專利名稱：用于無(wú)接觸探測(cè)線性或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的裝置的制作方法
用于無(wú)接觸探測(cè)線性或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的裝置
現(xiàn)有技術(shù)
本發(fā)明涉及一種用于無(wú)接觸探測(cè)線性或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的裝置，尤其是用 于探測(cè)汽車車輪的旋轉(zhuǎn)的裝置，其包括位置固定的磁阻式芯片傳感器和 在留出空氣隙狀態(tài)下與該芯片傳感器相鄰的可以運(yùn)動(dòng)的磁場(chǎng)發(fā)送機(jī)構(gòu)。
由DE10357149A1已知一種裝置，它具有磁性傳感器機(jī)構(gòu)，后者包 括在一個(gè)集成的巨f茲阻自旋閥(GMR-Spin-Valve )多層系統(tǒng)中的對(duì)^f茲場(chǎng) 敏感的傳感器層，其對(duì)磁場(chǎng)敏感的傳感器元件布設(shè)成一個(gè)測(cè)量電橋并且 其電阻可以依據(jù)外部磁場(chǎng)改變。傳感器元件此時(shí)分別由層系統(tǒng)構(gòu)造，后 者由薄的交替磁化的和非磁化的金屬層構(gòu)成，在這些金屬層中由于與自 旋相關(guān)聯(lián)的電子散逸的原故而存在電阻與施加的磁場(chǎng)強(qiáng)烈的依賴關(guān)系。 在此情況下一個(gè)軟磁性的探測(cè)層通過(guò)一個(gè)非磁性的中間層與一個(gè)磁性 更強(qiáng)的層分隔開。非磁性的中間層具有這樣的層厚，使得在兩個(gè)磁性層 之間通過(guò)非磁性的中間層實(shí)現(xiàn)僅僅一個(gè)很小的耦合，由此實(shí)現(xiàn)，軟磁性 的探測(cè)層的磁化方向跟隨已經(jīng)非常小的外部磁場(chǎng)。各層系統(tǒng)或者是被成 對(duì)地設(shè)置用于差值測(cè)量或者最好作為四個(gè)一組設(shè)置成一個(gè)惠斯通 (Wheatstone)測(cè)量電橋并且此時(shí)相互間以給定的間距布置，使得均勻 的磁場(chǎng)不引起電橋信號(hào)。但是在給定的間距的區(qū)域中磁場(chǎng)的改變產(chǎn)生相 應(yīng)于 一 個(gè)磁場(chǎng)發(fā)送機(jī)構(gòu)的磁化的電橋信號(hào)，磁場(chǎng)發(fā)送機(jī)構(gòu)的極對(duì)間距大 約對(duì)應(yīng)于電橋電路的給定的梯度儀間3巨。
發(fā)明的公開
按照本發(fā)明的具有獨(dú)立權(quán)利要求的特征的裝置相對(duì)于已知裝置具 有的優(yōu)點(diǎn)在于可以實(shí)現(xiàn) 一 種傳感器，其在基本上相同的結(jié)構(gòu)形式下能夠 不僅在軸向的而且在徑向的磁化情況下或者也能夠在多極線性單元上 測(cè)量時(shí)實(shí)現(xiàn)多極輪的轉(zhuǎn)數(shù)的探測(cè)。此時(shí)優(yōu)選將原理上已知的傳感器的高 敏感性用于芯片平面中，尤其是GMR傳感器或TMR傳感器。為此可以 實(shí)現(xiàn)用于線性運(yùn)動(dòng)或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的測(cè)量裝置，其芯片平面平行于或垂直于 多極裝置的表面或位于這些平面之間的任意一個(gè)角度位置上。在旋轉(zhuǎn)運(yùn) 動(dòng)的情況下，相同的傳感器構(gòu)造不僅能夠結(jié)合軸向磁化的而且能夠結(jié)合徑向磁化的多極輪進(jìn)行使用和由此在具有多種多樣的傳感器結(jié)構(gòu)形式 下減少變型方案，由此以較低的制造費(fèi)用得到較大的件數(shù)和較簡(jiǎn)單的倉(cāng) 庫(kù)管理。相對(duì)于僅僅允許測(cè)量垂直于芯片平面的磁通密度的分量的、已 知的具有霍爾傳感器的測(cè)量裝置，可以減小安裝空間和通過(guò)取消集成電
^各的90°的銷腳彎曲不〗又可以節(jié)省工具也可以節(jié)省加工成本。附加地， 還可以實(shí)現(xiàn)質(zhì)量的改善和更高的生產(chǎn)率，因?yàn)楸苊饬擞捎趯?duì)于不同的安 裝位置所必需的彎曲造成對(duì)傳感器的損傷。
通過(guò)在從屬權(quán)利要求中建議的措施可以實(shí)現(xiàn)對(duì)在獨(dú)立權(quán)利要求中 給出的裝置的有利的擴(kuò)展方案和改進(jìn)。為了保證裝置的高的測(cè)量靈敏 性，適合作為傳感器的優(yōu)選采用GMR自旋閥傳感器或高敏感的TMR 傳感器。
關(guān)于芯片傳感器的結(jié)構(gòu)方式，特別合適的是傳感器的IC在其前面 的區(qū)域中靠近傳感器的與電連接導(dǎo)線背離的緣邊設(shè)置，從而也在芯片的 安裝位置下通過(guò)以它的大表面垂直于磁性傳送元件的定向可以實(shí)現(xiàn)小 的空氣隙和高的測(cè)量敏感性。為了在探測(cè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，例如在車輛軸承 內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)特別緊湊的、節(jié)省空間的結(jié)構(gòu)形式，有利的是將磁場(chǎng)發(fā)送機(jī) 構(gòu)構(gòu)造成軸向磁化的極輪，由此可以明顯縮短傳感器在這個(gè)方向上的延 伸長(zhǎng)度。在另一方面，通過(guò)對(duì)扁平磁塊的徑向磁化可以減小傳感器單元 的直徑。
附圖簡(jiǎn)述
本發(fā)明的實(shí)施例在附圖中示出并且在以下的說(shuō)明書中詳細(xì)描述。 附圖所示
圖l是具有軸向磁化的多極輪形式的、軸向定向的磁場(chǎng)發(fā)送才幾構(gòu)的
測(cè)量裝置的原理圖，
圖2是具有徑向定向的磁場(chǎng)發(fā)送機(jī)構(gòu)的測(cè)量裝置的原理圖和
圖3是一個(gè)測(cè)量裝置的立體原理視圖，其示出了一個(gè)芯片(片狀)
片^2ii的大表;總是定:在測(cè)量方向丄:'3' 、
本發(fā)明的實(shí)施例


圖1示出一個(gè)測(cè)量裝置的原理，該測(cè)量裝置具有沿著軸向作用的磁場(chǎng)傳送單元，其形式為軸向磁化的多極輪10，它的各個(gè)磁塊12在垂直 于圖平面上具有一個(gè)小的厚度和在它們梯形的外形上布置成圓環(huán)形。整 個(gè)多極輪IO只示出一個(gè)局部，其中各個(gè)磁塊12分別以交替的極性相互 相靠地排列。磁阻式芯片傳感器14大約在中部位置上布置在磁塊12上 方，使得它在留出軸向空氣隙13下以它的大表面平行于磁塊12的表面 被定向在測(cè)量方向上。與測(cè)量相關(guān)聯(lián)的、由磁塊12產(chǎn)生的磁通用Bx表 示并且它的方向平行于芯片傳感器14的大表面16。磁通Bx的標(biāo)記對(duì)應(yīng) 于x/y/z坐標(biāo)系統(tǒng)17的x軸，其中磁塊12的磁化方向?qū)?yīng)于z方向并且 芯片傳感器14的大表面6的方位對(duì)應(yīng)于x/y平面。
在圖1中僅僅依據(jù)其主要測(cè)量元件示出的裝置能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)接觸地探 測(cè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，尤其是探測(cè)汽車車輪的旋轉(zhuǎn)，例如為了控制防抱死系統(tǒng)中 的制動(dòng)作用或者在電子式汽車穩(wěn)定系統(tǒng)中需要這種旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。但是替代 圓環(huán)形地布置》茲塊12,也可以線性地定向；茲塊，以侵j笨測(cè)線性運(yùn)動(dòng)。對(duì) 芯片傳感器14的電流供給通過(guò)兩個(gè)引入線18和20實(shí)現(xiàn)，它們以公知 的方式也提供傳感器信號(hào)。
圖2示出一個(gè)類似于圖1的裝置，其中芯片傳感器14的構(gòu)造和形 狀設(shè)計(jì)與圖l相同。該裝置具有徑向磁化的多極輪22，該多極輪包括極 性被交替地設(shè)計(jì)的磁塊24,在該裝置中芯片傳感器14在留出空氣隙23 下通過(guò)它的大表面16被定向在x/y/z坐標(biāo)系統(tǒng)25的x/z平面上，其中測(cè) 量方向和由芯片傳感器14探測(cè)的磁通B x也指向坐標(biāo)系統(tǒng)的x方向上。 當(dāng)磁塊24處于這種徑向定向情況下芯片傳感器14可以以不變的結(jié)構(gòu)形 式與按照?qǐng)D1在磁塊12的軸向磁化的情況下一樣使用。傳感器14在圖 1和圖2的兩種應(yīng)用情況下優(yōu)選作為GMR (巨磁阻(Giant Magneto Resistance))傳感器以公知的方式構(gòu)造并且因此在此處不做詳細(xì)描述。 傳感器的層系統(tǒng)優(yōu)選設(shè)計(jì)成也是公知的自旋閥結(jié)構(gòu)，由此可以實(shí)現(xiàn)提高 的傳感器敏感性。芯片傳感器14的一種非常有利的構(gòu)造也包括TMR(隧 道式磁阻(Tunnel Magneto Resistance ))傳感器的結(jié)構(gòu)形式，該傳感器 同樣具有非常高的測(cè)量精度。但是原則上也可以使用AMR(各向異性
/磁阻(Anisotrop Magneto Resistance ))結(jié)構(gòu)形式的傳感器用于測(cè)量。
圖3再次以示意圖示出芯片傳感器14的布置的兩種可能性，其中 一種是按照?qǐng)D1平行于磁場(chǎng)發(fā)送機(jī)構(gòu)的表面和另一種是按照?qǐng)D2垂直于 磁場(chǎng)發(fā)送機(jī)構(gòu)的表面。在兩種布置中，與測(cè)量相關(guān)聯(lián)的磁通Bx,或磁通變化，被定向在x/y/z坐標(biāo)系統(tǒng)27的x方向上和與芯片傳感器14的 大表面16平4亍地延伸。
在相應(yīng)于圖3中右邊的視圖將芯片傳感器14以垂直于磁塊12的表 面的定向進(jìn)行安裝情況下，重要的是，構(gòu)造在芯片傳感器14中的IC在 傳感器中盡可能遠(yuǎn)地向前靠近緣邊26。它由此可以覆蓋一個(gè)大的空氣隙 區(qū)域，盡管相應(yīng)于IC相對(duì)于磁體表面的位置，與平行的定向相反，該 空氣隙是增大的。但是通過(guò)相應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和高的敏感性，尤其是GMR 傳感器的高敏感性，與霍爾傳感器相比較，在測(cè)量表面上方的垂直安裝 情況下的測(cè)量區(qū)域的減小實(shí)際上可以被完全補(bǔ)償。
在按照?qǐng)D3的實(shí)施例中，示出了芯片傳感器14具有各四個(gè)連接導(dǎo) 線28， 30， 32， 34,用于i^明一種內(nèi)部結(jié)構(gòu)，其具有一個(gè)包4舌四個(gè)電阻 區(qū)的惠斯通電橋電路，這些電阻區(qū)在兩個(gè)連接點(diǎn)處被供給電源電壓并且 在兩個(gè)另外的連接點(diǎn)之間在電橋?qū)蔷€上以公知的方式取出測(cè)量值。
按照本發(fā)明的裝置展示了一種磁阻式芯片傳感器14的一種實(shí)施形 式，在沿著給出的坐標(biāo)系統(tǒng)的x方向上相對(duì)于磁塊12或24的運(yùn)動(dòng)情況 下，該裝置不僅在磁塊被徑向而且在軸向或線性定向情況下都可以實(shí)現(xiàn) 測(cè)量。由此可以在保持測(cè)量方向下用同一個(gè)傳感器14實(shí)現(xiàn)在圖1至3 中示出的用于探測(cè)磁通密皋Bx的改變的測(cè)量裝置。由此可以操控各種 安裝情況，對(duì)于這些安裝情況至今為止還需要不同的傳感器型式。
權(quán)利要求
1.用于無(wú)接觸探測(cè)線性運(yùn)動(dòng)或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的裝置，尤其是探測(cè)汽車車輪的旋轉(zhuǎn)，該裝置包括一個(gè)位置固定的磁阻式的芯片傳感器(14)和一個(gè)在留出空氣隙(13，23)下與該芯片傳感器相鄰的、可活動(dòng)的磁場(chǎng)發(fā)送機(jī)構(gòu)，該磁場(chǎng)發(fā)送機(jī)構(gòu)的各單個(gè)磁塊(12，24)在它們的極性上以交替的方式基本上在一個(gè)三維的x/y/z坐標(biāo)系統(tǒng)(17，25，27)的z方向上被磁化，其中該芯片傳感器(14)以它的大表面(16)基本上被這樣地定向在坐標(biāo)系統(tǒng)(17，25，27)的x/y平面中或x/z平面中或在相對(duì)于所述平面的一個(gè)中間位置中，使得測(cè)量方向和芯片傳感器(14)的大表面(16)沿著坐標(biāo)系統(tǒng)(17，25，27)的x方向延伸。
2. 按照權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，芯片傳感器(14)是 GMR (巨磁阻)傳感器。
3. 按照權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，芯片傳感器(14) 設(shè)計(jì)成GMR自旋閥傳感器。
4. 按照權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，芯片傳感器(14)是 TMR (隧道式磁阻)傳感器
5. 按照前述權(quán)利要求中之一所述的裝置，其特征在于，磁場(chǎng)發(fā)送機(jī) 構(gòu)設(shè)計(jì)成被徑向磁化的多極輪(22)。
6. 按照權(quán)利要求1至4中之一所述的裝置，其特征在于，磁場(chǎng)發(fā)送 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)成被軸向磁化的多極輪(10)。
7. 按照前述權(quán)利要求中之一所述的裝置，其特征在于，芯片傳感器 (14 )的IC在它的前部區(qū)域中靠近傳感器的與電連接導(dǎo)線(18，20;28-34 )背離的緣邊(26)設(shè)置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于無(wú)接觸探測(cè)線性運(yùn)動(dòng)或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的裝置，尤其是探測(cè)汽車車輪的旋轉(zhuǎn)。所述測(cè)量裝置以一個(gè)位置固定的磁阻式的芯片傳感器(14)和一個(gè)在留出空氣隙(13，23)下與該芯片傳感器相鄰的磁場(chǎng)發(fā)送機(jī)構(gòu)(10，22)來(lái)操作，該磁場(chǎng)發(fā)送機(jī)構(gòu)的各單個(gè)磁塊(12，24)在它們的極性上以交替的方式基本上在一個(gè)三維的x/y/z坐標(biāo)系統(tǒng)(17，25，27)的z方向上被磁化，其中該芯片傳感器(14)以它的大表面(16)基本上被這樣地定向在坐標(biāo)系統(tǒng)(17，25，27)的x/y平面中或x/z平面中或相對(duì)于所述平面的一個(gè)中間位置中，使得測(cè)量方向和芯片傳感器(14)的大表面(16)各位于坐標(biāo)系統(tǒng)(17，25，27)的x方向上。
文檔編號(hào)G01R33/09GK101688790SQ200880016468
公開日2010年3月31日 申請(qǐng)日期2008年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月18日
發(fā)明者C·鮑爾, W·魏爾施 申請(qǐng)人:羅伯特·博世有限公司