专利名称：用于转数计数器的传感元件的制作方法
现有技术本发明涉及一种特别是用于转数计数器的传感元件，其中，一个磁场可在该传感元件旁边运动经过。
例如与机动车转向轴相关已知，设置一种角度传感器，借助它可测量转向轴的精确角度位置。这种角度传感器从EP0 721 563 B1中知道。其中介绍了一种角度传感器，由两个可摆动的磁体在一个固定的磁性层结构中产生一个畴壁(Domnenwand)。借助巨磁电阻(GMR)效应可以检测这两个磁体所占据的角度位置。
EP0 721 563 B1的传感元件只适用于识别小于360度的角度范围内的角度位置。该公知传感元件不能够识别两个磁体的多转。因此，用该已知传感元件不能实现可识别两个磁体的转数的转数计数器。
但机动车的转向轴会转动多转，因此除角度传感器外还必须设置一个转数计数器，它能够给出转向轴转过的精确转数数量。这种转数计数器经常与角度传感器组合，这样就可以给出转向轴在转数方面以及角度位置方面的旋转位置。
已知例如无接触式转数计数器，其中，磁场从传感元件旁边运动经过。该磁场例如由一个永磁体产生，该永磁体装在机动车转向轴上并且可与它一起转动。该传感元件例如是一个霍耳传感器，它在每次磁场从它旁边运动经过时产生一个电信号。根据这些信号可以推断出转向轴旋已转过的转数。
该已知转数计数器的缺点是，为了它的运行必须设置一个能量供应。为此例如必须对霍耳传感器供应一个电压，以便它能够在磁场从它旁边移过时产生信号。
因此，在能量供应中断的情况下该已知的转数计数器不能运行，而且在能量供应中断之后还必须通过附加措施重新调节到可能已改变的转数上。
为了完整，在此要指出，当然不只可以使磁场从传感元件旁边移过，而是也可以使传感元件从磁场旁边移过。
本发明的任务，解决方案和优点本发明的任务是，提供一种特别是用于转数计数器的传感元件，它即使在没有能量供应的情况下也能够始终给出例如转数的精确数量，例如绕转向轴转过的转数。
按照本发明，该任务通过一种特别是用于转数计数器的传感元件解决，其中，一个磁场可在该传感元件旁边运动经过，该传感元件具有层结构和一种构型，该构型在没有能量供应的情况下适合于当磁场在传感元件旁边移动过时在该传感元件中引起磁化的变化以及存储多个这样的变化。
本发明还通过一种转数计数器实现，其中使用了一个本发明传感元件。
在本发明中，当磁场在传感元件旁边运动经过时在该传感元件内发生磁化的变化。磁化的这种变化被传感元件存储。如果磁场多次在传感元件旁边运动经过，则在传感元件中存储多个磁化变化。所存储的变化的数量就相当于表明磁场在传感元件移动旁边经过的频度的那个数。如还要解释的，所存储的这些磁化变化是传感元件的特性变化，它可借助已知方法识别或测量。
如果在转数计数器中磁场在每一转从传感元件旁边经过一次，则在传感元件中存储的磁化变化的数量等于被计数的转数的数量。
重要的是，在本发明的传感元件中不需要任何外部能量供应就达到磁化的变化。相反，传感元件的磁化变化只通过它的层结构和它的构型达到。
因此，本发明提供了一种特别是用于转数计数器的传感元件，它能够连续地、无接触地感测例如旋转的数量，为此不需要能量供应。即使在能量供应中断的情况下本发明传感元件也能够不需要其它措施而保持其功能。因此，在能量供应发生这类故障之后不需要采取任何措施来使传感元件继续正确运行。
在本发明的一个有利改进中，当磁场从传感元件旁边运动经过时，在传感元件中产生一个畴壁、特别是一个360度的壁，其中，在传感元件中可存储多个360°壁。
当磁场从传感元件旁边运动经过(或相反)时，在传感元件的磁性层结构中发生磁化变化。这种磁化变化可以例如是传感器中产生一个畴壁或一个面被反复磁化。在一个畴壁中，磁化在窄的空间上旋转过例如90°、180°或360°(所谓的90°壁、180°壁和360°壁)。在这些壁中，360°壁是对外磁场最稳定的配置。按照本发明一个特别有利的方案，在磁性层结构中产生和存储360°壁。
当磁场在本发明的传感元件旁边运动经过(或相反)时，由于该传感元件的几何形状和磁性特性而在其磁性层结构内部产生一个畴壁。在磁场转过一转后，该畴壁构成一个360°壁。该360°壁内部的磁化的旋转方向跟随磁场相对于传感元件的旋转方向。如果磁场反向旋转，则构成一个旋转方向同样相反的360°壁。
如已经提到过的，在本发明的该优选方案中，如果磁场绕传感元件(或相反)转过一次，则在传感元件中产生和存储一个360°壁。这表示，在该解决方案中，当一个例如设置有合适的永磁体的转向轴转过一转后，在传感元件中刚好产生和存储一个360°壁。
为产生和保持或存储该畴壁不需要能量供应。必要的只是一个足够大的磁场、传感元件至少局部的合适的几何形状和合适的磁性特性。
在本发明的一个有利改进中，传感元件这样构造它可存储一个以上的360°壁。由此可以连续地对例如转向轴的旋转在传感元件中产生和存储相应多的360°壁。如已提到过的，如果磁场反向旋转，构成一个360°壁，它的旋转方向同样相反。具有相反转向的360°壁在它们相遇时相互抵消。
通过本发明传感元件的几何结构和磁性能可以保证，反向旋转的360°壁相遇并从而相互消除。通过这种特性可以为本发明传感元件配置一个零位，从该零位出发它可以向左和向右对转数计数。该传感元件记录所有的转，但总是只对当前保留下来的转数计数。这表示，本发明传感元件始终具有向右转数减去向左转数的差值。例如，在该传感元件中，在向右四转后接着又向左三转，则存储向右一转的刚好一个360°壁，它表明转向轴相对于零位的当前转数。
为了产生和存储磁化的改变，特别是360°壁的改变，不需要能量供应。这样，在能量供应中断的情况下也不会影响对例如轴向轴的转数的记录和计数。本发明传感元件在能量供应中断期间仍然对转数计数。有些情况下在能量供应中断时不能读出当前转数。但一旦能量供应在中断后恢复，可以不用其它措施就由传感元件读出当前转数。
如已经提到的，所存储的磁化变化表明传感元件的特性变化。为了识别或测量这种特性变化并从而读出传感元件，本发明优选方案使用了传感元件的电阻。
已知有磁阻效应的材料和多层结造，其中，磁化的变化会引起相当大从而可很好地测量的电阻变化。特别优选具有巨磁电阻(GMR)效应或隧道磁电阻(TMR)效应的层堆。这些层堆的特征是两个磁性层或层堆，它们当中一个磁性软，另一个磁性硬，它们通过一个非磁性的金属层(GMR效应)或一个绝缘层(TMR效应)相互分开。磁性软的层的磁化通过外磁场改变，而硬磁性层的磁化保持不变。为了使硬磁性层的磁性很硬，可以使它与一个反铁磁性的层或一个合成反铁磁体或铁氧体接触。
在GMR效应和TMR效应中，电阻取决于两个磁性层相互间的磁化方向。当磁化平行时电阻最小，而当磁化反极性平行时电阻最大。其原因是在这些材料中电子自旋相关的发散，因此这样的层堆也被称为自旋阀(Spinventile)。由此引起的磁阻效应电阻在典型的GMR系统中可达例如10％，在典型的TMR系统中可达40％。
本发明优选解决方案使用一个基于GMR效应或TMR效应的自旋阀作为磁性结构。由此，通过外磁场旋转在传感元件中引起的磁化变化、例如一个360°壁，被转换成一个可以很好地测量的电阻变化。
该电阻可以通过一个相应的电路直接或间接求得。求得的电阻或一个由它导出的参数则相应于例如转向轴所转过的转数。如果为了求得该电阻或由它导出的参数需要能量供应，如已经提到过的，则在供能中断时不能求出该转数。但在供能中断之后，对电阻或由它导出的参数的求出不需要任何附加措施立即又得到正确的、当前的转数。
在本发明的一个有利方案中，传感元件具有一个壁发生器和一个壁存储器。在此，壁发生器负责畴壁、特别是360°壁的产生，壁存储器负责存储所产生的壁。
特别有利的是，壁发生器这样构造使得壁发生器中的磁化方向能够容易地跟随一个运动的外磁场。壁发生器优选呈圆形构造。此外特别有利的是，壁存储器这样构造使得壁存储器中的磁化方向几乎不会由于运动的外磁场而旋转。壁发生器优选长形地被构造。
在本发明的一个特别有利方案中，壁存储器向离开壁发生器方向楔形地变细。这能够由于壁长度缩短而使能量最小，使得当前形成的360°壁朝向壁存储器的尖部运动。
在本发明的一个有利方案中，壁存储器具有一个收缩部，至少一个壁可定位在其中。该定位基于壁长度的缩短和由此达到的能量获得而实现。变换地，该收缩部也可以这样窄，使得畴壁定位在收缩部的前面，就是说，磁化在收缩部内部不旋转。上面提到过的壁发生器的楔形形状有助于此。
本发明的一个特别有利的方案规定，为要计数的每一转在壁存储器中设置刚好一个合适地确定尺寸的收缩部，刚好一个畴壁定位在该收缩部中。这些收缩部这样构型如果该收缩部未被一个壁占据，则当前形成的畴壁可以移动穿过。
本发明另一个有利的方案规定，代替收缩部，壁存储器具有具有至少一个有目的地设置的、限制在局部的磁性能改变。通过这些改变可达到，这些壁有利地被固定在这些改变的位置上。
本发明另一个特别有利的方案规定，将一个或多个收缩部和一个或多个局部改变组合，用于这个/这些壁的定位。
在本发明另一个有利方案中，壁存储器具有两个触头。通过这两个触头可以特别是通过测量电阻求得存储在壁存储器中的壁的数量。
有利的是，这些触头这样安置所有的最多地位于或者说定位在壁存储器中的壁位于这些触头之间，同时，触头之间不被畴壁填充的区域最小。由此可以保证，在求得存储在壁存储器中的壁的数量时实际上也感测了所有存在于那里的壁，并且，测量信号尽可能大。
本发明另一个有利的方案规定，将上述方案组合，使得对于要计数的每一转在壁存储器中设置刚好一个合适地确定尺寸的收缩部和/或改变，刚好一个畴壁定位在该收缩部和/或改变中，并且，每个收缩部和/或改变的侧面有至少一个触头，使得可以单一地读出每个定位位置。该方案可以实现高的测量信号和被计数的转数的一定程度上的数字存储器。
本发明的一个特别有利的方案规定，对壁存储器屏蔽在壁发生器中引起磁化变化的外磁场。通过屏蔽达到，壁存储器中的这些壁只能由于壁存储器的几何形状和磁特性以及壁发生器中的磁化的影响而运动。
有利的方案规定，该屏蔽通过壁发生器上方的至少一个磁性层实现。
按照本发明的变换方案，代替畴壁，特别是代替360°壁，存储不同的磁化装置、例如不同大小的反复磁化的面，它们可以确定地与旋转相对应。
为了求得转数，特别有利的是，电路具有一个带有四个传感元件的惠斯顿电桥。按此方式以很小的费用达到高的精度。
本发明的传感元件和本发明的转数计数器特别有利地应用在机动车中。
本发明的其它特征、应用可能性和优点从下面对在附图中描述的本发明实施例的说明中得到。在此，所有说明的或描述的特征自身或者以任意组合形成本发明的主题，不取决于它们在权利要求或其引用关系中的组合形式，并且不取决于它们在说明书及附图中的撰写表述及图示。
本发明实施例
图1表示带有三个本发明传感元件的转数计数器的一个实施例的的示意俯视图，图2a和2b表示图1所示传感元件的示意横剖面，图3表示图2所示传感元件的示意俯视图，图4表示在图2所示传感元件的一个所谓360壁内的磁化示意图，图5a和5b表示用于图1所示传感元件的电路的示意性的实施例方框图，图6和7表示图1所示传感元件的变换实施例的示意俯视图。
在图1中示出一个转数计数器10，它具有三个位置固定的传感元件11和一个转子12，该转子带有两个彼此相邻地安置在它上面的永磁体13。转子12可绕一轴线14转动。这些传感元件11相互以一个例如约120度的角度安置。这些传感元件11与转子12这样相配，使得在转子12转动时永磁体13的磁场从传感元件11旁运动经过并被每个传感元件11感测到。
该转数计数器10被设计得用于通过传感元件11无接触地计数转子12的例如直至10转(或者两个方向各5转)的转数。如已经说明过的，该转数计数可以不用外部能量供应。
三个传感元件11相同地构成。因此下面只对这些传感元件11中的一个进行说明。
显然，在图1所示的转数计数器10中也可以将永磁体13位置固定地安置而使三个传感元件11可绕轴线14转动，这样，在这种情况下永磁体13的磁场也从传感元件11旁经过。
传感元件11对转数的计数通过充分利用巨磁电阻效应(GMR)和隧道磁电阻效应(TMR)实现。代替地也可以借助磁光学方法和/或磁致伸缩方法来检测由传感元件11计数的转数数目。
图2a表示传感元件11的一种根据本发明的层结构20，它使用GMR效应来读出所计数的转数。一个软磁层21通过一个薄的非磁性金属层22与一个硬磁层23分开。硬磁层23上的一个反铁磁性层24用于使该硬磁层的磁性更加硬。这表示，与软磁性层21的磁化相反，硬磁性层23中的磁化不会由于永磁体13的磁场而改变。在层24上有一个接触层25，在它上面安置了两个触头26。测量电流在两个触头26之间垂直和水平地流过整个层结构20，即流过层21，22，23，24和25。
图2b表示传感元件11的一个根据本发明的层结构20′，它使用TMR效应来读出所计数的转数。与图2a相比发生了以下变化。非磁性的金属层22被一个绝缘层22′取代，该绝缘层形成一个隧道阻挡层。两个触头26中的一个被一个触头26′取代。该触头26′或者直接位于软磁性层21上面(未示出)，或者优选位于软磁性层21上的一个接触层25′上。就是说，为了安置触头26′，必须将层堆20′局部腐蚀，直至软磁性层21。这最好在一个侧面区域中进行。测量电流例如通过触头26垂直地流过层25，24(反铁磁性层)，23(硬磁性层)，22′(隧道阻挡层)，流到软磁性层21，以便接着水平地流到接触层25′以及触头26′。
如还要解释的那样，触头26，26′可被包含在一个绝缘层27中，该绝缘层被一个覆盖层28覆盖。
整个层结构20，20′可以例如被施加在一个(氧化的)硅衬底上。这样的层结构20，20′也被称作自旋阀。
在图3中以俯视图表示出传感元件11的一个根据本发明的几何构型。该传感元件11具有一个长形的、指针状的构型30并且相对于一个(未示出的)纵轴线镜像对称地构造。
在图3的左边区域中，传感元件11具有一个壁发生器31。该壁发生器在图3中呈圆形地被构造，但也可以呈八边形或者很普通的多边形构型。在壁发生器31的区域内没有覆盖层28。
由于壁发生器31的构型和大小，它的磁化方向可以容易地跟随永磁体13的运动的外磁场。这在图3的壁发生器31中特别是通过其圆形的构造来实现。
在壁发生器31上通过一个倒圆的过渡段连接着一个壁存储器32，它长而且窄地被构造。由于壁存储器32的这种构型和由此而来的形状各向异性，壁存储器32内部的磁化几乎不由于永磁体13的运动的外磁场而旋转。
在壁存储器32的区域内有覆盖层28。通过覆盖层28进一步减少了磁场的影响。在此可以涉及一个例如用坡莫合金制成的磁屏蔽层。
壁存储器32具有一个收缩部33，它大致位于触头26之间的中间区域。壁存储器32的前部34楔形地逐渐变细，直到该收缩部33。在收缩部33的后面有该壁存储器的一个窄的尖部35。尖部35被这样构造，使得它的磁化例如由于形状各向异性而不变化。由于壁存储器32的这种形状，畴壁的位置被确定在触头26之间的收缩部33内部。这在图3中通过四个所谓的360°壁40表示出来。
可以取代收缩部33设置壁存储器32的一个或多个有目的地设入的、限制在局部的磁性能变化，以便以此方式实现壁40的位置确定。为此可以特别是这样局部改变软磁性层的磁性能，使得壁40优选地被固定在这些位置上。这些磁性能变化可以例如是孔穴、有目的的局部添加物或者例如通过用激光射线在层结构20的至少一个层中局部加热来操控单个晶粒或晶数界限。
按照优选构造，在软磁性层或者层结构20的上面和/或下面和/或旁边设置了至少一个限制在局部的硬磁性层，例如作为横向于壁存储器32的窄条。这个/这些壁40的位置确定以壁存储器的软磁性层与硬磁性层的限制在局部的相互作用为基础。
这种360°壁40通过永磁体13在转子12上的反向布置实现。如果这些永磁体13例如沿顺时针方向从传感元件11旁运动经过，则第一磁体在软磁性层21中产生一个180°壁，该壁由于传感元件11的形状而被转移到壁存储器32中并在那里转移到收缩部33中。第二磁体在软磁性层21中产生相反的、具有相同旋转方向的第二个180°壁，它也被转移到收缩部33中。由于这两个180°壁在空间上紧密地相邻，它们构成360°壁40中的一个。
在图4中示意地表示了磁化方向的这种360°旋转。那里示出的箭头表示360°壁40中的相关部分中的磁化方向。360°壁40的宽度只有几个10nm-100nm，也就是说，只有几十至100个晶粒。长度取决于壁存储器32的宽度。
由于楔形形状，360°壁40可以缩短其长度，从而减少其能量。因此，壁存储器32的前部34的楔形形状将360°壁40转移到收缩部33中。这样，对于360°壁40，将位置确定在收缩部33内部在能量方面具有最佳效果。相反，对于360°壁40，位于壁发生器31中不是最佳情况。
由此，每个360°壁40自动从壁发生器31经过楔形部分34向壁存储器32运动并且在那里大致停留在收缩部33中。这是基于360°壁40所经过的相应能量状态进行的。在此，该360°壁40在壁发生器31的区域内比在壁存储器32的区域内具有更大的能量。该360°壁40在收缩部33的区域内具有最小能量。
尖部35对于360°壁40是一个阻碍，它的作用是，使360°壁40不可向前移动并在那里被消除。因此，如已经提到过的，360°壁40总的来说从壁发生器31移动到壁存储器32的收缩部33中并保持在那里。
这样，在永磁体13从传感元件11旁边运动经过之后，传感元件11的磁化已经发生了保留下来的改变，具体说在壁存储器32的收缩部33的区域内。这表示了传感元件的特性变化，从而表示了传感元件11中的磁化的改变被存储。
在图3中，在壁存储器32的收缩部33中举例示出总共四个这样的360°壁40。在此，这四个360°壁例如由转子12沿顺时针方向的四个彼此相继的转动产生。
在图3中每个被定位在壁存储器32的收缩部33中的360°壁40各引起在图3的触头26之间可测得的一次电阻的变化。收缩部33中的360°壁40越多，电阻变化越大，其中，每个360°壁40使电阻改变约相同的量。
由于特别是通过收缩部33中的一个360°壁40发生的反复磁化而产生的电阻变化反映出具有GMR效应或TMR效应的自旋阀的特征并且只以磁化方向在自旋阀中的布置为基础。自旋阀的软磁性层21中的磁化变化不要求能量供应。要求的只是运动经过的永磁体13有足够大的磁场。
只有电阻测量和由此读出所计数的转数在电阻测量时间段上要求能量供应，其方式是例如对触头26施加电压。由此可以直接地或者间接地求得触头26之间的电阻。由于GMR效应或TMR效应，由360°壁40引起的电阻变化足够大，使得转子12的每一次转动可以被记录。由该电阻则可以推断出收缩部33中的360°壁40的数量。这些壁的数量最终和转子12在顺时针方向上的转动数量相对应。
如果转子12在逆时针方向转动，则产生一个壁40′(未示出)，它的磁化与壁40相比反向旋转。壁40′和壁40完全一样地被转移到壁存储器32的收缩部33中。在那里壁40′与已存在的壁40相遇。对应的壁40和40′的相反旋向导致壁40和40′相互抵消。由此，转子12在相反方向上的旋转也被考虑在收缩部33中已存在的壁40的数量中。这样，触头26之间的电阻相应变化，使得可以测量和求出转子12在相反方向上的旋转。
如果在壁存储器32的收缩部33中不存在壁40并且由于转子12在逆时针方向的一次转动产生一个壁40′，则该壁40′如结合壁40已经解释过的那样被存储在壁存储器32中。这样，在逆时针方向进行的转动又可通过电阻被测量到。在顺时针方向的转动则又导致壁40′被抵消，如已经相应说明过的那样。
在图5a中示出一个电路50，其中，一个印制导线51被置于传感元件11上方，电流I可流过该印制导线。电流I这样选择使得由它产生的磁场阻止安置在导线51下面的传感元件11建立360°壁40。带有永磁体13的转子12此时可以转过任意转数，这不会导致在传感元件11中、从而在转数计数器10中计数。这种措施可以特别是在制造传感元件11或转数计数器10之时或之后或者在安装转数计数器10后初始化之时使用。
在图5b中表示出一个电路55，其中，两个印制导线56，57成一个约90度的角度被设置于传感元件11上方。电流可以流过两个印制导线56，57，这些电流共同产生一个旋转磁场。由此可以借助所述电流在传感元件11中产生360°壁40，而为此不需要转子12带着永磁体13旋转。该电路也可以特别是在安装转数计数器10后为了将其调整到所希望的计数器读数而使用。
在图6中示出一个传感元件60，它表示图3所示传感元件11的一个变换实施例。在图6的传感元件60中有一个尖部61，它以长形的、薄的条构成。由此避免了360°壁40在尖部61的区域中丢失的可能性。
此外，在图6的传感元件60中在壁发生器31与壁存储器32之间有一个条状的空隙62。该空隙62可以被由壁发生器31产生的磁性的杂散场跨越，这样，以和已经说明过的相同的方式在壁存储器32中形成360°壁40。
在图7中示出一个传感元件70，它是图3的传感元件11的一个扩展。图7的传感元件70具有一个单个的壁发生器71，它相应于图3的壁发生器31。但图7的壁发生器71分配了三个壁存储器72，73，74。这些壁存储器例如相互各成一个约120度的角度布置。图7的壁存储器72，73，74相应于图3的壁存储器32并且相同地被构造。
在永磁体13旋转一次时，彼此相继的360°壁40被存储入三个壁存储器72，73，74中。这样，在转子12带着永磁体13每次旋转后，所有三个壁存储器72，73，74具有相同的计数器读数。这种冗余可以用来识别有故障的壁存储器72，73，74。这样可以始终将由三个壁存储器72，73，74中的至少两个所显示的那个计数器读数识别为正确的。
在图1中示出三个传感元件11，永磁体13从它们旁边运动经过。这样总是可以由一个求值装置准确推断三个传感元件11中刚好由永磁体13从旁边运动经过的那一个。以此方式可以实现，不会从刚好由永磁体13从旁边运动经过的那个传感元件11中读出错误的计数。换句话说，保证了始终只在各个传感元件11没有由于运动经过的永磁体13受到干扰时进行对三个传感元件11的求值。
在其中各个传感元件11必须被选除的对应角度区域可以预先确定。在转数计数器10运行中可以由一个角度传感器测量这些角度区域，从而加以考虑。这种角度传感器通常例如与机动车的转向轴相关地存在。
当三个传感元件11中的一个被选除时，对应的当前转数可以借助另两个传感元件11求出。在此可以借助将所有三个传感元件11所求出的转数进行比较来识别有故障的传感元件11。
也可以使用多个这样的传感元件的组合连接来代替在图1至7中示出的单个传感元件11，60，70。这样，可以将四个传感元件11，60，70连接成一个惠斯顿电桥。图1的转数计数器10就具有了三个这样的惠斯顿电桥，它们各具有四个传感元件。
为了能够对两个方向上的转数计数，并且为了能够明确地区别向右旋转和向左旋转，有利的是，有目的地使这些惠斯顿电桥失谐。为了这些惠斯顿电桥的失谐，存在以下优选方案。
在惠斯顿电桥的四个传感元件中可以最多计数2n转。在每个传感元件中存储n转作为起动配置，其中，两个对角地相对的传感元件的旋转方向是向左，另两个对角地相对的传感元件的旋转方向是向右。由于所存储的这些360°壁的磁阻效应的附加电阻很大程度上相同并且不依赖于壁的旋转方向，在这种情况下这些电桥是平衡的。在每个传感元件中由外磁场引起的磁化改变以相同的旋转方向进行。附加一个360°壁使所有传感元件中的电阻相同地变化。在此电桥的失谐由此发生在两个对角相对的传感元件中每转各附加一个360°壁，在另两个传感元件中各去除一个360°壁。去除一个壁通过使两个具有不同旋转方向的壁相遇来实现，由此它们相互抵消。在向右一转之后，在两个对角相对的传感元件中存储n+1个具有向右转向的360°壁，在另两个传感元件中存储n-1个具有向左转向的360°壁。这样，该电桥失谐两个360°壁的电阻差。在向左转一周时电阻差是一样的，但失谐的电桥中的电位差具有不同的符号，因为附加和去除正好相反。这就是说，可明确区别向左和向右计数的转数。可计的最大转数是n，其中，在两个对角相对的传感元件中存储的360°壁的数量从n到2n向上计，在另两个传感元件中从n到0向下计。
在根据本发明的另一方案中在电桥的四个传感元件中可以最多计数2n转。作为起动配置在每个传感元件中存储具有相同旋转方向的n转。由外磁场引起的磁化变化对于两个对角相对的传感元件以向右的旋转方向进行，对于另两个对角相对的传感元件以向左的旋转方向进行。附加一个360°壁使所有传感元件中的电阻相同地变化。由此，每转在两个对角相对的传感元件中各附加一个360°壁，另两个传感元件中各去除一个360°壁。
在另一方案中可以在传感元件中计数最多n转。在每个传感元件中不存储转数作为起动配置。在两个对角相对的传感元件中，对转数的计数使这些传感元件中的电阻增高，而在另两个对角相对的传感元件中对转数的计数使电阻降低。为此要求将GMR系统或TMR系统中的两个磁性层或者层堆的磁化定向调整成对于一个半桥平行，对于另一个半桥不平行。这种方案的优点是，为了存储最大n个转，只为360°壁设置n个存储位置，代替2n个存储位置。这样，每360°壁的相对电阻变化比在其它两种方案中更大，从而测量信号更大。
为了能够调节上述起动配置，优选方案设置了一个或多个被置于传感元件、特别是壁发生器上方的印制导线。这些印制导线最终相应于结合图5a和5b解释过的印制导线51，56，57。通过这些印制导线可以借助电流或电流脉冲产生在需要的情况下旋转的磁场，这些磁场只在对应的传感元件中作为转数被计数，它们不改变惠斯顿电桥的相邻传感元件中的磁化。这样，例如起动配置的360°壁的相应数目被记录到借助360°壁的数目对转数进行计数的传感元件中。特别有利的方案设置了各两个十字交叉的印制导线在壁发生器上方，以便简单地产生旋转磁场。
这些有利方案随时允许将本发明传感元件以及转数计数器复位到起动配置中，例如当它承受高的干扰场时。
代替在图1中示出的转数计数器10，传感元件11或它的变型60，70或它们的组合连接也可以用在直线的或弯曲的位移传感器中，在这些传感器中例如存在等间距的一个或多个永磁体。在这种情况下，在运动经过时在传感元件中分别存储一个360°壁，其中，这些壁的数量表明位置。
权利要求
1.传感元件(11)，特别是用于转数计数器(10)的传感元件，其中，一个磁场可在该传感元件(11)旁边运动经过(或相反)，并且，该传感元件(11)具有一个层结构(20)和一个构型(30)，该构型在没有能量供应的情况下适合于当该磁场在该传感元件(11)旁边运动经过时在该传感元件(11)中引起磁化的一个变化以及存储多个这样的变化。
2.根据权利要求1的传感元件(11)，其中当该磁场在该传感元件(11)旁边运动经过时，在该传感元件(11)中形成一个畴壁、特别是一个360°壁(40)，并且，其中在该传感元件(11)中可存储多个畴壁、特别是360°壁(40)。
3.根据权利要求1或2的传感元件(11)，其中该层结构(20)具有从下面起或从上面起上下叠置的至少一个软磁性层(21)、至少一个非磁性的金属层(22)或至少一个绝缘层(22′)和至少一个硬磁性层(23)。
4.根据权利要求3的传感元件(11)，其中在该最上面或最下面的硬磁性层(23)之后或者接着是至少一个反铁磁性的层(24)，或者接着是至少一个非磁性的金属层和至少一个硬磁性层，它们与该硬磁性层(23)共同构成一个合成的反铁磁体，或者优选接着是至少一个非磁性的金属层和至少一个硬磁性层以及至少一个反铁磁性的层(24)，该金属层和该硬磁性层与该硬磁性层(23)共同构成一个合成的反铁磁体。
5.根据权利要求1至4之一的传感元件(11)，其中该传感元件(11)具有至少一个被称为壁发生器(31)的第一区域和至少一个被称为壁存储器(32)的第二区域。
6.根据权利要求5的传感元件(11)，其中该壁发生器(31)被这样构造，使该壁发生器(31)中的磁化能够容易地跟随该运动的磁场。
7.根据权利要求5或6的传感元件(11)，其中该壁发生器(31)基本呈圆形地被构造。
8.根据权利要求5至7之一的传感元件(11)，其中该壁存储器(32)被这样构造，使该壁存储器(32)中的磁化基本不通过该运动的磁场而改变。
9.根据权利要求8的传感元件(11)，其中该壁存储器(32)长形地被构造，特别是呈楔形地被构造。
10.根据权利要求8或9的传感元件(11)，其中该壁存储器(32)具有至少一个收缩部(33)，特别是对要计数的每一转具有一个收缩部(33)。
11.根据权利要求8或9或根据权利要求10的传感元件(11)，其中该壁存储器(32)特别是对要计数的每一转具有至少一个有目的地设置的、限制在局部的磁性能变化。
12.根据权利要求11的传感元件(11)，其中设置至少一个限制在局部的硬磁性层，以引起该壁存储器(32)的限制在局部的磁性能变化。
13.根据权利要求8至12之一的传感元件(11)，其中该壁存储器(32)具有至少两个触头(26，26′)。
14.根据权利要求10或11的传感元件(11)，其中该壁存储器(32)在每个收缩部(33)和/或每个限制在局部的改变具有两个触头(26，26′)。
15.根据权利要求13和10和/或11中一项的传感元件(11)，其中该收缩部(33)和/或该改变位于所述触头(26，26′)之间的大致中间。
16.根据权利要求5至15之一的传感元件(11)，其中该壁发生器(31)借助一个楔形的部分(34)过渡到该壁存储器(32)中。
17.根据权利要求5至16之一的传感元件(11)，其中该壁存储器(32)设置有一个尖部(35)、特别是一个以长形的条构造的尖部(61)。
18.根据权利要求5至17之一的传感元件(11)，其中该壁存储器(32)被一个覆盖层(28)覆盖，特别是被一个磁屏蔽层、特别是一个坡莫合金层覆盖。
19.根据权利要求5至18之一的传感元件(11)，其中为一个单个的壁发生器(71)配置多个壁存储器(72，73，73)。
20.根据权利要求1至19之一的传感元件(11)，其中至少一个电的印制导线(51；56，57)被设置在该传感元件(11)上方。
21.根据前述权利要求之一的传感元件(11)，其中可借助巨磁电阻(GMR)效应和/或隧道磁电阻(TMR)效应和/或磁光学方法和/或磁致伸缩方法求得磁化的这些所存储的变化的数量。
22.根据权利要求13，14，15之一和21的传感元件(11)，其中这些触头(26，26′)之间的电阻根据该磁化的所存储的变化的数量而改变。
23.惠斯顿电桥，其特征在于它使用了四个根据权利要求1至22之一的传感元件(11)。
24.转数计数器(10)，其特征在于它使用了一个根据权利要求1至22之一的传感元件或一个根据权利要求23的惠斯顿电桥。
25.根据权利要求24的转数计数器(10)，其中该磁场可由一个、特别是由两个永磁体(13)产生。
26.根据权利要求24或25的转数计数器(10)，其中设置了多个传感元件(11)，它们以大致相同的相互的角间距被安置，及该磁场可从它们旁边运动经过。
27.根据权利要求24至26之一的转数计数器(10)，其特征在于它被应用在机动车中，其中，该磁场特别是与机动车的一个转向轴耦合。
全文摘要
传感元件(11)，特别是用于转数计数器(10)，其中，一个磁场可在该传感元件旁边运动经过(或相反)，并且，该传感元件(11)具有一个层结构(20)和一个构型(30)，该构型在没有能量供应的情况下适合于当磁场在传感元件(11)旁边运动经过时在该传感元件(11)中引起磁化的变化以及存储多个这样的变化。
文档编号G01D5/12GK1695044SQ03824818
公开日2005年11月9日 申请日期2003年5月30日 优先权日2002年8月30日
发明者恩斯特·哈尔德, 罗兰·马泰斯, 马尔科·迪格尔, 克劳斯·施滕贝克 申请人:霍斯特·西德勒两合公司