专利名称：使用环形磁铁来获得磁传感器脉冲串输出的制作方法
技术领域：
本发明一般来讲是涉及磁敏感传感器。本发明一般来讲还涉及传感方法和系统。此外，本发明还涉及用在汽车和机械应用中的传感器。本发明还涉及各向异性磁阻(AMR)传感器设备。本发明还涉及用在磁传感应用中的环形磁铁。
背景技术：
在现有的磁效应传感技术中已有各式各样的传感器。普通磁效应传感器的例子包括例如磁阻和霍耳效应技术。这种磁传感器一般来讲可能会对通过磁效应传感器的感应场时由于受存在或不存在设计形状的铁磁目标对象的影响而在磁场中的变化作出响应。然后所述传感器会提供电输出，其可以根据需要通过后来的电子器件作进一步修改以产生传感和控制信息。后来的电子器件既可以随传感器组件携带定位又可以定位在传感器组件的外侧。
许多汽车电子系统利用位置传感器在多种相关的应用中。这种位置传感器典型地包含磁传感器，例如包括环形磁铁。环形磁铁在现有的磁传感领域是公知的，并且当在汽车传感器范围内使用时，典型地包括跨越传输、曲轴和凸轮轴应用。当用于汽车电子系统的位置传感器原始被设计和开发时，这种传感器主要用于确定汽车传动应用中的离合器踏板和变速杆。需要相当精确的线性位置传感，使用来自非接触传感器方式的电信号来识别离合器踏板和变速杆的位置。
在自动人力操纵传动应用中，例如可能需要两个传感器来感应随着变速杆从倒档到一档到二档到三档的H形移动其变速杆的位置。对于标准的自动传动应用，其中变速杆沿着单轴方向移动，需要一个位置传感器来感应变速杆是否在驱动模式操作位置(即前进、倒档、空档、超速传动、低速档等等)以及这种操作条件之间的任何位置中的一个位置。
许多用在汽车应用中的传感器使用来自其曲轴传感器的60-2数字齿脉冲串。典型的60-2数字齿脉冲串从具有其中2个齿被除去用于基准的的60个等间距的齿中产生。这种结构可以通过提供58个齿金属目标，或在其中插入58个磁极对环形磁铁来获得。汽车工业当前对于其曲轴的应用集中在60-2脉冲图形。当然，这是根据工业的变速需求而变化的。
这种传统结构所产生的一个问题是所产生的输出取决于目标旋转，从而需要在相关的环形电极有大量的电极。传统的结构要求大量的电极以产生特别的脉冲图形，因为它们通常每一个电极对产生一个脉冲，其实质含义是这种设备对磁极敏感。因为需要大量的电极，磁极宽度非常窄。这些窄的电极宽度抑制了在此传感器中更好的磁影响，有时导致错误或低效阅读，其依次会引起汽车应用中的失败。
因此本发明得出结论存在对使用环形磁铁的改进的磁传感器方法和系统的需求。特别是，本发明相信这些问题可以通过应用在此所描述的本发明得以克服。
发明内容
提供对本发明的以下概述以促进理解本发明独有的某些创新的特征，其并不是要完全描述。对本发明各个方面的完全了解可以通过将整个说明书、权利要求书、附图和摘要作为一个整体感受来获得。
因此，本发明的一个方面是提供改进的传感器方法和系统。
本发明的另一个方面是提供可以用在汽车和机械应用中的传感器。
本发明的再一个方面是提供一种磁阻传感器，其利用环形磁铁来获取传感器脉冲串。
本发明的上述各方面及其他目的和优点可以如以下所述的方式获得。这里要描述利用环形磁铁作为其磁传感应用目标的方法和系统。可以提供一磁阻传感器设备，其与可以用作传感目标的环形磁铁相关联。磁阻传感器设备一般来讲对磁极极性不敏感。所述环形磁铁可以被磁化以包括多个磁极(例如58个磁极，其等效于30-1个磁极对)，以便其至少一个磁极大于其至少另一个磁极。然后通过一数字电路可以从磁阻传感器设备产生输出信号，其中所述输出信号与传感目标的旋转无关。
附图被插入在此构成说明书的一部分，其中在各个视图中相同的参考数字是指相同或功能相似的元件，所述附图进一步说明了本发明，并且与本发明的详细描述一起，用于解释本发明的原理。
图1示出了环形磁铁的示意图，其可以根据本发明的一个优选实施例来使用；图2描述了环形磁铁的示意图，其可以根据本发明的另一个可选的优选实施例来使用；图3示出了说明根据本发明的一个优选实施例MR模拟信号与多个磁极之间的关系的图表；图4描述了描述根据本发明的一个优选实施例MR数字信号与多个磁极之间的关系的图表。
具体实施例方式
在这些非限制性的示例中所讨论的特殊的值和结构可以进行改变并且仅仅是引证用以说明本发明的至少一个实施例，而并不是要限制本发明的范围。
图1示出了环形磁铁100的示意图，其可以根据本发明的一个优选实施例使用。在图1中，描绘了环形磁铁100的顶视图101和侧视图103。环形磁铁100可以被配置成包括以气隙为形式的中央部分106，其由以环形或其他圆形为形式的磁体102环绕。图1中描绘的环形磁铁100可以被配置成轴向磁化的环形磁铁。传感器104，其与环形磁铁102接近定位，轴向地感应环形磁铁。传感器104可以以各向异性磁阻(AMR)传感设备为形式进行配置。
图2描绘了环形磁铁200的示意图，其可以根据本发明的另一个可选的优选实施例使用。图2中，描绘了环形磁铁200的顶视图201和侧视图203。环形磁铁200包括以气隙为形式的中央部分206，其由以环形或其他圆形为形式的磁体202环绕。图2中描绘的环形磁铁200可以被配置成径向磁化的环形磁铁。传感器204，其与环形磁铁202接近定位，径向地感应环形磁铁200。那些本领域的技术人员可以理解传感器204通常与图1中的传感器104相似，并且可以被实现作为包含磁阻桥接电路的AMR传感器(未示出)。
图3描绘了说明根据本发明的一个优选实施例MR模拟信号与多个磁极304之间的关系的图表。根据图表300，可以每单个电极发生一个模拟信号周期，并且在不同的磁极极性之间没有区别。因此，输出是磁极极性不敏感的，或者传感器可以每磁极对产生两个脉冲。图注框302与图表300相关联，表示由AMR模拟信号306绘制的特定数据。图表300的x轴提供以目标旋转为形式的数据(即度)，同时图表300的y轴用mV度量。因此，图表300描绘了与同58磁极传感器关联的数字输出和60-2数字输出相对的模拟MR信号。
图4示出了描述根据本发明的一个优选实施例MR数字信号与多个磁极404之间的关系的图表400。图表400示出了相对磁极的数字输出。如图4所示，与图表400相关的传感器的数字输出产生0V与所请求的集电极开路输出之间的数字信号，其可以根据所请求的实施方案而变化。典型地，该值可以在大约5V或12V的范围内变化，但是并不局限于任何特定的电压电平。图表400说明了磁极404如何能够匹配数字输出信号406。应当注意的是，数字输出信号406也由图注框402表示。如在图表400中所指示的，传感器在磁极中间与逐极过渡之间切换。另一方面，从附图3的图表300中可以看出最大模拟信号摆动在磁极过渡时磁极的中央获得。
本发明提供多种优点，包括可以以单个磁极产生完整的传感器输出周期。其依次产生可以被称作每磁极对两个脉冲的输出。大多数传统的传感器每磁极对产生1个脉冲(即对磁极敏感)。传统的汽车曲轴速度传感器目标开始集中在60-2目标，或具有大信号曲特征(signature feature)的58个相同的齿/槽对。该信号曲特征等于除去2个齿，因此名为60-2目标。通过利用环形磁铁和磁传感器产生如在此描述的60-2输出图形，可以产生其一个磁极较大的58极磁铁，从而产生上述信号曲特征。
其他传感器需要两倍的磁极数(例如每磁极对传感器1个脉冲)以获得相同的60-2输出图形。在此描述的解决方案，另一方面，减少了所需的磁极数目(即廉价制造)，因此其磁极螺距较大。这允许更好的传感器性能和更容易的制造环形磁铁。
那些本领域技术人员应当理解，对于本发明的变化实施例，在此描述的60-2脉冲图形方案仅仅表示本发明的多种可能的实施例中的一种。调出58磁极环形磁铁对本发明的一个可能的实施例来说是独特的，其利用以特定方式应用的AMR传感器。根据本发明的特定实施例少于或多于58磁极也可以实现。因此那些本领域技术人员可以理解在此所描述的环形磁铁方案可以产生60-2脉冲图形，既可以拥有116个磁极(即120-4)又可以拥有58个磁极(即60-2)，取决于相关的ARM传感器如何实现。因此，在此所描述的实施例并不局限于“-2”特征，而是可以采纳其他值。这里所描述的“-2”特征仅为了示意性的目的提出，而并不被认为是本发明的限制性特征。
由本发明的一个实施例表示的一个特定的优点是其对磁极极性不敏感，或者还可以每磁极产生2个脉冲(即与对磁极极性不敏感类似)。以此，为了产生根据本发明的一个实施例的60-2结构，其可能需要电极的一半，从而增加了给定环形磁铁的直径的宽度。这种结构可以允许受环形磁铁更大的磁影响，或者可以允许环形磁铁以更廉价(即较低的)级的磁性材料进行制造，同时产生相同的传感器性能。正如早期指出的，传统的结构要求大量的磁极来产生特定的脉冲图形，因为它们通常每磁极对产生一个脉冲，这实际上意味着这种设备对磁铁极性敏感。然而，与这种传统的技术相比，在此所描述的实施例需要一半数量的磁极。
这里描述的传感器结构的另一个优点是，对于本发明的特定实施例，是旋转不敏感的这类传感器，这意味着输出将是相同的，而不管目标被旋转的方向，只要环形磁铁是被对称磁化的。此外，由于传感器设计的性质，在此描述的传感可以根据TPO(真上电)特征起作用。当应用电源时，传感器在旋转环形磁铁之前在环形磁铁上的给定位置提供正确的输出。
在此提出的所述实施例及示例被提供以便最好的解释本发明及其实际应用，从而使本领域技术人员能够实现并利用本发明。然而，那些本领域技术人员将会认识到前面的描述及实例提出仅仅是为了举例说明和示例。对于那些本领域的技术人员来说很明显本发明可以有其他变动和修改，并且所附的权利要求是要覆盖这种变动和修改的。所提出的说明并不是要穷举或限制本发明的范围。在不脱离以下权利要求的范围的情况下按照上述教导可以作出多种修改和变动。预计使用本发明可能会涉及具有不同特性的部件。本发明的范围是要由所附的权利要求限定，其给出了对所有方面的等同物全面的认识。
权利要求
1.一种使用环形磁铁(100，200)用于其磁传感应用的方法，所述方法包括以下步骤提供与磁阻传感器设备(104，204)接近定位的环形磁铁(100，200)，所述磁阻传感器对磁极极性不敏感，其中所述环形磁铁(100，200)包括在其中的传感目标，该环形磁铁被磁化为包括多个磁极，使得其至少一个磁极比其至少另一个磁极大；以及从所述磁阻传感器设备(104，204)产生输出信号，其中所述输出信号与所述传感目标的旋转无关。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述输出信号对磁极极性不敏感。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个磁极包括至少58个磁极。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤配置所述磁阻传感器设备(104，204)以包括至少一个各向异性磁阻桥接电路。
5.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤配置所述磁阻传感器设备(104，204)为每磁极两个脉冲的各向异性磁阻传感器设备(104，204)。
6.根据权利要求1所述的方法，其中从所述磁阻传感器设备(104，204)产生输出信号，所述输出信号与所述传感目标的旋转无关的步骤，还包括以下步骤从所述磁阻传感器设备(104，204)产生所述输出信号，其中所述输出信号包括曲轴传感器脉冲串，该脉冲串与所述传感目标的旋转无关。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个磁极包括至少29个磁极对，其至少一个磁极比其至少一个磁极大，以便产生以60-2数字齿脉冲串为形式的60-2输出图形。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述磁阻传感器设备(104，204)包括TPO(真上电)(True Power On)传感器。
9.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤从与所述磁阻传感器设备(104，204)相关的单个磁极产生一完整的传感器输出周期。
10.一种使用环形磁铁(100，200)用于其磁传感应用的方法，所述方法包括以下步骤提供包括传感目标的环形磁铁(100，200)，其中所述环形磁铁(100，200)与磁阻传感器设备(104，204)接近定位，所述磁阻传感器设备对磁极极性不敏感；配置所述磁阻传感器设备(104，204)以包括至少一个各向异性磁阻桥接电路，以便所述磁阻传感器设备(104，204)包括每磁极两个脉冲的磁阻传感器设备(104，204)；使所述环形磁铁(100，200)磁化以包括至少58个磁极，其中其至少一个磁极比其至少另一个磁极大；以及从所述磁阻传感器设备(104，204)产生输出信号，其中所述输出信号与所述传感目标的旋转无关。
11.一种在其磁传感应用中使用环形磁铁(100，200)的系统，所述系统包括磁阻传感器设备(104，204)，其对磁极极性不敏感；包括传感目标的环形磁铁(100，200)，其中所述环形磁铁(100，200)与所述磁阻传感器设备(104，204)关联，并且被磁化以包括多个磁极，其中其至少一个磁极比其至少另一个磁极大；以及数字电路(400)，用于从所述磁阻传感器设备(104，204)产生输出信号，其中所述输出信号(406)与所述传感目标的旋转无关，并且其中所述数字电路(400)与所述磁阻传感器设备(104，204)关联。
12.根据权利要求11所述的系统，其中所述输出信号对磁极极性不敏感。
13.根据权利要求11所述的系统，其中所述多个磁极包括至少58个磁极。
14.根据权利要求11所述的系统，其中所述磁阻传感器设备(104，204)包括至少一个各向异性磁阻桥接电路。
15.根据权利要求11所述的系统，其中所述磁阻传感器设备(104，204)包括每磁极两个脉冲的各向异性磁阻传感器设备(104，204)。
16.根据权利要求11所述的系统，其中所述输出信号包括曲轴传感器脉冲串，该脉冲串与所述传感目标的所述旋转无关。
17.根据权利要求11所述的系统，其中所述环形磁铁(100，200)被磁化以包括至少29个磁极对，其至少一个磁极比其至少一个磁极大，以便产生以60-2数字齿脉冲串为形式的60-2输出图形。
18.根据权利要求11所述的系统，其中所述磁阻传感器设备(104，204)包括TPO(真上电)传感器。
19.根据权利要求11所述的系统，其中从与所述磁阻传感器设备(104，204)相关的单个磁极产生一完整的传感器输出周期。
20.一种在其磁传感应用中使用环形磁铁(100，200)的系统，所述系统包括与环形磁铁(100，200)关联的磁阻传感器设备(104，204)，其中所述磁阻传感器设备(104，204)对磁极极性不敏感，并且包括至少一个各向异性磁阻桥接电路，从而形成每磁极两个脉冲的各向异性磁阻传感器设备(104，204)；与所述磁阻传感器设备(104，204)关联的环形磁铁(100，200)，其中所述环形磁铁(100，200)被对称磁化，并且包括传感目标，该环形磁铁被磁化以包括多个磁极，其中其至少一个磁极比至少另一个磁极大；以及数字电路，用于从所述磁阻传感器设备(104，204)产生输出信号，其中所述输出信号与所述传感目标的旋转无关，并且其中由于所述环形磁铁(100，200)被对称磁化，所述磁阻传感器设备(104，204)是旋转不敏感的。
全文摘要
公开了使用环形磁铁(100，200)用于其磁传感应用的方法和系统。可以提供一种磁阻传感器设备(104，204)，其与被配置为传感目标的环形磁铁(100，200)相关联。所述磁阻传感器设备(104，204)对磁极的极性不敏感。环形磁铁(100，200)通常被磁化以包括多个磁极，以便其至少一个磁极大于其至少另一个磁极。然后通过一数字电路可以从磁阻传感器设备(104，204)产生输出信号。该输出信号与所述传感目标的旋转无关。如果环形磁铁(100，200)是被对称磁化的，则传感器本身是旋转不敏感的。
文档编号G01R33/09GK1745313SQ200380109375
公开日2006年3月8日 申请日期2003年12月1日 优先权日2002年12月2日
发明者C·B·约翰逊, T·J·奥尔森 申请人:霍尼韦尔国际公司
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