DE10141371A1

DE10141371A1 - Magnetoresistive Sensoreinrichtung

Info

Publication number: DE10141371A1
Application number: DE10141371A
Authority: DE
Inventors: Reinhard Buchhold
Original assignee: Philips Corporate Intellectual Property GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 2001-08-23
Filing date: 2001-08-23
Publication date: 2003-03-13
Also published as: US7112955B2; EP1421398A1; US20040201377A1; WO2003019217A1; JP2005501265A

Abstract

Um eine magnetoresistive Sensoreinrichtung mit wenigstens einem Sensorelement zum Messen eines Magnetfeldes und einen dem Sensorelement zugeordneten Magneten zu schaffen, die einfach aufgebaut ist und bei der ein nachträgliches Trimmen zum Ausgleich eines Offsets entbehrlich ist, ist vorgesehen, daß der Magnet (14) Strukturen (18) aufweist, die zu einer senkrechten Führung von Magnetflußlinien (25) aus dem Stützmagneten (14) in Sensierrichtung (y-Richtung) zumindest im sensitiven Bereich (26) der Sensoreinrichtung (100) führen.

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine magnetoresistive Sensoreinrichtung mit wenigstens einem Sensorelement zum Messen eines Magnetfeldes und einem dem Sensorelement zugeordneten Stützmagneten.

Stand der Technik

Es ist bekannt, magnetoresistive Sensoreinrichtungen als Näherungssensor, Bewegungssensor oder Positionssensor einzusetzen. Hierbei wird ein externes Magnetfeld ausgenutzt, das bei Positionsänderung des zu detektierenden Objektes relativ zur Quelle des externen Magnetfeldes ein proportionales Spannungssignal des Sensorelementes hervorruft. Anwendung finden derartige magnetoresistive Sensoreinrichtungen beispielsweise bei der Detektion von Referenzmarken bei der Messung eines Kurbelwellenwinkels.
Die das Magnetfeld messenden Sensorelemente arbeiten üblicherweise nicht im Bereich ihrer Sättigung und beruhen auf dem Prinzip des anisotropen magnetoresistiven Effektes. Daher ist bekannt, diesen Sensorelementen ein die Übertragungskennlinie stabilisierendes magnetisches Feld zu überlagern, das üblicherweise durch einen dem Sensorelement zugeordneten Stützmagneten erfolgt. Im Falle passiver, ferromagnetischer zu detektierender Objekte kommt dem Magneten weiterhin die Aufgabe zu, ein Arbeitsfeld zur Verfügung zu stellen, dessen Änderung unter dem Einfluß des Objektes detektiert wird. Hierbei befinden sich Magnet und Sensorelement in einer definierten festen Position zueinander. Bekannt ist, daß schon geringfügige Positioniertoleranzen zwischen Sensorelement und Magneten in sensitiver Richtung zu einem Offset der Kennlinie des Sensorelementes führen. Dieser Offset der Kennlinie muss durch nachträgliches Trimmen der magnetoresistiven Sensoreinrichtung kompensiert werden.

Darstellung der Erfindung, Aufgabe, Lösung, Vorteile

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine magnetoresistive Sensoreinrichtung zu schaffen, die einfach aufgebaut ist und bei der ein nachträgliches Trimmen zum Ausgleich eines Offsets entbehrlich ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine magnetoresistive Sensoreinrichtung mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst. Dadurch, daß der Magnet Strukturen aufweist, vorzugsweise an seiner dem wenigstens einen Sensorelement zugeordneten Oberfläche, die zu einer senkrechten Führung von Magnetflußlinien im sensitiven Bereich führen, wird vorteilhaft erreicht, daß in der Positionierebene zwischen Sensorelement und Magnet in sensitiver Richtung lediglich minimale magnetische Felder auftreten, die zu einem Offset der Kennlinie des Sensorelementes führen könnten. Somit wird bei Einsatz der erfindungsgemäßen Stützmagnete ein nachträgliches Trimmen der magnetoresistiven Sensoreinrichtung nicht erforderlich.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Strukturen derart gestaltet sind, daß im Sensorbereich eine senkrechte Führung der Magnetflußlinien des Magneten in Bezug auf die Positionierebene erhalten wird. Hierdurch können besonders optimal minimale magnetische Felder in der sensitiven Richtung der Positionierebene erreicht werden.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Oberflächenstrukturen von muldenartigen Vertiefungen des Magneten gebildet werden, in denen das wenigstens eine Sensorelement angeordnet ist. Nach bevorzugten Ausgestaltungen werden die muldenartigen Vertiefungen von ebenen Flächen oder zur Positionierebene verlaufenden konkaven Flächen gebildet. Durch eine derartige Ausgestaltung wird in einfacher Weise erreicht, daß im Positionierbereich des Sensorelementes in der Positionierebene liegende magnetische Felder besonders optimal minimiert werden können.
Durch die erfindungsgemäßen Ausgestaltungen kann neben der Einsparung des magnetischen Trimmens der magnetoresistiven Sensoreinrichtung die Verwendung anisotroper Magnetwerkstoffe für den Magneten erfolgen. Diese zeichnen sich durch eine hohe magnetische Langzeitstabilität aus. Schließlich wird durch das Entfallen des Trimmens, und somit eines etwaigen Trimmfehlers, die Meßgenauigkeit der magnetoresistiven Sensoreinrichtung erhöht.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 und 2 schematische Ansichten einer magnetoresistiven Sensoreinrichtung in Drauf und Seitenansicht;
Fig. 3 bis 6 verschiedene schematische Perspektivansichten von erfindungsgemäßen Sensoreinrichtungen und
Fig. 7 eine Magnetfeldverteilung des erfindungsgemäßen Stützmagneten gemäß Fig. 3.

Bester Weg zur Ausführung der Erfindung

In den Fig. 1 und 2 ist jeweils eine magnetoresistive Sensoreinrichtung 100 gezeigt. Die Sensoreinrichtung 100 umfaßt wenigstens ein Sensorelement 12, dem ein Magnet 14 zugeordnet ist. Sensorelement 12 und Magnet 14 sind auf geeignete Weise kraftschlüssig miteinander verbunden, beispielsweise verklebt. Im Sinne der Erfindung wird unter Sensorelement 12 ein Sensorchip verstanden, der gegebenenfalls mehrere, beispielsweise in Brückenschaltung verschaltete, magnetoresistive Bereiche (Widerstände) umfaßt. Ferner kann der Sensorchip integrierte elektronische Bauelemente zur Auswertung der Sensorsignale enthalten.
In den Figuren ist zur Verdeutlichung jeweils ein Koordinatensystem eingetragen. Hierbei wird in den Fig. 1 und 2 deutlich, daß sich eine x/y-Ebene parallel zu einer Oberfläche 16 des Magneten 14 erstreckt. Die Oberfläche 16 bildet gleichzeitig die Positionierebene für das Sensorelement 12 an dem Stützmagneten 14. Eine x/z-Ebene spannt sich senkrecht zur Oberfläche 16 auf, in der der Magnetisierungsvektor des Magneten liegt. Eine y/z- Ebene spannt sich ebenfalls senkrecht zur Oberfläche 16, jedoch um 90° gedreht zur x/z- Ebene, auf.
Die sensitive Richtung der Sensoreinrichtung 100 ist die y-Richtung. Das heißt, bei Annäherung eines externen Magnetfeldes, beispielsweise durch einen Referenzmagneten bei der Messung eines Kurbelwellenwinkels, wird dieser in y-Richtung an der Sensoreinrichtung 100 vorbeibewegt. So kann die Annäherung und die momentane Position des Referenzmagneten und somit beispielsweise die Position der Kurbelwelle detektiert werden.
In den Fig. 3 bis 6 sind vier verschiedene Ausführungsvarianten des Magneten 14 gezeigt. Hierbei wird deutlich, daß die Oberfläche 16 Strukturen 18 aufweist, die im wesentlichen von wannenförmigen Vertiefungen 20 gebildet sind. Gemäß dem Ausführungsbeispiel in Fig. 3 besitzt die wannenförmige Vertiefung 20 eine ebene Grundfläche 22, auf der das Sensorelement 12 angeordnet ist. Gemäß dem Ausführungsbeispiel in Fig. 4 ist die Fläche 22 mit einer podestartigen Erhöhung 24 versehen, auf der das Sensorelement 12 angeordnet ist.
Fig. 5 zeigt eine Ausführungsvariante, bei der der Magnet 14 in Bezug auf das Sensorelement 12 eine konvexe symmetrische Form aufweist, wobei die Oberfläche 22 in y-Richtung konvex verläuft. Im Bereich des Sensorchips 12 ist die Oberfläche 22 jedoch eben ausgebildet. Eine analoge Ausführungsvariante ist in Fig. 6 dargestellt, wobei hier die Oberfläche 22 in x-Richtung konvex verläuft. Ferner ist hier der Stützmagnet 14 in x-Richtung keilförmig ausgebildet.
Die dargestellten Ausführungsbeispiele erheben keinen Anspruch auf Vollständigkeit. So sind selbstverständlich anders gewählte Strukturen der Magnete 14 denkbar, wenn durch diese erreicht wird, daß die Magnetflußlinien 25 des Magneten 14 senkrecht zur Oberfläche 16, das heißt senkrecht zur x/y-Ebene, im Bereich des Sensorelementes 12 aus dem Magneten 14 herausgeführt werden.
Beispielhaft ist dies in Fig. 7 anhand des in Fig. 3 dargestellten Magneten 14 dargestellt. Schematisch ist eine Schnittdarstellung des Magneten 14 mit der die Struktur 18 bildenden Vertiefung 20 dargestellt. Gemäß dieser Darstellung fällt die Papierebene mit der y/z-Ebene zusammen. Es wird deutlich, daß durch die Vertiefung 20 die Magnetflußlinien 25außerhalb des Magneten 14 so abgelenkt werden, daß im sensitiven Bereich 26, also in dem Bereich, in dem das Sensorelement 12 angeordnet ist, die Magnetflußlinien 25 im wesentlichen senkrecht zur Oberfläche 16 ohne Auslenkung in y-Richtung austreten. Hierdurch kommt es nur zu einem minimalen magnetischen Feld H_y im sensitiven Bereich 26. Dieses somit quasi nicht vorhandene magnetische Feld H_y kann somit nicht zu einem Offset des Sensorelementes 12 in dessen Sensierrichtung, also in y-Richtung, führen. BEZUGSZEICHENLISTE 100 Sensoreinrichtung
12 Sensorelement
14 Stützmagnet
16 Oberfläche
18 Struktur
20 Vertiefung
22 Oberfläche
24 podestartige Erhöhung
25 Magnetflusslinien
26 sensitiver Bereich

Claims

1. Magnetoresistive Sensoreinrichtung mit wenigstens einem Sensorelement zum Messen eines Magnetfeldes und einem dem Sensorelement zugeordneten Magneten, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet (14) Strukturen (18) aufweist, die zu einer senkrechten Führung von Magnetflusslinien (25) aus dem Magneten (14) in Sensierrichtung (y-Richtung) zumindest im sensitiven Bereich (26) der Sensoreinrichtung (100) führen.

2. Magnetoresistive Sensoreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strukturen (18) in einer dem wenigstens einen Sensorelement (12) zugewandten Oberfläche (16) ausgebildet sind.

3. Magnetoresistive Sensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im sensitiven Bereich (26) die senkrechte Führung der Magnetflußlinien (25) in Bezug auf die Oberfläche (Positionierebene) (16) erfolgt.

4. Magnetoresistive Sensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche (16) eine muldenförmige Vertiefung (20) aufweist, in der das Sensorelement (12) angeordnet ist.

5. Magnetoresistive Sensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefung (20) eine ebene Grundfläche (22) aufweist.

6. Magnetoresistive Sensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundfläche (22) eine podestartige Erhöhung (24) zur Aufnahme des Sensorelementes (12) ausbildet.

7. Magnetoresistive Sensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefung (20) eine konkave Form besitzt.

8. Magnetoresistive Sensoreinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die konkave Form in y-Richtung verläuft.

9. Magnetoresistive Sensoreinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die konkave Form in x-Richtung verläuft.

10. Magnetoresistive Sensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet (14) insgesamt konkav zur Oberfläche (16) ausgebildet ist.

11. Magnetoresistive Sensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützmagnet (14) eine Keilform besitzt.