[发明专利]用于旋转或线性距离的绝对计数的磁传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于旋转或线性距离的绝对计数的磁传感器，所述传感器在多种技术领域、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。

背景技术

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：“Kraftwerk im Encoder(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EP 1 740 909 B1(WO 2005/106395)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。