CN102472641A - 用于制造磁性传感元件的方法 - Google Patents

Abstract

提出了用于制造磁性传感元件（114）的方法，其中磁性传感元件（114）包括至少一个沿着移动路径（116）延伸的、带有多个磁性的北-南过渡区（120）的磁路（118）和至少一个能相对该磁路运动地安置的磁性传感器。至少一个磁性的北-南过渡区被限定为临界的北-南过渡区（122），该临界的北-南过渡区的位置应当以预定的精度探测。一致极性的磁极（128、130）与该临界的北-南过渡区（122）相邻布置。

Description

用于制造磁性传感元件的方法

技术领域

本发明涉及磁性传感元件，其例如可以用作线性的位置和/或路径传感器。本发明尤其涉及用于磁性的、线性的位置和路径传感器的最佳多极几何型体的制造。这种磁性传感元件可以例如使用在汽车技术中，尤其用作自动变速器中的线性位置和/或路径传感器。在自然科学和技术的各个领域中，需要识别在两个相对运动地安置的元件之间的相对位置和/或定位。在下文中，主要参考用于例如自动变速器中的变速控制的位置传感器来说明本发明，在自动变速器中，应当检测执行机构（例如选档轴、选档滑块或驻车联锁缸）相对壳体或其它固定元件的位置。这种位置传感器既可以单独使用，又可以集成安装在电子模块中。也能在本发明范畴内按照本发明进行改型的位置传感器例如在罗伯特·博世股份有限公司的《汽车中的传感器》（2007版，第136至137页）一文中有所说明。但其它的应用原则上也是可能的。

背景技术

在很多情况下使用按照霍尔原理工作的传感器来识别部位和/或位置。例如为此可以使用专用集成电路（application specific integrated circuits，ASICs）作为磁性传感器，其除了一个或多个传感器例如霍尔传感器外还可以包括电子装置，例如一种处理或预处理传感器信号的电子装置。在传感器或ASICs中的敏感元件通常通过能移动的、多极的永久磁体励磁，永久磁体也被称为发送器。通过磁场的极过渡（从北向南过渡或从南向北过渡，在下文中不限定过渡方向地称为北-南过渡）在ASICs中产生信号。发送器通过与拨杆例如上述选挡杆的联接运动。通过ASICs检测发送器的位置是磁性传感元件的功能。

例如在带有也被称为M换档的人工换档的自动变速器中，位置传感器检测选挡杆和/或选挡滑块的档位，例如档位P、R、N、D、S以及中间区域，并且将它们以编码形式例如4位编码发送给变速器控制装置。出于安全原因，位置的编码通常单步实施，也就是说，直至识别到新的位置前，始终需要两次位变换。所需的磁场变化曲线（极过渡）为了由发送器正确发送信号而提供给敏感元件。但在通过位置公差例如发生关于预定基准位置的几何型体偏移时，会基于因磁极相互影响引起的极过渡的失真而导致测得的位置信号出现偏差。为了确保足够的传感器精度，滑块在所有三个空间方向上关于ASICs的敏感元件的定位必须被规定有很窄的公差。

在敏感元件和发送器之间的位置公差通常是安装公差和/或构件公差的结果。因此这些公差的公差链包括例如ASICs内霍尔元件的定位、霍尔ASICs在传感器包中的定位、传感器包关于总系统中的基准的定位、传感器包相对发送器的定位以及发送器相对拨杆，例如选档杆（测量对象）的定位。但这些公差链是对要实现的制造公差的巨大挑战。结果可能是高废品率以及用于减少废品的高额花费。

发明内容

因此建议一种用于制造磁性传感元件的方法和一种磁性传感元件，它们至少尽量避开了公知磁性传感元件和制造方法的挑战和缺陷。本发明的基本思想在于适当地设计磁性发送器的多极几何型体，这能明显降低磁性传感元件相对在发送器和霍尔ASICs的敏感元件之间的位置公差的敏感度。因此可以提高制造的安全性以及大大降低了对磁性传感元件的总安装过程的精度要求。

本发明基于这样一种认识，即，可以用来探测发送器北-南过渡区的精度会强烈地受到直接与北-南过渡区相邻布置的磁极的影响。因此按照本发明建议，尤其是在发送器的磁性多极几何型体中这样构造临界的北-南过渡区，使得这些北-南过渡区的磁环境允许最佳的检测。

相应地建议一种用于制造磁性传感元件的方法。磁性传感元件可以例如如上所述设计成位置和/或路径传感器，例如设计成线性的位置和/或路径传感器。其它可能的设计方案可以参考上文引用的背景技术，按照本发明可以对背景技术进行改型。

磁性传感元件包括至少一个沿移动路径延伸的磁路。移动路径在此指的是一个路段，磁性传感元件的至少两个能相对运动地安置的元件能沿着该路段相对彼此运动。两个相对运动地安置的元件例如可以是拨杆例如选档杆、选档滑块和驻车联锁缸以及壳体，它们能相对彼此运动，其中，这些元件彼此间的相对定位例如限定了换挡位置，尤其是自动变速器的换挡位置。移动路径可以尤其线性地设计，但原则上也能实现弯曲的移动路径。

磁路包括多个磁性的北-南过渡区，磁路可以沿着整个移动路径并且/或者仅沿着这个移动路径的部分延伸，并且也可以包括多个关联的或不关联的分路。如上所述，北-南过渡区的说法在此不局限于从磁性北极到磁性南极的过渡，而是也包括沿相反方向的过渡，从而例如沿移动方向可以在磁性北极连接磁性南极，反之亦然。按照背景技术的上述说明，磁路是磁性发送器或磁性发送器的一部分。

此外，传感元件包括至少一个能相对磁路运动地安置的磁性传感器。磁性传感器例如与拨杆固定，并且磁路与磁性传感元件的壳体固定，或者反之亦然。运动的安置可以例如借助滑块或其它技术人员公知的能运动的轴承进行。磁性传感器在此原则上指的是任意传感器，其有能力检测磁场的数值和/或方向。磁性传感器在此尤其涉及霍尔传感器，但原则上也可以使用其它由现有技术公开的磁性传感器测量原则。磁性传感器可以例如包括一个或多个传感元件。若例如设多个磁路，那么可以为每个磁路设至少一个单独的传感元件。此外，如上所述，磁性传感器也可以包括触发和/或评估电子装置，例如在集成电路中。与之对应的是，磁性传感器可以全部或部分设计成ASIC，例如设计成也包括一个或多个或全部所述传感元件的ASIC。

在所建议的制造方法中，限定至少一个北-南过渡区作为临界的北-南过渡区，它的位置应当用提高的精度进行探测。在这种情况下，“临界”意味着对北-南过渡区的位置的探测的要求提高。例如这种临界的北-南过渡区可以涉及这样一种过渡区，它的检测例如引起汽车从驻车状态到行驶状态的转换。但也可以考虑其它情况，在其它情况下，可以将一个北-南过渡区限定为临界的北-南过渡区。这种限定尤其涉及一种由客户和/或用户预定的对特别是临界的北-南过渡区的限定。磁路可以例如包括至少三个北-南过渡区，其中，至少两个北-南过渡区被限定为临界的北-南过渡区。

按照本发明建议，为了提高检测临界的北-南过渡区的精度而优化这个临界的北-南过渡区的磁环境。与之对应的是，在所建议的方法中，与临界的北-南过渡区相邻地设置一致极性的磁极。这意味着，在一个垂直于磁路纵向延伸方向亦即垂直于移动路径的维度中，在临界的北-南过渡区旁布置磁极，磁极具有一致的极性，亦即例如在两侧布置北极或在两侧布置南极。一致极性的极可以例如是单独的磁性元件的组成部分，所述磁性元件优选直接布置在临界的北-南过渡区旁。一致极性的极例如可以布置在小于磁路宽度一半的间距中，亦即磁路的垂直于移动路径的延伸段中，优选直接与磁路邻接。

一致极性的磁极可以例如如上所示是单个磁性元件的组成部分，磁性元件与临界的北-南过渡区相邻地布置。但作为备选，磁极可以是平行于磁路延伸的、分别带有至少一个磁极的附加磁路的组成部分。附加磁路例如可以涉及带有至少一个北-南过渡区的磁路。就此而言，本发明例如允许使用在按本文开头所述的现有技术的复杂、多路的多极装置中，在多极装置中根据预定的位模型的储存器深度设置多个磁路例如三个、四个或更多个磁路。例如可以实现可以包括例如3、4、5或更多个磁路的多极装置。

附加的磁路在此可以例如仅用来对临界的北-南过渡区的环境进行磁性的优化。这种附加的磁路在下文中也被称为假磁路（Dummy-Magnetbahnen）。它们的磁极例如它们的单个磁性的北-南过渡区或多个北-南过渡区在此不被磁性传感器检测到。与之对应的是，至少一个附加的磁路可以设计成这样的磁路，它们的至少一个磁极不被磁性传感器检测到。假磁路可以例如具有至少一个北-南过渡区，就这种北-南过渡区的识别而言，该北-南过渡区至少不会有针对性地以及有目标地被磁性传感器检测到。按照本发明的这个方面，除了建议的方法外，还建议一种用于检测在两个能相对运动地安置的元件之间的至少一个相对位置的磁性传感元件，尤其是用于使用在自动变速器中，该磁性传感器元件尤其能够按照本发明的方法在其中一个上述或接下来说明的实施例中制造。磁性传感元件具有至少一个沿移动路径延伸的、带有多个磁性的北-南过渡区的磁路以及至少一个能相对该磁路运动地安置的磁性传感器。磁性的北-南过渡区中的至少一个被限定为临界的北-南过渡区，它的位置应当用预定的精度探测。与该临界的北-南过渡区相邻地布置一致磁性的磁极，磁极是平行于所述磁路延伸的、带有各至少一个北-南过渡区的附加的磁路的组成部分。在此建议，将附加的磁路中的至少一个设计成假磁路，带有至少一个磁极，例如至少一个北-南过渡区，但该北-南过渡区不会被磁性传感器检测到。

但作为将附加的磁路的一个或两个设计成假磁路的备选或除了将附加的磁路的一个或两个设计成假磁路的设计方案外，还有一种所述方法或传感元件的设计方案是可行的，此时附加的磁路中的一个或两个同样用于位模型的探测和/或编码。与之相应的是，所述方法可以设计为，使至少一个优选两个附加的磁路的北-南过渡区同样被磁性传感器检测到，例如借助磁性传感器的单独的传感元件。

通过磁路和附加的磁路的北-南过渡区，可以如上所述例如预定沿移动路径的限定的位模型。磁性传感器可以具有用于磁路和至少一个附加的磁路优选用于所有附加的磁路的单独的传感器。以此方式可以通过移动路径的行程（Abfahren）借助该单独的传感器探测所述的位模型。

因为在这种设计方案中将附加的磁路中的至少一个用作信息载体以及用作临界的北-南过渡区的磁环境的优化，所以在这个附加的磁路的北-南过渡区的设计方案中可能出现目标冲突。因此为了获得这个附加的磁路的设计上的更大的自由度，为了让这个附加的磁路的设计方案的所述条件变得合理，建议，利用该至少一个附加的磁路的北-南过渡区的逆转的可能性。以此方式可以一方面确保该附加的磁路的所述的位内容（Bit-Inhalt），另一方面则能够确保，该附加的磁路的与临界的北-南过渡区相邻的磁极具有所期望的极性。为此目的建议，探测磁路和附加的磁路的北-南过渡区的磁性传感器具有用于磁路和至少一个附加的磁路的单独的传感器。至少一个传感器的信号再次可以被逆转。在此可以逆转用于至少一个附加的磁路的传感器的信号和/或用于本来的磁路的传感器的信号。逆转例如可以通过逻辑逆转和/或通过其它类型的电子逆转器或实施软件的逆转器完成。逆转例如可以在ASIC中进行，例如在磁性传感器的霍尔ASIC中进行。以此方式可以通过相应的逆转消除上述目标冲突，在发生目标冲突时，临界的北-南过渡区的磁环境必被优化且在附加的磁路中必定包含一定的信息内容。

须用来探测临界的北-南过渡区的位置的预定精度可以以各种方式预定。这个精度例如可以通过表征过渡的磁信号的过零的绝对位置限定。作为备选或附加，该精度也可以例如通过磁信号的上升限定。这种上升例如通过磁信号在预定的最大路段中沿移动路径变化至少一个预定的量限定。磁信号的变化可以例如通过具体的传感元件例如传感器-IC（例如专用集成电路ASIC）预定。沿移动路径的路段可以例如通过对总传感器的换档点的锐度的要求限定以及例如通过公差链确定。

如上所述，临界的北-南过渡区例如可以通过客户要求预定。特别优选的是，临界的北-南过渡区配属于自动变速器中的从驻车档导引到非驻车档的变速转换。因此临界的北-南过渡区例如可以配属于自动变速器内一个或多个下列变速转换：从驻车档P到中间位置Z1的转换；从空档N到中间位置Z2或中间位置Z3的转换；从倒档R到中间位置Z1或中间位置Z2的转换。这些在实践中必须以特殊的精度探测的尤其为了避免事故的转换可以以简单的方式特别安全地被探测到，从而可以特别安全地设置自动变速器。

总而言之，可以借助建议的方法以及借助建议的磁性传感元件极为经济地设计公知的方法和传感元件。同时在为减少废品而花费较小的情况下大大减小了废品率。也可以通过按本发明的设计方案轻易地实现未来对磁性传感元件的测量精度的更为尖锐的要求。

附图说明

在附图中示出了并在下列说明中详细阐述本发明的实施例。附图中：

图1A和1B是北-南过渡区的磁环境的对应背景技术的以及按本发明的设计方案；

图2A和2B是沿用于传统的和对应背景技术的北-南过渡区的移动路径的磁场强度的测量曲线；以及

图3A和3B是多磁极的对应背景技术和按本发明的设计方案。

具体实施方式

在下文中参考位置传感器示例性地说明本发明，位置传感器例如在上述公开文本《汽车中的传感器》（罗伯特·博世股份有限公司，2007版，136至137页）中说明。磁性传感元件的可能的设计方案可以相应地参考该公开文本。本发明仅涉及位置传感器的磁性发送器的多极装置的设计方案。

在图1A和1B中示出了磁性传感元件114的磁性发送器112的多极装置110的截面图。在此，图1A示出了按背景技术的多极装置110的一部分，图1B则示出了这种多极装置110的按本发明的设计方案。多极装置110在所示实施例中具有沿移动路径116延伸的磁路118。在图中磁性北极通常用N标识，磁性南极则用S标识。磁路118具有多个北-南过渡区120，在图1A和1B中仅示出了其中一个。假设所示的这个北-南过渡区是临界的北-南过渡区122，由图中未示出的磁性传感器以预定的精度，例如以比磁路118的至少另一个北-南过渡区120更高的精度，沿移动路径116探测该临界的北-南过渡区的位置。

在图1A中示出了按背景技术的多极装置110，其中，临界的北-南过渡区122的周边环境随机设计，即通过用附加的磁路124、126包围该临界的北-南过渡区122，附加的磁路与临界的北-南过渡区122相邻地具有相反极性的磁极128、130。因此左边的附加磁路124在临界的北-南过渡区122上具有磁性南极，右边的附加磁路126在临界的北-南过渡区上则具有磁性北极。

在图1A和1B中，平行于移动路径116的维度用x标识，垂直于这个移动个路径116的维度则用y标识。在图1A和1B中还示出了曲线132，该曲线将磁场强度的变化过程表征为坐标系y的函数，亦即垂直于移动路径116的位置的函数。由这个曲线可知，在如图1A中磁极128、130非对称设计的布置中，极过渡区同样非对称地延伸，并且磁极的宽度强烈失真。在与磁路118内的中间位置的偏差中，与额定值的偏差的绝对值波动得较为强烈。侧面的偏移可以由于极过渡区的非对称性（由曲线132示出）而导致产生的换挡点大幅偏移。

图1B则示出了多极装置110，在该多极装置中，临界的北-南过渡区122在两侧被相同极性的磁极128、130包围。在这种情况下，两个磁极128、130设计为南极，但也可以设计成北极。在图1B中又象征性地通过曲线132示出了极过渡区132的变化过程作为y坐标系的函数。可以看到，极过渡区的变化曲线132在按本发明带有三个同类磁极的设计方案中U形地围绕对极布置，其中，这个功能相关的过渡区形成字母“U”的弧，明显很轻微地使越过磁极宽度的极过渡区失真。基于极过渡区的对称性，额外明显减少了换挡点的可能的偏移区域。因此，通过磁极128、132围绕临界的北-南过渡区122的对称布置，可以最小化极过渡区的几何型体失真以及根据结构空间将测量系统相对在发送器和磁性传感器之间的位置公差的不敏感度提高至5倍。

在图2A和2B中示出了对针对按背景技术的多极装置110和按本发明的多极装置110的真实的北-南过渡区120磁场测量。测量在此在宽度为3.3mm的磁路118上进行。分别示出了磁场强度B作为沿移动路径116的坐标系x（mm）的函数。

首先在两个图中示例性地示出了额定变化曲线134。这条额定变化曲线表明，在换挡点开始和结束之间，磁场强度必须经过磁性传感器的两个磁性换挡阈。换挡点的开始和结束（位置坐标x）和磁性传感器的换挡阈（磁场B）因而形成了额定变化曲线。此外，在图中分别示出了曲线136，该曲线表明针对磁路118内假设的轨迹中心的磁场变化过程。此外还示出了曲线138、140，它们表明在y方向偏移-1.25mm（曲线138）或偏移+1.25mm（曲线140）的磁场变化过程。

在图2A中按背景技术的临界的北-南过渡区122的按本发明的设计方案与在图2B中的按本发明的设计方案的比较表明，在相对磁场传感器能经济地制造的多极装置110的永久磁体的位置公差下，不能或很难遵循按技术规格的磁通密度的额定变化曲线。因此磁通密度B的曲线138和140在图2A中对应背景技术的设计方案中在额定变化曲线之外。在图2B中示出的按本发明优化的设计方案中则可以在能经济地制造的位置公差下，遵循按技术规格的磁通密度的额定变化曲线。所有的曲线136、138和140处在额定变化曲线134之内。

在临界的北-南过渡区122的区域中提供磁极128、130的附加的磁路124、126，可以单独或成双地要么设计成没有可用信息内容的假磁路，要么可以单独或成双地本身用作信息载体。后一种情况在图3A和3B中示出，其中，图3A又示出了传统的设计，图3B则示出了优化的设计。图中示出了多极装置110的一个截面，在多极装置中，随意地将倒数第二条称为磁路118，其它的磁路则称为附加的磁路124、126和142。但最终所有的磁路118、124、126和142与它们的北-南过渡区120一起用作信息载体，例如形成沿着在图3A和3B中水平示出的移动路径116的位模型。在所示的位模型中，可以例如将磁路118的其中一个北-南过渡区120限定为临界的北-南过渡区122，因为例如与这个北-南过渡区122相连的换挡过程与安全相关。检测到的换挡过程例如可以涉及从驻车位置P到中间位置Z1的过渡和/或涉及从空档位置N到中间位置Z2或中间位置Z3的过渡和/或涉及从倒档位置R到中间位置Z1或中间位置Z2的过渡。

由按背景技术的图3A的多极装置110的位模型可知，在多极几何型体的传统布置中，所有的极过渡区都设计成直至不对称。但具有最窄的公差区域的临界的北-南过渡区122在此同时是有最大不对称性的过渡区。

图3B示出了按图3A的位模型的按本发明的改型。在此，磁路118和124相对图3A的布置反转设计。因为为了示出和图3A相同的位模型，例如检测磁路118和124的相关的传感元件的信号，例如被逆转。通过逆转两个内磁路118、124上的磁极，使这些磁路的所有北-南过渡区120都设计得对称。在这种设计方案中，尤其是限定为临界的北-南过渡区122的极过渡区现在具有最清晰的北-南过渡区。

附加的磁路124的设计方案是上述发明的一种结构特别紧凑的变型，附加的磁路应当优化临界的北-南过渡区122的磁场环境，形式为附加的磁路124、126、142，它们同样用作信息载体。附加的磁路124、126、142现在不再简单地是“假”磁路，而是本身为信息载体，这些信息载体在双重功能下提供针对临界的北-南过渡区122的合适的磁场环境。对此的一种可能的备选方案是，分别逆转为传感器轨路的中间轨路，它们都需要更大的结构空间。在这种备选的设计方案中，例如所有的或一些磁路118、124、126和142被“假”磁路包围，它们分别在北-南过渡区120的区域中，或至少在至少一个临界的北-南过渡区122的区域中，在临界的北-南过渡区122的两侧提供一致极性的合适的磁极128、130。但这种设计方案的缺陷在于更大的结构空间。

Claims (8)

1.用于制造磁性传感元件（114）的方法，其中磁性传感元件（114）包括至少一个沿着移动路径（116）延伸的、带有多个磁性的北-南过渡区（120）的磁路（118）和至少一个能相对该磁路运动地安置的磁性传感器，其中至少一个所述磁性的北-南过渡区被限定为临界的北-南过渡区（122），该临界的北-南过渡区的位置应当以预定的精度探测，其中，一致极性的磁极（128、130）与所述临界的北-南过渡区（122）相邻布置。

2.按前述权利要求所述的方法，其中，所述磁路（118）包括至少三个北-南过渡区（120），其中，限定至少两个所述北-南过渡区作为临界的北-南过渡区（122）。

3.按前述权利要求之一所述的方法，其中，所述磁极（128、130）是平行于所述磁路延伸的、带有各至少一个北-南过渡区（120）的附加的磁路（124、126）的组成部分。

4.按前述权利要求所述的方法，其中，至少一个所述附加的磁路（124、126）的北-南过渡区（120）同样由所述磁性传感器进行检测。

5.按前述权利要求所述的方法，其中，沿着所述移动路径（116）预定由所述磁路（118）和所述附加的磁路（124、126）的北-南过渡区（120）限定的位模型，其中所述磁性传感器具有用于所述磁路（118）和至少一个所述附加的磁路（124、126）的单独的传感器，其中逆转用于至少一个附加的磁路的至少一个传感器的信号。

6.按前述权利要求之一所述的方法，其中，至少一个所述附加的磁路（124、126）是假磁路，其北-南过渡区（120）不被所述磁性传感器检测到。

7.按前述权利要求之一所述的方法，其中，所述临界的北-南过渡区（122）能够配属于自动变速器内的一个或多个下列变速转换：从驻车档P到中间位置Z1的转换；从空档N到中间位置Z2或中间位置Z3的转换；从倒档R到中间位置Z1或中间位置Z2的转换。

8.用于检测在两个能相对运动地安置的元件之间的至少一个相对位置的磁性传感元件（114），尤其用于使用在自动变速器中，该磁性传感器元件尤其能够按照前述方法权利要求之一所述制造，其中，所述磁性传感元件（114）具有至少一个按移动路径（116）延伸的、带有多个磁性的北-南过渡区（120）的磁路（118）以及至少一个能相对该磁路运动地安置的磁性传感器，其中至少一个所述磁性的北-南过渡区被限定为临界的北-南过渡区（122），它的位置应当用预定的精度探测，其中，与该临界的北-南过渡区（122）相邻地布置了一致磁性的磁极，其中所述磁极（128、139）是平行于所述磁路（118）延伸的、带有各至少一个磁极的附加的磁路（124、126）的组成部分，其中至少一个所述附加的磁路（124、126）是假磁路，其磁极尤其是其北-南过渡区不被所述磁性传感器检测到。

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