專利名稱:磁傳感器結(jié)構(gòu)的制作方法
背景技術(shù):
本發(fā)明涉及一種如主權(quán)利要求前序部分所述的磁傳感器結(jié)構(gòu),尤其是用于探測直線或旋轉(zhuǎn)運動部件的運動。
已知在許多領(lǐng)域使用磁場敏感的傳感器,其中期望無接觸地檢測一個運動。在此不僅涉及一個旋轉(zhuǎn)運動而且涉及一個直線運動。在這里區(qū)別是兩種基本不同的測量原理。一方面通過在要被檢測的部件上安置一個或多個磁偶極作為主動元件直接通過時間上變化的在傳感器上的磁場確定運動。而與此相反對于由一個軟磁材料制成的被動的發(fā)送元件通過一個工作磁鐵產(chǎn)生磁場,工作磁鐵固定地與傳感器連接。該傳感器測量工作磁鐵的磁場變化,該磁場由于發(fā)送元件的運動引起。
除了公知的用于磁場測量的霍耳理論以外對于被動的發(fā)送元件在汽車領(lǐng)域中也選擇使用所謂的XMR理論、即阻磁的(magnetoresistiv)測量原理。在此要注意,XMR傳感器與霍耳傳感器不同檢測在傳感器元件中磁場的所謂“面內(nèi)(in-plane)”分量。目前常見的XMR傳感器為此一個工作磁鐵,其磁場必須這樣補償,使在檢測元件位置上的偏移為零或者產(chǎn)生一個所謂的背偏磁場,它確定傳感器的工作點。
例如在DE 101 28 135 A1中描述一個方案,其中一個硬磁層位于附近、尤其是位于在一個阻磁的層疊摞的上面和/或下面。這個硬磁層主要通過其分散場耦聯(lián)到磁敏感層上同時產(chǎn)生一個所謂的Bias磁場,它起到磁場偏移的作用,由此對于一個疊加在內(nèi)部磁場上的外部磁場的微弱變化也可以良好地測量并且實現(xiàn)相對較大的固有測量值的變化,該測量值作為阻值變化在層結(jié)構(gòu)中被檢測到。
上述傳感器以公知的方式為了獲得轉(zhuǎn)速、例如在汽車技術(shù)中經(jīng)常在一個所謂的梯度儀結(jié)構(gòu)中使用。即,一個惠斯頓測量電橋的每兩個分支設(shè)置儀給定的間距設(shè)置,由此使一個均勻的磁場不影響橋信號。而磁場在給定間距范圍中的變化產(chǎn)生一個橋信號。由此傳感器只測量一個磁極輪的信號,其極偶間距基本對應(yīng)于給定梯度儀間距。
通過在一個阻磁的XMR橋中使用梯度儀原理與絕對測量的XMR元件不同能夠?qū)崿F(xiàn)傳感器相對于均勻干擾場的敏感性降低。但是在這里不再能夠進(jìn)行目前使用的磁鐵補償,磁鐵補償使在梯度儀結(jié)構(gòu)的兩個傳感器元件位置上消除偏移;盡管原則上可以實現(xiàn)一個電的補償,但是在這里在大的偏移上存在一個相對小的信號。
發(fā)明內(nèi)容
在改進(jìn)上述形式的磁傳感器結(jié)構(gòu)時所述磁傳感器結(jié)構(gòu)按照本發(fā)明在一個梯度儀結(jié)構(gòu)中具有兩個傳感器元件,它們分別附屬于兩個以給定間距設(shè)置的永久磁鐵中的一個磁鐵。所述永久磁鐵以有利的方式在其尺寸、其間距和其相對于傳感器元件的位置方面設(shè)置,使得傳感器元件的輸出信號的偏移在梯度儀結(jié)構(gòu)中最小。
因此通過本發(fā)明能夠使磁回路設(shè)計最佳化,該磁回路為以梯度儀原理、即通過獲取場梯度工作的傳感器產(chǎn)生工作場,并由此能夠?qū)崿F(xiàn)傳感器在由于運動的發(fā)送元件、尤其是齒輪使磁場變化時的一個無偏移運行。為此磁回路由兩個獨立磁鐵組成,其磁場這樣重疊,使得在梯度儀位置上降低所引起磁場的“面內(nèi)”分量,它們通過被動發(fā)送元件的影響以圍繞零位變化。由此可以無偏移地檢測到非常小的信號。
這一點尤其對于非常敏感的阻磁的XMR傳感器是有利的,它們能夠盡可能沒有偏移修正地覆蓋一個大的工作范圍,即非常大到非常小的場強(qiáng)。
在一個有利的實施例中在傳感器元件與永久磁鐵之間設(shè)置均勻化板。由此使磁場在傳感器元件的平面中均化并且降低傳感器元件相對于磁偶對于無偏移運行所需的位置精度。
此外有利的是,按照另一實施例所述永久磁鐵的磁化偏離其面對傳感器元件的縱向分別以一個給定的角度α旋轉(zhuǎn)。
通過這種由于磁場傾斜位置引起的預(yù)磁化能夠使傳感器元件位于一個磁場里面,其中敏感性由于一個所謂的偏磁場是最大的。在此也以有利的方式實現(xiàn)上述均勻化板的布置。
特別有利的是,本發(fā)明對于一個用于獲取一個輪子旋轉(zhuǎn)角的磁傳感器結(jié)構(gòu)能夠使用發(fā)送元件,其中該輪子、例如鋼輪在其圓周上配有影響在磁傳感器結(jié)構(gòu)范圍中的磁場的齒。尤其在一個汽車中使用時作為輪子或曲軸上的轉(zhuǎn)速計、凸輪上的相位發(fā)送器、減速器中的轉(zhuǎn)速傳感器或者其它的直線行程傳感器、角度傳感器或者接近傳感器,其中通過運動的金屬部件感應(yīng)磁場變化。
借助于附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的實施例。附圖中圖1示出一個磁傳感器結(jié)構(gòu)的原理圖,它具有兩個永久磁鐵,它們分別在一個梯度儀結(jié)構(gòu)中與一個阻磁的傳感器元件對置,圖2示出一個與圖1相比擴(kuò)展的結(jié)構(gòu),具有均勻化板,圖3示出一個磁傳感器結(jié)構(gòu)的實施例,它具有兩個永久磁鐵,永久磁鐵與圖1不同具有一個成角度的磁場,圖4示出按照圖3的實施例,具有對應(yīng)于圖2的均勻化板,圖5示出一個用于配有鋼齒的發(fā)送輪的磁傳感器結(jié)構(gòu),圖6示出磁場與按照圖5的發(fā)送輪的一個齒或一個齒隙的位置的關(guān)系曲線圖。
具體實施例方式
在圖1中示出一個磁傳感器結(jié)構(gòu)1的原理圖,該磁傳感器結(jié)構(gòu)具有兩個永久磁鐵2和3,其各自的磁場B通過在這里表示的磁場線指向一個傳感器4的方向.該傳感器4在這里由XMR傳感器構(gòu)成并且具有兩個阻磁的傳感器元件5和6。這些傳感器元件5和6在一個梯度儀結(jié)構(gòu)中通過梯度儀間距GM表示并且獲取各自磁場梯度的變化,它們例如通過一個金屬的發(fā)送元件、例如一個在圖5中所示的在磁傳感器結(jié)構(gòu)1旁邊導(dǎo)引的齒輪引起。
通過磁鐵2和3相互間的間距a實現(xiàn)傳感器4最佳工作點的調(diào)節(jié)并且可以適配于傳感器元件5和6的梯度儀間距GM。此外場線曲線取決于永久磁鐵2和3的尺寸h,b和t。在這里對于一個固定的例如2.5mm的梯度儀間距確定永久磁鐵2和3的尺寸、材料和結(jié)構(gòu),使得傳感器4無偏移地工作并由此可以檢測盡可能小的信號,用于實現(xiàn)一個與發(fā)送元件盡可能大的間距。
沒有在外部旁邊導(dǎo)引的發(fā)送元件、例如一個齒輪,所述磁傳感器結(jié)構(gòu)的磁場線延伸,使得在傳感器元件5和6的位置上向外存在一個小的所謂“面內(nèi)”分量。通過使用例如一個運動的齒輪產(chǎn)生一個磁場變化,其中所述“面內(nèi)”分量圍繞零位調(diào)制并由此產(chǎn)生梯度儀結(jié)構(gòu)的一個無偏移的信號。
由圖2示出一個實施例,其中與按照圖1的實施例不同在永久磁鐵2和3的表面與傳感器4之間安置一個附加的均勻化板7。在這個實施例中通過均勻化板7使磁場在傳感器4的平面中均勻化并由此與磁偶2,3相比降低傳感器4為無偏移運行所需的位置精度。
在一些具有上述阻磁的XMR傳感器元件5和6的使用示例中所述傳感器元件需要一個恒定的預(yù)磁化。通過這種預(yù)磁化使傳感器元件5和6位于一個磁場里面,其中靈敏性最大。這個所謂的偏磁場分別通過由圖3和4所示的實施例實現(xiàn)。
如圖3和4所示,這一點通過在永久磁鐵2和中的磁化B以角度α的一個旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)。在此也如上所述兩個結(jié)構(gòu)變化也能夠沒有(圖3)和具有通過一個均勻化板7的調(diào)整改善(圖4)實現(xiàn)。
在圖5中示出一個模塊的局部,其中與一個配有齒9的發(fā)送輪8相結(jié)合使用例如按照圖1的按照本發(fā)明的磁傳感器結(jié)構(gòu)1。作為示例在一個按照圖6的曲線圖中示出一個測量結(jié)果。在這里示出磁場BX的所謂“面內(nèi)”分量與相對于傳感器4中心的梯度儀位置的關(guān)系,分別對應(yīng)于一個齒9(曲線10)和一個齒隙(曲線11)。
在這里對于一個梯度儀間距GM為2.5mm的給定結(jié)構(gòu)的試驗構(gòu)造可以看出,對于發(fā)送輪8(齒9,曲線10和齒隙(曲線11))的兩個模擬位置關(guān)于零位在傳感器元件位置1.25mm上實現(xiàn)磁場BX的曲線的對稱,即各傳感器元件5,6的信號是無偏移的。
權(quán)利要求
1.磁傳感器結(jié)構(gòu),其具有-磁場敏感的傳感器元件(5,6),其電特性可以根據(jù)磁場變化,該磁場可以通過運動的被動的發(fā)送元件(8)施加影響,其特征在于,-所述磁傳感器結(jié)構(gòu)(1)在梯度儀結(jié)構(gòu)中具有兩個傳感器元件(5,6),它們分別附屬于兩個以給定間距(a)設(shè)置的永久磁鐵(2,3)中的一個磁鐵,-其中所述永久磁鐵(2,3)在其尺寸、其間距和其相對于傳感器元件(5,6)的定位方面設(shè)置,使得傳感器元件(5,6)的輸出信號的偏移在梯度儀結(jié)構(gòu)中最小。
2.如權(quán)利要求1所述的磁傳感器結(jié)構(gòu),其特征在于,-在傳感器元件(5,6)與永久磁鐵(2,3)之間設(shè)置至少一個均勻化板(7)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的磁傳感器結(jié)構(gòu),其特征在于,-所述永久磁鐵(2,3)的磁化偏離其面對傳感器元件(5,6)的縱向分別以一個給定的角度(α)旋轉(zhuǎn)。
4.如上述權(quán)利要求中任一項所述的磁傳感器結(jié)構(gòu),其特征在于,-所述磁傳感器結(jié)構(gòu)(1)用于獲得作為發(fā)送元件的輪子(8)的旋轉(zhuǎn)角,其中該輪子(8)在其圓周上配有用于影響在磁傳感器結(jié)構(gòu)(1)范圍中的磁場的齒(9)。
5.如權(quán)利要求4所述的磁傳感器結(jié)構(gòu),其特征在于,-所述輪子(8)是鋼輪。
6.如上述權(quán)利要求中任一項所述的磁傳感器結(jié)構(gòu),其特征在于,-所述傳感器元件(5,6)是阻磁的XMR傳感器。
全文摘要
本發(fā)明建議一個磁傳感器結(jié)構(gòu)(1),其中磁場敏感的傳感器元件(5,6)的電特性可以根據(jù)一個磁場變化,通過一個運動的被動的發(fā)送元件(8)影響該傳感器元件。所述磁傳感器結(jié)構(gòu)(1)在一個梯度儀結(jié)構(gòu)中具有兩個傳感器元件(5,6),它們分別附屬于兩個以給定間距(a)設(shè)置的永久磁鐵(2,3)中的一個磁鐵。所述永久磁鐵(2,3)在其尺寸、其距離和其相對于傳感器元件(5,6)的定位方面這樣設(shè)置,使得傳感器元件(5,6)的輸出信號的偏移在梯度儀結(jié)構(gòu)中最小。
文檔編號G01P3/42GK1930450SQ200580007889
公開日2007年3月14日 申請日期2005年1月7日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月11日
發(fā)明者I·赫爾曼, P·法伯, U·邁, C·鮑爾, B·福格爾格桑 申請人:羅伯特·博世有限公司