DE10123513A1

DE10123513A1 - Magnetic control unit for a magneto-resistive rotation angle sensor, e.g. for use in motor vehicle sensor technology, has an improved method of manufacture that is economical while providing acceptable tolerances

Info

Publication number: DE10123513A1
Application number: DE10123513A
Authority: DE
Inventors: Dieter Schoedlbauer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-05-15
Filing date: 2001-05-15
Publication date: 2003-03-20

Abstract

Magnetic control unit for a magneto-resistive rotation angle sensor has a plastic magnet support (6) in which a circular disk shaped twin pole (3, 4) permanent magnet (2) is arranged together with a ferromagnetic keep plate (5). Magnet and keep are inserted in the support in such a way that the upper surface of the magnet (2') is flush with the upper surface (6') of the support. The invention also relates to a corresponding method for production of magnetic control unit in which a hard magnetic disk and a soft magnetic keep are surrounded by an injection molded plastic retainer or support. After injection molding of the support, the magnet is magnetized by application of magnetizing coils.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Magnetsteuereinheit für magnetoresistive Drehwinkelsensoren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie auf Verfahren zur Herstellung einer solchen Magnetsteuereinheit gemäß den Oberbegriffen der Patentansprüche 6 bis 8. Eine solche Magnetsteuereinheit ist aus der DE 37 32 958 C2 bekannt. Dort ist ein Drehstellungsgeber zur Sensierung der Drehstellung eines rotierenden Körpers, insbesondere einer rotierenden Welle beschrieben, mit einem mit der Welle umlaufenden Magnetfeldgenerator und einem feststehenden Magnetfeldsensor, dessen Ausgangssignal von Größe und Richtung des ihn durchsetzenden Magnetfeldes abhängig ist. Der Magnetfeldgenerator ist ein axial mehrpolig magnetisierter Magnetring aus Permanentmagnetmaterial und ein auf dem rotierenden Körper drehfest gehaltenes Rückschlußteil. Der Magnetfeldsensor ist beispielsweise ein Hall-Sensor, dessen Hallelemente von dem Magnetfeld des Magnetringes durchsetzt werden. The invention relates to a magnet control unit for magnetoresistive Rotation angle sensors according to the preamble of claim 1 and Method for producing such a magnetic control unit according to the Preambles of claims 6 to 8. Such a magnetic control unit is from known from DE 37 32 958 C2. There is a rotary encoder for sensing the Rotational position of a rotating body, in particular a rotating shaft described, with a rotating magnetic field generator with the shaft and fixed magnetic field sensor, its output signal of size and direction of the magnetic field penetrating it. The magnetic field generator is a axially multipolar magnetized magnetic ring made of permanent magnet material and a the rotating body held in rotation. The magnetic field sensor is for example a Hall sensor, the Hall elements of the magnetic field of the Magnetic rings are enforced.

Ähnliche Drehwinkelsensoren mit Permanentmagneten in Form eines Kreisringes sind in der DE 197 53 779 A1, DE 197 53 775 A1, DE 197 53 776 A1 und DE 196 47 897 A1 beschrieben. Similar rotation angle sensors with permanent magnets in the form of a circular ring are in DE 197 53 779 A1, DE 197 53 775 A1, DE 197 53 776 A1 and DE 196 47 897 A1 described.

Gemäß dem Stand der Technik wird bei MR-Sensoren, wie AMR (anisotrop magnetoresistiv) oder GMR (giant magnetoresistiv), eine Magnetfeld(richtungs-)empfindlichkeit in der Ebene der Sensorelemente ausgenutzt, d. h. die Tangentialkomponente des Magnetfeldes. Im einfachsten Fall kommen als Steuermagnete quaderförmige Blockmagnete in Frage, bei denen die Magnetisierungsrichtung parallel zu einer der Kanten liegt. Dabei erstreckt sich deren Streufeld allseitig weit in den umgebenden Raum, so daß die im Magnetvolumen gespeicherte magnetische Energie nur sehr unbefriedigend genutzt werden kann. Als Folge hiervon ist man häufig, insbesondere wenn MR-Sensoren vom AMR-Typ verwendet werden sollen, auf den Einsatz von teuren Seltenerdmagneten angewiesen, während mit preiswerteren keramischen Magneten oft nur eine unzureichende Feldstärke erzielt wird. Eine gewisse Abhilfe kann dadurch geschaffen werden, daß weichmagnetische Polschuhe verwendet werden, die das Magnetfeld mehr am Ort des Sensors konzentrieren. Diesen Vorteil erkauft man sich allerdings mit einem zusätzlichen Aufwand bei der Aufbau- und Verbindungstechnik und damit erhöhten Kosten, so daß eine solche Lösung bei kostensensiblen Anwendungen, wie z. B. der Automobil-Sensorik, nicht einsetzbar ist. According to the prior art, MR sensors such as AMR (anisotropic magnetoresistive) or GMR (giant magnetoresistive), a magnetic field (directional) sensitivity exploited in the plane of the sensor elements, d. H. the tangential component of the Magnetic field. In the simplest case, square magnets come as control magnets Block magnets in question, in which the magnetization direction parallel to one of the Edges lies. The stray field extends on all sides far into the surrounding Space, so that the magnetic energy stored in the magnet volume is very low can be used unsatisfactorily. As a result, one is common, especially when using AMR type MR sensors, on the use of expensive rare earth magnets, while using cheaper ceramic Magnets often have an insufficient field strength. A certain remedy can be created by using soft magnetic pole pieces that concentrate the magnetic field more at the location of the sensor. This advantage but you buy it with an additional effort in the construction and Connection technology and thus increased costs, so that such a solution cost-sensitive applications, such as B. the automotive sensor system, can not be used.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine weiterentwickelte Magnetsteuereinheit für Winkelaufnehmer der eingangs genannten Art anzugeben sowie ein Herstellverfahren, mit dem eine solche Magnetsteuereinheit kostengünstig mit der gewünschten Präzision realisiert werden kann. The object of the invention is to develop a magnetic control unit for Specify angle transducers of the type mentioned at the outset and a manufacturing process, with which such a magnetic control unit is inexpensive with the desired one Precision can be realized.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 bzw. für das Verfahren durch die in den Patentansprüchen 6 bis 8 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen. This object is achieved by the in claim 1 and for the method by the in solved the claims 6 to 8 specified features. advantageous Refinements and developments of the invention are in the subclaims remove.

Das Grundprinzip der Erfindung besteht darin, daß der Magnet die Form einer zweipolig durch die Fläche magnetisierten Kreisscheibe hat, die zusammen mit einer weichmagnetischen Rückschlußplatte so in einem Magnetträger angebracht ist, daß die Oberseite des Magneten vorzugsweise bündig mit der Oberseite des Magnetträgers abschließt, wobei der Magnetträger aus nicht magnetischem Material, insbesondere aus Kunststoff ist. The basic principle of the invention is that the magnet is in the form of a bipolar through the surface magnetized circular disc that together with a soft magnetic yoke plate is mounted in a magnet carrier so that the top of the magnet is preferably flush with the top of the Completes magnetic carrier, the magnetic carrier made of non-magnetic material, is especially made of plastic.

Das wesentliche Grundprinzip des Verfahrens besteht darin, daß eine magnetisierbare Kreisscheibe und eine weichmagnetische Rückschlußplatte in einem Magnetträger aus Kunststoff umspritzt werden und erst danach die zweipolige axiale Magnetisierung durchgeführt wird. Auf diese Weise lassen sich Fertigungstoleranzen wie z. B. ein radialer Versatz des Magneten ausgleichen, so daß insbesondere die Polteilung wieder durch den Drehmittelpunkt verläuft. The main basic principle of the method is that a magnetizable Circular disc and a soft magnetic yoke plate in a magnetic carrier Injection molded plastic and only then the two-pole axial magnetization is carried out. In this way, manufacturing tolerances such. B. a compensate radial offset of the magnet, so that in particular the pole pitch again through the center of rotation.

Der Magnetträger kann insbesondere ein Zahnrad sein und spritztechnisch sehr kostengünstig hergestellt werden. Der Scheibenmagnet hat typische Abmessungen von z. B. Durchmesser 8 mm × Höhe 3 mm und wird in unmagnetisiertem Zustand zusammen mit einer rückseitigen weichmagnetischen Scheibe von ca. 1 mm Dicke als Einlegeteil in den Magnetträger eingespritzt. Der Magnetträger kann ein vollständiges Zahnrad, ein Zahnsegment oder ein sonstiges beliebig geformtes Funktionselement sein. Die Rückschlußplatte und/oder die magnetisierbare Scheibe können am Rand eine Struktur, wie z. B. eine Riffelung aufweisen, welche die Verankerung im Kunststoff begünstigt. The magnetic carrier can in particular be a gear wheel and very much in terms of injection technology can be produced inexpensively. The disc magnet has typical dimensions from Z. B. diameter 8 mm × height 3 mm and is in a non-magnetized state together with a soft magnetic disc on the back of approx. 1 mm thickness as Injection molded into the magnetic carrier. The magnetic carrier can be a complete Gear, a tooth segment or any other function element of any shape his. The back plate and / or the magnetizable disc can on the edge a structure such as B. have a corrugation, which is anchored in the plastic favored.

Die Positionierung wird vorzugsweise so vorgenommen, daß beim Fertigteil der Magnet mit seiner einen Kreisfläche, d. h. der später dem Sensor zugewandten Seite, bündig mit dem Magnetträger abschließt und an seiner rückwärtigen Fläche eng an der weichmagnetischen Scheibe anliegt, die während und nach der Magnetisierung als Rückschlußplatte wirkt. The positioning is preferably carried out so that the Magnet with its one circular area, d. H. the side later facing the sensor, is flush with the magnetic carrier and close to the rear surface soft magnetic disc, which is used during and after magnetization Yoke plate works.

Die Magnetisierung wird mit Hilfe von Magnetisierungsspulen durchgeführt, die einseitig eng an die Oberfläche der magnetisierbaren Scheibe, die den späteren Magneten bildet, herangeführt und kurzzeitig bestromt werden. Aufgrund der Rückschlußplatte wird keine Spule auf der Rückseite benötigt. Da die Magnetisierung am Magnetträger, d. h. an der fertigen Magnetsteuereinheit durchgeführt wird, lassen sich eventuelle Fertigungstoleranzen so ausgleichen, daß sie letztendlich keinen Einfluß auf die Lage und die Richtung der Polteilung haben. The magnetization is carried out with the help of magnetization coils one-sided close to the surface of the magnetizable disc, which the later Magnets are formed, brought up and briefly energized. Due to the No back coil is required on the back plate. Because the magnetization on the magnetic carrier, d. H. is carried out on the finished magnetic control unit any manufacturing tolerances compensate so that they ultimately do not Influence the position and direction of the pole pitch.

Die wesentlichen Vorteile der Erfindung liegen darin, daß die Verwendung eines runden Scheibenmagneten keine besonderen Maßnahmen zur Ausrichtung des Magneten bei der Herstellung der Magnetsteuereinheit erfordert. Weiter hilft die nachträgliche Magnetisierung beim Ausgleich mechanischer Fertigungstoleranzen. Die zweipolig-axiale Magnetisierung erlaubt hohe Feldstärken am Einsatzort "vor" dem Magneten und ermöglicht somit die Verwendung von preiswerten keramischen Magneten auf Ferritbasis als Steuermagnete für Drehwinkelsensoren. Die Verwendung einer weichmagnetischen Rückschlußplatte erlaubt eine einfache Magnetisierung und verbessert den Arbeitspunkt des Magneten. Dadurch wird die nutzbare Feldstärke nochmals erhöht und zusätzlich einer Entmagnetisierungsneigung während des Einsatzes vorgebeugt. The main advantages of the invention are that the use of a round disc magnets no special measures to align the Requires magnets in the manufacture of the magnetic control unit. The helps further subsequent magnetization when compensating for mechanical manufacturing tolerances. The bipolar-axial magnetization allows high field strengths at the site "before" the Magnets and thus allows the use of inexpensive ceramic Ferrite-based magnets as control magnets for rotation angle sensors. The usage a soft magnetic return plate allows easy magnetization and improves the working point of the magnet. This makes the usable field strength again increased and in addition a tendency to demagnetize during the Use prevented.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles im Zusammenhang mit der Zeichnung ausführlicher erläutert. In the following the invention based on an embodiment in Connection in connection with the drawing explained in more detail.

Die Fig. 1 zeigt eine perspektivische Draufsicht auf eine Magnetsteuereinheit nach der Erfindung, einschließlich der zu ihrer Herstellung verwendeten Magnetisierungsspulen. Fig. 1 shows a perspective top view of a solenoid control unit according to the invention, including those used for their preparation magnetizing coils.

Die Magnetsteuereinheit 1 enthält einen kreisscheibenförmigen Magneten 2, der zweipolig axial magnetisiert ist, also einen Nordpol 3 und einen Südpol 4 hat und eine dazwischenliegende, sich senkrecht durch den Magneten 2 erstreckende Polteilung 3'. Der Magnet 2 ist in einen Magnetträger 6 eingelassen und zwar vorzugsweise so, daß die Oberseite 2' des Magneten bündig mit der Oberseite 6' des Magnetträgers 6 abschließt. Die Unterseite des Magneten ist in unmittelbarem Kontakt mit einem kreisscheibenförmigen Rückflußleitblech 5 aus ferromagnetischem, vorzugsweise weichmagnetischem Material. Das Rückflußleitblech 5 und der Magnet 2 werden vorzugsweise zusammen in Spritzgußtechnik an bzw. in den Magnetträger eingelassen, wobei die Mantelflächen des Magneten 2 und/oder des Rückflußleitbleches 5 strukturiert sind, also beispielsweise eine Riffelung oder ähnliches aufweisen, um eine bessere Verankerung im Kunststoff des Magnetträgers 6 zu gewährleisten. Der Magnetträger kann beispielsweise ein Zahnrad sein, was durch eine Verzahnung 7 angedeutet ist. Dieses Zahnrad kann mit einem anderen Zahnrad kämmen, das mit einer drehbaren Welle, deren Lage gemessen werden soll, gekoppelt ist. The magnet control unit 1 contains a circular disk-shaped magnet 2 , which is axially magnetized with two poles, that is to say has a north pole 3 and a south pole 4 , and an intermediate pole spacing 3 ′ which extends perpendicularly through the magnet 2 . The magnet 2 is embedded in a magnet carrier 6 , preferably in such a way that the top 2 'of the magnet is flush with the top 6 ' of the magnet carrier 6 . The underside of the magnet is in direct contact with a circular-shaped return flow guide plate 5 made of ferromagnetic, preferably soft magnetic material. The reflux baffle 5 and the magnet 2 are preferably embedded together in injection molding technology on or in the magnet support, the outer surfaces of the magnet 2 and / or the reflux baffle 5 are structured, for example have a corrugation or the like, in order to better anchor it in the plastic of the To ensure magnetic carrier 6 . The magnet carrier can be a gear, for example, which is indicated by a toothing 7 . This gear can mesh with another gear which is coupled to a rotatable shaft, the position of which is to be measured.

Nach dem Herstellverfahren der Erfindung werden in einem ersten Arbeitsschritt die noch nicht magnetisierte Kreisscheibe, die später den Magneten bildet, und die weichmagnetische Scheibe, die das Rückflußleitblech 5 bildet, gemeinsam und einander berührend in den Magnetträger 6 eingespritzt. Anschließend werden Magnetspulen 8 an die Oberseite 2' des späteren Magneten herangeführt und bestromt, womit die Magnetisierung erfolgt. Die Magnetspulen 8 bestehen hier aus einer ersten Spule 9 und einer zweiten Spule 10. Die erste Spule 9 hat einen geraden Abschnitt 13, an den sich beidlinig ein erster und ein zweiter gekrümmter Abschnitt 11 bzw. 12 anschließen, die in etwa einen Halbkreis bilden. Die beiden gekrümmten Abschnitte 11 und 12 enden in Zuleitungen 14 bzw. 15, die mit einer nicht dargestellten Stromquelle verbunden werden. Es wird dann ein elektrischer Strom in Richtung der Pfeile 16 und 17 durch die erste Spule 9 geschickt, wodurch die Magnetisierung des Magneten 2 erfolgt. In analoger Weise ist die zweite Spule 10 spiegelsymmetrisch zur ersten Spule 9 aufgebaut und angeordnet und entsprechend den im oberen Teil der Fig. 1 gezeigten Pfeilen bestromt. Der Vorteil eines solchen, zweiteilig ausgeführten Magnetisierungsspulenpaars liegt unter anderem in der Möglichkeit, bei Bedarf eine räumlich ausgedehnte Polteilungzone zu erzeugen. According to the manufacturing method of the invention, the as yet non-magnetized circular disk, which later forms the magnet, and the soft magnetic disk, which forms the reflux baffle 5 , are injected together and touching each other into the magnet carrier 6 in a first step. Then magnet coils 8 are brought up to the top 2 'of the later magnet and energized, which results in the magnetization. The magnetic coils 8 here consist of a first coil 9 and a second coil 10 . The first coil 9 has a straight section 13 , to which a first and a second curved section 11 and 12 adjoin on both lines, which form approximately a semicircle. The two curved sections 11 and 12 end in leads 14 and 15 , respectively, which are connected to a power source, not shown. An electrical current is then sent through the first coil 9 in the direction of the arrows 16 and 17 , as a result of which the magnet 2 is magnetized. In an analogous manner, the second coil 10 is constructed and arranged mirror-symmetrically to the first coil 9 and energized in accordance with the arrows shown in the upper part of FIG. 1. The advantage of such a two-part magnetizing coil pair lies, among other things, in the possibility of generating a spatially extended pole division zone if required.

Eine weitere Ausführungsform der Magnetisierungseinrichtung ist in der Fig. 2 dargestellt. Hierbei handelt es sich um eine einteilige Magnetisierungsschleife, welche sich durch einen noch einfacheren Aufbau auszeichnet. Sie besteht aus den Zuleitungen 20 und 21 sowie der eigentlichen Leiterschleife, welche aus dem geradlinigen Mittelteil 22 sowie aus einem ersten und einem zweiten halbkreisförmig gekrümmten Teilstück 23 bzw. 24 gebildet wird. Die Pfeile 25 und 26 symbolisieren wieder die Stromrichtung während des Magnetisierungsvorganges. In einer weiteren, hier nicht eigens dargestellten Ausführungsart kann man die Leiterschleife aus der Fig. 2 sogar noch auf den geradlinigen Mittelteil 22 reduzieren. Auch hierbei liegt der geradlinige Stromleiter 22 während des Magnetisierungsvorganges entlang der gewünschten Polteilung 3' an der Oberseite 2' des Magneten an. Diese einfachste Form für die Stromschleife wird dann allerdings mit einer schlechteren Homogenität bei der Magnetisierung erkauft. Another embodiment of the magnetization device is shown in FIG. 2. This is a one-piece magnetization loop, which is characterized by an even simpler structure. It consists of the supply lines 20 and 21 and the actual conductor loop, which is formed from the rectilinear central part 22 and from a first and a second semicircularly curved section 23 and 24 , respectively. The arrows 25 and 26 again symbolize the current direction during the magnetization process. In a further embodiment, which is not specifically shown here, the conductor loop from FIG. 2 can even be reduced to the straight central part 22 . Here, too, the rectilinear current conductor 22 bears against the upper side 2 'of the magnet along the desired pole pitch 3 ' during the magnetization process. However, this simplest form for the current loop is then bought with a poorer homogeneity in the magnetization.

Claims

1. Magnet control unit for magnetoresistive angle of rotation sensors, with a multi-pole axially magnetized permanent magnet, with the magnet in contact with the ferromagnetic return plate and a magnetic carrier made of plastic, to which the magnet and the return plate are attached, characterized in that the magnet ( 2 ) has the shape has a circular disc that the magnet ( 2 ) is bipolar ( 3 , 4 ) magnetized and that the return plate ( 5 ) and the magnet ( 2 ) are mounted in the magnet carrier ( 6 ) so that the top ( 2 ') of the magnet ( 2 ) flush with the top ( 6 ') of the magnet carrier ( 6 ).

2. Magnet control unit according to claim 1, characterized in that the magnet carrier ( 6 ) is made of sprayable plastic and that the magnet ( 2 ) and the yoke plate ( 5 ) are injected as inserts in the magnet carrier.

3. Magnet control unit according to claim 2, characterized in that the outer surface of the yoke plate ( 5 ) and / or the magnet structures, for. B. is corrugated.

4. Magnet control unit according to one of claims 1 to 3, characterized in that the magnet ( 2 ) is a ceramic sintered magnet.

5. Magnet control unit according to one of claims 1 to 4, characterized in that the back plate ( 5 ) is a soft magnetic circular disc.

6. A method for producing a magnetic control unit according to one or more of claims 1 to 5, characterized by the following steps:

- Injection molding around a hard magnetizable disk ( 2 ) and a ferromagnetic disk ( 5 ) in direct contact therewith;

- Bring magnetizing coils ( 8 , 9 , 10 ) to the top ( 2 ') of the magnetizable disk; and

- Switching on a magnetization current for two-pole, axial magnetization of the magnetizable disc ( 2 ).

7. A method for producing a magnetic control unit according to one or more of claims 1 to 5 characterized by the following steps:

- Bringing a magnetization loop consisting of the feed lines ( 20 , 21 ) and the sections ( 22 , 23 , 24 ) to the top ( 2 ') of the magnetizable disk; and

8. A method for producing a magnetic control unit according to one or more of claims 1 to 5, characterized by the following steps:

- Bringing a rectilinear current conductor for the purpose of magnetization, consisting of the two feed lines ( 20 , 21 ) and a central section ( 22 ) directly connected to the two feed lines to the top ( 2 ') of the magnetizable disk; and