WO2016041976A1 - Magnetischer sensor, sensoranordnung und verfahren zur bestimmung der position eines magnetisch wirksamen elements - Google Patents

Magnetischer sensor, sensoranordnung und verfahren zur bestimmung der position eines magnetisch wirksamen elements Download PDF

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magnetic sensor
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Heinrich Acker
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Continental Teves Ag & Co. Ohg
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    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/20—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature
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    • G01D5/2013—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature by influencing the self-induction of one or more coils by a movable ferromagnetic element, e.g. a core
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    • G01D5/2033—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature by influencing the self-induction of one or more coils controlling the saturation of a magnetic circuit by means of a movable element, e.g. a magnet

Definitions

  • the invention relates to a magnetic sensor for detecting a magnetically active element.
  • the invention further relates to a sensor arrangement which has such a magnetic sensor.
  • the invention relates to a method for determining the position of a magnetically active element.
  • Magnetic sensors can be designed in different ways and used for different detection tasks. They can in particular be used to detect the presence of a magnetically active element, which is typi cally ⁇ is in a magnetically active element is an element, which can change magnetic and / or electrical properties of components disposed in its vicinity.
  • the invention relates to a magnetic sensor for detecting a magnetically active element.
  • the magnetic sensor has a plurality of measuring coils. This may be a number of, for example, two, three, four, five, eight or any other number of measuring coils, wherein at least two measuring coils are present.
  • Each measuring coil has a magnetic core assigned to it.
  • the respective magnetic cores are preferably each disposed within a measuring coil which is associated with the magnetic core.
  • the measuring coils are arranged along a path. This can for example be straight or curved. Along the path, the measuring coils are electrically connected in series. Furthermore, the measuring coils have respective inductances which increase along the path in one direction. This may in particular mean that a respective inductance of a measuring coil arranged in a certain direction behind another measuring coil is greater than the inductance of the other measuring coil.
  • the measuring coils are preferably SMD-mountable and / or compatible with SMD placement machines.
  • the magnetic sensor is the ⁇ according to means of surface mounted device (SMD) technology equipped.
  • SMD surface mounted device
  • the magnetic sensor is configured to generate a common output signal depending on a position of the magnetically active element along the path.
  • the common output signal is a total inductance. This is a total inductance of the measuring coils connected in series.
  • common output signals may be used, for example, a resonant frequency at an addition to the series-connected sensing coil with a capacitor to form a resonant circuit, or even a loss angle of the ge ⁇ series connected sensing coils. It should be understood that also two such common output signals can be used to read out the magnetic sensor.
  • the magnetically active element is preferably a ferromagnetic high-permeability body, an electrically conductive body or a permanent magnet.
  • a ferromagnetic, highly permeable body When a ferromagnetic, highly permeable body is arranged in the vicinity of a measuring coil, the body acts as a flux conductor ⁇ . The flow through the body depends on the position and / or angle of the body relative to the inductance. This will change the inductance value.
  • an electrically conductive body is placed in the vicinity of a measuring coil, an eddy current flows through the body by induction, this eddy current depending on the position and / or angle of the body relative to the inductance. As a result, the inductance value and the loss resistance are changed.
  • the magnet When a permanent magnet is placed in the vicinity of a sensor inductance, the magnet generates a flux that can saturate a ferromagnetic high-permeability body arranged to act as a core of a measuring coil.
  • the flow through the body for example through the core A measuring coil depends on the position and / or angle of the magnet relative to the inductance. As a result, the inductance value is predominantly changed.
  • the respective magnetic cores preferably have no remanent magnetization. This may mean, for example, that they have only a magnetization of a negligible value, which is irrelevant to a measurement. If the respective magnetic cores have no magnetization, they have a particularly high permeability, since the curve of magnetic flux density B as a function of a magnetic ⁇ field strength H at this point has a particularly high slope. This allows a particularly good and accurate measurement.
  • the measuring coils are preferably arranged on a printed circuit board, a leadframe or a Molded Interconnected Devices (MID) carrier.
  • MID Molded Interconnected Devices
  • An MID carrier is understood in particular to be a spatially injection-molded circuit carrier. Such embodiments have proved to be advantageous.
  • each measuring coil is made of deposited and structured and / or laminated layers of a metal, in particular a light metal, copper or an alloy with nickel and / or palladium and a ferromagnetic material.
  • a metal in particular a light metal, copper or an alloy with nickel and / or palladium and a ferromagnetic material.
  • a technology such as a multilayer ceramic capacitor (MLCC) may be used.
  • the ferromagnetic material is preferably a high permeability material.
  • Such measuring coils can also be designed, for example, as SMD ferrite beads, SMD multilayer inductors or as wire-wound SMD inductors. These SMD devices typically also include a core.
  • the measuring coils are spaced so close to each other that when moving a magnetically active element along the path results in a characteristic of the total inductance, which is at least over half of the path, preferably over at least three quarters of the path, monotonically increasing or decreasing.
  • a characteristic of the total inductance which is at least over half of the path, preferably over at least three quarters of the path, monotonically increasing or decreasing.
  • the invention further relates to a sensor arrangement.
  • the sensor arrangement has a magnetic sensor according to the invention. It can be used on all described versions and variants. Illustrated benefits apply accordingly.
  • the sensor assembly further includes a magnetically active element as well as a guide for the like ⁇ genetically active element.
  • the guide is designed such that the magnetically active element is movable along the path.
  • the magnetically active element preferably comprises a supply ⁇ Actuate the limb, by means of which it is movable from outside the guide along the path.
  • This actuator can then be connected for example outside the sensor with a component whose movement is to be measured relative to another component. If the remaining part of the sensor arrangement is connected to the other component, the movement of the component to be measured can be transmitted via the actuator to the magnetically active element, the position of which can in turn be measured in the manner described above.
  • the magnetically active element is preferably a ferromagnetic high-permeability body, an electrically conductive body or a permanent magnet. Regarding the possible details and functions referred to further above from ⁇ guides this.
  • SMD inductors In the case of using a ferromagnetic high-permeability body or an electrically conductive body, conventional SMD inductors have proven to be particularly advantageous as open-loop sensing coils. SMD ferrite beads and SMD multilayer inductors with ge ⁇ patentedem magnetic circuit have, however, be particularly proven advantageous for use in conjunction with a permanent magnet.
  • the sensor arrangement further preferably has a measuring circuit for determining a total inductance of the measuring coils. This allows an integrated readout of the sensor arrangement by the own measuring circuit. It can be used in particular on proven designs.
  • the total inductance can be understood as a complex impedance with two real parameters. For example, this may be inductance and series resistance, the amount of impedance and loss angle, or inductance and quality.
  • a measuring circuit is preferably able to determine at least one of these parameters or both together.
  • the invention further relates to a method for determining the position of a magnetically active element, the method comprising the following steps:
  • a magnetic sensor according OF INVENTION ⁇ -making can be preferably used to determine a position of a magnetically active element.
  • the magnetic sensor to all embodiments and variants described above may be resorted back ⁇ . Illustrated benefits apply accordingly.
  • the magnetically active element may in particular be designed according to ⁇ least one of the embodiments as explained above.
  • the method preferably further comprises a step of changing the position of the magnetically active element along the path.
  • a step of changing the position of the magnetically active element along the path In such a step, the resulting new position of the magnetically active element in the manner described above can be particularly advantageously measured.
  • the magnetically active element is preferably a ferromagnetic high-permeability body, an electrically conductive body or a permanent magnet. Further details and workings of this is ver ⁇ pointed to the above statements.
  • the senor is part of a sensor arrangement according to the invention.
  • versions and variants of Sensoran ⁇ properly described all the above can be drawn. Illustrated benefits apply accordingly.
  • the advantages of a sensor arrangement according to the invention described above for the inventive method can be utilized.
  • FIG. 2 shows a characteristic of the sensor of FIG. 1.
  • the sensor arrangement 10 has a sensor 5.
  • the sensor 5 has a total of six measuring coils L I, L2, L3, L4, L5, L6, which are mounted on a printed circuit board, not shown.
  • Each of the measuring coils has a respective associated core K1, K2, K3, K4, K5, K6.
  • the nuclei Kl, K2, K3, K4, K5, K6 are not magnetized in the ground state.
  • the measuring coils L I, L2, L3, L4, L5, L6 are electrically connected in series as shown. They are geometrically arranged along a path given by their arrangement, which is straight.
  • the relation L I ⁇ L2 ⁇ L3 ⁇ L4 ⁇ L5 ⁇ L6 applies.
  • the inductances thus increase from left to right.
  • each measuring coil has an inductance, which is increased by 50% compared to the inductance of the measuring coil immediately to the left of it.
  • the sensor arrangement 10 also has a guide 20.
  • the guide 20 is arranged directly above the path predetermined by the measuring coils LI, L2, L3, L4, L5, L6.
  • a magnetically active element is arranged in the form of a Perma ⁇ mag- nets 30th
  • the permanent magnet 30 can be displaced in the guide 20 along the path.
  • the permanent magnet 30 is connected to an actuator in the form of a rod 35.
  • the rod 35 can be connected to a component whose movement relative to the sensor 5 is to be measured. A movement of the component, not shown, is then transmitted via the rod 35 to the permanent magnet 30, which moves along the path in the guide 20 accordingly.
  • the sensor arrangement 10 also has a measuring circuit 40, which is designed in a known manner.
  • the measuring circuit 40 is designed to measure a total inductance of the series-connected measuring coils LI, L2, L3, L4, L5, L6.
  • FIG. 2 shows a typical characteristic curve of the sensor 5 of FIG. 1.
  • a dimensionless variable s is indicated on the horizontal axis as a measure of a displacement of the permanent magnet 30 along the path.
  • an equally dimensionless quantity M is given as a measure of a value measured by the measuring circuit 40. This is a value which is calculated from the total inductance of the sensor 5.
  • a position of a component connected to the permanent magnet 30 via the rod 35 can also be concluded. This allows the sensor 5 are used as part of the sensor assembly 10 for measuring relative movements.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen magnetischen Sensor, eine Sensoranordnung mit einem solchen magnetischen Sensor und ein Verfahren zum Bestimmen der Position eines magnetisch wirksamen Elements. Bei dem erfindungsgemäßen Sensor sind mehrere Messspulen in Reihe entlang eines Pfads hintereinandergeschaltet, wodurch die Position eines magnetisch wirksamen Elements entlang des Pfads gemessen werden kann.

Description

MAGNETISCHER SENSOR, SENSORANORDNUNG UND VERFAHREN ZUR BESTIMMUNG DER POSITION EINES MAGNETISCH WIRKSAMEN ELEMENTS
Die Erfindung betrifft einen magnetischen Sensor zur Detektion eines magnetisch wirksamen Elements. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Sensoranordnung, welche einen solchen magnetischen Sensor aufweist. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Bestimmung der Position eines magnetisch wirksamen Elements.
Magnetische Sensoren können auf verschiedene Arten ausgeführt sein und für unterschiedliche Detektionsaufgaben eingesetzt werden. Sie können insbesondere dazu eingesetzt werden, die Anwesenheit eines magnetisch wirksamen Elements zu detektieren, wobei es sich bei einem magnetisch wirksamen Element typi¬ scherweise um ein Element handelt, welches magnetische und/oder elektrische Eigenschaften von in seiner Umgebung befindlichen Bauelementen verändern kann.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen im Vergleich zu bekannten magnetischen Sensoren alternativen, beispielsweise in be¬ stimmten Eigenschaften verbesserten magnetischen Sensor be¬ reitzustellen. Es ist des Weiteren eine Aufgabe der Erfindung, eine Sensoranordnung mit einem solchen magnetischen Sensor bereitzustellen. Außerdem ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Detektion eines magnetisch wirksamen Elements unter Verwendung eines solchen magnetischen Sensors bereit¬ zustellen .
Dies wird erfindungsgemäß durch einen magnetischen Sensor gemäß Anspruch 1, eine Sensoranordnung gemäß Anspruch 8 und ein Verfahren gemäß Anspruch 12 erreicht. Vorteilhafte Ausge¬ staltungen können beispielsweise den jeweiligen Unteransprüchen entnommen werden. Der Inhalt der Ansprüche wird durch aus¬ drückliche Inbezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht. Die Erfindung betrifft einen magnetischen Sensor zur Detektion eines magnetisch wirksamen Elements. Der magnetische Sensor weist eine Mehrzahl von Messspulen auf. Dabei kann es sich um eine Anzahl von beispielsweise zwei, drei, vier, fünf, acht oder eine beliebige andere Anzahl von Messspulen handeln, wobei mindestens zwei Messspulen vorhanden sind. Jede Messspule weist einen ihr zugeordneten Magnetkern auf. Die jeweiligen Magnetkerne sind vorzugsweise jeweils innerhalb einer Messspule, welche dem Magnetkern zugeordnet ist, angeordnet. Die Messspulen sind entlang eines Pfads angeordnet. Dieser kann beispielsweise gerade oder auch gekrümmt sein. Entlang des Pfads sind die Messspulen elektrisch in Reihe geschaltet. Des Weiteren weisen die Messspulen jeweilige Induktivitäten auf, welche entlang des Pfads in einer Richtung ansteigen. Dies kann insbesondere bedeuten, dass eine jeweilige Induktivität einer in einer bestimmten Richtung hinter einer anderen Messspule angeordneten Messspule größer ist als die Induktivität der anderen Messspule.
Mittels des magnetischen Sensors ist eine besonders einfache, exakte und zuverlässige Detektion eines magnetisch wirksamen Elements möglich. Hierzu können weiter unten erläuterte Pa¬ rameter, beispielsweise eine GesamtInduktivität des magneti¬ schen Sensors, ausgelesen werden, wobei typischerweise auch auf die Position des magnetisch wirksamen Elements entlang des Pfads geschlossen werden kann.
Die Messspulen sind bevorzugt SMD-bestückbar und/oder kompatibel zu SMD-Bestückungsautomaten ausgebildet. Dies erlaubt eine einfache Herstellung eines erfindungsgemäßen magnetischen Sensors. Besonders bevorzugt ist der magnetische Sensor dem¬ entsprechend mittels Surface-Mounted-Device (SMD) -Technologie bestückt. Derartige Induktivitäten sind häufig von kleiner räumlicher Ausdehnung, was sich für den erfindungsgemäßen magnetischen Sensor als vorteilhaft herausgestellt hat. Bevorzugt ist der magnetische Sensor dazu ausgebildet, ein gemeinsames Ausgangssignal abhängig von einer Position des magnetisch wirksamen Elements entlang des Pfads zu erzeugen. Insbesondere ist es dabei bevorzugt, wenn es sich bei dem gemeinsamen Ausgangssignal um eine GesamtInduktivität handelt. Hierbei handelt es sich um eine GesamtInduktivität der in Reihe geschalteten Messspulen. Es sei jedoch verstanden, dass auch andere gemeinsame Ausgangssignale verwendet werden können, beispielsweise eine Resonanzfrequenz bei einer Ergänzung der in Reihe geschalteten Messspulen mit einem Kondensator zu einem Schwingkreis, oder auch ein Verlustwinkel der in Reihe ge¬ schalteten Messspulen . Es sei verstanden, dass auch zwei solcher gemeinsamer Ausgangssignale verwendet werden können, um den magnetischen Sensor auszulesen.
Bei dem magnetisch wirksamen Element handelt es sich bevorzugt um einen ferromagnetischen hochpermeablen Körper, um einen elektrisch leitfähigen Körper oder um einen Permanentmagneten. Wenn ein ferromagnetischer, hochpermeabler Körper in der Nähe einer Messspule angeordnet wird, wirkt der Körper als Fluss¬ leiter. Der Fluss durch den Körper hängt von Position und/oder Winkel des Körpers relativ zur Induktivität ab. Dadurch wird der Induktivitätswert verändert. Wird ein elektrisch leitfähiger Körper in der Nähe einer Messspule angeordnet, fließt durch Induktion ein Wirbelstrom durch den Körper, wobei dieser Wirbelstrom von Position und/oder Winkel des Körpers relativ zur Induktivität abhängt. Dadurch werden Induktivitätswert und Verlustwiderstand verändert.
Wird ein Permanentmagnet in der Nähe einer Sensorinduktivität angeordnet, erzeugt der Magnet einen Fluss, der einen ferro- magnetischen, hochpermeablen Körper sättigen kann, welcher derart angeordnet ist, dass er als Kern einer Messspule wirkt. Der Fluss durch den Körper, beispielsweise also durch den Kern einer Messspule, hängt von Position und/oder Winkel des Magneten relativ zur Induktivität ab. Dadurch wird überwiegend der Induktivitätswert verändert. Bevorzugt weisen die jeweiligen Magnetkerne keine remanente Magnetisierung auf. Dies kann beispielsweise bedeuten, dass sie nur eine Magnetisierung von einem vernachlässigbaren Wert aufweisen, welcher für eine Messung keine Rolle spielt. Wenn die jeweiligen Magnetkerne keine Magnetisierung aufweisen, weisen sie eine besonders hohe Permeabilität auf, da die Kurve von magnetischer Flussdichte B in Abhängigkeit von einer magne¬ tischen Feldstärke H an dieser Stelle eine besonders hohe Steigung aufweist . Dies ermöglicht eine besonders gute und genaue Messung .
Die Messspulen sind bevorzugt auf einer Leiterplatte, einem Leadframe oder einem Molded-Interconnected-Devices (MID) -Träger angeordnet. Unter einem MID-Träger wird insbesondere ein räumlich spritzgegossener Schaltungsträger verstanden. Der- artige Ausführungen haben sich als vorteilhaft erwiesen.
Gemäß einer Ausführung ist jede Messspule aus abgeschiedenen und strukturierten und/oder laminierten Schichten aus einem Metall, insbesondere einem Leichtmetall, Kupfer oder einer Legierung mit Nickel und/oder Palladium und einem ferromagnetischen Material aufgebaut. Eine solche Ausführung hat sich insbesondere hin¬ sichtlich der Herstellung als vorteilhaft erwiesen. Es kann dabei beispielsweise eine Technologie wie bei einem Multilayer-Keramikkondensator (MLCC) verwendet werden.
Bei dem ferromagnetischen Material handelt es sich bevorzugt um ein hochpermeables Material. In derartigen Bauelementen entwickelt sich typischerweise wenig Streufluss, stattdessen stellt sich aufgrund eines geschlossenen magnetischen Kreises ein hoher Fluss im hochpermeablen Material ein, wodurch ein hoher Induktivitätswert auf kleinem Raum möglich ist .
Derartige Messspulen können beispielsweise auch als SMD-Ferritperlen, SMD-Multilayer-Induktivitäten oder auch als drahtgewickelte SMD-Induktivitäten ausgeführt sein. Diese SMD-Bauelemente beinhalten typischerweise auch einen Kern.
Bevorzugt sind die Messspulen so nah voneinander beabstandet, dass sich bei Bewegung eines magnetisch wirksamen Elements entlang des Pfads eine Kennlinie der GesamtInduktivität ergibt, welche zumindest über die Hälfte des Pfads, bevorzugt über zumindest drei Viertel des Pfads, monoton steigend oder fallend ist. Dies ermöglicht eine eindeutige Zuordnung eines gemessenen Werts der GesamtInduktivität zu einer Position des magnetisch wirksamen Elements entlang des Pfads. Es sei verstanden, dass hier anstelle der GesamtInduktivität auch die anderen, bei¬ spielsweise die weiter oben beschriebenen gemeinsamen Aus¬ gangssignale verwendet werden können, so dass diese eine monoton steigende oder fallende Kennlinie haben. Die hier erwähnte Monotonität ist bevorzugt eine strenge Monotonität.
Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Sensoranordnung. Die Sensoranordnung weist einen erfindungsgemäßen magnetischen Sensor auf. Dabei kann auf alle beschriebenen Ausführungen und Varianten zurückgegriffen werden. Erläuterte Vorteile gelten entsprechend. Die Sensoranordnung weist des Weiteren ein magnetisch wirksames Element sowie eine Führung für das mag¬ netisch wirksame Element auf. Die Führung ist derart ausgebildet, dass das magnetisch wirksame Element entlang des Pfads bewegbar ist . Mittels der erfindungsgemäßen Sensoranordnung ist es möglich, die Position des magnetisch wirksamen Elements, welches Teil der Sensoranordnung ist, entlang des durch den magnetischen Sensor vorgegebenen Pfads zu bestimmen. Die Führung muss dabei nicht zwangsläufig ausschließlich zu dem Sensor gehören, sie kann beispielsweise auch als Teil eines anderen Bauteils ausgeführt sein, welches auch ohne den Sensor vorhanden wäre. Der Sensor kann vorteilhaft beispielsweise zur Messung eines Wegs oder eines Winkels in bestimmten Situationen eingesetzt werden.
Das magnetisch wirksame Element weist bevorzugt ein Betäti¬ gungsglied auf, mittels welchem es von außerhalb der Führung entlang des Pfads bewegbar ist . Dieses Betätigungsglied kann dann beispielsweise außerhalb des Sensors mit einem Bauteil verbunden werden, dessen Bewegung relativ zu einem anderen Bauteil gemessen werden soll. Wenn der restliche Teil der Sensoranordnung mit dem anderen Bauteil verbunden ist, kann sich die Bewegung des zu messenden Bauteils über das Betätigungsglied auf das magnetisch wirksame Element übertragen, dessen Position wiederum in oben beschriebener Weise gemessen werden kann.
Das magnetisch wirksame Element ist bevorzugt ein ferromag- netischer hochpermeabler Körper, ein elektrisch leitfähiger Körper oder ein Permanentmagnet. Bezüglich der möglichen Details und Funktionsweisen wird auf die weiter oben stehenden Aus¬ führungen hierzu verwiesen.
Im Falle der Verwendung eines ferromagnetischen hochpermeablen Körpers oder eines elektrisch leitfähigen Körpers haben sich herkömmliche SMD-Induktivitäten als Messspulen mit offenem magnetischen Kreis als besonders vorteilhaft erwiesen. SMD-Ferritperlen und SMD-Multilayer-Induktivitäten mit ge¬ schlossenem magnetischem Kreis haben sich hingegen als besonders vorteilhaft für die Verwendung im Zusammenhang mit einem Permanentmagneten erwiesen.
Es sei verstanden, dass grundsätzlich bei einer erfindungs¬ gemäßen Sensoranordnung auch mehrere magnetisch wirksame Elemente, insbesondere auch unterschiedlich ausgeführte mag¬ netisch wirksame Elemente verwendet werden können. Bei¬ spielsweise können zwei oder mehrere unterschiedliche, jedoch jeweils nach einem der oben aufgeführten Alternativen ausge¬ bildete magnetisch wirksame Elemente verwendet werden.
Die Sensoranordnung weist weiter bevorzugt eine Messschaltung zum Ermitteln einer GesamtInduktivität der Messspulen auf. Dies ermöglicht ein integriertes Auslesen der Sensoranordnung durch die eigene Messschaltung. Dabei kann insbesondere auf bewährte Ausführungen zurückgegriffen werden.
Die GesamtInduktivität kann dabei als komplexe Impedanz mit zwei reellen Parametern aufgefasst werden. Beispielsweise kann es sich hierbei um Induktivität und Serienwiderstand, um Betrag der Impedanz und Verlustwinkel oder um Induktivität und Güte handeln. Eine Messschaltung ist dabei bevorzugt in der Lage, zumindest einen dieser Parameter oder auch beide zusammen zu bestimmen.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zur Bestimmung der Position eines magnetisch wirksamen Elements, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Anordnen des magnetisch wirksamen Elements über einem erfindungsgemäßen magnetischen Sensor entlang des Pfads,
Messen einer GesamtInduktivität der Messspulen und
Ermitteln der Position basierend auf der GesamtIndukti¬ vität . Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens kann ein erfin¬ dungsgemäßer magnetischer Sensor in bevorzugter Weise verwendet werden, um eine Position eines magnetisch wirksamen Elements zu ermitteln. Hinsichtlich des magnetischen Sensors kann auf alle weiter oben beschriebenen Ausführungen und Varianten zurück¬ gegriffen werden. Erläuterte Vorteile gelten entsprechend.
Es sei verstanden, dass anstelle der GesamtInduktivität auch eine andere Größe gemessen und/oder ausgewertet werden kann, welche vorzugsweise mit der GesamtInduktivität in Beziehung steht, beispielsweise von ihr abhängig ist.
Das magnetisch wirksame Element kann insbesondere gemäß zu¬ mindest einer der Ausführungen wie weiter oben erläutert ausgeführt sein.
Das Verfahren weist bevorzugt ferner einen Schritt des Veränderns der Position des magnetisch wirksamen Elements entlang des Pfads auf. Bei einem solchen Schritt kann insbesondere vorteilhaft auch die dadurch entstandene neue Position des magnetisch wirksamen Elements in oben beschriebener Art und Weise gemessen werden.
Das magnetisch wirksame Element ist bevorzugt ein ferromag- netischer hochpermeabler Körper, ein elektrisch leitfähiger Körper oder ein Permanentmagnet. Zu den weiteren Details und Funktionsweisen hierzu sei auf die obigen Ausführungen ver¬ wiesen .
Gemäß einer bevorzugten Ausführung ist der Sensor Teil einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung. Dabei kann auf alle weiter oben beschriebenen Ausführungen und Varianten der Sensoran¬ ordnung zurückgegriffen werden. Erläuterte Vorteile gelten entsprechend . Durch die Integration des Sensors in eine Sensoranordnung werden die weiter oben beschriebenen Vorteile einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung für das erfindungsgemäße Verfahren nutzbar gemacht .
Weitere Merkmale und Vorteile wird der Fachmann dem nachfolgend mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschriebenen Ausfüh¬ rungsbeispiel entnehmen. Dabei zeigen:
Fig. 1: eine Sensoranordnung mit einem Sensor,
Fig. 2: eine Kennlinie des Sensors von Fig. 1.
Fig. 1 zeigt eine Sensoranordnung 10 gemäß einem Ausfüh- rungsbeispiel . Die Sensoranordnung 10 weist einen Sensor 5 auf.
Der Sensor 5 weist insgesamt sechs Messspulen L I , L2, L3, L4, L5, L6 auf, welche auf einer nicht dargestellten Leiterplatte montiert sind. Jede der Messspulen weist einen jeweils zu- geordneten Kern Kl, K2, K3, K4, K5, K6 auf. Die Kerne Kl, K2, K3, K4, K5, K6 sind im Grundzustand nicht magnetisiert . Die Messspulen L I , L2, L3, L4, L5, L6 sind wie gezeigt elektrisch in Reihe geschaltet. Sie sind geometrisch entlang eines durch ihre Anordnung vorgegebenen Pfads angeordnet, welcher gerade ist. Für die jeweiligen Induktivitäten, welche gleich wie die Messspulen bezeichnet werden, gilt die Beziehung L I < L2 < L3 < L4 < L5 < L6. Die Induktivitäten steigen also von links nach rechts an. Vorliegend weist jede Messspule eine Induktivität auf, welche verglichen mit der Induktivität der Messspule unmittelbar links von ihr um 50 % erhöht ist.
Die Sensoranordnung 10 weist ferner eine Führung 20 auf. Die Führung 20 ist unmittelbar über dem durch die Messspulen L I , L2, L3, L4, L5, L6 vorgegebenen Pfad angeordnet. An der Führung 20 ist ein magnetisch wirksames Element in Form eines Perma¬ nentmagneten 30 angeordnet. Der Permanentmagnet 30 kann in der Führung 20 entlang des Pfads verschoben werden. Der Permanentmagnet 30 ist mit einem Betätigungsglied in Form einer Stange 35 verbunden. Die Stange 35 kann an ein Bauteil angeschlossen werden, dessen Bewegung relativ zum Sensor 5 gemessen werden soll. Eine Bewegung des nicht dargestellten Bauteils wird dann über die Stange 35 auf den Permanentmagneten 30 übertragen, welcher sich entsprechend entlang des Pfads in der Führung 20 bewegt.
Die Sensoranordnung 10 weist ferner eine Messschaltung 40 auf, welche in bekannter Art und Weise ausgeführt ist. Die Mess- Schaltung 40 ist dazu ausgebildet, eine GesamtInduktivität der in Reihe geschalteten Messspulen LI , L2, L3, L4, L5, L6 zumessen.
Fig. 2 zeigt eine typische Kennlinie des Sensors 5 von Fig. 1. Auf der horizontalen Achse ist dabei eine dimensionslose Größe s als Maß für eine Verschiebung des Permanentmagneten 30 entlang des Pfads angegeben. Auf der vertikalen Achse ist eine ebenfalls dimensionslose Größe M als Maß für einen von der Messschaltung 40 gemessenen Wert angegeben. Hierbei handelt es sich um einen Wert, welcher aus der GesamtInduktivität des Sensors 5 berechnet wird. Wie gezeigt ist die Kennlinie bei Werten zwischen etwa s = -20 und s = 20 monoton fallend. In diesem Bereich kann aus dem Wert von M unmittelbar auf die jeweilige Position des Permanentmagneten 30 entlang des Pfads geschlossen werden. In diesem Bereich der Kennlinie eignet sich somit der Sensor 5 für eine unmittelbare Positionsbestimmung des Permanentmagneten 30 entlang des Pfads. Hierdurch kann insbesondere auch auf eine Position eines mit dem Permanentmagneten 30 über die Stange 35 verbundenen Bauteils geschlossen werden. Damit kann der Sensor 5 als Teil der Sensoranordnung 10 zum Messen relativer Bewegungen verwendet werden.
Die zur Anmeldung gehörigen Ansprüche stellen keinen Verzicht auf die Erzielung weitergehenden Schutzes dar.
Sofern sich im Laufe des Verfahrens herausstellt, dass ein Merkmal oder eine Gruppe von Merkmalen nicht zwingend nötig ist, so wird anmelderseitig bereits jetzt eine Formulierung zumindest eines unabhängigen Anspruchs angestrebt, welcher das Merkmal oder die Gruppe von Merkmalen nicht mehr aufweist. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Unterkombination eines am An¬ meldetag vorliegenden Anspruchs oder um eine durch weitere Merkmale eingeschränkte Unterkombination eines am Anmeldetag vorliegenden Anspruchs handeln. Derartige neu zu formulierende Ansprüche oder Merkmalskombinationen sind als von der Offen¬ barung dieser Anmeldung mit abgedeckt zu verstehen.
Es sei ferner darauf hingewiesen, dass Ausgestaltungen, Merkmale und Varianten der Erfindung, welche in den verschiedenen Ausführungen oder Ausführungsbeispielen beschriebenen und/oder in den Figuren gezeigt sind, beliebig untereinander kombinierbar sind. Einzelne oder mehrere Merkmale sind beliebig gegeneinander austauschbar. Hieraus entstehende Merkmalskombinationen sind als von der Offenbarung dieser Anmeldung mit abgedeckt zu verstehen .
Rückbezüge in abhängigen Ansprüchen sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmale der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen. Diese Merkmale können auch beliebig mit anderen Merkmalen kombiniert werden. Merkmale, die lediglich m der Beschreibung offenbart sind oder Merkmale, welche in der Beschreibung oder in einem Anspruch nur in Verbindung mit anderen Merkmalen offenbart sind, können grundsätzlich von eigenständiger erfindungswesentlicher Be¬ deutung sein. Sie können deshalb auch einzeln zur Abgrenzung vom Stand der Technik in Ansprüche aufgenommen werden.

Claims

Patentansprüche
1. Magnetischer Sensor (5) zur Detektion eines magnetisch wirksamen Elements (30),
- welcher eine Mehrzahl von Messspulen (L) aufweist,
wobei jede Messspule (L) einen ihr zugeordneten Magnetkern (K) aufweist,
wobei die Messspulen (L) entlang eines Pfads angeordnet sind,
- wobei die Messspulen (L) elektrisch entlang des Pfads in Reihe geschaltet sind, und
wobei die Messspulen (L) jeweilige Induktivitäten auf¬ weisen, welche entlang des Pfads in einer Richtung ansteigen.
2. Magnetischer Sensor (5) nach Anspruch 1,
welcher dazu ausgebildet ist, ein gemeinsames Ausgangs¬ signal, insbesondere eine Gesamtinduktivität, abhängig von einer Position des magnetisch wirksamen Elements (30) entlang des Pfads zu erzeugen.
3. Magnetischer Sensor (5) nach Anspruch 2,
wobei das magnetisch wirksame Element (30)
- ein ferromagnetischer hochpermeabler Körper,
- ein elektrisch leitfähiger Körper, oder
- ein Permanentmagnet
ist .
4. Magnetischer Sensor (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
- wobei die jeweiligen Magnetkerne (K) keine remanente Magnetisierung aufweisen.
5. Magnetischer Sensor (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Messspulen (L) auf einer Leiterplatte, einem Leadframe oder einem Molded Interconnected Devices (MID) -Träger angeordnet sind.
6. Magnetischer Sensor (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei jede Messspule (L) aus abgeschiedenen und struk¬ turierten und/oder laminierten Schichten aus einem Metall, insbesondere einem Leichtmetall, Kupfer oder einer Legierung mit Nickel und/oder Palladium, und einem ferromagnetischen Material aufgebaut ist.
7. Magnetischer Sensor (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
- wobei die Messspulen (L) so nah voneinander beabstandet sind, dass sich bei Bewegung eines magnetisch wirksamen Elements (30) entlang des Pfads eine Kennlinie der GesamtInduktivität ergibt, welche zumindest über die Hälfte des Pfads, bevorzugt über zumindest drei Viertel des Pfads, monoton steigend oder fallend ist.
8. Sensoranordnung (10), aufweisend
einen magnetischen Sensor (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
- ein magnetisch wirksames Element (30), und
eine Führung (20) für das magnetisch wirksames Element (30), wobei die Führung (20) derart ausgebildet ist, dass das magnetisch wirksame Element (30) entlang des Pfads bewegbar ist.
9. Sensoranordnung (10) nach Anspruch 8,
wobei das magnetisch wirksame Element (30) ein Betäti¬ gungsglied (35) aufweist, mittels welchem es von außerhalb der Führung (20) entlang des Pfads bewegbar ist. Sensoranordnung
(10) nach Anspruch 8 oder 9, wobei das magnetisch wirksame Element (30)
- ein ferromagnetischer hochpermeabler Körper
- ein elektrisch leitfähiger Körper, oder
- ein Permanentmagnet
ist .
11. Sensoranordnung (10) nach einem der Ansprüche 8 bis
welche ferner eine Messschaltung (40) zum Ermitteln
GesamtInduktivität der Messspulen (L) aufweist.
12. Verfahren zur Bestimmung der Position eines magnetisch wirksamen Elements (30), wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist :
Anordnen des magnetisch wirksamen Elements (30) über einem magnetischen Sensor (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 entlang des Pfads,
Messen einer GesamtInduktivität der Messspulen (L) , und Ermitteln der Position basierend auf der GesamtIndukti¬ vität .
13. Verfahren nach Anspruch 12,
welches ferner einen Schritt des Veränderns der Position des magnetisch wirksamen Elements (30) entlang des Pfads aufweist.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13,
wobei das magnetisch wirksame Element (30)
- ein ferromagnetischer hochpermeabler Körper,
- ein elektrisch leitfähiger Körper, oder
- ein Permanentmagnet
ist .
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei der Sensor (5) Teil einer Sensoranordnung einem der Ansprüche 8 bis 11 ist.
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