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(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)。
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(gè)運(yùn)動(dòng)。在此不僅涉及一個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)而且涉及一個(gè)直線運(yùn)動(dòng)。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(gè)或多個(gè)磁偶極作為主動(dòng)元件直接通過時(shí)間上變化的在傳感器上的磁場確定運(yùn)動(dòng)。而與此相反對(duì)于由一個(gè)軟磁材料制成的被動(dòng)的發(fā)送元件通過一個(gè)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(yùn)動(dòng)引起。
除了公知的用于磁場測量的霍耳理論以外對(duì)于被動(dòng)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(gè)工作磁鐵，其磁場必須這樣補(bǔ)償，使在檢測元件位置上的偏移為零或者產(chǎn)生一個(gè)所謂的背偏磁場，它確定傳感器的工作點(diǎn)。
例如在DE 101 28 135 A1中描述一個(gè)方案，其中一個(gè)硬磁層位于附近、尤其是位于在一個(gè)阻磁的層疊摞的上面和/或下面。這個(gè)硬磁層主要通過其分散場耦聯(lián)到磁敏感層上同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)所謂的Bias磁場，它起到磁場偏移的作用，由此對(duì)于一個(gè)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(shí)現(xiàn)相對(duì)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(gè)所謂的梯度儀結(jié)構(gòu)中使用。即，一個(gè)惠斯頓測量電橋的每兩個(gè)分支設(shè)置儀給定的間距設(shè)置，由此使一個(gè)均勻的磁場不影響橋信號(hào)。而磁場在給定間距范圍中的變化產(chǎn)生一個(gè)橋信號(hào)。由此傳感器只測量一個(gè)磁極輪的信號(hào)，其極偶間距基本對(duì)應(yīng)于給定梯度儀間距。
通過在一個(gè)阻磁的XMR橋中使用梯度儀原理與絕對(duì)測量的XMR元件不同能夠?qū)崿F(xiàn)傳感器相對(duì)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(bǔ)償，磁鐵補(bǔ)償使在梯度儀結(jié)構(gòu)的兩個(gè)傳感器元件位置上消除偏移；盡管原則上可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)電的補(bǔ)償，但是在這里在大的偏移上存在一個(gè)相對(duì)小的信號(hào)。

發(fā)明內(nèi)容
在改進(jìn)上述形式的磁傳感器結(jié)構(gòu)時(shí)所述磁傳感器結(jié)構(gòu)按照本發(fā)明在一個(gè)梯度儀結(jié)構(gòu)中具有兩個(gè)傳感器元件，它們分別附屬于兩個(gè)以給定間距設(shè)置的永久磁鐵中的一個(gè)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(duì)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(hào)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(jì)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(yùn)動(dòng)的發(fā)送元件、尤其是齒輪使磁場變化時(shí)的一個(gè)無偏移運(yùn)行。為此磁回路由兩個(gè)獨(dú)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(dòng)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(hào)。
這一點(diǎn)尤其對(duì)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(gè)大的工作范圍，即非常大到非常小的場強(qiáng)。
在一個(gè)有利的實(shí)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(duì)于磁偶對(duì)于無偏移運(yùn)行所需的位置精度。
此外有利的是，按照另一實(shí)施例所述永久磁鐵的磁化偏離其面對(duì)傳感器元件的縱向分別以一個(gè)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(gè)磁場里面，其中敏感性由于一個(gè)所謂的偏磁場是最大的。在此也以有利的方式實(shí)現(xiàn)上述均勻化板的布置。
特別有利的是，本發(fā)明對(duì)于一個(gè)用于獲取一個(gè)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(gè)汽車中使用時(shí)作為輪子或曲軸上的轉(zhuǎn)速計(jì)、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(yùn)動(dòng)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(shí)施例。附圖中圖1示出一個(gè)磁傳感器結(jié)構(gòu)的原理圖，它具有兩個(gè)永久磁鐵，它們分別在一個(gè)梯度儀結(jié)構(gòu)中與一個(gè)阻磁的傳感器元件對(duì)置，圖2示出一個(gè)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(gè)磁傳感器結(jié)構(gòu)的實(shí)施例，它具有兩個(gè)永久磁鐵，永久磁鐵與圖1不同具有一個(gè)成角度的磁場，圖4示出按照圖3的實(shí)施例，具有對(duì)應(yīng)于圖2的均勻化板，圖5示出一個(gè)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(gè)齒或一個(gè)齒隙的位置的關(guān)系曲線圖。
具體實(shí)施例方式
在圖1中示出一個(gè)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(gè)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(gè)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(gè)阻磁的傳感器元件5和6。這些傳感器元件5和6在一個(gè)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(gè)金屬的發(fā)送元件、例如一個(gè)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(shí)現(xiàn)傳感器4最佳工作點(diǎn)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(duì)于一個(gè)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(hào)，用于實(shí)現(xiàn)一個(gè)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(gè)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(gè)小的所謂“面內(nèi)”分量。通過使用例如一個(gè)運(yùn)動(dòng)的齒輪產(chǎn)生一個(gè)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(gè)無偏移的信號(hào)。
由圖2示出一個(gè)實(shí)施例，其中與按照圖1的實(shí)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(gè)附加的均勻化板7。在這個(gè)實(shí)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(yùn)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(gè)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(gè)磁場里面，其中靈敏性最大。這個(gè)所謂的偏磁場分別通過由圖3和4所示的實(shí)施例實(shí)現(xiàn)。
如圖3和4所示，這一點(diǎn)通過在永久磁鐵2和中的磁化B以角度α的一個(gè)旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)。在此也如上所述兩個(gè)結(jié)構(gòu)變化也能夠沒有(圖3)和具有通過一個(gè)均勻化板7的調(diào)整改善(圖4)實(shí)現(xiàn)。
在圖5中示出一個(gè)模塊的局部，其中與一個(gè)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(gè)按照圖6的曲線圖中示出一個(gè)測量結(jié)果。在這里示出磁場BX的所謂“面內(nèi)”分量與相對(duì)于傳感器4中心的梯度儀位置的關(guān)系，分別對(duì)應(yīng)于一個(gè)齒9(曲線10)和一個(gè)齒隙(曲線11)。
在這里對(duì)于一個(gè)梯度儀間距GM為2.5mm的給定結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)構(gòu)造可以看出，對(duì)于發(fā)送輪8(齒9，曲線10和齒隙(曲線11))的兩個(gè)模擬位置關(guān)于零位在傳感器元件位置1.25mm上實(shí)現(xiàn)磁場BX的曲線的對(duì)稱，即各傳感器元件5，6的信號(hào)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(yùn)動(dòng)的被動(dòng)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(gè)傳感器元件(5，6)，它們分別附屬于兩個(gè)以給定間距(a)設(shè)置的永久磁鐵(2，3)中的一個(gè)磁鐵，-其中所述永久磁鐵(2，3)在其尺寸、其間距和其相對(duì)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(hào)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(gè)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(duì)傳感器元件(5，6)的縱向分別以一個(gè)給定的角度(α)旋轉(zhuǎn)。
4.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)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(xiàng)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(gè)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(gè)磁場變化，通過一個(gè)運(yùn)動(dòng)的被動(dòng)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(gè)梯度儀結(jié)構(gòu)中具有兩個(gè)傳感器元件(5，6)，它們分別附屬于兩個(gè)以給定間距(a)設(shè)置的永久磁鐵(2，3)中的一個(gè)磁鐵。所述永久磁鐵(2，3)在其尺寸、其距離和其相對(duì)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(hào)的偏移在梯度儀結(jié)構(gòu)中最小。
文檔編號(hào)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