用于位置测量的磁编码器元件制造技术

本发明专利技术涉及用于位置测量的磁编码器元件。公开了一种在位置测量系统中使用的磁编码器元件，所述位置测量系统包括用于沿着第一方向测量位置的磁场传感器。所述编码器元件包括：至少一个第一轨道，其包括沿着所述第一方向提供磁性图的材料，所述磁性图由剩余磁化矢量形成，所述剩余磁化矢量具有取决于沿着所述第一方向的位置的可变幅度。剩余磁化矢量的梯度使得在第一轨道以上的通道中的以及处于平面以上的预定距离处的所得到的磁场包括垂直于该第一方向的场分量，所述场分量沿着该第一方向不改变其符号。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及在包括磁场传感器的位置测量系统中使用的磁编码器元件，特别地涉 及在用于测量角位置或旋转速度的系统中使用的磁编码器轮(wheel)。
技术介绍
为了检测轴(shaft)的角位置、速度或加速度，已知要将磁编码器轮附接到该轴 以及附近的磁场传感器。该磁编码器轮具有多个(通常为60个)沿着其圆周并排布置的 被交变磁化的永磁体，从而生成交变磁化的磁性图(magnetic pattern) 0当编码器轮旋转 时，传感器检测磁场中的变化，从而检测该轴的运动。常见的传感器是霍尔效应传感器和磁阻传感器。最近，XMR传感器被使用，其中 XMR代表下述中的任一项AMR(各向异性磁阻)、GMR(巨型磁阻)、TMR(穿隧磁阻)、CMR(超 巨磁阻)等等。这些XMR传感器的常见特征是它们具有薄的铁磁层，在其中磁化可以自由地旋 转。磁化对准所沿的方向取决于外部磁场和各种各向异性项。一个各向异性项由传感器的 几何形状确定。例如，在GMR传感器中，薄的层状结构的形状各向异性迫使磁化处于铁磁层 的平面中。此外，如果GMR具有拉长的矩形带的形状，则形状各向异性将磁化拉到该带的长 边方向上，其被称为“易磁化轴”。如果施加具有处于GMR层的平面内(下面被称为“平面内 场”)并且垂直于GMR带的长边的分量的外部磁场，则结果磁化脱离易磁化轴旋转。因此， 传感器对垂直于易磁化轴的平面内磁场分量敏感。如果平行于易磁化轴的平面内场分量从正磁化值变成负磁化值或者反过来从 负磁化值变成正磁化值，则它们可能会引起不利的影响。在这种情况下，磁化矢量翻转， 即磁化矢量在易磁化轴上的投影改变其取向。(发生于在相关磁场分量中的对应零交叉 之后的短时间延迟的)这种磁化翻转必然伴有劣化位置测量的磁阻传感器的宏观电阻 (macroscopic resistance)中的不连续性(例如突然变化)。这种不利的影响可能在使用当前所使用的编码器轮的测量系统中发生。因此，存 在对被设计成使得防止传感器中的磁化翻转的改进编码器轮的普遍需求。
技术实现思路
公开了作为本专利技术的一个示例的在位置测量系统中使用的磁编码器元件，所述位 置测量系统包括用于沿着第一方向测量位置的磁场传感器。此外，本专利技术的其他示例涉及 用于沿着第一方向进行移动磁编码器元件的非接触式位置和/或速度测量的传感器装置。因此，在位置测量系统中使用的磁编码器元件包括用于沿着第一方向测量位置的 磁场传感器。该编码器元件包括至少一个第一轨道，其包括沿着第一方向提供磁性图的材 料，该磁性图由剩余磁化矢量形成，所述剩余磁化矢量具有取决于沿着第一方向的位置的 可变幅度。剩余磁化矢量的梯度使得所得到的第一轨道以上的通道中的以及处于平面以上 的预定距离处的磁场包括垂直于该第一方向的场分量，所述场分量沿着该第一方向不改变6其符号。 附图说明参考下面的附图和描述可以更好地理解本专利技术。图中的部件不一定是按照比例 的，而是重在强调本专利技术的原理。此外，在图中，相似的参考标号表示对应的部分。在附图 中图1示出包括用于角位置测量的磁编码器轮和磁阻(MR)传感器的普通测量装 置；图2示出因垂直于MR层的敏感轴(χ轴)的横向方向上的交变磁场而引起的薄MR 层中的不期望的磁化翻转(反转)影响；图3示出因相关磁场分量中的零交叉而引起的MR传感器电阻的突然变化的影 响；图4借助于图表来示出取决于沿着针对MR传感器的不同横向偏移位置的运动方 向的位置的磁场的波形；图5示出根据本专利技术的一个示例的编码器元件的磁性 图6示出根据本专利技术的另一示例的编码器元件的磁性图；图7示出根据本专利技术的另一示例的编码器元件的磁性图；图8示出根据本专利技术的又一示例的编码器元件的磁性图；以及图9示出图8的示例的增强型式。具体实施例方式图1示出用于测量角位置、速度或加速度的普通测量装置，其具有磁阻磁场传感 器和磁编码器元件10，在当前的示例中所述磁编码器元件10是磁编码器轮。然而，可以采 用用于测量线性位置、速度或加速度的类似装置。在这种情况下，使用线性编码器元件，例 如磁编码器条(bar)等等。MR传感器元件20通常被布置成离编码器元件20预定的距离， 从而在它们之间留下气隙δ。要注意，真实的气隙是从编码器元件10的表面到传感器芯片 内的敏感层的距离。图1中描绘的距离是“外观上的(apparent)”气隙，它仅仅是真实气隙 的近似。磁编码器轮10包括轨道，其包括提供磁性图的磁化材料。磁性图通常是二进制 的。也就是说，其包括在交变方向上磁化的多个邻接段，其中剩余磁化矢量指向垂直于编码 器元件的运动方向(X方向)的方向(Z方向)上的或者与其反平行的传感器。由此提供交 变的磁性图。通常由塑料结合的永磁体来实施交变磁化段。因此，包括磁性硬材料(例如具有 120kA/m的剩余磁化或150mT的剩磁的铁氧体粉)的塑料带在交变和相对的方向上被逐段 磁化，从而产生例如如图1中的编码器元件10所示的结构。磁化塑料带可以被附接到钢轮， 所述钢轮被安装在要测量其角位置或速度的轴(未示出)上。为了简化进一步的讨论，限定笛卡尔坐标系。任何人都应该记得，虽然该限定是任 意选择的，但是它帮助限定在图1和图2中示出的元件的相对位置以及所得到的磁化和磁 场的方向。如 上文中所提到的那样，运动的方向应该是χ方向。也就是说，编码器元件在X方 向上运动，对于编码器轮的情况，该X方向是圆周方向。编码器轮10的各个段所给出的磁 化矢量平行地或反平行地指向ζ方向，也就是说，所述方向垂直于塑料结合的永磁体所位 于其中的平面。对于编码器轮的情况，所述ζ方向是径向。最后，垂直于Χ方向和ζ方向的 横向方向是y方向，并且对于编码器轮的情况，是轴向方向。假设仅在ζ方向上有永磁体的剩余磁化M = {0,0, Mz}，则可以在编码器元件的表 面之上的位置ζ = δ (气隙)处观察到三维磁场H= {ΗΧ，ΗΥ，ΗΖ}，其中在编码器元件10的 对称平面(x-z平面)中，当编码器轮在χ方向上运动时，磁场的y分量仏理论上为零，而 χ分量Hx以近似正弦的方式变化(参见图4的图表)。MR传感器被定位成使得其敏感方 向位于χ方向上，以便测量由编码器轮10的ζ方向上的剩余磁化产生的磁场的正弦χ分量 Hxo然而，这可能被看作示例，如果编码器轮的剩余磁化被适当地取向，则传感器20还可以 被放在相对于编码器轮10的其他位置。图2以示例性方式示出了 MR传感器的敏感部分。尽管已知许多类型的MR传感器 (GMR 巨型磁阻，AMR 各向异性磁阻，TMR 穿隧磁阻，CMR 超巨磁阻，XMR GMR、AMR、TMR、CMR 等等的总称)，但是下述问题是所有类型的MR传感器(即XMR传感器)所共有的。XMR传感器是薄膜传感器，并且包括多个(例如对于GMR传感器的情况是具有高 长宽比的矩形)铁磁薄层(“带”)，在其中磁化矢量可以自由地旋转。磁化对准所沿的方 向取决于外部磁场和各种各向异性项。一个各向异性项由传感器的几何形状确定。例如， 在GMR传感器中，薄的层状结构的形状各向异性迫使磁化处于铁磁层的平面中。此外，如果 XMR层具有例如拉长的矩形带的形状(对于GMR传感器的情况)，则形状各向异性将磁化拉 到该带的长边方向上，其被称为“易磁化轴”。如果施加具有处于XMR平本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在位置测量系统中使用的磁编码器元件，所述位置测量系统包括用于沿着第一方向测量位置的磁场传感器，所述编码器元件包括：第一轨道，其包括沿着第一方向提供磁性图的材料，所述磁性图由剩余磁化矢量形成，所述剩余磁化矢量具有取决于沿着所述第一方向的位置的可变幅度，其中所述剩余磁化矢量基本上指向一个方向并且沿着所述第一方向不改变其取向。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：U奥塞尔莱克纳，T沃思，P斯拉马，J齐默，W拉贝格，S施密特，M奥拉施，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]