DE102005015822A1

DE102005015822A1 - Sensoranordnung

Info

Publication number: DE102005015822A1
Application number: DE102005015822A
Authority: DE
Inventors: Tobias Werth
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2005-04-06
Filing date: 2005-04-06
Publication date: 2006-10-12
Anticipated expiration: 2025-04-07
Also published as: DE102005015822B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung mit wenigstens zwei Magnetfeldsensoren (3, 4), die zwischen einem ein Kodiermuster aufweisenden ersten Element (1) und einem von diesem beabstandeten zweiten Element (2) angeordnet sind und bei der das zweite Element (2) auf seiner dem ersten Element (1) zugewandten Seite (21) eine Vertiefung (20) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung mit wenigstens zwei Magnetfeldsensoren, die zwischen einem ein Kodiermuster aufweisenden ersten Element und einem von diesem beabstandeten zweiten Element angeordnet sind. Derartige Sensoranordnungen werden beispielsweise bei Drehwinkel- oder Drehgeschwindigkeitsgebern eingesetzt.

1 zeigt eine solche Anordnung mit einem ersten Element 1 und einem von diesem beabstandeten zweiten Element 2. Das erste Element 1 ist als Zahnrad ausgebildet und weist Zähne 11 sowie zwischen den Zähnen angeordnete Lücken 12 auf. Durch die Breiten der Zähne 11 sowie der Lücken 12 ist ein Kodiermuster festgelegt. Das erste Element 1 stellt somit ein Kodierrad dar.

Auf der dem ersten Element 1 abgewandten Seite des zweiten Elements ist ein Magnet 7 angeordnet, dessen Magnetfeld sich insbesondere bis in den Zwischenraum zwischen dem ersten Element 1 und dem zweiten Element 2 erstreckt. Das zweite Element dient zur Homogenisierung des Magnetfeldes. Bei einer Drehung des ersten Elements gegenüber dem zweiten Element kommt es in diesem Zwischenraum zu einer Veränderung des Magnetfelds, was mittels Magnetfeldsensoren 3, 4, die zwischen dem ersten Element 1 und dem zweiten Element 2 angeordnet sind, detektiert werden kann.

Bei derartigen Anordnungen ist es generell von Vorteil, wenn die Magnetfeldlinien im Bereich zwischen dem ersten Element 1 und dem zweiten Element 2 möglichst parallel und senkrecht zu der Ebene verlaufen, in der die Magnetfeldsensoren 3, 4 angeordnet sind. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Magnetfeldsensoren 3, 4 als GMR- oder TMR-Sensoren ausgebildet sind, weil solche Sensoren bei zu hohen Querkomponenten des Magnetfeldes in einem Sättigungsbereich betrieben werden. GMR-Sensoren basieren auf dem gigantischen magnetoresistiven Effekt, TMR-Sensoren auf dem tunnel-mangnetoresistiven Effekt und verändern ihren elektrischen Widerstand in Abhängigkeit von einem äußeren Magnetfeld.

2 zeigt beispielhaft einen typischen Verlauf des elektrischen Widerstandes R eines GMR-Sensors in Abhängigkeit von der Querkomponente Bx eines in x-Richtung gemäß 1 zwischen dem ersten Element 1 und dem zweiten Element 2 vorliegenden Magnetfelds.

Daraus ist ersichtlich, dass sich der elektrische Widerstand R eines GMR-Sensors je nach äußerem magnetischen Feld zwischen einem minimalen Widerstand Rmin und einem maximalen Widerstand Rmax des GMR-Sensors verändern kann.

Bei betragsmäßig hohen Querkomponenten Bx des Magnetfeldes kann es vorkommen, dass der GMR-Sensor in einem der Sättigungsbereiche 31 oder 33 betrieben wird, so dass eine durch eine Drehung des ersten Elements 1 in Bezug auf das zweite Element 2 verursachte Änderung des Magnetfeldes keine signifikante Änderung des elektrischen Widerstandes R des GMR-Sensors bewirkt. Eine zufriedenstellende Funktion des GMR-Sensors ist lediglich in einem Anisotropiebereich 32 möglich, der zwischen den Sättigungsbereichen 31 und 33 liegt.

Auch TMR-Sensoren zeigen bei betragsmäßig hohen Querkomponenten des Magnetfeldes den beschriebenen Sättigungseffekt, so dass die Aussagen in entsprechender Weise auch für sie zutreffen.

3 zeigt den Verlauf des von einem Magneten 7 ausgehendem Magnetfeldes anhand von Magnetfeldlinien 8. Die Anordnung entspricht der Anordnung gemäß 1, allerdings ist das erste Element 1 nicht dargestellt.

In dem gestrichelt dargestellten Bereich 10 liegt ein Magnetfeld vor, dessen x-Komponente Bx im Anisotropiebereich 32 gemäß 2 liegt. Dabei kann es wie dargestellt vorkommen, dass die Magnetfeldsensoren 3, 4 je nach ihrer Anordnung in unerwünschter Weise außerhalb des Anisotropiebereiches betrieben werden.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Sensoranordnung der eingangs genannten Art bereitzustellen, bei dem das Magnetfeld in dem Bereich der Magnetfeldsensoren einen möglichst parallelen Verlauf aufweist.

Diese Aufgabe wird durch eine Sensoranordnung gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Die erfindungsgemäße Sensoranordnung umfasst wenigstens zwei Magnetfeldsensoren, die zwischen einem ein Kodiermuster aufweisenden ersten Element und einem von diesem beabstandeten zweiten Element angeordnet sind, wobei das zweite Element auf seiner dem ersten Element zugewandten Seite eine Vertiefung aufweist.

Durch die Vertiefung wird das Magnetfeld zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element derart verändert, dass sich der Raumbereich, in dem das Magnetfeld einen im wesentlichen offsetfreien Betrieb der Magnetfeldsensoren zulässt, im Vergleich zu derselben Anordnung, jedoch ohne die Vertiefung, vergrößert.

Das zweite Element weist vorzugsweise ein ferromagnetisches Material auf oder ist aus einem ferromagnetischen Material, z.B. Stahl, gebildet.

Gemäß bevorzugten Ausführungsformen kann die Vertiefung einen Querschnitt aufweisen, der v-förmig ausgebildet ist oder der dem Querschnitt eines Kegelstumpfes oder dem Querschnitt eines Kreisabschnitts entspricht.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Vertiefung dabei vorzugsweise als Graben ausgebildet, der, bevorzugt geradlinig, in einer vorgegebenen Richtung verläuft. Dabei ist der Graben vorzugsweise spiegelsymmetrisch zu einer Symmetrieebene ausgebildet.

Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform kann die Vertiefung auch rotationssymmetrisch um eine Rotationsachse ausgebildet sein.

Der Verlauf des Magnetfeldes im Bereich zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element ist insbesondere durch den Quotienten von der maximalen Tiefe des Grabens zu dessen Breite bestimmt. Dieser Quotient ist vorzugsweise größer als 0,08 und kleiner als 0,3.

Das erste magnetische Element kann als Zahnrad oder als Zahnstange. Im Falle eines Zahnrades oder einer Zahnstange ist es vorteilhaft, wenn auf der dem zweiten Element abgewandten Seite des ersten Elements ein Magnet angeordnet ist. Als Magnetfeldsensoren können beliebige Sensoren wie z.B. Hall-Sensoren eingesetzt werden. Besonders bevorzugt werden jedoch GMR-Sensoren oder TMR-Sensoren verwendet.

In dem im Raumbereich, in dem das Magnetfeld einen im Wesentlichen offsetfreien Betrieb von Magnetfeldsensoren zulässt, können einer oder mehrere Magnetfeldsensoren angeordnet werden, um beispielsweise die Bewegungsrichtung eines als Zahnstange oder die Drehrichtung eines als Geberrad ausgebildeten ersten Elementes zu ermitteln.

Mit einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung lässt sich in vorteilhafter Weise ein Positionsgeber, ein Winkelgeber, ein Geschwindigkeitsgeber oder eine Drehgeschwindigkeitsgeber realisieren.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf Figuren näher erläutert. In den Figuren zeigen
1 einen Querschnitt durch eine Sensoranordnung gemäß dem Stand der Technik mit einem ersten Element und einem zweiten Element, zwischen denen Magnetfeldsensoren angeordnet sind, sowie mit einem Magneten, der auf der dem ersten Element abgewandten Seite des zweiten Elementes angeordnet ist,
2 eine Kennlinie eines GMR-Sensors gemäß dem Stand der Technik,
3 den Verlauf des Magnetfeldes bei der Sensoranordnung gemäß 1, wobei das erste Element nicht dargestellt ist,
4 den Verlauf des Magnetfeldes einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung, bei das zweite Element auf seiner dem ersten Element und den Magnetfeldsensoren zugewandten Seite eine Vertiefung aufweist,
5 eine perspektivische Ansicht eines zweiten Elementes mit einer grabenförmig ausgebildeten Vertiefung, die einen v-förmigen Querschnitt aufweist und auf deren der Vertiefung abgewandten Seite ein Magnet angeordnet ist,
6a eine erfindungsgemäße Sensoranordnung, bei vier auf einem Träger angeordnete Magnetfeldsensoren zwischen der Anordnung gemäß 5 und einem als Zahnrad ausgebildeten ersten Element angeordnet ist, wobei die Vertiefung des zweiten Elements dem ersten Element zugewandt ist,
6b eine erfindungsgemäße Sensoranordnung entsprechend 6a, wobei die grabenförmige Vertiefung einen Querschnitt aufweist, der einem Kreisabschnitt entspricht,
7 eine Draufsicht auf vier auf einem Träger angeordnete Magnetfeldsensoren, die zu einer Wheatstoneschen Brücke verschaltet sind,
8a eine perspektivische Ansicht eines zweiten Elements, bei dem die Vertiefung als Graben ausgebildet ist und einen v-förmigen Querschnitt aufweist,
8b eine perspektivische Ansicht eines zweiten Elements, bei dem die Vertiefung als Graben ausgebildet ist und einen Querschnitt aufweist, der dem Querschnitt eines Kreiskegelstumpfes entspricht,
8c eine perspektivische Ansicht eines zweiten Elements, bei dem die Vertiefung als Graben ausgebildet ist und einen Querschnitt aufweist, der einem Kreisabschnitt entspricht,
9a eine perspektivische Ansicht eines zweiten Elements, bei dem die Vertiefung als Kreiskegel ausgebildet ist und einen v-förmigen Querschnitt aufweist,
9b eine perspektivische Ansicht eines zweiten Elements, bei dem die Vertiefung als Kreiskegelstumpf ausgebildet ist,
9c eine perspektivische Ansicht eines zweiten Elements, bei dem die Vertiefung als Abschnitt einer Kugel ausgebildet ist und einen Querschnitt aufweist, der einem Kreisabschnitt entspricht,
10a einen Querschnitt durch das zweite Element gemäß 8a in einer senkrecht zur Verlaufsrichtung des Grabens angeordneten Schnittebene bzw. einen Querschnitt durch das zweite Element gemäß 9a in einer Schnittebene, die die Symmetrieachse enthält,
10b einen Querschnitt durch das zweite Element gemäß 8b in einer senkrecht zur Verlaufsrichtung des Grabens angeordneten Schnittebene bzw. einen Querschnitt durch das zweite Element gemäß 9b in einer Schnittebene, die die Symmetrieachse enthält,
10c einen Querschnitt durch das zweite Element gemäß 8c in einer senkrecht zur Verlaufsrichtung des Grabens angeordneten Schnittebene bzw. einen Querschnitt durch das zweite Element gemäß 9c in einer Schnittebene, die die Symmetrieachse enthält,
11 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Sensoranordnung gemäß 6a in einer zu deren x-z-Ebene parallelen Schnittebene,
12 einen Querschnitt durch eine Sensoranordnung entsprechend 11, wobei das erste Element als Zahnstange ausgebildet ist,
13 einen Querschnitt durch ein zweites Element, das eine v-förmige Vertiefung aufweist, sowie durch Magnetfeldsensoren, die in einem von dem zweiten Element beabstandeten Sensorgehäuse angeordnet sind, und
14 die Anordnung gemäß 13, bei der das Sensorgehäuse im Bereich der Vertiefung formschlüssig an dem zweiten Element anliegt.
In den Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben, gleiche Bezugszeichen gleiche Teile mit gleicher Bedeutung.
4 zeigt eine Anordnung mit einem zweiten Element 2, das auf seiner den Magnetfeldsensoren 3, 4 zugewandten Seite eine Vertiefung 20 aufweist. Auf der den Magnetfeldsensoren 3, 4 abgewandten Seite des zweiten Elements 2 ist ein Magnet 7 angeordnet.
Durch die in dem zweiten Element 2 ausgebildete Vertiefung 20 kommt es im Vergleich zu der Anordnung gemäß 3 zu einer Veränderung des Verlaufs des magnetischen Feldes im Bereich der Magnetfeldsensoren 3, 4. Innerhalb des gestrichelt dargestellten Bereichs 10 verlaufen die Magnetfeldlinien 8 in guter Näherung parallel zueinander sowie senkrecht zur Ebene des Trägers 9 der Magnetfeldsensoren 3, 4.
Die in 4 dargestellte Vertiefung 20 des zweiten Elements 2 weist einen v-förmigen Querschnitt auf. Die Vertiefung 20 kann insbesondere als Graben ausgebildet sein.
5 zeigt eine im Vergleich zu 4 auf den Kopf gestellte perspektivische Ansicht eines Magneten 7 und eines zweiten Elements 2, das eine solche grabenartige Vertiefung 20 aufweist, wobei der Graben in der y-Richtung verläuft und in allen zur Grabenverlaufsrichtung senkrechten Ebenen einen, vorzugsweise denselben, v-förmigen Querschnitt aufweist.
6a zeigt die Anordnung gemäß 5, die beabstandet zu einem als Zahnrad ausgebildeten ersten Element 1 derart angeordnet ist, dass die grabenförmige Vertiefung dem ersten Element 1 zugewandt ist. Zwischen dem ersten Element 1 und dem zweiten Element 2 befindet sich ein Träger 9, auf dem vier Magnetfeldsensoren 3, 4, 5, 6 angeordnet sind. Die Magnetfeldsensoren 3, 4, 5, 6 sind bevorzugt als GMR- oder TMR-Sensoren ausgebildet und weisen eine langgestreckte Form auf. Jeweils zwei der Magnetfeldsensoren 3 und 5 bzw. 4 und 6 sind in Richtung ihrer Längsachsen hintereinander angeordnet und bilden jeweils ein Paar. Die beiden Paare 3, 5 bzw. 4, 6 sind in der x-Richtung voneinander beabstandet auf dem Träger 9 angeordnet.
Eine ähnliche Anordnung zeigt 6b, wobei hier das zweite Element 2 im Gegensatz zu dem zweiten Element 2 gemäß 6a eine Querschnittsfläche aufweist, die einem Kreisabschnitt entspricht.
7 zeigt eine Draufsicht auf den Träger 9 mit den darauf angeordneten Magnetfeldsensoren 3, 4, 5, 6. Die Magnetfeldsensoren 3, 4, 5, 6 sind zu einer Wheatstone'schen Brücke verschaltet, die mit einer Versorgungsspannung UB versorgt wird und die eine Ausgangsspannung Uout bereitstellt.
Die Magnetfeldsensoren 3 und 5 sowie die Magnetfeldsensoren 4 und 6 bilden jeweils ein Paar, wobei die Magnetfeldsensoren eines Paares 3, 5 bzw. 4, 6 in Richtung ihrer Längsachse hintereinander angeordnet sind. Die Längsachsen der Magnetfeldsensoren 3, 4, 5, 6 sind vorzugsweise parallel zueinander ausgerichtet. Die beiden Magnetfeldsensorpaare 3, 5 und 4, 6 weisen in der x-Richtung einen Abstand d auf. Dieser Abstand d ist vorzugsweise kleiner gewählt als die Breite b der Vertiefung in der x-Richtung.
Mittels eines oder mehrerer weiterer Magnetfeldsensoren, die in der x-Richtung zwischen den Magnetfeldsensoren 3, 5 und 4, 6 angeordnet sind, lässt sich mit einer geeigneten Auswertung der Magnetfeldsensorsignale eine Aussage darüber treffen, in welche Richtung sich das erste Element 1 in der x-Richtung gegenüber dem zweiten Element 2 verschiebt bzw. in welche Richtung sich das erste Element 1 um eine zu der y-Richtung parallele Drehachse dreht.
In den 8a, 8b und 8c sind verschiedene bevorzugte Ausführungsformen einer in einem zweiten Element 2 ausgebildeten Vertiefung 20 dargestellt. Alle Vertiefungen 20 gemäß den 8a, 8b, 8c sind als Graben ausgebildet, d.h. sie weisen eine Längsachse auf. Bei den Ausführungsbeispielen gemäß den 8a, 8b und 8c verläuft diese Längsachse in der y-Richtung. Die grabenartige Vertiefung 20 weist vorzugsweise in allen zu ihrer Längsachse senkrechten Schnittebenen den selben Querschnitt auf.
Das zweite Element 2 gemäß 8a weist eine grabenförmige Vertiefung 20 mit v-förmigem Querschnitt auf. 8b zeigt ein zweites Element 2, dessen grabenförmige Vertiefung 20 einen Querschnitt aufweist, der einem Querschnitt eines Kegelstumpfes entspricht. Das zweite Element 2 gemäß 8c zeigt ebenfalls eine grabenförmige Vertiefung 20 mit einer Querschnittsfläche, die einem Kreisabschnitt entspricht.
Anstelle einer grabenförmigen Vertiefung kann das zweite Element 2 auch eine Vertiefung mit Rotationssymmetrie aufweisen. Die 9a, 9b, 9c zeigen zweite Elemente 2 mit Vertiefungen 20, die in Bezug auf eine Rotationsachse A rotationssymmetrisch ausgebildet sind. Die Rotationsachse A verläuft vorzugsweise parallel zur z-Achse gemäß den 4, 6a und 6b, und damit senkrecht zur Ebene des Trägers 9 bzw. senkrecht zur Ebene der Magnetfeldsensoren 3, 4, 5, 6 gemäß den 6a, 6b und 7.
Jede der Vertiefungen 20 gemäß den 9a, 9b und 9c weist in Folge der vorliegenden Rotationssymmetrie in jeder durch die Rotationsachse A verlaufenden Schnittebene den selben Querschnitt auf. Die Vertiefung 20 gemäß 9a besitzt die Form eines Kreiskegels. Die Vertiefung 20 des zweiten Elements 2 gemäß 9b weist die Form eines Kreiskegel stumpfes auf, die Vertiefung 20 gemäß 9c die Form eines Kugelabschnittes.
10a zeigt einen Querschnitt durch ein zweites Element 2 mit einer v-förmigen Vertiefung 20. Der Querschnitt gemäß 10a entspricht einem beliebigen Querschnitt durch das zweite Element 2 gemäß 8a in einer zur y-Achse und damit zur Grabenachse senkrechten Schnittebene.
Der Querschnitt gemäß 10a entspricht ebenso einem Querschnitt durch das zweite Element 2 gemäß 9a in einer beliebigen, die Rotationsachse A enthaltenden Schnittebene.
Entsprechend zeigt 10b einen Querschnitt durch ein zweites Element 2, dessen Vertiefung 20 einen Querschnitt aufweist, der einem Querschnitt eines Kegelstumpfes entspricht. Der Querschnitt gemäß 10b entspricht einem Querschnitt durch das zweite Element 2 gemäß 8b in einer beliebigen zur Längsachse der grabenförmigen Vertiefung 20 verlaufenden Schnittebene.
Der Querschnitt gemäß 10b zeigt ebenso einen Querschnitt durch das zweite Element 2 gemäß 9b in einer beliebigen, die Rotationsachse A enthaltenden Schnittebene.
Entsprechend zeigt 10c einen Querschnitt durch das zweite Element 2 gemäß 8c in einer senkrecht zur Längsachse der grabenförmigen Vertiefung verlaufenden Schnittebene. Der Querschnitt gemäß 10c entspricht ebenso einem Querschnitt durch eine beliebige, die Rotationsachse A enthaltende Schnittebene durch das zweite Element 2 gemäß 9c.
Jede der voranstehend betrachteten Vertiefungen 20 weist in der dargestellten Querschnittsebene eine Breite sowie eine maximale Tiefe auf. In den 10a bis 10c ist die Breite mit b und die maximale Tiefe mit t bezeichnet. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Quotient von der maximalen Tiefe t zur Breite b, insbesondere der Quotient von der maximalen Tiefe t zur Breite b in der x-Richtung, größer als 0,08 und kleiner als 0,3.
Besonders bevorzugt schließt die Oberfläche der Vertiefung am Rand der Vertiefung mit einem außerhalb der Vertiefung 20 angeordneten Abschnitt der dem ersten Element 1 zugewandten Seite 21 des zweiten Elements 2 einen Winkel α ein, der größer ist als 10°, kleiner als 30° und der bevorzugt etwa 20° beträgt.
11 zeigt einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Sensoranordnung mit einem ersten Element 1, das als Kodierrad ausgebildet ist und das Zähne 11 sowie zwischen den Zähnen 11 angeordnete Zwischenräume 12 aufweist. Die Kodierung ist durch die Breite der Zähne 11 sowie durch die Breite der Lücken 12 bestimmt.
Das zweite Element 2 ist von dem ersten Element 1 beabstandet und weist auf seiner dem ersten Element 1 zugewandten Seite 21 eine Vertiefung 20 auf. Das zweite Element 2 ist vorzugsweise entsprechend einem in den 4, 5, 6a, 6b, 8a bis 8c, 9a bis 9c oder 10a bis 10c beschriebenen zweiten Element 2 ausgebildet.
Zwischen dem ersten Element 1 und dem zweiten Element 2 sind als GMR- oder TMR-Sensoren ausgebildete Magnetfeldsensoren 3, 4 angeordnet. Auf der dem ersten Element 1 sowie den Magnetfeldsensoren 3, 4 abgewandten Seite des zweiten Elements 2 ist ein Magnet 7 angeordnet, der im Bereich der Magnetfeldsensoren 3, 4 ein Magnetfeld erzeugt, das sich bei einer Drehung des ersten Elements 1 gegenüber dem zweiten Element 2 in Abhängigkeit von dem durch die Zähne und die Lücken 12 festgelegten Kodiermuster ändert. Aus Gründen der Übersicht wurde in 11 auf eine Darstellung des Trägers für die Magnetfeldsensoren 3, 4 verzichtet.
Die beiden Magnetfeldsensoren 3, 4 können zu einer Halbbrücke verschaltet sein. Ebenso besteht die Möglichkeit, zwei weitere, in dieser Ansicht nicht erkennbare Magnetfeldsensoren vorzusehen, so dass eine Anordnung mit vier Magnetfeldsensoren entsteht, wie sie in den 6a, 6b und 7 gezeigt ist. Im Fall von vier Magnetfeldsensoren sind diese vorzugsweise zu einer Wheatstone'schen Brücke verschaltet.
Bei einer geeigneten Auswertung der elektrischen Widerstände der Magnetfeldsensoren 3, 4 kann somit ein Signal erzeugt werden, das den Drehwinkel des Kodierrades 1 und/oder dessen Winkelgeschwindigkeit in Bezug auf das zweite Element 2 repräsentiert.
Anhand der 13 und 14 ist eine vereinfachte, selbstjustierende Montage der Magnetfeldsensoren einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung dargestellt.
13 zeigt ein zweites Element 2, das entsprechend den zweiten Elementen 2 gemäß den 4, 5, 6a, 8a, 11 und 12 ausgebildet ist und das eine grabenartige Vertiefung 20 mit v-förmigem Querschnitt aufweist.
Auf einem Träger 9 befindliche Magnetfeldsensoren 3, 4 sind in einem Sensorgehäuse 14 angeordnet. Auf dem Träger 9 können weitere, in der vorliegenden Querschnittsdarstellung nicht erkennbare Magnetfeldsensoren angeordnet sein, wie dies aus 7 ersichtlich ist.
Der Träger 9 und alle darauf angeordneten Magnetfeldsensoren 3, 4 sind in einem Sensorgehäuse 14 untergebracht. Das Sensorgehäuse 14 kann z.B. aus einer Pressmasse gebildet sein, die den Träger 9 und/oder die Magnetfeldsensoren 3, 4 ganz oder teilweise umschließt.
Auf seiner der Vertiefung 20 des zweiten Elements 2 zugewandten Seite weist das Sensorgehäuse 14 einen Vorsprung 15 mit v-förmigem Querschnitt auf. Dieser v-förmige Vorsprung 15 ist derart ausgebildet, dass er zumindest teilweise formschlüssig an der v-förmigen Vertiefung 20 des zweiten Elements 2 anliegen kann, so dass sich zumindest in der x-Richtung, d.h. quer zur Längsrichtung der v-grabenförmigen Vertiefung 20 eine eindeutig definierte Lage der Sensoren 3, 4 in Bezug auf das zweite Element 2 bzw. dessen Vertiefung 20 ergibt.
Legt man das Sensorgehäuse 14 zusammen mit dem Träger 9 und den Magnetfeldsensoren 3, 4 mit seinem Vorsprung 15 in die v-förmige Vertiefung 20 des zweiten Elements 2, so nehmen das Sensorgehäuse 14 und damit die Magnetfeldsensoren 3, 4 in Bezug auf das zweite Element 2 und dessen Vertiefung 20 eine vorgegebene Position ein, was im Ergebnis in 14 dargestellt ist. Je nach Ausbildung des Gehäuses 14 liegt das Gehäuse im Bereich des Vorsprungs 15 ganz – oder wie nicht dargestellt – zumindest teilweise formschlüssig an dem zweiten Element 2 im Bereich der Vertiefung 20 an.
Das in den 13 und 14 dargestellte. Sensorgehäuse 14 weist des weiteren optionale Flanken 16, 17 auf, die außerhalb der Vertiefung 20 an der dem (nicht dargestellten) ersten Element zugewandten Seite 21 des zweiten Elements 2 anliegen.
Eine selbstjustierende Montage lässt sich in entsprechender Weise auch mit zweiten Elementen und Sensorgehäusen realisieren, die einen anderen als einen v-förmigen Querschnitt aufweisen. Mittels der optionalen Flanken 16, 17 des Sensorgehäuses 14 lässt sich selbst bei einer Vertiefung, deren Querschnitt dem Querschnitt dem eines Kreisabschnitts entspricht, eine definierte Positionierung der Magnetfeldsensoren 3, 4 in Bezug auf das zweite Element 2 bzw. dessen Vertiefung 20 realisieren.
Die Befestigung des Sensorgehäuses 14 am zweiten Element 2 kann durch Kapselung, Klebung oder Umschließung mit einer Pressmasse erfolgen.
Die selbstjustierende Einpassung in Bezug auf Sensorwinkel und Magnetfeldlinienrichtung ermöglicht einen zuverlässigen Betrieb der Magnetfeldsensoren in einem Raumbereich, in dem die das Magnetfeld keine oder nur eine vernachlässigbare x-Komponente aufweist, so dass die Magnetfeldsensoren im Wesentlichen offsetfrei betrieben werden können.
Bei allen voranstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Anordnungen können beliebige Magnetfeldsensoren in beliebiger Zahl eingesetzt werden. Bevorzugt werden dabei GMR- und/oder TMR-und/oder Hall-Sensoren verwendet.

1: Erstes Element
2: Zweites Element
3: Magnetfeldsensor
4: Magnetfeldsensor
5: Magnetfeldsensor
6: Magnetfeldsensor
7: Magnet
8: Magnetfeldlinie
9: Träger für Magnetfeldsensoren
10: Anisotropiebereich
11: Zahn
12: Lücke
14: Sensorgehäuse
15: Vorsprung des Sensorgehäuses
20: Vertiefung des zweiten Elements
21: dem ersten Element zugewandte Seite des zweiten Elements
31: Sättigungsbereich
32: Anisotropiebereich
33: Sättigungsbereich
b: maximale Breite der Vertiefung
d: Abstand der Magnetfeldsensorpaare
t: maximale Tiefe der Vertiefung
A: Rotationssymmetrieachse
UB: Versorgungsspannung der Brücke
Uout: Ausgangsspannung der Brücke
α: Winkel

Claims

Sensoranordnung mit wenigstens zwei Magnetfeldsensoren (3, 4), die zwischen einem ein Kodiermuster aufweisenden ersten Element (1) und einem von diesem beabstandeten zweiten Element (2) angeordnet sind und bei der das zweite Element (2) auf seiner dem ersten Element (1) zugewandten Seite (21) eine Vertiefung (20) aufweist.
Sensoranordnung nach Anspruch 1, bei der das zweite Element (2) ein ferromagnetisches Material aufweist oder aus einem ferromagnetischen Material gebildet ist.
Sensoranordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Vertiefung (20) einen V-förmigen Querschnitt aufweist.
Sensoranordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Vertiefung (20) einen Querschnitt aufweist, der einem Querschnitt eines Kegelstumpfes entspricht.
Sensoranordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Vertiefung (20) einen Querschnitt aufweist, der einem Kreisabschnitt entspricht.
Sensoranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Vertiefung (20) als Graben ausgebildet ist.
Sensoranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Vertiefung (20) rotationssymmetrisch ausgebildet ist.
Sensoranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Vertiefung (30) spiegelsymmetrisch zu einer Symmetrieebene ausgebildet ist.
Sensoranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Vertiefung (30) eine solche Breite (b) und eine solche maximale Tiefe (t) aufweist, dass der Quotient von maximaler Tiefe (t) zu Breite (b) kleiner ist als 0,3.
Sensoranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Vertiefung (20) eine solche Breite (b) und eine solche maximale Tiefe (t) aufweist, dass der Quotient Verhältnis von maximaler Tiefe (t) zu Breite (b) größer ist als 0,08.
Sensoranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der das erste Element (1) ein Zahnrad oder eine Zahnstange ist.
Sensoranordnung nach Anspruch 11, bei der auf der dem zweiten Element (2) abgewandten Seite des ersten Elements (1) ein Magnet (7) angeordnet ist.
Sensoranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der wenigstens einer der Magnetfeldsensoren (3, 4) ein GMR-Sensor oder ein TMR-Sensor ist.
Sensoranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, die als Positionsgeber oder als Winkelgeber ausgebildet ist.
Sensoranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, die als Geschwindigkeitsgeber oder Drehgeschwindigkeitsgeber ausgebildet ist.
Sensoranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die wenigstens zwei Sensoren (3, 4, 5, 6) in einem Sensorgehäuse (14) angeordnet sind, das einen Vorsprung (15) aufweist, der ganz oder wenigstens teilweise formschlüssig an dem zweiten Element (2) im Bereich der Vertiefung (20) anliegt.