磁性转数计制造技术

本发明专利技术涉及一种磁性转数计，用于单值地确定旋转元件的要确定的回转的可预先规定的数量。本发明专利技术目的在于提供一种这类转数计，它可用于确定可任意预先规定数量的回转，例如达到值Ｎ＞４０００或者以上，并且结构较小且成本低，解决方案是，设置多个传感器元件，这些传感器元件由设置有磁畴且引导磁畴的、自身分别封闭的环构成，这些环包含至少一个铁磁性的或者软磁性的层，这些环具有指向环内侧的、尖形终止的翻转，每个环所设置的翻转的数量被按规定确定得在环与环之间有偏差，并且，设有电接触装置，这些电接触装置允许检测预先规定的环区段在由于所述磁系统的外部旋转磁场对所述预先规定的环区段的作用而发生磁畴位置变换后的电阻变化，这些电阻值可以被输入到一分析计算单元中用于与旋转元件的转数对应。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及的第一示例性环，带有两个朝内指向的尖形终止的翻转；图4 消除在示例性环中所存在的磁畴的特殊设计的一个范例；图5 在环中按规定写入预定数量磁畴的特殊设计的一个范例；图6 示例性示出用于计数4转的环装置，带有六个尖形朝内指向的翻转和四个磁 畴；图7 用于互质的环型态的示例性触点布置；图8和图9 按双数原理构建的环型态中的示例性触点布置；附图说明图10 用于解决磁滞问题的示例性触点布置；图Ila 用于在使用GMR层系统情况下互质地构造的环的示例性的、局部详细绘出 的触点布置；图lib 用于在使用TMR层系统情况下互质地构造的环的示例性的、局部详细绘出 的触点布置；图llcL··· llc4 在使用GMR层系统情况下无磁滞抑制的、一个特殊环上的触点设 置的更完全的变型；图lldL··· lld4 在使用GMR层系统情况下有磁滞抑制的、一个特殊环上的触点设置的更完全的变型；图12和13 用于仅在一个环方向上导送磁畴的环结构内部的特殊构造；图14a和14b 根据互质原则构造的多个环的示例性排列变型；图15a和15b 根据双数原则构造的多个环的示例性排列变型；图16 带有奇数个朝内指向的、尖形终止的翻转的示例性环型态。具体实施方式 图Ia和Ib展示了两种基本布置，其中可使用以下详细描述的专利技术涉及的转数计。 其中图Ia展示了具有偏心布置的整个系统的横截面(空心轴传感器布置)，包括一根轴 01，该轴带有安装在圆周上的磁系统20，包括各一个硅基底10和IOa (最好同时包含分析计 算电子装置)，在基底上各有一个本专利技术涉及的转数计11或11a。在转数计11处从外部作 用有一个磁场，在这里是以永磁体组合20的形式出现，该永磁体组合在从旁边运动经过时 在转数计11处产生360°的磁场方向旋转。转数计11和Ila在几何上这样布置使得磁 铁20的磁场总是只能作用于两个转数计中的一个上。在这种情况下，在轴01转动时，转数 计11经历该转数计11处的磁场的360°转动，在该轴01的圆周上在一个位置处例如有多 个永磁体。在这种情况下，该传感器仅在小的角度范围上受到磁场作用。由于在这个角度 范围内下面解释的磁畴的状态发生变化，因此在测量时必须“隐去”这个角度范围。这可由 此实现将第二传感器Ila与分析计算电子装置一起这样安装使得在轴01转动时总是只 有一个转数计暴露在转动的磁场中。由于根据已知的现有技术转数计原则上与这里未详细 示出的角度传感器相结合使用，因此可通过角度传感器的信号辨别转动磁场的位置，由此 知道哪一个转数计输出有效或无效的信号，也就是说，只读出不处于运动磁场内的转数计 的信号。在开头提到的第二种基本结构可能性中，一永磁体20固定在轴01的端面。图Ib 以具有同心布置的整体系统的横截面示出这种结构，包括一个硅基底，最好带有分析计算 电子装置10，在硅基底上存在专利技术涉及的转数计11。在传感器11处从外部作用有位于轴 01端部的永磁体20的磁场，永磁体20这样构造使得整个转数计被上述磁场感测，如示例 性的磁力线所表示的。轴01转动360°时，转数计11也经历磁场的360°转动。在该实施 方式中也有，存在这样的角度范围在这些角度范围，下面描述的写入的磁畴型态刚好发生 变化并由此产生有关转数的无效结论。但是如果这一范围小于每半转90°，则可以针对该 型态例如通过一个符合本专利技术的第二转数计(在图Ib中没有示出)来保证，两个转数计中 总有一个可以提供有效信号，该第二转数计相对于传感器11旋转90 °安置在硅基底上。然 后可凭借一个按照现有技术的常见的角度传感器来得知和确定这两个转数计中的哪一个 提供了有效信号。磁畴壁本身在本专利技术涉及的转数计11中在一个例如通过结构化过程产生的、由 多个后面详细描述的环组成的装置中运动，在这些环中通过一个也要在后面描述的初始化 过程写入一定数量的磁畴壁。不同的环的形态这样构造使得例如在N = 4096或者更大之 后时才发生存在于不同环中的所有磁畴壁的布局的第一次重复，这样该转数计在达到预先 规定的最大可计转数之前始终都提供单义的值。具体存在的磁畴型态可以借助环上的一定数量的电触点根据磁阻效应来确定， 例如GMR效应(巨磁电阻效应)或TMR效应(隧道磁阻效应)，据此计算出促使磁畴壁在封闭的环里运动的磁场的转数。这种确定磁畴型态的方法应用到已知的效应，即，GMR堆 (Stack)或TMR堆里的电阻与磁畴在其中运动的层的磁化相对于由硬磁层定义的基准方向 的相对方向相关。当基准层和传感器层中的磁化方向相同时电阻是小的，当这两个磁化方向反向平 行时电阻增加(6-10)% (GMR效应情况下)或(100-500)% (TMR效应情况下)。图2示例性展示了一个可利用GMR效应或TMR效应的层叠，其中在图2中示出一 个已知的这样的层包的横截面。电流沿所绘的磁化箭头方向(在层平面中)流动，电阻通 过电触点(未在图中标志)确定，这些电触点彼此间隔大距离(100-500μπι)地安置。在本专利技术中在使用TMR叠的情况下，在图2中展示的2. 5nm厚度的铜层被l-2nm 厚度的Al2O3或MgO层代替。这样，电流从下到上或者相反地垂直流过层叠。一般情况下， TMR叠具有几平方微米至几十到几百平方微米的面积。用于特殊构造GMR层叠或TMR层叠 的其它方式无必要阐述，因为都属于现有技术。因此仅作出如下解释 作为磁畴在其中运动的真正的传感器层使用的是Ni81Fe19(坡莫合金=Py)层， 其中0.5nm厚度的钴(Co)层仅用于扩大GMR效应或TMR效应。硬磁层是人造反铁磁材料 (CoFe/0. 8nm Ru/CoFe)组合组合以反铁磁(图2中IrMn，也可使用NiMn或PtMn)。0. 8nm 厚度的钌Ru层的作用是，使两个CoFe层的磁矩反方向平行，从而理想地互相抵消。IrMn与 CoFe层组合产生所谓的单向各向异性，从而定义磁化优先方向。这个方向可以在整个晶片 中从而在按照专利技术构造的环中都是均勻的，通过进行适当的局部热处理并且同时作用以磁 场，基准方向也可以确定得局部不一致，例如相对于当前优先方向转动90°。这样在提到的 测量信号有效范围的意义下，这种方法在确定基准方向方面有优势。为了磁畴在传感器层内安全运动，需要一个与软磁层材料的几何形状(传感器层 高度和宽度)以及其磁化相关的最小磁场Hmin，这个软磁层按照后面描述的按照本专利技术的 环形式结构化。同时遵守以下原则，即环内磁畴的数量在转数计使用过程中不变。也就是 说，作用于转数计的磁场始终必须小于一个磁场Hnuk,在这个磁场Hnuk发生磁性区域的成核 并由此发生二个附加磁畴壁的形成，这可以通过选择转动的永磁体20作用于转数计上的 磁场(参考图Ia和lb)而满足。对转数计数的该基本原则可通过不同的方式实现。本专利技术推荐了两种方式。一种 涉及具有朝内指向的尖的环，这些尖具有允许以双数方式计数的结构，另一种涉及具有这 样构建的朝内指向的尖的环它们每个环内分别实现互质的回转数量。在两种形式中，可凭 借相对较小的环数量实现大的可计转数(在所描述的实施方式中N ^ 4096转)，可通过简 单的电路技术转化为便于应用的信号。对于双数方案，典型的环数量< 12，本文档来自技高网...

【技术保护点】
磁性转数计，用于单值地确定旋转元件的要确定的回转的可预先规定的数量，其特征在于，根据要探测的该元件（０１）的要测量的回转的数量设置了多个传感器元件（３０ａ到３０ｅ；３１ａ到３１ｇ），该元件（０１）设置有一磁系统（２０），该磁系统的磁场允许检测所设置的全部传感器元件，其中，这些传感器元件（３０…；３１…）由具有磁畴（Ｄ）并且引导这些磁畴、自身封闭的环形成，所述环包含至少一个铁磁性的或者软磁性的层，这些环具有指向环内部的、尖形终止的翻转（Ａ），每个环所设置的翻转的数量被确切地确定得在环与环之间相互有偏差，并且，设置有电触点装置（Ｋ．．），这些电触点装置允许检测在磁畴由于所述磁系统（２０）的外部旋转磁场对预先规定的环区段的作用而发生位置变换后所述预先规定的环区段的电阻（Ｒ．．）的变化，这些电阻值可被提供给一分析计算单元以便与旋转的所述元件（０１）的回转数相对应。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：R马泰斯，
申请(专利权)人：实景技术协会研究所，霍斯特西德勒两合公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]