CN101688790A - 用于无接触探测线性或旋转运动的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于无接触探测线性运动或旋转运动的装置，尤其是探测汽车车轮的旋转。所述测量装置以一个位置固定的磁阻式的芯片传感器(14)和一个在留出空气隙(13，23)下与该芯片传感器相邻的磁场发送机构(10，22)来操作，该磁场发送机构的各单个磁块(12，24)在它们的极性上以交替的方式基本上在一个三维的x/y/z坐标系统(17，25，27)的z方向上被磁化，其中该芯片传感器(14)以它的大表面(16)基本上被这样地定向在坐标系统(17，25，27)的x/y平面中或x/z平面中或相对于所述平面的一个中间位置中，使得测量方向和芯片传感器(14)的大表面(16)各位于坐标系统(17，25，27)的x方向上。
Description
现有技术
本发明涉及一种用于无接触探测线性或旋转运动的装置，尤其是用于探测汽车车轮的旋转的装置，其包括位置固定的磁阻式芯片传感器和在留出空气隙状态下与该芯片传感器相邻的可以运动的磁场发送机构。
由DE10357149A1已知一种装置，它具有磁性传感器机构，后者包括在一个集成的巨磁阻自旋阀(GMR-Spin-Valve)多层系统中的对磁场敏感的传感器层，其对磁场敏感的传感器元件布设成一个测量电桥并且其电阻可以依据外部磁场改变。传感器元件此时分别由层系统构造，后者由薄的交替磁化的和非磁化的金属层构成，在这些金属层中由于与自旋相关联的电子散逸的原故而存在电阻与施加的磁场强烈的依赖关系。在此情况下一个软磁性的探测层通过一个非磁性的中间层与一个磁性更强的层分隔开。非磁性的中间层具有这样的层厚，使得在两个磁性层之间通过非磁性的中间层实现仅仅一个很小的耦合，由此实现，软磁性的探测层的磁化方向跟随已经非常小的外部磁场。各层系统或者是被成对地设置用于差值测量或者最好作为四个一组设置成一个惠斯通(Wheatstone)测量电桥并且此时相互间以给定的间距布置，使得均匀的磁场不引起电桥信号。但是在给定的间距的区域中磁场的改变产生相应于一个磁场发送机构的磁化的电桥信号，磁场发送机构的极对间距大约对应于电桥电路的给定的梯度仪间距。
发明的公开
按照本发明的具有独立权利要求的特征的装置相对于已知装置具有的优点在于可以实现一种传感器，其在基本上相同的结构形式下能够不仅在轴向的而且在径向的磁化情况下或者也能够在多极线性单元上测量时实现多极轮的转数的探测。此时优选将原理上已知的传感器的高敏感性用于芯片平面中，尤其是GMR传感器或TMR传感器。为此可以实现用于线性运动或旋转运动的测量装置，其芯片平面平行于或垂直于多极装置的表面或位于这些平面之间的任意一个角度位置上。在旋转运动的情况下，相同的传感器构造不仅能够结合轴向磁化的而且能够结合径向磁化的多极轮进行使用和由此在具有多种多样的传感器结构形式下减少变型方案，由此以较低的制造费用得到较大的件数和较简单的仓库管理。相对于仅仅允许测量垂直于芯片平面的磁通密度的分量的、已知的具有霍尔传感器的测量装置，可以减小安装空间和通过取消集成电路的90°的销脚弯曲不仅可以节省工具也可以节省加工成本。附加地，还可以实现质量的改善和更高的生产率，因为避免了由于对于不同的安装位置所必需的弯曲造成对传感器的损伤。
通过在从属权利要求中建议的措施可以实现对在独立权利要求中给出的装置的有利的扩展方案和改进。为了保证装置的高的测量灵敏性，适合作为传感器的优选采用GMR自旋阀传感器或高敏感的TMR传感器。
关于芯片传感器的结构方式，特别合适的是传感器的IC在其前面的区域中靠近传感器的与电连接导线背离的缘边设置，从而也在芯片的安装位置下通过以它的大表面垂直于磁性传送元件的定向可以实现小的空气隙和高的测量敏感性。为了在探测旋转运动时，例如在车辆轴承内部，实现特别紧凑的、节省空间的结构形式，有利的是将磁场发送机构构造成轴向磁化的极轮，由此可以明显缩短传感器在这个方向上的延伸长度。在另一方面，通过对扁平磁块的径向磁化可以减小传感器单元的直径。
附图简述
本发明的实施例在附图中示出并且在以下的说明书中详细描述。
附图所示：
图1是具有轴向磁化的多极轮形式的、轴向定向的磁场发送机构的测量装置的原理图，
图2是具有径向定向的磁场发送机构的测量装置的原理图和
图3是一个测量装置的立体原理视图，其示出了一个芯片(片状)传感器可选择地与发送机构的元件的定向平行地或垂直地布置，其中芯片传感器的大表面总是定向在测量方向上。
本发明的实施例
图1示出一个测量装置的原理，该测量装置具有沿着轴向作用的磁场传送单元，其形式为轴向磁化的多极轮10，它的各个磁块12在垂直于图平面上具有一个小的厚度和在它们梯形的外形上布置成圆环形。整个多极轮10只示出一个局部，其中各个磁块12分别以交替的极性相互相靠地排列。磁阻式芯片传感器14大约在中部位置上布置在磁块12上方，使得它在留出轴向空气隙13下以它的大表面平行于磁块12的表面被定向在测量方向上。与测量相关联的、由磁块12产生的磁通用Bx表示并且它的方向平行于芯片传感器14的大表面16。磁通Bx的标记对应于x/y/z坐标系统17的x轴，其中磁块12的磁化方向对应于z方向并且芯片传感器14的大表面16的方位对应于x/y平面。
在图1中仅仅依据其主要测量元件示出的装置能够实现无接触地探测旋转运动，尤其是探测汽车车轮的旋转，例如为了控制防抱死系统中的制动作用或者在电子式汽车稳定系统中需要这种旋转运动。但是替代圆环形地布置磁块12，也可以线性地定向磁块，以便探测线性运动。对芯片传感器14的电流供给通过两个引入线18和20实现，它们以公知的方式也提供传感器信号。
图2示出一个类似于图1的装置，其中芯片传感器14的构造和形状设计与图1相同。该装置具有径向磁化的多极轮22，该多极轮包括极性被交替地设计的磁块24，在该装置中芯片传感器14在留出空气隙23下通过它的大表面16被定向在x/y/z坐标系统25的x/z平面上，其中测量方向和由芯片传感器14探测的磁通Bx也指向坐标系统的x方向上。当磁块24处于这种径向定向情况下芯片传感器14可以以不变的结构形式与按照图1在磁块12的轴向磁化的情况下一样使用。传感器14在图1和图2的两种应用情况下优选作为GMR(巨磁阻(Giant MagnetoResistance))传感器以公知的方式构造并且因此在此处不做详细描述。传感器的层系统优选设计成也是公知的自旋阀结构，由此可以实现提高的传感器敏感性。芯片传感器14的一种非常有利的构造也包括TMR(隧道式磁阻(Tunnel Magneto Resistance))传感器的结构形式，该传感器同样具有非常高的测量精度。但是原则上也可以使用AMR(各向异性磁阻(Anisotrop Magneto Resistance))结构形式的传感器用于测量。
图3再次以示意图示出芯片传感器14的布置的两种可能性，其中一种是按照图1平行于磁场发送机构的表面和另一种是按照图2垂直于磁场发送机构的表面。在两种布置中，与测量相关联的磁通Bx，或磁通变化，被定向在x/y/z坐标系统27的x方向上和与芯片传感器14的大表面16平行地延伸。
在相应于图3中右边的视图将芯片传感器14以垂直于磁块12的表面的定向进行安装情况下，重要的是，构造在芯片传感器14中的IC在传感器中尽可能远地向前靠近缘边26。它由此可以覆盖一个大的空气隙区域，尽管相应于IC相对于磁体表面的位置，与平行的定向相反，该空气隙是增大的。但是通过相应的结构设计和高的敏感性，尤其是GMR传感器的高敏感性，与霍尔传感器相比较，在测量表面上方的垂直安装情况下的测量区域的减小实际上可以被完全补偿。
在按照图3的实施例中，示出了芯片传感器14具有各四个连接导线28，30，32，34，用于说明一种内部结构，其具有一个包括四个电阻区的惠斯通电桥电路，这些电阻区在两个连接点处被供给电源电压并且在两个另外的连接点之间在电桥对角线上以公知的方式取出测量值。
按照本发明的装置展示了一种磁阻式芯片传感器14的一种实施形式，在沿着给出的坐标系统的x方向上相对于磁块12或24的运动情况下，该装置不仅在磁块被径向而且在轴向或线性定向情况下都可以实现测量。由此可以在保持测量方向下用同一个传感器14实现在图1至3中示出的用于探测磁通密度Bx的改变的测量装置。由此可以操控各种安装情况，对于这些安装情况至今为止还需要不同的传感器型式。
Claims (7)
1.用于无接触探测线性运动或旋转运动的装置，尤其是探测汽车车轮的旋转，该装置包括一个位置固定的磁阻式的芯片传感器(14)和一个在留出空气隙(13，23)下与该芯片传感器相邻的、可活动的磁场发送机构，该磁场发送机构的各单个磁块(12，24)在它们的极性上以交替的方式基本上在一个三维的x/y/z坐标系统(17，25，27)的z方向上被磁化，其中该芯片传感器(14)以它的大表面(16)基本上被这样地定向在坐标系统(17，25，27)的x/y平面中或x/z平面中或在相对于所述平面的一个中间位置中，使得测量方向和芯片传感器(14)的大表面(16)沿着坐标系统(17，25，27)的x方向延伸。
2.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，芯片传感器(14)是GMR(巨磁阻)传感器。
3.按照权利要求1或2所述的装置，其特征在于，芯片传感器(14)设计成GMR自旋阀传感器。
4.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，芯片传感器(14)是TMR(隧道式磁阻)传感器
5.按照前述权利要求中之一所述的装置，其特征在于，磁场发送机构设计成被径向磁化的多极轮(22)。
6.按照权利要求1至4中之一所述的装置，其特征在于，磁场发送机构设计成被轴向磁化的多极轮(10)。
7.按照前述权利要求中之一所述的装置，其特征在于，芯片传感器(14)的IC在它的前部区域中靠近传感器的与电连接导线(18，20；28-34)背离的缘边(26)设置。
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