【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种使用环状缠绕且自身闭合实施的磁畴壁引导体的旋转计数器，其尤其应在转数u较大(u>100)的旋转计数器中使用。
技术介绍
1、磁传感器可以检测磁场的特性，例如磁场的方向。对此的例子是角度传感器。其他类型的磁传感器可以确定磁场旋转的频率。此类旋转计数器可由例如gmr旋转计数器或tmr旋转计数器形成，这在本领域是众所周知的(例如，rsm-2800：https://www.novotechnik.de/fileadmin/user_upload/pdfs/kataloge_flyer/flyer_rsm-2800.pdf)。此类磁旋转计数器的基本原理是基于磁畴壁的使用，所述磁畴壁在可被视为磁引导体的连续磁区中运动。它们由软磁性金属材料组成。读出原理利用的是磁阻效应。为此，至少局部需要另外的磁层和非磁层，所述磁层和非磁层允许将磁畴壁定位。这种旋转计数器在技术上是可以实现的，其中在电学和磁学上连续的磁引导体中由于从外部作用的磁场产生磁畴壁，所述磁引导体本身是gmr叠堆的组成部分或在局部形成tmr叠堆，例如通过旋转的永磁体在螺旋形布置的磁引导体内运动。在此，磁引导体的长度与构成螺旋体的绕组的数量n超比例地增加，因为每个绕组的长度都向外增加。如果最内环的长度为l1并且各单个绕组之间的距离为a，则由n个绕组组成的螺旋体的第i个绕组的长度li可通过以下公式计算：长度l(i)＝l1+8(i-1)·a。因此，具有n个绕组的螺旋体的总长度l(n)是单个长度li之和，为l(n)＝n·l1+4·a·(n2-n)。因此，所述长度l(n)
2、随着连续磁引导体长度的增加，导体中存在阻碍磁畴壁运动的缺陷，从而使其功能不再得到满足的概率也会成正比增加。因此，成品率会随着n的增加而超比例地降低。同时，随着n的增加，所需的芯片面积也越来越大，这主要是因为对于读出所需的接触点的数量与n直接成正比增加。这些特性将使用非闭合螺旋体实现旋转计数器的实际应用限制为n<＝64。在技术方面，有许多要求必须计数的转数大大超过64转，利用上述基本原理无法实现这一点。
3、正如de102013018680a1中所建议的那样，旋转计数器数也可以这样实现：与只使用一个开放式螺旋体相反地，使用多个闭合的环cli(cl＝闭合环)，其中第i个环由带有ni个绕组的螺旋体组成。所有螺旋体ni的外端和内端相互连接，从而分别形成cli闭合环。此外，根据专利de102013018680a1，i＝1...4的环ni被设计为互质。这允许这样设计的旋转计数器可以从1计数到n1·n2·....nn。在一个示例中，对于ni＝5；7；9和13的n＝4个环，这意味着最多可以确定4095次的旋转计数。在此，根据上述n＝34的解决方案，所有闭合环的总长度相当于一个单个螺旋体。
4、这清楚地表明，由于每个环cli中单个环的总数大大减少，因此所有环的总长度也可以大大缩短。这也意味着，对于这样实现的旋转计数器，决定产量的磁引导体的总长度也会大大缩短。同时，在该方案中还减少了读取相应转数信息所需的连接焊盘数量。这也致使该旋转计数器的表面积可以保持更小，因此可以成本更低廉地制造。
5、为了实现闭合环cli，所有环cli的内端和外端必须相互连接。为此，现有技术中有两种做法。如图1所示，de102013018680a1建议通过引入新的功能元件来实现连接，即在磁引导体内设置交叉。
6、对于该解决方案，整个旋转传感器位于一个平面上。这种解决方案的优点是，可以用产生螺旋体的相同技术步骤来产生交叉。但是，这种解决方案的缺点是，在交叉区域中，磁引导体的宽度至少会增加到1.414倍的值(图1中构成交叉区域的宽度为w的两个片的对角线d)，因此在结构内会出现从w到dexp的数值范围。传感器的重要特性，即无差错计数的场范围，与几何形状直接相关。为了实现无差错功能，存在最小场bmin，其不允许被削弱，以便始终在畴壁引导体中安全地传送畴壁。同样，也不能超过场bmax，否则会在结构内部不受控地产生另外的畴壁。由于bmin和bmax的值与宽度w间接成正比，因此在宽度值增加1.42倍的交叉点处，最小感应bmin和最大感应值bmax会局部减小，此时旋转传感器可以工作。如图2所示。图2示出磁窗δb与条宽度w的函数关系。对于条宽度w＝350nm的螺旋体，磁窗δb在图2中用双点划线标出。如果w增大到525nm，则磁窗δb以垂直双虚线表示。由于在具有交叉的螺旋体中存在w＝350nm和w＝525nm的结构，因此如图2所示，磁窗δb是两条平行水平线之间的垂直距离。因此，具有交叉的旋转传感器只能在图2所示的明显较窄的δb范围内工作，该范围由两个子结构的较小bmax值和较大bmin值构成。
7、bmin和bmax之间的差代表了磁窗的宽度，在该磁窗中可以使用旋转计数器。在图2所示的情况中，如果能够实现对角线d为525nm的交叉，则磁窗δb的宽度将从15mt(b＝350nm的开放螺旋体)减小到大约5mt。然后，如图2中借助矩形所示，磁窗将受到d＝w＝525nm时的bmax值和w＝350nm时的bmin值的限制并且与无交叉的螺旋体相比从15mt减小到5mt的值。如图1所示，在已知实现的环中，交叉的几何形状(见图1，圆圈a2)偏离理想几何形状(圆圈a1)。通过在交叉处倒圆，d的值增大。随着dexp值相对于理想交叉的d值增大，实验中可实现的1-2mt大小的磁窗甚至比根据图2预期的5mt更小，因此完全不适合于实际应用。
8、出于应用技术的考虑，磁窗应尽可能大，因为磁窗决定了传感器的抗干扰场能力。如果磁窗较窄，则需要额外的大量技术工作来抑制不允许的磁场干扰，因此成本较高，传感器系统的结构形状也较大。同时，窄磁窗要求在制造旋转计数器时对安装位置有严格的公差，对产生旋转磁场的磁体12也要求严格的公差，如图3中对于一个可能的应用情况下所示的那样，这反过来又导致成本增加。
9、此外，专利de102010022611b4提出了一种无交叉的闭合环结构。这种解决方案要求螺旋体的短路(即通过磁导体连接螺旋体的内端和外端)无交叉地实施。只有在非闭合螺旋体所在平面e1的上方或下方的平面e2中才能实现这种连接(见图4和图5)。如果在理想情况下，磁导体的宽度在任何地方都是恒定的，那么这种带有闭合环的旋转计数器将具有与所述螺旋体相同的宽磁窗，因此将产生比上述交叉方案原则上宽得多的磁窗。但迄今为止，后一种解决方案在技术上尚未实现。这是因为，如在图4中以俯视图和在图5中以横截面图所示的那样，该解决方案的前提是，在平面1中产生的仍然开放的螺旋体必须配备一个额外的磁导体m2，该额外的磁导体从平面1经平面2回到平面1并且将位于平面1中的开放螺旋体的两端在指定点k1和k2相互连接。
10、负责磁畴壁运动的层结构(畴壁引导体)的厚度为t。图5左侧的横截面示出，标有m2的连接区域部分地位于平面e1上方的平面e2中，或者在同样可能的解决方案中位于平面e1下方的平面e2中，待跨越的螺旋体处于该平面e1中并且本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种使用磁畴壁引导体的旋转计数器，所述磁畴壁引导体以环状方式布置并且基本上在一个平面(E1)中闭合地实施，其特征在于，第一磁畴壁引导体(M1)的环的内环区段端部和外环区段端部在连接区域中汇合，所述连接区域由第二磁畴壁引导体(M2)桥接，所述第二磁畴壁引导体与螺旋体的磁畴壁引导体端部的连接分别通过间隙(201)实现，其中通过所述间隙(201)提供要闭合的畴壁引导体(M1)的局部中断，其中给所述间隙(201)赋予的宽度使得在畴壁(DW)从第一畴引导体区段(M2或M1)运动时，在其中产生杂散场并且沿运动方向在所述间隙(201)后面在相邻的畴引导体区段(M2或M1)中导致畴壁(DW)成核，其中所述间隙(201)的平均宽度被确定为小于所述畴壁引导体(M1、M2)的厚度(t)，并且相邻的畴引导体区段(M2或M1)在间隙区域中被非磁层(S1)覆盖。
2.根据权利要求1所述的旋转计数器，其特征在于，所述畴引导体区段(M1、M2)相互间允许具有水平的和/或竖向的偏移(hs、vs)，只要所述偏移处于畴壁引导体(M1)的厚度(t)或宽度(w)的25％以下即可。
3.根据权利
4.根据权利要求2所述的旋转计数器，其特征在于，所述畴壁引导体(M1、M2)的形成所述间隙(201)的端面布置成相互平行和/或以25°至90°的角度范围倾斜。
5.根据权利要求1所述的旋转计数器，其特征在于，为第一和第二畴壁引导体结构(M1和M2)使用具有不同的饱和磁化率的软磁材料，其中所述饱和磁化率的差异有利地保持在40％以下。
6.根据权利要求1或5所述的旋转计数器，其特征在于，两个软磁区域M1和M2的乘积(横截面×饱和磁化率)的偏差小于25％。
7.根据权利要求1所述的旋转计数器，其特征在于，所述非磁层(S1)由抗磁、顺磁或反铁磁的材料构成。
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种使用磁畴壁引导体的旋转计数器，所述磁畴壁引导体以环状方式布置并且基本上在一个平面(e1)中闭合地实施，其特征在于，第一磁畴壁引导体(m1)的环的内环区段端部和外环区段端部在连接区域中汇合，所述连接区域由第二磁畴壁引导体(m2)桥接，所述第二磁畴壁引导体与螺旋体的磁畴壁引导体端部的连接分别通过间隙(201)实现，其中通过所述间隙(201)提供要闭合的畴壁引导体(m1)的局部中断，其中给所述间隙(201)赋予的宽度使得在畴壁(dw)从第一畴引导体区段(m2或m1)运动时，在其中产生杂散场并且沿运动方向在所述间隙(201)后面在相邻的畴引导体区段(m2或m1)中导致畴壁(dw)成核，其中所述间隙(201)的平均宽度被确定为小于所述畴壁引导体(m1、m2)的厚度(t)，并且相邻的畴引导体区段(m2或m1)在间隙区域中被非磁层(s1)覆盖。
2.根据权利要求1所述的旋转计数器，其特征在于，所述畴引导体区段(m1、m2)相互间允许具有水平的和/或竖向的...
【专利技术属性】
技术研发人员：R·马泰斯，
申请(专利权)人：霍斯特·西德勒两合公司，
类型：发明
国别省市：
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