用于旋转或线性距离的绝对计数的磁传感器制造技术

本发明专利技术涉及一种用于旋转或线性距离的绝对计数的磁传感器。提供一种传感器的任务通过以下方式得以完成，即使用配有预先确定数量的磁畴(D)的软磁的并且设置有GMR或TMR层封装的环结构，所述传感器在技术上借助于商业上可用的技术来简单地生产，所述传感器具有宽的磁窗并且适合于在维持基本的拓扑结构时以简单的方式计数任意预给定的且特别高的转数或更长的线性距离，在所述环结构中设置具有主要是直的并且以相对于彼此菱形地进行布置的部分区段(S11、S12、S13、S14和S21、S22、S23、S24)的至少两个单独的环(S1、S2)，并且所述至少两个环结构彼此通过一个共同的交叉点(K)进行连接，其中，分别在所述磁畴(D)能够在其之中和之后从一个环转换至相邻的环的交叉区域近前，所述环结构的所述区段与电导轨引导部的方向相反折弯地并且在所述区域中朝向所述环结构的内部弯曲地虹吸管状地构造，其中，在相应的虹吸管状凹部(Sk1、Sk2)中的电导轨在点(K)处垂直相交并且所有所提及的环结构水平地被布置在仅一个共同的平面中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于旋转或线性距离的绝对计数的磁传感器，所述传感器在多种
、尤其是在汽车制造和工业自动化中能够得到有利的应用。特别地，所提出的传感器的新型结构应能够实现数量级为4000的高转数或者数量级为20000mm的较大的距离的无接触式且无电流式计数，这对于多种技术应用而言是有利的。但是为了求取较小的转数，所提出的传感器在同时最简单的构造的情况下也明显是有利的，例如在汽车制造中可用于精确地确定内燃机的时钟并且能够例如与角度传感器一起承担凸轮轴的功能并且因此取代昂贵的构件。
技术介绍
用于根据不同的物理原理确定角度位置的传感器广泛使用。它们的共同点在于，传感器信号在360°之后是周期性的，也就是说该传感器不能在10°和370°之间进行区分。因此，对于在超过360°后还必须确定角度——例如对于汽车中的方向盘就是这种情况——的任务提出，要求这样的传感器必须与另一传感器组合在一起，该另一传感器必须能够确定转数。然后与旋转计数器组合地，能够在10°和370°之间进行区分。为了确定转数已知一些解决方案，其中，通过具有N条螺线臂的螺线的头数(Gang)机械式地推断出转数(例如1至5)。其他的解决方案利用机械传动装置结合两个或者更多个角度传感器。根据对传动装置结构的认识以及与传动装置的不同齿轮连接的磁体的角度位置也能够确定0至5*360°之间的角度。所有方案的共同点是，它们为了进行实现都需要一机械机构，即这些方案不是无接r>触式的并且由此不是无磨损的。而对于许多应用、尤其是在汽车中的应用而言，需要一种无接触式的解决方案。这也能够如此实现，使得在每个时刻(持续)地确定角度位置并且以这样的方式能够将从359°至360°的过渡与角度0°进行区分。其前提是，传感器以及所属的存储元件持续地被供以电能。这与汽车制造中的以下要求相悖：即例如当车载电子装置与电池断开时在例如0°至5*360°范围内的绝对角度的确定也必须是成功的。由Posital公司(www.postal.de，公司消息：“KraftwerkimEncoder(编码装置中的发电装置)...”)开发了一种转数的无接触式计数，该计数原则上已经达到上述要求。在该计数中利用霍耳传感器来确定角度(0-360°)。在该计数中转数的测量借助于所谓的韦根丝(Wieganddraht)来实现。该丝具有特殊的磁特性，该特殊的磁特性负责，通过几毫米长的丝在每一转之后通过磁畴壁的突然运动而产生一个短促但强度足够的电压脉冲，该电压脉冲可被写入一铁电随机存储器(FeRAM)，而无需FeRAM与电池连接。因此，这种解决方案满足对于无磨损和无接触地确定转数的要求并且在无需施加电源的情况下也能够对旋转进行计数，直至所使用的FeRAM的最大存储容量。然而，这样的解决方案被汽车工业所拒绝，因为由于韦根丝的宏观尺寸的缘故而不能够实现成本有利的制造和成形并且由于FeRAM的高欧姆输入端也会产生电磁兼容性问题。由EP1740909B1(WO2005/106395)已知另一种满足上述要求的用于旋转计数的传感器元件。该传感器元件具有一个具有N匝的纵长延伸的螺线的形式并且由具有巨磁阻效应(GMR)的层堆叠构成。该传感器元件的GMR层系统基本上由一限定基准方向的硬磁层和一软磁层构成，硬磁层与软磁层通过非磁性的中间层隔开。待检测的旋转外部磁场足够强以便通过磁畴壁的运动来改变软磁层的磁化方向，但对于与纵长延伸的螺线的直段相平行的硬磁层的磁化方向的改变而言过弱。因此，该传感器以电阻变化来对旋转磁场作出反应，其中，在可计数范围0至N转的范围内以2N+1的电阻值的形式来记录整转以及半转。在此，每个电阻值均一对一地与半数或者整数的旋转值相对应。在此，当磁场没有转动时，其磁结构保持不变。在转动时磁化方向发生变化，而与电阻值是否被读取无关。也就是说：该系统在没有供电或者没有功率的状态下也能够记录旋转磁场的所有变化并且仅仅对于读取即确定电阻才需要电源。这种装置具有以下缺点，基于所使用的存储器几何尺寸的缘故(每一转都需要一个完整的螺线匝)，在计数较大的转数时，螺线必须在几何尺寸上非常大。由此一方面会提高了在螺线制造中出现的缺陷导致失效并且因此导致良品率降低的概率。另一方面也因此增大芯片面积以及因此提高用于这样的传感器的成本。此外，EP1740909B1所披露的方案在螺线匝数较大时也会在确定转数时自动出现问题。由一转至下一转所得出的可利用的电压差会按1/螺线匝数来缩放。对于N>10至N>>10，该电压差对于准确的分析处理而言明显过小。如其在所提及的专利中给出的一个替代方案那样虽然在更大转数时允许完整的磁阻差，但是同样具有长的螺线的缺点，并且通过以下方式获得大差值的优点：替代两个电接触部地，所有形成一个非封闭式回路的螺线部件必须设有四个电接触部并且被电子式读取和处理。在N＝100时已经得出四百个接触部并且因此在电路技术上的大的耗费。此外在前述的解决方案中还有以下问题，即在达到在螺线电导轨中可引导的最大磁畴之后该电导轨完全配有磁畴并且在每个后续的半转中一磁畴离开该电导轨，其中，与此同时再次馈入新的磁畴。因此，在n匝和2n个磁畴的情况下旋转计数的单值性结束。外部旋转磁场的反方向旋转最终将为螺线完全地清空磁畴，从而在超过最大可探测的转旋转后在相反方向中也不再能够实现任何单值的计数。根据WO2009/027046A1的建议已经关注前述的问题的消除，其中，提出了一种磁性转数计用于单值地确定旋转元件的可预给定的待确定的转数，其中，根据设有磁系统的待检测元件的待测量的转数来设置多个传感器元件，该磁系统的磁场允许检测所设置的所有传感器元件，其中，所述传感器元件配有可预先确定的并且保持固定的数量的磁畴。所述磁畴根据本建议被引入到分别自身封闭的环中，所述环包括至少一个铁磁性的或软磁性的层，其中，指向环内部的、尖形终止的翻转与所述环相对应，并且从一个环到一个环地相互有偏差地限定地确定对于每个环所设置的翻转的数量。借助于在那设置的电接触装置，允许检测可预给定的环区段在由于所述磁系统的外部旋转磁场在所述预给定的环区段中的作用而发生磁畴位置变换后的电阻变化，所述电阻值能够输送至分析单元用于与旋转元件的转数进行对应。在该建议中设置的分别自身封闭的环能够彼此嵌套或者并排地布置在基体上。借助于该解决方案能够解决在一开始描述的在同时降低总电导轨长度的情况下所需要的电压差和在可预给定的边界内一对一地计数的问题。然而，在该建议的范围中所需要的尖部终止的翻转对制造技术提出了巨大的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于求取绝对的旋转值或移位值的磁传感器，所述绝对的旋转值或者移位值用于一对一地确定与磁系统连接的元件(20、IM、Pr)的待求取的旋转或部分旋转或者移位的可预给定的数量，所述元件产生由所述元件的旋转和/或本地位置驱动的、与方向相关的外部磁场，其中，使用配有可预先确定数量的磁畴(D)的软磁的并且设置有GMR层封装或TMR层封装的环结构，其特征在于，至少两个单独的环(S1、S2)设置有大部分直的并且相互菱形布置地延伸的部分区段(S11、S12、S13、S14和S21、S22、S23、S24)并且所述至少两个环通过一个共同的交叉点(K)相互连接，其中，分别在所述磁畴(D)能够在其之中和之后从一个环转换至相邻的环的交叉区域近前，所述环结构的所述区段与电导轨引导部的否则存在的方向相反折弯地并且在所述区域中虹吸管状地朝向所述环结构的内部弯曲地构造，其中，在相应的虹吸管状凹部(Sk1、Sk2)中的电导轨在所述交叉点(K)处垂直相交并且所述环结构的所有所述组成部分布置在仅一个共同的平面中。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.11.04 DE 102013018680.31.一种用于求取绝对的旋转值或移位值的磁传感器，所述绝对的旋转值或者移位值用
于一对一地确定与磁系统连接的元件(20、IM、Pr)的待求取的旋转或部分旋转或者移位的
可预给定的数量，所述元件产生由所述元件的旋转和/或本地位置驱动的、与方向相关的外
部磁场，其中，使用配有可预先确定数量的磁畴(D)的软磁的并且设置有GMR层封装或TMR层
封装的环结构，其特征在于，至少两个单独的环(S1、S2)设置有大部分直的并且相互菱形布
置地延伸的部分区段(S11、S12、S13、S14和S21、S22、S23、S24)并且所述至少两个环通过一个共同
的交叉点(K)相互连接，其中，分别在所述磁畴(D)能够在其之中和之后从一个环转换至相
邻的环的交叉区域近前，所述环结构的所述区段与电导轨引导部的否则存在的方向相反折
弯地并且在所述区域中虹吸管状地朝向所述环结构的内部弯曲地构造，其中，在相应的虹
吸管状凹部(Sk1、Sk2)中的电导轨在所述交叉点(K)处垂直相交并且所述环结构的所有所述
组成部分布置在仅一个共同的平面中。
2.根据权利要求1所述的磁传感器，其特征在于，为了实现所述电导轨引导部的方向的
改变，在直的电导轨区段(S13、S241和S14、S231)进入凹部区段(Sk1、Sk2)之前设有...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·马泰斯，M·迪格尔，
申请(专利权)人：霍斯特·西德勒两合公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE