專利名稱：用于轉數計數器的傳感元件的制作方法
現有技術本發明涉及一種特別是用于轉數計數器的傳感元件，其中，一個磁場可在該傳感元件旁邊運動經過。
例如與機動車轉向軸相關已知，設置一種角度傳感器，借助它可測量轉向軸的精確角度位置。這種角度傳感器從EP0 721 563 B1中知道。其中介紹了一種角度傳感器，由兩個可擺動的磁體在一個固定的磁性層結構中產生一個疇壁(Domnenwand)。借助巨磁電阻(GMR)效應可以檢測這兩個磁體所占據的角度位置。
EP0 721 563 B1的傳感元件只適用于識別小于360度的角度范圍內的角度位置。該公知傳感元件不能夠識別兩個磁體的多轉。因此，用該已知傳感元件不能實現可識別兩個磁體的轉數的轉數計數器。
但機動車的轉向軸會轉動多轉，因此除角度傳感器外還必須設置一個轉數計數器，它能夠給出轉向軸轉過的精確轉數數量。這種轉數計數器經常與角度傳感器組合，這樣就可以給出轉向軸在轉數方面以及角度位置方面的旋轉位置。
已知例如無接觸式轉數計數器，其中，磁場從傳感元件旁邊運動經過。該磁場例如由一個永磁體產生，該永磁體裝在機動車轉向軸上并且可與它一起轉動。該傳感元件例如是一個霍耳傳感器，它在每次磁場從它旁邊運動經過時產生一個電信號。根據這些信號可以推斷出轉向軸旋已轉過的轉數。
該已知轉數計數器的缺點是，為了它的運行必須設置一個能量供應。為此例如必須對霍耳傳感器供應一個電壓，以便它能夠在磁場從它旁邊移過時產生信號。
因此，在能量供應中斷的情況下該已知的轉數計數器不能運行，而且在能量供應中斷之后還必須通過附加措施重新調節到可能已改變的轉數上。
為了完整，在此要指出，當然不只可以使磁場從傳感元件旁邊移過，而是也可以使傳感元件從磁場旁邊移過。
本發明的任務，解決方案和優點本發明的任務是，提供一種特別是用于轉數計數器的傳感元件，它即使在沒有能量供應的情況下也能夠始終給出例如轉數的精確數量，例如繞轉向軸轉過的轉數。
按照本發明，該任務通過一種特別是用于轉數計數器的傳感元件解決，其中，一個磁場可在該傳感元件旁邊運動經過，該傳感元件具有層結構和一種構型，該構型在沒有能量供應的情況下適合于當磁場在傳感元件旁邊移動過時在該傳感元件中引起磁化的變化以及存儲多個這樣的變化。
本發明還通過一種轉數計數器實現，其中使用了一個本發明傳感元件。
在本發明中，當磁場在傳感元件旁邊運動經過時在該傳感元件內發生磁化的變化。磁化的這種變化被傳感元件存儲。如果磁場多次在傳感元件旁邊運動經過，則在傳感元件中存儲多個磁化變化。所存儲的變化的數量就相當于表明磁場在傳感元件移動旁邊經過的頻度的那個數。如還要解釋的，所存儲的這些磁化變化是傳感元件的特性變化，它可借助已知方法識別或測量。
如果在轉數計數器中磁場在每一轉從傳感元件旁邊經過一次，則在傳感元件中存儲的磁化變化的數量等于被計數的轉數的數量。
重要的是，在本發明的傳感元件中不需要任何外部能量供應就達到磁化的變化。相反，傳感元件的磁化變化只通過它的層結構和它的構型達到。
因此，本發明提供了一種特別是用于轉數計數器的傳感元件，它能夠連續地、無接觸地感測例如旋轉的數量，為此不需要能量供應。即使在能量供應中斷的情況下本發明傳感元件也能夠不需要其它措施而保持其功能。因此，在能量供應發生這類故障之后不需要采取任何措施來使傳感元件繼續正確運行。
在本發明的一個有利改進中，當磁場從傳感元件旁邊運動經過時，在傳感元件中產生一個疇壁、特別是一個360度的壁，其中，在傳感元件中可存儲多個360°壁。
當磁場從傳感元件旁邊運動經過(或相反)時，在傳感元件的磁性層結構中發生磁化變化。這種磁化變化可以例如是傳感器中產生一個疇壁或一個面被反復磁化。在一個疇壁中，磁化在窄的空間上旋轉過例如90°、180°或360°(所謂的90°壁、180°壁和360°壁)。在這些壁中，360°壁是對外磁場最穩定的配置。按照本發明一個特別有利的方案，在磁性層結構中產生和存儲360°壁。
當磁場在本發明的傳感元件旁邊運動經過(或相反)時，由于該傳感元件的幾何形狀和磁性特性而在其磁性層結構內部產生一個疇壁。在磁場轉過一轉后，該疇壁構成一個360°壁。該360°壁內部的磁化的旋轉方向跟隨磁場相對于傳感元件的旋轉方向。如果磁場反向旋轉，則構成一個旋轉方向同樣相反的360°壁。
如已經提到過的，在本發明的該優選方案中，如果磁場繞傳感元件(或相反)轉過一次，則在傳感元件中產生和存儲一個360°壁。這表示，在該解決方案中，當一個例如設置有合適的永磁體的轉向軸轉過一轉后，在傳感元件中剛好產生和存儲一個360°壁。
為產生和保持或存儲該疇壁不需要能量供應。必要的只是一個足夠大的磁場、傳感元件至少局部的合適的幾何形狀和合適的磁性特性。
在本發明的一個有利改進中，傳感元件這樣構造它可存儲一個以上的360°壁。由此可以連續地對例如轉向軸的旋轉在傳感元件中產生和存儲相應多的360°壁。如已提到過的，如果磁場反向旋轉，構成一個360°壁，它的旋轉方向同樣相反。具有相反轉向的360°壁在它們相遇時相互抵消。
通過本發明傳感元件的幾何結構和磁性能可以保證，反向旋轉的360°壁相遇并從而相互消除。通過這種特性可以為本發明傳感元件配置一個零位，從該零位出發它可以向左和向右對轉數計數。該傳感元件記錄所有的轉，但總是只對當前保留下來的轉數計數。這表示，本發明傳感元件始終具有向右轉數減去向左轉數的差值。例如，在該傳感元件中，在向右四轉后接著又向左三轉，則存儲向右一轉的剛好一個360°壁，它表明轉向軸相對于零位的當前轉數。
為了產生和存儲磁化的改變，特別是360°壁的改變，不需要能量供應。這樣，在能量供應中斷的情況下也不會影響對例如軸向軸的轉數的記錄和計數。本發明傳感元件在能量供應中斷期間仍然對轉數計數。有些情況下在能量供應中斷時不能讀出當前轉數。但一旦能量供應在中斷后恢復，可以不用其它措施就由傳感元件讀出當前轉數。
如已經提到的，所存儲的磁化變化表明傳感元件的特性變化。為了識別或測量這種特性變化并從而讀出傳感元件，本發明優選方案使用了傳感元件的電阻。
已知有磁阻效應的材料和多層結造，其中，磁化的變化會引起相當大從而可很好地測量的電阻變化。特別優選具有巨磁電阻(GMR)效應或隧道磁電阻(TMR)效應的層堆。這些層堆的特征是兩個磁性層或層堆，它們當中一個磁性軟，另一個磁性硬，它們通過一個非磁性的金屬層(GMR效應)或一個絕緣層(TMR效應)相互分開。磁性軟的層的磁化通過外磁場改變，而硬磁性層的磁化保持不變。為了使硬磁性層的磁性很硬，可以使它與一個反鐵磁性的層或一個合成反鐵磁體或鐵氧體接觸。
在GMR效應和TMR效應中，電阻取決于兩個磁性層相互間的磁化方向。當磁化平行時電阻最小，而當磁化反極性平行時電阻最大。其原因是在這些材料中電子自旋相關的發散，因此這樣的層堆也被稱為自旋閥(Spinventile)。由此引起的磁阻效應電阻在典型的GMR系統中可達例如10％，在典型的TMR系統中可達40％。
本發明優選解決方案使用一個基于GMR效應或TMR效應的自旋閥作為磁性結構。由此，通過外磁場旋轉在傳感元件中引起的磁化變化、例如一個360°壁，被轉換成一個可以很好地測量的電阻變化。
該電阻可以通過一個相應的電路直接或間接求得。求得的電阻或一個由它導出的參數則相應于例如轉向軸所轉過的轉數。如果為了求得該電阻或由它導出的參數需要能量供應，如已經提到過的，則在供能中斷時不能求出該轉數。但在供能中斷之后，對電阻或由它導出的參數的求出不需要任何附加措施立即又得到正確的、當前的轉數。
在本發明的一個有利方案中，傳感元件具有一個壁發生器和一個壁存儲器。在此，壁發生器負責疇壁、特別是360°壁的產生，壁存儲器負責存儲所產生的壁。
特別有利的是，壁發生器這樣構造使得壁發生器中的磁化方向能夠容易地跟隨一個運動的外磁場。壁發生器優選呈圓形構造。此外特別有利的是，壁存儲器這樣構造使得壁存儲器中的磁化方向幾乎不會由于運動的外磁場而旋轉。壁發生器優選長形地被構造。
在本發明的一個特別有利方案中，壁存儲器向離開壁發生器方向楔形地變細。這能夠由于壁長度縮短而使能量最小，使得當前形成的360°壁朝向壁存儲器的尖部運動。
在本發明的一個有利方案中，壁存儲器具有一個收縮部，至少一個壁可定位在其中。該定位基于壁長度的縮短和由此達到的能量獲得而實現。變換地，該收縮部也可以這樣窄，使得疇壁定位在收縮部的前面，就是說，磁化在收縮部內部不旋轉。上面提到過的壁發生器的楔形形狀有助于此。
本發明的一個特別有利的方案規定，為要計數的每一轉在壁存儲器中設置剛好一個合適地確定尺寸的收縮部，剛好一個疇壁定位在該收縮部中。這些收縮部這樣構型如果該收縮部未被一個壁占據，則當前形成的疇壁可以移動穿過。
本發明另一個有利的方案規定，代替收縮部，壁存儲器具有具有至少一個有目的地設置的、限制在局部的磁性能改變。通過這些改變可達到，這些壁有利地被固定在這些改變的位置上。
本發明另一個特別有利的方案規定，將一個或多個收縮部和一個或多個局部改變組合，用于這個/這些壁的定位。
在本發明另一個有利方案中，壁存儲器具有兩個觸頭。通過這兩個觸頭可以特別是通過測量電阻求得存儲在壁存儲器中的壁的數量。
有利的是，這些觸頭這樣安置所有的最多地位于或者說定位在壁存儲器中的壁位于這些觸頭之間，同時，觸頭之間不被疇壁填充的區域最小。由此可以保證，在求得存儲在壁存儲器中的壁的數量時實際上也感測了所有存在于那里的壁，并且，測量信號盡可能大。
本發明另一個有利的方案規定，將上述方案組合，使得對于要計數的每一轉在壁存儲器中設置剛好一個合適地確定尺寸的收縮部和/或改變，剛好一個疇壁定位在該收縮部和/或改變中，并且，每個收縮部和/或改變的側面有至少一個觸頭，使得可以單一地讀出每個定位位置。該方案可以實現高的測量信號和被計數的轉數的一定程度上的數字存儲器。
本發明的一個特別有利的方案規定，對壁存儲器屏蔽在壁發生器中引起磁化變化的外磁場。通過屏蔽達到，壁存儲器中的這些壁只能由于壁存儲器的幾何形狀和磁特性以及壁發生器中的磁化的影響而運動。
有利的方案規定，該屏蔽通過壁發生器上方的至少一個磁性層實現。
按照本發明的變換方案，代替疇壁，特別是代替360°壁，存儲不同的磁化裝置、例如不同大小的反復磁化的面，它們可以確定地與旋轉相對應。
為了求得轉數，特別有利的是，電路具有一個帶有四個傳感元件的惠斯頓電橋。按此方式以很小的費用達到高的精度。
本發明的傳感元件和本發明的轉數計數器特別有利地應用在機動車中。
本發明的其它特征、應用可能性和優點從下面對在附圖中描述的本發明實施例的說明中得到。在此，所有說明的或描述的特征自身或者以任意組合形成本發明的主題，不取決于它們在權利要求或其引用關系中的組合形式，并且不取決于它們在說明書及附圖中的撰寫表述及圖示。
本發明實施例
圖1表示帶有三個本發明傳感元件的轉數計數器的一個實施例的的示意俯視圖，圖2a和2b表示圖1所示傳感元件的示意橫剖面，圖3表示圖2所示傳感元件的示意俯視圖，圖4表示在圖2所示傳感元件的一個所謂360壁內的磁化示意圖，圖5a和5b表示用于圖1所示傳感元件的電路的示意性的實施例方框圖，圖6和7表示圖1所示傳感元件的變換實施例的示意俯視圖。
在圖1中示出一個轉數計數器10，它具有三個位置固定的傳感元件11和一個轉子12，該轉子帶有兩個彼此相鄰地安置在它上面的永磁體13。轉子12可繞一軸線14轉動。這些傳感元件11相互以一個例如約120度的角度安置。這些傳感元件11與轉子12這樣相配，使得在轉子12轉動時永磁體13的磁場從傳感元件11旁運動經過并被每個傳感元件11感測到。
該轉數計數器10被設計得用于通過傳感元件11無接觸地計數轉子12的例如直至10轉(或者兩個方向各5轉)的轉數。如已經說明過的，該轉數計數可以不用外部能量供應。
三個傳感元件11相同地構成。因此下面只對這些傳感元件11中的一個進行說明。
顯然，在圖1所示的轉數計數器10中也可以將永磁體13位置固定地安置而使三個傳感元件11可繞軸線14轉動，這樣，在這種情況下永磁體13的磁場也從傳感元件11旁經過。
傳感元件11對轉數的計數通過充分利用巨磁電阻效應(GMR)和隧道磁電阻效應(TMR)實現。代替地也可以借助磁光學方法和/或磁致伸縮方法來檢測由傳感元件11計數的轉數數目。
圖2a表示傳感元件11的一種根據本發明的層結構20，它使用GMR效應來讀出所計數的轉數。一個軟磁層21通過一個薄的非磁性金屬層22與一個硬磁層23分開。硬磁層23上的一個反鐵磁性層24用于使該硬磁層的磁性更加硬。這表示，與軟磁性層21的磁化相反，硬磁性層23中的磁化不會由于永磁體13的磁場而改變。在層24上有一個接觸層25，在它上面安置了兩個觸頭26。測量電流在兩個觸頭26之間垂直和水平地流過整個層結構20，即流過層21，22，23，24和25。
圖2b表示傳感元件11的一個根據本發明的層結構20′，它使用TMR效應來讀出所計數的轉數。與圖2a相比發生了以下變化。非磁性的金屬層22被一個絕緣層22′取代，該絕緣層形成一個隧道阻擋層。兩個觸頭26中的一個被一個觸頭26′取代。該觸頭26′或者直接位于軟磁性層21上面(未示出)，或者優選位于軟磁性層21上的一個接觸層25′上。就是說，為了安置觸頭26′，必須將層堆20′局部腐蝕，直至軟磁性層21。這最好在一個側面區域中進行。測量電流例如通過觸頭26垂直地流過層25，24(反鐵磁性層)，23(硬磁性層)，22′(隧道阻擋層)，流到軟磁性層21，以便接著水平地流到接觸層25′以及觸頭26′。
如還要解釋的那樣，觸頭26，26′可被包含在一個絕緣層27中，該絕緣層被一個覆蓋層28覆蓋。
整個層結構20，20′可以例如被施加在一個(氧化的)硅襯底上。這樣的層結構20，20′也被稱作自旋閥。
在圖3中以俯視圖表示出傳感元件11的一個根據本發明的幾何構型。該傳感元件11具有一個長形的、指針狀的構型30并且相對于一個(未示出的)縱軸線鏡像對稱地構造。
在圖3的左邊區域中，傳感元件11具有一個壁發生器31。該壁發生器在圖3中呈圓形地被構造，但也可以呈八邊形或者很普通的多邊形構型。在壁發生器31的區域內沒有覆蓋層28。
由于壁發生器31的構型和大小，它的磁化方向可以容易地跟隨永磁體13的運動的外磁場。這在圖3的壁發生器31中特別是通過其圓形的構造來實現。
在壁發生器31上通過一個倒圓的過渡段連接著一個壁存儲器32，它長而且窄地被構造。由于壁存儲器32的這種構型和由此而來的形狀各向異性，壁存儲器32內部的磁化幾乎不由于永磁體13的運動的外磁場而旋轉。
在壁存儲器32的區域內有覆蓋層28。通過覆蓋層28進一步減少了磁場的影響。在此可以涉及一個例如用坡莫合金制成的磁屏蔽層。
壁存儲器32具有一個收縮部33，它大致位于觸頭26之間的中間區域。壁存儲器32的前部34楔形地逐漸變細，直到該收縮部33。在收縮部33的后面有該壁存儲器的一個窄的尖部35。尖部35被這樣構造，使得它的磁化例如由于形狀各向異性而不變化。由于壁存儲器32的這種形狀，疇壁的位置被確定在觸頭26之間的收縮部33內部。這在圖3中通過四個所謂的360°壁40表示出來。
可以取代收縮部33設置壁存儲器32的一個或多個有目的地設入的、限制在局部的磁性能變化，以便以此方式實現壁40的位置確定。為此可以特別是這樣局部改變軟磁性層的磁性能，使得壁40優選地被固定在這些位置上。這些磁性能變化可以例如是孔穴、有目的的局部添加物或者例如通過用激光射線在層結構20的至少一個層中局部加熱來操控單個晶粒或晶數界限。
按照優選構造，在軟磁性層或者層結構20的上面和/或下面和/或旁邊設置了至少一個限制在局部的硬磁性層，例如作為橫向于壁存儲器32的窄條。這個/這些壁40的位置確定以壁存儲器的軟磁性層與硬磁性層的限制在局部的相互作用為基礎。
這種360°壁40通過永磁體13在轉子12上的反向布置實現。如果這些永磁體13例如沿順時針方向從傳感元件11旁運動經過，則第一磁體在軟磁性層21中產生一個180°壁，該壁由于傳感元件11的形狀而被轉移到壁存儲器32中并在那里轉移到收縮部33中。第二磁體在軟磁性層21中產生相反的、具有相同旋轉方向的第二個180°壁，它也被轉移到收縮部33中。由于這兩個180°壁在空間上緊密地相鄰，它們構成360°壁40中的一個。
在圖4中示意地表示了磁化方向的這種360°旋轉。那里示出的箭頭表示360°壁40中的相關部分中的磁化方向。360°壁40的寬度只有幾個10nm-100nm，也就是說，只有幾十至100個晶粒。長度取決于壁存儲器32的寬度。
由于楔形形狀，360°壁40可以縮短其長度，從而減少其能量。因此，壁存儲器32的前部34的楔形形狀將360°壁40轉移到收縮部33中。這樣，對于360°壁40，將位置確定在收縮部33內部在能量方面具有最佳效果。相反，對于360°壁40，位于壁發生器31中不是最佳情況。
由此，每個360°壁40自動從壁發生器31經過楔形部分34向壁存儲器32運動并且在那里大致停留在收縮部33中。這是基于360°壁40所經過的相應能量狀態進行的。在此，該360°壁40在壁發生器31的區域內比在壁存儲器32的區域內具有更大的能量。該360°壁40在收縮部33的區域內具有最小能量。
尖部35對于360°壁40是一個阻礙，它的作用是，使360°壁40不可向前移動并在那里被消除。因此，如已經提到過的，360°壁40總的來說從壁發生器31移動到壁存儲器32的收縮部33中并保持在那里。
這樣，在永磁體13從傳感元件11旁邊運動經過之后，傳感元件11的磁化已經發生了保留下來的改變，具體說在壁存儲器32的收縮部33的區域內。這表示了傳感元件的特性變化，從而表示了傳感元件11中的磁化的改變被存儲。
在圖3中，在壁存儲器32的收縮部33中舉例示出總共四個這樣的360°壁40。在此，這四個360°壁例如由轉子12沿順時針方向的四個彼此相繼的轉動產生。
在圖3中每個被定位在壁存儲器32的收縮部33中的360°壁40各引起在圖3的觸頭26之間可測得的一次電阻的變化。收縮部33中的360°壁40越多，電阻變化越大，其中，每個360°壁40使電阻改變約相同的量。
由于特別是通過收縮部33中的一個360°壁40發生的反復磁化而產生的電阻變化反映出具有GMR效應或TMR效應的自旋閥的特征并且只以磁化方向在自旋閥中的布置為基礎。自旋閥的軟磁性層21中的磁化變化不要求能量供應。要求的只是運動經過的永磁體13有足夠大的磁場。
只有電阻測量和由此讀出所計數的轉數在電阻測量時間段上要求能量供應，其方式是例如對觸頭26施加電壓。由此可以直接地或者間接地求得觸頭26之間的電阻。由于GMR效應或TMR效應，由360°壁40引起的電阻變化足夠大，使得轉子12的每一次轉動可以被記錄。由該電阻則可以推斷出收縮部33中的360°壁40的數量。這些壁的數量最終和轉子12在順時針方向上的轉動數量相對應。
如果轉子12在逆時針方向轉動，則產生一個壁40′(未示出)，它的磁化與壁40相比反向旋轉。壁40′和壁40完全一樣地被轉移到壁存儲器32的收縮部33中。在那里壁40′與已存在的壁40相遇。對應的壁40和40′的相反旋向導致壁40和40′相互抵消。由此，轉子12在相反方向上的旋轉也被考慮在收縮部33中已存在的壁40的數量中。這樣，觸頭26之間的電阻相應變化，使得可以測量和求出轉子12在相反方向上的旋轉。
如果在壁存儲器32的收縮部33中不存在壁40并且由于轉子12在逆時針方向的一次轉動產生一個壁40′，則該壁40′如結合壁40已經解釋過的那樣被存儲在壁存儲器32中。這樣，在逆時針方向進行的轉動又可通過電阻被測量到。在順時針方向的轉動則又導致壁40′被抵消，如已經相應說明過的那樣。
在圖5a中示出一個電路50，其中，一個印制導線51被置于傳感元件11上方，電流I可流過該印制導線。電流I這樣選擇使得由它產生的磁場阻止安置在導線51下面的傳感元件11建立360°壁40。帶有永磁體13的轉子12此時可以轉過任意轉數，這不會導致在傳感元件11中、從而在轉數計數器10中計數。這種措施可以特別是在制造傳感元件11或轉數計數器10之時或之后或者在安裝轉數計數器10后初始化之時使用。
在圖5b中表示出一個電路55，其中，兩個印制導線56，57成一個約90度的角度被設置于傳感元件11上方。電流可以流過兩個印制導線56，57，這些電流共同產生一個旋轉磁場。由此可以借助所述電流在傳感元件11中產生360°壁40，而為此不需要轉子12帶著永磁體13旋轉。該電路也可以特別是在安裝轉數計數器10后為了將其調整到所希望的計數器讀數而使用。
在圖6中示出一個傳感元件60，它表示圖3所示傳感元件11的一個變換實施例。在圖6的傳感元件60中有一個尖部61，它以長形的、薄的條構成。由此避免了360°壁40在尖部61的區域中丟失的可能性。
此外，在圖6的傳感元件60中在壁發生器31與壁存儲器32之間有一個條狀的空隙62。該空隙62可以被由壁發生器31產生的磁性的雜散場跨越，這樣，以和已經說明過的相同的方式在壁存儲器32中形成360°壁40。
在圖7中示出一個傳感元件70，它是圖3的傳感元件11的一個擴展。圖7的傳感元件70具有一個單個的壁發生器71，它相應于圖3的壁發生器31。但圖7的壁發生器71分配了三個壁存儲器72，73，74。這些壁存儲器例如相互各成一個約120度的角度布置。圖7的壁存儲器72，73，74相應于圖3的壁存儲器32并且相同地被構造。
在永磁體13旋轉一次時，彼此相繼的360°壁40被存儲入三個壁存儲器72，73，74中。這樣，在轉子12帶著永磁體13每次旋轉后，所有三個壁存儲器72，73，74具有相同的計數器讀數。這種冗余可以用來識別有故障的壁存儲器72，73，74。這樣可以始終將由三個壁存儲器72，73，74中的至少兩個所顯示的那個計數器讀數識別為正確的。
在圖1中示出三個傳感元件11，永磁體13從它們旁邊運動經過。這樣總是可以由一個求值裝置準確推斷三個傳感元件11中剛好由永磁體13從旁邊運動經過的那一個。以此方式可以實現，不會從剛好由永磁體13從旁邊運動經過的那個傳感元件11中讀出錯誤的計數。換句話說，保證了始終只在各個傳感元件11沒有由于運動經過的永磁體13受到干擾時進行對三個傳感元件11的求值。
在其中各個傳感元件11必須被選除的對應角度區域可以預先確定。在轉數計數器10運行中可以由一個角度傳感器測量這些角度區域，從而加以考慮。這種角度傳感器通常例如與機動車的轉向軸相關地存在。
當三個傳感元件11中的一個被選除時，對應的當前轉數可以借助另兩個傳感元件11求出。在此可以借助將所有三個傳感元件11所求出的轉數進行比較來識別有故障的傳感元件11。
也可以使用多個這樣的傳感元件的組合連接來代替在圖1至7中示出的單個傳感元件11，60，70。這樣，可以將四個傳感元件11，60，70連接成一個惠斯頓電橋。圖1的轉數計數器10就具有了三個這樣的惠斯頓電橋，它們各具有四個傳感元件。
為了能夠對兩個方向上的轉數計數，并且為了能夠明確地區別向右旋轉和向左旋轉，有利的是，有目的地使這些惠斯頓電橋失諧。為了這些惠斯頓電橋的失諧，存在以下優選方案。
在惠斯頓電橋的四個傳感元件中可以最多計數2n轉。在每個傳感元件中存儲n轉作為起動配置，其中，兩個對角地相對的傳感元件的旋轉方向是向左，另兩個對角地相對的傳感元件的旋轉方向是向右。由于所存儲的這些360°壁的磁阻效應的附加電阻很大程度上相同并且不依賴于壁的旋轉方向，在這種情況下這些電橋是平衡的。在每個傳感元件中由外磁場引起的磁化改變以相同的旋轉方向進行。附加一個360°壁使所有傳感元件中的電阻相同地變化。在此電橋的失諧由此發生在兩個對角相對的傳感元件中每轉各附加一個360°壁，在另兩個傳感元件中各去除一個360°壁。去除一個壁通過使兩個具有不同旋轉方向的壁相遇來實現，由此它們相互抵消。在向右一轉之后，在兩個對角相對的傳感元件中存儲n+1個具有向右轉向的360°壁，在另兩個傳感元件中存儲n-1個具有向左轉向的360°壁。這樣，該電橋失諧兩個360°壁的電阻差。在向左轉一周時電阻差是一樣的，但失諧的電橋中的電位差具有不同的符號，因為附加和去除正好相反。這就是說，可明確區別向左和向右計數的轉數。可計的最大轉數是n，其中，在兩個對角相對的傳感元件中存儲的360°壁的數量從n到2n向上計，在另兩個傳感元件中從n到0向下計。
在根據本發明的另一方案中在電橋的四個傳感元件中可以最多計數2n轉。作為起動配置在每個傳感元件中存儲具有相同旋轉方向的n轉。由外磁場引起的磁化變化對于兩個對角相對的傳感元件以向右的旋轉方向進行，對于另兩個對角相對的傳感元件以向左的旋轉方向進行。附加一個360°壁使所有傳感元件中的電阻相同地變化。由此，每轉在兩個對角相對的傳感元件中各附加一個360°壁，另兩個傳感元件中各去除一個360°壁。
在另一方案中可以在傳感元件中計數最多n轉。在每個傳感元件中不存儲轉數作為起動配置。在兩個對角相對的傳感元件中，對轉數的計數使這些傳感元件中的電阻增高，而在另兩個對角相對的傳感元件中對轉數的計數使電阻降低。為此要求將GMR系統或TMR系統中的兩個磁性層或者層堆的磁化定向調整成對于一個半橋平行，對于另一個半橋不平行。這種方案的優點是，為了存儲最大n個轉，只為360°壁設置n個存儲位置，代替2n個存儲位置。這樣，每360°壁的相對電阻變化比在其它兩種方案中更大，從而測量信號更大。
為了能夠調節上述起動配置，優選方案設置了一個或多個被置于傳感元件、特別是壁發生器上方的印制導線。這些印制導線最終相應于結合圖5a和5b解釋過的印制導線51，56，57。通過這些印制導線可以借助電流或電流脈沖產生在需要的情況下旋轉的磁場，這些磁場只在對應的傳感元件中作為轉數被計數，它們不改變惠斯頓電橋的相鄰傳感元件中的磁化。這樣，例如起動配置的360°壁的相應數目被記錄到借助360°壁的數目對轉數進行計數的傳感元件中。特別有利的方案設置了各兩個十字交叉的印制導線在壁發生器上方，以便簡單地產生旋轉磁場。
這些有利方案隨時允許將本發明傳感元件以及轉數計數器復位到起動配置中，例如當它承受高的干擾場時。
代替在圖1中示出的轉數計數器10，傳感元件11或它的變型60，70或它們的組合連接也可以用在直線的或彎曲的位移傳感器中，在這些傳感器中例如存在等間距的一個或多個永磁體。在這種情況下，在運動經過時在傳感元件中分別存儲一個360°壁，其中，這些壁的數量表明位置。
權利要求
1.傳感元件(11)，特別是用于轉數計數器(10)的傳感元件，其中，一個磁場可在該傳感元件(11)旁邊運動經過(或相反)，并且，該傳感元件(11)具有一個層結構(20)和一個構型(30)，該構型在沒有能量供應的情況下適合于當該磁場在該傳感元件(11)旁邊運動經過時在該傳感元件(11)中引起磁化的一個變化以及存儲多個這樣的變化。
2.根據權利要求1的傳感元件(11)，其中當該磁場在該傳感元件(11)旁邊運動經過時，在該傳感元件(11)中形成一個疇壁、特別是一個360°壁(40)，并且，其中在該傳感元件(11)中可存儲多個疇壁、特別是360°壁(40)。
3.根據權利要求1或2的傳感元件(11)，其中該層結構(20)具有從下面起或從上面起上下疊置的至少一個軟磁性層(21)、至少一個非磁性的金屬層(22)或至少一個絕緣層(22′)和至少一個硬磁性層(23)。
4.根據權利要求3的傳感元件(11)，其中在該最上面或最下面的硬磁性層(23)之后或者接著是至少一個反鐵磁性的層(24)，或者接著是至少一個非磁性的金屬層和至少一個硬磁性層，它們與該硬磁性層(23)共同構成一個合成的反鐵磁體，或者優選接著是至少一個非磁性的金屬層和至少一個硬磁性層以及至少一個反鐵磁性的層(24)，該金屬層和該硬磁性層與該硬磁性層(23)共同構成一個合成的反鐵磁體。
5.根據權利要求1至4之一的傳感元件(11)，其中該傳感元件(11)具有至少一個被稱為壁發生器(31)的第一區域和至少一個被稱為壁存儲器(32)的第二區域。
6.根據權利要求5的傳感元件(11)，其中該壁發生器(31)被這樣構造，使該壁發生器(31)中的磁化能夠容易地跟隨該運動的磁場。
7.根據權利要求5或6的傳感元件(11)，其中該壁發生器(31)基本呈圓形地被構造。
8.根據權利要求5至7之一的傳感元件(11)，其中該壁存儲器(32)被這樣構造，使該壁存儲器(32)中的磁化基本不通過該運動的磁場而改變。
9.根據權利要求8的傳感元件(11)，其中該壁存儲器(32)長形地被構造，特別是呈楔形地被構造。
10.根據權利要求8或9的傳感元件(11)，其中該壁存儲器(32)具有至少一個收縮部(33)，特別是對要計數的每一轉具有一個收縮部(33)。
11.根據權利要求8或9或根據權利要求10的傳感元件(11)，其中該壁存儲器(32)特別是對要計數的每一轉具有至少一個有目的地設置的、限制在局部的磁性能變化。
12.根據權利要求11的傳感元件(11)，其中設置至少一個限制在局部的硬磁性層，以引起該壁存儲器(32)的限制在局部的磁性能變化。
13.根據權利要求8至12之一的傳感元件(11)，其中該壁存儲器(32)具有至少兩個觸頭(26，26′)。
14.根據權利要求10或11的傳感元件(11)，其中該壁存儲器(32)在每個收縮部(33)和/或每個限制在局部的改變具有兩個觸頭(26，26′)。
15.根據權利要求13和10和/或11中一項的傳感元件(11)，其中該收縮部(33)和/或該改變位于所述觸頭(26，26′)之間的大致中間。
16.根據權利要求5至15之一的傳感元件(11)，其中該壁發生器(31)借助一個楔形的部分(34)過渡到該壁存儲器(32)中。
17.根據權利要求5至16之一的傳感元件(11)，其中該壁存儲器(32)設置有一個尖部(35)、特別是一個以長形的條構造的尖部(61)。
18.根據權利要求5至17之一的傳感元件(11)，其中該壁存儲器(32)被一個覆蓋層(28)覆蓋，特別是被一個磁屏蔽層、特別是一個坡莫合金層覆蓋。
19.根據權利要求5至18之一的傳感元件(11)，其中為一個單個的壁發生器(71)配置多個壁存儲器(72，73，73)。
20.根據權利要求1至19之一的傳感元件(11)，其中至少一個電的印制導線(51；56，57)被設置在該傳感元件(11)上方。
21.根據前述權利要求之一的傳感元件(11)，其中可借助巨磁電阻(GMR)效應和/或隧道磁電阻(TMR)效應和/或磁光學方法和/或磁致伸縮方法求得磁化的這些所存儲的變化的數量。
22.根據權利要求13，14，15之一和21的傳感元件(11)，其中這些觸頭(26，26′)之間的電阻根據該磁化的所存儲的變化的數量而改變。
23.惠斯頓電橋，其特征在于它使用了四個根據權利要求1至22之一的傳感元件(11)。
24.轉數計數器(10)，其特征在于它使用了一個根據權利要求1至22之一的傳感元件或一個根據權利要求23的惠斯頓電橋。
25.根據權利要求24的轉數計數器(10)，其中該磁場可由一個、特別是由兩個永磁體(13)產生。
26.根據權利要求24或25的轉數計數器(10)，其中設置了多個傳感元件(11)，它們以大致相同的相互的角間距被安置，及該磁場可從它們旁邊運動經過。
27.根據權利要求24至26之一的轉數計數器(10)，其特征在于它被應用在機動車中，其中，該磁場特別是與機動車的一個轉向軸耦合。
全文摘要
傳感元件(11)，特別是用于轉數計數器(10)，其中，一個磁場可在該傳感元件旁邊運動經過(或相反)，并且，該傳感元件(11)具有一個層結構(20)和一個構型(30)，該構型在沒有能量供應的情況下適合于當磁場在傳感元件(11)旁邊運動經過時在該傳感元件(11)中引起磁化的變化以及存儲多個這樣的變化。
文檔編號G01D5/12GK1695044SQ03824818
公開日2005年11月9日 申請日期2003年5月30日 優先權日2002年8月30日
發明者恩斯特·哈爾德, 羅蘭·馬泰斯, 馬爾科·迪格爾, 克勞斯·施滕貝克 申請人:霍斯特·西德勒兩合公司