CN108369108B - 用于在确定能够借助该转数计求取的转数的情况下自识别错误状态的磁转数计 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于自识别错误状态的磁转数计，所述磁转数计包括磁畴壁导轨，所述磁畴壁导轨由开放的螺线或自身闭合的多圈环构成，所述螺线或环由GMR层堆叠或具有局部存在的TMR层堆叠的软磁性层构成并且能够被引入到或存在于磁性180°畴壁中，其中，畴壁和/或畴壁空隙的可预给定的一对一的磁化模型被写入，并且所述磁化模型所属的信号电平以信号电平序列的形式以表格形式被存储在第一存储器(9)中，为了求取当前的转数或移动计数，对于每个允许的旋转i(0≤i≤n)，所述信号电平能够持续与存储在第二存储器(10)中的信号电平序列的表格形式的期望值模型进行比较，设置第三存储器(12)，其中存储有表格形式的的错误期望值模型(12a，12b，12c，12d)，所述错误期望值模型用于写入的磁化模型中的所有可能的变化、以及由此引起的信号电平序列与存储在所述第二存储器(10)中的正常信号电平序列的偏差，然而，所述错误期望值模型还能够单义地对应于于转数或移动步进，借助处理单元(11)能够持续地进行在存储在存储器(9)中的所求取的信号电平与存储在存储器(10)和(12)中的信号电平序列之间的比较，所述处理单元输出一对一的旋转值或移动值或不能够修正的错误。

Description

用于在确定能够借助该转数计求取的转数的情况下自识别错 误状态的磁转数计
技术领域
本发明涉及一种磁转数计，其用于自识别该磁转数计中的错误状态并且用于确定外部磁场的能够借助该磁转数计求取的转数，该磁转数计能够应用于各种各样的技术领域中、尤其有利地应用于汽车和变速器结构中，这是因为该转数计可以小型化地构造并且可以无电流地运行。
背景技术
原则上，用于在使用磁畴壁(DW)的情况下无接触和无功率地计数旋转的转数计是本身已知的，并且例如在DE 10 2008 063 226 A1、DE 10 2010 022 611 A1、DE 10 2011075 306 A1以及DE 10 2013 018 680 A1中详细描述。
在上述文献中公开的转数计的共同之处在于：
所使用的传感器系统由至少一个传感器元件以及至少一个外部磁场构成，其中，要么传感器元件无接触地运动经过磁场或在磁场处旋转，要么磁场无接触地运动经过传感器元件或在传感器元件处旋转。该传感器元件至少部分地具有层结构，该层结构由至少一个硬磁性层和至少一个软磁性层构成，所述硬磁性层与所述软磁性层由非磁性层隔开。在传感器系统的运行中，磁场在传感器元件处旋转或运动经过传感器元件(或相反)仅可以变化软磁性层的磁化，而不能变化硬磁性层的磁化。由此，传感器元件中的软磁性层的磁化将会定向成完全或部分地更容易平行于或更容易反向平行于硬磁性层的磁化。磁化的这种不同的取向导致不同导轨区段中的电阻不同，这能够借助GMR效应或TMR效应读取。
在软磁性层内部，两个不同的磁化区域通过磁畴壁(DW)彼此分离。
在传感器系统运行的情况下，外部磁场(例如通过旋转)的位置改变在传感器元件中导致存在于传感器元件中的磁畴壁的无功率运动。
所读取的DW位置配属于一对一确定的、能够借助具体转数计求取的旋转(转数)并且在分析处理电子装置中求取。在优选实施方式中，多个传感器元件或传感器元件的多个部分彼此电连接成惠斯通电桥或惠斯通半桥，由此抑制温度对磁阻信号的影响。
根据DE 10 2008 063 226 A1的转数计在几何上由菱形螺线构成，所述菱形螺线在一端终止于大的面中。所述大的、优选圆形的面充当畴壁发生器(DWG)，并且由与螺线相同的材料层组合构成。在每180°的磁场旋转或180°的传感器元件旋转之后，在该畴壁发生器中，在面-螺线的过渡部处产生所谓的180°畴壁。该180°DW迁移(wandern)到螺线中。在磁场沿螺线旋转方向旋转的情况下，将所产生的180°畴壁输送到螺线末端，或在磁场沿与螺线旋转方向相反的方向旋转的情况下，将DW输送到DWG。在此，从螺线首次达到DWG处的180°DW与同时在DWG中产生的180°DW湮灭(annihilieren)。因此，可以通过连续旋转磁场而逐步从畴壁消除螺线。传感器元件相对于位置固定安装的磁体系统运动等效于磁场在位置固定的传感器元件处旋转。
根据DE 10 2011 075 306 A1的转数计由具有相反指向的旋转方向的、具有末端处的各一个DWG的两个菱形螺线构成，或该转数计由如下两个螺线的组合构成：所述两个螺线具有在末端处或在中间的仅一个DWG。
根据DE 10 2008 063 226 A1和DE 10 2011 075 306 A1的转数计的共同之处在于，在每个所探测的半转的情况下，每个螺线中的180°畴壁的数量变化1。
这与具有至少一个具有至少一个交叉点的自身闭合的环的转数计(DE 10 2013018 680 A1)或具有至少一个具有至少一个电桥的自身闭合的环的转数计(DE 10 2010022 611 A1)不同。在这些转数计的情况下，将一个螺线的两个末端彼此连接成自身闭合的环。在n匝的情况下，该直接连接交叉(n-1)匝。因此，两匝螺线成为具有一个交叉点的环，并且三匝螺线成为具有两个交叉点的环。每匝最多可以接收两个畴壁，使得在具有n匝的环的情况下，最多可以存在2n个畴壁。
在闭合的环中，在常规的计数工作中不产生或消除DW。畴壁的消除或产生将会导致计数错误并且必须被排除。具有至少一个闭合的环的转数计要求，在初始化过程中，将畴壁的准确数量写入到传感器元件中。
具有带有DWG的开放螺线的转数计的一些实施方式可以被机械地初始化。在具有n匝的螺线的情况下，这例如通过将传感器元件或传感器系统的外部磁体运动至少n转来实现，以便给螺线完全填充畴壁。随后以相反的方向旋转n转将螺线中的畴壁清空。对于向右和向左计数旋转的应用，为了在中间位置中进行初始化，以n转最大程度地给螺线填充畴壁，并且随后以相反方向旋转2/n转，直到n/2的畴壁被清空。
上述所有转数计的共同之处在于，旋转的计数无功率地通过将畴壁输送到闭合的环中或通过借助产生或消除畴壁而输送到开放螺线中来实现。通过传感器元件中的一对一的DW位置和/或DW数量，也可以无功率地实现对所计数的旋转的存储。
相反地，读取传感器元件需要功率。在优选实施方式中，为此使用巨磁阻效应(GMR)或隧道磁电阻效应(TMR)，其中，根据现有技术，多个传感器元件或传感器元件的多个部分被连接在惠斯通半桥或惠斯通电桥中。
视磁化而定，传感器元件在不同区段中具有不同的电阻或不同的电位，如果该传感器元件或传感器元件的一部分连接到惠斯通半桥或惠斯通电桥中，则所述不同的电阻或不同的电位是可读取的。为了读取磁化状态，将测量电流引导通过传感器元件(或惠斯通电(半)桥)，并且将测量结果与所定义的阈值进行比较。取决于是否超过或低于阈值可以决定：测量结果是否相应于例如“DW存在于该半桥中”的状态。
在根据DE 10 2008 063 226 A1的转数计中，已经首次将具有半匝单个接通的菱形形状引入到惠斯通半桥中。这种具有正方形形状的特别有利的构型使用每匝四个彼此成90°角的板桥。每两个板桥与四分之一圆或四分之一圆状的多边形引线彼此连接。该四分之一圆覆盖有电接通部，所述电接通部如此覆盖邻接的板桥的附加部分，使得所有板桥的未接通的部分在电接通部之间优选一样长。每匝的四个板桥连连接到两个惠斯通半桥中。参考方向处于菱形或正方形的对角线上并且垂直于Vcc接通部与gnd接通部之间的连线。由此，对于每个场角(Feldwinkel)，始终能够仅借助一个正方形(菱形)的螺线来实现至所计数的转数的一对一的(eineindeutig)配属。这能够实现，如在出版物《IEEE Transactionson Magnetics》(第45卷，第10期，第3792-3795页，2009年)示出的那样，对于所有能够借助传感器计数的旋转，可以借助所计数的旋转实现磁化的一对一的配属。
这种几何形状可以实现能够求取n>10的转数的转数计。技术上的实现是在Novotechnik公司的“RSM 2800”传感器系统中：使用正方形螺线来计数直至16转。
接下来将如下几何区域称为“畴壁位置(DW位置)”：畴壁在螺线或环内部在该几何区域中存在的时间最长。在正方形或菱形螺线中，该畴壁位置
Figure GDA0002680001800000041
是四分之一圆或类似四分之一圆的多边形引线，所述多边形引线分别将两个直线板桥彼此连接起来。为了使DW经过四分之一圆，外部的磁场必须转过90°加上典型地5°至20°的滞后角。只要DW被输送至四分之一圆板桥的过渡部，并且存在的场固定DW，则DW以每秒几百米的速度在几百ns内经过板桥。在所述非常短的时间内，外部磁场的旋转可以忽略不计。
在正方形螺线(或正方形环)的情况下，每匝存在四个四分之一圆并且因此存在四个DW位置(DW-Lage)，所述DW位置以两个惠斯通半桥的电接通部覆盖。Vcc接通部处于一个DW位置上，gnd接通部处于相对置的DW位置上，并且两个处于中间的DW位置分别以中间接通部覆盖。
在上述根据现有技术的所有转数计中，与惠斯通半桥-中间接通部接通的DW位置具有180°的角距离。
通过选择参考磁化在GMR层堆叠中的方向，如果DW位于中间接通部下方的DW位置中，则惠斯通半桥处于中间电位中，如果DW位于Vcc接通部或gnd接通部下方的DW位置中，则该惠斯通半桥处于高电位或低电位中。对于TMR层堆叠来说，这可以更加灵活地选择。
对于每180°的磁场旋转来说，存储在传感器元件中的畴壁在无错误的运行中被输送到相邻的惠斯通半桥中。在此，在具有恒定DW数量的转数计中，DW布置(DW-Anordnung)以180°的角距离在传感器元件中移动，并且在具有一个DWG的螺线的情况下，螺线中的畴壁数量附加地以一个DW改变。所述运动的验证通过惠斯通电桥或半桥的读取来实现。
所有这些转数计的共同之处在于，传感器系统的场H在运行中必须处于Hmin与Hmax之间的“磁窗”以内，其中，Hmin必须大于最大固定场Hdepinn，并且Hmax必须小于传感器元件的成核场HNuk：
Hdepinn<Hmin≤H≤Hmax<HNuk
最大场Hmax和最小场Hmin由应用程序预给定。此外，所有这些转数计的共同之处在于，传感器元件在应用程序的最大场Hmax和最小场Hmin的情况下在一定的例如小于10-7错误概率方面被适当测试。在该磁窗内，畴壁被可靠地输送。
除了根据DE 10 2011 075 306 A1的转数计以外，根据现有技术的上述所有转数计的共同之处在于：不设有错误状态的识别，并且未在实施方式中实现过。
根据DE 10 2011 075 306 A1的转数计使用两个具有相反旋转方向的(菱形)螺线的装置，以便通过经消除的畴壁或成核的畴壁识别错误状态。这两个螺线要么分别具有一个畴壁发生器(DWG)，要么在中间具有一个共同的DWG。因此在正常计数运行中，磁场每旋转180°将一个DW注入到螺线中并且输送离开DWG，以及同时在另一螺线中，输送到DWG的DW通过与一个由DWG注入的DW的湮灭而消除。因此，在机械阻断的终止位置中，例如在一个终止位置中，具有ccw旋转方向的螺线完全以畴壁填充并且具有cw旋转方向的螺线例如是无DW的，以及在另一终止位置中，具有ccw旋转方向的螺线是无DW的并且具有cw旋转方向的螺线以畴壁填充。在该转数计的情况下，所述两个螺线中的畴壁的总数量保持相同。这使得能够在螺线中的畴壁成核或湮灭时进行识别，这是因为由此畴壁的总数量相对于设置在正常计数运行中的DW数量发生变化。由于在正常计数运行中，DW的数量仅在总和上保持不变，然而每个单个螺线中的数量却发生变化，所以在错误状态中无法探测在哪个螺线中出现错误。因此，借助该解决方案也无法实现在错误状态中求取转数。
对传感器的错误测量和/或错误功能的识别，以及对测量值的冗余求取，主要在汽车领域是经常存在的需求，并且是各种各样的法规和标准的(例如ASIL C)的主题。
在磁转数计的情况下，存在以下错误状态：
a.电错误状态，由于惠斯通(半)电桥内的短路或印制导线或传感器板桥的中断而引起；
b.磁错误状态，由于DW数量的减少(DW湮灭)或增加(DW成核)或由于DW在传感器元件中的(部分)“不运动”(DW钉住)而引起；
由于短路或印制导线中断或传感器板桥中断而引起的电错误状态导致如下信号电平：所述信号电平不相应于惠斯通(半)电桥的允许的信号电平(高电平、中电平或低电平)。电错误状态阻止持续地探测所计数的旋转。
在错误状态“DW钉住”的情况下，在旋转计数期间，至少一个DW对于至少半转不被输送，由此，相对于其他正常输送的畴壁的角度距离改变。在错误状态“DW湮灭”的情况下，一个DW被输送到一个经钉住的DW处，使得这两个畴壁抵消。在错误状态“DW成核”的情况下，在传感器元件中产生两个彼此之间的角度距离为180°的畴壁，或产生各两个畴壁的多倍。“磁”错误状态通常阻止正确地探测转数、即其会导致错误测量。
发明内容
本发明的任务在于提供一种磁转数计，该磁转数计在不与外部第三装置进行比较的情况下，已经在持续运行期间识别转数计的错误测量，并且在优选构型中能够在不重新初始化的情况下实现转数计的继续运行。
所述任务通过权利要求1的特征来解决，有利构型是从属权利要求的主题。
本发明的本质在于，首先设置一种磁转数计，其用于确定外部磁场的待确定的旋转的预给定数量，该外部磁场通过旋转元件、亦或磁极转子、亦或线性的磁性标尺来来产生，
●该磁转数计包括畴壁导轨，这些畴壁导轨由开放螺线或自身闭合的多圈环构成，其由GMR层堆叠或具有局部存在的TMR层堆叠的软磁性层构成，
●180°磁畴壁能够引入到其中且能够——通过测量可预给定的螺线区段或环区段的电阻——相应于已知的现有技术定位，
●其中，根据本发明，然而在此，一个或至少两个磁畴壁、或在优选实施方式中四个磁畴壁由用于产生、钉住或所定义地消除畴壁的机构引入到这些畴壁导轨中，
●在这些畴壁导轨上如此设置有电接通部，使得这些畴壁导轨呈对角线相对置地由各一个Vcc接通部和各一个gnd接通部共同检测，或对于多路复用读取以多个Vcc接通部和gnd接通部的组检测，
●以处于Vcc接通部和gnd接通部上方的对角线为基准，要么在两侧、要么在根据本发明的优选实施方式中仅在一侧设置有电接通部，
●这些电接通部在所提及的Vcc接通部与gnd接通部之间基本上居中地使各一匝或在多路复用读取的情况下使多匝在每个处于中间的畴壁区段上接通并且
●所提及的接通部连接成单独的、优选能够并联读取的惠斯通半桥或在多路复用读取的情况下连接成能够快速依次、几乎同时读取的惠斯通半桥，
●其中，由惠斯通半桥求取的电阻特性作为信号电平全部以表格形式存储在一存储器中，为了连续求取当前的转数，将所述信号电平持续地与存储在另一存储器中的、相应于具体转数的、呈表格形式的期望值模型进行比较，
●如果在期望值模型与由惠斯通半桥求取的电阻特性之间不存在一致，则将所述电阻特性与存储在另一存储器中的、相应于具体转数和确定错误的、呈表格形式的错误期望值模型进行比较，
●并且能够作为一对一的旋转值或移动值或能够立刻作为不能够修改的错误输出。
替代于借助通过连接成惠斯通半桥的电位测量来读取传感器元件，本发明还设置，通过测量所有匝的(TMR)电阻来读取传感器元件。为此，要么使每个单个的匝与各一个gnd接通部和各一个Vcc接通部接通，要么在具有多路复用读取的优选实施方式中，与一个共同的gnd接通部和各一个匝上的各一个Vcc接通部接通或与一个共同的Vcc接通部和与各一个匝上的各一个gnd接通部接通。gnd接通部和Vcc接通部优选在在对角线上彼此相对置地布置。图15示出该连接的一种实施方式。在此，所求取的电阻例如像在具有惠斯通半桥的连接时那样作为信号电平全部以表格形式存储在存储器中，为了求取当前的转数，将所述信号电平持续地与存储在另一存储器中的、相应于具体转数的呈表格形式的期望值模型进行比较。
相应于现有技术，优选实施方式包括旋转角度传感器或象限传感器(Quadrantensonsor)，以便通过预先选择场角象限(Feldwinkelquadrant)，将测量值仅与那些与所测量的场角象限相关联的期望值模型进行比较。这使所需比较的最大数量降低到四分之一，并且因此加速了转数确定。
通过如下方式将对于转数确定所需的比较的最大数量进一步保持得很低：在常规的计数运行中，DW数量保持恒定，由此，对于每转和每场角象限存在仅恰好各一个可能的信号模型，并且因此仅必须分别存储一个用于比较的期望值模型。
根据本发明，在此，构成这些畴壁导轨的开放螺线或自身闭合的多圈环基本上菱形地构造，其中，所提及的接通部检测菱形的角区域。此外，在使用两个相邻畴壁的情况下，所定义的间距优选确定成540°。
替代使用GMR层堆叠，根据本发明也能够实现，这些畴壁导轨由软磁性材料——例如坡莫合金——制成并且将Vcc接通部和gnd接通部布置在TMR层堆叠上，该TMR层堆叠设置在畴壁导轨上、例如在中间。相反地，电中间接通部在此也直接在菱形的角区域中接通软磁畴壁导轨。
确定转数的本质在于，借助分析处理电子装置来实现对所计数的旋转的确定，该分析处理电子装置在第一步骤中执行所有读取的惠斯通半桥的信号(或在电阻测量的情况下所有匝的电阻)与所存储的表格的比较，在该表格中，对于每个可计数的旋转存储有惠斯通半桥的相应信号(或所有匝的电阻)。也就是说，该分析处理电子装置将如下情况作为所计数的旋转进行输出：其中，开放螺线或自身闭合的多圈环的1匝至n匝的所测量的信号电压中的模型与所存储的对于1匝至n匝的信号模型一致。如果未发现一致，则在第二步骤中将所有读取的惠斯通半桥的所测量的信号(或在电阻测量的情况下所有匝的电阻)与另外所存储的表格进行比较，其中，对于每个可计数的旋转并且对于每个可能的错误状态，惠斯通半桥的(或所有匝的电阻的)相应信号存储在另一存储器中。
基于在具有正方形螺线或自身闭合的正方形环的优选实施方式中的90°角，电位在磁场旋转分别90°之后发生变化，使得至少对于每个90°的场角区域(场角象限)存储一个相应的期望值模型，为了与转数计信号进行比较，借助角度传感器(亦或象限传感器)的测量值选择该期望值模型。相应地，对于每个场角象限附加地保持错误期望值模型。
因此，即使在允许的±45°滞后(Hysterese)的情况下，施加到环或螺线中的磁化模型也能够实现对所计数的旋转的一对一的确定。出于运行安全性原因，始终选择如下场强(例如Hmin的120％)：其中，实际滞后始终显著小于±30°。
根据本发明的转数计的所有构型具有对于每个可计数的旋转的一对一的磁化模型(MM)。具有GMR层堆叠的每个传感器元件连接在惠斯通(半)电桥中，并且通过电位测量读取。具有TMR层堆叠的传感器元件可以连接在惠斯通(半)电桥中。替代地，由于大于100％的大的TMR行程(Hub)，替代电位测量，也可以进行隧道接通部电阻的测量。与现有技术不同，根据本发明，分析处理电子装置始终几乎同时地读取所有惠斯通(半)电桥或隧道接通部电阻。惠斯通(半)电桥的所测量的信号电平以以所定义的顺序处理，例如在具有n匝的螺线情况下以从1匝至n匝的顺序处理。以下将这种信号电平的顺序称为信号电平序列(SPF)。将所测量的SPF与所存储的期望SPF进行比较，所述期望SPF对于每个可计数的旋转由分析处理电子装置预备(vorhalten)。分析处理电子装置根据不允许的信号电平例如以两个步骤来探测电错误状态和磁错误状态。在第一步骤中，该分析处理电子装置识别磁错误状态：在所测量的SPF与期望值SPF之间不存在一致。在第二步骤中，分析处理电子装置通过所测量的SPF与期望值错误SPF的一致来探测错误状态，所述期望值错误SPF对于每个可设想的计数错误并且对于每个可计数的旋转由读取电子装置在有利构型中预备或由分析处理电子装置计算。与现有技术相比，所述期望值错误SPF的预备或计算是新的。根据初始化的MM，分析处理电子装置随后在有利构型中输出错误值，或输出错误值然而输出正确的转数。
仅当在正常计数运行中DW数量保持不变时，对三个可能的磁错误类型(DW钉住、DW湮灭以及DW成核)的探测才是可能的。根据本发明的有利构型使用如下传感器元件，在所述传感器元件的情况下，DW数量在初始化之后在无错误的计数运行中始终保持不变，也就是说，其要么不具有DW发生器(DWG)要么具有两个起补偿作用的DW发生器(也就是说，由第一DWG产生一个DW，而同时在第二DWG处使一个DW湮灭)。
根据本发明的有利构型使用如下传感器元件，在所述传感器元件的情况下，DW数量在无错误的计数运行中保持恒定，并且以4个或更多个畴壁初始化MM，这始终能够实现转数的求取。所述MM在读取所计数的旋转的数量中使冗余的并且同样相对于已知的现有技术是新的。
根据本发明的其他有利构型使用如下传感器元件，其能够拓扑地实现冗余的旋转计数。
根据本发明的转数计的核心在于是由设备组件(具有所定义的MM的传感器元件)、预备在存储器中的期望值SPF、期望值错误SPF以及所测量的SPF与期望值SPF并且与期望值错误SPF的比较的组合。与现有技术相比新式的、对期望值SPF和期望值错误SPF以及其与实际求取的SPF的比较的预备在有利构型中在分析处理电子装置中实现。如果将这种相对于现有技术的新型分析处理电子装置与根据现有技术的传感器元件进行组合，则也可以借助这些、本身已知的转数计首次实现在计数运行期间进行错误监控。
本发明的有利构型使用具有恒定DW数量的磁化模型(MM)。在MM中，通过畴壁或DW空隙(DWL)在畴壁的链内部的初始化位置来定义MM。为了使MM适用于求取转数，所有在由磁场变化引起的运动情况下产生的MM必须具有显著不同的电信号。从传感器元件包括的起初完全由畴壁占据的MM通过消除至少两个相邻的畴壁来产生具有这种特性的简单模型。也就是说，这两个DW已经由两个DWL所代替，所述两个DWL彼此之间具有180°的角度距离，由此，在分别邻接DWL的剩余的两个畴壁之间产生540°的角度距离。在正常计数运行中，将该MM在传感器元件内部与所计数的旋转同步地输送，其中，在MM中，每两个畴壁之间的角度距离对于大部分时间来说保持不变。只有在输送畴壁的情况下，由于畴壁运动的滞后，才可能发生DW以若干角度不同地穿过板桥。
根据现有技术，MM的初始化既可以在开放螺线也可以在闭合环中借助电流感应的奥斯特场来实现。在此，在DW消除的情况下，始终有两个相邻的畴壁在印制导线(图3a中的25)下方湮灭，或在DW产生的情况下，始终有两个DW在印制导线(图3a中的25)下方成核，所述两个DW随后立刻彼此延伸到180°的角度距离。
有利构型使用惠斯通半桥，所有所述惠斯通半桥始终以所定义的顺序读取，例如从螺线的最外匝至最内匝。
基于在有利正方形螺线中或环中的90°角，电位分别在磁场旋转90°之后发生改变，使得对于每90°的场角区域(场角象限)产生另一信号电平序列(SPF)。
由具有DW位置的惠斯通半桥的信号电平代表MM，在所述DW位置中定位畴壁。也就是说，在所有半桥的信号电平序列(SPF)内部，MM的信号电平序列(SPF-MM)在正常计数运行中对于确定的场角象限明确定义，并且与相应于其他场角象限的所有其他SPF不同，因为SPF-MM在SPF内部的位置随着转数而变化。分析处理电子装置根据SPF-MM的位置，或根据DW在SPF-MM内部的位置来探测转数。
有利构型确定转数，其方式是：分析处理电子装置执行所有读取的惠斯通半桥的SPF与所存储的表格之间的比较，所述表格对于每个可计数的旋转(对于每个场角象限划分)存储有惠斯通半桥的相应期望值SPF。也就是说，分析处理电子装置将如下情况作为转数输出：其中，惠斯通半桥1(W1)至惠斯通半桥n(Wn)的所测量的SPF与对于W1至Wn所存储的期望值SPF一致。在进行比较之前，分析处理角度传感器测量值，以用于确定相应场角象限(参见图2)，亦或视起作用的磁元件的构型而定来确定角度磁性标尺区段或线性的磁性标尺区段。
根据所测量的SPF与所存储的期望值的比较，该分析处理电子装置还识别：DW数量是否相对于初始化MM中的数量发生改变，或在DW数量相同的情况下，(至少)两个畴壁之间的角度距离是否发生改变。即这些错误导致与期望值不一致的SPF。分析处理电子装置在所述错误情况下是否还能够输出可信的转数取决于错误类型、在MM中初始化的畴壁数量以及(附加地)存储的具有错误状态的SPF。这将在下文中进一步描述。
附图说明
以下有利的、但不限制本发明的实施例和附图旨在进一步阐述上文和本发明。附图示出：
图1示出根据本发明的转数计的重要组件；
图2示出确定旋转的流程与所属组件相关联的流程图；
图3a至3l示意性地示出传感器元件几何形状，这些传感器元件几何形状能够实现恒定的DW数量，所述传感器元件几何形状具有：由两个畴壁(图3a、3c和3d)构成的磁化模型(MM)、或具有两个DW空隙(图3b)的MM。图3e至3i、亦或3i至3l示出，如旋转计数那样，通过传感器元件输送具有两个畴壁、亦或两个DW空隙的MM。示出的MM未绘制出滞后并且不处于错误状态中；
图4a至4k示意性地在具有两个尖部的五匝正方形螺线中MM。附图示出，滞后如何影响MM内部的DW位置(图4a和4b)。图4c和4d示出两个无错误的MM，并且图4e至4k示出具有示例性错误状态的MM。这描述：所述处于错误状态中的MM是否能够实现转数的确定；
图5示出具有“180°接通”的所需传感器元件的构型的原理性示例；
图6根据所需传感器元件的第二原理性构型示出根据本发明优选设置的磁化模型的写入；
图7示出具有“360°接通”的所需传感器元件的构型的第三原理性示例；
图8示出具有根据本发明的划分为两个逻辑区域的所需传感器元件的构型的第四原理性示例；
图9示出具有根据本发明的双板桥布置的所需传感器元件的构型的第五原理性示例；
图10a和10b示意性地在正常运行中和产生错误状态情况下示出具有三个互质单环的传感器元件中冗余转数求取；
图11a至11h示意性示出由现有技术已知的传感器元件中的MM，该传感器元件借助根据本发明的读取电子装置读取。其示出，需要哪种措施来探测错误状态；
图12示出根据图1的转数计与次级转子的组合；
图13示出根据图1的转数计与线性的磁性标尺组合；
图14a和14b示例性地示出根据图7的实施方案，然而该实施方式在此具有TMR接通部和360°接通。
图15示出图14a的传感器元件，其具有TMR接通部的根据本发明的布置，以用于电阻测量。
具体实施方式
图1示出转数计系统1，其具有根据本发明的转数计1a以及具有北极(N)和南极(S)的磁体系统4，该磁体系统安装在转动轴5上。转数计1a由如下主要部件构成：旋转传感器US2、360°角度传感器WS 3(亦或象限传感器)以及电子装置6。传感器2和3位置固定地安装并且探测角度位置和旋转磁场的转数。电子装置6包括用于传感器2和3以及用于处理测量值的电压源7、用于角度传感器3的测量值的存储器8、用于旋转传感器2的测量值的存储器9、用于旋转传感器2的以表格形式存储的期望值的存储器10、用于所存储的错误状态值的存储器12以及处理单元11。处理单元11将存储器8和9中的测量值与存储器10中的表格值进行比较并且输出每个测量的结果。如果存储器9中的测量值与存储器10中的期望值的比较不提供有效值，则将存储器12中存储的错误值与存储器9中的转数计的测量值进行比较，以便除了错误值以外根据所产生的错误还输出对于转数的可信的值。
图2示意性地在流程图400中借助转数计系统1示出转数的确定和错误探测。
●在测量循环开始之后，
●电子装置6在第一步骤中读取角度传感器WS 3和转数传感器US2，
●在第二步骤中将WS测量值W8(8a)存储在存储器8中，并且将US测量值作为表格T9(9a)存储在存储器9中；
●在第三步骤中，由处理单元11从角度传感器测量值求取所属的场角象限Q1、Q2、Q3或Q4；
●在第四步骤中，对于所求取的象限(例如Q1)，从具有期望值SPF的存储器10中下载对于所求取的象限的、对于允许的旋转i(0≤i≤n)的子表格(例如S1Q1(10a))；
●在第五步骤中，由处理单元11将运行索引i置0；
●在第六步骤中，由处理单元11在对于旋转i的测量值9a与期望值(例如10a)之间反复进行比较：
○如果这些值一致，则处理单元在第七步骤中输出转数i并且结束测量循环，或
○如果这些值不一致，则在第七步骤中将运行索引i增加1
○在第八步骤中检查，是否有i>n：
■如果i>n，则在第九步骤中进行错误探测，
■否则，对于旋转i+1重复第六步骤；
●对于错误探测，处理单元11在第九步骤中将运行索引i置0，
●在第十步骤中从具有期望值错误SPF的存储器12中对于转数i读取m(i)(0≤j≤m)子表格(例如SF1Q1(12a))m预先计算的错误：
●在第十一步骤中，将运行索引置0
●第十二步骤是在测量值9a与对于(例如子表格SF1Q1(12a)中的)错误状态j对于旋转i的期望值错误SPF之间的比较
○如果这些值一致，则分析处理电子装置在第十三步骤中输出转数i以及对于错误状态的错误值，并且结束测量循环，
○如果所述值不一致，则在第十四步骤中将运行索引增加1
○在第十五步骤中检查，是否j>m：
■如果j≤m，则对于预先计算的错误j+1重复步骤12；
■如果j>m，则在第十六步骤中询问，是否运行索引i>n：
●如果是，则在第十七步骤中仅输出错误值，并且结束测量循环，
●如果否，则在第十七步骤中将运行索引i增加1并且重复第十步骤，
●该测量循环以输出转数(步骤7)或输出具有错误值的转数(步骤13)或仅输出错误值(步骤17)而结束。
输出错误值和有效转数的前提是：MM已经初始化，使得即使在错误状态中也能够实现有效转数的确定。
图3a-3l示意性示出三个传感器元件几何形状，这三个传感器元件几何形状能够借助由两个DW构成的磁化模型(MM)实现恒定的DW数量。
图3a示意性示出在螺线末端具有两个尖部的五匝螺线，所述螺线通过具有垂直标记的长水平线示出。每个垂直标记象征性表示正方形螺线中的一个DW位置(参照图5中的类似四分之一圆的多边形引线302)，长标记象征性表示整转，中等长度的标记象征性表示半转，短标记象征性表示360°旋转内的90°或270°的场角增量。畴壁由粗黑垂直线象征性表示。水平线上的白色区域象征性表示在ccw(逆时针)方向上的磁化，水平线上的灰色区域象征性表示在cw(顺时针)方向上的磁化。在时间上观察，畴壁主要停留在四分之一圆中(DW位置(DW-Lage)，参见图6)。因此，这些畴壁位于由垂直标记象征性表示的四分之一圆中。具有示例性的两个畴壁的MM在畴壁之间具有180°的角度距离。该MM在螺线内部可以任意次数地从最左侧通过标记的位置向最右侧运动并且运动返回。为了不将该MM从传感器元件输送出，传感器元件需要自身已知的、未示出的机械末端止挡件。
图3b示意性地示出在螺线末端具有两个畴壁发生器(DWG)的五匝螺线，所述螺线通过具有垂直标记的长水平线和外部的对于DWG的两个圆圈示出。DW位置和磁化如关于图3a所描述的那样被象征性表示。在此，具有两个由各一个叉号表示的DW空隙(DWL)的MM具有在DWL之间的180°的角度距离以及在邻接DWL的畴壁之间的540°的角度距离。具有两个DWL的MM可以在螺线内部任意次数地从最左侧通过标记的位置向最右侧运动并且运动返回。在此，不允许如图3j那样，DW空隙邻接DWG。DW数量在输送MM的情况下保持恒定。如果MM向右运动，则在右侧DWG处，每半转一个DW与一个由DWG所产生的DW湮灭，并且同时由左侧DWG将一个DW在左侧注入到螺线中。为了不将该MM从传感器元件输送出，该传感器元件又需要所提及的机械末端止挡件。
图3c示意性示出五匝的闭合环，该环通过一个圆圈示出，该圆圈具有垂直于圆圈的如图3a中那样的象征性表示DW位置的标记。具有两个畴壁的MM具有在畴壁之间的180°的角度距离，或1620°(4、5匝)。该MM可以任意次数地在cw方向上或ccw方向上通过环输送。如此构造的传感器元件不需要机械止挡件。
图3d以几何上修改的、节省空间的示图示出图3c的传感器元件。如图3a那样示出五匝。下方圆弧象征性表示从外部匝至内部匝的连接板桥，该连接板桥使螺线变为具有交叉点的闭合环(参见图7中的板桥64)。
图3e至3i示出在五个不同位置具有MM的图3a中的传感器元件，所述五个不同位置代表转数0(图3e)、1(图3f)、2(图3g)、3(图3h)以及4(图3i)。这些配属取决于应用并且与传感器元件无关。替代0至4转，在另一应用中，相同的MM位置可能会代表-2至+2转。从图3e中的MM位置出发，将该MM随着每一转进一步在cw方向上输送四个DW位置(相应于一匝)。在此，所述由角度距离为180°的两个畴壁构成的MM保持不变。
图3j至3l示意性示出当图3b中的MM位于代表0、1和2转的位置中时其看起来如何。具有两个DWL的MM在输送通过传感器元件时保持不变。同样地，畴壁的总数也保持不变。如果向右输送该MM，则随着每一转在右侧消失两个畴壁，并且在左侧添加两个新的畴壁。
图4a-4k在具有两个尖部的示例性五匝正方形螺线中示出磁化模型(MM)。其示出，滞后如何影响MM内部的DW位置(图4a和图4b)。图4c和4d示出两个无错误的MM，图4e至4k示出具有示例性错误状态的MM。以下将进一步描述这些错误状态中的MM能否实现转数的确定。
图4a示出在如下位置中具有两个畴壁的图3a的MM：该位置例如代表旋转0。这两个DW以彼此180°的角度距离位于两个DW位置中。
图4b示出具有±45°的滞后(Hysterese)的图4a中的MM，其中，该滞后通过灰色矩形象征性示出。该±45°的滞后包括90°、即一个象限。这些象限优选如此布置成螺线(图5示出这种典型的螺线)，使得代表滞后的“0°位置”的场角垂直于板桥。由此，代表两个DW位置上的滞后边界的场角包括该板桥。通过将该象限如此布置成正方形螺线，一匝内的四个象限分别代表一个板桥，并且滞后分别代表该板桥上的每个DW位置(包括邻接的半个DW位置)，在时间上观察，DW主要停留在该DW位置中。在图4b中，借助粗垂直线象征性示出图4a的DW位置，并且借助细垂直线象征性示出所属板桥的另一端处的DW位置中的DW位置。在正常的、无错误的运行中，DW在少于100ns通过两个DW位置之间的板桥。该板桥内部的DW位置通过灰色矩形象征性示出。如果该板桥是惠斯通半桥的一部分，则允许的信号电平在象限1和2中是高电平或中电平，通过浅灰色的矩形象征性示出，并且在象限3和4中是中电平或低电平，这通过深灰色的矩形象征性示出(其中，参考方向如图5至7所示)。
图4c示出在如下位置中具有四个畴壁的MM，该位置例如代表旋转0。由分析处理电子装置输出转数0。在MM中，在左侧外部DW与右侧内部DW之间的角度距离是180°，在左侧内部DW与右侧内部DW之间的角度距离是540°，并且在右侧内部DW与右侧外部DW之间的角度距离是180°，外部畴壁之间的角度距离总共是900°。这些畴壁相应于允许的±45°的滞后通过包括板桥上的全部DW位置的矩形象征性示出。如图4b所示，浅灰色矩形象征性示出惠斯通半桥的高电平或中电平，深灰色矩形象征性示出惠斯通半桥的中电平或低电平。
图4d示出在cw方向上旋转的图4c中的MM。所有四个畴壁分别已经被进一步输送四个DW位置(四分之一圆)。MM中的角度距离保持相同。这些MM位置代表转数1。该转数1由分析处理电子装置输出。如图4c所示，畴壁通过浅灰色和深灰色矩形象征性示出。
图4e示出在如下位置处具有角度距离是900°的两个畴壁的MM：所述位置也具有图4c中的外部畴壁。如果在图4e中初始化的MM是图4c中的MM，则在图4c的MM测量与图4e的MM测量之间湮灭(annihilieren)两个畴壁。基于900°的角度距离，能够由图4e的MM可信地求取转数0。在有利构型中，读取电子装置输出转数0和错误值。如图4c所示，畴壁通过浅灰色矩形和深灰色矩形象征性示出。
图4f示出具有角度距离是180°的两个畴壁的MM。如果在图4f中初始化的MM是图4c的MM，则在图4c的MM测量与图4f的MM测量之间湮灭两个畴壁。基于180°的角度距离，不能够由图4f的MM可信地求取转数。在有利构型中，读取电子装置输出错误值。如图4c所示，畴壁通过浅灰色和深灰色的矩形象征性示出。
图4g示出具有四个畴壁的MM，在外部DW之间的角度距离是1260°，在右侧外部DW与右侧内部DW之间的角度距离是180°。借助这两个畴壁可以可信地求取转数1。在有利构型中，读取电子装置输出该转数1。相对于图4c中的MM，左侧外部的DW处于相同的位置中。该DW不像其他三个畴壁那样在cw方向上移动360°(4个DW位置)，而是在cw旋转期间钉住(pinnen)。如图4c所示，畴壁通过浅灰色和深灰色矩形象征性示出。
图4h示出具有四个畴壁的MM，在外部DW之间的角度距离是900°，在左侧内部DW与左侧外部DW之间的角度距离是180°。借助这两个畴壁，可以可信地求取转数1。在有利构型中，读取电子装置输出转数1，并且输出错误值。与图4c中的MM相比，右侧内部DW位于相同的位置中。该畴壁不像其他三个畴壁那样在cw方向上移动360°(4个DW位置)，而是在cw旋转期间钉住。如图4c所示，畴壁通过浅灰色和深灰色的矩形象征性示出。
图4i示出具有六个DW的MM，所述六个畴壁在外部畴壁之间具有900°的角度距离，并且在每两个相邻的畴壁之间具有180°的角度距离。借助两个外部畴壁，能够可信地求取转数0。在有利构型中，读取电子装置输出转数0和错误值。与图4c中的MM相比，原始MM内部的两个畴壁通过DW成核(Nukleation)添加两个畴壁。如图4c所示，这些畴壁象征性地通过浅灰色和深灰色的矩形表示。
图4j示出具有六个DW的MM，所述六个畴壁在外部DW之间具有1260°的角度距离，并且在左侧内部DW与左侧外部DW之间具有180°的角度距离，在左侧内部DW与左侧中部DW之间具有540°的角度距离，以及在左侧中部DW与右侧中部DW之间具有180°的角度距离。借助这四个在图4c中占据四个DW的位置的DW，能够可信地求取转数0。在有利构型中，读取电子装置输出转数0和错误值。与图4c中的MM相比，在原始MM外部通过DW成核添加两个DW。如图4c所示，畴壁象征性地通过浅灰色和深灰色的矩形示出。
图4k示出具有六个畴壁的MM，所述六个畴壁在外部畴壁之间具有1620°的角度距离。与图4a中的MM相比，在原始MM外部通过DW成核以相对于图4a中的右侧外部DW的角度距离540°和720°添加两个畴壁，该右侧外部DW现在是MM中的右侧中部DW。基于图4i的MM中的角度距离，不能够可信地求取转数。在有利构型中，读取电子装置在这种情况下仅输出错误值。如图4c所示，畴壁象征性地通过浅灰色和深灰色的矩形示出。
以下附图5至7以俯视图示例性地示出真实的传感器元件几何形状，该几何形状能够实现借助具有恒定的DW数量的MM的运行：该示例示意性示出：具有180°接通的具有两个尖部的三匝螺线(图5)、具有两个DWG的三匝螺线(图6)、具有根据本发明的360°接通的四匝正方形环(图7)。为清楚起见，仅示出具有如下细节的示例性旋转传感器：以下阐述对于相应附图这些细节。
图5示出旋转传感器2的根据本发明的构型。在该示例中，传感器元件应该是三匝的正方形螺线20，其末端是变尖的。尖部21是外匝的末端，尖部22是最内匝的末端。该螺线由显示出GMR效应的磁性层堆叠构成。参考方向28处于正方形匝的对角线上。第一最外匝由板桥31、32、33和34构成，第二中间匝由板桥41、42、43和44构成，并且第三最内匝由板桥51、52、53和54构成(顺时针方向)。每个板桥与下一板桥呈90°。板桥之间的连接是四分之一圆或类似四分之一圆的多边形引线302(在放大的圆圈301中示出)，由与所提及的板桥相同的层堆叠构成。这些多边形引线(Polygonzug)是正方形螺线的“角”并且同时是畴壁位置(DW位置)。第一最外匝包括DW位置35、36、37、38，第二匝包括DW位置45、46、47、48，第三匝包括DW位置55、56、57、58。
该螺线在“180°接通方案”中设有电接通部：在左上方存在一个共同的gnd接通部70，在右下方存在一个共同的Vcc接通部80，在右上方存在三个中间接通部91、93、95，以及在左下方存在三个中间接通部90、92、94，以及存在具有用于初始化传感器元件的变窄部26的印制导线25。通过借助六个惠斯通半桥的电位测量来读取传感器元件的磁化状态。左下方是具有中间接通部90、92和94的三个半桥：
●具有中间接通部90、gnd接通部70以及Vcc接通部80的板桥31和32构成惠斯通半桥W1-1；
●具有中间接通部92、gnd接通部70以及Vcc接通部80的板桥41和42构成惠斯通半桥W2-1；
●具有中间接通部94、gnd接通部70以及Vcc接通部80的板桥51和52构成惠斯通半桥。
右上方是具有中间接通部91、93和95的三个半桥：
●具有中间接通部91、gnd接通部70以及Vcc接通部80的板桥33和34构成惠斯通半桥W1-2；
●具有中间接通部93、gnd接通部70以及Vcc接通部80的板桥43和44构成惠斯通半桥W2-2；
●具有中间接通部95、gnd接通部70以及Vcc接通部80的板桥53和54构成惠斯通半桥W3-2。
在此，传感器元件2首先以六个DW完全填充(例如在具有高于传感器元件2的成核场强的场强的场脉冲之后)：
●在第一最外匝中，DW111位于DW位置36中，并且DW112位于DW位置38中，
●在第二中间匝中，DW113位于DW位置46中，并且DW114位于DW位置48中，
●在第三最内匝中，DW115位于DW位置56中，并且DW116位于DW位置58中。
这三个半桥由于这些DW位置以及参考方向28的位置而处于中间电位中。在ccw方向上的磁化方向示出深灰色，并且在cw方向上的磁化方向示出浅灰色。附加地，对于每个板桥，磁化方向借助箭头标注出。GMR层堆叠的参考方向28是正方形螺线的对角线，并且在示例中从左下指向右上。
图5中示出的具有六个DW的磁化模型还不适用于计数旋转。还必须先消除DW。其他方面相同的消除过程应该根据在末端具有两个畴壁发生器的螺线来描述，如其在图6中所示，以便在此同时讨论实际传感器元件的另一实施可能性。
图6示出传感器元件2的一种变型方案。传感器元件2是三匝正方形螺线20，在其末端存在畴壁发生器23和24。所述传感器元件承载具有2个DW空隙(DWL)221和222的磁化模型(MM)，所述两个空隙通过各一个叉号示出。在消除之前，DW113和DW114位于DWL221和DWL222的位置处(在图6中不再示出，参见图5)。初始化在不考虑细节的情况下例如以两个步骤进行：
1.要么借助场强高于成核场强的磁场脉冲来成核DW，该磁场脉冲具有沿螺线对角线的磁场方向(例如从左下到右上)，要么在n匝螺线的情况下在cw方向或ccw方向上将传感器系统的磁场旋转至少n+1转(在此4转)。由此，由畴壁发生器DWG23(或DWG24)完全以DW填充螺线。
2.借助足够大的奥斯特场(Oerstedtfeld)使两个DW在印制导线25的变窄部26下方DW湮灭，由此产生两个DW空隙DWL221和DWL222，这两个空隙随后被输送到期望的零位置中。
替代图5中示出的传感器元件的尖部21和22，图6中的正方形螺线20在末端设有两个畴壁发生器(DWG)23和24。为了确定转数，在所测量的SPF中求取DW112和/或DW115位置。用于具有两个DWG的螺线的电接通始终是“180°接通”(参见图5)，并且在图6中已经为清楚起见而省去。GMR层堆叠的参考方向28在正方形螺线的对角线上，并且从左下指向右上。
图7示出旋转传感器2的根据本发明的另一构型，该旋转传感器由四匝闭合环27构成。已经借助具有变窄部26的印制导线25对具有540°的角度距离的两个DW111和DW112的MM进行初始化。在此，GMR层堆叠的参考方向28也在正方形螺线的对角线上，并且从左下指向右上。然而，类似图5中的螺线以“360°接通”对该环进行电接通，该360°接通由一个共同的gnd接通部70、一个共同的Vcc接通部80以及四个中间接通部91、93、95和97构成，所述四个中间接通部位于Vcc接通部至gnd接通部的连线的右半部中。通过借助四个惠斯通半桥的电位测量读取传感器元件的磁化模型：
●具有中间接通部91、gnd接通部70以及Vcc接通部80的板桥33和34构成惠斯通半桥WHB1；
●具有中间接通部93、gnd接通部70以及Vcc接通部80的板桥43和44构成惠斯通半桥WHB2；
●具有中间接通部95、gnd接通部70以及Vcc接通部80的板桥53和54构成惠斯通半桥WHB3；
●具有中间接通部97、gnd接通部70以及Vcc接通部80的板桥63和64构成惠斯通半桥WHB4。
这四个惠斯通半桥WHB1至WHB4同时与匝W1至W4相关联。
图8示出用于测量旋转的传感器元件2的根据本发明的另一示例性构型。在该示例中，传感器元件2应该由两个部分螺线20a和20b构成，所述两个部分螺线具有尖部21和22，具有各四匝并且具有“360°接通”，该360°接通由部分螺线a上的接通部71(gnd)、81(Vcc)、91、93、95、97(中间接通部)，以及部分螺线20b上的72(gnd)、82(Vcc)、99、101、103、105、107(中间接通部)构成，已经对四个畴壁DW111、DW112、DW113、DW114进行初始化。在该构型中，这四个畴壁构成两个具有各两个畴壁的逻辑磁化模型：DW111和DW112构成部分螺线20a中的MM，DW113和DW114构成第二MM。在示出的示例中，每个MM位于“零位置”中，并且可以在cw方向上运动3转。DW111与DW112之间的角度距离、以及DW113与DW114之间的角度距离分别是540°，DW112与DW113之间的角度距离是900°。通过这两个逻辑MM，该构型变成在芯片上具有冗余旋转计数的转数计，该转数计能够计数三转。具有变窄部26的印制导线25用于初始化。GMR层堆叠的参考方向28在正方形螺线的对角线上定向，并且分别从左下指向右上。由读取电子装置(6)(比较图1)分析处理这两个部分螺线的测量结果。仅当读取电子装置由两个部分螺线的所测量的部分SPF求取到相同的转数时，该测量才提供两倍冗余的结果。在螺线中存在错误结果的情况下，读取电子装置可以始终由螺线的SPF求取转数，其中，读取电子装置识别有效状态(与期望值模型一致)。另一SPF导致错误值。在合适的MM的情况下(例如图4c中的MM)，则可以尽管在错误状态下也始终还求取转数(与错误期望值模型一致)，使得尽管在错误状态下也两倍冗余地求取转数。
图9示出根据本发明的用于测量三转的传感器元件的另一示例性构型可能性。两个交错引导的螺线20a(内螺线)和20b(外螺线)构成转数计，所述螺线具有尖部21a和22a或21b和22b，具有各四匝并且具有一个共同的360°接通，该360°接通在左侧部分螺线上由接通部71(gnd)、81(Vcc)、91、93(中间接通部)构成，以及在右侧部分螺线上由72(gnd)、82(Vcc)、95、97和99(中间接通部)构成，在此通过平行引导的双螺线得到双倍冗余。GMR层堆叠的参考方向28在正方形螺线的对角线上，并且从左下指向右上。具有变窄部26的印制导线25用于初始化。在示例中，MM初始化，其具有各一个DW对，所述各一个DW对是螺线20a中的具有540°的相应角度距离的DW111a和DW112a以及螺线20b中的具有540°的相应角度距离的DW111b和DW112b。在有效计数运行中，该传感器元件提供如下信号电平：高电平(100％电平)、中电平(50％电平)以及低电平(0％电平)。在DW钉住结果的情况下——这导致两个DW之间的角度距离变化——产生两个新的电平：75％电平和25％电平，所述电平给读取电子装置显示，产生错误。读取电子装置必须能够明确地探测这些电平。即使这样，该读取电子装置仍可以根据具有75％电平或25％电平的SPF来求取有效转数，这是因为已经无错误地输送一个螺线(例如螺线20a)中的DW对。也就是说，替代例如高电平，在SPF中存在75％电平，替代低电平，在SPF中存在25％电平。预备的期望值模型和错误期望值模型匹配于该传感器元件的五个信号电平。
图10a-10b示意性地示出用于在示例性的应用中计数40转(U)的传感器元件的根据本发明的构型。该传感器元件包括具有互质的(teilerfremd)最大转数5(S5)、8(S8)和9(S9)的环。在俯视图中示出如图7中示例性示出的那样的正方形螺线，所述螺线在此以节省空间的方式示出。如图3d中那样象征性示出的环、DW位置和畴壁。对于冗余的旋转计数需要环S5和S8，它们的组合可以计数直至40转：5U*8U＝40U。通过将环S9添加用于冗余旋转计数，存在各两个环的三个组合，该组合可以计数至少40转。
图10a示例性地对于转数10U示出环S5(单环转数：0U)、S8(单环转数：2U)以及S9(单环转数：1U)中的MM位置，该位置具有冗余的MM，所述冗余的MM具有四个DW，所述四个DW在左侧外部DW与左侧内部DW之间具有180°的角度距离，在左侧内部DW与右侧内部DW之间具有180°的角度距离，在右侧内部DW与右侧外部DW之间具有540°的角度距离。右侧外部DW的位置在此分别代表单环转数。对于环的三种组合(S5+S8)、(S5+S9)以及(S8+S9)中的每个，读取电子装置由单环转数分别求取对于环组合的转数10U。在总体上，三倍冗余地求取转数。要么通过对于每个环组合对于单环转数的每种组合存储环组合的所属转数(以表格形式)，要么通过计算环组合的所属转数。在一种计数40转的应用中，单环转数代表：
●环S5的单环转数0U代表转数0U、5U、10U、15U、20U、25U、30U、35U和40U(一般地n*5U)，
●环S8的单环转数2U代表转数10U、18U、26U和34U(一般地m*8U+2U)，
●环S9的单环转数1U代表转数10U、19U、28U和37U(一般地k*9U+1U)。
由于环彼此之间的互质，对于单环转数的每种组合始终存在仅恰好一个匹配、即组合的转数。在此是指转数10U。
为了建立期望值SPF，必须计算出正确的MM位置或决定性的DW的正确位置。所述正确的DW位置是转数(在此10U)除以环的最大转数(在此5U、8U或9U)的余数：
●S5:0U(10/5＝2+余数0)，
●S8:2U(10/8＝1+余数2)和
●S9:1U(10/9＝1+余数1)
图10b对于所计数的转数10U示出MM位置，当在环8中，右侧外部DW在旋转期间钉住时，并且由此与图10a相比，相对于右侧内部的角度距离从540°减小到180°，并且相对于左侧外部DW的角度距离从900°减小到540°。根据该540°的角度距离，读取电子装置探测到：环S8处于错误状态(F)中。基于左侧外部DW与左侧内部DW之间的180°的角度距离——该角度距离相对于图10a保持不变，读取电子装置可信地探测对于环S8的转数2U。
●S5:0U(10/5＝2+余数0)，
●S8:F+2U(错误状态以及10/8＝1+余数2)和
●S9:1U(10/9＝1+余数1)
根据环S8的错误状态，读取电子装置借助环S5和S9的有效值求取转数10U(S5:0U，S9:1U)。基于具有四个DW的冗余MM，借助在每个单个环中具有四个畴壁的冗余磁化模型，读取电子装置即使在环S8(F)的错误状态的情况下也可以求取和使用其单环转数2U，并且按照环的组合(S5+S8)和(S8+S9)的顺序，总体上三倍冗余地基于具有在每个单环中的四个畴壁的冗余磁化模型，也分别求取转数10U。
图11a-11h示出具有一个DWG的五匝螺线中的MM。在俯视图中，这是一个类似于图6中的螺线的正方形螺线，其中，一个DWG已经由一个尖部所替代。在此，螺线又节省空间地示出。螺线、DWG、DW位置、DW和DWL如在图3b中那样象征性示出。该螺线是一种由现有技术原则上已知的传感器元件(图11a至11e)，将该传感器元件与根据本发明的读取电子装置组合，以便探测错误状态。图11f至11h示出相对于现有技术的新的变型方案，与由现有技术已知的图11a至图11e中的螺线相比，所述变型方案在探测错误状态DW成核和DW湮灭中更加敏感。该DWG随着每半转将一个DW注入到螺线中，使得在无错误的运行中，从DWG直至螺线尖部，一个DW链可以位于螺线中。右侧外部的DW是最远地输送到螺线中的DW，并且代表借助该实施方案能够求取的最大转数。
图11a示出具有六个畴壁的五匝螺线。右侧外部的DW代表转数3。
图11b示出具有四个畴壁和两个DWL的五匝螺线，所述两个DWL分别由一个叉号象征性表示。右侧外部的两个DWL是通过图11a中的右侧外部的两个畴壁的湮灭而产生的。图11b中的MM代表转数2。未识别到DW湮灭的错误状态。
图11c示出具有四个畴壁和两个DWL的五匝螺线，所述两个DWL分别由一个叉号象征性表示。DW链内部的两个DWL是通过图11a的MM中部的两个畴壁的湮灭而产生的。图11c中的MM代表转数3。识别到DW湮灭的错误状态(F)。
图11d示出具有十个DW的五匝螺线。图11e中的MM代表转数5。这也与DW成核之后的MM相同，其中，螺线完全以DW填充。因此，未识别到该错误状态(F)。
图11e示出五匝螺线，其中，通过机械止挡件仅能计数四个旋转。该五匝(5)被从正常运行中排除，并且始终没有DW，以便能够始终探测该匝中的DW成核。
因此，图11e中的具有十个DW的MM通过DW成核而产生，其中，螺线完全以DW填充。该错误状态(F)通过匝(5)中的两个DW被识别，所述两个DW在正常计数运行中——直至计数4个旋转——不存在。
图11f示出图11e的五匝螺线的变型方案，其中，该五匝螺线具有更宽的板桥。由此，DW首先在匝(5)中成核。如果只有两个DW在该匝中成核，则还可以可信地求取转数。图11f中的MM可信地示出转数2以及匝(5)中的DW成核的错误状态。
图11g示出图11f的五匝螺线的变型方案，其中，第一匝具有更窄的板桥。由此，相比其他匝，DW有更大的概率固定在匝(0)中。由于机械末端止挡件，该匝被排除在正常计数运行之外并且始终以两个DW填充，以便始终能够在匝(0)中探测可能的错误状态DW钉住以及后续的DW湮灭。图11h中的MM代表匝数1。
图11h示出在匝(0)中的两个DW湮灭之后的图11g中的MM。该错误状态(F)被识别。图11g中的MM可信地代表转数1并且同时示出匝(0)中的错误状态DW湮灭(F)。
所有对于本发明重要的组件都设置在包括在图1范畴内的并且称为1a的真正转数计内部，然而，后续附图旨在说明根据本发明的解决方案的广泛应用领域。
因此，图12示出图1中的转数计1a与磁极转子5a的组合，该磁极转子具有磁极4a至4l，而不是根据图1的轴5上的磁体4。当磁极转子5a旋转时，该磁极转子在角度传感器WS3以及旋转传感器US2的位置处产生旋转磁场，该旋转磁场使磁化模型的畴壁在传感器元件2中运动。因此，每个磁极转子位置相应于一个角度传感器测量值以及一个转数计测量值。转数计对运动经过的磁极对的数量进行计数。这类似于对根据图1的磁体4的旋转的计数。
图13示出图1中的转数计1a与线性的磁性标尺5b的组合，该线性的磁性标尺具有磁极4a至4l，而不是根据图1的轴5上的磁体4。在该示例中，具有12个磁极(6个北极与6个南极交替)4a至4l的线性的磁性标尺5b也代表具有更多或更少的磁极的其他线性的磁性标尺。如果磁性标尺5b相对于转数计1a在旁边运动，则该磁性标尺在角度传感器WS3和旋转传感器US2的位置处产生旋转磁场，该旋转磁场使所施加的磁化模型的畴壁在传感器元件2中运动。因此，每个磁性标尺位置相应于一个角度传感器测量值以及一个转数计测量值。转数计对运动经过的磁极对的数量进行计数。这类似于对根据图1的磁体4的旋转的计数。
最后，图14a+b示例性地示出借助具有“360°接通”的TMR接通部读取传感器元件2。在该情况下，螺线27由软磁性材料、例如坡莫合金构成。
图14a以俯视图示出示例性的四匝自身闭合环27。通过借助四个惠斯通半桥WHB1至WHB4的电位测量来读取传感器元件2：
●WHB1由具有gnd隧道接通部71的板桥33、具有Vcc隧道接通部81的板桥34以及中间接通部91构成，该中间接通部覆盖板桥33与板桥34之间的四分之一圆形角以及所述板桥的部分；
●WHB2由具有gnd隧道接通部72的板桥43、具有Vcc隧道接通部82的板桥44以及中间接通部93构成，该中间接通部覆盖板桥43与板桥44之间的四分之一圆形角以及所述板桥的部分；
●WHB3由具有gnd隧道接通部73的板桥53、具有Vcc隧道接通部83的板桥54以及中间接通部95构成，该中间接通部覆盖板桥53与板桥54之间的四分之一圆形角以及所述板桥的部分；
●WHB4由具有gnd隧道接通部74的板桥63、具有Vcc隧道接通部84的板桥64以及中间接通部97构成，该中间接通部覆盖板桥63与板桥64之间的四分之一圆形角以及所述板桥的部分。
图14b以图14a的侧截面示例性地示出板桥33，该板桥代表所有具有隧道接通部的板桥。板桥33由软磁性材料501、例如坡莫合金构成，该板桥借助氧化物层504a和504b保护。gnd隧道接通部71位于板桥中部在。该隧道接通部由坡莫合金层501、隧道势垒502(例如Al2O3或MgO)、硬磁性层堆叠503以及金电极505构成，参考方向(图14a中的28)写入到该硬磁性层堆叠中。在板桥33右部，在坡莫合金501上直接存在由金构成的中间接通部91。在隧道接通部情况下的电流从电极505通过硬磁性层堆叠并且通过势垒502流入到坡莫合金501中。在TMR接通部中的软磁性层与硬磁性层的平行磁化与反向平行磁化之间、即根据畴壁111、112的相应位置，典型的TMR接通部达到>100％的电阻变化。在该示例中，根据本发明的畴壁模型的初始化以及当前转数的分析处理和确定类似于在图5及其随后附图中已经描述的磁性标尺，并且因此在此不需要重复。
图15示出具有改型的接通的图14a的旋转传感器，在所述情况下读取电阻。将该环与gnd接通部71、72、73、74以及与Vcc接通部81、82、83、84接通部电接通，并且在一匝上与各一个gnd接通部和各一个Vcc接通部电接通。为了使用TMR效应，例如必须将Vcc接通部分别接通软磁性层，并且将gnd接通部分别接通硬磁性层(类似于图14b，其中，中间接通部91接通软磁性层501，并且gnd隧道接通部71接通硬磁性层)，或反之。所述接通部可以与图14a-14b不同地，不是位于板桥上的角上，而是优选存在于相对置的板桥上。例如Vcc接通部81、82、83、84位于板桥31、41、51、61上，并且gnd接通部71、72、73、74位于板桥33、43、53、63上。
在此，通过测量每个单个匝的电阻来读取传感器元件的磁化状态：
具有gnd接通部71和Vcc接通部81的板桥31、32、33、34构成外部第一匝W1；
具有gnd接通部72和Vcc接通部82的板桥41、42、43、44构成第二匝W2；
具有gnd接通部73和Vcc接通部83的板桥51、52、53、54构成第三匝W3；
具有gnd接通部74和Vcc接通部84的板桥61、62、63、64构成第四最内匝W4；
在该示例中，两个相邻畴壁DW111与DW112之间在cw方向上观察的距离也是540°。
所有上述特定实施方式说明本发明的多样性，所述实施方式既可以用于根据背景技术已经已知的旋转传感器，也可以在此用于在此新提出的旋转传感器。
所有在说明书中、实施例中和/或以下附图中可看出的特征可以单个地、也可以以彼此任意组合的形式对于本发明是重要的。
附图标记
1 转数计系统
1a 转数计
2 旋转传感器US
3 角度传感器WS
4 磁体系统
4a、4c、4e、4g、4i、4k 北极
4b、4d、4f、4h、4j、4l 南极
5 转轴
5a 磁极转子
5b 线性的磁性标尺
6 电子装置
7 电压源
8 用于角度传感器的测量值的存储器
8a 角度传感器的测量值W8
9 用于旋转传感器的测量值的存储器
9a 具有旋转传感器的测量值的表格T9
10 用于旋转传感器的以表格形式存储的期望值的存储器
10a-10d 具有对于第1至第4场角象限的期望值的子表格
11 处理单元
12 用于以表格形式存储的期望值错误SPF的存储器
12a-12d 具有对于第1至第4场角象限的期望值的子表格
20 螺线
21、22 螺线的变尖的末端
25 用于初始化磁化模型的印制导线
26 印制导线25中的变窄部
27 多圈自身闭合的环
28 参考磁化的方向
31、32、33、34 最外第一匝的板桥
35、36、37、38 最外第一匝中的DW位置
41、42、43、44 第二匝的板桥
45、46、47、48 第二匝中的DW位置
51、52、53、54 第三匝的板桥
55、56、57、58 第三匝中的DW位置
63、64 第四匝的板桥
65 第四匝中的DW位置
70、71、72、73、74 gnd接通部
80、81、82、83、84 Vcc接通部
91、93、95、97、99 不同匝的中间接通部
111-116 畴壁(DW)
221、222 DW空隙
301 板桥51与板桥44之间的放大的角
302 类似四分之一圆的多边形引线
400 流程图
501 软磁性层
502 隧道势垒
503 硬磁性层堆叠
504a 绝缘层
505b 绝缘层
505 隧道接通部上的金电极

Claims (10)

1.一种磁转数计，其用于在确定能够借助所述磁转数计可预给定地求取的由磁性旋转元件产生的转数n、或旋转的磁极转子的能够运动经过的磁极的数量n、或能够运动经过的线性的磁性标尺的能够运动经过的磁极的数量的情况下自识别错误状态，所述磁转数计包括传感器，所述传感器包括磁畴壁导轨，这些磁畴壁导轨由开放螺线或自身闭合的多圈环构成，所述开放螺线或自身闭合的多圈环由GMR层堆叠或具有局部存在的TMR层堆叠的软磁性层构成，并且180°磁畴壁能够引入到所述开放螺线或自身闭合的多圈环中，并且所述180°磁畴壁的存在与否能够借助设置在这些畴壁导轨上的接通部定位，其中，
畴壁和/或畴壁空隙的可预给定的一对一的磁化模型写入到畴壁导轨中，
所述接通部连同所属的、由其检测的畴壁导轨区段连接成独立的、但能够共同读取的惠斯通电桥、或半桥，其中，由所述惠斯通电桥、或半桥求取的电阻特性作为呈信号电平序列形式的信号电平以表格形式全部存储在第一存储器中，为了求取当前的转数或移动计数，对于每个允许的旋转i，其中，0≤i≤n，所述信号电平能够持续地与这些信号电平序列的存储在第二存储器中的呈表格形式的期望值模型进行比较，
设置有第三存储器，在其中存储有呈表格形式的错误期望值模型，所述错误期望值模型用于所写入的磁化模型中的所有可能的意外的变化以及由此引起的信号电平序列与存储在所述第二存储器中的正常信号电平序列的偏差，然而，所述错误期望值模型还能够单义地对应于转数或移动步进，
借助处理单元能够持续地进行在存储在第一存储器中的、所求取的信号电平序列与存储在第二存储器和第三存储器中的信号电平序列之间的比较，
已经在所述旋转元件的一整转或半转期间或在所述旋转磁极转子的、或所述运动经过的线性的磁性标尺的移动步进期间，能够作为一对一的旋转值或移动值或立即作为不能够修正的错误进行输出。
2.根据权利要求1所述的磁转数计，其特征在于，为了探测所述旋转元件的、或所述磁极转子的角度位置或所述线性的磁性标尺的线性移动，除了所述转数计以外还设置有另一角度或象限传感器，所述角度或象限传感器的信号预给定：第二存储器中的配属于所述象限、或角度或线性的磁性标尺区段的哪个子表格以及第三存储器中的配属于所述象限、或角度-或线性的磁性标尺区段的哪个子表格参与用于借助所述处理单元的比较。
3.根据权利要求1所述的磁转数计，其特征在于，所述畴壁导轨由多匝螺线构成，所述多匝螺线在两侧终止于两个尖末端或在尖部的位置处设置有一个或各一个畴壁发生器，其中，所定义的磁化模型施加到基本上菱形实施的螺线中，所述磁化模型具有在两个相邻的畴壁或畴壁空隙之间的预给定的距离，在这些畴壁导轨上如此设置有电接通部，使得这些畴壁导轨呈对角线相对置地由各一个gnd接通部和各一个Vcc接通部共同检测或在多路复用读取的情况下以Vcc接通部组和gnd接通部组检测，并且仅仅在一侧且在所提及的gnd接通部与Vcc接通部之间基本上居中地在每个单个的畴壁导轨区段上设置有独立的接通部，或在多路复用读取的情况下以接通部的组来设置，所述接通部的组作为惠斯通中间接通部使多匝接通。
4.根据权利要求1所述的磁转数计，其特征在于，这些畴壁导轨由多匝自身闭合的并且基本上菱形实施的螺线构成，至少两个磁畴壁如此引入到所述螺线中，使得所述至少两个磁畴壁通过用于产生、钉固或所定义地消除畴壁的机构被以彼此大于360°的所定义的距离间隔开并且彼此如此间隔开，其中，在这些畴壁导轨上如此设置有电接通部，使得这些畴壁导轨呈对角线相对置地由每匝的各一个gnd接通部和各一个Vcc接通部检测或在多路复用读取的情况下在每个环区段上由各一个共同的gnd接通部和各一个Vcc接通部和在所述接通部之间在一侧布置的中间接通部检测。
5.根据权利要求1或3所述的磁转数计，其特征在于，这些畴壁导轨由两个并排布置的多匝的、基本上菱形实施的、具有相同的匝旋转方向的部分螺线构成，其中，这些部分螺线中的每个相对置地由各一个共同的gnd接通部和Vcc接通部检测，并且在一侧在所提及的gnd接通部与Vcc接通部之间设置中间接通部，并且畴壁的所定义的磁化模型写入到畴壁导轨中，这些畴壁通过用于产生、钉固或所定义地消除畴壁的机构被以彼此大于360°的所定义的距离间隔开并且相邻的畴壁彼此如此间隔开。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的磁转数计，其特征在于，所有畴壁导轨实施为彼此平行延伸的且能够通过所提及的接通部共同读取的畴壁导轨，这些畴壁导轨分别在初始化的时刻设有相同的磁化模型。
7.根据权利要求1或4所述的磁转数计，其特征在于，设置多个彼此独立的且自身闭合的多圈环，在可预给定的畴壁占据的情况下，这些环的能够分别最大一对一确定的转数彼此互质地确定。
8.根据权利要求1所述的磁转数计，其特征在于，所述180°磁畴壁的存在与否能够通过测量可预给定的螺线区段或环区段的电阻借助设置在这些畴壁导轨上的接通部定位。
9.根据权利要求4所述的磁转数计，其特征在于，所述至少两个磁畴壁如此引入到所述螺线中，使得所述至少两个磁畴壁通过用于产生、钉固或所定义地消除畴壁的机构在外部磁场以大于360°的角度旋转的情况下所述畴壁从第一位置至第二位置的位置变化方面被以彼此大于360°的所定义的距离间隔开并且彼此如此间隔开。
10.根据权利要求5所述的磁转数计，其特征在于，这些畴壁通过用于产生、钉固或所定义地消除畴壁的机构在外部磁场以大于360°的角度旋转的情况下所述畴壁从第一位置至第二位置的位置变化方面被以彼此大于360°的所定义的距离间隔开并且所述相邻的畴壁彼此如此间隔开。
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