DE4008141C2

DE4008141C2 - Sensor mit Hall-Effekt

Info

Publication number: DE4008141C2
Application number: DE4008141A
Authority: DE
Inventors: Shigemi Murata
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1989-03-14
Filing date: 1990-03-14
Publication date: 1995-08-24
Anticipated expiration: 2010-03-15
Also published as: US5093617A; US5093617B1; KR960000342B1; DE4008141A1; US5144234A; KR900014747A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Sensor mit Hall- Effekt gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, dem Oberbe griff von Anspruch 9 oder dem Oberbegriff von Anspruch 16 z. B. zur Verwendung beim Detektieren eines Kurbelwellenwin kels für eine Zündzeitpunktsteuervorrichtung eines Verbren nungsmotors.

Es ist bekannt, den Halleffekt bei verschiedenen Typen von Sensoren wie z. B. einem Positionssensor, einem Winkelsensor und einem Geschwindigkeitssensor zu verwenden. In der DE-OS 30 01 771 oder in DE.-Z.: Siemens Components 20 (1982), Heft 3, werden Hall-Magnet-Gabelschranken als solch ein Typ von Sensor mit Hall-Effekt beschrieben, bei denen ein Spalt für die Bewegung einer Flußblende zwischen einem Magneten und einem Hall-Element vorgesehen ist. Weiterhin sind bei dem Sensor gemäß der DE.-Z. ein Hall-Element, eine periphere Schaltung wie z. B. ein Verstärker, eine Si gnalformerschaltung, eine Spannungsstoß- bzw. eine Strom stoßschutzschaltung usw. und ein Magnetkreis zum Erzeugen eines magnetischen Flusses einstückig (integral) bzw. ein gegossen mittels eines Harzes bzw. eines Kunststoffes vor gesehen. Aus der DE-OS 30 01 771 ist auch ein Hall-IC (intergrierter Schaltkreis) bekannt, bei dem ein Hall-Element in eine hy brid-integrierte Schaltung auf einem Substrat, das aus ei ner Keramik besteht, eingebaut ist. Wenn diese bekannten Sensoren mit Hall-Effekt hergestellt werden, werden das Hall-Element, Teile des Magnetkreises und ähnliches unter Einsatz von Montagehilfen bzw. Montageeinrichtungen positioniert bzw. angeordnet und dann wird ein thermopla stisches Harz oder ein wärmehärtbares Harz in den Raum ein gegossen, der diese Teile umgibt, und danach wird das Harz mittels eines Heizers getrocknet oder ausgehärtet. Dement sprechend gibt es Probleme, die darin bestehen, daß mehrere Montageeinrichtungen zum Positionieren des Hall-Elements und der Teile in dem Sensor notwendig sind, daß die Positioniergenauigkeit des Hall-Elements und der Teile nicht so hoch ist, daß der Sensor für eine Massenproduktion geeignet ist, und daß die Empfindlichkeit des Sensors unbefriedigend ist.

In dem deutschen Gebrauchsmuster G 86 04 291.2 wird ein elektrischer Positionsmeßgeber beschrieben, der einen fest stehenden Magnetfelderzeuger, nämlich einen Permanentmagne ten, aufweist, der in einem zylindrischen Hohlraum einer isolierenden Trägereinrichtung untergebracht ist. Auf der Trägereinrichtung ist eine Leiterplatte befestigt, die eine Bohrung aufweist, welche über dem Magneten vorgesehen ist und in der ein Hallgenerator angeordnet ist. Das Hallele ment ist relativ weit von dem Permanentmagneten entfernt, woraus eine relativ geringe Durchsetzung mit Magnetfeldli nien des Hallelements mit entsprechend geringer Empfind lichkeit resultiert.

Die CH-PS 611 038 beschreibt einen statisch arbeitenden, magnetischen Geberkopf, der einen zylindrischen Permanent magneten und zwei diametral zueinander gegenüberliegende Hall-Generatoren am Permanentmagneten aufweist. Die Hall- Generatoren sind im Weg des magnetischen Flusses, der vom Permanentmagneten und einem Rückschlußtopf erzeugt wird (vgl. Oberbegriff von Anspruch 1 oder Anspruch 9).

Aus der US 4,235,213 ist ein Zündgehäuse zum Aufnehmen der Systemkomponenten eines Zündverteilers eines Automobiles bekannt. In diesem Gehäuse ist ein Hall-Effekt-Sensor auf einer Leiterplatte im Pfad eines magnetischen Flusses un tergebracht, der von einem magnetischen Kreis erzeugt wird (vgl. Oberbegriff von Anspruch 16).

In der DE-PS 29 33 557 wird ein Meßumformer zur berührungs losen Weg- oder Geschwindigkeitsmessung beschrieben, bei dem ein bewegliches Teil vorhanden ist, auf dem sich unter schiedliche magnetische Felder befinden, und ein festste hendes Teil vorhanden ist, an dem Hall-Generatoren ange bracht sind, die die Flußänderung des beweglichen Teils er fassen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen einfach montierbaren Sensor mit Hall-Effekt bereitzustellen, der sich durch hohe Empfindlichkeit und Sicherheit gegen Stö rungen und Ausfall auszeichnen soll.

Diese Aufgabe wird durch den Sensor mit Hall-Effekt nach Anspruch 1, Anspruch 9 bzw. Anspruch 16 gelöst.

Demnach weist der Sensor mit Hall-Effekt gemäß der vorlie genden Erfindung auf eine Flußerzeugungseinrichtung zum Er zeugen eines magnetischen Flusses und zum Ausbilden eines magnetischen Pfades, ein Hall-Element, das in diesem magne tischen Pfad angeordnet ist, und einen Formrahmen bzw. einen Gußrahmen, der die Flußerzeugungsein richtung und das Hall-Element eingegossen bzw. einstückig zusammenhält, wobei das Hall-Element an der Flußerzeugungs einrichtung, an einem Befestigungsabschnitt des Formrahmens bzw. des Gehäuses oder an einer Platte befestigt ist und ein Überspannungs-Schutz-Element vorgesehen ist

Ein gedruckter Leiter zur Signalzuleitung kann auf der Flußerzeugungseinrichtung oder dem Formrahmen ausgebildet sein. Dieser gedruckte Leiter ist elektrisch mit dem Hall-Element durch eine Verbindungseinrichtung verbunden. Als Material für die Verbindungseinrichtung können ein Bonddraht, Lot oder ähnliches eingesetzt werden. Die Flußerzeugungseinrichtung kann genauergesehen einen Magneten und einen magnetischen Flußleiter haben und es ist beabsichtigt, daß diese Flußerzeugungseinrichtung einen magnetischen Pfad durch Übertragen eines magnetischen Flusses, der von dem Magneten erzeugt wird, auf den Flußleiter ausbildet. Wenn die Flußerzeugungseinrichtung leitend ist, kann die Flußer zeugungseinrichtung mit einem Isolationsfilm dazwischen auf der Flußerzeugungseinrichtung befestigt werden.

Das Hall-Element kann ein freiliegender Hall-Chip sein, wobei der Hall-Chip ein Hall-IC sein kann, in dem das Hall-Element mit einem Teil einer peripheren Schaltung vor gesehen ist.

Der Sensor mit Hall-Effekt gemäß der vorliegenden Erfindung kann als Positionssensor oder als Geschwindigkeitssensor oder auch als Winkelsensor zum Detektieren des Kurbelwel lenwinkels für die Zündzeitpunktsteuerung eines Verbren nungsmotors verwendet werden.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Weitere Vorteile der Erfindung und vorteilhafte Weiterbil dungen der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfol genden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen ersichtlich. Es zeigt

Fig. 1 eine Querschnittsansicht eines Sensors mit Hall- Effekt gemäß einer Ausführungsform des Sensors nach Anspruch 1 der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine Querschnittsansicht zum Erläutern der Funkti onsweise des Sensors gemäß Fig. 1;

Fig. 3 eine Aufsicht, die eine Flußblende zeigt, die in den Sensoren der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird;

Fig. 4 eine Querschnittsansicht eines Sensors mit Hall-Ef fekt eines abgewandelten Beispiels des Sensors von Fig. 1.

Fig. 5 eine Querschnittsansicht eines Sensors mit Hall-Ef fekt gemäß einer Ausführungsform des Sensors nach Anspruch 9 der vorliegenden Erfindung;

Fig. 6 eine Querschnittsansicht eines Sensors mit Hall-Ef fekt gemäß eines abgewandelten Beispiels des Sensors nach Fig. 5;

Fig. 7 eine Querschnittsansicht eines Sensors mit Hall-Ef fekt gemäß einer weiteren abgewandelten Form des Sensors nach Fig. 5;

Fig. 8 eine Querschnittsansicht eines Sensors mit Hall- Effekt eines weiteren abgewandelten Beispiels des Sensors nach Fig. 5;

Fig. 9 eine Querschnittsansicht eines Sensors mit Hall-Ef fekt eines zweiten abgewandelten Beispiels des Sensors nach Fig. 5;

Fig. 10 eine Querschnittsansicht eines Sensors mit Hall- Effekt gemäß einer Ausführungsform des Sensors nach Anspruch 16 der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 11 eine Querschnittsansicht des Sensors mit Hall-Ef fekt gemäß Fig. 10 entlang der Linie XI-XI.

Nachfolgend werden Sensoren der vorliegenden Er findung mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen be schrieben. Die nachfolgenden Sensoren werden be züglich eines Sensor zum Detektieren eines Kurbelwellenwin kels eines Verbrennungsmotors beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine Flußerzeugungseinrichtung 1 (Magnet), die einen N-Pol und einen S-Pol, wie in der Figur gezeigt wird, aufweist. Auf dem Magneten 1 ist ein Isolationsfilm 5 mittels Aufdampfen, Aufbringen oder ähnlichem ausgebildet. Auf dem Isolationsfilm 5 ist ein gedruckter Leiter 7 mit einem vorgegebenen Muster ausgebildet. Ein Hall-Element 2 ist in einer Position über dem Magneten 1 angeordnet. Das Hall-Element 2 ist elektrisch mit dem gedruckten Leiter 7 durch eine Lötpaste 4 verbunden. Die Funktion des Hall-Ele ments 2 übernimmt ein freiliegender Hall-Chip oder ein Hall-IC, die im nachfolgenden als Hall-Element bezeichnet werden. Ein elektronisches Bauelement 6 bzw. Teil ist als Stromstoß- bzw. Spannungsstoßschutzelement auf dem Isolati onsfilm 5 mittels der Lötpaste 4 vorgesehen. Diese Einzel teile bilden den Sensor, der somit aus dem Magneten 1, dem Isolationsfilm 5, dem gedruckten Leiter 7, dem Hall-Element 2, der Lötpaste 4 und dem elektronischen Teil 6 besteht, wobei die Einzelteile von einem Formrahmen 3, der aus einem Gußharz bzw. Formharz besteht, umgeben sind.

Fig. 3 zeigt eine Flußblende bzw. Magnetflußblende 20. Diese Flußblende besteht aus einem magnetischen Material in Scheibenform, bei der jeder der vielen Flügel 21 bzw. jede der Schaufeln vorgesehen ist, einen vorgegebenen Winkel der Rotation zu haben. Wenn sich die Flußblende 20 um eine Rotationsachse O dreht, bewegen sich der Flügel 21 und der Zwischenraum 22, der zwischen den Flügeln definiert ist, abwechselnd in eine Position über dem Hall-Element 2. Wenn ein Sensor mit Hall-Effekt, wie er in Fig. 1 gezeigt wird, als Kurbelwellenwinkelsensor für einen Verbrennungsmotor eingesetzt wird, wird die Flußblende 20 im Synchronismus mit der Rotation des Verbrennungsmotors gedreht.

Im nachfolgenden wird die Betriebsweise des Sensors be schrieben. Wenn der Raum bzw. Zwischenraum 22 der Flußblende 20 über dem Hallelement 2, wie in Fig. 1 ge zeigt wird, angeordnet ist, erzeugt ein magnetischer Fluß, der durch den Magneten 1 generiert wird, einen magnetischen Pfad, wie er mit der unterbrochenen Linie A gezeigt wird.

Der magnetische Fluß, der dann auf das Hall-Element 2 ein wirkt, ist dann im niedrigen Zustand, also relativ gering. Andererseits, wenn der Flügel 21 der Flußblende über dem Hall-Element 2 positioniert ist, wie es in Fig. 2 gezeigt wird, erzeugt der magnetische Fluß, der von dem Magneten 1 erzeugt wird, einen magnetischen Pfad, wie er mit der unterbrochenen bzw. gestrichelten Linie B gezeigt wird. Der magnetische Fluß, der dann auf das Hall-Element 2 einwirkt, ist dann groß. Wie aus dem Vorhergehenden zu ersehen ist, wirkt diese Änderung des magnetischen Flusses in Synchronis mus mit der Rotation des Verbrennungsmotors auf das Hall- Element 2 ein und ein elektrisches Signal, das der Änderung des magnetischen Flusses entspricht, wird gemäß dem Hall-Ef fekt erzeugt. Dieses elektrische Signal wird an eine außen liegende Schaltung (nicht gezeigt) über den gedruckten Lei ter 7 fortgeleitet und dessen Signalverlauf wird so verar beitet, daß er zum Detektieren eines Kurbelwellenwinkels verwendet werden kann.

Fig. 4 zeigt ein weiteres Beispiel des Sensors nach Anspruch 1. Fig. 4 zeigt ein Flußerzeugungsteil 1, das einen Ma gneten 11 aufweist, einen Flußleiter 12, der in Kontakt mit dem Magneten 11 gehalten ist, und einen Flußleiter 13, der gegenüberliegend zum Magneten 11 und dem Flußleiter 12 mit einem Spalt 8 dazwischen angeordnet ist. Ein Pol P1 des Flußleiters 12 und ein Pol P2 des Magneten 11, der eine zum Pol P1 entgegengesetzte Funktion bzw. Polung aufweist, sind in der gleichen Richtung angeordnet. Abschnitte des Fluß leiters 13, die mit 13a und 13b angegeben sind, sind je weils so angeordnet, daß sie in gegenüberliegender Lage zu den Polen P1 des Flußleiters 12 bzw. dem Pol P2 des Magne ten 11 ausgerichtet sind. Dieser Gegenabschnitt 13a ist als ein gebogener Endabschnitt des Flußleiters 13 ausgebildet, wohingegen der Gegenabschnitt 13b als flacher Abschnitt des Flußleiters 13 ausgebildet ist. Auf dem Gegenabschnitt 13b ist ein Isolationsfilm 5 aufgebracht. Der Flußleiter 13 ist mit einem Einsatzleiter 23 zum Ableiten eines elektrischen Signales nach außen versehen, das von dem Hall-Element 2 gewandelt wurde, wobei beide Teile einstückig ausgebildet sind. Der gedruckte Leiter 7, der ein vorgegebenes Muster hat, ist auf dem Isolationsfilm 5 und dem Einsatzleiter 23 vorgesehen. Dieser gedruckte Leiter 7 ist elektrisch mit dem Hall-Element 2 durch einen Anschluß 9 des Hall-Elements 2 verbunden. Ein elektronisches Teil 6 ist vorgesehen, wie z. B. ein Stromstoßschutzelement, und zwar auf dem Isolati onsfilm 5 mit dem gedruckten Leiter 7 dazwischen. Diese Teile wie z. B. das Flußerzeugungsteil 1 und das Hall-Ele ment 2 werden einstückig bzw. eingegossen mittels des Form rahmens 3 zusammengehalten, der aus einem Gußharz besteht. Ein Ende des Einsatzleiters 23 steht von dem Formrahmen 3 ab, um einen Verbindungsstift 24 zu bilden. An einem Ende des Formrahmens 3 ist ein Stecker 25 ausgebildet, der den Sensor mit anderen Einrichtungen verbindet. Wenn die Form bzw. Gußform in dieser Ausführungsform ausgebildet wird, und zwar nachdem der Magnet 11, der Flußleiter 12 und der Flußleiter 13, an dem das Hall-Element 2 befestigt ist, po sitioniert worden sind, wird der Formrahmen 3 ausgebildet.

Nachfolgend wird die Funktionsweise des Sensors beschrie ben. Eine Flußblende 20, wie sie in Fig. 3 gezeigt wird, bewegt sich durch den Spalt 8 hindurch. Wenn der Flügel 21 der Flußblende 20 im Spalt 8 positioniert ist, wird ein magnetischer Fluß, der von dem Magneten 11 erzeugt wird, durch den Flügel 21 kurzgeschlossen, d. h., es wird ein magnetischer Pfad erzeugt, der von dem Pol P1 über den Flü gel 21, den Pol P2, den Magneten 11, den Flußleiter 12 zu dem Pol P1 verläuft. Der magnetische Fluß, der auf das Hall-Element 2 einwirkt, ist dann gering. Andererseits wenn der Raum 22 der Flußblende 20 im Spalt 8 positioniert ist, wird ein magnetischer Fluß, der von dem Magneten 11 erzeugt wird, nicht kurzgeschlossen, d. h., es wird ein magnetischer Pfad ausgebildet, der vom Pol P1 über den Gegenabschnitt 13a, den Flußleiter 13, den Gegenabschnitt 13b, das Hall- Element 2, den Pol P2, den Magneten 11, den Flußleiter 12 zu dem Pol P1 verläuft. Der magnetische Fluß, der dann auf das Hall-Element 2 einwirkt, ist groß. Wie aus dem Oben stehenden entnommen werden kann, wirkt diese Änderung des magnetischen Flusses in Synchronismus mit der Rotation des Verbrennungsmotors bzw. der Verbrennungsmaschine auf das Hall-Element 2 ein, und ein elektrisches Signal, das der Änderung des magnetischen Flusses entspricht, wird gemäß dem Hall-Effekt erzeugt. Dieses elektrische Signal wird über den gedruckten Leiter 7 und den Einsatzleiter 23 zu einer äußeren Schaltung (nicht gezeigt) fortgeleitet und dessen Signalverlauf wird zum Detektieren eines Kurbelwellenwin kels verarbeitet.

Wie oben beschrieben, ist bei einem Sensor gemäß Anspruch 1 das Hall-Element 2 direkt an dem Flußerzeugungsteil 1 (Magnet 1 oder Flußleiter 13) befestigt, und es ist nicht notwendig, eine Montagehilfe zum Positionieren des Hall-Elements 2 vorzusehen. Wenn das Hall-Element 2 am Flußerzeugungsteil 1 (Magnet 1 oder Flußleiter 13) befestigt ist, wird eine Technik wie z. B. das Anbringen eines Schaltungselements auf einer gedruckten Leiterplatte eingesetzt. Dann kann eine höhere Positionsgenauigkeit des Hall-Elements erhalten werden. Zudem kann die Anzahl der Teile, die im Sensor ein gesetzt werden, reduziert werden, und somit kann der Zusam menbau bzw. die Montage der Teile leicht ausgeführt werden. Der Sensor kann dann eine höhere Empfindlichkeit aufweisen und seine Teile können leicht automatisch zusammengebaut werden.

Der Isolationsfilm 5 ist bei diesem Sensor auf ei ner Oberfläche des Magneten 1 oder des Flußleiters 13 auf gebracht worden, es ist jedoch nicht notwendig den Isolati onsfilm 5 auf diesen aufzubringen, wenn der Magnet 1 oder der Flußleiter 13 isolierend sind. Es ist nicht vorgesehen, daß das Material des Isolationsfilms 5 auf ein bestimmtes Material beschränkt ist, vielmehr sind Harz, Glas, Kerami ken wie z. B. Aluminiumoxid, dafür geeignet.

Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform eines Sensors gemäß Anspruch 9 der Erfindung. Fig. 5 zeigt ein Flußerzeugungsteil 1, das aus einem Magneten 11 und einem Flußleiter 12 besteht, der in Kontakt mit dem Magneten 11 gehalten ist. Das Flußerzeugungsteil 1 ist einstückig mit einem Formrahmen 3 verbunden, der aus Gußharz besteht. Der Formrahmen 3 hat einen Befestigungsabschnitt 34 zum Befestigen des Hall-Ele ments 2. In dem Formrahmen 3 ist ein Einsatzleiter 23 un tergebracht, der mit einem gedruckten Leiter 7 verbunden ist, welcher auf dem Befestigungsabschnitt 34 in dem Form rahmen 3 ausgebildet ist. An einem Ende des Formrahmens 3 ist ein Stecker 25 ausgebildet. Das Hall-Element 2 ist in einer Position unterhalb des Magneten 11 mit einem Spalt 8 dazwischen angeordnet. Ein Anschlußdraht 9 des Hall-Ele ments 2 ist elektrisch mit dem gedruckten Leiter 7 und dem Einsatzleiter 23 mittels einer Lötpaste (soldering paste) 4 verbunden. Ein elektronisches Teil 6 wie z. B. ein Stromstoßschutzelement, ist auf dem Befestigungsabschnitt 34 des Formrahmens 3 mit Lötpaste 4 dazwischen angeordnet. Ein Epoxydharz wird in den Raum eingefüllt, der das Hall- Element und das elektronische Teil bzw. die Schaltung um gibt. Wenn die Temperaturumgebung streng (severe) ist, wird ein Silikongel bzw. Siliziumgel (silicon gel) in den Raum eingefüllt und eine Abdeckung (eine Abdeckung 32, wie sie in den Fig. 10 und 11 gezeigt wird) wird eingesetzt, um die Elemente bzw. Teile zu schützen.

Im nachfolgenden wird die Funktionsweise des Sensors be schrieben. Eine Flußblende 20, wie sie in Fig. 3 gezeigt wird, bewegt sich durch den Spalt 8 in Synchronismus mit der Rotation des Verbrennungsmotors. Wenn der Raum 22 der Flußblende 20 im Spalt 8 positioniert ist bzw. sich im Spalt 8 befindet, erzeugt der Magnetfluß, der von dem Ma gneten 11 erzeugt wird, einen magnetischen Pfad, wie er mit der unterbrochenen Linie A gezeigt wird. Der magnetische Fluß, der dann auf das Hall-Element 2 einwirkt, ist groß. Andererseits, wenn der Flügel 21 der Flußblende 20 im Spalt 8 positioniert ist, erzeugt ein magnetischer Fluß, der von dem Magneten 11 erzeugt wird, einen magnetischen Pfad, wie er mit der unterbrochenen Linie B gezeigt wird. Der magne tische Fluß, der dann auf das Hall-Element 2 einwirkt, ist gering. Wie aus dem Obenstehenden ersichtlich ist, wirkt die Änderung des magnetischen Flusses in Synchronismus mit der Rotation des Verbrennungsmotors auf das Hall-Element 2 ein und ein elektrisches Signal, das der Änderung des ma gnetischen Flusses entspricht, wird gemäß dem Hall-Effekt erzeugt. Dieses elektrische Signal wird über den gedruckten Leiter 7 und den Einsatzleiter 23 zu einer äußeren Schal tung (nicht gezeigt) fortgeleitet und dessen Wellenform wird so verarbeitet, daß es zur Detektion eines Kurbelwel lenwinkels eingesetzt werden kann.

Fig. 6 zeigt eine abgewandelte Form des Sensors gemäß Anspruch 9. Ähnlich wie in dem Sensor nach Fig. 4 ist bei diesem Sensor ein Flußleiter 13 vorgesehen, der in Kontakt mit einem Hall-Element 2 ist und an dem Formrahmen 3 befestigt ist, wobei das Befestigen nicht im Detail in der Figur gezeigt ist. Das Hall-Element 2 ist in einem Loch bzw. in einer Öffnung 26 untergebracht, welches so ausgebildet ist, das es durch einen Befesti gungsabschnitt 34 des Formrahmens 3 verläuft. Der weitere Aufbau dieses Sensors entspricht dem der Fig. 5, wobei eine Erläuterung jener Elemente, die gleich mit den Elemen ten des Sensors gemäß Fig. 4 bezeichnet sind, hier weggelassen wird.

Im nachfolgenden wird die Funktionsweise des Sensors be schrieben. Wenn sich der Raum 22 der Flußblende 20 in dem Spalt 8 befindet, wird ein magnetischer Pfad, wie er mit der unterbrochenen Linie A gezeigt ist, erzeugt und der ma gnetische Fluß der auf das Hall-Element 2 einwirkt, ist groß. Andererseits, wenn der Flügel 21 der Flußblende 20 im Spalt 8 positioniert ist, wird ein magnetischer Pfad, wie er mit der unterbrochenen Linie B gezeigt wird, erzeugt und der magnetische Fluß, der auf das Hall-Element 2 einwirkt, ist gering. Wie aus dem Obenstehenden zu ersehen ist, wirkt die Änderung des magnetischen Flusses in Synchronismus mit der Rotation des Verbrennungsmotors auf das Hall-Element 2 ein und ein elektrisches Signal, das der Änderung des ma gnetischen Flusses entspricht, wird gemäß dem Hall-Effekt erzeugt. Dieses elektrische Signal wird über den gedruckten Leiter 7 und den Einsatzleiter 23 zu einer äußeren Schal tung (nicht gezeigt) fortgeleitet und dessen Signalverlauf bzw. Wellenform wird verarbeitet, um für die Detektion ei nes Kurbelwellenwinkels verwendet zu werden.

In der abgewandelten Form nach Fig. 6 kann, da der Fluß leiter 13 eingesetzt wird, eine Flußdichte für das Hall- Element 2 in dem magnetischen Pfad groß gemacht werden, der durch die unterbrochene Linie A gezeigt wird, und dement sprechend kann die Änderung des magnetischen Flusses für das Hall-Element 2 größer gemacht werden, wenn die Flußblende 20 bewegt wird. Zudem ist das Hall-Element 2 in dem Loch 26 untergebracht, um den magnetischen Pfad im Spalt 8 kurzzuschließen, wodurch die Detektionsempfindlich keit des Sensors sehr verbessert werden kann. Und die Si gnalgenauigkeit gegenüber Änderungen der Temperatur oder der Spannung kann erhöht werden.

Fig. 7 zeigt eine weitere Ausführungsform des Sensors gemäß Anspruch 9. In diesem Sensor ist ein Hall-Element 2 eines Hall-IC-Chip (flip chip) elektrisch mit einem gedruckten Leiter 7 durch einen erhöh ten Lötkontaktfleck 27 verbunden. Bei diesem Beispiel ist ein Substrat, das aus Epoxydharz oder Aluminiumoxid besteht und auf dem das Hall-Element 2 und das elektronische Teil 6 installiert sind, unnötig. Dementsprechend ist der magneti sche Pfad im Spalt 8 kurz und die Detektionsempfindlichkeit kann auf die selbe Art und Weise wie beim Beispiel nach Fig. 6 verbessert werden. Der weitere Aufbau und Betrieb dieses Sensors sind die gleichen wie beim Sensor nach Fig. 6 und eine Erläuterung der Elemente, die identisch mit den Elementen des Sensors nach Fig. 6 sind, wird hier wegge lassen.

Fig. 8 zeigt eine weitere Ausführungsform des Sensors nach Anspruch 9. Hier wird als Hall-Element 2 ein Hall-IC-Chip verwendet. Das Hall-Element 2 ist mit einem gedruckten Leiter 7 und der gedruckte Leiter 7 ist mit ei nem Einsatzleiter 23 jeweils durch einen Bonddraht 30 ver bunden und das Hall-Element 2 ist elektrisch mit dem Ein satzleiter 23 verbunden. Der weitere Aufbau entspricht dem Beispiel nach Fig. 7 und deshalb wird eine Erläuterung der Elemente, die identisch in Fig. 7 vorhanden sind, hier weggelassen. Der Betrieb dieses Beispiels entspricht dem Betrieb gemäß Fig. 6.

Fig. 9 zeigt eine dritte Ausführungsform des Sensors nach Anspruch 9. Das Hall-Element 2 ist in diesem Bei spiel ein Hall-IC. Das Hall-Element 2 ist so aufgebaut, daß eine Vielzahl von elektronischen Teilen und eine gedruckte Schaltung auf einem keramischen Substrat 28 untergebracht sind. Das Hall-Element 2 ist mit einer Vielzahl von An schlußelektroden 29 versehen. Jede Anschlußelektrode 29 ist mit einem Einsatzleiter 23 durch einen Bonddraht 30 verbun den. Als geeignetes Material für den Bonddraht 30 kann Gold, Kupfer, Aluminium oder eine Legierung eingesetzt wer den. Der weitere Aufbau und Betrieb sind die gleichen wie beim Sensor nach Fig. 8. Deshalb wird eine Erläuterung der Elemente, die auch in dem vorhergehenden Beispiel vorhanden sind, weggelassen.

Bei einem Sensor gemäß Anspruch 9 ist das Hall-Element 2 di rekt am Formrahmen 3 befestigt und es ist nicht notwendig, eine Montagehilfe zum Positionieren bzw. Anordnen des Hall- Elements 2 einzusetzen. Wenn das Hall-Element 2 auf dem bzw. an dem Formrahmen 3 befestigt ist, wozu z. B. eine Technik wie das Aufbringen eines Schaltungselements auf ei ner gedruckten Leiterplatte eingesetzt werden kann, kann im Sensor das Hall-Element 2 mit hoher Genauigkeit positioniert werden. Und wenn z. B. ein Einrichtvorsprung oder ähnliches in einer Befestigungsposition des Hall-Elements 2 im Form rahmen 3 im voraus ausgebildet wird, kann das Hall-Element 2 mit größerer Genauigkeit postitioniert bzw. leicht ange ordnet werden. Zudem kann die Anzahl der Teile, die in dem Sensor eingesetzt werden, reduziert werden, was zur Folge hat, daß die Teile leicht zusammengebaut werden können, und dementsprechend ist ein Sensor mit großer Empfindlichkeit gegeben und Teile des Sensors können vollständig und leicht automatisch zusammengebaut werden. Des weiteren, wenn das Hall-Element 2 elektrisch mit dem Einsatzleiter 23 durch einen Bonddraht 30 verbunden wird, ist es nicht notwendig, Löten einzusetzen. Es ist möglich, einen Sensor zu schaf fen, der gegenüber mechanischen Vibrationen widerstandsfä hig ist und bei dem Deformationen des gedruckten Leiters 7 und des Einsatzleiters 23 gemäß der Ausdehnung und Kontrak tion der Leiter aufgrund von Temperaturänderungen des Form rahmens 3 erzeugt werden.

Die Fig. 10 und 11 zeigen eine Ausführungsform des Sensors nach Anspruch 16. Die Figuren zeigen ein Flußerzeugungsteil 1, das einen Ma gneten 11, einen Flußleiter 12 und einen Flußleiter 13 auf weist. Dieses Flußerzeugungsteil 1 ist einstückig in einem Formrahmen 3 angeordnet und eingesperrt bzw. untergebracht. Der Formrahmen 3 hat einen Einsperrabschnitt 3a für eine Platte 31, einen Einsperrabschnitt 3b für das Flußerzeu gungsteil 1 (Flußleiter 12) und einen Unterbringungsab schnitt 3c für das Hall-Element 2 und weitere Teile. Ein Einsatzleiter 23 ist in dem Formrahmen 3 eingepaßt und an einem Ende des Formrahmens 3 ist ein Stecker 25 ausgebil det. Die Platte 31, die aus Metall, Plastik, Kunststoff oder ähnlichem besteht, ist in einer Position ge genüberliegend zum Magneten 11 mit einem Spalt 8 dazwischen angeordnet und ist in dem Einsperrabschnitt 3a arretiert. Auf der anderen Oberfläche der Platte 31, die nicht dem Ma gneten 11 gegenüberliegt, ist ein Isolationsfilm 5 aufge bracht, auf dem ein gedruckter Leiter 7 ausgebildet ist. Das Hall-Element 2 und ein elektronisches Teil 6 wie z. B. ein Stromstoßschutzelement sind mit dem gedruckten Leiter 7 mittels eines erhöhten Lötkontaktflecks 27 verbunden. Der gedruckte Leiter 7 ist elektrisch mit dem Einsatzleiter 23 über einen Bonddraht 30 verbunden. Der Flußleiter 12 ist in dem Einsperrabschnitt 3b des Formrahmens 3 angeordnet und arretiert. Der Flußleiter 13 ist streng mit einer Abdeckung 32 durch ein Klebemittel 33 verbunden. Die Abdeckung 32 zum Abdecken des Unterbringungsabschnitts 3c ist an dem Form rahmen 3 befestigt. Ein Harz wie z. B. Siliziumgel wird in den Raum, der das Hall-Element 2 und den Flußleiter 13 in dem Unterbringungsabschnitt 3c umgibt, eingefüllt, um damit beide gegenüber ihren Umgebungen zu schützen.

Im nachfolgenden wird die Betriebsweise des Sensors be schrieben. Eine Flußblende 20, wie sie in Fig. 3 gezeigt wird, bewegt sich durch den Spalt 8 in Synchronismus mit der Rotation des Verbrennungsmotors. Wenn der Raum 22 der Flußblende 20 im Spalt 8 positioniert ist, erzeugt ein ma gnetischer Fluß, der von dem Magneten 11 erzeugt wird, einen magnetischen Pfad, wie er mit der unterbrochenen Li nie A in Fig. 11 gezeigt wird. Der magnetische Fluß, der auf das Hall-Element einwirkt, ist dann groß. Andererseits, wenn der Flügel der Flußblende 20 im Spalt 8 positioniert ist, erzeugt ein magnetischer Fluß, der durch den Magneten 11 erzeugt wird, einen magnetischen Pfad, wie er mit der unterbrochenen Linie B in Fig. 11 gezeigt wird. Der magne tische Fluß, der auf das Hall-Element 2 einwirkt, ist dann gering. Wie aus dem obenstehenden ersichtlich ist, wirkt die Änderung des magnetischen Flusses in Synchronismus mit der Rotation des Verbrennungsmotors auf das Hall-Element 2 ein und ein elektrisches Signal, das der Änderung des ma gnetischen Flusses entspricht, wird auf Grund des Hall-Ef fekts erzeugt. Dieses elektrische Signal wird über den Ein satzleiter 23 zu einer äußeren Schaltung (nicht gezeigt) fortgeleitet und dessen Wellenform wird verarbeitet, um für die Detektion eines Kurbelwellenwinkels eingesetzt zu wer den.

Bei einem Sensor gemäß Anspruch 16 ist das Hall-Element 2 mittels der Platte 31 an dem Formrahmen 3 angeordnet und befestigt, und deshalb ist es nicht notwendig, eine Montagehilfe zum Positionieren des Hall-Elements 2 zu ver wenden. Das Hall-Element 2 wird dadurch positioniert, daß es auf dem erhöhten Lötkontaktfleck 27 befestigt wird. Diese Befestigung kann leicht mit höherer Positioniergenau igkeit z. B. mit einem Montageroboter ausgeführt werden. Der Formrahmen 3 hat eine begrenzte Dicke bzw. Stärke. Bei der dritten Ausführungsform besteht die Platte 31 aus Metall oder Kunststoff und es ist einfach, die Platte dünn zu ma chen, damit der magnetische Pfad im Spalt 8 kurz sein kann. Als Ergebnis wird ein Sensor mit hoher Empfindlichkeit realisiert und das automatische Montieren bzw. der automa tische Zusammenbau der Teile kann leicht ausgeführt werden.

Der Isolationsfilm 5 und der gedruckte Leiter 7 sind auf der Platte 31 bei einem Sensor gemäß Anspruch 16 ausgebildet, aber diese Teile müssen nicht notwendigerweise vorgesehen werden. Wenn ein Isolationsmaterial als Material für die Platte 31 eingesetzt wird, ist es nicht mehr notwendig, den Isolationsfilm 5 zu verwenden, und zudem, wenn ein Hall-IC als Hall-Element 2 eingesetzt wird, ist es auch nicht not wendig, den gedruckten Leiter 7 vorzusehen.

In den obenstehenden Sensoren wurde die Erläute rung für den Fall gegeben, wo der Sensor eingesetzt wird, um einen Kurbelwellenwinkel für die Zündzeitpunktsteuerung eines Verbrennungsmotors zu detektieren, der Sensor kann jedoch auch als Positionssensor, als Geschwindigkeitssensor usw. eingesetzt werden. Zudem kann die Flußblende 20 für Drehung oder für eine lineare Bewegung ausgelegt sein. Der Aufbau der Flußblende 20 kann beliebig sein, und ist nicht auf den speziellen Aufbau nach Fig. 3 beschränkt.

Claims

1. Sensor mit Hall-Effekt, der aufweist: eine Flußerzeugungseinrichtung (1) zum Erzeugen eines magne tischen Flusses, ein Hall-Element (2), das in einem Pfad des magnetischen Flusses angeordnet ist, einen Formrahmen (3), der die Flußerzeugungseinrich tung (1) und das Hall-Element (2) einstückig miteinander zusammenhält, wobei das Hall-Element (2) an der Flußerzeu gungseinrichtung (1) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Überspannungs-Schutz-Element (6) vorgesehen ist.

2. Sensor mit Hall-Effekt nach Anspruch 1, bei dem ein Isolationsfilm auf der Flußerzeugungseinrichtung ausgebil det ist und bei dem das Hall-Element auf der Flußerzeugungseinrichtung mit dazwischenliegendem Isolati onsfilm befestigt ist.

3. Sensor mit Hall-Effekt nach Anspruch 2, weiter aufwei send: einen gedruckten Leiter, der auf dem Isolationsfilm ausge bildet ist, und eine Verbindungseinrichtung zum elektri schen Verbinden des Hall-Elements mit dem gedruckten Lei ter.

4. Sensor mit Hall-Effekt nach Anspruch 3, wobei die Verbindungseinrichtung Lot ist.

5. Sensor mit Hall-Effekt nach Anspruch 1, bei dem die Flußerzeugungseinrichtung einem Magneten zum Erzeugen eines magnetischen Flusses und einen Flußleiter zum Übertragen des erzeugten magnetischen Flusses aufweist.

6. Sensor mit Hall-Effekt nach Anspruch 1, bei dem die Flußerzeugungseinrichtung einen Magneten zum Erzeugen eines magnetischen Flusses, einen ersten Flußleiter, der in Kon takt mit dem Magneten gehalten ist, und einen zweiten Fluß leiter aufweist, der in einer Position gegenüberliegend zu dem Magneten und dem ersten Flußleiter mit einem Spalt da zwischen angeordnet ist.

7. Sensor mit Hall-Effekt nach Anspruch 1, bei dem das Hall-Element ein freiliegender Hall-Chip ist.

8. Sensor mit Hall-Effekt nach Anspruch 7, bei dem der Hall-Chip ein Hall-IC ist, in dem ein Hall-Element mit ei nem Teil einer peripheren Schaltung vorgesehen ist.

9. Sensor mit Hall-Effekt, der aufweist: eine Flußerzeugungseinrichtung (1) zum Erzeugen eines magne tischen Flusses, ein Hall-Element (2), das in dem Pfad des magnetischen Flusses angeordnet ist, und einen Formrahmen (3), der einen Befestigungsabschnitt (34) aufweist und der die Flußerzeugungseinrichtung und das Hall-Element einstückig hält, wobei das Hall-Element (2) an dem Befestigungsabschnitt (34) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Überspannungs-Schutz-Element (6) vorgesehen ist.

10. Sensor mit Hall-Effekt nach Anspruch 9, der weiter auf weist: einen gedruckten Leiter, der auf dem Formrahmen ausgebildet ist, und eine Verbindungseinrichtung zum elektrischen Ver binden des Hall-Elements mit dem gedruckten Leiter.

11. Sensor mit Hall-Effekt nach Anspruch 10, bei dem die Verbindungseinrichtung ein Bonddraht ist.

12. Sensor mit Hall-Effekt nach Anspruch 10, bei dem die Verbindungseinrichtung Lot ist.

13. Sensor mit Hall-Effekt nach Anspruch 9, bei dem die Flußerzeugungseinrichtung einen Magneten zum Erzeugen eines magnetischen Flusses und einen Flußleiter zum Übertragen des erzeugten magnetischen Flusses aufweist.

14. Sensor mit Hall-Effekt nach Anspruch 9, bei dem das Hall-Element ein freiliegender Hall-Chip ist.

15. Sensor mit Hall-Effekt nach Anspruch 14, bei dem der Hall-Chip ein Hall-IC ist, in dem ein Hall-Element mit ei nem Teil einer peripheren Schaltung vorgesehen ist.

16. Sensor mit Hall-Effekt, der aufweist: eine Flußerzeugungseinrichtung (1) zum Erzeugen eines magne tischen Flusses, ein Hall-Element (2), das in dem Weg des magnetischen Flusses angeordnet ist, einen Formrahmen (3), der die Flußerzeugungseinrichtung (1) und das Hall-Element (2) integral hält, eine Platte (31), die in dem Pfad des magnetischen Flusses angeordnet ist, und die in dem Formrahmen (3) installiert ist, wobei das Hall-Element (2) an der Platte (31) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Überspannungs-Schutz-Element (6) vorgesehen ist.

17. Sensor mit Hall-Effekt nach Anspruch 16, bei dem die Flußerzeugungseinrichtung aufweist einen Magneten zum Er zeugen eines magnetischen Flusses, einen ersten Flußleiter, der in Kontakt mit dem Magneten gehalten ist, und einen zweiten Flußleiter, der in einer Position gegenüberliegend zu dem Magneten und dem ersten Flußleiter mit einem dazwi schenliegenden Spalt angeordnet ist.

18. Sensor mit Hall-Effekt nach Anspruch 17, bei dem die Platte zwischen dem ersten Flußleiter und dem zweiten Fluß leiter angeordnet ist.

19. Sensor mit Hall-Effekt nach Anspruch 16, bei dem ein Isolationsfilm auf der Platte ausgebildet ist, und bei dem das Hall-Element an der Platte mit dem dazwischenliegenden Isolationsfilm befestigt ist.

20. Sensor mit Hall-Effekt nach Anspruch 19, weiterhin aufweisend: einen gedruckten Leiter, der auf dem Isolationsfilm ausge bildet ist, und eine Verbindungseinrichtung zum elektri schen Verbinden des Hall-Elements mit dem gedruckten Lei ter.