JP2010527454A - 直線運動又は回転運動を非接触に検出するための装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、直線運動又は回転運動を非接触に検出、特に車両ホイールの回転を検出するための装置に関する。本発明に係る測定装置は、固定の磁気抵抗型のチップセンサ（１４）と、該チップセンサ（１４）にエアギャップ（１３，２３）を置いて隣接した磁界発生装置（１０，２２）と共に作動し、該磁界発生装置（１０，２２）の個々の磁石セグメント（１２，２４）が極性に関して交互に、実質的に３次元のｘ／ｙ／ｚ座標系（１７，２５，２７）のｚ方向で磁化されており、前記チップセンサ（１４）の主要面（１６）が実質的に前記座標系（１７，２５，２７）のｘ／ｙ平面若しくはｘ／ｚ平面内に、又はこれらの平面に対して中間位置で方向付けられている。このとき、測定方向及び前記チップセンサ（１４）の主要面（１６）はそれぞれ前記ｘ／ｙ／ｚ座標系（１７，２５，２７）のｘ方向にある。

Description

背景技術
本発明は、固定の磁気抵抗型のチップセンサと、該チップセンサにエアギャップを置いて隣接した可動の磁界発生装置とを備える、直線運動又は回転運動を非接触に検出、特に車両ホイールの回転を検出するための装置に関する。

ＤＥ１０３５７１４９Ａ１において既に公知の装置は、組み込まれたＧＭＲスピンバルブ多層系における磁界に敏感なセンサ層を備える磁気センサ装置を有している。ＧＭＲスピンバルブ多層系の磁界に敏感なセンサ素子は、接続されて測定ブリッジを形成し、電気抵抗は、外部の磁界に基づいて変化可能である。センサ素子はそれぞれ、交互に磁化された薄い金属層と磁化されていない薄い金属層とからなり、スピンに依存した電子の散乱に基づいて印加磁界と電気抵抗の強い関連性を示す層系から構成されている。この場合、軟磁性の検出層は、非磁性の中間層によって比較的硬磁性の層から隔離される。非磁性の中間層は、非磁性の中間層を介した両磁性の層間の磁気的な連結が僅かにすぎないような層厚を有する。これにより、軟磁性の検出層の磁化方向は、既に極めて小さな外部の磁界に従うようになる。個々の層系は、ペア状に接続されて差測定部を形成するか、又は有利には４つのグループとして接続されて１つのホイートストン測定ブリッジを形成し、均質な磁界がブリッジ信号を生じることがないように、互いに所定の間隔を置いて配置されている。しかし、所定の間隔の領域内における磁界の変化は、ブリッジ回路の所定のグラジオメータ間隔にほぼ相当する磁極対偶間隔を有する磁界発生装置の磁化に応じて、ブリッジ信号を発生する。

発明の開示
独立請求項の特徴を有する本発明に係る装置、すなわち、固定の磁気抵抗型のチップセンサと、該チップセンサにエアギャップを置いて隣接した可動の磁界発生装置とを備え、該磁界発生装置の個々の磁石セグメントが極性に関して交互に、実質的に３次元のｘ／ｙ／ｚ座標系のｚ方向で磁化されており、前記チップセンサの主要面が実質的に前記座標系のｘ／ｙ平面若しくはｘ／ｚ平面内に、又はこれらの平面に対して中間位置で方向付けられており、測定方向及び前記チップセンサの主要面が前記座標系のｘ方向で延びることを特徴とする、直線運動又は回転運動を非接触に検出、特に車両ホイールの回転を検出するための装置は、公知の装置に対して、実質的に同一の構造形態で、多極ポールホイールの回転数の検出を軸方向の磁化の際にも、半径方向の磁化の際にも、又は多極リニアユニットにおける測定の際にも可能とするセンサか実現され得るという利点を有する。有利には、チップ平面内の原理的に公知のセンサ、特にＧＭＲセンサ又はＴＭＲセンサの高い感度が利用される。これにより、多極装置の表面に対して平行に又は垂直に、又はこれらの間の任意の角度位置に位置するチップ平面を有する、直線運動又は回転運動のための測定装置が実現される。回転運動の場合、同じセンサ構成は、軸方向で磁化された多極ポールホイールとの関連でも、半径方向で磁化された多極ポールホイールとの関連でも使用可能である。これにより、センサ構造形式のバリエーションの多様性は減少する。これにより、個数が増加して製造コストは低下し、在庫管理は簡単になる。チップ平面に対して垂直な磁束密度の成分の測定のみが可能な、ホールセンサを備えた公知の測定装置に対して、組付けスペースは減じられ、かつ９０゜の集積回路の足曲げが省略されることによって、ツールコストもプロセスコストも削減可能である。付加的に、それぞれ異なる組付け位置のための必要な曲げによるセンサの損傷が回避されるので、品質改善及びより高い生産歩留まりが達成可能である。

従属請求項に提案される構成により、独立請求項に記載の装置の有利な形態及び改良が可能である。好ましくは、前記チップセンサがＧＭＲセンサである。好ましくは、前記チップセンサがＧＭＲスピンバルブセンサとして形成されている。好ましくは、前記チップセンサがＴＭＲセンサである。好ましくは、前記磁界発生装置が、半径方向で磁化された多極ポールホイールとして形成されている。好ましくは、前記磁界発生装置が、軸方向で磁化された多極ポールホイールとして形成されている。好ましくは、前記チップセンサのＩＣが、該チップセンサの、電気的な接続線路とは反対側のエッジ近傍の、該チップセンサの前方領域に配置されている。装置の高い測定感度を保証するために、センサとして、有利にはＧＭＲスピンバルブセンサ又は高感度のＴＭＲセンサが適している。

チップセンサの構造形式に関して、センサのＩＣが、センサの、電気的な接続線路とは反対側のエッジ近傍の、チップセンサの前方領域に配置されていると特に有利である。その結果、チップをその主要面で磁界発生素子の方向付けに対して垂直に組み付けた場合も、より小さなエアギャップ及び高い測定感度が実現可能である。

回転運動、特にホイールベアリング内の回転運動を検出する際、特にコンパクトな省スペースの構造形態を達成するために、磁界発生装置が、軸方向で磁化されたポールホイールとして形成されていると有利である。これにより、この方向でのセンサの延在長さは明らかに短縮される。その一方で、フラットな磁石セグメントの半径方向での磁化により、センサユニットの直径は減少可能である。

本発明の実施の形態を図面に示し、以下に詳説する。

軸方向で磁化された多極ポールホイールの形態の、軸方向で方向付けられた磁界発生器装置を備える測定装置の原理を示す図である。 半径方向で方向付けられた磁界発生装置を備える測定装置の原理を示す図である。 チップセンサの主要面をそれぞれ測定方向に方向付け、チップセンサを選択的に磁界発生装置のエレメントの方向付けに対して平行又は垂直に配置した形態を示す、測定装置の斜視原理図である。

発明の実施の形態
図１には、軸方向で磁化された多極ポールホイール１０の形態の、軸方向で作用する磁界発生器ユニットを備える測定装置の原理が示されている。多極ポールホイール１０の個々の磁石セグメント１２は、図平面に対して垂直に、僅かな厚さを有しており、台形の形状をなして円環形に配置されている。多極ポールホイール１０全体の一部が図示されているにすぎない。個々の磁石セグメント１２は、それぞれ交番する極性を伴って互いに連続している。磁気抵抗型のチップセンサ１４は、磁石セグメント１２上の略中央に配置され、軸方向のエアギャップ１３を残した状態で、その主要面あるいは大きな面で以て磁石セグメント１２の表面に対して平行に、測定方向に方向付けられているように配置されている。測定にとって重要な、磁石セグメント１２によって発生される磁束は、Ｂｘによって示されており、チップセンサ１４の主要面１６に対して平行に方向付けられている。磁束Ｂｘの符号は、ｘ／ｙ／ｚ座標系１７のｘ軸に対応する。磁石セグメント１２の磁化方向は、ｚ方向に相当し、チップセンサ１４の主要面１６の方向付けは、ｘ／ｙ平面に相当する。

図１にその主要な測定要素のみを示した装置は、回転運動の非接触の検出、特に車両ホイールの回転、例えばアンチロックシステムにおいて又は電子式の車両安定化の際に制動作用を制御するために必要とされる車両ホイールの回転の検出を可能にする。しかし、磁石セグメント１２を円環形に配置する代わりに、直線運動を検出するために、磁石セグメント１２をリニアに、つまり線形に方向付けることも可能である。チップセンサ１４の電流供給は、２つの供給線路１８，２０を介して実施される。供給線路１８，２０を介して、公知の形式でセンサ信号も供給される。

図２は、図１と類似の装置を示す。チップセンサ１４は、図１のものと同様に構成され、形成されている。交互に極性付けられた磁石セグメント２４を備える半径方向で磁化された多極ポールホイール２２を備えるこの装置では、チップセンサ１４は、エアギャップ２３を残した状態で、その主要面１６で以てｘ／ｙ／ｚ座標系２５のｘ／ｚ平面内に方向付けられている。測定方向及びチップセンサ１４により検出される磁束Ｂｘは、やはり座標系のｘ方向を向いている。このように磁石セグメント２４を半径方向で方向付けた場合、図１に示した磁石セグメント１２の軸方向の磁化の場合と不変の構造形態のチップセンサ１４が使用可能である。センサ１４は、図１及び図２に示した両形態において、有利にはＧＭＲ（Ｇｉａｎｔ Ｍａｇｎｅｔｏ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ：巨大磁気抵抗）センサとして公知の形式で構成されており、それゆえ本明細書で詳細に説明することはしない。センサの層系は、有利にはやはり公知のスピンバルブ（Ｓｐｉｎ−Ｖａｌｖｅ）形態で構成されており、これにより、センサの感度の向上が実現される。チップセンサ１４の極めて有利な形態は、やはり極めて高い測定精度を有するＴＭＲ（Ｔｕｎｎｅｌ Ｍａｇｎｅｔｏ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ：トンネル磁気抵抗）センサとしての構造形式である。しかし、原理的には、測定のために、ＡＭＲ（Ａｎｉｓｏｔｒｏｐ Ｍａｇｎｅｔｏ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ：異方性磁気抵抗）構造形式のセンサも使用可能である。

図３は再度、概略的に、一方では図１に示した磁界発生装置の表面に対して平行な、他方では図２に示した磁界発生装置の表面に対して垂直な、チップセンサ１４の配置の両可能性を示す。両配置において、測定にとって重要な磁束Ｂｘあるいは磁束変化は、ｘ／ｙ／ｚ座標系２７のｘ方向に方向付けられており、チップセンサ１４の主要面１６に対して平行に延びる。

図３の右図に示すように、チップセンサ１４を磁石セグメント１２の表面に対して垂直に方向付けて組み付けた場合、チップセンサ１４内に取り付けられたＩＣが可及的前方に、エッジ２６の近傍でセンサ内に位置することが重要である。こうして、チップセンサ１４は、磁石表面に対するＩＣの位置に応じて、平行に方向付けられた場合に対してエアギャップが拡大されるが、大きなエアギャップ範囲をカバー可能である。しかし、適当な構成及び高い感度、特にＧＭＲセンサの高い感度により、ホールセンサに比較して、測定表面上に垂直に取り付けた場合の測定領域の減少は、完全に補償可能である。

図３に示した形態では、４つの抵抗領域を有するホイートストンブリッジ回路を有する内部構造を明示するために、それぞれ４つの接続線路２８，３０，３２，３４を備えるチップセンサ１４が示されている。抵抗領域には、２つの結合点で供給電圧が供給され、ブリッジ対角線にある２つの別の結合点間で、公知の形式で測定値が取り出される。

本発明に係る装置は、前記座標系のｘ方向での磁石セグメント１２又は２４に対する運動時に、測定を磁石セグメントの半径方向の方向付け時においても、軸方向又は線形の方向付け時においても可能とする、磁気抵抗型のチップセンサ１４の一実施の形態をなす。これにより、測定方向の維持下で、磁束密度Ｂｘの変化を検出するための、図１〜図３に示した測定装置が、同一のセンサ１４によって実現される。これにより、これまでそれぞれ異なるセンサ形態が必要であった組付け状況に対応可能である。

Claims (7)

1. 直線運動又は回転運動を非接触に検出、特に車両ホイールの回転を検出するための装置において、固定の磁気抵抗型のチップセンサ（１４）と、該チップセンサ（１４）にエアギャップ（１３，２３）を置いて隣接した可動の磁界発生装置とを備え、該磁界発生装置の個々の磁石セグメント（１２，２４）が極性に関して交互に、実質的に３次元のｘ／ｙ／ｚ座標系（１７，２５，２７）のｚ方向で磁化されており、前記チップセンサ（１４）の主要面（１６）が実質的に前記座標系（１７，２５，２７）のｘ／ｙ平面若しくはｘ／ｚ平面内に、又はこれらの平面に対して中間位置で方向付けられており、測定方向及び前記チップセンサ（１４）の主要面（１６）が前記座標系（１７，２５，２７）のｘ方向で延びることを特徴とする、直線運動又は回転運動を非接触に検出するための装置。
2. 前記チップセンサ（１４）がＧＭＲセンサである、請求項１記載の装置。
3. 前記チップセンサ（１４）がＧＭＲスピンバルブセンサとして形成されている、請求項１又は２記載の装置。
4. 前記チップセンサ（１４）がＴＭＲセンサである、請求項１記載の装置。
5. 前記磁界発生装置が、半径方向で磁化された多極ポールホイール（２２）として形成されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の装置。
6. 前記磁界発生装置が、軸方向で磁化された多極ポールホイール（１０）として形成されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の装置。
7. 前記チップセンサ（１４）のＩＣが、該チップセンサ（１４）の、電気的な接続線路（１８，２０；２８−３４）とは反対側のエッジ（２６）近傍の、該チップセンサ（１４）の前方領域に配置されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の装置。

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