專利名稱：磁傳感器裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種按照主權(quán)利要求的前序部分特征的、尤其是用于檢測直線或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的元件的運(yùn)動的磁傳感器裝置。
背景技術(shù)：
本身已知的是，對磁場敏感的傳感器在許多希望無接觸檢測運(yùn)動的領(lǐng)域中得到應(yīng)用。在此，既可以涉及旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，又可以涉及直線運(yùn)動。這里應(yīng)區(qū)分兩種基本不同的測量原理。一方面，通過將一個或多個磁偶極子作為有源元件安置在要檢測的元件上，可以直接通過在傳感器位置上的在時間上變化的磁場來確定運(yùn)動。與此相反地，在由軟磁材料構(gòu)成的無源發(fā)送器元件(Geberelement)的情況下由與傳感器固定連接的工作磁體生成磁場。傳感器測量工作磁體的磁場的由于發(fā)送器元件的運(yùn)動所引起的變化。
除了本身已知的用于磁場測量的霍爾技術(shù)之外，越來越多地在汽車領(lǐng)域中的無源發(fā)送器元件中也替代地采用所謂的XMR技術(shù)、即磁阻測量原理。在此應(yīng)注意，與霍爾傳感器相反，XMR傳感器檢測傳感器元件中的磁場的所謂的“面內(nèi)”分量。迄今，通常的XMR傳感器為此采用工作磁體，必須如此來補(bǔ)償該工作磁體的場，使得在敏感元件的位置處的偏差為零或者生成定義傳感器的工作點(diǎn)的所謂的反向偏置場。
例如在DE 101 28 135 A1中說明了一種方案，其中在附近、即尤其是在磁阻層堆棧上和/或下存放硬磁層。該硬磁層于是主要通過它的雜散場耦合到磁阻層上，并且在此生成作為磁場偏差起作用的所謂的偏置磁場，使得即使在疊加于內(nèi)部磁場上的外部磁場只是微弱變化時也可以實(shí)現(xiàn)真正的測量值的可良好測量的并且相對大的改變，該測量值作為層裝置的電阻變化被檢測。
例如在汽車技術(shù)中常常在所謂的梯度計裝置中將先前所說明的傳感器以本身已知的方式實(shí)施用于轉(zhuǎn)速檢測。即以預(yù)先給定的間隔布置惠斯頓測量電橋的各兩個分支，使得均勻的磁場不產(chǎn)生電橋信號。而在預(yù)先給定的間隔的范圍內(nèi)的磁場變化生成電橋信號。因此，傳感器僅測量磁極輪(Polrad)的信號，該磁極輪的極偶間隔大約相當(dāng)于預(yù)先給定的梯度計間隔。
與進(jìn)行絕對測量的XMR元件相反，通過在磁阻XMR測量電橋中采用梯度計原理可以實(shí)現(xiàn)傳感器相對于均勻的干擾場的靈敏度的降低。但是這里不再能夠執(zhí)行迄今所采用的磁體的補(bǔ)償，因此不能在梯度計裝置的傳感器元件的兩個位置處消除偏差；電子補(bǔ)償雖然在原則上是可能的，但是這里存在在大的偏差上的相對小的信號。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，在開頭所說明的那種類型的磁傳感器裝置的一種改進(jìn)方案中，磁傳感器裝置具有在梯度計裝置中的兩個傳感器元件，這些傳感器元件分別被分配給開口永磁體(Spaltpermanentmagnet)的兩個以預(yù)先給定的間隔布置的磁區(qū)之一。這些區(qū)域和整個開口永磁體在尺寸、開口寬度以及開口形狀、開口深度及其相對于傳感器元件的位置方面有利地如此來布置，使得在梯度計裝置中傳感器元件的輸出信號的偏差被最小化。
因此利用本發(fā)明實(shí)現(xiàn)磁路的設(shè)計被最優(yōu)化，其中該磁路為根據(jù)梯度計原理、即利用場梯度的檢測來工作的傳感器生成工作場，并且因此能夠?qū)崿F(xiàn)在磁場由于運(yùn)動的發(fā)送器元件、尤其是鐵磁齒輪而變化時傳感器的無偏差的運(yùn)行。為此該磁路由兩個區(qū)域組成，這兩個區(qū)域的場如此重疊，使得在梯度計位置上所得到的磁場的所謂的“面內(nèi)”分量或在XMR傳感器的情況下在靈敏的x方向上的工作場被降低到如此程度，使得它們由于無源發(fā)送器元件的影響而圍繞零位變化。因此可以無偏差地檢測很小的信號。
這特別是在很靈敏的磁阻XMR傳感器的情況下是有利的，這些XMR傳感器應(yīng)該盡可能在沒有偏差校正的情況下覆蓋大的工作范圍、即覆蓋很大直至很小的場強(qiáng)。與由多個單獨(dú)的組件組成的磁路相比較，根據(jù)本發(fā)明的單組件的開口磁體更簡單地被構(gòu)造，并且在制造方面成本更加低。
特別有利地，開口磁體的開口具有鍥形輪廓或其它曲線形輪廓。這種開口形狀導(dǎo)致，在磁路中偏差最小化不是朝著兩個梯度計位置被降低，而是在平行于磁體或通量傳導(dǎo)片(Flussleitscheibe)的表面的寬范圍內(nèi)發(fā)生。因此在磁裝置方面產(chǎn)生對XMR傳感器元件的梯度計位置的明顯降低的定位要求。
但是此外也可能的是，開口永磁體的開口具有矩形輪廓。
在一種有利的實(shí)施形式中，在傳感器元件和磁區(qū)之間布置有作為均勻化板的通量傳導(dǎo)片。因此使在傳感器元件的平面中的場均勻化，并且降低傳感器元件相對于磁體對的用于無偏差運(yùn)行所需的定位精度。
此外有利的是，根據(jù)另一種實(shí)施形式，區(qū)域的磁化偏離其朝向傳感器元件的縱向分別旋轉(zhuǎn)預(yù)先給定的角度α。
通過這種由場的傾斜位置決定的預(yù)磁化實(shí)現(xiàn)，傳感器元件位于磁場中，在該磁場中靈敏度由于所謂的偏置場是最大的。即使在這種情況下也可以有利地實(shí)現(xiàn)先前所提及的均勻化板的布置。
本發(fā)明可以特別有利地在用于檢測作為發(fā)送器元件的輪的旋轉(zhuǎn)角度的磁傳感器裝置中被采用，其中例如作為鋼輪的所述輪在它的圓周上配備有用于影響在磁傳感器裝置的范圍內(nèi)的磁場的齒。尤其是在應(yīng)用在汽車中的情況下產(chǎn)生作為在輪上或在曲軸上的轉(zhuǎn)速傳感器、作為在凸輪軸上的相位傳感器、作為在變速箱中的轉(zhuǎn)速傳感器、或作為其它的直線位移傳感器、角度傳感器或接近傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域，其中通過運(yùn)動的金屬元件來引起磁場變化。


借助附圖來闡述本發(fā)明的實(shí)施例。
圖1展示具有兩個磁區(qū)的磁傳感器裝置的原理視圖，這兩個磁區(qū)是單組件的開口永磁體的組成部分，并且這兩個磁區(qū)分別位于梯度計裝置中的磁阻傳感器元件的對面，圖2展示具有作為均勻化板的通量傳導(dǎo)片的相對于圖1擴(kuò)展的裝置，圖3展示具有兩個單個磁體的磁傳感器裝置的實(shí)施例，這些單個磁體在圖1的變型方案中具有成角度(abgewinkelt)的磁場，圖4展示具有根據(jù)圖2的均勻化板的按照圖3的實(shí)施例，圖5針對配備有鋼齒的發(fā)送器輪展示磁傳感器裝置的視圖，圖6展示依賴于按照圖5的發(fā)送器輪的齒或齒槽的位置的磁場分布圖，圖7展示具有開口永磁體的磁傳感器裝置的實(shí)施例的原理視圖，該開口永磁體在上述實(shí)施例的變型方案中具有鍥形開口，
圖8展示具有通量傳導(dǎo)片的相對于圖7擴(kuò)展的裝置，圖9展示在緊湊的通量傳導(dǎo)片中布置有鍥形開口的實(shí)施例，圖10展示在圖7的變型方案中具有成角度的磁場的實(shí)施例，圖11展示具有通量傳導(dǎo)片的相對于圖10擴(kuò)展的裝置，圖12展示具有成角度的磁場的實(shí)施例，其中鍥形開口被布置在緊湊的通量傳導(dǎo)片中，圖13針對配備有鋼齒的發(fā)送器輪展示具有鍥形開口的磁傳感器裝置的視圖，圖14展示依賴于按照圖13的發(fā)送器輪的齒或齒槽的位置的磁場分布圖。
具體實(shí)施例方式
在圖1中展示了磁傳感器裝置1的原理視圖，該磁傳感器裝置1具有被實(shí)施為開口磁體2的永磁體。該開口磁體2在開口3的兩側(cè)具有在相同方向上被磁化的區(qū)域4和5，這些區(qū)域4和5的具有這里所描繪的場力線的相應(yīng)磁場B對準(zhǔn)傳感器6的方向。傳感器6在這里被實(shí)施為XMR傳感器，并且具有兩個磁阻傳感器元件7和8。傳感器元件7和8被示出為以梯度計間隔GM位于梯度計裝置中，并且檢測相應(yīng)場梯度的變化，該變化例如由被引導(dǎo)從磁傳感器裝置1旁邊經(jīng)過的金屬發(fā)送器元件、例如圖5中所展示的齒輪引起。
傳感器6的最佳工作點(diǎn)的設(shè)置通過單個磁體4和5的由開口寬度sa和開口深度st所限定的相互間隔來實(shí)現(xiàn)，并且可以與傳感器元件7和8的梯度計間隔GM相匹配。此外，場力線分布取決于開口磁體2的尺寸h、b和t。對于例如2.5mm的固定的梯度計間隔GM來說，這里例如可以由開口磁體2的大小、材料和布置如此來決定，傳感器6無偏差地工作并且因此可以檢測盡可能小的信號，以便又能夠?qū)崿F(xiàn)與發(fā)送器元件的盡可能大的間隔。
在沒有在外部被引導(dǎo)從旁邊經(jīng)過的發(fā)送器元件、例如齒輪的情況下，磁傳感器裝置1的磁力線如此分布，使得在傳感器元件7和8的位置處存在向外部的小的所謂的“面內(nèi)”分量。通過采用例如運(yùn)動的齒輪，出現(xiàn)磁場的變化，其中圍繞零位來調(diào)制“面內(nèi)”分量，并且因此生成梯度計裝置的無偏差的信號。
從圖2中可以獲知一個實(shí)施例，其中在按照圖1的實(shí)施例的變型方案中在磁區(qū)4和5的表面和傳感器6之間安置有附加的均勻化板9和10。在該實(shí)施例中，利用均勻化板9和10來使傳感器6的平面中的場均勻化，并且因此降低傳感器6相對于磁體對或區(qū)域4和5的、用于無偏差的運(yùn)行所需的定位精度。
在一些具有先前所述的磁阻XMR傳感器元件7和8的應(yīng)用實(shí)例中，傳感器元件7和8需要恒定的預(yù)磁化。通過這種預(yù)磁化來實(shí)現(xiàn)傳感器元件7和8位于磁場中，在該磁場中靈敏度最大。分別利用從圖3和4中可以獲知的實(shí)施例來實(shí)現(xiàn)這種所謂的偏置場。
如圖3和4中所展示的那樣，該偏置場通過使在區(qū)域4和5中的磁化B旋轉(zhuǎn)角度α來實(shí)現(xiàn)。在此情況下也可以在這里如上所述又實(shí)現(xiàn)沒有(圖3)和具有通過均勻化板9和10的校準(zhǔn)改善(圖4)的兩種結(jié)構(gòu)變型。
在圖5中示出了模型的一部分，其中與配備有齒12的發(fā)送器輪11相結(jié)合地應(yīng)用例如按照圖1的本發(fā)明磁傳感器裝置1。作為實(shí)例在按照圖6的圖表中示出了測量結(jié)果。這里在相對于傳感器6的中心的梯度計位置上分別針對齒12(曲線13)和針對齒槽(曲線14)繪出了磁場Bx的所謂的“面內(nèi)”分量。
這里在一種預(yù)先給定的建設(shè)性的、梯度計間隔GM為2.5mm的試驗(yàn)結(jié)構(gòu)中可以看出，針對兩個所模擬的發(fā)送器輪11(齒12，曲線13)和槽(曲線14)的位置關(guān)于零位對稱地實(shí)現(xiàn)在傳感器元件位置1.25mm處的磁場Bx的分布，即相應(yīng)傳感器元件7、8的信號是無偏差的。
在圖7中展示了具有鍥形開口21的開口磁體20的對于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)來說特別有利的實(shí)施例。在這里，圖7以與在圖1中可比較的方式展示開口磁體20及其相對于梯度計裝置中的傳感器元件7和8的位置。這里通過鍥形開口21的特殊的成型和尺寸來實(shí)現(xiàn)最佳工作點(diǎn)的設(shè)置。
從圖8中可以在圖7的變型方案中獲知開口磁體20的一種變型，該變型配備有與開口21的形狀相匹配的通量傳導(dǎo)片22。
圖9展示磁體23的實(shí)施例，其中代替開口磁體中的適當(dāng)成型的開口21，在矩形磁體23的表面上采用特殊成型的通量傳導(dǎo)片24。由于通量傳導(dǎo)片24的軟磁材料的特性，不同于在純磁體的情況下在傳感器元件7和8的平面中形成磁場，其中在寬的x范圍內(nèi)磁場的x分量(參看圖7)被最小化。
如果在采用所謂的XMR傳感器的情況下傳感器元件7和8引起恒定的預(yù)磁化，則也許可能是有利的。通過這種預(yù)磁化實(shí)現(xiàn)傳感器元件7和8位于磁場中，在該磁場中靈敏度最大。這可以通過根據(jù)圖10的“偏置場”并且緊接著也根據(jù)圖11和12通過磁體20或23中的磁化B的旋轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)。
在圖10中展示了沒有通量傳導(dǎo)片的裝置(參看圖7)，在圖11中展示了具有通量傳導(dǎo)片22的裝置(參看圖8)，并且在圖12中展示了具有緊湊的通量傳導(dǎo)片24的裝置，該通量傳導(dǎo)片24具有所加工的開口21(參看圖9)。
從圖13中可以獲知裝置的可與圖5比較的部分，利用該部分可以執(zhí)行用于設(shè)計通量傳導(dǎo)片24的開口21的鍥形的磁場模擬。
利用該裝置可以針對固定的作為實(shí)例已被選擇為2.5mm的梯度計間隔執(zhí)行磁場模擬并且如此確定開口21的大小、材料和形狀，使得傳感器在高靈敏度的情況下偏差最小地工作并且因此可以檢測盡可能小的信號。因此在應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)與鐵磁發(fā)送器輪的大的間隔。
如已經(jīng)在說明書引言中所提及的那樣，開口21的形狀具有重要的意義，其中尤其是不同于矩形的幾何形狀是有利的。在此，如借助圖7至14所示出的那樣，可以涉及鍥形開口21，或也可以涉及開口的任意的曲線式成型。開口21的優(yōu)化的成型不僅在傳感器元件7和8的兩個位置處而且在寬的范圍之外確保在梯度計方向上的磁場B的偏差下降，使得可以顯著降低梯度計相對于磁體20的必要的定位精度。
作為實(shí)例在圖14中又示出了模擬結(jié)果。這里在相對于傳感器中心的梯度計位置x上繪出了B場(Bx)的x分量。可以看出，這里磁場B的偏差的量值在寬范圍內(nèi)小于1mT。這里也可以看出，針對兩個所模擬的發(fā)送器輪11(齒12，曲線25)和槽(曲線26)的位置關(guān)于零位對稱地實(shí)現(xiàn)磁場Bx的分布，即相應(yīng)傳感器元件7、8的信號是無偏差的。作為位置齒和槽之間的差別的磁偏移(Hub)卻不變地保持很高。
權(quán)利要求
1.磁傳感器裝置，具有-對磁場敏感的傳感器元件(7，8)，這些傳感器元件(7，8)的電特性可以根據(jù)磁場來改變，可以通過運(yùn)動的無源發(fā)送器元件(11)來影響所述磁場，其特征在于，-所述磁傳感器裝置(1)具有在梯度計裝置中的兩個傳感器元件(7，8)，所述傳感器元件(7，8)分別被分配給被實(shí)施為開口磁體(2)的永磁體的、兩個以預(yù)先給定的間隔(sa)布置的區(qū)域(4，5)之一，-其中磁區(qū)(4，5)和開口永磁體(2；20)在尺寸(h，b，t)、開口寬度(sa)以及開口深度(st)及其相對于所述傳感器元件(7，8)的位置方面如此被布置，使得在所述梯度計裝置中所述傳感器元件(7，8)的輸出信號的偏差被最小化。
2.按照權(quán)利要求1的磁傳感器裝置，其特征在于，-所述開口(21)在所述開口永磁體(20；23)的開口深度(st)的方向上具有這樣的輪廓，該輪廓具有鍥形收縮。
3.按照權(quán)利要求1的磁傳感器裝置，其特征在于，-所述開口永磁體(2)的開口具有矩形輪廓。
4.按照權(quán)利要求1的磁傳感器裝置，其特征在于，-所述開口在所述開口永磁體的開口深度(st)的方向上具有預(yù)先給定的曲線形輪廓。
5.按照以上權(quán)利要求之一的磁傳感器裝置，其特征在于，-在所述傳感器元件(7，8)和磁區(qū)(4，5)之間布置有通量傳導(dǎo)片(9，10)。
6.按照權(quán)利要求5的磁傳感器裝置，其特征在于，-布置有作為通量傳導(dǎo)片(24)的緊湊體，在該緊湊體中形成有所述開口(21)。
7.按照以上權(quán)利要求之一的磁傳感器裝置，其特征在于，-所述區(qū)域(4，5)的磁化偏離其朝向所述傳感器元件(7，8)的縱向分別被旋轉(zhuǎn)預(yù)先給定的角度(α)。
8.按照以上權(quán)利要求之一的磁傳感器裝置，其特征在于，-所述磁傳感器裝置(1)被用于檢測作為發(fā)送器元件的輪(11)的旋轉(zhuǎn)角度，其中所述輪(11)在它的圓周上配備有用于影響在所述磁傳感器裝置(1)的范圍內(nèi)的磁場的齒(12)。
9.按照權(quán)利要求8的磁傳感器裝置，其特征在于，-所述輪(11)是鋼輪。
10.按照以上權(quán)利要求之一的磁傳感器裝置，其特征在于，-所述傳感器元件(7，8)是磁阻XMR傳感器。
全文摘要
建議了一種磁傳感器裝置(1)，其中布置有對磁場敏感的傳感器元件(7，8)，這些傳感器元件(7，8)的電特性可以根據(jù)磁場來改變，該磁場可以通過運(yùn)動的無源發(fā)送器元件(11)來影響。該磁傳感器裝置(1)具有在梯度計裝置中的兩個傳感器元件(7，8)，這些傳感器元件(7，8)分別被分配給被實(shí)施為開口磁體(2；20；23)的永磁體的、兩個以預(yù)先給定的間隔(sa)布置的磁區(qū)(4，5)之一。區(qū)域(4，5)和開口磁體(2；20；23)在例如鍥形的成型、尺寸(h，b，t)、開口寬度(sa)以及開口深度(st)及其相對于傳感器元件(7，8)的位置方面如此被布置，使得在梯度計裝置中傳感器元件(7，8)的輸出信號的偏差被最小化。
文檔編號G01D5/244GK1930451SQ200580007786
公開日2007年3月14日 申請日期2005年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月11日
發(fā)明者R·雷蒂希, C·鮑爾, B·福格爾格桑 申請人:羅伯特·博世有限公司