DE102019113908A1

DE102019113908A1 - Verfahren und einrichtungen zur verwendung von multiturn-magnetsensoren mit erweiterten magnetfenstern

Info

Publication number: DE102019113908A1
Application number: DE102019113908.2A
Authority: DE
Inventors: Jochen Schmitt; Enda Joseph Nicholl
Original assignee: Analog Devices Global ULC
Current assignee: Analog Devices International ULC
Priority date: 2018-06-14
Filing date: 2019-05-24
Publication date: 2019-12-19
Also published as: JP6924796B2; US11614341B2; JP2021152542A; US20190383643A1; JP2019219392A

Abstract

Ein System weist einen Magnetsensor auf, der einen mit einer Anzahl von akkumulierten Drehungen eines Magnetzielobjekts assoziierten magnetischen Zustand speichern kann. Der Magnetsensor kann in Verbindung mit einem Magnetzielobjekt arbeiten. Das Magnetzielobjekt kann ein Magnetfeld erzeugen, das bei einigen Positionen unter ein magnetisches Fenster des Magnetsensors abfällt. Das Magnetzielobjekt kann ein Magnetfeld erzeugen, das innerhalb des magnetischen Fensters liegt, wenn benötigt, um den magnetischen Zustand des Sensors zu aktualisieren, um die akkumulierten Drehungen des Magnetzielobjekts zu verfolgen. Der Magnetsensor kann mit einer oder mehreren Domänenwänden initialisiert werden.

Description

GEBIET DER OFFENBARUNG
Die beschriebene Technologie betrifft Magnetsensoren und verwandte Systeme und Verfahren.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Drehzähler, die Winkel größer als 360° messen können, werden in einer Vielzahl von Anwendungen verwendet und werden oftmals als Multiturn-Zähler bezeichnet. Eine Umsetzung eines Multiturn-Zählers verwendet das Phänomen des Magnetowiderstands, bei dem ferromagnetische Schichten durch einen dünnen unmagnetischen Film getrennt sind. Ein Multiturn-Zähler auf Basis des Phänomens des Magnetowiderstands besitzt verschiedene wünschenswerte Eigenschaften. Es kann wünschenswert sein, dass die Stärke des Magnetfelds, das durch ein sich drehendes Magnetziel bzw. Magnetzielobjekt generiert und durch den Sensor erfasst wird, innerhalb eines relativ schmalen Magnetfensters bleibt. Falls die Stärke des Magnetfelds zu niedrig ist, ist der Sensor möglicherweise nicht in der Lage, die Drehung des Magnetziels bzw. Magnetzielobjekts ordnungsgemäß aufzuzeichnen. Falls umgekehrt die Stärke des Magnetfelds zu hoch ist, kann das Magnetfeld die durch den Sensor aufgezeichneten Daten vermischen. In jedem Fall kann dem Drehungszählwert von dem Sensor nicht länger vertraut werden. Die Differenz zwischen der kleinsten und größten annehmbaren Magnetfeldstärke kann als ein Magnetfenster bezeichnet werden.
Bei verschiedenen Anwendungen kann es schwierig sein, ein Magnetziel bzw. Magnetzielobjekt bereitzustellen, das ein Magnetfeld liefert, das für alle Drehwinkel des Ziels innerhalb des Magnetfensters bleibt. Als ein Beispiel können Anwendungen, wo das Magnetzielobjekt nicht am Ende einer Drehwelle angeordnet werden kann, unpraktisch große Magnetfenster beinhalten.
KURZE DARSTELLUNG DER OFFENBARUNG
Die in den Ansprüchen beschriebenen Innovationen besitzen jeweils mehrere Aspekte, wobei kein einzelner von ihnen alleine für seine erwünschten Attribute verantwortlich ist. Ohne Beschränkung des Schutzbereichs der Ansprüche werden einige herausragende Merkmale dieser Offenbarung nun kurz beschrieben.
Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Verfahren zum Aufzeichnen einer Anzahl von Drehungen mit einem Multiturn-Magnetsensor unter Verwendung eines erweiterten Magnetfensters. Das Verfahren weist auf: Anlegen eines Magnetfelds an den Multiturn-Magnetsensor, wobei das Magnetfeld aus einem Bereich herauszeigt, für den eine Domänenwandausbreitung (Englisch: domain wall propagation) in dem Multiturn-Magnetsensor erwartet wird, und wobei das Magnetfeld eine erste Stärke unter einem Bereich besitzt, für den sich Domänenwände vorhersagbar durch den Multiturn-Magnetsensor ausbreiten. Das Verfahren weist auf: während das Magnetfeld aus dem Bereich herauszeigt, Erhöhen der Stärke des Magnetfelds auf eine zweite Stärke innerhalb des Bereichs, für den sich Domänenwände vorhersagbar durch den Multiturn-Magnetsensor ausbreiten, und, während das Magnetfeld die zweite Stärke besitzt, Drehen bzw. Umkehren des Magnetfelds derart, dass der Magnetfeldvektor in den Bereich zeigt, um einen Zustand des Multiturn-Magnetsensors zu verstellen.
Das Verfahren kann aufweisen: Anlegen des Magnetfelds an den Multiturn-Magnetsensor mit einem Magnetziel (Magnetzielobjekt) und Drehen des Magnetziels (Magnetzielobjekts) relativ zu dem Multiturn-Magnetsensor oder lineares Parallelverschieben des Magnetziels (Magnetzielobjekts) relativ zu dem Multiturn-Magnetsensor.
Das Verfahren kann aufweisen: Anlegen, mit einem Initialisierungsmagneten getrennt von dem Magnetzielobjekt und an dem Multiturn-Magnetsensor, eines Initialisierungsmagnetfelds mit einer dritten Stärke, die innerhalb des Bereichs liegt, für den sich Domänenwände vorhersagbar durch den Multiturn-Magnetsensor ausbreiten, und Drehen des Initialisierungsmagnetfelds relativ zu dem Multiturn-Magnetsensor, um mindestens eine Domänenwand in dem Multiturn-Magnetsensor zu erzeugen.
Das Verfahren kann aufweisen: während das Magnetfeld aus dem Gebiet herauszeigt, Reduzieren des Magnetfelds auf eine dritte Stärke unterhalb eines Bereichs, für den eine etwaige Ausbreitung von Domänenwänden durch den Multiturn-Magnetsensor erwartet wird.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Multiturn-Magneterfassungssystem mit einem erweiterten Magnetfenster. Das Multiturn-Magneterfassungssystem weist einen Multiturn-Magnetsensor mit magnetoresistiven Elementen und ausgebildet zum Aufzeichnen einer Anzahl von Drehungen eines Magnetfelds auf Basis einer Domänenwandausbreitung durch den Multiturn-Magnetsensor auf, und ein Magnetzielobjekt ausgebildet zum Bewegen zwischen einer ersten Position relativ zu dem Multiturn-Magnetsensor und einer zweiten Position relativ zu dem Multiturn-Magnetsensor. Das Magnetzielobjekt kann derart ausgebildet sein, dass in der ersten Position das Magnetzielobjekt ausgebildet ist zum Anlegen des Magnetfelds mit einer ersten Stärke an den ersten Multiturn-Magnetsensor, wobei die erste Stärke unter einem Bereich liegt, für den sich Domänenwände vorhersagbar durch den Multiturn-Magnetsensor ausbreiten, und in der zweiten Position das Magnetzielobjekt ausgebildet ist zum Anlegen des Magnetfelds mit einer zweiten Stärke an den Multiturn-Magnetsensor, wobei die zweite Stärke in dem Bereich liegt, für den sich Domänenwände vorhersagbar durch den Multiturn-Magnetsensor ausbreiten.
Das Magnetzielobjekt kann einen ersten Abschnitt aus magnetischem Material aufweisen, das einen ersten magnetischen Dipol ausbildet, und einen zweiten Abschnitt des magnetischen Materials, das einen zweiten magnetischen Dipol ausbildet, wobei der erste magnetische Dipol relativ zu dem zweiten magnetischen Dipol umgedreht ist, wobei der erste und zweite Abschnitt des magnetischen Materials entlang einem im Wesentlichen kreisförmigen Umfang angeordnet sind, und wobei mindestens ein Teil des ersten Abschnitts des magnetischen Materials bei dem zweiten Abschnitt des magnetischen Materials angeordnet ist.
Wenn sich das Magnetzielobjekt in der ersten Position befindet, kann der zweite Abschnitt des magnetischen Materials weg von dem Multiturn-Magnetsensor angeordnet sein. Wenn sich das Magnetzielobjekt in der zweiten Position befindet, kann der zweite Abschnitt des magnetischen Materials bei dem Multiturn-Magnetsensor angeordnet sein.
Der im Wesentlichen kreisförmige Umfang des magnetischen Materials kann einen Kreis mit einer Mitte definieren. Der erste magnetische Dipol kann derart orientiert sein, dass der erste magnetische Dipol einen magnetischen Nordpol besitzt, der zu der Mitte des Kreises zeigt, und einen magnetischen Südpol, der weg von der Mitte des Kreises zeigt. Der zweite magnetische Dipol kann derart orientiert sein, dass der zweite magnetische Dipol einen magnetischen Südpol besitzt, der zu der Mitte des Kreises zeigt, und einen magnetischen Nordpol, der weg von der Mitte des Kreises zeigt.
Der im Wesentlichen kreisförmige Umfang des magnetischen Materials kann einen Kreis definieren, der in einer Ebene liegt. Der erste magnetische Dipol kann derart orientiert sein, dass der erste magnetische Dipol einen magnetischen Nordpol besitzt, der normal zu der Ebene zeigt, und einen magnetischen Südpol, der antinormal zu der Ebene zeigt. Der zweite magnetische Dipol kann derart orientiert sein, dass der zweite magnetische Dipol einen magnetischen Südpol besitzt, der normal zu der Ebene zeigt, und einen magnetischen Nordpol, der antinormal zu der Ebene zeigt.
Das Magnetzielobjekt kann einen Ring mit dem im Wesentlichen kreisförmigen Umfang aufweisen, wobei der erste und zweite Abschnitt des magnetischen Materials zusammen im Wesentlichen den ganzen im Wesentlichen kreisförmigen Umfang des Rings überspannen.
Das Magnetzielobjekt kann einen dritten Abschnitt des magnetischen Materials aufweisen, das einen dritten magnetischen Dipol ausbildet, wobei der dritte magnetische Dipol relativ zu dem zweiten magnetischen Dipol umgekehrt ist und wobei der zweite Abschnitt des magnetischen Materials zwischen dem ersten und dritten Abschnitt des magnetischen Materials angeordnet ist.
Wenn sich das Magnetzielobjekt in der ersten Position befindet, kann der zweite Abschnitt des magnetischen Materials weg von dem Multiturn-Magnetsensor angeordnet sein. Wenn sich das Magnetzielobjekt in der zweiten Position befindet, kann der zweite Abschnitt des magnetischen Materials bei dem Multiturn-Magnetsensor angeordnet sein.
Das Magnetzielobjekt kann ein gerades Magnetzielobjekt mit einer länglichen Richtung und mindestens einem Polpaar, das senkrecht zu der länglichen Richtung magnetisiert ist, aufweisen. Das Polpaar kann näher an dem Multiturn-Magnetsensor liegen, wenn sich das Magnetzielobjekt in der ersten Position befindet, als wenn sich das Magnetzielobjekt in der zweiten Position befindet.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Magneterfassungssystem mit einem erweiterten Magnetfenster. Das Magneterfassungssystem weist einen Magnetsensor auf, aufweisend magnetoresistive Elemente und ausgebildet zum Aufzeichnen von Positionsdaten auf Basis einer Domänenwandausbreitung durch den Magnetsensor und ein Magnetzielobjekt, das relativ zu dem Magnetsensor angeordnet ist, so dass in einer ersten Position relativ zu dem Magnetsensor das Magnetzielobjekt ausgebildet ist zum Anlegen eines Magnetfelds mit einer ersten Stärke an den Magnetsensor, wobei die erste Stärke in einem Bereich liegt, für den sich Domänenwände durch den Magnetsensor mit einer von null verschiedenen Wahrscheinlichkeit von kleiner als 95% ausbreiten, und in einer zweiten Position relativ zu dem Magnetsensor das Magnetzielobjekt ausgebildet ist zum Anlegen des Magnetfelds mit einer zweiten Stärke an den Magnetsensor, wobei die zweite Stärke in einem Bereich liegt, für den sich Domänenwände vorhersagbar durch den Magnetsensor ausbreiten.
Das Magnetzielobjekt kann derart relativ zu dem Magnetsensor angeordnet sein, dass in einer dritten Position relativ zu dem Magnetsensor das Magnetzielobjekt ausgebildet ist zum Anlegen des Magnetfelds mit einer dritten Stärke an den Magnetsensor, wobei die dritte Stärke in einem Bereich liegt, für den nicht erwartet wird, dass sich Domänenwände durch den Magnetsensor ausbreiten.
Das Magnetzielobjekt kann in einem Ring ausgebildet sein und kann Magnetpole besitzen, die radial nach innen zu einer Mitte des Rings zeigen und von der Mitte des Rings radial nach außen zeigen.
Das Magnetzielobjekt kann in einem Ring ausgebildet sein, der in einer Ebene liegt und Magnetpole besitzt, die normal zu der Ebene des Rings zeigen und antinormal zu der Ebene des Rings zeigen.
Das Magnetzielobjekt kann ein gerades Magnetzielobjekt mit einer länglichen Richtung und mit Magnetpolen, die senkrecht zu der länglichen Richtung des geraden Magnetzielobjekts zeigen, aufweisen.
Zum Zweck des Zusammenfassens der Offenbarung sind hier bestimmte Aspekte, Vorteile und neuartige Merkmale der Innovationen beschrieben worden. Es versteht sich, dass nicht notwendigerweise alle derartigen Vorteile gemäß einer bestimmten Ausführungsform erzielt werden können. Somit können die Innovationen auf eine Weise verkörpert oder ausgeführt werden, die einen Vorteil oder eine Gruppe von Vorteilen erzielt oder optimiert, wie hierin gelehrt, ohne notwendigerweise andere Vorteile zu erzielen, wie sie möglicherweise hierin gelehrt oder nahegelegt werden.
Figurenliste
Diese Zeichnungen und die assoziierte Beschreibung hierin sind vorgelegt, um spezifische Ausführungsformen zu veranschaulichen, und sollen nicht beschränkend sein.

1 zeigt eine beispielhafte Magnetstreifen-Layoutdarstellung eines Multiturn-Magnetsensors mit einer entsprechenden Schaltungsschemadarstellung.
2 zeigt eine beispielhafte Magnetstreifen-Layoutdarstellung mit erläuternden Symbolen.
3 zeigt einen Multiturn-Magnetsensor, der mit einem erweiterten Magnetfenster arbeiten kann.
4 zeigt ein Beispiel eines Magnetzielobjekts, ausgebildet aus einem magnetischen Ring mit einem umgedrehten Polpaar und einem für Magnetfelder von dem Magnetzielobjekt empfindlichen Magnetsensor gemäß einer Ausführungsform.
5A zeigt eine grafische Darstellung der Magnetfeldstärke des Multiturn-Magnetsensors von 4 als Funktion des Drehwinkels des Magnetzielobjekts von 4.
5B zeigt eine grafische Darstellung der Magnetfeldrichtung des Multiturn-Magnetsensors von 4 als Funktion des Drehwinkels des Magnetzielobjekts von 4.
6 zeigt ein Beispiel eines Magnetzielobjekts, ausgebildet aus einem Ring mit Magnetpolen und eines Magnetsensors, der gegenüber Magnetfeldern von dem Magnetzielobjekt empfindlich ist, gemäß einer Ausführungsform.
7A zeigt eine grafische Darstellung der Magnetfeldstärke des Multiturn-Magnetsensors von 6 als Funktion des Drehwinkels des Magnetzielobjekts von 6.
7B zeigt eine grafische Darstellung der Magnetfeldrichtung des Multiturn-Magnetsensors von 6 als Funktion des Drehwinkels des Magnetzielobjekts von 6.
8 zeigt ein Beispiel eines Magnetzielobjekts, ausgebildet aus einem Magnetring mit einem umgedrehten Polpaar und ausgebildet zur axialen Erfassung durch einen Multiturn-Magnetsensor gemäß einer Ausführungsform.
9 zeigt ein Beispiel eines Magnetzielobjekts, ausgebildet aus einem Ring mit Magnetpolen und ausgebildet zur axialen Erfassung durch einen Multiturn-Magnetsensor gemäß einer Ausführungsform.
10 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum Zählen von Drehungen eines Magnetzielobjekts gemäß einer Ausführungsform.
11 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum Initialisieren eines Magnetsensors mit einer oder mehreren Domänenwänden gemäß einer Ausführungsform.
12 zeigt ein Beispiel eines aus einem Magnetstab ausgebildeten geraden Magnetzielobjekts mit mindestens einem umgedrehten Polpaar gemäß einer Ausführungsform.
13 zeigt ein Beispiel eines aus einem geraden Ziel mit Magnetpolpaaren ausgebildeten Magnetzielobjekts gemäß einer Ausführungsform.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die folgende ausführliche Beschreibung legt verschiedene Beschreibungen von spezifischen Ausführungsformen vor. Jedoch können die hierin beschriebenen Innovationen in einer Vielzahl von verschiedenen Wegen verkörpert werden, beispielsweise wie durch die Ansprüche definiert und abgedeckt. In dieser Beschreibung wird auf die Zeichnungen Bezug genommen, wobei gleiche Bezugszahlen identische oder funktional ähnliche Elemente anzeigen können. Es versteht sich, dass in den Figuren dargestellte Elemente nicht notwendigerweise maßstabsgetreu gezeichnet sind. Vielmehr versteht es sich, dass gewisse Ausführungsformen mehr Elemente, als in einer Zeichnung dargestellt, und/oder eine Teilmenge der in einer Zeichnung dargestellten Elemente aufweisen kann. Weiterhin können einige Ausführungsformen eine beliebige geeignete Kombination von Merkmalen von zwei oder mehr Zeichnungen enthalten.
Aspekte der vorliegenden Offenbarung betreffen ein Magneterfassungssystem, das einen Multiturn-Magnetsensor und ein Magnetziel (Magnetzielobjekt) aufweist. Domänenwände können sich vorhersagbar durch den Multiturn-Magnetsensor erstrecken, wenn eine erste Stärke eines durch das Magnetziel generierten Magnetfelds innerhalb eines Bereichs von Magnetfeldstärken liegt. In einer ersten Position kann das Magnetziel das Magnetfeld mit der ersten Magnetfeldstärke an den Multiturn-Sensor anlegen. Das Magnetziel kann sich von der ersten Position zu einer zweiten Position drehen. In der zweiten Position kann das Magnetziel ein Magnetfeld mit einer zweiten Magnetfeldstärke innerhalb eines Gebiets generieren, für das keine Domänenwandausbreitung erwartet wird, wobei die zweite Magnetfeldstärke unter dem Bereich von Magnetfeldstärken liegt, für die sich Domänenwände vorhersagbar durch den Multiturn-Magnetsensor ausbreiten. Der Multiturn-Magnetsensor kann einen Zustand beibehalten, während sich das Magnetziel von der ersten Position zu der zweiten Position und dann zu der ersten Position dreht. Dementsprechend kann das Magneterfassungssystem mit Magnetfeldstärken arbeiten, die einen größeren Bereich als verschiedene andere Magneterfassungssysteme besitzen. Magnetziele in hierin erörterten Magneterfassungssystemen können weniger magnetisches Material aufweisen als die verschiedenen anderen Magneterfassungssysteme. Dies kann Platz und Kosten einsparen.
Die hierin beschriebenen Magnetfeld-Erfassungssysteme können eine kompakte und modulare Anordnung zum Messen eines Drehungszählwerts in verschiedenen Anwendungen bereitstellen. Eine beispielhafte Anwendung für die offenbarten Magnetfeldsensoren ist das Messen des Drehungszählwerts einer Lenksäule. Bei einigen Ausführungsformen können die offenbarten Magnetfeldsensoren mit Magnetzielen verwendet werden, deren Arbeitsstärke die traditionellen Magnetfenster von Sensoren verlassen kann, während ein fehlerloser Betrieb der Sensoren aufrechterhalten wird. Solche Anordnungen können das Erfassen eines Drehungszählwerts einer sich drehenden Welle selbst dann erleichtern, wenn der Magnetsensor nicht am Ende der sich drehenden Welle positioniert ist.
Bei einigen Ausführungsformen ist ein Magnetstreifen mit einer magnetischen Anisotropie physisch in der Form einer Spirale ausgelegt. Ein an ein Ende des Magnetstreifens gekoppelter Domänenwandgenerator ist ausgebildet zum Generieren und Transportieren einer oder mehrerer Domänenwände durch den Magnetstreifen gemäß der Orientierung eines sich drehenden Magnetfelds. Eine Ansteuerschaltung kann einen Abschnitt der Spirale aktivieren (z.B. eine Spannung und/oder einen Strom daran anlegen), und eine Erfassungsschaltung kann eine mit dem Abschnitt der Spirale assoziierte elektromagnetische Ablesung vornehmen. Als solches kann die Erfassungsschaltung einen Widerstand eines isolierten magnetoresistiven Elements des Magnetstreifens erfassen. Eine Steuerschaltung kann eine Sequenz steuern, bei der verschiedene Teile der Spirale bestromt und durch eine Erfassungsschaltung erfasst werden können. Beispielsweise kann die Steuerschaltung Schalter zum Wählen eines bestimmten magnetoresistiven Elements der Spirale steuern, für das die Erfassungsschaltung einen den Widerstandswert anzeigenden Wert erfassen kann. Die Erfassungsschaltung kann eine Sequenz von elektrischen Ablesungen der verschiedenen Teile der Spirale vornehmen, die mit magnetischen Zuständen der verschiedenen Teile der Spirale assoziiert sind. Bei einigen Fällen kann die Erfassungsschaltung einen Vergleich der elektromagnetischen Ablesungen durchführen. Der Ausgang der Erfassungsschaltung kann decodiert werden, um einen akkumulierten Drehzustand der magnetoresistiven Elemente des Magnetstreifens zu bestimmen.
1 zeigt ein beispielhaftes Magnetstreifenlayout 100 mit einer entsprechenden Schaltungsschemadarstellung 150. 1 zeigt einen Magnetstreifen 101 mit Ecken 105 und Segmenten 103a-103n, die magnetoresistive Elemente R1-R14 ausbilden, in Reihe miteinander angeordnet, und einen Domänenwandgenerator 107. Die magnetoresistiven Elemente können als variable Widerstände wirken, die Widerstandswerte als Reaktion auf einen magnetischen Ausrichtzustand ändern. Der in 1 dargestellte Magnetstreifen 101 kann in einem Multiturn-Zähler umgesetzt werden.
Der Magnetstreifen 101 kann eine GMR(Giant Magnetoresistance - Riesenmagnetowiderstand)-Bahn sein, die physisch in der Form einer Spirale ausgelegt ist. Wie in 1 dargestellt, kann solch ein spiralförmiger Magnetstreifen 101 abgerundete Ecken 105 und Segmente 103a-103n besitzen. Der Magnetstreifen 101 kann eine magnetische Anisotropie, wie etwa eine hohe Anisotropie, auf Basis des Materials und der Querschnittsabmessungen des Magnetstreifens 101 besitzen. Der Magnetstreifen 101 kann magnetische Energie speichern. Ein Domänenwandgenerator (DWG) 107 ist an ein Ende des Magnetstreifens 101 gekoppelt. Der DWG 107 kann eine magnetische Anisotropie, wie etwa eine niedrige Anisotropie, besitzen. Der Domänenwandgenerator kann Domänenwände als Reaktion auf Drehungen in einem Magnetfeld generieren. Die Domänenwände können auf den Magnetstreifen 101 eingekoppelt werden.
Die Segmente 103a-103n des Magnetstreifens 101 sind als gerade Seiten des Magnetstreifens 101 in dem Beispiel von 1 gezeigt. Die Segmente 103a-103n können einen variablen Widerstandswert auf Basis der magnetischen Domäne des Segments besitzen. Wenn sich die magnetische Domäne eines Segments ändert, kann sich der Widerstandswert dieses Segments ändern. Dementsprechend können die Segmente 103a-103n als magnetoresistive Elemente arbeiten, hier auch als variable Widerstände R1-R14 bezeichnet. Die magnetoresistiven Elemente R1-R14 können auch als ein nichtflüchtiger magnetischer Speicher fungieren, der magnetisch beschrieben und elektrisch gelesen werden kann. Die magnetoresistiven Elemente R1-R14, wie in dem spiralförmigen Magnetstreifen 101 ausgelegt, sind miteinander in Reihe gekoppelt. Eine entsprechende Schaltungsschemadarstellung 150 zeigt Segmente 103a-103n, als in Reihe geschaltete entsprechende magnetoresistive Elemente R1-R14 dargestellt.
2 zeigt eine beispielhafte Magnetstreifenlayoutdarstellung 200 mit erläuternden Symbolen. Der Magnetstreifen 101 mit magnetoresistiven Elementsegmentäquivalenten R1-R14 von 1 ist zusammen mit dem DWG 107, einem externen Magnetfeld 201, einem Pfeil 203, der eine Drehung des externen Magnetfelds 201 zeigt, und einer Domänenwand 213 gezeigt. Domänenorientierungen 205, 207, 209 und 211 zeigen eine Orientierung einer Domäne innerhalb eines Segments eines Magnetstreifens.
Der DWG 107 kann durch das externe Magnetfeld 201 beeinflusst werden. Wenn sich das externe Magnetfeld 201 dreht, wie durch den Pfeil 203 angezeigt, kann der DWG 107 Domänenwände 213 durch den Magnetstreifen 101 einkoppeln. Die Domänenwand 213 kann sich durch die Segmente ausbreiten, während sich das Magnetfeld 201 dreht und sich die Domänenorientierungen 205, 207, 209 und 211 ändern. Obwohl 2 das externe Magnetfeld 201 der Übersichtlichkeit halber an senkrechten Positionen zeigt, kann das Magnetfeld unter einem beliebigen Winkel, wie etwa einem 45-Grad-Winkel, zu den Spiralecken zeigen.
Der spezifische Widerstand von Segmenten des Magnetstreifens 101 kann durch die Domänenorientierung innerhalb eines Magnetstreifensegments beeinflusst werden. Die Domänenorientierung jedes Segments kann bewirken, dass dieses Segment einen hohen Widerstandswert („H“ oder „HR“) oder einen niedrigen Widerstandswert („L“ oder „LR“) je nach der Orientierung des Segments besitzt. Vertikal dargestellte Magnetstreifensegmente mit einer Domänenorientierung 205 besitzen einen höheren spezifischen Widerstand als vertikale Magnetstreifensegmente mit einer Domänenorientierung 207, die einen niedrigen spezifischen Widerstand besitzen. Horizontal dargestellte Magnetstreifensegmente mit einer Domänenorientierung 213 besitzen einen höheren spezifischen Widerstand als horizontale Magnetstreifensegmente mit einer Domänenorientierung 211, die einen niedrigen spezifischen Widerstand besitzen. Die Magnetstreifensegmente mit Domänenorientierungen 205 und 213 können vergleichbare Widerstandswerte besitzen. Analog können die Magnetstreifensegmente mit Domänenorientierungen 207 und 211 vergleichbare Widerstandswerte besitzen.
Die in 1 und 2 gezeigten Beispiele zeigen einen spiralförmigen Magnetstreifen 101 als eine offene Spirale auf Basis eines Vierecks. Bei einigen anderen Ausführungsformen jedoch sind unterschiedliche Polygon- oder elliptische Spiralausbildungen möglich. Außerdem kann die Spirale eine geschlossene Spirale oder eine mehrschichtige Spirale mit überlappenden Teilen sein.
Wie oben erörtert, kann es für die Stärke des Magnetfelds wünschenswert sein, das durch ein sich drehendes Magnetziel generiert und durch einen Multiturn-Magnetsensor erfasst wird, innerhalb eines relativ schmalen Magnetfensters zu bleiben, hier als ein erstes Magnetfenster bezeichnet. Das erste Magnetfenster kann den Bereich von Magnetfeldstärken aufweisen, für die sich Domänenwände vorhersagbar durch einen Multiturn-Magnetsensor ausbreiten. Als solches kann das erste Magnetfenster Magnetfelder mit Stärken an dem Multiturn-Magnetsensor aufweisen, die nicht stärker sind als eine größte Magnetfeldstärke Hmax und nicht schwächer als eine kleinste Magnetfeldstärke für eine zuverlässige Domänenwandausbreitung. Falls die Stärke des Magnetfelds zu hoch ist (z.B. über der größten Magnetfeldstärke Hmax liegt), kann das Magnetfeld neue Domänenwände sogar ohne Drehung des Magnetfelds erzeugen. Dies kann die durch den Sensor aufgezeichneten Daten vermischen. Falls umgekehrt die Stärke des Magnetfelds zu niedrig ist (z.B. unter einer kleinsten Magnetfeldstärke Hmin für eine zuverlässige Domänenwandausbreitung), breiten sich die Domänenwände möglicherweise nicht zuverlässig aus und der Sensor verliert möglicherweise die Übersicht über die Anzahl an Drehungen des Magnetziels. Somit kann es wünschenswert sein, dass die Magnetfeldstärke innerhalb des ersten Magnetfensters bleibt (z.B. zwischen Hmin und Hmax), um einen fehlerfreien Betrieb sicherzustellen.
In der vorliegenden Offenbarung werden Multiturn-Erfassungssysteme bereitgestellt, die mit Magnetfeldern arbeiten, die außerhalb des ersten Magnetfensters gehen, während sie immer noch einen fehlerlosen Betrieb bereitstellen. Als Beispiele können in der vorliegenden Offenbarung bereitgestellte Multiturn-Erfassungssysteme mit Magnetfeldern arbeiten, die möglicherweise gelegentlich innerhalb eines zweiten Magnetfensters liegen und die möglicherweise gelegentlich innerhalb eines dritten Magnetfensters liegen.
Das zweite Magnetfenster kann den Bereich von Magnetfeldstärken aufweisen, für die sich Domänenwände durch einen Multiturn-Magnetsensor ausbreiten, aber auf unzuverlässige Weise. Falls die Stärke des Magnetfelds innerhalb eines zweiten Magnetfensters liegt (z.B. zwischen einer kleinsten Magnetfeldstärke Hmin für eine zuverlässige Domänenwandausbreitung und einer kleinsten Magnetfeldstärke Hmin2 für eine Domänenwandausbreitung, wobei Hmin2 kleiner als Hmin ist), können sich die Domänenwände mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit (z.B. mit einer Gewissheit oder Wahrscheinlichkeit von kleiner als 1, (manchmal als eine Gewissheit oder Wahrscheinlichkeit von unter 95% bezeichnet) ausbreiten.
Das dritte Magnetfenster kann Magnetfeldstärken aufweisen, die ausreichend schwach sind, dass nicht erwartet wird, dass eine Ausbreitung von Domänenwänden in dem Multiturn-Magnetsensor erfolgt. Falls die Stärke des Magnetfelds innerhalb des dritten Magnetfensters liegt (z.B. unter einer kleinsten Magnetfeldstärke Hmin2 für eine Domänenwandausbreitung), sollten sich die Domänenwände ungeachtet der Richtung des Magnetfelds nicht innerhalb des Sensors ausbreiten. Die Eigenschaften des zweiten und dritten Magnetfensters können beim Ausbilden eines Sensors verwendet werden, der außerhalb des ersten Magnetfensters arbeitet (z.B. durch Sicherstellen, dass die Magnetfeldstärke während gewisser Zeitperioden innerhalb des ersten Magnetfensters liegt).
3 zeigt einen beispielhaften Multiturn-Magnetsensor 300, der zuverlässig mit einem Magnetziel betrieben werden kann, das eine Magnetfeldstärke an dem Sensor erzeugt, die gelegentlich außerhalb des Magnetfensters liegt (z.B. außerhalb eines Magnetfensters, in dem sich Domänenwände voraussagbar durch den Multiturn-Magnetsensor 300 ausbreiten).
Das externe Magnetfeld 301 kann in das zweite Magnetfenster fallen (z.B. ein Magnetfenster, wo die Ausbreitung von Domänenwänden erfolgt, aber mit weniger als 100% Wahrscheinlichkeit), solange die Feldrichtung innerhalb eines der vier Bereiche 302a, 302b, 302c oder 302d bleibt. Falls insbesondere die Richtung des externen Magnetfelds 301 innerhalb eines der vier Bereiche 302a, 302b, 302c und 302d bleibt, wird keine Domänenwandausbreitung erwartet. Als solches ist die unter 100% liegende Wahrscheinlichkeit für eine Domänenwandausbreitung innerhalb des zweiten Magnetfensters akzeptabel (da z.B. eine Domänenwandausbreitung nicht innerhalb dieser Gebiete erwartet wird, ist die Zuverlässigkeit ihrer Ausbreitung irrelevant). Vor dem Eintritt in das zweite Magnetfenster sollte die Richtung des externen Magnetfelds 301 innerhalb eines der vier Bereiche 302a, 302b, 302c und 302d liegen, und die Richtung sollte innerhalb des gleichen Bereichs bleiben, solange die Feldstärke innerhalb des zweiten Magnetfensters liegt (z.B. zwischen Hmin2 und Hmin).
Verschiedene Eigenschaften der magnetischen Fenster des Magnetsensors 300, wie etwa die Magnetfeldstärken entsprechend einer größten Magnetfeldstärke Hmax, eine kleinste Magnetfeldstärke Hmin für eine zuverlässige Domänenwandausbreitung und eine kleinste Magnetfeldstärke Hmin2 für eine Domänenwandausbreitung, können von der Geometrie des Magnetsensors 300 sowie den den Magnetstreifen bildenden Materialien abhängen. Insbesondere können die Dicke und Breite des Magnetstreifens zusammen mit den den Streifen bildenden Materialien dazu dienen, die Werte von Hmax, Hmin und Hmin2 zu definieren. Verschiedene Materialien wie etwa Eisen und Cobalteisen können zum Ausbilden des Magnetstreifens verwendet werden. Durch Variieren des gewählten Materials und/oder der Dicke und/oder Breite des Magnetstreifens können die Werte von Hmax, Hmin und Hmin2 verstellt werden. Typische Werte für die magnetischen Fenster des Sensors 300 in einer ersten Umsetzung können eine größte Magnetfeldstärke Hmax von etwa 1000 Oersted und eine kleinste Magnetfeldstärke Hmin für eine zuverlässige Domänenwandausbreitung bei etwa 700 Oersted beinhalten. Bei einer zweiten Umsetzung kann das Hmax des Sensors 300 etwa 350 Oersted betragen, das Hmin kann etwa 150 Oersted betragen und die kleinste Magnetfeldstärke Hmin2 für eine Domänenwandausbreitung kann etwa 50 Oersted betragen. Bei einigen Fällen kann die kleinste Magnetfeldstärke Hmin für eine zuverlässige Domänenwandausbreitung etwa die Hälfte des Werts der größten Magnetfeldstärke Hmax betragen, während die kleinste Magnetfeldstärke Hmin2 für eine Domänenwandausbreitung etwa 20% des Werts der größten Magnetfeldstärke Hmax betragen kann.
Der Ort, die Größe und sogar die Anzahl der Bereiche 302a, 302b, 302c und 302d in dem Magnetsensor 300, wo die Feldstärke aus dem Magnetfenster herausfallen kann, kann mindestens teilweise von den physikalischen Attributen des Magnetstreifens (z.B. der Spirale) abhängen, der den Magnetsensor 300 bildet, und kann auch von den Materialien abhängen, die den Magnetstreifen bilden (die wie hier erörtert teilweise die Eigenschaften der Magnetfenster bestimmen können). Bei einigen Ausführungsformen können die Bereiche 302a, 302b, 302c und 302d jeweils ungefähr 60 Grad überspannen, wobei die Lücken zwischen den Bereichen ungefähr 30 Grad überspannen. Bei einigen anderen Ausführungsformen können die Lücken zwischen den Bereichen 302a, 302b, 302c und 302d zwischen 10 und 30 Grad überspannen.
Außerdem kann das externe Magnetfeld 301 von dem zweiten Magnetfenster in das dritte Magnetfenster fallen (z.B. einem Magnetfenster unter einer kleinsten Magnetfeldstärke Hmin2 für eine Domänenwandausbreitung, bei der nicht erwartet wird, dass eine Ausbreitung von Domänenwänden auftritt). In dem dritten Magnetfenster kann sich die Richtung des externen Magnetfelds 301 in einer beliebigen Richtung drehen, ohne die aufgezeichneten Daten des Sensors 300 zu verändern. Bevor jedoch die Stärke des externen Magnetfelds 301 von innerhalb des dritten Magnetfensters zu innerhalb des zweiten Magnetfensters verstellt wird, sollte der Magnetfeldvektor des externen Magnetfelds 301 innerhalb eines der vier Bereiche 302a, 302b, 302c und 302d liegen.
Bei einigen Ausführungsformen sollte die Richtung des externen Magnetfelds 301 innerhalb des gleichen der Bereiche 302a, 302b, 302c und 302d zeigen, wenn seine Stärke in das zweite Magnetfenster ansteigt, wie es war, als seine Stärke aus dem zweiten Magnetfenster fiel. Als ein Beispiel kann das Magnetfeld 301 zu einer ersten Zeit irgendwo innerhalb von Bereich 302a zeigen und eine Stärke in dem zweiten Magnetfenster besitzen. Dann kann das Magnetfeld 301 zu einer zweiten, späteren Zeit in das dritte Magnetfenster fallen und seine Richtung kann sich ohne Einschränkung ändern. Schließlich kann das Magnetfeld 301 zu einer dritten, späteren Zeit zurück in das zweite Magnetfenster ansteigen, während seine Richtung innerhalb des Bereichs 302a liegt.
Bei einigen anderen Ausführungsformen kann sich die Richtung des externen Magnetfelds 301 von einem der Bereiche 302a, 302b, 302c und 302d zu einem anderen ändern, während die Feldstärke innerhalb des dritten Magnetfensters liegt. Mit anderen Worten kann die Stärke des externen Magnetfelds 301 von dem zweiten zu dem dritten Magnetfenster fallen (während es sich in einem der Bereiche 302a, 302b, 302c und 302d befindet); kann sich zu einem anderen der Bereiche 302a, 302b, 302c oder 302d verschieben; oder kann dann von dem dritten zu dem zweiten Magnetfenster ansteigen, während es sich in dem neuen Bereich befindet. Bei solchen Ausführungsformen kann es eine vorhersagbare Beziehung zwischen der Richtung des Magnetfelds 301 zu der Zeit, zu der es in das dritte Magnetfenster eingetreten ist, und der Richtung des Magnetfelds 301, wenn es zu dem zweiten Magnetfenster zurückkehrt, geben. Die vorhersagbare Beziehung kann auf Basis des physikalischen Layouts des Sensors 300 und dem sich drehenden Magnetziel bestimmt werden. Als ein Beispiel kann das Magnetfeld 301 zu einer ersten Zeit irgendwo innerhalb des Bereichs 302a zeigen, eine Anfangsstärke in dem zweiten Magnetfenster besitzen und dann in das dritte Magnetfenster abfallen. Dann kann sich die Richtung des Magnetfelds 301 auf vorhersagbare Weise zum Zeigen innerhalb von Bereich 302c verschieben und seine Stärke kann nach dem Verschieben der Richtung zu Bereich 302c in das zweite Magnetfenster ansteigen. Die Änderung von Bereich 302a zu 302c, während in dem dritten Magnetfenster, kann eine Drehung des Magnetziels bei mindestens einigen Implementierungen anzeigen.
4 zeigt ein Beispiel eines Multiturn-Magneterfassungssystems, das einen Multiturn-Magnetsensor 400 und ein aus einem magnetischen Ring 404 mit einem umgedrehten Polpaar 406 ausgebildetes Magnetziel 402 aufweist. Der magnetische Ring 404 zusammen mit dem umgedrehten Polpaar 406 kann sich relativ zu dem Sensor 400 zusammen mit einem Ziel drehen (z.B. eine Welle oder einem anderen Objekt, dessen Drehung durch den Sensor 402 verfolgt wird). Der magnetische Ring 404 kann aus konzentrischen Ringen ausgebildet werden, wobei der äußere Ring einen ersten Magnetpol bildet und der innere Ring einen zweiten Magnetpol bildet. Die konzentrischen Ringe können einen magnetischen Dipol bilden, und das umgedrehte Polpaar 406 kann einen zusätzlichen magnetischen Dipol bilden, der relativ zu den konzentrischen Ringen umgedreht ist. Bei mindestens einigen Ausführungsformen kann das Magnetziel 402 aus einem in verschiedenen Bereichen unterschiedlich magnetisierten Ring gebildet sein. Somit kann das Magnetziel 402 ein einzelner Ring sein, der weg von dem umgedrehten Polpaar 406 in einer ersten Richtung magnetisch ist und an dem umgedrehten Polpaar 406 in einer zweiten Richtung magnetisiert ist.
Das Multiturn-Magneterfassungssystem kann eine Ausleseschaltungsanordnung aufweisen, wie etwa eine Ausleseschaltungsanordnung 430 wie in 4 gezeigt, zum Lesen von Daten von den hierin offenbarten Multiturn-Magnetsensoren. Die Ausleseschaltungsanordnung 430 kann getrennt von dem Multiturn-Magnetsensor 400 bereitgestellt sein oder in ihn integriert sein. Die Ausleseschaltungsanordnung, wie etwa die Ausleseschaltungsanordnung 430 von 4, kann die Position(en) und Anzahl von Domänenwänden innerhalb des Magnetsensors erfassen (z.B. durch Erfassen des Widerstandswerts einer oder mehrerer der Bahnen, die den Magnetsensor bilden, und deren Widerstandswert aufgrund von magnetoresistiven Effekten variieren kann, wie etwa dem GMR(Giant Magnetoresistive)-, AMR(Anisotropic Magnetoresistive)-, TMR(Tunnel Magnetoresistive)-, CMR(Colossal Magnetoresistive)- und EMR(Extraordinary Magnetoresistive)-Effekt). Die Ausleseschaltungsanordnung kann die erfasste(n) Position(en) und die Anzahl von Domänenwänden analysieren und eine Ausgabe an eine externe Schaltungsanordnung liefern, die die Drehungsanzahl (oder die lineare Position in Ausführungsformen, die Ziele nutzen, die linear parallelverschoben werden) des Magnetziels anzeigen.
Das Magnetziel 402 kann am Sensor 400 ein Magnetfeld induzieren, das mit der Drehung des Magnetziels 402 relativ zu dem Magnetsensor 400 variiert, wodurch der Sensor 400 eine Drehung oder eine Drehungsanzahl des Magnetziels 402 verfolgen kann. Als ein Beispiel kann ein umgedrehtes Polpaar wie etwa das Polpaar 406 an einem oder mehreren Orten entlang des magnetischen Rings 404 vorliegen, wobei die Positionen der Magnetpole relativ zu dem magnetischen Ring 404 umgedreht sind. Als ein Beispiel können die schattierten Gebiete von 4 magnetische Nordpole darstellen, während die nichtschattierten Gebiete magnetische Südpole darstellen können, oder umgekehrt. Wegen des umgedrehten Polpaars 406 kann der magnetische Ring 404 ein ungleichförmiges Magnetfeld generieren, das verwendet werden kann, um die Drehungen des magnetischen Rings 404 zu verfolgen. Falls gewünscht, können andere Strukturen als das umgedrehte Polpaar 406 als Teil des magnetischen Rings 404 enthalten sein, um ein ungleichförmiges magnetisches Feld zu induzieren und ein Verfolgen der Drehung und/oder der Drehungsanzahl des magnetischen Rings 404 zu ermöglichen.
In dem Multiturn-Magneterfassungssystem von 4 kann der Sensor 400 eine Anzahl von Drehungen mit einer Volldrehungsauflösung zählen. Der Sensor 400 kann einen Zustand entsprechend einer akkumulierten Anzahl von Drehungen speichern, in der die akkumulierte Anzahl von Drehungen größer als 1 sein kann.
Bei mindestens einigen Ausführungsformen ist die Feldstärke des Magnetziels 402 nahe dem umgedrehten Polpaar 406 hoch, aber schwach entlang anderer Abschnitte des magnetischen Rings 404. Mit anderen Worten: Immer wenn eine Drehung des Magnetrings 404 das umgedrehte Polpaar 406 von dem Sensor 400 wegbewegt, kann die durch den Sensor 400 empfangene Feldstärke niedrig sein. Im Gegensatz dazu kann immer dann, wenn die Drehung des Rings 404 das umgedrehte Polpaar 406 nahe dem Sensor 400 bewegt, die durch den Sensor 400 empfangene Feldstärke hoch sein.
Bei dem Beispiel von 4 kann der magnetische Südpol der magnetischen Ringe 404 radial zu der Ebene des Magnetziels 402 verlaufen (z.B. nach innen zur Mitte des Rings zeigen), während der magnetische Nordpol der magnetischen Ringe 404 antiradial zu der Ebene des Magnetziels 402 verlaufen kann (z.B. nach innen zur Mitte des Rings zeigend) oder umgekehrt (z.B. können die Nord- und Südpole vertauscht sein). Analog kann gesagt werden, dass die magnetischen Nord- und Südpole des umgedrehten Polpaars 406 zu der Ebene des Magnetziels 402 radial und antiradial (oder umgekehrt) sein können.
Grafische Darstellungen, die eine Magnetfeldstärkenkurve 502 und eine Magnetfeldwinkelkurve 510 (z.B. magnetischer Winkel), durch das Magnetziel 402 von 4 bei dem Magnetsensor 400 induziert, aufweisen, sind in 5A bzw. 5B gezeigt. Die 5A und 5B zeigen jeweils die Feldstärke und den Winkel als eine Funktion des Drehwinkels des Magnetziels 402 relativ zu dem Magnetsensor 400.
Wie in 5A gezeigt, kann die Magnetfeldstärke Hmin für eine zuverlässige Domänenwandausbreitung und in dem magnetischen Fenster des Magnetsensors 400 zwischen den Winkeln 504 und 506 über einer kleinsten Magnetfeldstärke liegen. Die Spitze der Magnetfeldstärkenkurve 502, die ungefähr in der Mitte zwischen den Winkeln 504 und 506 auftritt, kann im Allgemeinen der Position des umgedrehten Polpaars 406 des Magnetziels 402 in der Nähe zu dem Magnetsensor 400 entsprechen. Insbesondere kann die Magnetfeldstärkenkurve 502 im Allgemeinen an ihrem Maximum sein, wenn das Magnetziel 402 derart gedreht wird, dass das umgedrehte Polpaar 406 sich bei dem Magnetsensor 400 befindet, was die in 4 dargestellte Position sein kann. Während das Magnetziel 402 so gedreht wird, dass sich das umgedrehte Polpaar 406 von dem Magnetsensor 400 wegbewegt, kann die Magnetfeldstärkenkurve 502 abnehmen und unter die kleinste Magnetfeldstärke Hmin für eine zuverlässige Domänenwandausbreitung in das zweite magnetische Fenster abfallen, in der erwartet wird, dass die Ausbreitung von Domänenwänden mit sich ändernder Magnetfeldrichtung auftritt, aber kleiner als eine Wahrscheinlichkeit von 100% ist.
Wie in 5B und in mindestens einigen Ausführungsformen gezeigt, kann die Magnetfeldrichtung immer dann innerhalb eines Bereichs von Winkeln 512 liegen, wenn das Ziel 402 unter dem Winkel 504 oder über dem Winkel 506 gedreht wird. Der Bereich von Winkeln 512 kann einem der vier Bereiche 302a, 302b, 302c und 302d entsprechen, die in 3 dargestellt sind. Insbesondere kann das durch das Magnetziel 402 erzeugte Magnetfeld innerhalb eines der vier Bereiche 302a, 302b, 302c oder 302d liegen, wenn das Magnetziel 402 zu einem Winkel unter Winkel 504 oder über dem Winkel 506 gedreht wird. Wie in Verbindung mit 3 erörtert, wird keine Ausbreitung von Domänenwänden erwartet, während der magnetische Winkel innerhalb eines der vier Bereiche 302a, 302b, 302c und 302d bleibt. Während sich das Magnetziel bei einem Winkel unter 504 oder über dem Winkel 506 befindet, kann die Magnetfeldstärke somit unter die kleinste Magnetfeldstärke Hmin für eine zuverlässige Domänenwandausbreitung in das zweite magnetische Fenster fallen und kann sogar unter die kleinste Magnetfeldstärke Hmin2 für die Domänenwandausbreitung in das dritte magnetische Fenster fallen, ohne Verlust an Daten.
Während sich das Magnetziel 402 dreht und das umgedrehte Polpaar 406 an dem Sensor 400 vorbeifährt, liegt die Magnetfeldstärke innerhalb des magnetischen Fensters und beendet eine volle Drehung um 360 Grad, wie in 5B dargestellt. Die Drehung in der Magnetfeldrichtung kann durch den Sensor 400 aufgezeichnet und zum Verfolgen einer Drehungsanzahl des Magnetziels 402 verwendet werden.
Wie in 5A und 5B gezeigt, kann die Magnetfeldstärke über der kleinsten Magnetfeldstärke Hmin für eine zuverlässige Domänenwandausbreitung und in dem magnetischen Fenster des Magnetsensors 400 zu allen Zeiten liegen, zu denen sich die Magnetfeldwinkelkurve 510 außerhalb des Bereichs von Winkeln 512 befindet. Somit kann das Magnetziel 402 eine Magnetfeldstärke bereitstellen, die ausreicht, um eine zuverlässige Ausbreitung von Domänenwänden innerhalb des Magnetsensors 400 immer dann zu bewirken, wenn sich die Richtung des Magnetfelds aufgrund einer Drehung des Magnetziels 402 wesentlich ändert.
Bei mindestens einigen Ausführungsformen können die hierin offenbarten Magnetsensoren, wie etwa die Magnetsensoren 400, 600, 800 und 900, vor aktiven Operationen beim Verfolgen der Drehungen eines Magnetziels mit einer oder mehreren Domänenwänden vorgeladen und/oder initialisiert werden. Als ein Beispiel können Magnetfelder von einer anderen Quelle als dem Magnetziel (z.B. einer magnetischen Initialisierungsquelle) an einen Magnetsensor angelegt werden, um eine oder mehrere Domänenwände zu generieren, wie etwa die Domänenwand 213 von 2, und um jene Domänenwände an geeigneten Orten entlang der Bahn zu positionieren. Dieser Initialisierungsprozess kann in Anordnungen vorteilhaft sein, bei denen die Drehung eines Magnetziels eine Domänenwand innerhalb eines Magnetsensors bewegen kann, aber nicht in der Lage ist, neue Domänenwände zu generieren.
6 zeigt ein alternatives Magnetziel 602, das durch einen Magnetsensor wie etwa den Sensor 600 verfolgt werden kann. Das Magnetziel 602 kann drei Magnetpolpaare 604, 606 und 608 aufweisen, die abwechselnde Pole besitzen können. Insbesondere kann das Magnetpolpaar 606 relativ zu den Polpaaren 604 und 608 verdreht sein. Außerdem können Magnetpolpaare 604 und 608 derart ausgebildet sein, dass die Magnetfeldstärke mit zunehmendem Abstand von dem mittleren Polpaar 606 abfällt, potentiell auf null. Die Magnetpolpaare 604 und 608 können aus magnetischen Materialien ausgebildet werden, deren Dicke abnimmt, wobei sich die dicksten Gebiete bei dem umgedrehten Polpaar 606 befinden, und einer sich verjüngenden Dicke mit zunehmendem Abstand von dem umgedrehten Polpaar 606. Bei mindestens einigen Ausführungsformen können Magnetziele wie etwa das Ziel 602 und die anderen hierin offenbarten Ziele aus einem einzelnen Stück aus magnetischem Material ausgebildet werden, wobei verschiedene Gebiete unterschiedliche Magnetisierungen besitzen. Als ein Beispiel können Gebiete des einzelnen Stücks aus magnetischem Material entsprechend dem mittleren Polpaar 606 in einer ersten Richtung magnetisiert sein, während Gebiete des einzelnen Stücks aus magnetischem Material entsprechend den Polpaaren 604 und 608 in einer zweiten Richtung magnetisiert sein können. Bei noch anderen Ausführungsformen können Magnetziele wie etwa das Ziel 602 und die anderen hierin offenbarten Ziele aus mehreren Stücken aus magnetischem Material ausgebildet sein, die aneinander gefügt sind.
Im Gegensatz zu dem Magnetziel 402 von 4 kann das Magnetziel 602 wesentlich weniger magnetisches Material aufweisen. Insbesondere kann das Magnetziel 602 im Wesentlichen aus magnetischem Material ausgebildet sein, das die Magnetpolpaare 604, 606 und 608 bildet, die an einem oder mehreren Orten entlang des Ziels 650 darin integriert, daran angebracht oder anderweitig daran angeordnet sind. Bei mindestens einigen Ausführungsformen kann das Magnetziel 602 durch Anbringen des magnetischen Materials, das die Magnetpolpaare 604, 606 und 608 bildet, an ein Ziel 650 ausgebildet werden, um Drehungen des Ziels 650 zu zählen. Das Ziel 650 kann, falls gewünscht, unmagnetisch sein. Ein Magnetziel 602 kann auch in einer geraden Form bereitgestellt werden, wobei eine oder mehrere Gruppierungen aus zwei oder drei Magnetpolpaaren entlang der länglichen Richtung des geraden Ziels beabstandet sind.
In dem Beispiel von 6 kann gesagt werden, dass sich der magnetische Nordpol der Magnetpolpaare 604 und 608 radial zu der Ebene des Magnetziels 602 befindet (z.B. nach innen zur Mitte des Rings zeigt), während gesagt werden kann, dass der magnetische Südpol der Magnetpolpaare 604 und 608 sich antiradial zu der Ebene des Magnetziels 602 befindet (z.B. von dem Ring nach außen zeigt), oder umgekehrt (z.B. können der Nord- und Südpol vertauscht sein). Analog kann gesagt werden, dass der magnetische Nord- und Südpol des umgedrehten Polpaars 606 jeweils antiradial und radial (oder umgekehrt) zu der Ebene des Magnetziels 602 verläuft.
Grafische Darstellungen der Magnetfeldstärkenkurve 702 und der Magnetfeldwinkelkurve 710 (z.B. magnetischer Winkel), die durch das Magnetziel 602 von 6 beim Magnetsensor 600 induziert werden, sind in 7A bzw. 7B gezeigt. Die 7A und 7B zeigen jeweils die Feldstärke und den Winkel als Funktion des Drehwinkels des Magnetziels 602 relativ zu dem Magnetsensor 600.
Wie in 7A gezeigt, kann die Magnetfeldstärke Hmin für eine zuverlässige Domänenwandausbreitung und in dem magnetischen Fenster des Magnetsensors 600 zwischen den Winkeln 704 und 706 über der kleinsten Magnetfeldstärke liegen. Die Spitze der Magnetfeldstärkenkurve 502, die ungefähr in der Mitte zwischen den Winkeln 704 und 706 auftritt, kann im Allgemeinen der Position des umgedrehten Polpaars 606 des Magnetziels 602 entsprechen. Insbesondere kann die Magnetfeldstärkenkurve 702 im Allgemeinen an ihrem Maximum sein, wenn das Magnetziel 602 derart gedreht wird, dass das umgedrehte Polpaar 606 sich bei dem Magnetsensor 600 befindet, was die in 6 dargestellte Position sein kann. Während das Magnetziel 602 so gedreht wird, dass sich das umgedrehte Polpaar 606 von dem Magnetsensor 600 wegbewegt, kann die Magnetfeldstärkenkurve 702 abnehmen und unter die kleinste Magnetfeldstärke Hmin für eine zuverlässige Domänenwandausbreitung in das zweite magnetische Fenster abfallen, in der erwartet wird, dass die Ausbreitung von Domänenwänden mit sich ändernder Magnetfeldrichtung auftritt, aber kleiner als eine Wahrscheinlichkeit von 100% ist. Wenn das Magnetziel 602 weiter gedreht wird, so dass sich die Polpaare 604 und 608 von dem Magnetsensor 600 wegbewegen, kann die Magnetfeldstärkenkurve 702 weiter abnehmen und unter die kleinste Magnetfeldstärke Hmin2 für die Domänenwandausbreitung in das dritte magnetische Fenster abfallen, in dem nicht erwartet wird, dass eine Ausbreitung von Domänenwänden auftritt.
Wie in 7B und in mindestens einigen Ausführungsformen gezeigt, kann die Magnetfeldrichtung immer dann innerhalb eines Bereichs von Winkeln 712 liegen, wenn das Ziel 602 unter dem Winkel 704 oder über dem Winkel 706 gedreht wird. Der Bereich von Winkeln 712 kann einen der vier Bereiche 302a, 302b, 302c und 302d entsprechen, die in 3 dargestellt sind. Insbesondere kann das durch das Magnetziel 602 erzeugte Magnetfeld innerhalb eines der vier Bereiche 302a, 302b, 302c oder 302d liegen, wenn das Magnetziel zu einem Winkel unter Winkel 704 oder über dem Winkel 706 gedreht wird, relativ zu dem Magnetsensor 600. Wie in Verbindung mit 3 erörtert, wird keine Ausbreitung von Domänenwänden erwartet, während der magnetische Winkel innerhalb eines der vier Bereiche 302a, 302b, 302c und 302d bleibt. Während sich das Magnetziel 602 bei einem Winkel unter 704 oder über dem Winkel 706 befindet, kann die Magnetfeldstärkenkurve 702 somit unter die kleinste Magnetfeldstärke Hmin für eine zuverlässige Domänenwandausbreitung in das zweite magnetische Fenster fallen und kann unter die kleinste Magnetfeldstärke Hmin2 für die Domänenwandausbreitung in das dritte magnetische Fenster fallen, ohne Verlust an Daten. Es sollte beachtet werden, dass die Richtung des Magnetfelds irrelevant ist, während die Magnetfeldstärke in dem dritten magnetischen Fenster ist. Somit wirken sich die Streumagnetfelder oder andere Änderungen bei der Magnetfeldrichtung nicht auf den Betrieb des Magnetsensors 600 aus, solange die Stärke innerhalb des dritten magnetischen Fensters bleibt.
Während sich das Magnetziel 602 dreht und das umgedrehte Polpaar 606 an dem Sensor 600 vorbeifährt, liegt die Magnetfeldstärke innerhalb des magnetischen Fensters und beendet eine volle Drehung um 360 Grad, wie in 7B dargestellt. Die Drehung in der Magnetfeldrichtung kann durch den Sensor 600 aufgezeichnet und zum Verfolgen einer Drehungsanzahl des Magnetziels 602 verwendet werden.
Wie in 7A und 7B gezeigt, kann die Magnetfeldstärke über der kleinsten Magnetfeldstärke Hmin für eine zuverlässige Domänenwandausbreitung und in dem magnetischen Fenster des Magnetsensors 600 zu allen Zeiten liegen, zu denen sich die Magnetfeldrichtung außerhalb des Bereichs von Winkeln 712 befindet. Somit kann das Magnetziel 602 eine Magnetfeldstärke bereitstellen, die ausreicht, um eine zuverlässige Ausbreitung von Domänenwänden innerhalb des Magnetsensors 600 immer dann zu bewirken, wenn sich die Richtung des Magnetfelds aufgrund einer Drehung des Magnetziels 602 relativ zu dem Sensor 600 wesentlich ändert.
Falls erwünscht, können die hierin erörterten Prinzipien und Vorteile auf Ziele mit unterschiedlichen Formen angewendet werden. Als ein Beispiel können gerade Magnetziele, wie etwa die in den Beispielen von 12 und 13 dargestellten Ziele, anstelle von kreisförmigen Magnetzielen bereitgestellt werden. Bei einer geraden Anwendung kann ein Magnetstab senkrecht zu seiner länglichen Richtung magnetisiert werden und kann einen oder mehrere entlang seiner länglichen Richtung angeordnete umgedrehte Pole besitzen. Ein Multiturn-Magnetsensor kann die umgedrehten Pole (auf eine Weise ähnlich der hierin in Verbindung mit kreisförmigen Zielen beschrieben) zählen und dadurch eine gerade Bewegung des Magnetziels relativ zu dem Magnetsensor verfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann ein Multiturn-Magnetsensor so angeordnet sein, dass er sich relativ zu einem geraden Magnetziel dreht und Drehungen des Multiturn-Magnetsensors zählt.
Als ein weiteres Beispiel können die hierin erörterten Prinzipien und Vorteile auf magnetische Ringe angewendet werden, die zum axialen Erfassen ausgebildet sind, wie in den Beispielen von 8 und 9 gezeigt.
Wie in dem Beispiel von 8 gezeigt, kann ein Magnetziel 802 ausgebildet sein zum Erfassen durch einen Magnetsensor, wie etwa den Sensor 800, der über der Ebene des Magnetziels 802 angeordnet ist. Das Magnetziel 802 kann magnetische Ringe 804 und ein umgedrehtes Polpaar 804 aufweisen, das in das Ziel 850 integriert, daran angebracht oder anderweitig daran angeordnet ist. Die magnetischen Ringe 804 können wie in 8 gezeigt magnetisiert sein, wobei die Magnetpole auf gegenüberliegenden Flächen des Rings angeordnet sind, im Gegensatz zu der konzentrischen Anordnung von 4. Das Magnetziel 802 kann sich um eine Drehachse 810 zusammen mit dem Ziel 850 drehen, und die Anzahl an Drehungen des Magnetziels 802 und somit des Ziels 850 kann unter Verwendung der hierin erörterten Techniken durch den Magnetsensor 800 aufgezeichnet werden.
In dem Beispiel von 8 kann sich der magnetische Nordpol der magnetischen Ringe 804 normal zu der Ebene des Magnetziels 802 befinden (z.B. über die Ebene des Rings weisend), während der magnetische Südpol der magnetischen Ringe 804 antinormal zu der Ebene des Magnetziels 802 verlaufen kann (z.B. unter die Ebene des Rings weisend), oder umgekehrt (z.B. können der Nord- und Südpol vertauscht sein). Analog kann gesagt werden, dass der magnetische Nord- und Südpol des umgedrehten Polpaars 806 antinormal oder normal (oder umgekehrt) zu der Ebene des Magnetziels 802 verlaufen kann.
Das Magnetziel 802 von 8 kann Magnetfelder für den Magnetsensor 800 erzeugen, bei dem es sich um einen beliebigen der oben erörterten Multiturn-Magnetsensoren handeln kann, die ähnlich zu den Magnetfeldern des Magnetziels 402 von 4 sind. Insbesondere kann die Stärke des durch das Magnetziel 802 erzeugten Magnetfelds innerhalb des zweiten oder dritten magnetischen Fensters liegen, wenn das Magnetziel 802 derart gedreht wird, dass das umgedrehte Polpaar 806 weg von dem Magnetsensor 800 angeordnet ist. Wenn das Magnetziel 802 derart gedreht wird, dass das umgedrehte Polpaar 806 an dem Magnetsensor 800 vorbeiläuft, kann außerdem das durch das Magnetziel 802 erzeugte Magnetfeld eine Stärke innerhalb des magnetischen Fensters des Sensors 800 besitzen und kann die Richtung auf eine Weise ändern, die durch den Sensor 800 aufgezeichnet werden kann, wodurch der Sensor 800 die Drehungsanzahl des Magnetziels 802 verfolgen kann.
Wie in dem Beispiel von 9 gezeigt, kann ein für das axiale Erfassen durch den Magnetsensor 900 ausgebildetes Magnetziel 902 aus Polpaaren 904 und 908 gebildet werden, die auf beiden Seiten des umgedrehten Polpaars 906 angeordnet sind. Die Polpaare 904, 906 und 908 können in das Ziel 950 integriert, daran angebracht oder anderweitig an einem oder mehreren Orten entlang des Ziels 950 angeordnet sein. Das Magnetziel 902 kann sich zusammen mit dem Ziel 950 um die Drehachse 910 drehen, und die Anzahl von Drehungen des Magnetziels 902 und somit des Ziels 950 kann unter Verwendung der hierin beschriebenen Techniken durch den Magnetsensor 900 aufgezeichnet werden. Das Magnetziel 902 kann Vorzüge ähnlich jenen hierin in Verbindung mit 6 erörterten besitzen.
Das Magnetziel 102 von 9 kann Magnetfelder für den Magnetsensor 900 erzeugen, die ähnlich den Magnetfeldern des Magnetziels 602 von 6 sind. Insbesondere kann die Stärke des durch das Magnetziel 902 erzeugten Magnetfelds innerhalb des dritten magnetischen Fensters liegen, wenn das Magnetziel 902 derart gedreht wird, dass das umgedrehte Polpaar 906 weg von dem Magnetsensor 900 angeordnet ist. Wenn das Magnetziel 902 derart gedreht wird, dass das umgedrehte Polpaar 906 an dem Magnetsensor 900 vorbeiläuft, kann außerdem das durch das Magnetziel 902 erzeugte Magnetfeld eine Stärke innerhalb des magnetischen Fensters des Sensors 900 besitzen und kann die Richtung auf eine Weise ändern, die durch den Sensor 900 aufgezeichnet werden kann, wodurch der Sensor 900 die Drehungsanzahl des Magnetziels 902 verfolgen kann.
In dem Beispiel von 9 können sich die magnetischen Nordpole der Magnetpolpaare 904 und 908 normal zu der Ebene des Magnetziels 902 befinden (z.B. über die Ebene des Rings weisend), während die magnetischen Südpole der Paare 904 und 908 antinormal zu der Ebene des Magnetziels 902 verlaufen können (z.B. unter die Ebene des Rings weisend), oder umgekehrt (z.B. können der Nord- und Südpol vertauscht sein). Analog kann gesagt werden, dass der magnetische Nord- und Südpol des umgedrehten Polpaars 906 antinormal und normal (oder umgekehrt) zu der Ebene des Magnetziels 902 verlaufen können.
10 zeigt ein beispielhaftes Verfahren 1000 zum Zählen von Drehungen eines Magnetziels mit einem Magnetsensor. Das Magnetziel und der Magnetsensor können beliebige der hierin offenbarten Magnetziele und -sensoren sein.
Bei Block 1002 kann ein Magnetsensor ein Magnetfeld mit einer Stärke empfangen, die innerhalb eines ersten magnetischen Fensters des Sensors liegt. Als ein Beispiel kann das Magnetfeld durch ein Magnetziel generiert werden, das sich relativ zu dem Magnetsensor dreht (oder anderweitig bewegt). Das Magnetfeld kann eine Stärke besitzen, die ausreicht, um eine zuverlässige Ausbreitung von Domänenwänden innerhalb des Magnetsensors zu bewirken (z.B. nicht kleiner sein als die kleinste Magnetfeldstärke Hmin für eine zuverlässige Domänenwandausbreitung), aber nicht so stark, dass sie neue Domänenwände innerhalb des Magnetsensors ohne entsprechende Drehung des Magnetfelds erzeugt oder nukleiert (z.B. nicht größer sein als die größte Magnetfeldstärke Hmax).
Bei Block 1004 kann der Magnetsensor ein Magnetfeld mit einer Stärke unterhalb des magnetischen Fensters des Sensors empfangen (z.B. ein Feld von weniger als der kleinsten Magnetfeldstärke Hmin für eine zuverlässige Domänenwandausbreitung). Außerdem kann das Magnetfeld bei Block 1004 eine Richtung besitzen, die nicht mit der Ausbreitung von Domänenwänden assoziiert ist. Als ein Beispiel kann die Richtung des Magnetfelds innerhalb eines der Bereiche 302a, 302b, 302c oder 302d von 3 liegen. Bei mindestens einigen Ausführungsformen kann der Block 1004 beinhalten, dass die Magnetfeldstärke derart unter das zweite magnetische Fenster abfällt, dass keine Ausbreitung von Domänenwänden erwartet wird (z.B. ein Feld von weniger als der kleinsten Magnetfeldstärke Hmin2 für eine Domänenwandausbreitung). Bei solchen Ausführungsformen kann die Richtung des Magnetfelds irrelevant und unbeschränkt sein, während die Feldstärke unter der kleinsten Magnetfeldstärke für eine Domänenwandausbreitung Hmin2 liegt.
Bei Block 1006 kann der Magnetsensor ein Magnetfeld mit einer Stärke innerhalb des magnetischen Fensters des Sensors empfangen. Außerdem kann das Magnetfeld bei Block 1006 eine Richtung besitzen, die nicht mit der Ausbreitung von Domänenwänden assoziiert ist, wie etwa einen der Bereiche 302a, 302b, 302c oder 302d von 3.
Bei Block 1008 und während das Magnetfeld innerhalb des magnetischen Fensters liegt, kann der Magnetsensor Änderungen bei der Richtung des durch ein Magnetziel erzeugten Magnetfelds verfolgen oder aufzeichnen. Insbesondere kann der Magnetsensor Domänenwände innerhalb einer spiralförmigen Bahn erzeugen, löschen oder bewegen. Die Position(en) und Anzahl an Domänenwänden können verwendet werden, um Änderungen bei der Richtung des durch das Magnetziel erzeugten Magnetfelds zu verfolgen.
Bei Block 1010 kann der Magnetsensor ausgelesen werden, um einen Drehungszählwert des Magnetziels zu erhalten. Insbesondere kann eine an den Magnetsensor gekoppelte Ausleseschaltungsanordnung die Position(en) und Anzahl an Domänenwänden innerhalb des Magnetsensors erfassen (z.B. durch Erfassen des Widerstandswerts einer oder mehrerer der Spuren, die den Magnetsensor bilden, dessen Widerstandswert aufgrund des GMR-Effekts variieren kann). Der Magnetsensor kann verfolgen, wie oft das Magnetziel relativ zu dem Sensor gedreht wurde. Der Magnetsensor kann Anzahlen addieren, wenn sich das Magnetziel in einer ersten Richtung dreht, und Anzahlen subtrahieren, wenn sich das Magnetziel in einer der ersten Richtung entgegengesetzten zweiten Richtung dreht. Somit kann die Ausleseschaltungsanordnung in Block 1010 bestimmen, wie häufig und in welcher Richtung das Magnetziel relativ zu einem gewissen Basislinienzustand gedreht worden ist. Solche Informationen können beispielsweise verwendet werden um zu bestimmen, ob das Lenkrad eines Wagens gerade ist, um 360 Grad im Uhrzeigersinn gedreht ist oder um 360 Grad entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht ist.
Bei mindestens einigen Ausführungsformen können die hierin offenbarten Magnetsensoren wie etwa die Magnetsensoren 400, 600, 800 und 900 vor der Verwendung beim Verfolgen der Drehungen eines Magnetziels mit einer oder mehreren Domänenwänden vorgeladen oder initialisiert werden. Als ein Beispiel können Magnetfelder von einer anderen Quelle als dem Magnetziel (z.B. einen Initialisierungsmagneten) an einen Magnetsensor angelegt werden, um eine oder mehrere Domänenwände zu generieren, wie etwa die Domänenwand 213 von 2, und um jene Domänenwände an geeigneten Orten entlang der Bahn zu positionieren. Dieser Initialisierungsprozess kann in Anordnungen vorteilhaft sein, bei denen die Drehung eines Magnetziels eine Domänenwand innerhalb eines Magnetsensors bewegen kann, wo es aber für das Magnetziel schwierig ist, neue Domänenwände zu generieren.
11 zeigt ein beispielhaftes Verfahren 1100 zum Initialisieren eines Magnetsensors mit einer oder mehreren Domänenwänden. Das Magnetziel und der Magnetsensor, auf die in 11 Bezug genommen wird, können beliebige der hierin offenbarten Magnetziele und Magnetsensoren sein.
Bei Block 1102 können ein oder mehrere Magnetsensoren so initialisiert werden, dass sie mindestens eine Domänenwand besitzen. Als ein Beispiel kann ein Magnetfeld von einer Initialisierungsquelle (z.B. von einer anderen Quelle als dem Magnetziel, das der Sensor schließlich verfolgt) auf eine Weise an den Magnetsensor angelegt werden, die innerhalb der magnetischen Spirale des Sensors eine oder mehrere Domänenwände generiert. Der Initialisierungsprozess von Block 1102 kann das Anwenden eines initialisierenden Magnetfelds mit einer Stärke innerhalb des magnetischen Fensters des Sensors beinhalten, dann das Drehen des Magnetfelds durch eine Teilumdrehung, eine ganze Umdrehung oder mehr als eine ganze Umdrehung.
Bei Block 1104 kann der Magnetsensor ausgebildet sein zum Erfassen eines Magnetziels. Als ein Beispiel kann der Magnetsensor in einer Einrichtung nahe einem Magnetziel installiert sein, so dass eine Drehung (oder gerade Bewegung) des Magnetziels durch den Magnetsensor verfolgt werden kann.
Bei Block 1106 kann eine Bewegung einer oder mehrerer Domänenwände, die die in Block 1102 generierte Domänenwand oder generierten Domänenwände aufweisen können, durch den Magnetsensor als Reaktion auf eine Drehung des Magnetziels und entsprechende Änderungen bei dem durch das Magnetziel generierten und durch den Magnetsensor empfangenen Magnetfeld aufgezeichnet werden.
Bei Block 1108 kann der Magnetsensor ausgelesen werden, um einen Drehungszählwert des Magnetziels zu erhalten. Insbesondere kann eine an dem Magnetsensor gekoppelte Ausleseschaltungsanordnung die Position(en) und Anzahl an Domänenwänden innerhalb des Magnetsensors erfassen (z.B. durch Erfassen des Widerstandswerts einer oder mehrerer der Spuren, die den Magnetsensor bilden, dessen Widerstandswert aufgrund des GMR-Effekts variieren kann). Der Magnetsensor kann verfolgen, wie oft das Magnetziel relativ zu dem Sensor gedreht wurde. Der Magnetsensor kann Anzahlen addieren, wenn sich das Magnetziel in einer ersten Richtung dreht, und Anzahlen subtrahieren, wenn sich das Magnetziel in einer der ersten Richtung entgegengesetzten zweiten Richtung dreht. Somit kann die Ausleseschaltungsanordnung in Block 1108 bestimmen, wie häufig und in welcher Richtung das Magnetziel relativ zu einem gewissen Basislinienzustand gedreht worden ist. Solche Informationen können beispielsweise verwendet werden um zu bestimmen, ob das Lenkrad eines Wagens gerade ist, um 360 Grad im Uhrzeigersinn gedreht ist oder um 360 Grad entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht ist.
Wie hierin erörtert, können die hierin erörterten Prinzipien und Vorteile auf Ziele mit unterschiedlichen Formen angewendet werden, einschließlich gerade Ziele, wie etwa die in den Beispielen von 12 und 13 dargestellten geraden Ziele.
12 zeigt ein alternatives Magnetziel 1202, das durch den Magnetsensor 1200 verfolgt werden kann. Wie in 12 gezeigt, kann das Magnetziel 1202 aus einem geraden Magnetglied 1204 mit mindestens einem umgedrehten Polpaar ausgebildet werden. Das Beispiel von 12 veranschaulicht das Magnetziel 1202 mit zwei umgedrehten Polpaaren 1206a und 160b, die sich an beliebigen gewünschten Orten entlang der Länge des geraden Magnetglieds 1204 befinden können. Das gerade Magnetglied 1204 kann senkrecht zu seiner länglichen Richtung magnetisiert sein. Als ein Beispiel können die schattierten Gebiete von 12 magnetische Nordpole darstellen, während die unschattierten Gebiete magnetische Südpole darstellen können, oder umgekehrt. Wegen der umgedrehten Polpaare wie etwa 1206a und 1206b kann das Magnetziel 1202 ein ungleichförmiges Magnetfeld generieren, das verwendet werden kann, um die gerade Bewegung des Magnetziels 1202 entlang einer Achse 1210 relativ zu dem Sensor 1200 zu verfolgen (oder umgekehrt). Das Magnetziel 1202 kann sich bezüglich der Sensoren 1200 gerade bewegen, z.B. entlang der Achse 1210. Der Magnetsensor 1200 kann die gerade Position des Magnetziels 1202 durch Aufzeichnen der Passagen in jeder Richtung der umgekehrten Polpaare verfolgen.
13 zeigt ein alternatives Magnetziel 1302, das durch einen Magnetsensor wie etwa den Sensor 1300 verfolgt werden kann. Wie in 13 gezeigt, kann ein zum geraden Erfassen durch den Magnetsensor 1300 ausgebildetes Magnetziel 1302 aus mindestens einer Gruppierung von Polpaaren ausgebildet werden, die auf beiden Seiten eines umgedrehten Polpaars angeordnet sind. 13 veranschaulicht zwei derartige Gruppierungen; aufweisend ein umgedrehtes Polpaar 1306a, das zwischen Polpaaren 1304 und 1308 angeordnet ist, und ein umgedrehtes Polpaar 1306b, das zwischen den Polpaaren 1304b und 1308b angeordnet ist. Die Polpaare und die umgedrehten Polpaare von 13 können in das Ziel 1350 integriert, daran angebracht oder anderweitig an einem oder mehreren Orten entlang des Ziels 1350 angeordnet sein. Als ein Beispiel können die schattierten Gebiete von 13 magnetische Nordpole darstellen, während die unschattierten Gebiete magnetische Südpole darstellen können, oder umgekehrt.
Das Ziel 1350 kann bezüglich des Sensors 1300 gerade entlang der Achse 1310 parallel verschoben werden. Die gerade Position des Ziels 1350 entlang der Achse 1310 kann unter Verwendung der hierin erörterten Techniken durch den Magnetsensor 1300 aufgezeichnet werden. Das Magnetziel 1302 kann Vorzüge ähnlich jenen hierin in Verbindung mit 6 erörterten besitzen.
Es wird ein System vorgelegt, das einen Magnetsensor aufweist, der einen mit einer Anzahl von akkumulierten Drehungen eines Magnetziels assoziierten magnetischen Zustand speichern kann. Der Magnetsensor kann in Verbindung mit einem Magnetziel arbeiten. Das Magnetziel kann ein Magnetfeld erzeugen, das bei einigen Positionen unter ein magnetisches Fenster des Magnetsensors abfällt. Das Magnetziel kann ein magnetisches Feld erzeugen, das innerhalb des magnetischen Fensters liegt, wenn benötigt, um den magnetischen Zustand des Sensors zu aktualisieren, um die akkumulierten Drehungen des Magnetziels zu verfolgen. Der Magnetsensor kann mit einer oder mehreren Domänenwänden initialisiert werden.
Die hierin offenbarte Technologie kann in einer Vielzahl von elektronischen Systemen umgesetzt werden. Aspekte der Offenbarung lassen sich auf beliebige Systeme und/oder Einrichtungen anwenden, die von der hierin offenbarten Magneterfassungstechnologie profitieren könnten.
Aspekte der vorliegenden Offenbarung können in verschiedenen elektronischen Einrichtungen umgesetzt werden. Beispielsweise können Aspekte der vorliegenden Offenbarung in einer beliebigen elektronischen Einrichtung oder elektronischen Komponente umgesetzt werden, die von der hierin erörterten Technologie profitieren könnte. Zu Beispielen für die elektronischen Einrichtungen können unter anderem elektronische Verbraucherprodukte, Teile der elektronischen Verbraucherprodukte, elektronisches Testgerät, Fahrzeugelektroniksysteme usw. zählen. Zu Beispielen für die elektronischen Einrichtungen können unter anderem Recheneinrichtungen, Kommunikationseinrichtungen, elektronische Haushaltsgeräte, Kraftfahrzeugelektroniksysteme, andere Fahrzeugelektroniksysteme, industrielle Steuerelektroniksysteme usw. zählen. Weiterhin können die elektronischen Einrichtungen unfertige Produkte aufweisen.
In der ganzen Beschreibung und den Ansprüchen werden die Wörter „aufweisen“, „aufweisend“ und dergleichen allgemein in einem inklusiven Sinne ausgelegt, im Gegensatz zu einem exklusiven oder erschöpfenden Sinne; das heißt, im Sinne von „aufweisend, aber nicht beschränkt auf“. Das Wort „gekoppelt“, wie es hier allgemein verwendet wird, bezieht sich auf zwei oder mehr Elemente, die entweder direkt miteinander gekoppelt sein können oder über ein oder mehrere dazwischenliegende Elemente gekoppelt sein können. Gleichermaßen bezieht sich das Wort „verbunden“, wie es hier allgemein verwendet wird, auf zwei oder mehr Elemente, die entweder direkt verbunden sein können oder über eines oder mehrere dazwischenliegende Elemente verbunden sein können. Außerdem sollen sich die Wörter „hier“, „oben“, „unten“ und Wörter von ähnlicher Bedeutung, wenn sie in dieser Anmeldung verwendet werden, auf diese Anmeldung auf Ganzes und nicht auf beliebige bestimmte Abschnitte dieser Anmeldung beziehen. Wenn es der Kontext gestattet, können in der obigen Ausführlichen Beschreibung unter Verwendung des Singulars oder Plurals verwendete Wörter auch den Plural bzw. den Singular aufweisen. Das Wort „oder“ in einer Referenz auf eine Liste von zwei oder mehr Gegenständen soll im Allgemeinen alle der folgenden Interpretationen des Worts einschließen: einen beliebigen der Gegenstände in der Liste, alle Gegenstände in der Liste und eine beliebige Kombination der Gegenstände in der Liste.
Zudem soll bedingte Sprache, wie sie hierin verwendet wird, wie etwa unter anderem „kann“, „könnte“, „möglicherweise“, „z.B.“, „zum Beispiel“, „wie etwa“ und dergleichen, sofern nicht spezifisch etwas anderes festgestellt ist oder innerhalb des Kontextes wie verwendet etwas anderes verstanden wird, allgemein übermitteln, dass bestimmte Ausführungsformen gewisse Merkmale, Elemente und/oder Zustände aufweisen, während andere Ausführungsformen sie nicht aufweisen. Somit soll eine solche bedingte Sprache im Allgemeinen nicht implizieren, dass Merkmale, Elemente und/oder Zustände auf eine beliebige Weise für eine oder mehrere Ausführungsformen erforderlich sind oder dass eine oder mehrere Ausführungsformen notwendigerweise eine Logik zum Entscheiden enthalten, ob diese Merkmale, Elemente und/oder Zustände enthalten sind oder in einer bestimmten Ausführungsform durchgeführt werden sollen.
Wenngleich gewisse Ausführungsformen der Erfindungen hier beschrieben worden sind, sind diese Ausführungsformen lediglich beispielhaft vorgelegt worden und sollen nicht den Schutzbereich der Offenbarung beschränken. Tatsächlich können die neuartigen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme, die hierin beschrieben werden, in einer Vielzahl von anderen Formen verkörpert werden; weiterhin können verschiedene Auslassungen, Substitutionen und Änderungen an der Form der Verfahren, Vorrichtung und Systeme, die hierin beschrieben sind, vorgenommen werden, ohne von dem Gedanken der Offenbarung abzuweichen. Beispielsweise können hierin beschriebene Schaltungsblöcke und/oder Schaltungselemente gelöscht, bewegt, hinzugefügt, unterteilt, kombiniert und/oder modifiziert werden. Jeder dieser Schaltungsblöcke und/oder jedes dieser Schaltungselemente kann in einer Vielzahl unterschiedlicher Wege umgesetzt werden. Die beiliegenden Ansprüche und ihre Äquivalente sollen alle derartigen Formen oder Modifikationen abdecken, wie sie in den Schutzbereich und Gedanken der Offenbarung fallen würden.

Claims

Verfahren zum Aufzeichnen einer Anzahl von Drehungen mit einem Multiturn-Magnetsensor unter Verwendung eines erweiterten Magnetfensters, wobei das Verfahren aufweist: Anlegen eines Magnetfelds an den Multiturn-Magnetsensor, wobei das Magnetfeld aus einem Gebiet herauszeigt, für das eine Domänenwandausbreitung in dem Multiturn-Magnetsensor erwartet wird, und wobei das Magnetfeld eine erste Stärke unter einem Bereich besitzt, für den sich Domänenwände vorhersagbar durch den Multiturn-Magnetsensor ausbreiten; während das Magnetfeld aus dem Gebiet herauszeigt, Erhöhen der Stärke des Magnetfelds auf eine zweite Stärke innerhalb des Bereichs, für den sich Domänenwände vorhersagbar durch den Multiturn-Magnetsensor ausbreiten; und während das Magnetfeld die zweite Stärke besitzt, Umkehren des Magnetfelds derart, dass der Magnetfeldvektor in das Gebiet hinein zeigt, um einen Zustand des Multiturn-Magnetsensors anzupassen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Anlegen des Magnetfelds das Anlegen des Magnetfelds an dem Multiturn-Magnetsensor mit einem Magnetzielobjekt aufweist und wobei das Umkehren des Magnetfelds das Drehen des Magnetzielobjekts relativ zu dem Multiturn-Magnetsensor aufweist.
Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei das Anlegen des Magnetfelds das Anlegen des Magnetfelds an dem Multiturn-Magnetsensor mit einem Magnetzielobjekt aufweist und wobei das Umkehren des Magnetfelds das lineare Parallelverschieben des Magnetzielobjekts relativ zu dem Multiturn-Magnetsensor aufweist.
Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei das Anlegen des Magnetfelds das Anlegen des Magnetfelds an dem Multiturn-Magnetsensor mit einem Magnetzielobjekt aufweist, wobei das Verfahren weiterhin aufweist: Anlegen, mit einem Initialisierungsmagneten getrennt von dem Magnetzielobjekt und an dem Multiturn-Magnetsensor, eines Initialisierungsmagnetfelds mit einer dritten Stärke, die innerhalb des Bereichs liegt, für den sich Domänenwände vorhersagbar durch den Multiturn-Magnetsensor ausbreiten; und Drehen des Initialisierungsmagnetfelds relativ zu dem Multiturn-Magnetsensor, um mindestens eine Domänenwand in dem Multiturn-Magnetsensor zu erzeugen.
Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, weiterhin aufweisend, während das Magnetfeld aus dem Gebiet herauszeigt, Reduzieren des Magnetfelds auf eine dritte Stärke unterhalb eines Bereichs, für den eine etwaige Ausbreitung von Domänenwänden durch den Multiturn-Magnetsensor erwartet wird.
Multiturn-Magneterfassungssystem mit einem erweiterten Magnetfenster, wobei das Multiturn-Magneterfassungssystem aufweist: einen Multiturn-Magnetsensor aufweisend magnetoresistive Elemente und ausgebildet zum Aufzeichnen einer Anzahl von Drehungen eines Magnetfelds auf Basis einer Domänenwandausbreitung durch den Multiturn-Magnetsensor; und ein Magnetzielobjekt ausgebildet zum Bewegen zwischen einer ersten Position relativ zu dem Multiturn-Magnetsensor und einer zweiten Position relativ zu dem Multiturn-Magnetsensor, wobei das Magnetzielobjekt derart ausgebildet ist, dass: in der ersten Position das Magnetzielobjekt ausgebildet ist zum Anlegen des Magnetfelds mit einer ersten Stärke an dem Multiturn-Magnetsensor, wobei die erste Stärke unterhalb eines Bereichs liegt, für den sich Domänenwände vorhersagbar durch den Multiturn-Magnetsensor ausbreiten; und in der zweiten Position das Magnetzielobjekt ausgebildet ist zum Anlegen des Magnetfelds mit einer zweiten Stärke an den Multiturn-Magnetsensor, wobei die zweite Stärke in dem Bereich liegt, für den sich Domänenwände vorhersagbar durch den Multiturn-Magnetsensor ausbreiten.
System nach Anspruch 6, wobei das Magnetzielobjekt aufweist: einen ersten Abschnitt aus magnetischem Material, das einen ersten magnetischen Dipol bildet; und einen zweiten Abschnitt aus dem magnetischen Material, das einen zweiten magnetischen Dipol bildet, wobei der erste magnetische Dipol relativ zu dem zweiten magnetischen Dipol umgekehrt ist, wobei der erste und zweite Abschnitt des magnetischen Materials entlang einem im Wesentlichen kreisförmigen Umfang angeordnet sind, und wobei mindestens ein Teil des ersten Abschnitts des magnetischen Materials bei dem zweiten Abschnitt des magnetischen Materials angeordnet ist.
System nach Anspruch 7, wobei, wenn sich das Magnetzielobjekt in der ersten Position befindet, der zweite Abschnitt des magnetischen Materials weg von dem Multiturn-Magnetsensor angeordnet ist.
System nach Anspruch 7, wobei, wenn sich das Magnetzielobjekt in der zweiten Position befindet, der zweite Abschnitt des magnetischen Materials neben dem Multiturn-Magnetsensor angeordnet ist.
System nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei der im Wesentlichen kreisförmige Umfang einen Kreis mit einer Mitte definiert, wobei der erste magnetische Dipol derart orientiert ist, dass der erste magnetische Dipol einen magnetischen Nordpol besitzt, der zu der Mitte des Kreises zeigt, und einem magnetischen Südpol, der weg von der Mitte des Kreises zeigt, und wobei der zweite magnetische Dipol derart orientiert ist, dass der zweite magnetische Dipol einen magnetischen Südpol besitzt, der zu der Mitte des Kreises zeigt, und einen magnetischen Nordpol, der weg von der Mitte des Kreises zeigt.
System nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei der im Wesentlichen kreisförmige Umfang einen Kreis definiert, der in einer Ebene liegt, wobei der erste magnetische Dipol derart orientiert ist, dass der erste magnetische Dipol einen magnetischen Nordpol besitzt, der normal zu der Ebene zeigt, und einen magnetischen Südpol, der antinormal zu der Ebene zeigt, und wobei der zweite magnetische Dipol derart orientiert ist, dass der zweite magnetische Dipol einen magnetischen Südpol besitzt, der normal zu der Ebene zeigt, und einen magnetischen Nordpol, der antinormal zu der Ebene zeigt.
System nach einem der Ansprüche 7 bis 11, wobei das Magnetzielobjekt einen Ring mit dem im Wesentlichen kreisförmigen Umfang aufweist und der erste und zweite Abschnitt des magnetischen Materials zusammen im Wesentlichen den ganzen im Wesentlichen kreisförmigen Umfang des Rings überspannen.
System nach einem der Ansprüche 7 bis 12, wobei das Magnetzielobjekt einen dritten Abschnitt des magnetischen Materials aufweist, das einen dritten magnetischen Dipol bildet, wobei der dritte magnetische Dipol relativ zu dem zweiten magnetischen Dipol umgedreht ist und wobei der zweite Abschnitt des magnetischen Materials zwischen dem ersten und dritten Abschnitt des magnetischen Materials angeordnet ist.
System nach Anspruch 13, wobei, wenn sich das Magnetzielobjekt in der ersten Position befindet, der zweite Abschnitt des magnetischen Materials weg von dem Multiturn-Magnetsensor angeordnet ist und wobei, wenn sich das Magnetzielobjekt in der zweiten Position befindet, der zweite Abschnitt des magnetischen Materials bei dem Multiturn-Magnetsensor angeordnet ist.
System nach Anspruch 6, wobei das Magnetzielobjekt ein gerades Magnetzielobjekt mit einer länglichen Richtung und mindestens einem Polpaar, das senkrecht zu der länglichen Richtung magnetisiert ist, aufweist, wobei sich das Polpaar näher an dem Multiturn-Magnetsensor befindet, wenn sich das Magnetzielobjekt in der ersten Position befindet, als wenn sich das Magnetzielobjekt in der zweiten Position befindet.
Magneterfassungssystem mit einem erweiterten Magnetfenster, wobei das Magneterfassungssystem aufweist: einen Magnetsensor aufweisend magnetoresistive Elemente und ausgebildet zum Aufzeichnen von Positionsdaten auf Basis einer Domänenwandausbreitung durch den Magnetsensor; und ein Magnetzielobjekt, das relativ zu dem Magnetsensor angeordnet ist, so dass: in einer ersten Position relativ zu dem Magnetsensor das Magnetzielobjekt ausgebildet ist zum Anlegen eines Magnetfelds mit einer ersten Stärke an den Magnetsensor, wobei die erste Stärke in einem Bereich liegt, für den sich Domänenwände durch den Magnetsensor mit einer von null verschiedenen Wahrscheinlichkeit von kleiner als 95% ausbreiten; und in einer zweiten Position relativ zu dem Magnetsensor das Magnetzielobjekt ausgebildet ist zum Anlegen des Magnetfelds mit einer zweiten Stärke an dem Magnetsensor, wobei die zweite Stärke in einem Bereich liegt, für den sich Domänenwände vorhersagbar durch den Magnetsensor ausbreiten.
Magneterfassungssystem nach Anspruch 16, wobei das Magnetzielobjekt relativ zu dem Magnetsensor derart angeordnet ist, dass in einer dritten Position relativ zu dem Magnetsensor das Magnetzielobjekt ausgebildet ist zum Anlegen des Magnetfelds mit einer dritten Stärke an den Magnetsensor, wobei die dritte Stärke in einem Bereich liegt, für den nicht erwartet wird, dass sich Domänenwände durch den Magnetsensor ausbreiten.
Magneterfassungssystem nach Anspruch 16 oder 17, wobei das Magnetzielobjekt in einem Ring geformt ist und Magnetpole besitzt, die radial nach innen zu einer Mitte des Rings zeigen und von der Mitte des Rings radial nach außen zeigen.
Magneterfassungssystem nach Anspruch 16 oder 17, wobei das Magnetzielobjekt in einem Ring ausgebildet ist, der in einer Ebene liegt, und wobei das Magnetzielobjekt Magnetpole besitzt, die normal zu der Ebene des Rings zeigen und antinormal zu der Ebene des Rings zeigen.
Magneterfassungssystem nach Anspruch 16, wobei das Magnetzielobjekt ein gerades Magnetzielobjekt mit einer länglichen Richtung aufweist und wobei das gerade Magnetzielobjekt Magnetpole besitzt, die senkrecht zu der länglichen Richtung des geraden Magnetzielobjekts zeigen.