JP2005531007A - 磁気抵抗センサ - Google Patents

Abstract

この発明は、変位する方向に沿って交互に配置された北磁極と南磁極を含む領域を備える磁化されたエンコーダと共に用いるように配置された磁気抵抗センサに関する。前記センサは、ホイートストンブリッジ配置を備え、この配置は、前記配置の第１の電源接続と第１の信号出力接続との間の第１のブリッジブランチと、前記配置の第１の電源接続と第２の信号出力接続との間の第２のブリッジブランチと、前記配置の第２の電源接続と第１の信号出力接続との間の第３のブリッジブランチと、これに加えて、前記ホイートストン配置の第２の電源接続と第２の信号出力接続との間の第４のブリッジブランチと、を備える。前記ブリッジブランチのそれぞれは、オーム抵抗素子を備え、これらの抵抗値は、所定の特性曲線にしたがってオーム抵抗素子上で動作する磁界の磁界強度に依存する。空間的な面積を低減させるために、第１および第４のブリッジブランチにおけるオーム抵抗素子の特性曲線は略々互いに一致すると共に、略々互いに一致する第２および第３のブリッジブランチにおけるオーム抵抗素子の特性曲線から顕著に異なっている。

Description

この発明は、磁化されたエンコーダと一緒の動作のための磁気抵抗センサに関し、動作の方向に沿って交互に配置された北磁極と南磁極との領域に設けられており、ホイートストンブリッジ構成を備え、この構成はホイートストンブリッジ構成の第１の電源端子と第１の信号出力端子との間の第１のブリッジアームと、ホイートストンブリッジ構成の第１の電源端子と第２の信号出力端子との間の第２のブリッジアームと、ホイートストンブリッジ構成の第２の電源端子と第１の信号出力端子との間の第３のブリッジアームと、ホイートストンブリッジ構成の第２の電源端子と第２の信号出力端子との間の第４のブリッジアームと、を備え、ブリッジアームのそれぞれが、所定の特性にしたがってオーム抵抗素子に影響を与える磁界の磁界強度に基づく抵抗値を有するオーム抵抗素子を有する。この発明はさらに、前記磁化されたエンコーダを備える、動作および／または速度測定装置に関する。この種のセンサおよび動作および／または速度測定装置は好ましくは、移動シャーシ（車台）およびエンジン構成要素の回転方向の位置測定、速度測定、および、認識のための自動車の構成に提供される。

上述のように特定されるタイプのセンサは、国際出願ＷＯ００／２９８１５から周知である。このセンサにおいて、一方では第１および第４のブリッジアームのオーム抵抗素子と、他方では第２および第３のブリッジアームのオーム抵抗素子とが互いに交互配置されるように配置されている。４つのブリッジアームのオーム抵抗素子は、他の点では、全く同一のデザインであり、すなわち、釣り合いのとれた抵抗値を有している。２つの交互配置された構成、指定された“フィールド”は、環状の磁石の磁極の面の一方の少なくとも縦方向の半分に合致して、互いに空間的に分離されている。国際出願ＷＯ００／２９８１５によれば、この種の環状の磁石は、自動車の車輪の速度測定のために典型的に用いられている。したがって、“フィールド”の間の距離は、磁極の面の他方が２つの隣接する磁極面の間の境界の上に配置されたときに、“フィールド”の１つが環状の磁石の磁極の面の１つの中心の上に直接的に配置されるようにして、計算される。この構成はホイートストンブリッジ構成における磁極の面のそれぞれについての波形の高い部分と谷間の部分における出力信号を生じさせているので、出力パルスまたはパルス期間は磁極の面のそれぞれのためのセンサにより放出される。カバーされた各磁極対のための出力信号パルスを有する国際出願ＷＯ００／２９８１５による従来のように指定されたセンサと比較して、環状磁石はこれによりその半分に減少でき、出力信号パルスの変化しない数は保持されることが可能である。

したがって、変化しない環状磁石について、出力信号パルスの数を２倍すること、すなわち、ホイートストンブリッジ構成の出力信号の周波数を２倍にすることが実現されている。

発明の概要

この発明は、空間的な面積のさらなる低減により、磁化されたエンコーダの動作のための磁気抵抗センサを作成することを目的とする。この目的は、請求項１の前提部分で特定された磁気抵抗センサにおいて、第１および第４のブリッジアーム内のオーム抵抗素子の特性が、少なくとも互いに本質的にマッチングするように、また、第２および第３のブリッジアーム内のオーム抵抗素子の特性からは顕著に異なるように選択され、第２および第３のアームの特性も少なくとも互いに本質的にマッチングするように選択された特性を有する、タイプの磁気抵抗センサによるこの発明によって実現される。

このように構成されたセンサは、特に小型であり、ホイートストンブリッジ構成の出力信号の周波数を２倍にすることを保持しているのに、動作および／または速度の測定装置の寸法を更なる低減を可能にし、その結果として備え付けられている。

動作および速度の測定装置の出力信号の分解能を維持または改善させるための要求は、空間的な利用可能性に関連する限定を将来的には目的とするであろう自動車の分野（例えば、ホイルベアリング）における機械的な構成要素の寸法の縮小から導かれており、この要求は、磁気抵抗センサにおける周波数を２倍にすることの使用を通じて既に実現されている。この発明の助けにより、位置と速度とを決定することができ、センサ出力信号の周波数は、電子的構成要素を追加することなく、従来のセンサと比較して２倍にされる。

この点で注意されるべきことは、磁界センサはドイツ公開特許ＤＥ３３１７５９４Ａ１から周知であり、これは２つの直列接続センサ素子を備え、これは２つの抵抗素子によりホイートストンブリッジ回路を構成している。このセンサ素子は、磁界への露出なしに、同一方向で磁化された、磁気抵抗材料の並列の電流経路を有して設けられている。磁界へ露出されたとき、前記センサ素子の前記オーム抵抗値は、同一の方向で変化して、これにより、ホイートストンブリッジのデッドアームで測定された電圧は、磁界の変化度の値の測定である。

磁界センサは、ドイツ特許ＤＥ−ＯＳ２９１１７３３号から周知であり、これは磁気抵抗材料を備える１次電流供給経路を備える２つのセンサ素子を有して設けられ、これらの経路は同一方向に互いに直角に配置されると共に、それぞれの１次電流供給経路に関して４５°の角度でかつ同一方向で互いの方向に延長するバイアス磁界を有して提供される。磁界から独立する２つのオーム抵抗素子により、直列接続されたセンサ素子はホイートストンブリッジ回路を構成する。したがって、この明細書の基本原理によれば、互いに並列に設けられているがそのバイアス磁界は相互に対向する１次電流供給経路を備えるセンサ素子の配置が推薦されており、ここで、特に、センサ素子は互いに離隔して配置されている。

この発明による磁気抵抗センサの好適な開発においては、少なくとも本質的に互いにマッチングするべきように選択された特性を備える２つのブリッジアームにおけるオーム抵抗素子の抵抗値は、オーム抵抗素子が露出されている磁界の磁界強度より上で少なくとも本質的に一定である。したがって、ホイートストンブリッジ構成は、磁界により影響される２つのブリッジアームと磁界から独立した２つのブリッジアームとを備えて構成されている。磁界から独立した２つのブリッジアームは、好ましくは固定の抵抗器として設計されていても良い。

この発明の更なる有利な開発においては、オーム抵抗素子が露出された磁界の磁界強度よりも上で少なくとも本質的には一定の抵抗値を備えるオーム抵抗素子は、磁気遮蔽により設計されている。全ての抵抗素子は、その後、少なくとも垂直方向には同一の大きさを有して、同一の製造ステップで生成されることができ、その結果、これらの製造は簡単かつ精密になる。少なくとも本質的に一定の抵抗値を示している抵抗素子は、センサが露出された磁界がこれらの抵抗素子に如何なる影響も及ぼすことができないように、付加的に磁気的に遮蔽されている。

この発明によるセンサは好ましくは、動作の方向に沿って交互に配置された北磁極と南磁極を備える領域内に設けられた、磁化されたエンコーダと共に、動作および／または速度の測定装置内に用いられることができる。この動作および／または速度の測定装置は、周波数評価装置に有利に設けられており、この装置はその１つの入力がホイートストンブリッジ構成の信号出力端子に結合されると共に、その１つの出力が前記磁気抵抗センサにより放出される信号の周波数を測定するよう構成する信号を放射している。

発明の詳細な説明

この発明は、図面に示された実施形態の具体例を参照しながら更に説明されるが、この発明はこれら実施形態に限定されない。

説明の簡略の目的のために以下に“センサ”として簡単に表される磁気抵抗センサは、好ましくは少なくとも１つのホイートストンブリッジ構成という形をとっており、そのブリッジアームは抵抗素子を備えて設計されている。この種の配置の一例は、図１に示されている。参照符号１１を付与された、このセンサにおいては、個別の抵抗素子は、前記第１、第２、第３、第４のブリッジアーム内でそれぞれ参照符号１，２，３，４を付与されている。個別の抵抗素子は好ましくは、強磁性の材料、例えばパーマロイのような、特にニッケルと鉄との化合物を示すような材料により生成される。この材料は好ましくは、細長い片の全体の長さを通して、個別の抵抗素子ｉ＝１，２，３および４がそれぞれ所定の抵抗値Ｒｉを実現するために、細長い片となっている。

図１によるホイートストンブリッジ構成はさらに、第１および第２の電源端子５，６をそれぞれ備え、これらの端子に対して動作中に電源電圧が供給される。図１において参照符号Ｖ１により示されたホイートストンブリッジ構成の出力信号は、それぞれ第１および第２の信号出力端子７，８の間で引き出される。

磁界強度Ｈについて―センサにより測定されるべき―外部磁界の影響の下、抵抗素子ｉはそれらの抵抗値Ｒｉを変えると共に、ホイートストンブリッジ構成の結果としての出力信号Ｖ１はこの磁界強度Ｈの関数である。この種の抵抗素子ｉの抵抗値Ｒｉは、特に二次関数にしたがって、このようにして変化する。二次の関連係数の影響により、この種の抵抗素子ｉの抵抗値Ｒｉと磁界強度Ｈとの間の特性は、その量に依存することになるが、磁界強度Ｈの記号に対しては独立している。

線形の特性が必要とされない適用例については、非線形特性または二次特性を有する磁気抵抗素子が用いられても良い。これは、（例えば、磁化されたホイールのような）アクティブなエンコーダ、または、（例えば、強磁性の歯状のホイールのような）パッシブなエンコーダを有する速度測定を含んでいる。例えば速度測定については、例えば、この種のセンサの出力信号のゼロ遷移のような測定のみが必要であり、これは、センサの下流側の比較器の配置により比較的容易に実現されることができる。

アクティブエンコーダ（例えば、磁化されたロータ）の場合、磁界強度Ｈの値は、センサとエンコーダとの間の距離に依存して測定することができ、ここではこの距離は出力信号の振幅レベルとして表現されている。この磁化されたエンコーダは、例えば、側面方向に交互に磁化された（交互に北磁極／南磁極となっている）層により構成されていても良い。

周波数を２倍にすることなしの従来のセンサに対して磁化されたエンコーダの相対的な動作の場合、周期的な出力信号が生成されて、これは、それぞれが相互に隣接して配置された磁化された層の北磁極と南磁極を備える１つの対における動作の場合、ただ１つの信号周期を有している。この出力信号は、これにより、対応するゼロ遷移と共に、例えば、三角波、矩形波、正弦波等の異なる信号波形を仮定しても良い。磁極対で示された前記タイプの対は、磁極対幅λを有している。

速度センサと一緒に従来の方法を用いる速度測定に関しては、例えば、北磁極および南磁極間の境界は、ゼロ遷移の認識のために用いられる。これにより、単純な比較回路と一緒に信号処理構成が用いられ、これはセンサの連続的な出力信号から二値信号を生成し、この二値信号は更に下流側の評価ユニットにより処理されることが可能となる。１つの適用例はアンチスキッド［anti-skid―スリップ防止―］システムを備える自動車におけるブレーキングシステム用の速度測定への適用例である。エンコーダのユーザにおける北磁極および南磁極の周知の数により、カウンタ回路を用いて速度を決定することができる。したがって、従来の方法において、前記二値信号の周波数は、エンコーダの磁極対の数に対応している。

しかしながら、磁気抵抗センサの将来の適用例のためには、エンコーダの動作座標におけるセンサ出力信号の分解能の上昇は好都合である。特に、低減された寸法を有するエンコーダの使用のため、および、出力信号の周波数の上昇のために、もしもセンサが既に直接に２倍にされた周波数を有する出力信号を利用できるようにさせるならば、それは一層良いことである。これは、特に、例えば自動車部門における不具合の場合を含む、動作の信頼性に関する、より緊急の要求を有する適用ケースに対して適用される。

さらに、センサは、好ましくは、異なる適用ケースに普遍的に適用できるべきである。特に、異なる適用ケースで用いられる個別のエンコーダに対してセンサを構造的に合致させる必要性は、避けられるべきである。

これらの要求を簡単なやり方で満たすと共に４つのブリッジアームを有するホイートストンブリッジ構成を有して図１に示されたように好ましくは設計された、この発明によるセンサにおいては、出力信号Ｖ１は以下の式にしたがって決定される：
Ｖ１＝（Ｒ１／（Ｒ１＋Ｒ３））−（Ｒ２／（Ｒ２＋Ｒ４））
センサの近傍では少なくとも非常に均質である外部磁界の磁界強度Ｈに同一の相関関係を有する４つの抵抗素子がもしも４つのブリッジアームに用いられるとすると、その後、個々の抵抗値Ｒｉにおける変化がこの外部磁界の影響の結果として現れるとしても、これらは、少なくとも実質的には同一であり、その後、出力信号Ｖ１にはほとんど変化がない状態にさせている。この出力信号Ｖ１はそれゆえに磁界強度Ｈの関数ではない。

磁界強度を有する個々の抵抗素子ｉ＝１，２，３，４の抵抗値Ｒｉにおける異なる変化を実現するため、このとき、この発明の第１の実施例にしたがって、ホイートストンブリッジ構成の２つのブリッジアーム―例えば第２および第３のブリッジアーム―に、一定の抵抗値（Ｒ２＝一定；Ｒ３＝一定）―さらに以下の固定抵抗でも示される―を有する抵抗素子２，３が用いられる。磁界強度Ｈへの外部磁界の影響を通じて、磁気抵抗素子１，４の抵抗の変化は、―この場合、第１および第４の―他の２つのブリッジアーム内で生じており、これに対して固定の抵抗はそれらの値を保持している。

図２は、外部磁界の磁界強度Ｈｙを有する抵抗値Ｒｉにおける変化に関するこの種の特性の形成の例を示している。固定の抵抗２，３が、＋Ｈｙｍａｘから−Ｈｙｍａｘへの磁界強度Ｈｙの全体の値の範囲にわたって対応するように選択されていた、それらの抵抗値Ｒ２＝Ｒ３＝一定に保持しているのに対して、ここではさらに対応するように選択されていた抵抗値Ｒ１＝Ｒ４は、Ｈｙ＝０での境界値ＲｍａｘとＨｙ＝＋ＨｙｍａｘおよびＨｙ＝−Ｈｙｍａｘでの境界値Ｒｍｉｎとの間の＋Ｈｙｍａｘから−Ｈｙｍａｘまでの磁界強度Ｈｙの全体の値の範囲にわたって変化している。この特性Ｒｉ（Ｈｙ）は、好ましくは、少なくともＨｙ＝０付近での値の範囲において、少なくとも実質的に二次形式を示している。

この種の抵抗値Ｒｉの選択に伴って、出力信号Ｖ１は第１および第２の出力端子７と８との間で得られ、この出力信号はまた、磁界強度Ｈｙへの非線形相関関係を有している。説明されたように設計されたセンサが上記磁化されたエンコーダで用いられるならば、上述された、従来の速度センサと比較して２倍にされた周波数を有する出力信号Ｖ１が生成される。単一の比較回路を用いるセンサ信号の評価を通じて、ここでもまた、二値信号を得ることができる。

固定の抵抗は、その耐性が磁界から独立した材料により簡単な方法で設計できる。この実施例の変形例において、固定の抵抗が磁気抵抗素子と共に設計されているが、しかしながら、これらの磁気抵抗素子は付加的に適用された磁気的スクリーニングを通じて外部磁界の影響から取り消される。ここで再び、出力信号周波数を２倍にすることは、上述した従来のセンサと比較されて実現される。

抵抗素子ｉ＝１，２，３，４の抵抗値Ｒｉは、材料の組成と空間的な設計の選択に依存しており、これらを変更することにより調整できる。これはまた、磁界強度Ｈにおける抵抗値Ｒｉの実現された相関関係へ適用される。特徴のある磁界強度Ｈ０に示された、材料定数は、抵抗素子ｉ＝１，２，３，４の材料特性を記述するために用いられ、この材料定数は以下の関係にしたがって導き出される：
Ｈ０＝Ｈｋ＋Ｈｄ，で、Ｈｋ＝２^＊ｋ／Ｍ および Ｈｄ＝−Ｎ^＊Ｍ
ここで、
Ｈｋは、材料の異方性磁界強度であり、これは、用いられるべき材料および製造プロセスにより決定され、
Ｈｄは、磁気除去の磁界強度Ｈｄ（これもまた異方性を形成するものとして周知）であり、これは、材料の幾何学図形的な延長により決定され、
ｋは、材料定数であり、
Ｎは、反磁場係数であり、
Ｍは、材料の内部磁化である。

この発明におけるセンサの第２の実施例において、これらの特性は、前記材料の細片により形成された抵抗素子の適切な形状―すなわち、それらの高さ、幅など―を形成することを通じて、異なる性質の磁界強度Ｈ０であって、これにより、異なる形状の非線形特性が、個々の抵抗素子のために生成され得るという効果に対して用いられる。

この例が図３に示され、図３は、その描画において別の点で図２に対応する。図２に示された実施例と比較すると、抵抗素子１と４の抵抗値Ｒ１，Ｒ４が変化していないのに対して、磁界強度Ｈｙにおける相関関係が示されているように抵抗素子２，３のために選択されており、その抵抗値Ｒ２，Ｒ３は、抵抗値Ｒ１，Ｒ４よりも、より強く磁界強度Ｈｙを変化させる。

図４は、ホイートストン構成が晒されている磁界の磁界強度Ｈｙの関数としてのホイートストンブリッジ構成の信号出力端子７，８上で測定された出力信号Ｖ１の関数として図３に記載された実施例のホイートストンブリッジ構成の出力特性用の測定曲線の例を示している。しかしながら、この線図における点において、出力信号Ｖ１は、出力電圧としてｍＶにプロットされ、Ｕ_ｏｕｔに示される。磁界強度Ｈｙ用の測定の単位は、ｋＡ／ｍである。ホイートストンブリッジ構成のそれぞれ第１および第２の電源端子５，６間の動作の間に適用される電源電圧は、図４におけるＵ_Ｂで示され、示された測定曲線のための５Ｖの値を有している。

比較の曲線はまた、図２にしたがって大きさを示されたセンサとして得られる。
図４に示されたタイプの特性により説明されるセンサで動作する外部磁界について、磁界強度Ｈｙが、例えばＨｙ＝０からＨＹ＝Ｈｙｍａｘ，Ｈｙ＝−Ｈｙｍａｘを介してＨｙ＝０へと戻る周期を通過するならば、図４の線図から、この通過の間に、出力信号Ｖ１または出力電圧Ｖｏｕｔは、最低値と最高値との間におけるその変化の２つの周期を通過することは明らかである。ホイートストンブリッジ構成の信号出力端子７，８で、出力信号Ｖ１はこれにより立ち上がり、エンコーダの磁極対に関する動きにより起因される磁界強度Ｈｙの変化と比較されるように、周波数を２倍にすることを示している。

図５は二値信号の波形の例を示しており、これは、それ自体は周知の方法で切り替えしきい値Ｖｒｅｆと比較することにより、出力信号Ｖ１の連続性から得られていたものである。比較を目的として、エンコーダの磁極対Ｎ−Ｓの位置は、二値信号ＶＡよりも下に概略的に描かれており、エンコーダの磁極ＮとＳの寸法は、その動作軸Ｌに沿って磁極対の幅１と磁極対の半分の幅１／２を使って決められる。二値信号ＶＡの２つの周期は、磁極対幅１の周囲の動作軸Ｌに沿ったセンサとエンコーダとの間の動作に対応する。

この発明による磁気抵抗センサの周波数２倍化特性は、都合の良い方法で、磁化されたエンコーダを用いた速度および位置の測定（動作および／または速度測定）のための最も多種多様の適用例におけるその使用を助けている。これによりエンコーダは、例えば、線形配置測定のための線形スケールとして、または、速度測定のためのロータとして、使用されても良い。図６ないし図８を参照して以下に説明される実施例はまた、位置を検出するために、出力信号の更なる処理を適切に行なえば、エンコーダの異なる実施形態と一緒に用いられても良い。

図６は、この発明による磁気抵抗センサ１１の第１の適用例としての、線形磁化エンコーダ１０を用いた動作および／または速度測定の実施形態を示している。既に説明された要素は、同一の参照符号を用いて再び提供される。図６の上部側に示されたブロック回路図に基づいて、センサ１１は、その信号出力端子７と８を介して差動増幅器１２の入力端子に接続され、この増幅器はセンサ１１により発せられた出力信号Ｖ１を増幅する役割を果たしている。増幅された出力信号の更なる処理のために、差動増幅器１２は、その出力端子で比較器１３の第１の入力端子へと接続され、この比較器に対しては第２の入力端子を介して電圧Ｖｒｅｆが供給される。この電圧Ｖｒｅｆは、切替しきい値を形成し、比較器１３の出力に二値信号ＶＡを得るために、（増幅された）出力信号Ｖ１の継続がこの切替しきい値と比較される。

図６の中央部分には、磁化されたエンコーダ１０の北磁極Ｎと南磁極Ｓの配置が概略的に示されている。磁極Ｎと磁極Ｓとの間の磁力線（magnetic field lines―磁界の向きの線―）１４の形が表示されている。１つの北磁極Ｎと１つの南磁極Ｓの各磁極対は、エンコーダ１０の動作軸Ｌに沿って測定された−磁極対の幅λを有する。このセンサ１１は、その最も長い側面がエンコーダ１０の表面と面平行となった状態で一列に並べられる。

図６の下側の部分には、エンコーダ１０の動作軸Ｌの上の二値信号ＶＡの形が描かれ、この波形は図５に対応する。

図７は、この発明による磁気抵抗センサ１１の第２の適用例としての回転軸対称に磁化されたエンコーダ１５を有する動作および／または速度測定装置の実施形態を示し、このセンサ１１は、エンコーダ１５の外側面１６の上方のエンコーダ１５の周囲に配置されている。ここで再び、センサ１１は、その最も長い側面がエンコーダ１５の外側面１６と面平行となった状態で一列に並べられている。その他の点では、この配置は図６に従った配置に対応する。

図８は、この発明による磁気抵抗センサ１１の第３の適用例としての回転軸対称に磁化されたエンコーダ１７を変形した状態での動作および／または速度測定装置の実施形態を示し、このセンサ１１はエンコーダ１７の周囲であってエンコーダの端面１８の上方に配置される。このセンサ１１は、その最も長い側面がエンコーダ１７の端面１８と面平行となった状態で一列に並べられている。その他の点では、この配置は、図６および図７による配置に対応する。

この発明によるセンサと、この発明による動作および／または速度測定装置は、国際特許出願ＷＯ００／２９８１５に示された配置と比較して、より小型であり、より簡単なデザインである。その結果、構成要素の寸法における所望の低減、特に自動車への適用、例えば、ホイールベアリングの縮小や、重量やコストに関して節約するための関連する要求をより良く満たすことを可能にする。

自動車産業の部門における前記構成要素の寸法の低減の結果として、この技術分野で用いられる磁化されたエンコーダを縮小することもまた、極めて重要である。従来の速度センサに関して、エンコーダの他の特性は同じ状態のままであるとはいえ、このエンコーダの縮小は、このエンコーダによりセンサに与えられる外部磁界の磁界強度のかなりの低減を導いている。この帰結は、同数の磁極のためのエンコーダとセンサとの間の使用可能な空隙での制限を含んでいる。この使用可能な空隙を保持するために、もしもエンコーダ磁化の磁気的特性が例えばより強い磁性の材料により改善されるならば、または、幾何学的な配置環境が例えばエンコーダにおける磁極の数の低減により変更されるならば、これは出力信号のより低い分解能により相殺（オフセット―offset―）されるであろうし、特にこれは、エンコーダが低速度のときに、測定結果の機能的障害を導くかも知れない。この障害を避けるために、周波数２倍化センサの構成が用いられることが推奨される。

センサの出力信号の周波数よりも高い周波数を用いて二値信号を生成するためのセンサの下流側での信号処理ステージの使用に加えて、このセンサの内部で周波数２倍化を行なうことは、より簡単であり、いつでも使えるように、より信頼性を高める。非線形特性を有する磁気抵抗センサは、二値信号の周波数を、従来の速度センサと比較して２倍にさせる。さらに、非線形特性を有する磁気抵抗センサは、用いられる個別のエンコーダの寸法から独立している適用の利点を提供し、すなわち、異なる磁極対の幅λを有する磁化されたエンコーダのために、ただ１つのセンサのデザインが要求される。それゆえに、異なる磁極対の幅を有するエンコーダのための異なるセンサのデザインを生成するコストは付加されない。

周波数増加の結果として、磁化されたエンコーダにおける位置測定のために、利点がまた生じている。これは、例えば、内挿法（interpolation methods―補間法―）を使用する場合の電子的評価回路のための回路の複複雑さの低減を含んでいる。周波数２倍化を用いることにより、補間要素が低減可能である。これは、電子的な構成要素の複雑さに関し、より小さいスペースの要求と、顕著なコストの低減とを意味している。

少なくとも複数の部分にわたって、非線形、または、特に、センサの二次特性の影響により、“フリッピング（flipping―反転すること―）”すなわち外部磁界における方向の交換での特性の反転の危険はなくなり、これは線形化された特性の場合に現れる可能性がる。外部磁界により、この“フリッピング”を防止するために、好ましくは補助的な磁石が周知の公正内のセンサに対して取り付けられている。この発明によるセンサの場合、この種の補助的な磁石は必要とされていない。これにより、取り付け空間やコストは低減可能である。

一般的に、例えば角度センサを有する場合のような磁化されたエンコーダに関する直交配置を有するセンサと比較して、この発明による非線形特性を有するセンサは磁化されたエンコーダの表面に関して面平行な配置の利点を与えている。これは、エンコーダに関するセンサの都合の良い取り付け位置を実現する好機を誘発して、このなかでエンコーダの高い磁界強度が利用可能となる。

ホイートストンブリッジ構成内のこの発明による磁気抵抗センサの一具体例を概略的に示す回路図である。 オーム抵抗素子が露出された磁界の磁界強度におけるオーム抵抗素子の抵抗値の従属を示すためにこの発明による磁気抵抗センサの一実施例のオーム抵抗素子の特性を示す特性図である。 オーム抵抗素子が露出された磁界の磁界強度におけるオーム抵抗素子の抵抗値の従属を示すためにこの発明による磁気抵抗センサの更なる実施例のオーム抵抗素子の特性を示す特性図である。 ホイートストンブリッジ構成が露出された磁界の磁界強度の機能としてのホイートストンブリッジ構成の出力信号端子上で測定された出力電圧の機能としてのこの発明による磁気抵抗センサの一実施例のホイートストンブリッジ構成の出力特性を示す特性図である。 切り換えしきい値との比較を追従するホイートストンブリッジ構成の信号出力端子で測定される出力電圧の例を示す特性図である。 この発明による磁気抵抗センサの第１の適用例としての線形磁化エンコーダを備える動作および／または速度の測定装置の一実施例を示す構成図である。 エンコーダの周囲の外側面上に配置されたセンサを備え、この発明による磁気抵抗センサの第２の適用例としての回転対称磁化エンコーダを備える動作および／または速度の測定装置の一実施例を示す構成図である。 エンコーダの周囲の端面上に配置されたセンサを備え、この発明による磁気抵抗センサの第３の適用例としての回転対称磁化エンコーダの変形例を伴う動作および／または速度の測定装置の一実施例を示す構成図である。

Claims (5)

1. 動作の方向に沿って交互に配置された北磁極と南磁極を有する領域に設けられた磁化されたエンコーダと共に動作する磁気抵抗センサであって、ホイートストンブリッジ配置を備え、この配置は、前記配置の第１の電源端子と第１の信号出力端子との間の第１のブリッジアームと、前記配置の第１の電源端子と第２の信号出力端子との間の第２のブリッジアームと、前記配置の第２の電源端子と第１の信号出力端子との間の第３のブリッジアームと、さらに、前記ホイートストン配置の第２の電源接続と第２の信号出力接続との間の第４のブリッジアームとを備え、前記ブリッジアームのそれぞれは、オーム抵抗素子を備え、これらの抵抗値は、所定の特性曲線にしたがってオーム抵抗素子上で動作する磁界の磁界強度に依存する磁気抵抗センサにおいて、前記第１および第４のブリッジアームにおける前記オーム抵抗素子の特性曲線は、少なくとも本質的に互いにマッチングすると共に少なくとも本質的に互いにマッチングするように選択された前記第２および第３のブリッジアームにおける前記オーム抵抗素子の特性曲線とは顕著に異なっていることを特徴する磁気抵抗センサ。
2. 少なくとも本質的に互いにマッチングするように選択された特性を有する２つのブリッジアームにおける前記オーム抵抗素子の前記抵抗値は、オーム抵抗素子が露出されている磁界の磁界強度より上で少なくとも本質的に一定であることを特徴とする請求項１に記載の磁気抵抗センサ。
3. 前記オーム抵抗素子が露出されている前記磁界の前記磁界強度より上で少なくとも本質的に一定である抵抗値を有する前記オーム抵抗素子は、磁気遮蔽されて設けられていることを特徴とする請求項２に記載の磁気抵抗センサ。
4. 請求項１ないし請求項３の何れかに記載の磁気抵抗センサにより特徴付けられて、変位の方向に沿って交互に配置された北磁極および南磁極による領域に設けられて磁化されたエンコーダを有する動作および／または速度の測定装置。
5. 前記ホイートストンブリッジ構成の前記信号出力端子に結合された１つの入力と、前記磁気抵抗センサより放射された信号の周波数の測定を継続する信号を放射する１つの出力と、を備えることを特徴とする請求項４に記載の動作および／または速度の測定装置。

Images