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专利名称：用于位置测量的磁编码器元件的制作方法
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) 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�。�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6其符号。


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(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示出根据本发明的一个示例的编码器元件的磁性
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�。�则结果磁化脱离易磁化轴旋转， 这导致该带的欧姆电阻的变化。因此，传感器对垂直于易磁化轴(其位于y方向上)的平 面内磁场分量敏感。在图2a中示出该效果。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。这种磁化翻转必然伴有劣化位置测量的磁阻传感 器20的宏观电阻Rsensm中的不连续性(例如突然变化)。在图2b中示出了该磁化的翻转。 在图3中示出了由磁场Hy的零交叉引起的传感器电阻Rsensm中的不连续性。应该指出，对 于不期望的磁化翻转，这足以使磁化矢量的y分量从正值变成负值(或者反过来)。就观察 传感器电阻中的不期望的不连续性来说，磁化矢量的完全反转不是必需的。此外，当编码器 在χ方向上运动时，场分量Hx和Hy正交，这产生旋转的平面内磁场矢量H = {Hx，Ηγ}，其引 起MR传感器的薄磁层中的磁化的连续翻转。如上文中所提到的那样，在MR传感器被布置在编码器元件10的对称平面(x-z平 面)中的理想对称测量装置中，由编码器元件10的永磁体生成的外部磁场的y分量应该是 零，如在图4的图表中所示出的那样。然而，如果传感器元件远离对称平面而定位在位置 y兴0处(这有可能是因装配公差引起的情况)，横向磁场分量Hy也以交变的正弦方式变化 (参见图4)。当磁场分量Hy的零交叉出现时，有可能出现磁场翻转(参见图2b)。这一问 题进一步由实际中使用的大多数编码器元件中存在的所谓标准区(index zone)(还参见图5至图9，标准区14)而加强。在该标准区内，磁化段比编码器元件10的其余部分中的磁化 段更宽，以便得到零基准。在该标准区内，横向磁场分量Hy的幅度甚至更大，这使得甚至更 有可能产生零交叉。如果在编码器元件10的标准区通过MR传感器时出现磁化翻转，则可 以检测到不恰当地呈现下面的测量破坏的零基准。图4示出通过MR传感器如何“看到”标 准区。中间的峰值是标准区的指示。请注意，在图4的图表中使用磁通量密度B，而不是磁 场强度H。然而，这仅导致图表的纵轴的缩放，因为B= μ ClHh0是真空磁导率)。为了避免不期望的磁化翻转，编码器元件10应该被设计成使得垂直于运动方向 (X方向)的横向方向(y方向)上的磁场Hy总为正或总为负，并且不会改变符号。也就是 说，当编码器元件运动时，由编码器元件提供的剩余磁化的梯度使得所得到的场传感器的 敏感部分中的磁场包括垂直于运动方向的场分量，该场分量沿着第一方向不改变其符号。为了克服上述问题，根据本发明的一个示例可以如图5所示出的那样修改典型的 磁性北极-南极-图案(参见图1)。在图fe(以及下面的图)中，在顶视图中描绘具有一 个轨道的磁性编码器元件(即如当相对ζ方向观看时所看到的那样)。χ轴上的位置代表 编码器元件的位移(例如以毫米或以度数为单位测量的)。图恥示出代表磁性图沿着运 动方向(χ方向)的磁化的剩余磁化矢量M= {0,0, Mz (χ)}的一个示例。在该示例中，磁化 Mz(X)仅在ζ方向上被指示并且是位置的函数。简言之，图5的编码器元件包括第一轨道 15，其包括沿着第一方向提供磁性图的材料。因此，磁性图由该材料的剩余磁化矢量形成， 由此所述剩余磁化矢量具有取决于沿着第一方向(即运动方向，χ方向)的位置的可变幅 度，并且基本上指向一个方向(例如ζ方向)且沿着第一方向不改变其取向。事实上，这意 味着传感器仅在第一轨道15的磁性图上“看到”北极极点或南极极点，其中剩余磁化礼的 强度沿着χ方向变化，以便调制MR传感器输出信号。为了在移动编码器元件时得到传感器输出的大调制，第一轨道15的磁性图可以 包括沿着第一方向的多个连续的第一和第二段11、12，其中剩余磁化礼在第一段11中为低 (由图恥中的磁化Mot表示)或者基本上为零，并且在第二段12中具有高(正或负)幅度 (在图恥中由磁化Mmax表示)。第一和第二段彼此邻接，其中第一段跟随第二段等等。仅 在标准区14中，两个或更多个(在图5的示例中为三个)第一段跟随同等数目的第二段以 提供零基准。根据限定，χ坐标在标准区中间为零。第一和第二段的长度L可以相等。对 于编码器轮的情况，一个段通常覆盖超过3° (π/60弧度)的圆周。在本示例中，应该平行 于ζ方向(即垂直于第一轨道15以及因此第一和第二段位于其中的平面)来定向剩余磁 化矢量。随后在下面的文本中给出所提到的对磁化方向的选择的原因。更一般地，可以通过限定剩余磁化的阈值水平Mth来区别第一和第二段。因此，在 第一段11中，剩余磁化低于阈值Μτη(即Mz < Mth)，并且在第二段12中，剩余磁化高于阈值 Mth(即Mz > Mth)。在图5c中示出了这一情况。只是为了给出一个示例，阈值可被设置成 μ。ΜΤΗ = 50mT(毫特斯拉)。在图恥的示例中，第一段11中的磁化(用真空磁导率度 量)大约是10mT，并且第二段中的磁化达到y(lMmx 150mT。实质的测量是第一和第二段 中剩余磁化水平的差异；磁化的差异越大，传感器输出端处的动力就越大。然而，这对将第 一段中的磁化设置成第二段中的磁化的大约百分之10到30 (而不是零)有帮助，以便实现 更均质的磁场。根据图恥，这一关系将被写成Mot^ (0.1... 0.3) .Mmaxo可以通过将第一 和第二段磁化到高的剩余磁化水平，并且然后选择性地对第一段去磁化来制造这些段。因为难以精确地将它们去磁化成零，所以将目标值选成稍稍大于零是有用的(例如如上文中 所提到的那样为最大磁化的百分之10)，以使得尽管存在不可避免的制造公差，但是在所有 情况下避免了磁化符号(即取向)的变化。应该指出，上述内容适用于本发明的所有示例 并且在第一段中Mot没必要为零，而是可以被设置成在传感器输出端处产生足够动力的任 何低值(与第二段中的磁化值相比)。图5d和图5e示出了图5a的磁性图的稍稍修改，其中当以顶视图描绘时第一和第 二段11、12基本上具有矩形形状。如在图5d和5e中示出的那样，第一和第二段11、12还 可具有偏菱形或梯形的形状。然而，实际形状仍可根据利用其来产生磁性段的工具而变化。 第一和第二段的尺度不必在移动方向(χ方向)上具有相同的尺度(长度L)，并且也不必在 横向方向(y方向)上具有相同的尺度(宽度W)。上述修改还适用于下文中关于下面附图 进一步描述的示例。对于具有在如图5中所示出的磁性图的编码器元件(特别是编码器轮)，可以防止 传感器的MR层中的磁化翻转，尤其在敏感的MR传感器元件(例如GMR带)被定位成离沿 着移动方向延伸的对称平面(x-z平面)有小的偏移并且垂直于由第一轨道15限定的平面 (x-y平面)的情况下。实际的偏移值可以从0. Imm变到几毫米(例如3mm)，这取决于总测 量系统的实际尺度。要注意，MR传感器10的位置被限定成传感器芯片内的敏感磁阻层的 质心(centroid)的位置。图6示出编码器元件设计的另一示例。因此，除了在图5中所示出的第一轨道15 之外，本示例还包括第二轨道16，其具有沿着第一方向提供磁性图的材料。该第二轨道16 的磁性图也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。然而，第一轨道的剩余磁化矢量和第二轨道的剩余磁化矢量基本上被反平行地定 向，并且沿着第一方向不改变它们的取向。此外，第一和第二轨道的磁性图相对于彼此关于 第一方向移位。该移位不应该太小。它等于例如一个段的长度L。然而，该理想值的偏差是 可允许的并且因此该移位可以在从L/2到3L/2的范围内。如果相对移位太小(或太大)， 则具有低(或零)磁化的第一轨道的第一段11以及第二轨道的第一段11几乎并排定位， 这在MR传感器层中产生低的横向磁场Hy ’力图避免这种情况。如在图5a中所示出的那样，两个轨道可以被布置成彼此并排并且彼此直接邻接。 因此，两个轨道15和16的磁性图可以被实现为一个承载两个轨道的单个塑料带上的塑料 结合的磁体。在图6a中示出的这种情况还被比喻性地称为“拉链(zip)图案”。如已经关于图5所讨论的那样，第二轨道16的磁性图还可以包括沿着第一方向的 第一和第二段11、12，其中剩余磁化礼在第一段11中为低或基本上为零，并且在第二段12 中具有高幅度(然而与在第一轨道15中相反地取向)。此外，第二轨道16被设计成与第一 轨道15非常类似，以使得参考图5的上述描述也尽可能地可以应用于本示例。如在图6b中所示出的那样，两个轨道15和16不一定必须彼此邻接，而是还可以 彼此间隔开小的偏移dy。然而，这些轨道在编码器元件上保持彼此平行。最大可允许的偏 移dy通常取决于各种参数，特别取决于总测量系统的尺度。特别地，偏移dy应该保持小于 轨道15、16的宽度W。图6c示出了其中第二轨道16的第二段12的南极(S)磁化区域延伸 进入第一轨道的第一段11以及反过来的情况。作为段宽度W的一部分的部分重叠dy不是 一个问题，只要与宽度W相比该重叠dy是小的。例如，重叠dy应该保持小于段宽度W的一半。使用如图6中示出的磁编码器元件，MR传感器的敏感部分应该在_W15/2 < y < W16/2的范围内(如果我们假设轨道15具有宽度W15且轨道16具有宽度W16，并且原点y =0在这些轨道之间的中点处)。要注意，轨道15、16的宽度不必相等。在图7中示出根据本发明的磁编码器元件10的另一示例。在图7a中示出的该示 例性编码器元件10包括第一轨道15’，其包括沿着第一方向(X方向)提供磁性图的材料。 因此，该磁性图由第一剩余磁化矢量Mz形成(参见图7b)，所述第一剩余磁化矢量Mz具有 取决于沿着第一方向的位置的幅度，并且基本上指向一个方向，特别地如在上述先前示例 中那样指向ζ方向。然而，在本示例中，第一剩余磁化矢量Mz可以包括正和负磁化分量Mz， 并且如在图7b中所示出的那样，北极极点段11之后是南极极点段12’。除了第一磁化矢量Mz之外，磁性图还被第二剩余磁化矢量My叠加，所述第二剩余 磁化矢量My基本上指向垂直于移动方向的第二方向，并且沿着移动方向不改变其取向。在 图7的示例中，第二剩余磁化矢量My基本上位于x-y平面内。然而，不一定是这种情况。根 据MR传感器的取向，第二剩余磁化矢量My可以指向垂直于第一剩余磁化矢量Mz(如在图7b 中所示出的那样)。此外，例如，如在图7c中所示出的那样，沿着移动方向(χ方向)第二 剩余磁化矢量My可以是常数。换句话说，在横向方向(y方向)上的单极的(即不改变方 向)，特别是均勻的剩余磁化My叠加ζ方向上的交变N-S磁化Mz。如在上面的段落中所提到的那样，当使用传感器的不同取向时，第二剩余磁化矢 量可以平行地指向第一剩余磁化矢量，从而直接叠加第一磁化矢量Mz。在这种情况下，为了 表示的一致性，第二剩余磁化矢量更应该被表示为Mz’，而不是Μγ。如果第一和第二剩余磁 化矢量的绝对值是相等的(然而，其中第一剩余磁化矢量改变其取向而第二剩余磁化矢量 却不改变)，则该叠加(即Mz+Mz')产生与在图5中所示出的单极磁性图相同的结果。一般来说，第二剩余磁化矢量应该指向与编码器元件一起使用的XMR传感器的易 磁化轴的方向。在该一般情况下，为了表示的一致性，第二剩余磁化矢量可更确切地被表示 为Maa.(其中e.a.代表“易磁化轴”)，而不是仏或礼’。在图7的示例中，易磁化轴位于 χ-y平面中。然而，易磁化轴可指向任何方向并且仅取决于MR传感器的取向。在许多应用 中，易磁化轴等于y轴(如对于图7b的示例的情况)或ζ轴。如图7中所示出的与编码器元件10 —起使用的MR传感器可以被放置在第一轨道 15以上的对称平面(x-z平面)中或靠近第一轨道15以上的对称平面(x-z平面)，而不会 带来传感器20的磁敏感MR层中的磁化翻转的危险。根据本发明的另一示例(参见图8)，ζ方向上的交变N-S磁化Mz和横向方向上单 极磁化My的叠加可以被具有平行于第一轨道15’的磁化的单极磁化Mz的第二轨道16’代 替。因此，编码器元件10的第一轨道15’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Mz形成，所述剩余磁化矢量Mz具有取决于沿着移动方向(χ方向，参见图 8b)的位置的可变幅度，并且基本上指向一个方向(然而改变取向)，特别地平行于ζ方向。 编码器元件10还包括第二轨道16’，其与第一轨道并排布置并且包括沿着第一方向提供磁 性图的材料。该磁性图由沿与第一轨道的剩余磁化矢量相同的方向来取向但是沿着第一方 向不改变其取向的剩余磁化矢量形成。特别地，第二轨道16’中的剩余磁化Mz沿着移动方 向(χ方向，参见图8c)是均勻的。因此，具有剩余N磁化的各段形成梳状结构，如在图7a中看到的那样。当然，剩余磁化的取向可以在两个轨道中变化，从而反转所有磁场分量，而 不会改变其他任何东西。当前示例还可以被看作将图5的磁性图的磁化分解成放置于两个平行轨道上的 两个磁性图。第一轨道15’和第二轨道16’的剩余磁化的理论叠加可以产生图5中所示出 的磁性图。因此，可以得出结论，对于沿着χ方向的所有可能位置χ来说，第一轨道15’的 剩余磁化矢量和第二轨道16’的剩余磁化矢量的(理论)叠加(即矢量和)应该不会反转 其取向。也就是说，所述和的ζ分量应该总为正或总为负。第一轨道的磁性图包括沿着χ方向的第一和第二段11、12’，由此第一剩余磁化矢 量礼的取向与第一和第二段11、12’反平行。也就是说，沿着移动方向(χ方向)，z方向上 的磁化改变其符号。作为本发明的另一示例，图9示出类似图8的编码器元件10的另一磁编码器元件 10。除了图8的示例之外，编码器轮还可以包括与第一轨道15’并排布置的第三轨道17，以 使得第一轨道15’被第二轨道16’和第三轨道17包围。此外，第三轨道17包括沿着移动 方向U方向)提供磁性图的材料，由此该磁性图由与第二轨道的剩余磁化矢量反平行取向 但是沿着第一方向不改变其取向的剩余磁化矢量形成。因此，具有剩余S磁化的各段形成 第二梳状结构，其与如可以在图9a中看到的N磁化构成的梳状结构交错。特别地，第二轨 道16’和第三轨道17中的磁化Mz沿着移动方向可以是均勻的，但是被相反定向，即第二轨 道16’可以被均勻地N磁化，而第三轨道17可以被S磁化，并且中间的第一轨道15’是交 变磁化的N和S。沿着移动方向(例如沿着编码器轮10的周长)分布的永磁体的磁化通常主要沿 ζ方向磁化(即沿径向方向(对于编码器轮的情况)以及沿垂直于承载磁性图的线性编码 器元件的主表面的方向)。这已经在上文关于在图5至图9 (除了图7的示例)中所示出的所有示例被描述， 其中另外沿横向方向磁化磁性图。磁编码器元件10(它可以是编码器轮或线性编码器)通 常包括钢背(例如钢圈或钢板)，其不仅仅是为了机械稳定的目的。钢背通常是铁磁的、软 磁的，并且具有高磁导率。因此，钢背迫使磁通量线通过该钢背的表面，其垂直于使附接到 该钢背的永磁体的体积高效加倍(因为对称的原因)的表面。因此，永磁体的剩余磁化通 常被选成垂直于该钢背的表面取向。实际上，这意味着包括塑料结合的永磁体的塑料带垂 直于该塑料带的主表面被磁化。在图7的示例中，在横向方向上提供附加的平面内磁化。上述示例与在位置测量系统中使用的磁编码器元件有关。本发明的其他示例覆盖 对于沿着第一方向移动的编码器元件的非接触位置和/或速度测量的传感器装置，在其中 可以使用上述编码器。在图1中示出这种装置的主要设置。尽管已详细描述了本发明及其优点，但是应该理解在本文中可以进行各种变化、 置换和变更，而不会偏离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围。例如，本领域技术人 员将会容易地理解，磁化及其取向可以被改变，同时保持在本发明的范围内。另外，本申请的范围不打算被限制成在说明书中所述的过程、机器、制造、物质构 成、装置、方法和步骤的特定实施例。如本领域普通技术人员从本发明的公开所容易认识到 的那样，根据本发明可以利用现在存在或后来开发的过程、机器、制造、物质构成、装置、方 法或步骤，它们基本上执行与本文所述相应实施例相同的功能或基本上实现与本文所述相12应实施例相同的结果。因此，所附权利要求旨在将这些过程、机器、制造、物质构成、装置、方 法或步 骤包括在其范围内。
权利要求
1.一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。
2.根据权利要求1所述的磁编码器元件，其中所述第一轨道的磁性图包括沿着所述第 一方向的多个连续的第一和第二段，所述剩余磁化矢量的绝对值在所述第一段内基本上低于磁化阈值，并且在所述第二段 内基本上高于所述磁化阈值。
3.根据权利要求2所述的磁编码器元件，其中所述剩余磁化矢量的幅度在所述第一段 内基本上为零。
4.根据权利要求2所述的磁编码器元件，其中所述第一段和第二段被布置在由第一方 向和垂直于该第一方向的第二方向限定的平面内，以及其中所述剩余磁化矢量指向垂直于所述平面的第三方向。
5.根据权利要求2所述的磁编码器元件，其中相对于垂直于所述第一方向的线倾斜所 述第一段，或者所述第一段具有垂直于所述第一方向的变化宽度。
6.根据权利要求1所述的磁编码器元件，具有包括提供所述磁性图的材料的仅单个轨道。
7.根据权利要求2所述的磁编码器元件，还包括第二轨道，其包括沿着所述第一方向提供磁性图的材料，该第二轨道的磁性图由剩余 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幅度，其中所述第一轨道的剩余磁化矢量和所述第二轨道的剩余磁化矢量基本上被定向为 反平行的，并且沿着所述第一方向不改变它们的取向；以及其中所述第一和第二轨道被彼此并排布置，并且所述第一和第二轨道的磁性图在所述 第一方向上相对于彼此移位。
8.根据权利要求7所述的磁编码器元件，其中所述第二轨道的磁性图包括沿着所述第 一方向的多个连续的第一和第二段，所述第二轨道的剩余磁化矢量的绝对值在所述第一段内基本上低于磁化阈值，并且在 所述第二轨道的第二段内基本上高于所述磁化阈值。
9.根据权利要求7所述的磁编码器元件，其中所述第一和第二轨道的磁性图之间的相 对移位使得所述第一轨道内的第一段被定位成与所述第二轨道中的第二段面对面。
10.根据权利要求7所述的磁编码器元件，其中所述第一和第二轨道的磁性图之间的 相对移位基本上等于所述第一和第二段沿着所述第一方向的宽度。
11.根据权利要求8所述的磁编码器元件，其中所述第一和第二段被布置在由第一方 向和垂直于该第一方向的第二方向限定的平面内，以及其中所述剩余磁化矢量指向垂直于所述平面的第三方向。
12.根据权利要求7所述的磁编码器元件，具有包括提供所述磁性图的材料的仅两个 轨道。
13.根据权利要求8所述的磁编码器元件，其中所述第一轨道的磁性图的第一段部分地延伸到所述第二轨道的磁性图的第二段中，其中所述第一和第二轨道的磁性图的重叠小于垂直于所述第一方向的轨道的宽度的一半。
14.根据权利要求8所述的磁编码器元件，其中所述第一和第二轨道以给定的距离并 排布置，其中所述轨道之间的距离小于垂直于所述第一方向的轨道的宽度。
15.根据权利要求1所述的磁编码器元件，其中所述编码器元件是轮，所述第一轨道被 布置成围绕所述轮的圆周或者沿着圆周方向在所述轮的前面，从而所述第一方向是圆周方 向。
16.根据权利要求1所述的磁编码器元件，其中提供所述磁性图的材料是沿着所述第 一方向附接到所述编码器元件的塑料结合的永磁体的塑料带，从而形成所述第一轨道。
17.—种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，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，所述磁性图由第一剩余磁化矢量 形成，所述第一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和取向，其中所述磁性图被第二剩余磁化矢量叠加，所述第二剩余磁化矢量基本上指向垂直于 所述第一方向的第二方向并且沿着所述第一方向不改变其取向。
18.根据权利要求17所述的磁编码器元件，其中所述第一轨道的磁性图包括沿着所述 第一方向的第一和第二段，在所述第一和第二段中，所述第一剩余磁化矢量的取向是反平行的。
19.根据权利要求17所述的磁编码器元件，其中所述第二剩余磁化矢量具有沿着所述 第一方向的基本上恒定的幅度以及取向。
20.一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和取向；以及第二轨道，其与所述第一轨道并排布置并且包括沿着所述第一方向提供磁性图的材 料，所述磁性图由沿与所述第一轨道的剩余磁化矢量相同的方向被定向但是沿着所述第一 方向不改变其取向的剩余磁化矢量形成。
21.根据权利要求20所述的磁编码器元件，其中所述第一轨道的磁性图包括沿着所述 第一方向的第一和第二段，在所述第一和第二段中，所述剩余磁化矢量的取向是反平行的。
22.根据权利要求20所述的磁编码器元件，其中所述第二轨道中的剩余磁化矢量具有 沿着所述第一方向的基本上恒定的幅度以及取向。
23.根据权利要求17所述的磁编码器元件，还包括第三轨道，其与所述第一轨道并排布置以使得所述第一轨道被所述第二和第三轨道包 围，所述第三轨道包括沿着所述第一方向提供磁性图的材料，所述磁性图由反平行于所述 第二轨道的剩余磁化矢量被定向并且沿着所述第一方向不改变其取向的剩余磁化矢量形 成。
24.根据权利要求20所述的磁编码器元件，其中所述第三轨道中的剩余磁化矢量具有沿着所述第一方向的基本上恒定的幅度以及取向。
25.—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，其中所述第一轨道的磁性图包括沿着所述第一方向位于平面中的多个连续的第一段 和第二段，所述剩余磁化矢量的绝对值在所述第一段内基本上低于磁化阈值，并且在所述第二段 内基本上高于所述磁化阈值，其中所述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所述平面以 上的预定距离处的所得到的磁场包括垂直于所述第一方向的场分量，所述场分量沿着所述 第一方向不改变其符号。
26.一种用于沿着第一方向进行移动磁编码器元件的非接触位置和/或速度测量的传 感器装置，所述装置包括具有第一轨道的磁编码器元件，所述第一轨道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；邻近所述磁编码器元件布置的磁场传感器，其中在所述磁场传感器和所述磁编码器元 件之间留下预定的间隙，由此所述传感器具有对由所述编码器元件的磁性图产生的在所述 第一方向上的磁场分量敏感的薄磁性层，其中所述剩余磁化矢量的梯度使得在所述磁性层中在垂直于所述第一方向的第二方 向上的所得到的磁场分量沿着所述第一方向不改变其符号。
27.根据权利要求沈所述的传感器装置，其中形成所述第一轨道的磁性图的剩余磁化 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。
28.根据权利要求沈所述的传感器装置，其中所述编码器元件包括第二轨道，所述第 二轨道包括沿着所述第一方向提供磁性图的材料，所述第二轨道的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幅度；其中所述第一轨道的剩余磁化矢量和所述第二轨道的剩余磁化矢量基本上被定向成 反平行的，并且沿着所述第一方向不改变它们的取向；以及其中所述第一和第二轨道被彼此并排布置，并且所述第一和第二轨道的磁性图在所述 第一方向上相对于彼此移位。
29.根据权利要求沈所述的传感器装置，其中所述第一轨道的磁性图由第一剩余磁 化矢量形成，所述第一剩余磁化矢量具有取决于沿着所述第一方向的位置的变化幅度和取 向；以及其中所述第一轨道的磁性图被第二剩余磁化矢量叠加，所述第二剩余磁化矢量基本上 指向垂直于所述第一方向并且平行于所述薄磁性层的易磁化轴的第二方向，并且沿着所述 第一方向不改变其取向。
30.根据权利要求沈所述的传感器装置，其中所述第一轨道的磁性图由第一剩余磁 化矢量形成，所述第一剩余磁化矢量具有取决于沿着所述第一方向的位置的变化幅度和取向；其中所述编码器元件还包括第二轨道，所述第二轨道与所述第一轨道并排布置并且包 括沿着所述第一方向提供磁性图的材料，所述磁性图由沿与所述第一轨道的剩余磁化矢量 相同的方向被定向但是沿着所述第一方向不改变其取向的剩余磁化矢量形成。
31.根据权利要求观所述的传感器装置，其中所述编码器元件还包括第三轨道，所述 第三轨道与所述第一轨道并排布置以使得所述第一轨道被所述第二和第三轨道包围，所述第三轨道包括沿着所述第一方向提供磁性图的材料，所述磁性图由反平行于所述 第二轨道的剩余磁化矢量被定向并且沿着所述第一方向不改变其取向的剩余磁化矢量形 成。
全文摘要
本发明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。
文档编号G01D5/12GK102052927SQ20101054127
公开日2011年5月11日 申请日期2010年11月5日 优先权日2009年11月5日
发明者J·齐默, M·奥拉施, P·斯拉马, S·施密特, T·沃思, U·奥塞尔莱克纳, W·拉贝格 申请人:英飞凌科技股份有限公司