des Pfei
les A. Das Zahnrad 62 ist aus einem magnetischen Material
hergestellt und weist eine Vielzahl von Zahnradzähnen 63
auf. Das Tastelement 61 ist aus einem Chip 64 aufgebaut, der
ein Paar MREs 65 und 66 enthält und den Zahnradzähnen 63 des
Zahnrades 62 gegenüberliegend angeordnet ist.
Unter Bezugnahme auf Fig. 32 ist das Tastelement 61 in ei
ner Formmasse 67 ausgebildet. Das Tastelement 61 ist im Be
reich der Spitze der Formmasse 67 angeordnet. Ein Leitungs
rahmen 68 wird gleichfalls in der Formmasse 67 ausgebildet
und ragt aus dem rechten Ende der Formmasse 67 hervor. In
diesem Beispiel besteht die Formmasse aus einem Epoxidharz.
Ein runder säulenförmiger vormagnetisierender Permanentma
gnet 69 weist entlang der Mittelachse des Magneten 69 eine
Durchgangsöffnung 70 auf, wobei der ausgebildete IC in diese
Durchgangsöffnung 70 eingeführt wird. Gemäß dieses Beispie
les ist der vormagnetisierende Magnet 69 ein ferritischer
Plastikmagnet.
Die Formmasse 67 wird formschlüssig in die Durchgangsöffnung
70 des vormagnetisierenden Magneten 69 eingeführt und bei
einer vorherbestimmten Position fixiert. Die Formmasse 67
wird mit dem Magneten 69 mittels eines Bindemittels verbun
den. Der vormagnetisierende Magnet 69 legt ein vormagneti
sierendes magnetisches Feld an die MREs 5 und 6 an.
In Fig. 33 sind die MREs 65 und 66 in dem Chip in einer
Ebene angeordnet, die die Richtung des vormagnetisierenden
Feldes von den Magneten 69 enthält, und jeweils unter Ver
kippungen von ungefähr plus und minus 45 Grad zu der Rich
tung des vormagnetisierenden Feldes.
In Fig. 32 weist der Leitungsrahmen 68 einen rechten Teil
auf, der aus der Formmasse 67 herausragt und der mit einem
Anschluß 71 für externe Ein- und Ausgänge verschweißt ist.
Der Leitungsrahmen 68 und der freiliegende Teil des An
schlusses 71 sind in ein Gehäuse 72 eingesetzt, das aus ei
nem Harz gebildet ist.
Die linke Hälfte des Gehäuses 72 und der vormagnetisierende
Magnet 69 sind von einer runden, hohlen und säulenförmigen
Ummantelung 73 umgeben, die elektromagnetische Wellen ab
schirmt und die an dem Ende verschlossen ist, das dem Zahn
rad 62 gegenüber liegt. Die elektromagnetische Wellen-Ab
schirm-Ummantelung 73 ist aus einem nicht-magnetischen Me
tall hergestellt, sowie aus dem rostfreiem Stahl JIS SUS
304, und sie schirmt die MREs 65 und 66 gegen ein externes
magnetisches Feld oder eine Störung ab und schützt sie.
Die elektromagnetische Wellen-Abschirm-Ummantelung 73 nimmt
eine runde, hohle, säulenförmige Ummantelung 74 zur magneti
schen Abschirmung formschlüssig auf, deren beide Enden offen
sind. Die magnetische Abschirm-Ummantelung 74 bedeckt die
MREs 65 und 66 (vergleiche Fig. 36), wobei ein offenes Ende
in Richtung des Zahnrades 62 zeigt (vergleiche Fig. 32).
Die magnetische Abschirm-Ummantelung 74 ist aus einem magne
tischen Material hergestellt, sowie beispielsweise aus Fe
oder Ni, um die MREs 65 und 66 magnetisch abzuschirmen.
Die magnetische Rotations-Detektionseinrichtung wird in der
folgenden Art und Weise betrieben.
Unter Bezugnahme auf Fig. 33 wird das vormagnetisierende
Feld 76, das von dem vormagnetisierenden Magneten 69 erzeugt
worden ist, über einen Winkel R1 abgelenkt, wenn sich das
Zahnrad oder das zu detektierende Objekt 62 dreht. Die MREs
65 und 66 detektieren diese Ablenkung des vormagnetisieren
den magnetischen Feldes. Im folgenden wird angenommen, daß
ein externes magnetisches Feld 77 oder eine Störung anwesend
ist, die sich von dem vormagnetisierenden Feld 76 unter
scheidet, wie in den Fig. 34 und 36 dargestellt. Ein dy
namisches Störungsfeld 77, dessen Intensität mit der Zeit
variiert, erzeugt dann einen kombinierten magnetischen Vek
tor, der das vormagnetisierende Feld veranlaßt, über einen
Winkel R2 abgelenkt zu werden, wie man den Fig. 34 und 35
entnehmen kann, und zwar selbst dann, wenn sich das Zahnrad
62 nicht dreht, was zu einer Fehlfunktion der magnetischen
Detektionseinrichtung führt.
Um diesem Problem zu begegnen, verwendet dieses Beispiel die
magnetische Abschirm-Ummantelung 74, wie sie in Fig. 36
dargestellt ist, um beliebige externe oder störende Felder
77 daran zu hindern, das vormagnetisierende Feld 76 zu be
einflussen, wodurch das Auftreten einer unerwünschten Ablen
kung des vormagnetisierenden Magnetfeldes 76 verhindert
wird.
Die elektromagnetische Wellen-Abschirm-Ummantelung 73 muß
die MREs 5 und 6 vollständig bedecken und sie muß aus einem
nicht-magnetischen Metall hergestellt sein, so wie aus dem
rostfreien Stahl JIS SUS 304, um es dem vormagnetisierenden
Feld 76 zu erlauben, durch sie hindurch in Richtung eines zu
detektierenden Objektes hindurchzutreten, und nicht, um es
zu stoppen. Im Gegensatz dazu muß die magnetische Abschirm-
Ummantelung 74 aus einem magnetischen Material hergestellt
sein, sowie aus Fe oder Ni, um gegen externe magnetische
Felder abzuschirmen.
Zusammenfassend kann somit festgehalten werden, daß die vor
liegende Erfindung eine magnetische Detektionseinrichtung
betrifft, die umfaßt: einen vormagnetisierenden Magneten,
zur Erzeugung eines vormagnetisierenden Magnetfeldes, das
auf ein zu detektierendes Objekt gerichtet ist, welches ein
magnetisches Material aufweist; ein magnetoresistives Ele
ment, das unter einer Verkippung von ungefähr 45° zu der
Richtung des vormagnetisierenden magnetischen Feldes ange
ordnet ist, um für eine Änderung des Widerstandes zu sorgen,
die durch das vormagnetisierende magnetische Feld in Über
einstimmung mit der Bewegung des detektierenden Objektes be
dingt wird, um eine Änderung in dem Zustand des vormagneti
sierenden magnetischen Feldes über die Änderung des Wider
standes des magnetoresistiven Elementes zu detektieren, so
wie einen vormagnetisierenden Magneten, der einen hohlen
Teil aufweist, der einen Halter enthält, um das magnetoresi
stive Element bei einer Position zwischen einer Oberfläche
des vormagnetisierenden Magneten und des zu detektierenden
Objektes zu halten, sowie dicht zu der Oberfläche des vorma
gnetisierenden Elementes.
Claims (15)
1. Eine magnetische Detektionseinrichtung mit:
- a) einem vormagnetisierenden Magneten zur Erzeugung ei nes vormagnetisierenden Magnetfeldes, das auf ein zu detektierendes Objekt gerichtet ist, welches ein ma gnetisches Material aufweist;
- b) einem magnetoresistiven Element, das mit einer Nei gung von ungefähr 45° in Richtung des vormagnetisie renden magnetischen Feldes angeordnet ist, um für eine Änderung des Widerstandes zu sorgen, die durch das vormagnetisierende magnetische Feld in Überein stimmung mit der Bewegung des zu detektierenden Objektes bedingt wird, um eine Änderung in dem Zu stand des vormagnetisierenden magnetischen Feldes über die Änderung des Widerstandes des magnetoresi stiven Elementes zu detektieren; wobei
- c) der vormagnetisierende Magnet ein hohles Teil auf weist, der einen Halter enthält, zum Halten des ma gnetoresistiven Elementes bei einer Position zwi schen einer Oberfläche des vormagnetisierenden Ma gneten und des zu detektierenden Objektes, sowie dicht zu der Oberfläche des vormagnetisierenden Ele mentes.
2. Die magnetische Detektionseinrichtung nach Anspruch 1,
worin der Abstand zwischen dem magnetoresistiven Element
und dem vormagnetisierenden Magneten einen optimalen
Wert annimmt, der dem minimalen Abstand zur Verhinderung
einer Turbulenz des magnetischen Vektors infolge der An
wesenheit des hohlen Teiles entspricht.
3. Die magnetische Detektionseinrichtung nach Anspruch 2,
worin der Abstand zwischen dem magnetoresistiven Element
und dem vormagnetisierenden Magneten ungefähr 1 mm be
trägt.
4. Die magnetische Detektionseinrichtung nach Anspruch 1,
worin der vormagnetisierende Magnet aus einem ferriti
schen Plastikmagneten besteht.
5. Die magnetische Detektionseinrichtung nach Anspruch 1,
worin das magnetoresistive Element in einer ausgebilde
ten bzw. gegossenen Baugruppe ausgebildet wird, die eine
Spitze aufweist, die beschnitten ist, um überschüssige
Formmasse in einem Randbereich zu entfernen, wodurch der
mögliche Abstand zwischen dem magnetoresistiven Element
und dem zu detektierenden Objekt vermindert wird.
6. Die magnetische Detektionseinrichtung nach Anspruch 5,
worin die Spitze der ausgebildeten Baugruppe beschnitten
wird, so daß eine flache Oberfläche freiliegt.
7. Die magnetische Detektionseinrichtung nach Anspruch 1,
worin der Halter, der das magnetoresistive Element ent
hält, von einer hohlen säulenförmigen nicht-magnetischen
Kappe umgeben wird, die ein verschlossenes und ein
offenes Ende aufweist, wobei er gegen eine hintere Ober
fläche des Endes der nicht-magnetischen Kappe gepreßt
wird, die dem zu detektierenden Objekt gegenüberliegt.
8. Die magnetische Detektionseinrichtung nach Anspruch 7,
worin der vormagnetisierende Magnet eine Durchgangsöff
nung aufweist, durch die Halter gegen die hintere Ober
fläche des einen Endes der nicht magnetischen Kappe ge
preßt wird, die ein Ende der Durchgangsöffnung ver
schließt.
9. Die magnetische Detektionseinrichtung nach Anspruch 1,
welche desweiteren eine hohle säulenförmige magnetische
Abschirm-Ummantelung aus einem magnetischen Material um
faßt, die das magnetoresistive Element in sich enthält,
wobei die magnetische Abschirm-Ummantelung wenigstens
ein offenes Ende aufweist, das dem zu detektierenden Ob
jekt gegenüberliegt.
10. Die magnetische Detektionseinrichtung mit:
- a) einem vormagnetisierenden Magneten zur Erzeugung ei nes vormagnetisierenden magnetischen Feldes, das auf ein zu detektierendes Objekt gerichtet ist, das ein magnetisches Material aufweist;
- b) einem magnetoresistiven Element, das unter einer Neigung von ungefähr 45° in Richtung des vormagne tisierenden magnetischen Feldes angeordnet ist, um für eine Änderung des Widerstandes zu sorgen, die durch das vormagnetisierende magnetische Feld in Übereinstimmung mit einer Bewegung des zu detektie renden Objektes bedingt wird, um eine Änderung in dem Zustand des vormagnetisierenden magnetischen Feldes über die Änderung des Widerstandes des magne toresistiven Elementes zu detektieren; wobei
- c) der vormagnetisierende Magnet eine Seitenoberfläche aufweist, auf der ein Halter befestigt ist, zum Hal ten des magnetoresistiven Elementes bei einer Posi tion dicht zu einer Oberfläche des vormagnetisieren den Elementes.
11. Eine magnetische Detektionseinrichtung mit:
- a) einem hohlen säulenförmigen, eine Vormagnetisierung erzeugenden Permanentmagneten, der eine Durchgangs öffnung aufweist, die sich entlang seiner Achse er streckt, wobei der vormagnetisierende Magnet ein vormagnetisierendes magnetisches Feld erzeugt, das auf ein zu detektierendes Objekt gerichtet ist, wel ches aus einem magnetischen Material hergestellt ist; und
- b) einem Paar aus magnetoresistiven Elementen, die im Bereich der Spitze eines Halters gehaltert werden, der aus einem nicht-magnetischen Material herge stellt ist, das die Durchgangsöffnung des vormagnetisierenden Magneten füllt, wobei der Be reich der Spitze des Halters aus einem Ende der Durchgangsöffnung um einen minimalen Abstand hervor ragt, der notwendig ist, eine magnetische Turbulenz zu verhindern, die in der Nähe der Enden der Durch gangsöffnung auftritt, wobei das Paar aus den magnetoresistiven Elementen mit ihren longitudinalen Achsen des elektrischen Stromes unter jeweiligen Winkeln von ungefähr plus und minus 45° zu einer Richtung des vormagnetisierenden magnetischen Feldes angeordnet sind, um für eine Änderung des Widerstan des zu sorgen, die durch eine Änderung in dem vor magnetisierenden magnetischen Feld in Übereinstim mung mit der Bewegung des zu detektierenden Objektes bedingt ist, wodurch eine Änderung in dem Zustand des vormagnetisierenden magnetischen Feldes über die Änderung des Widerstandes des magnetoresistiven Ele mentes detektiert wird.
12. Eine magnetische Detektionseinrichtung mit:
- a) einem runden säulenförmigen vormagnetisierenden Per manentmagneten, der eine rechteckige Durchgangs öffnung aufweist, die sich entlang der longitudina len Achse des vormagnetisierenden Magneten er streckt, um einen hohlen Teil zu bilden;
- b) einem Tastelement, das in dem Kopfteil einer Form masse ausgebildet ist, und zwar in der Form eines Stabes, der einen rechteckigen Querschnitt aufweist, wobei die Formmasse formschlüssig in die Durchgangs öffnung des vormagnetisierenden Magneten eingeführt und mittels eines Bindemittels in ihr befestigt ist, wobei das Tastelement einen Chip aufweist, der zwei magnetoresistive Elemente enthält, die aus einem Ende der Durchgangsöffnung um einen minimalen Ab stand von der Durchgangsöffnung hervorragen, der notwendig ist, um eine magnetische Turbulenz zu ver hindern, die in der Nähe der Enden der Durchgangs öffnung vorherrscht, wobei die magnetoresistiven Elemente senkrecht zu der Seitenoberfläche des Ma gneten angeordnet sind, und zwar in einer Ebene, die die Richtung des magnetischen Feldes des vormagneti sierenden Magneten enthält, und unter jeweiligen Neigungen von ungefähr plus und minus 45° zu der Richtung des magnetischen Feldes des vormagnetisie renden Magneten.
13. Eine magnetische Detektionseinrichtung mit:
- a) einem vormagnetisierenden Magneten in einer Platten form, zur Erzeugung eines vormagnetisierenden magne tischen Feldes, das auf ein zu detektierendes Objekt gerichtet ist, das aus einem magnetischen Material hergestellt ist; und
- b) einer Formmasse, die auf einer Seitenoberfläche des vormagnetisierenden Magneten befestigt und mittels eines Bindemittels mit ihr verbunden ist, zum Aus bilden und Halten eines Tastelementes, das zwei ma gnetoresistive Elemente aufweist, die dicht zu einer Oberfläche des vormagnetisierenden Magneten in einem minimalen Abstand angeordnet sind, der notwendig ist, um eine magnetische Turbulenz zu verhindern, die in der Nähe der Enden der Durchgangsöffnung vor herrscht, wobei die magnetoresistiven Elemente unter jeweiligen Neigungen von ungefähr plus und minus 45° zu der Richtung des magnetischen Feldes des vorma gnetisierenden Magneten angeordnet sind.
14. Eine magnetische Detektionseinrichtung mit:
- a) einem vormagnetisierenden Magneten, der eine Durch gangsöffnung aufweist und der ein vormagnetisieren des magnetisches Feld erzeugt, das auf ein zu detek tierendes Objekt gerichtet ist, welches aus einem magnetischen Material hergestellt ist;
- b) einer nicht-magnetischen Formmasse, die in die Durchgangsöffnung eingeführt ist, wobei
- c) die Formmasse und die Durchgangsöffnung jeweils sich verjüngende Stufen aufweisen, die aneinanderstoßen, um zwei magnetoresistive Elemente bei einer Position zu fixieren, die von einer magnetisierenden Oberfläche des vormagnetisierenden Magneten um einen minimalen Abstand hervorragt, der notwendig ist, um magnetische Turbulenzen zu verhindern, die in der Nähe der Enden der Durchgangsöffnung vorherrschen, wobei die magnetoresistiven Elemente jeweils unter Neigungen von ungefähr plus und minus 45° zu der Richtung des magnetischen Feldes des vormagnetisie renden Magneten angeordnet sind.
15. Eine magnetische Detektionseinrichtung mit:
- a) einem vormagnetisierenden Magneten, der eine Durch gangsöffnung aufweist und der ein vormagnetisieren des Magnetfeld erzeugt, das auf ein zu detektieren des Objekt gerichtet ist, das aus einem magnetischen Material hergestellt ist; und
- b) einer nicht-magnetischen Formmasse, die in die Durchgangsöffnung des vormagnetisierenden Magneten eingeführt wird und die einen flachgeschnittenen Spitzenbereich aufweist, zum Halten von zwei magnetoresistiven Elementen, die von einem Ende der Durchgangsöffnung des vormagnetisierenden Magneten um einen minimalen Abstand hervorragen, der notwen dig ist, um magnetische Turbulenzen zu verhindern, die in der Nähe der Enden der Durchgangsöffnung vorherrschen, wobei die magnetoresistiven Elemente unter jeweiligen Neigungen von ungefähr plus und minus 45° zu der Richtung des magnetischen Feldes des vormagnetisierenden Magneten angeordnet sind.
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