[發明專利]用于旋轉或線性距離的絕對計數的磁傳感器

有效

• 申請號: 201480057244.1
• 申請日: 2014-11-03
• 公開（公告）號: CN105723188B
• 公開（公告）日: 2018-02-13
• 發明（設計）人: R·馬泰斯;M·迪格爾
• 申請（專利權）人: 霍斯特·西德勒兩合公司
• 主分類號: G01D5/14
• 分類號: G01D5/14;G01R33/09
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司72002
• 代理人: 郭毅

技術領域

本發明涉及一種用于旋轉或線性距離的絕對計數的磁傳感器，所述傳感器在多種技術領域、尤其是在汽車制造和工業自動化中能夠得到有利的應用。特別地，所提出的傳感器的新型結構應能夠實現數量級為4000的高轉數或者數量級為20000mm的較大的距離的無接觸式且無電流式計數，這對于多種技術應用而言是有利的。但是為了求取較小的轉數，所提出的傳感器在同時最簡單的構造的情況下也明顯是有利的，例如在汽車制造中可用于精確地確定內燃機的時鐘并且能夠例如與角度傳感器一起承擔凸輪軸的功能并且因此取代昂貴的構件。

背景技術

用于根據不同的物理原理確定角度位置的傳感器廣泛使用。它們的共同點在于，傳感器信號在360°之后是周期性的，也就是說該傳感器不能在10°和370°之間進行區分。因此，對于在超過360°后還必須確定角度——例如對于汽車中的方向盤就是這種情況——的任務提出，要求這樣的傳感器必須與另一傳感器組合在一起，該另一傳感器必須能夠確定轉數。然后與旋轉計數器組合地，能夠在10°和370°之間進行區分。為了確定轉數已知一些解決方案，其中，通過具有N條螺線臂的螺線的頭數(Gang)機械式地推斷出轉數(例如1至5)。其他的解決方案利用機械傳動裝置結合兩個或者更多個角度傳感器。根據對傳動裝置結構的認識以及與傳動裝置的不同齒輪連接的磁體的角度位置也能夠確定0至5*360°之間的角度。所有方案的共同點是，它們為了進行實現都需要一機械機構，即這些方案不是無接觸式的并且由此不是無磨損的。而對于許多應用、尤其是在汽車中的應用而言，需要一種無接觸式的解決方案。這也能夠如此實現，使得在每個時刻(持續)地確定角度位置并且以這樣的方式能夠將從359°至360°的過渡與角度0°進行區分。其前提是，傳感器以及所屬的存儲元件持續地被供以電能。這與汽車制造中的以下要求相悖：即例如當車載電子裝置與電池斷開時在例如0°至5*360°范圍內的絕對角度的確定也必須是成功的。

由Posital公司(www.postal.de，公司消息：“Kraftwerk im Encoder(編碼裝置中的發電裝置)...”)開發了一種轉數的無接觸式計數，該計數原則上已經達到上述要求。在該計數中利用霍耳傳感器來確定角度(0-360°)。在該計數中轉數的測量借助于所謂的韋根絲(Wieganddraht)來實現。該絲具有特殊的磁特性，該特殊的磁特性負責，通過幾毫米長的絲在每一轉之后通過磁疇壁的突然運動而產生一個短促但強度足夠的電壓脈沖，該電壓脈沖可被寫入一鐵電隨機存儲器(FeRAM)，而無需FeRAM與電池連接。因此，這種解決方案滿足對于無磨損和無接觸地確定轉數的要求并且在無需施加電源的情況下也能夠對旋轉進行計數，直至所使用的FeRAM的最大存儲容量。然而，這樣的解決方案被汽車工業所拒絕，因為由于韋根絲的宏觀尺寸的緣故而不能夠實現成本有利的制造和成形并且由于FeRAM的高歐姆輸入端也會產生電磁兼容性問題。

由EP 1 740 909 B1(WO 2005/106395)已知另一種滿足上述要求的用于旋轉計數的傳感器元件。該傳感器元件具有一個具有N匝的縱長延伸的螺線的形式并且由具有巨磁阻效應(GMR)的層堆疊構成。該傳感器元件的GMR層系統基本上由一限定基準方向的硬磁層和一軟磁層構成，硬磁層與軟磁層通過非磁性的中間層隔開。待檢測的旋轉外部磁場足夠強以便通過磁疇壁的運動來改變軟磁層的磁化方向，但對于與縱長延伸的螺線的直段相平行的硬磁層的磁化方向的改變而言過弱。因此，該傳感器以電阻變化來對旋轉磁場作出反應，其中，在可計數范圍0至N轉的范圍內以2N+1的電阻值的形式來記錄整轉以及半轉。在此，每個電阻值均一對一地與半數或者整數的旋轉值相對應。在此，當磁場沒有轉動時，其磁結構保持不變。在轉動時磁化方向發生變化，而與電阻值是否被讀取無關。也就是說：該系統在沒有供電或者沒有功率的狀態下也能夠記錄旋轉磁場的所有變化并且僅僅對于讀取即確定電阻才需要電源。