FR2960648A1

FR2960648A1 - Giant magnetoresistance sensor for ferromagnetic target detector in automobile engine environment, has giant magnetoresistance circuit comprising cells sensitive along axis perpendicular to reference axis of permanent magnet

Info

Publication number: FR2960648A1
Application number: FR1002300A
Authority: FR
Inventors: Jeremie Blanc; Olivier Marle; Andreas Wildgen
Original assignee: Continental Automotive France SAS
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2010-06-01
Filing date: 2010-06-01
Publication date: 2011-12-02
Anticipated expiration: 2030-06-01
Also published as: FR2960648B1

Abstract

The sensor (1) has a permanent magnet (3) with a surface (16) perpendicular to a reference axis (z) of the magnet. A magnetic/ferromagnetic ring (4) is placed on the magnet surface. The ring has constant thickness walls (8) continuously surrounding a cavity (5) traversing the ring along the axis. The cavity is filled with a non-magnetic material. A giant magnetoresistance (GMR) circuit (11) is positioned above the cavity such that the circuit is included in a plane perpendicular to the axis. The circuit has GMR cells (13a-13c) sensitive along an axis perpendicular to the reference axis.

Description

L'invention se rapporte au domaine des capteurs à magnétorésistivité géante (appelés « capteurs GMR » dans la suite du texte). Les cellules à magnétorésistivité géante (dites cellules GMR) sont sensibles au champ magnétique Bx parallèle à leur plan de mesure. La figure 1 représente l'évolution de la résistance d'une cellule GMR en fonction de la variation du champ magnétique suivant l'axe x. On s'aperçoit que la variation de la résistance des cellules GMR est maximale lorsque le champ magnétique suivant l'axe x est compris entre Bx min et Bx max (par exemple - 5 mT et + 5 mT). Lorsque le champ magnétique est supérieur à Bx max ou inférieur à Bx min, la résistance de la cellule GMR atteint un palier de saturation, respectivement Rmax et Rmin, et ne varie plus malgré les variations du champ magnétique suivant l'axe x . Par conséquent, pour bénéficier d'un maximum de dynamique de signal, la valeur moyenne du champ magnétique (appelée également « offset statique ») doit être la plus proche possible de zéro. Dans les capteurs permettant de détecter une roue dentée ferromagnétique appelée également « cible », la cellule GMR est polarisée par un aimant permanent. Dans ce cas, il est difficile d'obtenir une zone dans laquelle la composante magnétique statique selon l'axe x est quasi nulle. Différentes solutions ont été développées pour travailler si possible avec un champ statique Bx quasi nul. Ainsi, le brevet WO 2005 088 258 décrit un ensemble comprenant deux capteurs GMR dans un ensemble gradiomètre, ces éléments capteurs étant respectivement associés à un des deux aimants permanents disposés à une distance prédéterminée. Chaque aimant permanent est parallélépipédique et les dimensions, la distance et la position de ces aimants permanents par rapport aux éléments capteurs sont déterminées de manière à réduire au maximum le décalage du signal de sortie des éléments capteurs dans l'ensemble gradiomètre. Cependant, dans ce cas, les tolérances d'assemblage des deux aimants sont très contraignantes. En outre, ce montage n'est adapté qu'aux capteurs qui comprennent deux cellules GMR. Le document WO 2005 088 259 décrit un capteur GMR comportant un aimant permanent en forme de parallélépipède au centre duquel se trouve un creux en forme de U ou de V. Cet assemblage permet d'avoir une zone avec un champ magnétique parallèle quasi nul. Cependant, cette forme d'aimant permanent offre peu de tolérance pour l'assemblage de l'aimant et des cellules GMR. En particulier, les cellules GMR doivent être parfaitement parallèles au côté de l'aimant pour rester dans une zone dans laquelle la composante du champ magnétique Bx est nulle. En outre, comme pour WO 2005 088 258, cet assemblage n'est adapté que pour les capteurs GMR qui comportent deux cellules GMR. The invention relates to the field of giant magnetoresistivity sensors (called "GMR sensors" in the rest of the text). The cells with giant magnetoresistivity (so-called GMR cells) are sensitive to the magnetic field Bx parallel to their measurement plane. FIG. 1 represents the evolution of the resistance of a GMR cell as a function of the variation of the magnetic field along the x axis. It can be seen that the variation of the resistance of the GMR cells is maximum when the magnetic field along the x axis is between Bx min and Bx max (for example -5 mT and + 5 mT). When the magnetic field is greater than Bx max or less than Bx min, the resistance of the GMR cell reaches a saturation plateau, respectively Rmax and Rmin, and no longer varies despite the variations of the magnetic field along the x axis. Therefore, to benefit from maximum signal dynamics, the average value of the magnetic field (also called "static offset") must be as close as possible to zero. In the sensors for detecting a ferromagnetic tooth gear also called "target", the GMR cell is biased by a permanent magnet. In this case, it is difficult to obtain an area in which the static magnetic component along the x axis is almost zero. Different solutions have been developed to work if possible with a static field Bx almost zero. Thus, patent WO 2005 088 258 describes an assembly comprising two GMR sensors in a gradiometer assembly, these sensor elements being respectively associated with one of the two permanent magnets arranged at a predetermined distance. Each permanent magnet is parallelepiped and the dimensions, the distance and the position of these permanent magnets with respect to the sensor elements are determined so as to minimize the offset of the output signal of the sensor elements in the gradiometer assembly. However, in this case, the assembly tolerances of the two magnets are very restrictive. In addition, this arrangement is only suitable for sensors that include two GMR cells. The document WO 2005 088 259 describes a GMR sensor comprising a parallelepiped-shaped permanent magnet in the center of which there is a U-shaped or V-shaped recess. This assembly makes it possible to have a zone with a quasi-zero parallel magnetic field. However, this form of permanent magnet offers little tolerance for assembly of the magnet and GMR cells. In particular, the GMR cells must be perfectly parallel to the magnet side to remain in an area in which the magnetic field component Bx is zero. In addition, as for WO 2005 088 258, this assembly is only suitable for GMR sensors which comprise two GMR cells.

Les documents DE 10 2005 015 822, US 6 107 793 ou DE 197 29 808 concernent également des capteurs GMR comportant des aimants permanents rectangulaires dans lesquels se trouve un creux en forme de U ou de V. Cependant, toutes ses géométries requièrent une grande précision lors de l'assemblage de l'aimant et de la cellule GMR. En outre, dans ces capteurs GMR, si la composante du champ magnétique Bx est relativement bien maîtrisée, l'autre composante du champ magnétique By (perpendiculaire à Bx) est différente de zéro, ce qui a une influence sur les performances du capteur GMR (modification de la fonction de transfert donnant la valeur de la résistance en fonction de Bx). Par conséquent, dans ces capteurs où la composante By est variable, la caractéristique de la cellule est variable. L'invention vise à remédier à certains au moins des inconvénients de l'état de la technique. Une solution propose à cet effet un capteur GMR dont les deux composantes du champ magnétique Bx et By sont quasi nulles. Par « quasi nulles », on entend des 15 composantes qui sont comprises entre - 2 et 2 mT. L'invention vise également à proposer un capteur GMR qui soit peu sensible à certaines tolérances d'assemblage. Pour ce faire est proposé selon un premier aspect de l'invention un capteur GMR comportant : 20 - un aimant permanent présentant un axe de référence et une surface perpendiculaire à cet axe de référence ; - un anneau en matériau magnétique ou ferromagnétique positionné à la surface de l'aimant permanent, l'anneau comportant des parois d'épaisseur constante qui entourent continûment une cavité qui traverse l'anneau de part 25 en part suivant la direction de l'axe de référence, la cavité présentant un axe confondu avec l'axe de référence; - un circuit GMR positionné au dessus de la cavité de façon à ce que le circuit GMR soit compris dans un plan perpendiculaire à l'axe de référence, le circuit GMR comportant au moins une cellule GMR sensible selon un axe x 30 perpendiculaire à l'axe de référence. Ainsi, selon l'invention, l'aimant permanent crée un champ magnétique permanent qui a une composante magnétique Bz perpendiculaire au circuit GMR et deux composantes magnétiques Bx et By parallèles au circuit GMR. L'anneau en matériau magnétique ou ferromagnétique permet de modifier le champ magnétique de façon à 35 créer une ou plusieurs zones, qui se trouvent au-dessus de la cavité, dans lesquelles le champ magnétique comporte uniquement une composante Bz perpendiculaire à la surface du circuit GMR. Par conséquent, dans ces zones, les composantes magnétiques parallèles Bx et By sont quasi nulles. Le circuit GMR est placé dans ces zones. Ainsi, les variations du champ magnétique parallèle Bx induisent des variations maximales de la résistance de la cellule GMR. En outre, la caractéristique des cellules GMR ne sont pas modifiées par la composante By puisque celle-ci est quasi nulle également. Documents DE 10 2005 015 822, US 6 107 793 or DE 197 29 808 also relate to GMR sensors comprising rectangular permanent magnets in which there is a U-shaped or V-shaped recess. However, all its geometries require a high degree of accuracy. when assembling the magnet and the GMR cell. Moreover, in these GMR sensors, if the component of the magnetic field Bx is relatively well controlled, the other component of the magnetic field By (perpendicular to Bx) is different from zero, which has an influence on the performance of the GMR sensor ( modification of the transfer function giving the value of the resistance as a function of Bx). Therefore, in these sensors where the By component is variable, the characteristic of the cell is variable. The invention aims to remedy at least some of the disadvantages of the state of the art. A solution proposes for this purpose a GMR sensor whose two components of the magnetic field Bx and By are almost zero. By "near zero" is meant components ranging from -2 to 2 mT. The invention also aims to propose a GMR sensor which is not very sensitive to certain assembly tolerances. To do this, a first aspect of the invention is a GMR sensor comprising: a permanent magnet having a reference axis and a surface perpendicular to this reference axis; a ring of magnetic or ferromagnetic material positioned on the surface of the permanent magnet, the ring having walls of constant thickness which continuously surround a cavity which passes through the ring from side to side in the direction of the axis reference, the cavity having an axis coincident with the reference axis; a GMR circuit positioned above the cavity so that the circuit GMR lies in a plane perpendicular to the reference axis, the circuit GMR comprising at least one GMR cell sensitive along an axis x perpendicular to the reference axis. Thus, according to the invention, the permanent magnet creates a permanent magnetic field which has a magnetic component Bz perpendicular to the GMR circuit and two magnetic components Bx and By parallel to the GMR circuit. The ring of magnetic or ferromagnetic material makes it possible to modify the magnetic field so as to create one or more zones, which are above the cavity, in which the magnetic field comprises only a component Bz perpendicular to the surface of the circuit. GMR. Consequently, in these areas, the parallel magnetic components Bx and By are almost zero. The GMR circuit is placed in these areas. Thus, the variations of the parallel magnetic field Bx induce maximum variations in the resistance of the GMR cell. In addition, the characteristic of the GMR cells are not modified by the By component since it is almost zero as well.

Dans la présente description, on appelle axe z ou axe de référence un axe selon lequel l'aimant permanent est magnétisé et qui est perpendiculaire à la surface dans laquelle se trouvent les cellules GMR. On appelle axe x l'axe selon lequel les cellules GMR sont sensibles. Les axes x et z sont perpendiculaires. On appelle axe y un axe perpendiculaire aux axes y et z. Les axes x et y sont parallèles au plan dans lequel se trouve le circuit GMR. L'aimant et l'anneau sont de préférence des solides de révolution dont l'axe de rotation est l'axe de référence. Ces symétries de révolution permettent d'avoir des composantes parallèles Bx et By quasi nulles quelle que soit l'orientation du circuit GMR dans un plan perpendiculaire à l'axe de référence. Elles permettent en outre d'avoir des tolérances d'assemblage du capteur GMR plus grandes. Avantageusement, l'aimant permanent présente une rémanence supérieure à 350 mT pour des températures ambiantes comprises entre - 40 et 160°C, ce qui permet d'utiliser le capteur GMR dans un environnement moteur automobile. L'aimant permanent et l'anneau sont de préférence réalisés dans un même 20 matériau magnétique ce qui facilite la fabrication de l'ensemble aimant/anneau. Selon différents modes de réalisation : - l'aimant et l'anneau peuvent constituer deux pièces distinctes ce qui donne une plus grande liberté dans le choix de la forme de l'aimant et de l'anneau ; ou 25 - l'aimant et l'anneau peuvent former une pièce d'un seul tenant, ce qui facilite la fabrication de l'ensemble. L'aimant permanent et l'anneau forment de préférence un cylindre de révolution dont l'axe de rotation est confondu avec l'axe de référence, ce cylindre de révolution comportant une surface perpendiculaire à l'axe de référence trouée par la cavité qui est 30 borgne et cylindrique. En d'autres termes, l'invention concerne tout particulièrement et avantageusement un capteur GMR qui comporte : - un aimant permanent en forme de cylindre de révolution présentant un axe de référence et une première et une seconde faces perpendiculaires à cet axe de 35 référence, et - un circuit GMR positionné sur la première face de l'aimant permanent de façon à ce que le circuit GMR soit compris dans un plan perpendiculaire à l'axe de référence, - le capteur GMR étant particulièrement remarquable en ce que la première face de l'aimant permanent est trouée en son centre par une cavité cylindrique borgne. Ce mode de réalisation est particulièrement avantageux car il permet d'avoir une zone circulaire située au-dessus de la cavité dans laquelle les composantes parallèles du champ magnétique Bx et By sont quasi nulles. En outre, la symétrie de révolution de l'aimant permet d'avoir une grande tolérance dans le positionnement du circuit GMR. Avantageusement, le cylindre a un diamètre constant. Selon un mode de réalisation, le cylindre de révolution présente une hauteur selon l'axe de référence de 4,7 mm et un diamètre extérieure de 6,3 mm, et la cavité présente une profondeur selon l'axe de référence de 1 mm et un diamètre de 3,8 mm. In the present description, the term z axis or reference axis is an axis in which the permanent magnet is magnetized and which is perpendicular to the surface in which the GMR cells are located. The axis in which the GMR cells are sensitive is called the x-axis. The x and z axes are perpendicular. The axis y is an axis perpendicular to the y and z axes. The x and y axes are parallel to the plane in which the GMR circuit is located. The magnet and the ring are preferably revolution solids whose axis of rotation is the reference axis. These symmetries of revolution make it possible to have parallel components Bx and By near zero whatever the orientation of the circuit GMR in a plane perpendicular to the reference axis. They also allow for larger GMR sensor assembly tolerances. Advantageously, the permanent magnet has a remanence greater than 350 mT for ambient temperatures between -40 and 160 ° C, which allows to use the GMR sensor in a motor vehicle environment. The permanent magnet and the ring are preferably made of the same magnetic material which facilitates the manufacture of the magnet / ring assembly. According to various embodiments: the magnet and the ring can constitute two distinct pieces, which gives greater freedom in the choice of the shape of the magnet and the ring; or the magnet and the ring can form an integral piece, which facilitates the manufacture of the assembly. The permanent magnet and the ring preferably form a cylinder of revolution whose axis of rotation coincides with the reference axis, this revolution cylinder comprising a surface perpendicular to the reference axis pierced by the cavity which is 30 blind and cylindrical. In other words, the invention relates very particularly and advantageously to a GMR sensor which comprises: a permanent magnet in the form of a cylinder of revolution having a reference axis and a first and a second face perpendicular to this reference axis; and a GMR circuit positioned on the first face of the permanent magnet so that the circuit GMR is included in a plane perpendicular to the reference axis, the sensor GMR being particularly remarkable in that the first face of the permanent magnet is pierced at its center by a blind cylindrical cavity. This embodiment is particularly advantageous because it makes it possible to have a circular zone situated above the cavity in which the parallel components of the magnetic field Bx and By are almost zero. In addition, the symmetry of revolution of the magnet makes it possible to have a great tolerance in the positioning of the GMR circuit. Advantageously, the cylinder has a constant diameter. According to one embodiment, the cylinder of revolution has a height along the reference axis of 4.7 mm and an outside diameter of 6.3 mm, and the cavity has a depth along the reference axis of 1 mm and a diameter of 3.8 mm.

Ces dimensions sont optimisées pour avoir une zone circulaire située au-dessus de la cavité dans laquelle les composantes Bx et By sont quasi nulles, cette zone étant suffisamment étendue pour que l'on puisse positionner plusieurs cellules GMR côte à côte dans cette zone. En outre, cette géométrie d'aimant monobloc et à symétrie de révolution permet d'avoir une grande tolérance d'assemblage. Ces dimensions de cylindre sont particulièrement adaptées lorsque le circuit GMR comporte trois cellules GMR. Avantageusement, le circuit GMR comporte trois cellules GMR, la première cellule GMR étant disposée de façon à être traversée par l'axe de référence, les deux autres cellules GMR étant disposées de part et d'autre de la première cellule GMR à égale distance (par exemple à 1.25 mm) de la première cellule GMR. Contrairement aux assemblages de l'art antérieur, l'assemblage selon l'invention peut autoriser l'utilisation de trois cellules GMR qui se trouvent toutes les trois dans une zone où les composantes Bx et By sont quasi nulles. Avantageusement, la position des cellules dans le plan xy par rapport à la surface de l'aimant présente une hauteur selon l'axe de référence comprise entre 0,6 mm et 0,7 mm. Cette hauteur permet de suffisamment surélever les cellules GMR par rapport à l'aimant permanent pour que les composantes Bx et By aient une valeur comprise entre - 2 mT et + 2 mT. Avantageusement, l'aimant et l'anneau sont réalisés en plasto-ferrite ou autre matériau comme par exemple en plasto-néodyme-Fer-Bore ou en plasto-samarium-35 cobalt. These dimensions are optimized to have a circular zone located above the cavity in which the Bx and By components are almost zero, this zone being sufficiently extended so that one can position several GMR cells side by side in this zone. In addition, this monobloc magnet geometry and symmetry of revolution allows to have a high tolerance of assembly. These cylinder dimensions are particularly suitable when the GMR circuit comprises three GMR cells. Advantageously, the GMR circuit comprises three GMR cells, the first GMR cell being arranged to be traversed by the reference axis, the two other GMR cells being arranged on either side of the first GMR cell at equal distance ( for example at 1.25 mm) of the first GMR cell. Unlike assemblies of the prior art, the assembly according to the invention can authorize the use of three GMR cells which are all three in an area where the components Bx and By are almost zero. Advantageously, the position of the cells in the xy plane relative to the surface of the magnet has a height along the reference axis of between 0.6 mm and 0.7 mm. This height sufficiently raises the GMR cells relative to the permanent magnet so that the Bx and By components have a value between -2 mT and + 2 mT. Advantageously, the magnet and the ring are made of plasto-ferrite or other material such as, for example, plasto-neodymium-iron-boron or plasto-samarium-cobalt.

Selon un mode de réalisation préférentiel, la cavité est remplie par un matériau amagnétique. Ce remplissage permet d'éviter les contraintes mécaniques sur le circuit GMR qui se trouve au-dessus de la cavité. L'invention concerne également un détecteur de cible ferromagnétique 5 comportant un capteur GMR tel que décrit dans ce document. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit, en référence aux figures annexées, qui illustrent : - figure 1 : la variation de la résistance d'une cellule GMR en fonction de la composante du champ magnétique parallèle ; - figure 2a : une vue en coupe d'un capteur GMR selon un mode de réalisation de l'invention ; - figure 2b : la même vue en coupe que la vue 2a, mais avec les lignes de champ magnétique schématisées ; - figure 3a : une vue en perspective d'un ensemble aimant/anneau après assemblage d'un capteur GMR selon un autre mode de réalisation ; - figure 3b : une vue en perspective d'un ensemble aimant/anneau avant assemblage d'un capteur GMR selon un autre mode de réalisation ; - figure 4 : une vue en perspective d'un ensemble aimant/anneau d'un capteur GMR selon un autre mode de réalisation de l'invention ; - figure 5 : une vue en coupe d'un détecteur de cible ferromagnétique selon un mode de réalisation de l'invention. Pour plus de clarté, les éléments identiques ou similaires sont repérés par des signes de références identiques sur l'ensemble des figures. Dans la suite, on appelle « supérieur » un élément qui se trouve dans la partie supérieure des figures telles que représentées dans cette demande et « inférieur », un élément qui se trouve dans la partie inférieure des figures. Un élément « supérieur » se trouve à proximité du circuit GMR, tandis qu'un élément « inférieur » se trouve à proximité de l'aimant. La figure 2a représente un capteur GMR 1 en coupe transversale selon un mode de réalisation de l'invention. Ce capteur GMR 1 comporte un aimant 3 permanent cylindrique qui présente un axe de référence z. Sur cet aimant 3 permanent, se trouve un anneau 4 qui entoure continûment une cavité 5 qui traverse de part en part l'anneau 4 suivant l'axe de référence z. La cavité 5 présente une symétrie de révolution autour d'un axe de rotation confondu avec l'axe de référence z. L'anneau 4 présente une surface latérale extérieure 6 cylindrique autour de l'axe de référence z de même diamètre extérieur que l'aimant permanent 3. L'anneau 4 présente une surface latérale intérieure 7 qui est également cylindrique autour de l'axe de référence z si bien que la cavité 5 est également cylindrique autour de l'axe de référence z. Les parois 8 de l'anneau 4 sont d'épaisseur e constante autour de la cavité 5. La cavité 5 a une hauteur h1 suivant l'axe de référence z égale à la hauteur h2 suivant l'axe de référence z de l'anneau 4. Le fond 9 de la cavité 5 est plan et il est formé par la surface supérieure 16 de l'aimant 3. Ainsi, la surface supérieure 16 de l'aimant ferme la cavité 5 qui est borgne après montage de l'anneau 4 sur l'aimant 3. L'anneau 4 présente une surface supérieure 10 plane. L'aimant 3 permanent et l'anneau 4 sont constitués de plasto-néodyme-ferrite, c'est-à-dire qu'ils sont tous les deux constitués d'un matériau magnétique de rémanence supérieure à 350 mT pour des températures ambiantes comprises entre - 40 et 160°C. L'aimant 3 et l'anneau 4 peuvent également être formés dans une pièce d'un seul tenant. L'aimant 3 et l'anneau 4 forment un cylindre 2 autour de l'axe de référence z. Dans un mode de réalisation possible de l'invention donné à titre illustratif, ce cylindre 2 a un diamètre d1 constant égal à 6,3 mm et une hauteur h3 égale à 4,7 mm. Ce cylindre 2 présente donc sur sa face supérieure 10 une cavité 5 cylindrique autour de l'axe de référence z de diamètre d2 égal à 3,8 mm et de profondeur suivant l'axe z égale à la hauteur h1 de l'anneau 4 et égale à 1 mm. Sur la surface supérieure 10 de l'anneau 4, qui correspond à la surface supérieure du cylindre 2, se trouve un circuit GMR 11. Le circuit GMR 11 est compris dans un plan perpendiculaire à l'axe de référence z. Le circuit GMR 11 comporte un substrat en silicium 12 sur lequel se trouve l'électronique et les cellules GMR 13a, 13b, 13c. Le substrat en silicium 12 présente une hauteur h4 suivant l'axe de référence z typiquement égale à 0,65 mm dans l'exemple illustré. Sur le substrat en silicium 12, se trouvent trois cellules GMR 13a, 13b, 13c. Chaque cellule GMR 13a, 13b, 13c est sensible aux variations d'une composante du champ magnétique Bx suivant un axe x perpendiculaire à l'axe de référence z. L'axe x est défini comme étant l'axe passant par les cellules GMR 13a, 13b et 13c et selon lequel elles sont sensibles. La première cellule GMR 13a est disposée de façon à être traversée par l'axe de référence z, c'est-à-dire à être alignée avec le centre du cylindre 2. Les deux autres cellules GMR 13b et 13c sont disposées de part et d'autre de la première cellule GMR 13a à égale distance de la première cellule GMR 13a suivant l'axe x, par exemple 1,25 mm. Le circuit électrique reliant les cellules GMR 13a, 13b et 13c est représenté en vue de dessus sur la figure 5. According to a preferred embodiment, the cavity is filled with a non-magnetic material. This filling makes it possible to avoid the mechanical stresses on the GMR circuit which is above the cavity. The invention also relates to a ferromagnetic target detector 5 comprising a GMR sensor as described in this document. Other characteristics and advantages of the invention will emerge on reading the description which follows, with reference to the appended figures, which illustrate: FIG. 1: the variation of the resistance of a GMR cell as a function of the component of the field parallel magnetic; - Figure 2a: a sectional view of a GMR sensor according to one embodiment of the invention; - Figure 2b: the same sectional view as the view 2a, but with the schematic magnetic field lines; - Figure 3a: a perspective view of a magnet / ring assembly after assembly of a GMR sensor according to another embodiment; - Figure 3b: a perspective view of a magnet / ring assembly before assembly of a GMR sensor according to another embodiment; FIG. 4 is a perspective view of a magnet / ring assembly of a GMR sensor according to another embodiment of the invention; FIG. 5 is a sectional view of a ferromagnetic target detector according to one embodiment of the invention. For the sake of clarity, identical or similar elements are identified by identical reference signs throughout the figures. In the following, we call "upper" an element which is in the upper part of the figures as shown in this application and "lower", an element which is in the lower part of the figures. An "upper" element is located near the GMR circuit, while a "lower" element is close to the magnet. Figure 2a shows a GMR sensor 1 in cross section according to one embodiment of the invention. This sensor GMR 1 comprises a cylindrical permanent magnet 3 which has a reference axis z. On this permanent magnet 3 is a ring 4 which continuously surrounds a cavity 5 which passes right through the ring 4 along the reference axis z. The cavity 5 has a symmetry of revolution about an axis of rotation coinciding with the reference axis z. The ring 4 has an outer cylindrical outer surface 6 around the reference axis z of the same external diameter as the permanent magnet 3. The ring 4 has an inner lateral surface 7 which is also cylindrical about the axis of reference z so that the cavity 5 is also cylindrical about the reference axis z. The walls 8 of the ring 4 are of constant thickness e around the cavity 5. The cavity 5 has a height h1 along the reference axis z equal to the height h2 along the reference axis z of the ring 4. The bottom 9 of the cavity 5 is plane and is formed by the upper surface 16 of the magnet 3. Thus, the upper surface 16 of the magnet closes the cavity 5 which is blind after assembly of the ring 4 on the magnet 3. The ring 4 has a flat upper surface. The permanent magnet 3 and the ring 4 consist of plasto-neodymium-ferrite, that is to say that they both consist of a magnetic remanence material greater than 350 mT for ambient temperatures included. between - 40 and 160 ° C. The magnet 3 and the ring 4 can also be formed in a single piece. The magnet 3 and the ring 4 form a cylinder 2 around the reference axis z. In a possible embodiment of the invention given by way of illustration, this cylinder 2 has a constant diameter d1 equal to 6.3 mm and a height h3 equal to 4.7 mm. This cylinder 2 thus has on its upper face 10 a cylindrical cavity 5 about the reference axis z of diameter d2 equal to 3.8 mm and of depth along the axis z equal to the height h1 of the ring 4 and equal to 1 mm. On the upper surface 10 of the ring 4, which corresponds to the upper surface of the cylinder 2, is a GMR circuit 11. The GMR circuit 11 is in a plane perpendicular to the reference axis z. The GMR circuit 11 comprises a silicon substrate 12 on which the electronics and the GMR cells 13a, 13b, 13c are located. The silicon substrate 12 has a height h4 along the reference axis z, typically equal to 0.65 mm in the example illustrated. On the silicon substrate 12, there are three GMR cells 13a, 13b, 13c. Each GMR cell 13a, 13b, 13c is sensitive to variations of a component of the magnetic field Bx along an axis x perpendicular to the reference axis z. The x-axis is defined as being the axis passing through the GMR cells 13a, 13b and 13c and according to which they are sensitive. The first GMR cell 13a is arranged to be traversed by the reference axis z, that is to say, to be aligned with the center of the cylinder 2. The two other GMR cells 13b and 13c are arranged on each side. other of the first GMR cell 13a equidistant from the first GMR cell 13a along the x axis, for example 1.25 mm. The electrical circuit connecting the GMR cells 13a, 13b and 13c is shown in plan view in FIG. 5.

Ainsi, le cylindre 2 crée un champ magnétique 19 permanent symétrique autour de l'axe de référence z (cf. figure 2b). L'anneau 4 impose aux lignes de champ magnétique 19 de sortir à travers la cavité 5 parallèlement à l'axe de référence z et donc perpendiculairement à la surface du circuit GMR 11, comme on peut le voir sur la figure 2b. Ainsi, la géométrie de l'aimant 3 associée à celle de l'anneau 4 permet de créer une zone circulaire 14 d'environ 3 mm de diamètre, située à une hauteur de 0,65 mm de la surface supérieure 10 de l'anneau 4 dans laquelle le champ magnétique a uniquement une composante Bz perpendiculaire à la surface du circuit GMR 11, les composantes du champ magnétique parallèle Bx et By étant quasi nulles. Les cellules GMR 13a, 13b et 13c sont situées dans cette zone circulaire 14 et par conséquent, les variations de Bx, qui a une valeur proche de zéro, induisent des variations maximales sur la résistance R des cellules GMR 13a, 13b, 13c. Par conséquent, le capteur GMR selon l'invention a une sensibilité maximale. En outre, les tolérances de positionnement des cellules GMR 13a, 13b, 13c sont très grandes puisque la géométrie de révolution de l'ensemble aimant 3/anneau 4 induit des composantes Bx et By égales. Par conséquent, les cellules GMR 13a, 13b, 13c peuvent être placées suivant n'importe quelle orientation dans un plan perpendiculaire à l'axe de référence z. En outre, comme la composante du champ magnétique By est quasi nulle, elle n'induit pas de variation dans la fonction de transfert des cellules GMR 13a, 13b, 13c donnant la résistance en fonction de Bx. Cette caractéristique est alors idéale. Les figures 3a et 3b représentent en perspective un ensemble aimant 3/anneau 4 d'un capteur GMR selon un autre mode de réalisation de l'invention, respectivement après et avant assemblage de l'ensemble aimant 3/anneau 4. Ce capteur GMR est en tout point identique à celui décrit précédemment, à l'exception près de l'ensemble aimant 3/anneau 4 qui n'est pas constitué d'une pièce d'un seul tenant mais de deux pièces distinctes. L'anneau 4 est cylindrique avec son axe de rotation confondu avec l'axe de référence z et il comporte des parois 8 d'épaisseur constante qui sont cylindriques et qui définissent une cavité 5 qui traverse de part en part l'anneau 4 suivant l'axe de référence z. La cavité 5 est également cylindrique avec son axe de rotation confondu avec l'axe de référence z. Comme illustré à la figure 3b, l'aimant 3 est un cylindre d'un seul bloc qui comporte une surface latérale cylindrique 15, une surface supérieure 16 plane et une surface inférieure 17 plane. L'anneau 4 et l'aimant 3 ont des surfaces latérales cylindriques de même diamètre si bien que l'anneau 4 et l'aimant 3 se superposent parfaitement. L'anneau 4 est posé sur la surface supérieure 16 de l'aimant 3. L'anneau 4 est réalisé dans un matériau magnétique. Après assemblage, la partie de la surface supérieure 16 de l'aimant qui se trouve face à la cavité 5 forme le fond 9 de la cavité 5, si bien qu'après assemblage, l'anneau 4 et l'aimant 3 forment un cylindre 2 qui comporte dans sa surface supérieure 10 une cavité 5 borgne et cylindrique puisque la cavité 5 de l'anneau 4 est fermée par la surface supérieure 16 de l'aimant 3. Ce mode de réalisation dans lequel l'anneau et l'aimant sont constitués par deux pièces distinctes permet de choisir des matériaux différents pour l'anneau 4 et pour 5 l'aimant 3. La figure 4 représente en perspective un autre mode de réalisation dans lequel l'anneau 4 est cylindrique autour de l'axe de référence z et il comporte des parois 8 d'épaisseur constante qui sont cylindriques et qui définissent une cavité 5 cylindrique qui traverse de part en part l'anneau 4 suivant la direction de l'axe de référence z. L'anneau 4 10 comporte une surface supérieure 10 plane et une surface inférieure plane 18. L'anneau 4 présente un diamètre extérieur dl et un diamètre intérieur d2. La cavité 5 est également cylindrique avec son axe de rotation confondu avec l'axe de référence z. L'anneau 4 est réalisé dans un matériau magnétique. L'anneau 4 est posé sur un aimant 3 permanent qui est parallélépipédique.Thus, the cylinder 2 creates a symmetrical permanent magnetic field 19 about the reference axis z (see Figure 2b). Ring 4 imposes magnetic field lines 19 out through the cavity 5 parallel to the reference axis z and therefore perpendicular to the surface of the GMR circuit 11, as can be seen in Figure 2b. Thus, the geometry of the magnet 3 associated with that of the ring 4 makes it possible to create a circular zone 14 approximately 3 mm in diameter, located at a height of 0.65 mm from the upper surface 10 of the ring. 4 in which the magnetic field has only a component Bz perpendicular to the surface of the GMR circuit 11, the components of the parallel magnetic field Bx and By being almost zero. The GMR cells 13a, 13b and 13c are located in this circular zone 14 and consequently, the variations of Bx, which has a value close to zero, induce maximum variations on the resistance R of the GMR cells 13a, 13b, 13c. Therefore, the GMR sensor according to the invention has a maximum sensitivity. In addition, the positioning tolerances of the GMR cells 13a, 13b, 13c are very large since the revolution geometry of the magnet 3 / ring 4 assembly induces equal Bx and By components. Therefore, the GMR cells 13a, 13b, 13c can be placed in any orientation in a plane perpendicular to the reference axis z. Moreover, since the component of the magnetic field By is almost zero, it does not induce a variation in the transfer function of the GMR cells 13a, 13b, 13c giving the resistance as a function of Bx. This characteristic is then ideal. FIGS. 3a and 3b show in perspective a magnet 3 / ring 4 assembly of a GMR sensor according to another embodiment of the invention, respectively after and before assembly of the magnet 3 / ring 4 assembly. This GMR sensor is in all respects identical to that described above, with the exception of the whole magnet 3 / ring 4 which is not made of a piece of one piece but two separate pieces. The ring 4 is cylindrical with its axis of rotation coinciding with the reference axis z and it comprises walls 8 of constant thickness which are cylindrical and which define a cavity 5 which passes right through the ring 4 according to the reference axis z. The cavity 5 is also cylindrical with its axis of rotation coincides with the reference axis z. As illustrated in FIG. 3b, the magnet 3 is a single-block cylinder which has a cylindrical lateral surface 15, a flat upper surface 16 and a flat lower surface 17. The ring 4 and the magnet 3 have cylindrical side surfaces of the same diameter so that the ring 4 and the magnet 3 overlap perfectly. The ring 4 is placed on the upper surface 16 of the magnet 3. The ring 4 is made of a magnetic material. After assembly, the portion of the upper surface 16 of the magnet that faces the cavity 5 forms the bottom 9 of the cavity 5, so that after assembly, the ring 4 and the magnet 3 form a cylinder 2 which comprises in its upper surface 10 a blind and cylindrical cavity 5 since the cavity 5 of the ring 4 is closed by the upper surface 16 of the magnet 3. This embodiment in which the ring and the magnet are consisting of two separate parts makes it possible to choose different materials for the ring 4 and for the magnet 3. FIG. 4 represents in perspective another embodiment in which the ring 4 is cylindrical about the reference axis z and it comprises walls 8 of constant thickness which are cylindrical and which define a cylindrical cavity 5 which passes right through the ring 4 in the direction of the reference axis z. The ring 4 has a flat upper surface 10 and a flat lower surface 18. The ring 4 has an outer diameter d1 and an inner diameter d2. The cavity 5 is also cylindrical with its axis of rotation coincides with the reference axis z. The ring 4 is made of a magnetic material. The ring 4 is placed on a permanent magnet 3 which is parallelepipedic.

15 L'aimant 3 permanent a un côté de longueur cl suivant l'axe y et un côté de longueur c2 suivant l'axe x. Les côtés cl et c2 sont supérieurs ou égaux au diamètre extérieur dl de l'anneau 4. La surface inférieure 18 de l'anneau 4 est fixée contre la surface supérieure 16 de l'aimant 3 de sorte qu'une partie 9 de la surface supérieure 16 de l'aimant 3 ferme la cavité 5. Ce mode de réalisation permet d'avoir une plus grande liberté 20 dans le choix des formes et des matériaux de l'anneau 4 et de l'aimant 3. Cependant, ce mode de réalisation n'est pas le mode préféré de réalisation de l'invention car il ne présente pas une symétrie de révolution autour de l'axe de référence z et par conséquent, les tolérances d'assemblage du circuit GMR 11 (non représenté à la figure 4) sur l'anneau 4 exigent plus de précision lors du montage du circuit GMR sur l'ensemble 25 aimant 3/anneau 4. La figure 5 représente un détecteur de cible ferromagnétique selon un mode de réalisation de l'invention. Ce détecteur comprend un capteur GMR 1 tel que représenté sur la figure 2a. Ce capteur GMR comprend un cylindre 2 en matériau magnétique troué par une cavité cylindrique. Ce cylindre 2 troué est constitué d'un aimant et d'un anneau en 30 matériau magnétique. Le cylindre 2 crée un champ magnétique permanent 19 qui comporte quasiment uniquement une composante suivant l'axe de référence z, les composantes statiques Bx et By suivant les axes x et y étant quasi nulles. Sur ce cylindre 2, au-dessus de la cavité 5, se trouve un circuit GMR 11 qui comporte trois cellules GMR. Au-dessus de ce capteur GMR 1 se trouve une roue dentée 20 en matériau 35 ferromagnétique qui concentre plus ou moins les lignes de champ magnétique créées par le cylindre 2 suivant la distance 21 entre la roue dentée 20 et le circuit GMR 11. Ces variations de champ magnétique induisent des variations de résistance dans les cellules GMR, ce qui permet la détection des mouvements de la roue dentée 20. Entre la roue dentée 20 et la surface des cellules GMR se trouve un espace 21 rempli d'air. Naturellement l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisations décrits ci-dessus. On pourrait par exemple envisager de réaliser, dans des modes de réalisation moins performants, un anneau non pas cylindrique mais ovale ou même rectangulaire à condition que ses parois soient d'épaisseur constante. En outre, les dimensions données ne le sont qu'à titre illustratif et nullement restrictif en soi. The permanent magnet 3 has a side of length c1 along the y axis and a side of length c2 along the x axis. The sides c1 and c2 are greater than or equal to the outer diameter d1 of the ring 4. The lower surface 18 of the ring 4 is fixed against the upper surface 16 of the magnet 3 so that a part 9 of the surface The upper part 16 of the magnet 3 closes the cavity 5. This embodiment makes it possible to have greater freedom in the choice of the shapes and materials of the ring 4 and the magnet 3. However, this mode of embodiment is not the preferred embodiment of the invention because it does not have a symmetry of revolution about the reference axis z and therefore the assembly tolerances of the GMR circuit 11 (not shown in FIG. 4) on the ring 4 require more precision when mounting the GMR circuit on the magnet 3 / ring assembly 4. FIG. 5 shows a ferromagnetic target detector according to one embodiment of the invention. This detector comprises a GMR sensor 1 as shown in FIG. 2a. This GMR sensor comprises a cylinder 2 made of magnetic material holed by a cylindrical cavity. This 2-holed cylinder consists of a magnet and a ring of magnetic material. The cylinder 2 creates a permanent magnetic field 19 which has almost only a component along the reference axis z, the static components Bx and By along the x and y axes being almost zero. On this cylinder 2, above the cavity 5, there is a GMR circuit 11 which comprises three GMR cells. Above this sensor GMR 1 is a toothed wheel 20 of ferromagnetic material which more or less concentrates the magnetic field lines created by the cylinder 2 according to the distance 21 between the toothed wheel 20 and the GMR circuit 11. These variations magnetic fields induce resistance variations in the GMR cells, which allows the detection of the motions of the gear wheel 20. Between the gear wheel 20 and the surface of the GMR cells is a space 21 filled with air. Naturally, the invention is not limited to the embodiments described above. One could for example consider making, in less efficient embodiments, a ring not cylindrical but oval or even rectangular provided that its walls are of constant thickness. In addition, the dimensions given are only illustrative and in no way restrictive in themselves.

Claims

REVENDICATIONS1. GMR sensor (1) comprising: - a permanent magnet (3) having a reference axis (z) and a surface (16) perpendicular to this reference axis (z); a ring (4) of magnetic or ferromagnetic material standing on said surface (16) of the permanent magnet, the ring (4) comprising walls (8) of constant thickness (e) which continuously surround a cavity ( 5) which passes through the ring (4) from one side to the direction of the reference axis (z), the cavity (5) having an axis coincident with the reference axis (z); a GMR circuit (11) positioned beyond the cavity (5) so that the GMR circuit (11) is included in a plane perpendicular to the reference axis (z), the GMR circuit (11) having at least one GMR cell (13a, 13b, 13c) responsive along an axis x perpendicular to the reference axis (z).

2. GMR sensor according to claim 1, characterized in that the magnet (3) and the ring (4) are solids of revolution whose axis of rotation is the reference axis (z).

3. GMR sensor according to any one of the preceding claims, characterized in that the magnet (3) has a remanence greater than 350 mT for ambient temperatures between -40 and 160 ° C.

4. GMR sensor according to any one of the preceding claims, characterized in that the magnet (3) and the ring (4) are made of the same magnetic material.

5. GMR sensor according to any one of the preceding claims, characterized in that the magnet (3) and the ring (4) form a cylinder (2) of revolution whose axis of rotation is the reference axis (z), the cylinder (2) of revolution having a surface (10) perpendicular to the reference axis (z) perforated by the cavity (5) which is blind and cylindrical.

6. GMR sensor according to the preceding claim, characterized in that the cylinder (2) of revolution has a constant diameter.

7. GMR sensor according to any one of the preceding claims, characterized in that the GMR circuit (11) comprises three GMR cells (13a, 13b, 13c), the first GMR cell (13a) being arranged to be traversed by the reference axis (z), the two other GMR cells (13b, 13c) being disposed on either side of the first GMR cell (13a) equidistant from the first GMR cell (13a).

8. GMR sensor according to any one of the preceding claims, characterized in that the magnet (3) and the ring (4) are made of plasto-ferrite or plastoneodymium-iron-boron or plasto-samarium-cobalt.

9. GMR sensor according to any one of the preceding claims, characterized in that the cavity (5) is filled with a non-magnetic material.

10. A ferromagnetic target detector comprising a GMR sensor according to any one of the preceding claims.