CN100485320C - 磁传感器结构 - Google Patents

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Abstract

本发明建议一个磁传感器结构(1)，其中磁场敏感的传感器元件(5，6)的电特性可以根据一个磁场变化，通过一个运动的被动的发送元件(8)影响该传感器元件。所述磁传感器结构(1)在一个梯度仪结构中具有两个传感器元件(5，6)，它们分别附属于两个以给定间距(a)设置的永久磁铁(2，3)中的一个磁铁。所述永久磁铁(2，3)在其尺寸、其距离和其相对于传感器元件(5，6)的定位方面这样设置，使得传感器元件(5，6)的输出信号的偏移在梯度仪结构中最小。

Description

磁传感器结构
技术领域
本发明涉及一种磁传感器结构，尤其是用于探测直线或旋转运动部件的运动。
背景技术
已知在许多领域使用磁场敏感的传感器，其中期望无接触地检测一个运动。在此不仅涉及一个旋转运动而且涉及一个直线运动。在这里区别是两种基本不同的测量原理。一方面通过在要被检测的部件上安置一个或多个磁偶极作为主动元件直接通过时间上变化的在传感器上的磁场确定运动。而与此相反对于由一个软磁材料制成的被动的发送元件通过一个工作磁铁产生磁场，工作磁铁固定地与传感器连接。该传感器测量工作磁铁的磁场变化，该磁场由于发送元件的运动引起。
除了公知的用于磁场测量的霍耳理论以外对于被动的发送元件在汽车领域中也选择使用所谓的XMR理论、即阻磁的(magnetoresistiv)测量原理。在此要注意，XMR传感器与霍耳传感器不同检测在传感器元件中磁场的所谓“面内(in-plane)”分量。目前常见的XMR传感器为此一个工作磁铁，其磁场必须这样补偿，使在检测元件位置上的偏移为零或者产生一个所谓的背偏磁场，它确定传感器的工作点。
例如在DE 101 28 135 A1中描述一个方案，其中一个硬磁层位于附近、尤其是位于在一个阻磁的层叠摞的上面和/或下面。这个硬磁层主要通过其分散场耦联到磁敏感层上同时产生一个所谓的Bias磁场，它起到磁场偏移的作用，由此对于一个叠加在内部磁场上的外部磁场的微弱变化也可以良好地测量并且实现相对较大的固有测量值的变化，该测量值作为阻值变化在层结构中被检测到。
上述传感器以公知的方式为了获得转速、例如在汽车技术中经常在一个所谓的梯度仪结构中使用。即，一个惠斯顿测量电桥的每两个分支设置仪给定的间距设置，由此使一个均匀的磁场不影响桥信号。而磁场在给定间距范围中的变化产生一个桥信号。由此传感器只测量一个磁极轮的信号，其极偶间距基本对应于给定梯度仪间距。
通过在一个阻磁的XMR桥中使用梯度仪原理与绝对测量的XMR元件不同能够实现传感器相对于均匀干扰场的敏感性降低.但是在这里不再能够进行目前使用的磁铁补偿，磁铁补偿使在梯度仪结构的两个传感器元件位置上消除偏移；尽管原则上可以实现一个电的补偿，但是在这里在大的偏移上存在一个相对小的信号。
发明内容
在改进上述形式的磁传感器结构时所述磁传感器结构按照本发明在一个梯度仪结构中具有两个传感器元件，它们分别附属于两个以给定间距设置的永久磁铁中的一个磁铁。所述永久磁铁以有利的方式在其尺寸、其间距和其相对于传感器元件的位置方面设置，使得传感器元件的输出信号的偏移在梯度仪结构中最小。
因此通过本发明能够使磁回路设计最佳化，该磁回路为以梯度仪原理、即通过获取场梯度工作的传感器产生工作场，并由此能够实现传感器在由于运动的发送元件、尤其是齿轮使磁场变化时的一个无偏移运行。为此磁回路由两个独立磁铁组成，其磁场这样重叠，使得在梯度仪位置上降低所引起磁场的“面内”分量，它们通过被动发送元件的影响以围绕零位变化。由此可以无偏移地检测到非常小的信号。
这一点尤其对于非常敏感的阻磁的XMR传感器是有利的，它们能够尽可能没有偏移修正地覆盖一个大的工作范围，即非常大到非常小的场强。
在一个有利的实施例中在传感器元件与永久磁铁之间设置均匀化板。由此使磁场在传感器元件的平面中均化并且降低传感器元件相对于磁偶对于无偏移运行所需的位置精度。
此外有利的是，按照另一实施例所述永久磁铁的磁化偏离其面对传感器元件的纵向分别以一个给定的角度α旋转。
通过这种由于磁场倾斜位置引起的预磁化能够使传感器元件位于一个磁场里面，其中敏感性由于一个所谓的偏磁场是最大的。在此也以有利的方式实现上述均匀化板的布置。
特别有利的是，本发明对于一个用于获取一个轮子旋转角的磁传感器结构能够使用发送元件，其中该轮子、例如钢轮在其圆周上配有影响在磁传感器结构范围中的磁场的齿。尤其在一个汽车中使用时作为轮子或曲轴上的转速计、凸轮上的相位发送器、减速器中的转速传感器或者其它的直线行程传感器、角度传感器或者接近传感器，其中通过运动的金属部件感应磁场变化。
附图说明
借助于附图详细描述本发明的实施例.附图中：
图1示出一个磁传感器结构的原理图，它具有两个永久磁铁，它们分别在一个梯度仪结构中与一个阻磁的传感器元件对置，
图2示出一个与图1相比扩展的结构，具有均匀化板，
图3示出一个磁传感器结构的实施例，它具有两个永久磁铁，永久磁铁与图1不同具有一个成角度的磁场，
图4示出按照图3的实施例，具有对应于图2的均匀化板，
图5示出一个用于配有钢齿的发送轮的磁传感器结构，
图6示出磁场与按照图5的发送轮的一个齿或一个齿隙的位置的关系曲线图。
具体实施方式
在图1中示出一个磁传感器结构1的原理图，该磁传感器结构具有两个永久磁铁2和3，其各自的磁场B通过在这里表示的磁场线指向一个传感器4的方向.该传感器4在这里由XMR传感器构成并且具有两个阻磁的传感器元件5和6。这些传感器元件5和6在一个梯度仪结构中通过梯度仪间距GM表示并且获取各自磁场梯度的变化，它们例如通过一个金属的发送元件、例如一个在图5中所示的在磁传感器结构1旁边导引的齿轮引起。
通过磁铁2和3相互间的间距a实现传感器4最佳工作点的调节并且可以适配于传感器元件5和6的梯度仪间距GM。此外场线曲线取决于永久磁铁2和3的尺寸h，b和t。 在这里对于一个固定的例如2.5mm的梯度仪间距确定永久磁铁2和3的尺寸、材料和结构，使得传感器4无偏移地工作并由此可以检测尽可能小的信号，用于实现一个与发送元件尽可能大的间距。
没有在外部旁边导引的发送元件、例如一个齿轮，所述磁传感器结构的磁场线延伸，使得在传感器元件5和6的位置上向外存在一个小的所谓“面内”分量。通过使用例如一个运动的齿轮产生一个磁场变化，其中所述“面内”分量围绕零位调制并由此产生梯度仪结构的一个无偏移的信号。
由图2示出一个实施例，其中与按照图1的实施例不同在永久磁铁2和3的表面与传感器4之间安置一个附加的均匀化板7。在这个实施例中通过均匀化板7使磁场在传感器4的平面中均匀化并由此与磁偶2，3相比降低传感器4为无偏移运行所需的位置精度。
在一些具有上述阻磁的XMR传感器元件5和6的使用示例中所述传感器元件需要一个恒定的预磁化.通过这种预磁化使传感器元件5和6位于一个磁场里面，其中灵敏性最大。这个所谓的偏磁场分别通过由图3和4所示的实施例实现。
如图3和4所示，这一点通过在永久磁铁2和中的磁化B以角度α的一个旋转实现。在此也如上所述两个结构变化也能够没有(图3)和具有通过一个均匀化板7的调整改善(图4)实现.
在图5中示出一个模块的局部，其中与一个配有齿9的发送轮8相结合使用例如按照图1的按照本发明的磁传感器结构1。作为示例在一个按照图6的曲线图中示出一个测量结果。在这里示出磁场BX的所谓“面内”分量与相对于传感器4中心的梯度仪位置的关系，分别对应于一个齿9(曲线10)和一个齿隙(曲线11)。
在这里对于一个梯度仪间距GM为2.5mm的给定结构的试验构造可以看出，对于发送轮8(齿9，曲线10和齿隙(曲线11))的两个模拟位置关于零位在传感器元件位置1.25mm上实现磁场BX的曲线的对称，即各传感器元件5，6的信号是无偏移的。

Claims (5)

1.磁传感器结构，其具有
-磁场敏感的、阻磁的XMR传感器元件(5，6)，其电特性根据磁场变化，该磁场通过运动的被动的发送元件(8)施加影响，其特征在于，
-所述磁传感器结构(1)在梯度仪结构中具有两个阻磁的XMR传感器元件(5，6)，它们分别附属于两个以给定间距(a)设置的永久磁铁(2，3)中的一个磁铁，从而使一个均匀的磁场不影响梯度仪结构的测量电桥的桥信号，而磁场的变化产生一个桥信号，
-其中所述永久磁铁(2，3)在其尺寸、其间距和其相对于阻磁的XMR传感器元件(5，6)的定位方面设置，使得传感器元件(5，6)的输出信号的偏移在梯度仪结构中最小。
2.如权利要求1所述的磁传感器结构，其特征在于，
-在传感器元件(5，6)与永久磁铁(2，3)之间设置至少一个均匀化板(7).
3.如权利要求1或2所述的磁传感器结构，其特征在于，
-所述永久磁铁(2，3)的磁化偏离其面对传感器元件(5，6)的纵向分别以一个给定的角度(α)旋转。
4.如权利要求1或2所述的磁传感器结构，其特征在于，
-所述磁传感器结构(1)用于获得作为发送元件的轮子(8)的旋转角，其中该轮子(8)在其圆周上配有用于影响在磁传感器结构(1)范围中的磁场的齿(9)。
5.如权利要求4所述的磁传感器结构，其特征在于，
-所述轮子(8)是钢轮。
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