(57)【要約】  センサ配列が、説明され、そのセンサ配列は、少なくとも１つのホイートストンブリッジを構成するように互いに結合された少なくとも２つのハーフブリッジを備え、そのセンサ配列は、それぞれのハーフブリッジに少なくとも２つの磁気抵抗センサ素子を備える。これらのセンサ素子は、測定方向に沿って、印加された磁界の磁界強度を感知し、かつ、磁界の磁界成分に依存して、測定信号を供給するように構成されて、その磁界成分は、測定磁界と呼ばれ、かつ、測定方向において測定される。それぞれのハーフブリッジにおいて、少なくとも２つのセンサ素子は、互いに異なる配向を備えたバーバーポール構造を有する。少なくとも一方のハーフブリッジに含まれるセンサ素子の座標と、少なくとも他方のハーフブリッジに含まれるセンサ素子の座標とは、測定方向に延びる座標軸に沿って予め定められた大きさだけ異なるように選択される。このセンサ配列は、干渉磁界によって干渉されることがほとんどなくなり、これにより、簡単な手段により、かつ、複雑な状態において、信頼性の高い動作を保証する。
2005510859.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのホイートストンブリッジを構成するように互いに結合された少なくとも２つのハーフブリッジを備えたセンサ配列であって、
前記センサ配列が、それぞれのハーフブリッジにおいて、少なくとも２つの磁気抵抗センサ素子を備え、前記センサ素子が、印加された磁界の磁界強度を測定方向に沿って感知し、かつ、前記磁界の磁界成分に依存する測定信号を供給するように構成され、前記磁界成分は、測定磁界と呼ばれ、かつ、前記測定方向において測定され、前記それぞれのハーフブリッジにおける少なくとも２つのセンサ素子が、互いに異なる配向を有するバーバーポール構造を備え、少なくとも一方のハーフブリッジに含まれるセンサ素子の座標と、少なくとも他方のハーフブリッジに含まれるセンサ素子の座標とが、前記測定方向に延びる座標軸に沿って予め定められた大きさだけ異なるように選択されたセンサ配列。
【請求項２】
４つのハーフブリッジによることを特徴とする請求項１に記載のセンサ配列。
【請求項３】
前記４つのハーフブリッジの中の第１および第２のハーフブリッジのセンサ素子が、前記測定方向に延びる座標軸に沿って予め定められた第１の座標を有し、かつ、前記４つのハーフブリッジの中の第３および第４のハーフブリッジのセンサ素子が、前記測定方向に延びる座標軸に沿って予め定められた第２の座標を有することを特徴とする請求項２に記載のセンサ配列。
【請求項４】
前記第１および第２のハーフブリッジのセンサ素子の第１の座標が、前記測定方向に延びる座標軸上の基準点に対して少なくとも実質的に対称となるように互いに選択され、前記第３および第４のハーフブリッジのセンサ素子の第２の座標が、前記測定方向に延びる座標軸上の基準点に対して少なくとも実質的に対称となるように互いに選択され、そして、前記第１の座標の値が、前記第２の座標の値と異なるように選択されたことを特徴とする請求項３に記載のセンサ配列。
【請求項５】
前記第１および第２のハーフブリッジのセンサ素子の前記第１の座標の値が、前記第３および第４のハーフブリッジのセンサ素子の前記第２の座標の値よりも大きいように選択されたことを特徴とする請求項４に記載のセンサ配列。
【請求項６】
前記第１および第２のハーフブリッジが、第１のホイートストンブリッジを構成するように結合され、前記第３および第４のハーフブリッジが、第２のホイートストンブリッジを構成するように結合されたことを特徴とする請求項３から５のいずれか一項に記載のセンサ配列。
【請求項７】
１つのホイートストンブリッジを構成するように結合された２つのハーフブリッジを有することを特徴とする請求項１に記載のセンサ配列。
【請求項８】
前記２つのハーフブリッジの中の第１のハーフブリッジのセンサ素子が、前記測定方向に延びる座標軸に沿って予め定められた第１の座標を有し、かつ、前記２つのハーフブリッジの中の第２のハーフブリッジのセンサ素子が、前記測定方向に延びる座標軸に沿って予め定められた第２の座標を有することを特徴とする請求項７に記載のセンサ配列。
【請求項９】
前記第１のハーフブリッジのセンサ素子の第１の座標が、前記測定方向に延びる座標軸上の基準点に対して少なくとも実質的に対称となるように互いに選択され、前記第２のハーフブリッジのセンサ素子の第２の座標が、前記測定方向に延びる座標軸上の基準点に対して少なくとも実質的に対称となるように互いに選択され、さらに、前記第１の座標の値が、前記第２の座標の値と異なるように選択されたことを特徴とする請求項８に記載のセンサ配列。
【請求項１０】
前記第１のハーフブリッジのセンサ素子の前記第１の座標の値が、前記第２のハーフブリッジのセンサ素子の前記第２の座標の値よりも大きいように選択されたことを特徴とする請求項９に記載のセンサ配列。
【請求項１１】
前記センサ素子が、前記測定方向と少なくとも実質的に直交する少なくともさらなる座標軸に沿って少なくとも実質的に同一の座標を有することを特徴とする請求項７から１０のいずれか一項に記載のセンサ配列。
【請求項１２】
前記測定方向と少なくとも実質的に直交する前記さらなる座標軸が、印加された磁界の磁力線の主方向と少なくとも実質的に直交するように配置されることを特徴とする請求項１１に記載のセンサ配列。
【請求項１３】
運動センサ素子の運動座標に沿って磁界の形成に周期的に影響を及ぼす前記運動センサ素子の位置を測定するための装置であって、請求項１から１２のいずれか一項に記載のセンサ配列を有することを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はセンサ配列に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気抵抗効果を利用したセンサ配列を備えた回転運動センサ素子の回転速度を測定するための装置が、説明されている。この磁気抵抗センサ配列は、シリコン基板上に曲がりくねった形状で配置されかつホイートストンブリッジとして構成された４つのパーマロイストリップを備える。磁気抵抗センサ配列は、外部磁界の極性および磁界強度を測定方向に沿って感知し、そして、測定磁界と呼ばれかつ測定方向において測定された磁界の成分に依存した測定信号を供給するように構成される。
【０００３】
磁気抵抗効果によるものであり、運動センサ素子の回転運動を直接に測定することはできないので、さらに、作用磁石と呼ばれる永久磁石が、磁気抵抗センサ配列に取り付けられる。この作用磁石は、磁気抵抗センサ配列の背面またはそれのハウジングに取り付けられ、そのために、作用磁石の磁界が、磁気抵抗センサ配列を透過するが、この組立品自身において、運動センサ素子が存在しなければ、磁界の成分は、測定方向には発生しない。磁気抵抗センサ配列によって供給される測定信号は、この構成においてはゼロである。
【０００４】
強磁性体からなる歯車状に構成された運動センサ素子が、センサ配列の近くに配置されると、これは、作用磁石の磁界を様々に変化させる。このために、磁気抵抗センサ配列の測定方向は、強磁性体からなる歯車状に構成された運動センサ素子の歯に関して、運動センサ素子の運動方向に整列させられる。したがって、運動センサ素子の歯は、センサ配列をこの測定方向に通過する。これは、測定方向と一致する運動センサ素子の運動座標に沿って、作用磁石の磁界の磁力線をセンサ配列の測定方向へ偏らせ、この偏りは、運動センサ素子の歯車のような形状の歯間の距離に基づいて、周期的に発生する。センサ配列が歯の真正面に位置するかまたは２つの歯間の間隙の中央に位置する「対称」な位置においては、磁界は、運動センサ素子の運動方向へ偏ることはなく、そのために、この位置においては、センサ配列の出力信号は、ゼロである。センサ配列が歯の真正面に位置せずまた２つの歯間の間隙の中央にも位置しない「非対称」な位置においては、磁界は、運動センサ素子の運動方向へ偏り、それは、運動センサ素子の運動座標値に依存する。これにより、センサ配列は、運動センサ素子のこの運動座標値に依存した出力信号を生成し、その出力信号は、好ましくは、運動座標上において少なくとも実質的に正弦波であってもよい。
【０００５】
また、磁化された運動センサ素子が、選択可能な手段の１つとして説明されており、この運動センサ素子においては、Ｎ極およびＳ極からなる互い違いの極性が、それの運動方向に沿って配置される。この構成においては、運動センサ素子自身が、磁界を提供し、これにより、また、測定磁界を提供する。
【０００６】
このような磁気抵抗センサ配列は、運動センサ素子に結合されたホイール、シャフト、または、それらに類似するものの回転数を検出するための様々なシステムにおいて、回転運動センサ素子とともに使用される。最も主要な利用分野は、アンチロックブレーキシステムにおいて、あるいは、自動車のクランクシャフト回転センサとして、それらを使用することである。そして、センサ配列は、一般的には、前文で説明したようにホイートストンブリッジ構造として接続された４つの抵抗とともに、磁化可能な材料からなる歯車の正面で動作し、センサ配列の測定方向、すなわち、磁気感知方向は、上述したように、歯車の回転方向座標に平行である。
【０００７】
上述したように、ホイートストンブリッジの出力信号は、一次近似において、運動センサ素子の運動座標上における正弦波信号によって表現することができ、出力信号におけるゼロ交差が、歯の真正面において、あるいは、運動センサ素子の２つの歯間の間隙の真正面において発生する。運動センサ素子が運動する場合、センサ素子に対する運動センサ素子の位置は、出力信号から正確に決定することができる。
【０００８】
冒頭の段落において説明した種類のセンサ配列を備えた回転運動センサ素子の回転速度を測定するためのそのような装置の例が、図１に概略的に示される。図１においては、磁気抵抗センサ配列は、４つのセンサ素子１、２、３、４を備え、それらのセンサ素子１、２、３、４は、上述したように、シリコン基板上に曲がりくねった形状で配置されかつホイートストンブリッジとして構成されたパーマロイストリップからなる。このホイートストンブリッジは、第１の電源端子５と第２の電源端子６との間に配置され、第１の電源端子５には、動作中、第１の電源電位ＵＢが、印加され、第２の電源端子６には、動作中、好ましくはグラウンド電位である第２の電源電位Ｍが、印加される。図示される例においては、センサ配列は、デカルト座標系のｘ座標軸およびｙ座標軸によって定義される平面内に配置された平らなものであり、その平面に対して、ｚ座標軸は、垂直である。この磁気抵抗センサ配列は、符号７によってそれの全体が指示される。
【０００９】
さらに、作用磁石８と呼ばれる長方形の永久磁石が、センサ配列７の近くに取り付けられる。実際の実施形態においては、この作用磁石８は、好ましくは、センサ配列７の背面またはそれのハウジングに取り付けられ、これにより、作用磁石８の磁界Ｈが、センサ配列７を透過する。この磁界Ｈの磁力線の主方向は、ｚ座標軸に沿って延びる。
【００１０】
磁気抵抗センサ配列７は、ｙ座標軸に沿った測定方向を有する。センサ配列７は、この測定方向に沿って、外部磁界の極性および磁界強度を感知し、そして、測定磁界と呼ばれかつ測定方向において測定されたこの磁界の成分に依存した測定信号を供給するように構成される。動作中、外部磁界は、好ましくは、作用磁石８の磁界Ｈによって排他的に生成される。
【００１１】
上述したセンサ配列７によって、回転運動センサ素子の回転速度を測定するために、そのような回転運動センサ素子９が、ｚ座標軸の方向においてセンサ配列７の正面に配置される。運動センサ素子９は、歯車状の構造で強磁性体から形成され、動作中、運動座標Φの方向へ回転する。運動センサ素子９の運動座標Φに沿って、この運動センサ素子９は、作用磁石８の磁界Ｈの磁力線を、ｙ座標軸の方向に配置されたセンサ配列７の測定方向へ偏らせ、この偏りは、運動センサ素子９の歯車のような形状の歯間の距離に基づいて、周期的に発生する。ｙ座標軸の方向に配置された測定方向の磁界Ｈの成分は、測定磁界と呼ばれる。センサ配列７において、測定磁界は、運動座標Φに沿って、好ましくは少なくとも実質的に正弦波である出力信号ＵＡを生成し、この信号は、運動センサ素子９のこの運動座標Φに依存するものである。
【００１２】
さらなる説明のために、図２は、図１に示されるセンサ配列７の回路図を示し、図２においては、対応する構成要素は、同じ符号によって示される。個々のセンサ素子１、２、３、４の陰影を施された個々の領域は、それらがバーバーポール構造として形成されることを示し、電源電位ＵＢによって生成されるセンサ素子１、２、３、および、４を流れる電流の方向に対するバーバーポール構造の配向が、斜線の方向によって示される。センサ素子１、２、３、４のバーバーポール構造は、第１および第４のセンサ素子１および４の抵抗Ｒ１およびＲ４を測定磁界の磁界強度の正の値によって増加させ、かつ、第２および第３のセンサ素子２および３の抵抗Ｒ２およびＲ３を測定磁界の磁界強度の正の値によって減少させるように、選択される。このために、ｉ＝１、２、３、４である場合、センサ素子ｉの位置における消滅測定磁界Ｈｉ中でセンサ素子ｉに流れる電流の方向の角度αｉは、次のように選択される。
【００１３】
α１＝＋４５°、α２＝−４５°、α３＝−４５°、α４＝＋４５°
図３は、図２に示されるセンサ配列７の考えられる１つの空間的構成を、ｘ座標軸およびｙ座標軸によって定義される平面における平面図で示す。バーバーポール構造が、概略的に示され、明確さのため、個々のセンサ素子１、２、３、４におけるそれらの配向は、それぞれ、個々のセンサ素子１、２、３、４に隣接して示される符号５１、５２、５３、５４によって表現されている。
【００１４】
個々のセンサ素子ｉ＝１、２、３、４の位置における測定磁界は、一次近似において、次のように表現され、
Ｈｉ＝Ｈｏｆｆｉ＋Ｈｐｋｓｉｎ（ｎφ−ｎｙｉ／ｒ）＋Ｈｅｘ
ここで、
Ｈｉは、抵抗Ｒｉを備えたセンサ素子ｉにおける測定磁界の磁界強度であり、
Ｈｏｆｆｉは、例えば、測定方向に沿った測定磁界の不均一性によって発生するセンサ素子ｉにおける測定磁界の磁界強度のオフセット部分であり、例えば、ｚ座標軸の方向における運動センサ素子９とセンサ配列７との距離に依存し、
Ｈｐｋは、センサ素子ｉにおける測定磁界の磁界強度の振幅であり、
ｎは、センサホイールとして構成された運動センサ素子９の歯の数であり、
Φは、運動センサ素子９の運動座標（例えば、クランクシャフトの回転角）であり、
ｒは、センサホイールとして構成された運動センサ素子９の半径であり、
ｙｉは、ｙ座標軸に沿ったセンサ素子ｉの座標（好ましくは、測定方向に延びるｙ座標軸に沿ったセンサ素子ｉの空間的な長さの中心）であり、
Ｈｅｘは、センサ配列７の平面全体に重畳される外部磁界とりわけ干渉磁界のセンサ素子ｉにおける磁界強度であり、
ｉは、添字であり、ｉ＝１、２、３、４である。
【００１５】
次の関係式が、個々のセンサ素子ｉの抵抗Ｒｉに適用できる。
【００１６】
Ｒｉ＝Ｒ０＋ＳＨｉ、または、Ｒｉ＝Ｒ０−ＳＨｉ
ここで、
Ｒ０は、動作点における、すなわち、消滅測定磁界Ｈｉ中における個々のセンサ素子ｉの抵抗であり、
Ｓは、測定磁界に依存する抵抗Ｒｉの抵抗変化率、すなわち、センサ素子ｉのＲ−Ｈ特性曲線の傾き、または、センサ素子ｉの感度であり、
ｉは、添字であり、ｉ＝１、２、３、４であり、
そして、これらの式における第２の加数の前の符号は、センサ素子ｉ（ｉ＝１、２、３、４）の位置における消滅測定磁界Ｈｉ中でセンサ素子ｉに流れる電流の方向の角度αｉをどのように選択するかに依存し、すなわち、センサ素子１、２、３、４を流れる電流に関してバーバーポール構造の配向をどのように選択するかに依存する。
【００１７】
図２に示されるセンサ配列７の個々のセンサ素子１、２、３、４の抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４の場合、次のようになる。すなわち、
Ｒ１＝Ｒ０＋Ｓ（Ｈｏｆｆ１＋Ｈｐｋｓｉｎ（ｎφ−ｎ＊ｙ１／ｒ）＋Ｈｅｘ）
Ｒ２＝Ｒ０−Ｓ（Ｈｏｆｆ２＋Ｈｐｋｓｉｎ（ｎφ−ｎ＊ｙ２／ｒ）＋Ｈｅｘ）
Ｒ３＝Ｒ０−Ｓ（Ｈｏｆｆ３＋Ｈｐｋｓｉｎ（ｎφ−ｎ＊ｙ３／ｒ）＋Ｈｅｘ）
Ｒ４＝Ｒ０＋Ｓ（Ｈｏｆｆ４＋Ｈｐｋｓｉｎ（ｎφ−ｎ＊ｙ４／ｒ）＋Ｈｅｘ）
図２によれば、ｘ座標軸に関してセンサ配列７が対称構造であると仮定すれば、関係式、
ｙ１＝ｙ２＝−ｙ３＝−ｙ４＝Δｙ
が、センサ素子１、２、３、４の座標ｙ１、ｙ２、ｙ３、ｙ４に適用でき、また、同じ仮定のもとに、測定磁界の磁界強度のオフセット部分Ｈｏｆｆｉは、次のようになる。
【００１８】
Ｈｏｆｆ１＝Ｈｏｆｆ２＝−Ｈｏｆｆ３＝−Ｈｏｆｆ４＝Ｈｏｆｆ
センサ配列７の出力信号ＵＡは、一次近似において、
ＵＡ／ＵＢ＝Ｒ３／（Ｒ１＋Ｒ３）−Ｒ４／（Ｒ２＋Ｒ４）
＝−（Ｓ＊Ｈｐｋ／Ｒ０）ｓｉｎ（ｎφ）ｃｏｓ（ｎΔｙ／ｒ）−Ｓ＊Ｈｅｘ／Ｒ０
となる。
【００１９】
この式は、一方において、センサ素子１、２、３、４における測定磁界の磁界強度のオフセット部分は出力信号ＵＡに何ら影響を及ぼさないことを示しているが、外部磁界Ｈｅｘは最大限に出力信号ＵＡに影響を及ぼすことを示している。
【００２０】
そのようなセンサ配列が、そのような外部磁界が発生する環境において使用される場合、前記磁界部分Ｈｅｘは干渉磁界として出力信号ＵＡに重畳されるので、センサ配列によってなされる測定に干渉が発生する。そのような状態は、例えば、スタータ電流がとりわけ大きな外部磁界を生成するかもしれない自動車のクランクシャフト回転センサとしてセンサを使用した場合に発生する。
【００２１】
そのような環境においては、上述したような種類のセンサ配列の使用は、それの動作能力を、許容できないほどに制約する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
本発明の目的は、簡単な手段によって、かつ、前記複雑な状態において、信頼性の高い動作を保証する、すなわち、ほとんど干渉のないセンサ配列を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明によれば、この目的は、少なくとも１つのホイートストンブリッジを構成するように互いに結合された少なくとも２つのハーフブリッジを備えたセンサ配列によって解決され、そのセンサ配列は、それぞれのハーフブリッジにおいて、少なくとも２つの磁気抵抗センサ素子を備え、前記センサ素子は、印加された磁界の磁界強度を測定方向に沿って感知し、かつ、磁界の磁界成分に依存する測定信号を供給するように構成され、磁界成分は、測定磁界と呼ばれ、かつ、測定方向において測定され、それぞれのハーフブリッジにおける少なくとも２つのセンサ素子は、互いに異なる配向を有するバーバーポール構造を備え、少なくとも一方のハーフブリッジに含まれるセンサ素子の座標と、少なくとも他方のハーフブリッジに含まれるセンサ素子の座標とが、測定方向に延びる座標軸に沿って予め定められた大きさだけ異なるように選択される。センサ素子の座標は、前記座標軸に沿ったこのセンサ素子における空間的な基準点の位置を表現し、好ましくは、この座標軸の方向における関係するセンサ素子の空間的な長さの中心位置を表現する。
【００２４】
本発明は、個々のセンサ素子における測定磁界の磁界強度の振幅はセンサ素子の座標によって変化するが、外部磁界とりわけ干渉磁界はセンサ配列の空間的な長さの範囲において少なくとも実質的に均一に延びるという認識に基づくものである。センサ素子が異なる座標を有する少なくとも２つのハーフブリッジの直交する符号を有する出力信号を組み合わせることによって、センサ配列の出力信号への外部磁界の影響を少なくとも実質的に除去することができる。座標は、ハーフブリッジごとに異なって決定されてもよく、また、少なくとも１つのハーフブリッジ内に含まれるセンサ素子ごとに異なって決定されてもよい。これにより、望ましくない外部磁界のある種の「幾何学的減算」がなされる。
【００２５】
この点に関しては、欧州特許出願第ＥＰ−Ａ０６０７５９５号から、センサチップが知られていることに注意されたい。このセンサチップは、ブリッジ回路による電流および電圧の測定にとりわけ使用され、そのブリッジ回路は、磁界強度の勾配を測定するホイートストンブリッジとして構成され、２つの領域に中心軸から一定の距離を置いて平行に配置された４つの磁気抵抗素子からなる。これらの磁気抵抗素子のうち、２つの直列に配置された抵抗素子は、ホイートストンブリッジの１つの枝を構成し、２つの前記領域は、一方のブリッジ枝の磁気抵抗素子と、他方のブリッジ枝の磁気抵抗素子とを備える。２つの領域の磁気抵抗素子は、中心軸に対して対称に配置される。それらは、２つのコーティングされたストリップからなり、かつ、バーバーポール構造を有し、その２つのストリップは、互いに平行であり、かつ、他方の２つのストリップとも平行である。これらのバーバーポール構造は、すべての磁気抵抗素子に対して同一であり、したがって、印加されたただ１つの磁界の勾配だけがブリッジを制御することを保証する。２つの領域間の距離、すなわち、グラジオメータの基本長は、このセンサチップにおいては、小さなものに維持されるので、それの発生源が測定装置からそれよりもかなり離れている干渉磁界の影響は、欧州特許出願第ＥＰ−Ａ０６０７５９５号に記載される実施形態によれば、微々たるものである。
【００２６】
磁界強度の勾配を測定するための勾配センサ６０と呼ばれるそのようなセンサ配列の例が、図４に回路図として示され、図４においては、すでに説明した構成要素に対応する構成要素は、同じ符号によって示される。図２に示される配列の代わりに図１に示される配列において使用してもよい図４に示されるセンサ配列は、ホイートストンブリッジ構造として配置された第１、第２、第３、および、第４のセンサ素子６１、６２、６３、および、６４を備える。ブリッジ回路は、同様に、電源端子５および６を介して電源に接続され、それは、図１および図２の場合と同じようにして、電源電位ＵＢおよびＭの差からもたらされる。出力信号ＵＡ６が、ハーフブリッジ６１、６３およびハーフブリッジ６２、６４から得られる。
【００２７】
また、図４において、個々のセンサ素子６１、６２、６３、６４を表現する陰影を施された個々の領域は、それらがバーバーポール構造として形成されることを示し、電源電位ＵＢによって生成されかつセンサ素子６１、６２、６３、および、６４を流れる電流の方向に対するそのバーバーポール構造の配向が、斜線の方向によって示される。しかしながら、センサ素子６１、６２、６３、６４のバーバーポール構造の選択は、第１および第３のセンサ素子６１および６３の抵抗Ｒ６１およびＲ６３が、それぞれ、測定磁界の磁界強度の正の値によって増加し、かつ、第２および第４のセンサ素子６２および６４の抵抗Ｒ６２およびＲ６４が、それぞれ、測定磁界の磁界強度の正の値によって減少するような形でなされる。このために、センサ素子ｉ（ここで、ｉ＝６１、６２、６３、６４）の位置における消滅測定磁界Ｈｉ中でセンサ素子ｉを流れる電流の方向の角度αｉは、次のように選択される。
【００２８】
α６１＝＋４５°、α６２＝−４５°、α６３＝＋４５°、α６４＝−４５°
図５は、図４に示されるセンサ配列６０の考えられる１つの空間的構成を、ｘ座標軸およびｙ座標軸によって定義される平面における平面図で示す。バーバーポール構造が、同様に、概略的に示され、明確さのために、個々のセンサ素子６１、６２、６３、６４におけるそれらの配向は、それぞれ、個々のセンサ素子６１、６２、６３、および、６４に隣接して示される符号５５、５６、５７、５８によって表現されている。
【００２９】
その他の点に関しては図２および図３における条件と類似する図４および図５における条件下においては、この勾配センサ６０の次の出力信号ＵＡ６が、一次近似において得られる。
【００３０】
ＵＡ６／ＵＢ＝Ｒ６３／（Ｒ６１＋Ｒ６３）−Ｒ６４／（Ｒ６２＋Ｒ６４）
＝−Ｓ＊Ｈｏｆｆ／Ｒ０＋（Ｓ＊Ｈｐｋ／Ｒ０）ｃｏｓ（ｎφ）ｓｉｎ（ｎΔｙ／ｒ）
この勾配センサ６０を使用することによって、少なくとも一次近似においては、外部磁界、したがって、また、外部干渉磁界を除去できるが、測定磁界の磁界強度のオフセット部分が、依然として、センサ素子に影響を及ぼしていることがわかる。また、センサ素子に作用する測定磁界の磁界強度のこれらのオフセット部分は、センサ配列６０と運動センサ素子９とのｚ座標軸に沿った距離に依存することがわかる。その結果として生じる出力信号ＵＡ６の精度の限界は、センサ配列６０の完璧な動作のためには許容できないものである。さらに、勾配センサの出力信号ＵＡ６は、センサホイール（歯車）として構成された回転運動センサ素子の歯がセンサ配列の真正面に位置するときに最大値を有し、そして、センサホイール（歯車）として構成された回転運動センサ素子の２つの歯間のくぼみ（すなわち、間隙）がセンサ配列の真正面に位置するときに最小値を有する。したがって、運動センサ素子の運動座標Φに沿った運動センサ素子のそれらの位置を正確に検出することは、大きな困難を伴ってはじめて実行できることである。
【００３１】
それとは対照的に、本発明によるセンサ配列は、干渉に何ら影響されることがなく、かつ、正確に評価することのできる出力信号を供給する信頼性の高い動作を簡単に実現することができる。
【００３２】
第１の有利な実施形態においては、本発明によるセンサ配列は、４つのハーフブリッジを備える。これらのハーフブリッジの２つが、それぞれが部分的な出力信号を供給するホイートストンブリッジとして構成されてもよく、そのたびに、その部分的な出力信号から、出力信号が、センサ配列全体に重畳されてもよい。
【００３３】
４つのハーフブリッジの中の第１および第２のハーフブリッジに含まれるセンサ素子は、測定方向に延びる座標軸に沿った予め定められた第１の座標を有し、そして、４つのハーフブリッジの中の第３および第４のハーフブリッジに含まれるセンサ素子は、測定方向に延びる座標軸に沿った予め定められた第２の座標を有する。これは、２つのハーフブリッジそれぞれの空間的に離れた位置を提供し、それによって供給される出力信号は、それらの座標に基づいて識別される。これにより、望ましくない外部磁界の上述した「幾何学的減算」は、部分的な出力信号の重畳として実現することができる。しかしながら、これは考えられる実施形態のほんの１つだけを表現していること、そして、望ましくない外部磁界の「幾何学的減算」が個々のホイートストンブリッジのそれぞれにおいてすでに実現されているようにして、４つのハーフブリッジが、１つのホイートストンブリッジとして構成されてもよいことに注意されたい。
【００３４】
さらに、第１および第２のハーフブリッジに含まれるセンサ素子の第１の座標は、測定方向に延びる座標軸上の基準点に対して少なくとも実質的に対称であるように互いに選択され、第３および第４のハーフブリッジに含まれるセンサ素子の第２の座標は、測定方向に延びる座標軸上の基準点に対して少なくとも実質的に対称であるように互いに選択され、第１の座標の値は、第２の座標の値と異なるように選択される。これは、とりわけ、ハーフブリッジの空間的にインターリーブされた配置をもたらす。さらに、センサ配列の出力信号が座標値に依存するのを簡素化することができる。
【００３５】
第１および第２のハーフブリッジに含まれるセンサ素子の第１の座標の値が、第３および第４のハーフブリッジに含まれるセンサ素子の第２の座標の値よりも大きいように選択される場合、第１および第２のハーフブリッジに含まれるセンサ素子は、第３および第４のハーフブリッジに含まれるセンサ素子を空間的に含む。さらに、第１および第２のハーフブリッジは、第１のホイートストンブリッジを構成するように結合され、かつ、第３および第４のハーフブリッジは、第２のホイートストンブリッジを構成するように結合されるので、第１のホイートストンブリッジは、第２のホイートストンブリッジを空間的に含む。したがって、センサ配列のさらなる対称性を達成することができ、そのために、センサ配列の出力信号が座標値に依存するのをさらに簡素化することができる。
【００３６】
有利なさらなる実施形態においては、本発明によるセンサ配列は、ホイートストンブリッジを構成するように結合された２つのハーフブリッジを備える。したがって、センサ配列全体を、基本的に、より簡単かつ安価な構造にすることができ、その構造は、この実施形態においては、４つの外部接続を有するだけでよい。しかしながら、それにもかかわらず、外部磁界から、および、測定磁界の磁界強度のオフセット部分から少なくとも実質的に影響を受けることのない出力信号を得ることができる。
【００３７】
本発明の上述した実施形態においては、２つのハーフブリッジの中の第１のハーフブリッジに含まれるセンサ素子は、測定方向に延びる座標軸に沿った予め定められた第１の座標を有し、そして、２つのハーフブリッジの中の第２のハーフブリッジに含まれるセンサ素子は、測定方向に延びる座標軸に沿った予め定められた第２の座標を有する。さらに、第１のハーフブリッジに含まれるセンサ素子の第１の座標は、測定方向に延びる座標軸上の基準点に対して少なくとも実質的に対称であるように互いに選択され、第２のハーフブリッジに含まれるセンサ素子の第２の座標は、測定方向に延びる座標軸上の基準点に対して少なくとも実質的に対称であるように互いに選択され、そして、第１の座標の値は、第２の座標の値と異なるように選択される。さらに、第１のハーフブリッジに含まれるセンサ素子の第１の座標の値は、第２のハーフブリッジに含まれるセンサ素子の第２の座標の値よりも大きいように選択される。
【００３８】
また、これらの好ましいさらなる実施形態においては、４つのハーフブリッジを備えたセンサ配列の場合と同様の特性および利点が、２つのハーフブリッジしか備えていないセンサ配列においても得られる。
【００３９】
実際には、上述した配列において、測定方向と少なくとも実質的に直交する少なくともさらなる座標軸の方向のさらなる磁界成分を作用磁石の磁界に重畳することは有益なことであり、その作用磁石の磁界は、理想的な場合には、ここではｚ座標軸と呼ばれる方向に沿った磁界成分だけをセンサ配列の位置において有し、かつ、センサ配列を運動センサ素子の正面に配置することによって、測定方向に偏る。この方向は、好ましくは、図示される配列におけるｘ座標軸によって構成される。また、好ましくはｘ座標軸の方向を有するこのさらなる磁界成分は、センサ配列の補助磁界と呼ばれる。このさらなる磁界成分の方向を反転させた場合（すなわち、反対の符号を有する磁界強度の場合）、センサ配列の特性曲線とりわけ測定磁界および運動センサ素子の運動座標とセンサ配列の出力信号との間の関係が逆になることは明らかである。特性曲線のそのような反転は、センサ配列の出力信号の正しい評価をもはや保証しないので、動作中、センサ配列は、そのような補助磁界なしで済ませることはできない。
【００４０】
当然ながら、センサ配列が包含する空間的領域内における、すなわち、上述したセンサ配列のｘ座標軸に沿った上述した補助磁界は、発散し、すなわち、不均一である場合があっても良い。また、このｘ座標軸に沿って、異なる座標軸に配置されたセンサ配列のセンサ素子は、補助磁界の異なる磁界強度に曝され、それは、それらのセンサの測定磁界に対する異なる感度をもたらす。
【００４１】
さらに改善された本発明の実施形態においては、とりわけ、２つのハーフブリッジによって構成された本発明の実施形態においては、センサ素子は、測定方向と少なくとも実質的に直交する少なくともさらなる座標軸の方向において、少なくとも実質的に同一の座標を有する。そのような改善は、４つのハーフブリッジによって構成される本発明の実施形態においても有益であるかもしれない。
【００４２】
とりわけ、測定方向と少なくとも実質的に直交するさらなる座標軸は、印加された磁界の磁力線の主方向と少なくとも実質的に直交するように配置される。
【００４３】
したがって、異なるハーフブリッジに含まれるセンサ素子の測定磁界に関する感度は、一致し、これにより、外部磁界、したがって、また、外部干渉磁界に対するセンサ配列のロバストネスは、明らかに改善される。
【００４４】
本発明のこれらの態様およびその他の態様が、以下に記載される実施形態から明らかとなり、また、以下に記載される実施形態に基づいて説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
図６の実施形態は、第１、第２、第３、および、第４のセンサ素子１１、２１、３１、および、４１から構成される第１のホイートストンブリッジを備えたセンサ配列１０を示し、一方における第１および第３のセンサ素子１１および３１、および、他方における第２および第４のセンサ素子２１および４１は、それぞれ、ハーフブリッジを構成するように、直列に配置され、かつ、接続される。センサ配列１０は、さらに、第５、第６、第７、および、第８のセンサ素子１２、２２、３２、および、４２から構成される第２のホイートストンブリッジを備え、同様に、一方における第５および第７のセンサ素子１２および３２、および、他方における第６および第８のセンサ素子２２および４２は、それぞれ、ハーフブリッジを構成するように、直列に配置され、かつ、接続される。これらのハーフブリッジ１１および３１、２１および４１、１２および３２、２２および４２は、好ましくは電源電位ＵＢを供給する第１の電源端子５と、好ましくはグラウンド電位Ｍを供給する第２の電源端子６との間に配置される。
【００４６】
第１のセンサ素子１１と第３のセンサ素子３１との接合点は、磁気抵抗センサ配列１０の第１のホイートストンブリッジにおける第１のタップ１５に接続される。同じようにして、第２のセンサ素子２１と第４のセンサ素子４１との接合点は、磁気抵抗センサ配列１０の第１のホイートストンブリッジにおける第２のタップ１６に接続される。さらに、第５のセンサ素子１２と第７のセンサ素子３２との接合点は、磁気抵抗センサ配列１０の第２のホイートストンブリッジにおける第３のタップ１７に接続され、第６のセンサ素子２２と第８のセンサ素子４２との接合点は、磁気抵抗センサ配列１０の第２のホイートストンブリッジにおける第４のタップ１８に接続される。磁気抵抗センサ配列１０の第１のホイートストンブリッジの第１の出力信号ＵＡ１が、第１のタップ１５と第２のタップ１６との間で得られ、磁気抵抗センサ配列１０の第２のホイートストンブリッジの第２の出力信号ＵＡ２が、第３のタップ１７と第４のタップ１８との間で得られる。
【００４７】
磁気抵抗センサ配列１０の第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７、および、第８のセンサ素子１１、２１、３１、４１、１２、２２、３２、および、４２は、それぞれ、抵抗Ｒ１１、Ｒ２１、Ｒ３１、Ｒ４１、Ｒ１２、Ｒ２２、Ｒ３２、および、Ｒ４２を有する。
【００４８】
磁気抵抗センサ配列１０の第１のホイートストンブリッジに含まれるセンサ素子１１、２１、３１、４１は、ｘ座標軸とｙ座標軸とによって定義される平面においてｘ座標軸に沿って延びる空間的な中心軸１９に対称に、これらのセンサ素子のすべてが同一の値を有する第１の座標Δｙ１だけｙ座標軸に沿って離れて配置される。磁気抵抗センサ配列１０の第２のホイートストンブリッジに含まれるセンサ素子１２、２２、３２、４２は、同一平面の空間的な中心軸１９に対称に、これらのセンサ素子のすべてが同一の値を有する第２の座標Δｙ２だけｙ座標軸に沿って離れて配置される。第１の座標Δｙ１の値は、第２の座標Δｙ２の値よりも大きいように選択される。そのために、２つのホイートストンブリッジは、ｙ座標軸に沿ったインターリーブ構造として空間的に配置される。
【００４９】
磁気抵抗センサ配列１０の第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７、および、第８のセンサ素子１１、２１、３１、４１、１２、２２、３２、および、４２は、バーバーポール構造として形成される。個々のセンサ素子におけるこれらのバーバーポール構造の配向が、斜線の形で陰影を施された領域によって、図２および図４に示される。したがって、以下の値が、図６においてｉ＝１１、２１、３１、４１、および、１２、２２、３２、４２によって示されるセンサ素子の位置における消滅磁界Ｈｉ中でセンサ素子ｉを流れる電流の方向の角度αｉとして選択される。
【００５０】
α１１＝＋４５°、α２１＝−４５°、α３１＝−４５°、α４１＝＋４５°
α１２＝＋４５°、α２２＝−４５°、α３２＝−４５°、α４２＝＋４５°
図７は、図６に示されるセンサ配列１０の考えられる１つの空間的な配置を、ｘ座標軸とｙ座標軸とによって定義される平面における平面図で示す。このバーバーポール構造は、同様に、概略的に示され、明確さのために、個々のセンサ素子１１、２１、３１、４１、１２、２２、３２、および、４２におけるそれらの配向は、それぞれ、それらの個々のセンサ素子１１、２１、３１、４１、１２、２２、３２、および、４２に隣接して示される符号７１、７２、７３、７４、７５、７６、７７、および、７８によって表現される。
【００５１】
図２に示されるセンサ配列７における出力信号は、図６のセンサ配列１０の第１および第２のホイートストンブリッジにおいて測定することができる。個々のセンサ素子ｉの位置における測定磁界の関係式は、一次近似において、
Ｈｉ＝Ｈｏｆｆｉ＋Ｈｐｋｓｉｎ（ｎφ−ｎｙｉ／ｒ）＋Ｈｅｘ
となる。図２および図３と同様に、
Ｈｏｆｆｉは、センサ素子ｉにおける測定磁界の磁界強度のオフセット部分であり、
ｙｉは、センサ素子ｉの座標であり、
ｉは、添字であり、ｉ＝１１、２１、３１、４１、１２、２２、３２、４２である。
【００５２】
次の関係式が、個々のセンサ素子ｉの抵抗Ｒｉに適用できる。
【００５３】
Ｒｉ＝Ｒ０＋ＳＨｉ、または、Ｒｉ＝Ｒ０−ＳＨｉ
ここで、これらの式における第２の加数の前の符号は、同様に、センサ素子ｉ（ｉ＝１１、２１、３１、４１、１２、２２、３２、４２）の位置における消滅測定磁界Ｈｉ中でセンサ素子ｉに流れる電流の方向の角度αｉをどのように選択するかに依存し、すなわち、センサ素子１１、２１、３１、４１、１２、２２、３２、および、４２を流れる電流に関してバーバーポール構造の配向をどのように選択するかに依存する。
【００５４】
個々のセンサ素子１１、２１、３１、４１の以下の抵抗Ｒ１１、Ｒ２１、Ｒ３１、Ｒ４１が、センサ配列１０の第１のホイートストンブリッジに対して得られる。すなわち、
Ｒ１１＝Ｒ０＋Ｓ（Ｈｏｆｆ１１＋Ｈｐｋｓｉｎ（ｎφ−ｎ＊ｙ１１／ｒ）＋Ｈｅｘ）
Ｒ２１＝Ｒ０−Ｓ（Ｈｏｆｆ２１＋Ｈｐｋｓｉｎ（ｎφ−ｎ＊ｙ２１／ｒ）＋Ｈｅｘ）
Ｒ３１＝Ｒ０−Ｓ（Ｈｏｆｆ３１＋Ｈｐｋｓｉｎ（ｎφ−ｎ＊ｙ３１／ｒ）＋Ｈｅｘ）
Ｒ４１＝Ｒ０＋Ｓ（Ｈｏｆｆ４１＋Ｈｐｋｓｉｎ（ｎφ−ｎ＊ｙ４１／ｒ）＋Ｈｅｘ）
同様に、個々のセンサ素子１２、２２、３２、４２の以下の抵抗Ｒ１２、Ｒ２２、Ｒ３２、Ｒ４２が、センサ配列１０の第２のホイートストンブリッジに対して得られる。すなわち、
Ｒ１２＝Ｒ０＋Ｓ（Ｈｏｆｆ１２＋Ｈｐｋｓｉｎ（ｎφ−ｎ＊ｙ１２／ｒ）＋Ｈｅｘ）
Ｒ２２＝Ｒ０−Ｓ（Ｈｏｆｆ２２＋Ｈｐｋｓｉｎ（ｎφ−ｎ＊ｙ２２／ｒ）＋Ｈｅｘ）
Ｒ３２＝Ｒ０−Ｓ（Ｈｏｆｆ３２＋Ｈｐｋｓｉｎ（ｎφ−ｎ＊ｙ３２／ｒ）＋Ｈｅｘ）
Ｒ４２＝Ｒ０＋Ｓ（Ｈｏｆｆ４２＋Ｈｐｋｓｉｎ（ｎφ−ｎ＊ｙ４２／ｒ）＋Ｈｅｘ）
図６および図７によれば、センサ配列１０がｘ座標軸に関して対称な構造であると仮定すれば、次の関係式が、センサ素子ｉの座標ｙｉに適用でき、
ｙ１１＝ｙ２１＝−ｙ３１＝−ｙ４１＝Δｙ１
ｙ１２＝ｙ２２＝−ｙ３２＝−ｙ４２＝Δｙ２
また、同じ仮定のもとに、個々のホイートストンブリッジにおける測定磁界の磁界強度のオフセット部分Ｈｏｆｆｉに関して、次の関係式が、得られる。
【００５５】
Ｈｏｆｆ１１＝Ｈｏｆｆ２１＝−Ｈｏｆｆ３１＝−Ｈｏｆｆ４１＝Ｈｏｆｆ１
Ｈｏｆｆ１２＝Ｈｏｆｆ２２＝−Ｈｏｆｆ３２＝−Ｈｏｆｆ４２＝Ｈｏｆｆ２
ここで、
Ｈｏｆｆ１は、センサ素子１１、２１、３１、４１（図６および図７）における測定磁界の磁界強度のオフセット部分の量であり、
Ｈｏｆｆ２は、センサ素子１２、２２、３２、４２（図６および図７）における測定磁界の磁界強度のオフセット部分の量である。
【００５６】
したがって、磁気抵抗センサ配列１０の第１のホイートストンブリッジの第１の出力信号ＵＡ１は、一次近似において、次のようになる。
【００５７】
ＵＡ１／ＵＢ＝Ｒ３１／（Ｒ１１＋Ｒ３１）−Ｒ４１／（Ｒ２１＋Ｒ４１）
＝−（Ｓ＊Ｈｐｋ／Ｒ０）ｓｉｎ（ｎφ）ｃｏｓ（ｎ＊Δｙ１／ｒ）−Ｓ＊Ｈｅｘ／Ｒ０
同様に、磁気抵抗センサ配列１０の第２のホイートストンブリッジの第２の出力信号ＵＡ２は、一次近似において、次のようになる。
【００５８】
ＵＡ２／ＵＢ＝Ｒ３２／（Ｒ１２＋Ｒ３２）−Ｒ４２／（Ｒ２２＋Ｒ４２）
＝−（Ｓ＊Ｈｐｋ／Ｒ０）ｓｉｎ（ｎφ）ｃｏｓ（ｎ＊Δｙ２／ｒ）−（Ｓ＊Ｈｅｘ／Ｒ０）
２つのホイートストンブリッジの出力信号ＵＡ１とＵＡ２との差に関しては、次の関係式が、一次近似において、得られる。
【００５９】
（ＵＡ２−ＵＡ１）／ＵＢ＝−（Ｓ＊Ｈｐｋ／Ｒ０）
・ｓｉｎ（ｎφ）［ｃｏｓ（ｎ＊Δｙ１／ｒ）−ｃｏｓ（ｎ＊Δｙ２／ｒ）］
したがって、ホイートストンブリッジの出力信号ＵＡ１とＵＡ２との差として組み合わせられた信号は、外部磁界に依存せず、そのために、干渉磁界の影響を受けない。したがって、図６および図７に示されるセンサ配列１０は、干渉磁界に対して高いロバストネスを有する。
【００６０】
第１および第２のホイートストンブリッジとして構成された個々のハーフブリッジの図示された組み合わせの代わりに、それらの説明されたハーフブリッジは、異なる構造でホイートストンブリッジに組み合わせられてもよい。
【００６１】
図８は、センサ配列３０を備えた本発明の第２の実施形態を示し、そのセンサ配列３０は、第１、第２、第３、および、第４のセンサ素子１３、２３、３３、および、４３から構成されるただ１つのホイートストンブリッジを備え、一方においては、第１および第３のセンサ素子１３および３３、また、他方においては、第２および第４のセンサ素子２３および４３が、それぞれのハーフブリッジを構成するように、直列に配置されかつ接続される。これらのハーフブリッジ１３、３３およびハーフブリッジ２３、４３は、好ましくは同様に電源電位ＵＢを供給する第１の電源端子５と、好ましくは同様にグラウンド電位Ｍを供給する第２の電源端子６との間に配置される。
【００６２】
第１のセンサ素子１３と第３のセンサ素子３３との接合点は、ホイートストンブリッジとして構成された磁気抵抗センサ配列３０における第１のタップ３５に接続される。同じようにして、第２のセンサ素子２３と第４のセンサ素子４３との接合点は、ホイートストンブリッジにおける第２のタップ３６に接続される。磁気抵抗センサ配列３０の出力信号ＵＡ３が、第１のタップ３５と第２のタップ３６との間で得られる。
【００６３】
磁気抵抗センサ配列３０の第１、第２、第３、および、第４のセンサ素子１３、２３、３３、および、４３は、それぞれ、抵抗Ｒ１３、Ｒ２３、Ｒ３３、および、Ｒ４３を有する。
【００６４】
磁気抵抗センサ配列３０の第１のハーフブリッジに含まれる第１および第３のセンサ素子１３および３３は、ｘ座標軸とｙ座標軸とによって定義される平面においてｘ座標軸に沿って延びる空間的な中心軸３７に対称に、これらの２つのセンサ素子１３および３３が同一の値を有する第１の座標Δｙ１だけｙ座標軸に沿って離れて配置される。磁気抵抗センサ配列３０の第２のハーフブリッジに含まれるセンサ素子２３および４３は、同一平面における中心軸３７に対称に、これらの２つのセンサ素子２３および５３が同一の値を有する第２の座標Δｙ２だけｙ座標軸に沿って離れて配置される。第１の座標Δｙ１の値は、第２の座標Δｙ２の値よりも大きいように選択される。したがって、２つのハーフブリッジ１３および３３と２３および４３とは、ｙ座標軸に沿った異なる長さを有する。
【００６５】
また、この実施形態のセンサ配列においては、磁気抵抗センサ配列３０の第１、第２、第３、および、第４のセンサ素子１３、２３、３３、および、４３は、バーバーポール構造として形成される。個々のセンサ素子におけるこれらのバーバーポール構造の配向は、同様に、図２、図４、または、図６に示される斜線の形で陰影を施された領域によって示される。したがって、図８においてｉ＝１３、２３、３３、４３によって示されるセンサ素子の位置における消滅磁界Ｈｉ中でセンサ素子ｉを流れる電流の方向の角度αｉとして、次の値が、選択される。
【００６６】
α１３＝＋４５°、α２３＝＋４５°、α３３＝−４５°、α４３＝−４５°
図９は、図８に示されるセンサ配列３０の考えられる１つの空間的構成を、ｘ座標軸およびｙ座標軸によって定義される平面における平面図で示す。バーバーポール構造が、同様に、概略的に示され、明確さのために、個々のセンサ素子１３、２３、３３、４３におけるそれらの配向は、それぞれ、それらのセンサ素子１３、２３、３３、４３に隣接して示される符号８１、８２、８３、８４によって表現されている。
【００６７】
図８に示されるセンサ配列３０の場合、同様に、出力信号ＵＡ３は、図２または図６のセンサ配列７または１０の場合と同じようにして測定することができる。個々のセンサ素子ｉの位置における測定磁界の関係式は、一次近似において、
Ｈｉ＝Ｈｏｆｆｉ＋Ｈｐｋｓｉｎ（ｎφ−ｎ＊ｙｉ／ｒ）＋Ｈｅｘ
となる。図２および図３、および、図６および図７と同様に、
Ｈｏｆｆｉは、センサ素子ｉにおける測定磁界の磁界強度のオフセット部分であり、
ｙｉは、センサ素子ｉの座標であり、
ｉは、添字であり、ｉ＝１３、２３、３３、４３である。
【００６８】
次の関係式が、個々のセンサ素子ｉの抵抗Ｒｉに適用できる。
【００６９】
Ｒｉ＝Ｒ０＋ＳＨｉ、または、Ｒｉ＝Ｒ０−ＳＨｉ
ここで、これらの式における第２の加数の前の符号は、同様に、センサ素子ｉ（ｉ＝１３、２３、３３、４３）の位置における消滅測定磁界Ｈｉ中でセンサ素子ｉに流れる電流の方向の角度αｉをどのように選択するかに依存し、すなわち、センサ素子１３、２３、３３、４３を流れる電流に関してバーバーポール構造の配向をどのように選択するかに依存する。
【００７０】
個々のセンサ素子１３、２３、３３、４３の以下の抵抗Ｒ１３、Ｒ２３、Ｒ３３、Ｒ４３が、センサ配列３０に対して得られる。すなわち、
Ｒ１３＝Ｒ０＋Ｓ（Ｈｏｆｆ１３＋Ｈｐｋｓｉｎ（ｎφ−ｎ＊ｙ１３／ｒ）＋Ｈｅｘ）
Ｒ２３＝Ｒ０−Ｓ（Ｈｏｆｆ２３＋Ｈｐｋｓｉｎ（ｎφ−ｎ＊ｙ２３／ｒ）＋Ｈｅｘ）
Ｒ３３＝Ｒ０−Ｓ（Ｈｏｆｆ３３＋Ｈｐｋｓｉｎ（ｎφ−ｎ＊ｙ３３／ｒ）＋Ｈｅｘ）
Ｒ４３＝Ｒ０＋Ｓ（Ｈｏｆｆ４３＋Ｈｐｋｓｉｎ（ｎφ−ｎ＊ｙ４３／ｒ）＋Ｈｅｘ）
図８および図９によれば、センサ配列３０のｘ座標軸に関して仮定された構造に対して、次の関係式が、センサ素子ｉの座標ｙｉに適用でき、
ｙ１３＝−ｙ３３＝Δｙ１、および、ｙ２３＝−ｙ４３＝Δｙ２
また、同じ仮定のもとに、個々のセンサ素子ｉにおける測定磁界の磁界強度のオフセット部分Ｈｏｆｆｉに関して、次の関係式が、得られる。
【００７１】
Ｈｏｆｆ１３＝−Ｈｏｆｆ３３、および、Ｈｏｆｆ２３＝−Ｈｏｆｆ４３
したがって、センサ配列３０の出力信号ＵＡ３は、一次近似において、次のようになる。
【００７２】
ＵＡ３／ＵＢ＝Ｒ３３／（Ｒ１３＋Ｒ３３）−Ｒ４３／（Ｒ２３＋Ｒ４３）
＝−（（Ｓ＊Ｈｐｋ）／（２＊Ｒ０））
・ｓｉｎ（ｎφ）［ｃｏｓ（ｎ＊Δｙ１／ｒ）−ｃｏｓ（ｎ＊Δｙ２／ｒ）］
したがって、センサ配列３０の出力信号ＵＡ３は、同様に、外部磁界に依存せず、そのために、干渉磁界の影響を受けない。したがって、図８および図９に示されるセンサ配列３０は、同様に、干渉磁界に対して高いロバストネスを有する。
【００７３】
図１０は、センサ配列４０を備えた本発明の第３の実施形態を示し、そのセンサ配列４０は、図８および図９に示される第２の実施形態のセンサ配列３０と同じようにただ１つのホイートストンブリッジを備え、そのホイートストンブリッジは、第１、第２、第３、および、第４のセンサ素子１４、２４、３４、および、４４から構成され、一方においては、第１および第３のセンサ素子１４および３４、また、他方においては、第２および第４のセンサ素子２４および４４が、それぞれのハーフブリッジを構成するように、直列に配置されかつ接続される。これらのハーフブリッジ１４、３４およびハーフブリッジ２４、４４は、好ましくは同様に電源電位ＵＢを供給する第１の電源端子５と、好ましくは同様にグラウンド電位Ｍを供給する第２の電源端子６との間に配置される。
【００７４】
第１のセンサ素子１４と第３のセンサ素子３４との接合点は、ホイートストンブリッジとして構成された磁気抵抗センサ配列４０における第１のタップ４５に接続される。同じようにして、第２のセンサ素子２４と第４のセンサ素子４４との接合点は、ホイートストンブリッジにおける第２のタップ４６に接続される。磁気抵抗センサ配列４０の出力信号ＵＡ４が、第１のタップ４５と第２のタップ４６との間で得られる。
【００７５】
磁気抵抗センサ配列４０の第１、第２、第３、および、第４のセンサ素子１４、２４、３４、および、４４は、それぞれ、抵抗Ｒ１４、Ｒ２４、Ｒ３４、および、Ｒ４４を有する。
【００７６】
磁気抵抗センサ配列４０の第１のハーフブリッジに含まれる第１および第３のセンサ素子１４および３４は、ｘ座標軸とｙ座標軸とによって定義される平面においてｘ座標軸に沿って延びる空間的な中心軸４７に対称に、これらの２つのセンサ素子１４および３４が同一の値を有する第１の座標Δｙ１だけｙ座標軸に沿って離れて配置される。磁気抵抗センサ配列４０の第２のハーフブリッジに含まれるセンサ素子２４および４４は、同一平面における中心軸４７に対称に、これらの２つのセンサ素子２４および３４が同一の値を有する第２の座標Δｙ２だけｙ座標軸に沿って離れて配置される。第１の座標Δｙ１の値は、第２の座標Δｙ２の値よりも大きいように選択される。したがって、２つのハーフブリッジ１４および３４と２４および４４とは、ｙ座標軸に沿った異なる長さを有する。
【００７７】
また、第３の実施形態のセンサ配列においては、磁気抵抗センサ配列４０の第１、第２、第３、および、第４のセンサ素子１４、２４、３４、および、４４は、バーバーポール構造として形成される。個々のセンサ素子におけるこれらのバーバーポール構造の配向は、同様に、図２、図４、図６、または、図８に示される斜線の形で陰影を施された領域によって示される。したがって、図１０においてｉ＝１４、２４、３４、４４によって示されるセンサ素子の位置における消滅磁界Ｈｉ中でセンサ素子ｉを流れる電流の方向の角度αｉは、次のように選択される。
【００７８】
α１４＝＋４５°、α２４＝＋４５°、α３４＝−４５°、α４４＝−４５°
図１１は、図１０に示されるセンサ配列４０の考えられる１つの空間的構成を、ｘ座標軸およびｙ座標軸によって定義される平面における平面図で示す。バーバーポール構造が、同様に、概略的に示され、明確さのために、個々のセンサ素子１４、２４、３４、４４におけるそれらの配向は、それぞれ、それらのセンサ素子１４、２４、３４、４４に隣接して示される符号８５、８６、８７、８８によって表現されている。
【００７９】
したがって、図１０および図１１に示されるセンサ配列４０は、センサ素子１４、２４、３４、４４のｘ座標軸に沿った配置を除けば、図８および図９に示されるセンサ配列３０に類似する。したがって、図１０および図１１に示されるセンサ配列４０の場合、センサ配列３０の出力信号ＵＡ３に類似する信号が、出力信号ＵＡ４として、次の関係式によって得られる。
【００８０】
ＵＡ４／ＵＢ＝Ｒ３４／（Ｒ１４＋Ｒ３４）−Ｒ４４／（Ｒ２４＋Ｒ４４）
＝−（（Ｓ＊Ｈｐｋ）／（２＊Ｒ０））
・ｓｉｎ（ｎφ）［ｃｏｓ（ｎ＊Δｙ１／ｒ）−ｃｏｓ（ｎ＊Δｙ２／ｒ）］
第３の実施形態によるセンサ配列４０は、センサ配列４０が包含する空間的領域内における方向（ここでは、前記ｘ座標軸が選択されている）において、上述したような補助磁界が、発散する場合、すなわち、ｘ座標軸に沿って不均一である場合、とりわけ有益である。その結果として、このｘ座標軸に沿って、異なる座標に配置されたセンサ配列のセンサ素子は、また、異なる磁界強度の補助磁界に曝され、それは、それらのセンサ素子の測定磁界に対する異なる感度をもたらす。
【００８１】
本発明の実施形態によれば、また、上述した第３の実施形態によって図示されるように、センサ素子は、この場合においては測定方向と直交するｘ座標軸の方向において、同一の座標を有する。測定方向と直交するｘ座標軸は、また、印加される磁界の磁力線の主方向と直交するように配置される。
【００８２】
したがって、異なるハーフブリッジに含まれるセンサ素子の測定磁界に関する感度は、一致し、これにより、外部磁界、したがって、また、外部干渉磁界に対するセンサ配列のロバストネスは、明らかに改善される。
【００８３】
第２および第３の実施形態のセンサ配列３０および４０のさらなる利点は、第１の実施形態のセンサ配列１０と比較すれば、それらの小さくて簡単な構造だけではなく、電気的な配線の数も少ないことである。これは、上述したセンサ配列を小型化するのに都合のよいことであり、また、ほんの４つの結合ラグしか備えていない規格化されたハウジング内にセンサ配列を組み込むのを可能にする。
【００８４】
本発明によるセンサ配列は、図１に示されるような配置で使用される場合、運動センサ素子の歯かまたは２つの歯の間の間隙の中心がセンサ配列の空間的中心軸に向かい合うように配置されると、常に、出力信号のゼロ交差を発生させる。これにより、ほんのわずかな工夫によって、運動センサ素子の位置を正確に測定することができる。
【００８５】
第３の実施形態に基づいて説明したように、ｘ座標軸に関するセンサ素子の配列は、４つのハーフブリッジによって実現される本発明の実施形態にとっても都合がよい場合もある。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】回転運動センサ素子の回転速度を測定するための装置の例を示す図である。
【図２】図１に示されるセンサ配列の回路図である。
【図３】図２に示されるセンサ配列の考えられる１つの空間的な配置を示す図である。
【図４】勾配センサの例を回路図で示す図である。
【図５】図４に示される勾配センサの考えられる１つの空間的な配置を示す図である。
【図６】本発明の第１の実施形態の回路図である。
【図７】図６に示される本発明の第１の実施形態の空間的な配置の例を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施形態の回路図である。
【図９】図８に示される本発明の第２の実施形態の空間的な配置の例を示す図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態の回路図である。
【図１１】図１０に示される本発明の第３の実施形態の空間的な配置の例を示す図である。
【符号の説明】
【００８７】
１  磁気抵抗センサ配列７の第１のセンサ素子
２  磁気抵抗センサ配列７の第２のセンサ素子
３  磁気抵抗センサ配列７の第３のセンサ素子
４  磁気抵抗センサ配列７の第４のセンサ素子
５  （第１の電源電位ＵＢを得るための）第１の電源端子
６  （グラウンド電位Ｍを得るための）第２の電源端子
７  磁気抵抗センサ配列
８  作用磁石
９  回転運動センサ素子
１０  本発明の第１の実施形態による磁気抵抗センサ配列
１１  磁気抵抗センサ配列１０の第１のホイートストンブリッジに含まれる第１のセンサ配列
１２  磁気抵抗センサ配列１０の第２のホイートストンブリッジに含まれる第５のセンサ素子
１３  磁気抵抗センサ配列３０の第１のセンサ素子
１４  磁気抵抗センサ配列４０の第１のセンサ素子
１５  磁気抵抗センサ配列１０の第１のホイートストンブリッジにおける第１のタップ
１６  磁気抵抗センサ配列１０の第１のホイートストンブリッジにおける第２のタップ
１７  磁気抵抗センサ配列１０の第２のホイートストンブリッジにおける第３のタップ
１８  磁気抵抗センサ配列１０の第２のホイートストンブリッジにおける第４のタップ
１９  磁気抵抗センサ１０の空間的な中心軸
２１  磁気抵抗センサ配列１０の第１のホイートストンブリッジに含まれる第２のセンサ素子
２２  磁気抵抗センサ配列１０の第２のホイートストンブリッジに含まれる第６のセンサ素子
２３  磁気抵抗センサ配列３０の第２のセンサ素子
２４  磁気抵抗センサ配列４０の第２のセンサ素子
３０  本発明の第２の実施形態による磁気抵抗センサ配列（図８および図９）
３１  磁気抵抗センサ配列１０の第１のホイートストンブリッジに含まれる第３のセンサ素子
３２  磁気抵抗センサ配列１０の第２のホイートストンブリッジに含まれる第７のセンサ素子
３３  磁気抵抗センサ配列３０の第３のセンサ素子
３４  磁気抵抗センサ配列４０の第３のセンサ素子
３５  磁気抵抗センサ配列３０の第１のタップ
３６  磁気抵抗センサ配列３０の第２のタップ
３７  磁気抵抗センサ３０の空間的な中心軸
４０  本発明の第３の実施形態による磁気抵抗センサ配列（図１０および図１１）
４１  磁気抵抗センサ配列１０の第１のホイートストンブリッジに含まれる第４のセンサ素子
４２  磁気抵抗センサ配列１０の第２のホイートストンブリッジに含まれる第８のセンサ素子
４３  磁気抵抗センサ配列３０の第４のセンサ素子
４４  磁気抵抗センサ配列４０の第４のセンサ素子
４５  磁気抵抗センサ配列４０の第１のタップ
４６  磁気抵抗センサ配列４０の第２のタップ
４７  磁気抵抗センサ４０の空間的な中心軸
５１  センサ素子１におけるバーバーポール構造の配向を示す符号
５２  センサ素子２におけるバーバーポール構造の配向を示す符号
５３  センサ素子３におけるバーバーポール構造の配向を示す符号
５４  センサ素子４におけるバーバーポール構造の配向を示す符号
５５  センサ素子６１におけるバーバーポール構造の配向を示す符号
５６  センサ素子６２におけるバーバーポール構造の配向を示す符号
５７  センサ素子６３におけるバーバーポール構造の配向を示す符号
５８  センサ素子６４におけるバーバーポール構造の配向を示す符号
６０  勾配センサ
６１  勾配センサ６０の第１のセンサ素子
６２  勾配センサ６０の第２のセンサ素子
６３  勾配センサ６０の第３のセンサ素子
６４  勾配センサ６０の第４のセンサ素子
７１  センサ素子１１におけるバーバーポール構造の配向を示す符号
７２  センサ素子２１におけるバーバーポール構造の配向を示す符号
７３  センサ素子３１におけるバーバーポール構造の配向を示す符号
７４  センサ素子４１におけるバーバーポール構造の配向を示す符号
７５  センサ素子１２におけるバーバーポール構造の配向を示す符号
７６  センサ素子２２におけるバーバーポール構造の配向を示す符号
７７  センサ素子３２におけるバーバーポール構造の配向を示す符号
７８  センサ素子４２におけるバーバーポール構造の配向を示す符号
８１  センサ素子１３におけるバーバーポール構造の配向を示す符号
８２  センサ素子２３におけるバーバーポール構造の配向を示す符号
８３  センサ素子３３におけるバーバーポール構造の配向を示す符号
８４  センサ素子４３におけるバーバーポール構造の配向を示す符号
８５  センサ素子１４におけるバーバーポール構造の配向を示す符号
８６  センサ素子２４におけるバーバーポール構造の配向を示す符号
８７  センサ素子３４におけるバーバーポール構造の配向を示す符号
８８  センサ素子４４におけるバーバーポール構造の配向を示す符号
Ｈ  作用磁石の磁界
Ｈｉ  抵抗Ｒｉを備えたセンサ素子ｉにおける測定磁界の磁界強度
Ｈｅｘ  センサ素子ｉにおいてセンサ配列７の平面全体に重畳される外部磁界とりわけ干渉磁界の磁界強度
Ｈｏｆｆｉ  センサ素子ｉにおける測定磁界の磁界強度のオフセット部分
Ｈｏｆｆ  センサ素子１、２、３、４における測定磁界の磁界強度のオフセット部分の量（図２および図３）
Ｈｏｆｆ１  センサ素子１１、２１、３１、４１における測定磁界の磁界強度のオフセット部分の量（図６および図７）
Ｈｏｆｆ２  センサ素子１２、２２、３２、４２における測定磁界の磁界強度のオフセット部分の量（図６および図７）
Ｈｐｋ  センサ素子ｉにおける測定磁界の磁界強度の振幅
ｉ  それぞれが、ｉ＝１、２、３、４、１１、１２、１３、１４、２１、２２、２３、２４、３１、３２、３３、３４、４１、４２、４３、４４、６１、６２、６３、６４である添字
Ｍ  第２の電源電位（＝グラウンド電位）
ｎ  センサホイールとして構成された運動センサ素子９上に存在する歯の数
ｒ  センサホイールとして構成された運動センサ素子９の半径
Ｒ０  動作点における個々のセンサ素子ｉの抵抗
Ｒｉ  添字ｉを備えたセンサ素子の抵抗
Ｓ  測定磁界に依存する抵抗Ｒｉの抵抗変化率、すなわち、添字ｉを備えたセンサ素子のＲ−Ｈ特性曲線の傾き、または、添字ｉを備えたセンサ素子の感度
ＵＡ  センサ配列７の出力信号
ＵＡ１  磁気抵抗センサ配列１０の第１のホイートストンブリッジの第１の出力信号
ＵＡ２  磁気抵抗センサ配列１０の第２のホイートストンブリッジの第２の出力信号
ＵＡ３  センサ配列３０の出力信号
ＵＡ４  センサ配列４０の出力信号
ＵＡ６  センサ配列６０（＝勾配センサ）の出力信号
ＵＢ  第１の電源電位
ｘ  座標軸
ｙ  座標軸
ｙ１  ｙ座標軸に沿ったセンサ素子ｉの座標
ｚ  座標軸
αｉ  添字ｉを備えたセンサ素子の位置における消滅測定磁界Ｈｉ中でセンサ素子ｉに流れる電流の方向の角度
Δｙ  磁気抵抗センサ配列７のセンサ素子１、２、３、４の座標値
Δｙ１  磁気抵抗センサ配列１０の第１のホイートストンブリッジのセンサ素子１１、２１、３１、４１、磁気抵抗センサ配列３０のセンサ素子１３、３３、および、磁気抵抗センサ配列４０のセンサ素子１４、３４の第１の座標（座標値）
Δｙ２  磁気抵抗センサ配列１０の第２のホイートストンブリッジのセンサ素子１２、２２、３２、４２、磁気抵抗センサ配列３０のセンサ素子２３、４３、および、磁気抵抗センサ配列４０のセンサ素子２４、４４の第２の座標（座標値）
Φ  回転運動センサ素子９（例えば、クランクシャフトの回転角）の運動座標
【図１】
2005510859.tif 000003
【図２】
2005510859.tif 000004
【図３】
2005510859.tif 000005
【図４】
2005510859.tif 000006
【図５】
2005510859.tif 000007
【図６】
2005510859.tif 000008
【図７】
2005510859.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2005510859.tif 000012
【図１１】
2005510859.tif 000013
【国際調査報告】
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2005510859.tif 000015
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