[发明专利]用于位置测量的磁编码器元件

说明书

技术领域

本发明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)。

背景技术

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)。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。

发明内容

公开了作为本发明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，本发明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发明。图中的部件不一定是按照比例的，而是重在强调本发明的原理。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(x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示出根据本发明的一个示例的编码器元件的磁性图；

图6示出根据本发明的另一示例的编码器元件的磁性图；

图7示出根据本发明的另一示例的编码器元件的磁性图；

图8示出根据本发明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。