(57)【要約】  本発明に従った装置は、運動センサ素子の運動座標に沿って、装置に印加される磁界の形成に周期的に影響を与える運動センサ素子の位置を決定するための装置であって、前記運動センサ素子の前記運動座標に対して少なくとも実質的に平行に位置合わせされる測定方向に沿って、前記装置に印加される前記磁界の少なくとも極性に感度を有し、測定磁界として表されるとともに前記測定方向において測定される、前記装置に印加される前記磁界の磁界成分に依存する測定信号を供給するセンサ装置を備え、前記運動センサ素子の前記運動座標に沿って延在する主表面の帯状ゾーンに設けられる前記運動センサ素子は、前記主表面に平行に形成されるとともに前記運動センサ素子の前記運動座標に対して少なくとも実質的に平行な前記測定磁界に交互に影響を与える周期的反復領域を備え、前記センサ素子の前記測定方向は前記運動センサ素子の前記主表面に対して少なくとも実質的に平行に位置合わせされ、前記装置に印加される前記磁界は、磁力線の基本方向によって決定される主要成分を伴って前記運動センサ素子の前記主表面に対して実質的に垂直に位置合わせされ、前記センサ装置は、前記磁界の勾配を測定するための磁気抵抗センサ装置として構成され、前記装置に印加される前記磁界は、前記磁気抵抗センサ装置の空間的延長領域において均質的に形成された、ものとして構成される。
2005510738.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
運動センサ素子の運動座標に沿って、装置に印加される磁界の形成に周期的に影響を与える運動センサ素子の位置を決定するための装置において、
前記運動センサ素子の前記運動座標に対して少なくとも実質的に平行に位置合わせされる測定方向に沿って、前記装置に印加される前記磁界の少なくとも極性に感度を有し、測定磁界として表されるとともに前記測定方向において測定される、前記装置に印加される前記磁界の磁界成分に依存する測定信号を供給するセンサ装置を備え、
前記運動センサ素子の前記運動座標に沿って延在する主表面の帯状ゾーンに設けられる前記運動センサ素子は、前記主表面に平行に形成されるとともに前記運動センサ素子の前記運動座標に対して少なくとも実質的に平行な前記測定磁界に交互に影響を与える周期的反復領域を備え、前記センサ素子の前記測定方向は前記運動センサ素子の前記主表面に対して少なくとも実質的に平行に位置合わせされ、
前記装置に印加される前記磁界は、磁力線の基本方向によって決定される主要成分を伴って前記運動センサ素子の前記主表面に対して実質的に垂直に位置合わせされ、
前記センサ装置は、前記磁界の勾配を測定するための磁気抵抗センサ装置として構成され、
前記装置に印加される前記磁界は、前記磁気抵抗センサ装置の空間的延長領域において均質的に形成された、装置。
【請求項２】
前記装置に前記磁界を印加する作動磁石を備え、前記作動磁石から発生する前記磁界の前記磁力線の前記主要成分は、前記運動センサ素子の前記主表面に対して少なくとも実質的に垂直に位置合わせされることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
上面の１つが前記磁気抵抗センサ装置に直面しそれと実質的に平行に位置合わせされる前記作動磁石は、該作動磁石から発生する前記磁界の磁力線の前記主要成分の方向において前記運動センサ素子の前記主表面の方向を向く突起、つまり前記運動センサ素子の前記主表面に対して実質的に垂直な突起を有し、該突起は、少なくとも前記測定方向において前記磁気抵抗センサ装置の空間的延長領域を含むことを特徴とする、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記運動センサ素子の前記主表面の方向を向く前記作動磁石の上面の前記突起は、前記運動センサ素子の前記主表面に対して少なくとも実質的に平行なあらゆる方向における前記磁気抵抗センサ素子の空間的延長領域を含むことを特徴とする、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記磁気抵抗センサ装置は、少なくともホイートストンブリッジ構成を有して前記磁界の勾配を測定するよう構成され、該ホイートストンブリッジ構成の各ブリッジブランチは磁気抵抗センサ素子を含み、２つの直列配置されたブリッジブランチは各々、前記ホイートストンブリッジ構成のハーフブリッジを構成することを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記磁気抵抗センサ素子はバーバーポール構成で構成され、前記ホイートストンブリッジ回路のハーフブリッジの前記磁気抵抗センサ素子におけるバーバーポール構成は少なくとも実質的に同等の方法で位置合わせされ、前記ホイートストンブリッジ回路の少なくとも１つのハーフブリッジにおける前記磁気抵抗センサ素子の前記バーバーポール構成の位置合わせは、前記ホイートストンブリッジ回路の少なくとも別の１つのハーフブリッジにおける前記磁気抵抗センサ素子の前記バーバーポール構成の位置合わせとは異なるよう選択されることを特徴とする、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記ホイートストンブリッジ回路は、第１および第３のブリッジブランチが直列配置された第１のハーフブリッジと、第２および第４のブリッジブランチが直列配置された第２のハーフブリッジとから構成され、前記第１、第２、第３および第４のブリッジブランチは、第１、第２、第３および第４の磁気抵抗センサ素子を伴って構成され、前記第１および第３の磁気抵抗センサ素子の前記バーバーポール構成は、前記第２および第４の磁気抵抗センサ素子の前記バーバーポール構成に対して実質的に直角に位置合わせされることを特徴とする、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記磁気抵抗センサ素子は、前記測定方向に延びる座標軸に沿う所定の座標を有し、前記第１および第２の磁気抵抗センサ素子の前記座標および前記第３および第４の磁気抵抗センサ素子の前記座標は少なくとも実質的に相互に対応し、前記第１および第２の磁気抵抗センサ素子の前記座標は、前記測定方向に延びる前記座標軸上の基準点に対して、前記第３および第４の磁気抵抗センサ素子の前記座標と対称になるよう選択されることを特徴とする、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記測定磁界に交互に影響を与える周期的反復領域のゾーンは、前記運動センサ素子の主表面に対して実質的に垂直な窪みと交互する突起によって構成され、該突起および窪みは前記運動センサ素子を構成する磁化可能物質から構成されることを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
前記運動センサ素子は線形であることを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１１】
前記運動センサ素子は回転対称であることを特徴とする、請求項１から１０のいずれか一項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、運動センサ素子の位置を決定するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気抵抗効果を利用するセンサ装置を備えた、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、従来から述べられてきている。この磁気抵抗センサ装置は、シリコン基板上に蛇行状に設けられかつホイートストンブリッジとして構成される４つのパーマロイストリップを含む。この磁気抵抗センサ装置は、測定方向に沿って外部磁界の極性および磁界強度に対して感度を有し、測定磁界として表されかつ測定方向に測定される、磁界の磁界成分に依存して測定信号を供給するよう適合される。
【０００３】
磁気抵抗効果により、運動センサ素子の回転移動を直接測定することはできないため、磁気抵抗センサ装置には、作動磁石として表される永久磁石が追加的に固定されている。この作動磁石は、磁気抵抗センサ装置の後ろ側またはハウジングに接着され、磁気抵抗センサ装置に作動磁石の磁界が浸透するようになっているが、このアセンブリ自体において、運動センサ素子なしでは磁界の磁界成分は測定方向に発生しない。この構成では、磁気抵抗センサ装置によって供給される測定信号はゼロに等しい。
【０００４】
強磁性体のギアホイールのように形成された運動センサ素子がセンサ装置の近傍に設けられると、それによって作動磁石の磁界の磁界バリエーションが変化する。そのため、磁気抵抗センサ装置の測定方向は、強磁性体のギアホイールのように形成された運動センサ素子の歯に対する運動センサ素子の移動方向に位置合わせされる。従って、運動センサ素子の歯は、この測定方向にセンサ装置を通過して移動する。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、センサ装置の測定方向において作動磁石の磁界の磁力線が歪みが発生する。この歪みは、運動センサ素子のギアホイール形状の歯の間の距離に関して周期的に発生する。センサ装置が歯の前または２つの歯の間のギャップにその中心を置く「対称的な」位置の場合、磁界は運動センサ素子の移動方向に歪むことはない。従って、センサ装置の出力信号はこの位置ではゼロに等しい。センサ装置が歯の前またはギャップの前にその中心を置かない、「非対称的な」位置の場合、磁界は運動センサ素子の移動方向へ歪み、これは運動センサ素子の運動座標に依存する。従って、センサ装置は、運動センサ素子のこの運動座標に依存する出力信号を生成する。該出力信号は、運動座標において少なくとも実質的に正弦波形であると好ましい。
【０００５】
該磁気抵抗センサ装置は、運動センサ素子と結合されるホイール、シャフトなどの回転数を検出するための多様なシステムにおいて、回転運動センサ素子とともに用いられる。このアプリケーションの最も主要な分野の１つは、ブロッキング防止システムにおける使用、または自動車のクランクシャフト回転センサとしての使用である。次に、センサ装置は従来、文頭の段落で述べたホイートストンブリッジ構成で接続された４つの抵抗器を有し、磁化可能物質のギアホイールの前で動作される。その測定方向、つまりセンサ装置が磁気を感知する方向は、上述の方法におけるギアホイールの回転方向座標に平行である。
【０００６】
上記のように、ホイートストンブリッジの出力信号は、運動センサ素子の運動座標上の正弦波信号によって１次近似で表すことができる。この場合、出力信号におけるゼロ交差は、運動センサ素子の１つの歯の中心の前または２つの歯の間のギャップの中心の前で発生する。移動された運動センサ素子の場合、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。
【０００７】
図１に、文頭の段落で述べた種類のセンサ装置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の例を図示する。この図において、磁気抵抗センサ装置は４つのセンサ素子１、２、３、４を備え、これらは上述したように、蛇行状にシリコン基板上に設けられホイートストンブリッジとして構成されるパーマロイストリップを含む。このホイートストンブリッジは、動作時に第１の電源電位ＵＢが印加される第１の電力供給端子５と、動作時に好ましくは地電位である第２の電源電位Ｍが印加される第２の電力供給端子６との間に設けられる。図示する例において、センサ装置は、デカルト座標系のｘ座標軸およびｙ座標軸によって画成される平面に平面配置され、ｚ座標軸は該平面に対して垂直である。この磁気抵抗センサ装置全体を、参照符号７で示す。
【０００８】
更に、作動磁石８として表される長方形の永久磁石がセンサ装置７に搭載される。ある実施形態において、該作動磁石８は、センサ装置７に作動磁石８の磁界Ｈが浸透するよう、センサ装置７の後ろ側またはハウジングに接着されるのが好ましい。この磁界Ｈの磁力線の基本方向は、ｚ座標軸に沿って延びる。
【０００９】
磁気抵抗センサ装置７は、ｙ座標軸に沿って測定方向を有する。この測定方向に沿って、磁気抵抗センサ装置７は、外部磁界の極性および磁界強度を感知し、測定磁界として表され測定方向において測定されるこの磁界の磁界成分に依存する測定信号を供給するよう、適合される。動作上、外部磁界は、作動磁石８の磁界Ｈによって排他的に形成されることが好ましい。
【００１０】
前述のセンサ装置７を用いて回転運動センサ素子の回転速度を測定するためには、該回転運動センサ素子９をｚ座標軸方向におけるセンサ装置７の前に配置する。運動センサ素子９はギアホイール形状に構成された強磁性体から成り、動作上、運動座標Φの方向に回転する。運動センサ素子９の運動座標軸Φに沿って、ｙ座標軸の方向に位置するセンサ装置７の測定方向における作動磁石８の磁界Ｈの磁力線に歪みが生じる。この歪みは、運動センサ素子９のギアホイール形状の歯の間の距離に関して周期的に発生する。ｙ座標軸方向に位置する測定方向の磁界Ｈの磁界成分は、測定磁界として表される。センサ装置７において、測定磁界は、運動座標Φを介して、好ましくは少なくとも実質的に正弦波形の信号ＵＡを生成する。該信号は、運動センサ素子９のこの運動座標Φに依存する。
【００１１】
センサチップは、欧州特許出願公開第０  ６０７  ５９５号明細書から既知である。このチップは特に、磁界強度の勾配を測定するための、中心軸から２つの領域に分離され平行に設けられた４つの磁気抵抗抵抗器から成る、ホイートストンブリッジの形状のブリッジ回路を備え、電流および電圧の測定に用いられる。これらの抵抗器の内、２つの直列配置された抵抗器がホイートストンブリッジの１つのブリッジブランチを構成し、該２つの領域は各々、一方のブリッジブランチの磁気抵抗抵抗器および他方のブリッジブランチの磁気抵抗抵抗器を含む。２つの領域の抵抗器は、中心軸に対して対称に設けられる。これらは、バーバーポール構成を有する、相互にかつ他方のストリップに平行なコーティングストリップから成る。これらのバーバーポール構成は全ての抵抗で等しく、印加された磁界勾配のみがブリッジを制御することが保証される。欧州特許出願公開第０  ６０７  ５９５号明細書に記載される実施形態によれば、このセンサチップにおいて２つの領域の間隔、つまり磁界勾配計の基本長さが短く維持されると干渉磁界による影響は微々たるものだが、そのソースは測定装置から大きく離れる。
【００１２】
しかし、動作上、運動センサ素子の位置を決定するための以下に説明するタイプの装置は、この運動センサ素子がなくても既に出力信号をセンサ装置に提供するようであり、この出力信号の値は、ｚ座標軸の方向において測定される運動センサ素子とセンサ装置との間の距離に依存する。これは、該装置の構成にそれほど厳格でない寸法公差が用いられると、動作上、センサ装置の出力信号の強い歪みを生じる。従って、このような装置はより一層高価になる。
【００１３】
しかし、磁界強度の勾配を測定するための前述のセンサ装置、つまり勾配センサの代わりに、異なる構成のセンサ装置が用いられると、勾配センサであれば簡単な方法で達成できる外部磁界の干渉からの自由が全く達成できないか、または部品の数を増やさなければ達成できない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の目的は、干渉を受けることなく簡単な方法で信頼できる動作を提供し、機械的構造における寸法公差に敏感でない、運動センサ素子の位置を決定するための装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を解決する本発明の構成は、運動センサ素子の運動座標に沿って、装置に印加される磁界の形成に周期的に影響を与える運動センサ素子の位置を決定するための装置において、前記運動センサ素子の前記運動座標に対して少なくとも実質的に平行に位置合わせされる測定方向に沿って、前記装置に印加される前記磁界の少なくとも極性に感度を有し、測定磁界として表されるとともに前記測定方向において測定される、前記装置に印加される前記磁界の磁界成分に依存する測定信号を供給するセンサ装置を備え、前記運動センサ素子の前記運動座標に沿って延在する主表面の帯状ゾーンに設けられる前記運動センサ素子は、前記主表面に平行に形成されるとともに前記運動センサ素子の前記運動座標に対して少なくとも実質的に平行な前記測定磁界に交互に影響を与える周期的反復領域を備え、前記センサ素子の前記測定方向は前記運動センサ素子の前記主表面に対して少なくとも実質的に平行に位置合わせされ、前記装置に印加される前記磁界は、磁力線の基本方向によって決定される主要成分を伴って前記運動センサ素子の前記主表面に対して実質的に垂直に位置合わせされ、前記センサ装置は、前記磁界の勾配を測定するための磁気抵抗センサ装置として構成され、前記装置に印加される前記磁界は、前記磁気抵抗センサ装置の空間的延長領域において均質的に形成されたことを特徴とする。前記測定信号は、前記センサ装置の出力信号を表し、以降でもそのように説明される。前記磁界の勾配を測定する前記磁気抵抗センサ装置は以降でさらに勾配センサとして称される。
【００１６】
本発明は、作動磁石として用いられる長方形の永久磁石が不均質磁界を生成するという認識に基づく。従って、該磁石の前に設けられるセンサ装置には不均質磁界が浸透し、その結果、センサ装置の個々のブリッジブランチ、つまり個々のセンサ素子は、印加される磁界の多様な磁界強度および方向性の影響を受ける。また、磁界の不均質性はｚ座標軸の方向において測定される運動センサ素子とセンサ装置との間の距離に依存することが明らかであるため、本発明による措置を講じなければ、上記の寸法公差に対する感度だけでなくこの距離もその結果となる。
【００１７】
図１に、上記の磁界Ｈの不均質性を図示する。ｚ座標軸の方向に延びる作動磁石８の中心軸の周りの非常に狭い領域内だけが、磁界Ｈレクティリニアの磁力線だが、他の領域においては多かれ少なかれ強い屈曲がある。この屈曲は更に、運動センサ素子９と作動磁石８との間の距離に応じて変化する。個々のブリッジブランチおよびその中に設けられるセンサ素子１、２、３、４に影響を与える、異なる磁界は、これらのセンサ素子１、２、３、４が異なる動作地点で作動し、従って、異なる特性を持つ、つまり異なる小信号行動を取るという事実を明らかにする。この小信号行動は更に、センサ装置７および作動磁石８の組込み位置によって、運動センサ素子９に関連して変化する。
【００１８】
ここで、簡単な方法で、本発明は、先に述べたセンサ装置の出力信号の磁界の不均質性への依存を排除し、干渉がなく、かつ製造公差に敏感でない、運動センサ素子の位置を決定するための装置を提供する。これは、運動センサ素子の運動座標とセンサ装置の出力信号との間の、干渉のない特性によって明らかになる。また、これは、出力信号の瞬間値から直接的に、この特性の変化に対する運動センサ素子の位置を明確に検出できる可能性をも提供する。これにより、例えば電源電位へのスイッチ後に、本発明による装置を直ちに動作させることが可能となる。
【００１９】
さらに好適な実施の形態において、本発明に従った装置は、前記装置に前記磁界を印加する作動磁石を備え、前記作動磁石から発生する前記磁界の前記磁力線の前記主要成分は、前記運動センサ素子の前記主表面に対して少なくとも実質的に垂直に位置合わせされる。好適には、上面の１つが前記磁気抵抗センサ装置に直面しそれと実質的に平行に位置合わせされる前記作動磁石は、該作動磁石から発生する前記磁界の磁力線の前記主要成分の方向において前記運動センサ素子の前記主表面の方向を向く突起、つまり前記運動センサ素子の前記主表面に対して実質的に垂直な突起を有し、該突起は、少なくとも前記測定方向において前記磁気抵抗センサ装置の空間的延長領域を含む。言い換えれば、該作動磁石の表面はトレンチのように形成されるのが好ましく、このような作動磁石を「トレンチマグネット」とも言う。
【００２０】
本発明のこの実施により、作動磁石による簡単で低コストの磁界形成という利点に、本発明によって達成される干渉および寸法公差に対する強健性が組み合わされる。
【００２１】
さらなる本発明の実施の形態において、前記運動センサ素子の前記主表面の方向を向く前記作動磁石の上面の前記突起は、前記運動センサ素子の前記主表面に対して少なくとも実質的に平行なあらゆる方向における前記磁気抵抗センサ素子の空間的延長領域を含む。従って、作動磁石の磁界はこれらの全ての方向において均質化され、それにより前記の動作特性全体が改良される。
【００２２】
磁界の勾配を測定するための磁気抵抗センサ装置を簡単にかつ効率的に構成するために、磁気抵抗センサ装置は、少なくともホイートストンブリッジ構成で磁界の勾配を測定するよう形成される。該ホイートストンブリッジ構成は、各ブリッジブランチが磁気抵抗センサ素子を含み、２つの直列配置されたブリッジブランチの各々が該ホイートストンブリッジ構成のハーフブリッジを構成するものである。
【００２３】
本発明の好ましい実施の形態によれば、前記磁気抵抗センサ素子はバーバーポール構成で構成され、前記ホイートストンブリッジ回路のハーフブリッジの前記磁気抵抗センサ素子におけるバーバーポール構成は少なくとも実質的に同等の方法で位置合わせされ、前記ホイートストンブリッジ回路の少なくとも１つのハーフブリッジにおける前記磁気抵抗センサ素子の前記バーバーポール構成の位置合わせは、前記ホイートストンブリッジ回路の少なくとも別の１つのハーフブリッジにおける前記磁気抵抗センサ素子の前記バーバーポール構成の位置合わせとは異なるよう選択される。前記ホイートストンブリッジ回路は、第１および第３のブリッジブランチが直列配置された第１のハーフブリッジと、第２および第４のブリッジブランチが直列配置された第２のハーフブリッジとから構成され、前記第１、第２、第３および第４のブリッジブランチは、第１、第２、第３および第４の磁気抵抗センサ素子を伴って構成され、前記第１および第３の磁気抵抗センサ素子の前記バーバーポール構成は、前記第２および第４の磁気抵抗センサ素子の前記バーバーポール構成に対して実質的に直角に位置合わせされ、以上の点において、前記勾配センサの構造は、簡易であり信頼性がある。
【００２４】
前記磁気抵抗センサ素子は、前記測定方向に延びる座標軸に沿う所定の座標を有し、前記第１および第２の磁気抵抗センサ素子の前記座標および前記第３および第４の磁気抵抗センサ素子の前記座標は少なくとも実質的に相互に対応し、前記第１および第２の磁気抵抗センサ素子の前記座標は、前記測定方向に延びる前記座標軸上の基準点に対して、前記第３および第４の磁気抵抗センサ素子の前記座標と対称になるよう選択され、以上の点において、本発明に従った前記センサ装置の好ましい実施の形態が得られる。前記基準点に対して決定される第１および第２の磁気抵抗センサ素子の座標は、相互に少なくとも実質的に等しく、同様に、第３および第４の磁気抵抗センサ素子も、前記基準点に関して相互に少なくとも実質的に等しいが、第１および第２の磁気抵抗センサ素子の座標に関して逆のサインを有する。つまり、全ての座標の値は少なくとも実質的に対応する。
【００２５】
交互に測定磁界に影響を与える周期的反復領域のゾーンは、運動センサ素子の主表面に実質的に垂直な窪みと交互する突起によって構成され、該突起および窪みは、運動センサ素子を構成する磁化可能物質から形成されると、有利である。従って、運動センサ素子は歯形状を有する。動作上、運動座標Ｆと共に変化する作動磁石の磁界の磁力線の逸脱は、これらの歯によって得られる。変形の実施形態では、運動センサ素子において測定磁界に交互に影響を与える周期的反復領域のゾーンも、運動センサ素子の主表面の周期的に変化する磁化のゾーンによって形成されてもよい。
【００２６】
本発明は、運動センサ素子を線形および回転対称に実施する、つまり、例えばギアホイールまたは歯形状のラックとして実施する可能性を提供する。回転対称の実施において、運動センサ素子の主表面は、本質的に円筒形状の運動センサ素子の被着面によって形成されてよく、そして装置に印加される磁界の主要成分は運動センサ素子の回転軸へ実質的に放射状に延設される。しかし、該主表面は、実質的に円筒形状またはディスク形状の運動センサ素子の終端面によって形成されてもよく、装置に印加される磁界の主要成分は運動センサ素子に対して実質的に軸状に延設される。例えば、運動センサ素子の主表面が円錐形状であることも可能である。
【００２７】
本発明のこれらのおよび他の態様は以下に述べる実施形態から明らかであり、これを参照して説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
勾配センサ１０として表される、磁界強度の勾配を測定するためのかかるセンサ装置の例を、図２の回路図に示す。この図において、前述の素子に対応する素子は同一の参照符号で表されている。勾配センサ１０は、ホイートストンブリッジ構成を有する第１、第２、第３および第４のセンサ素子１１、１２、１３、１４を備える。第１および第３のセンサ素子１１、１３、およびもう一方の第２、第４のセンサ素子１２、１４は直列に配置され、ハーフブリッジを形成するよう接続される。これらのハーフブリッジ１３、３３および２３、４３は、電源電位ＵＢを再び運ぶことが好ましい第１の電力供給端子５と、地電位Ｍを再び運ぶことが好ましい第２の電力供給端子２との間に設けられる。従って、ブリッジ回路は、図１と同様に電源電位ＵＢとＭとの差異によってもたらされる電力供給を介して、再び接続される。
【００２９】
第１及び第３のセンサ素子１１、１３の間の接合部は、磁気抵抗センサ装置１０の第１のタップ１５に接続される。同様に、第２および第４のセンサ素子１２、１４の間の接合部は、ホイートストンブリッジの第２のタップ１６に接続される。磁気抵抗センサ装置１０の出力信号ＵＡ１０は、第１および第２のタップ１５、１６の間で取得される。
【００３０】
磁気抵抗センサ装置１０の第１、第２、第３および第４のセンサ素子１１、１２、１３、１４は各々、抵抗Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３、およびＲ１４を有する。
【００３１】
磁気抵抗センサ装置１０の第１および第２のセンサ素子１１、１２は、ｘおよびｙ座標軸によって画成される平面におけるｘ座標軸に沿って延びる空間中心軸１７に対して、これら２つのセンサ素子１１、１２に対応する第１の座標でｙ座標軸に沿って位置し、
ｙ１＝ｙ２＝＋Δｙ
となる。磁気抵抗センサ装置１０の第３および第４のセンサ素子１３、１４は、空間中心軸１７に対して、これらの２つのセンサ素子１３、１４に対応する第２の座標でｙ座標軸に沿って同一平面上に位置し、
ｙ３＝ｙ４＝−Δｙ
となる。従って、値に関しては、第１および第２の座標は対応する。
【００３２】
図２において、各センサ素子１１、１２、１３、１４の異なる陰影部は、バーバーポール構成で形成されていることを示し、電源電位ＵＢによって生成されセンサ素子１１、１２、１３および１４を通って流れる電流の方向に関するバーバーポール構成の位置合わせは、陰影部内の半下向線の方向で示されている。センサ素子１１、１２、１３、１４のバーバーポール構成の選択は、第１および第３のセンサ素子１１、１３の抵抗Ｒ１１およびＲ１３が測定磁界の磁界強度の正の値によって増加し、第２および第４のセンサ素子１２、１４の抵抗Ｒ１２およびＲ１４が測定磁界の磁界強度の正の値によって減少することによって、行われる。そのため、センサ素子ｉ（ｉ＝１１、１２、１３、１４）の位置での消滅測定磁界Ｈｉでセンサ素子ｉを通って流れる電流の方向の角度αｉは、次のように選択される。
【００３３】
α１１＝＋４５°、α１２＝−４５°、α１３＝＋４５°、α１４＝−４５°
図３は、ｘ座標軸およびｙ座標軸によって画成される平面上において、図２に示すセンサ装置１０の可能な空間的実施を示す平面図である。バーバーポール構成が図示されており、明確にするために、各センサ素子１１、１２、１３、１４の位置合わせは、各センサ素子１１、１２、１３、１４の隣に示す符号２１、２２、２３、２４で表されている。
【００３４】
各センサ素子ｉ＝１１、１２、１３、１４の位置での測定磁界について、１次近似で次の式を適用する。
【００３５】
Ｈｉ＝ＨＯｆｆｉ＋Ｈｐｋ  ｓｉｎ（ｎΦ−ｎｙｉ／ｒ）＋Ｈｅｘ
ここで、
Ｈｉは、抵抗Ｒｉを有するセンサ素子ｉでの測定磁界の磁界強度、
ＨＯｆｆｉは、特に測定方向に沿った前述の測定磁界の不均質性によって生成され、特にｚ座標軸方向の運動センサ素子９およびセンサ装置７の間の距離に依存する、センサ素子ｉでの測定磁界の磁界強度のオフセット部であり、
Ｈｐｋは、センサ素子ｉにおける測定磁界の磁界強度の大きさであり、
ｎは、センサホイールとして形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形成された運動センサ素子の半径であり、
ｙｉは、ｙ座標軸に沿ったセンサ素子ｉの座標（測定方向に延びるｙ座標軸に沿ったセンサ素子ｉの空間的延長の中心が望ましい）であり、
Ｈｅｘは、センサ素子ｉにおける、センサ装置７の平面全体に渡り重畳された外部磁界、特に干渉磁界の磁界強度であり、
ｉは、指数ｉ＝１１、１２、１３、１４である。
【００３６】
次の式は、各センサ素子ｉの抵抗Ｒｉに適用される。
【００３７】
Ｒｉ＝Ｒ０＋ＳＨｉ  または、Ｒｉ＝Ｒ０−ＳＨｉ
ここで、
Ｒ０は、作動地点、つまり消滅測定磁界Ｈｉでの各センサ素子ｉの抵抗であり、
Ｓは、測定磁界に依存する抵抗Ｒｉの抵抗の変化、つまりセンサ素子ｉのＲ−Ｈ特性曲線の勾配またはセンサ素子ｉの感度であり、
ｉは、指数ｉ＝１１、１２、１３、１４であり、
これらの等式の２つ目の加数の前の符号は、センサ素子ｉ（ｉ＝１１、１２、１３、１４）の位置での消滅測定磁界Ｈｉでセンサ素子を通過する電流の方向の角度αｉの選択に依存する、つまりセンサ素子１１、１２、１３、１４を通って流れる電流に関するバーバーポール構成の位置合わせの選択に依存する。
【００３８】
図２のセンサ装置１０の各センサ素子１１、１２、１３、１４の抵抗Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３、Ｒ１４については、次の関係が適用される。
【００３９】
Ｒ１＝Ｒ０＋Ｓ（ＨＯｆｆ１＋Ｈｐｋｓｉｎ（ｎΦ−ｎｙ１／ｒ）＋Ｈｅｘ）
Ｒ２＝Ｒ０−Ｓ（ＨＯｆｆ２＋Ｈｐｋｓｉｎ（ｎΦ−ｎｙ２／ｒ）＋Ｈｅｘ）
Ｒ３＝Ｒ０＋Ｓ（ＨＯｆｆ３＋Ｈｐｋｓｉｎ（ｎΦ−ｎｙ３／ｒ）＋Ｈｅｘ）
Ｒ４＝Ｒ０−Ｓ（ＨＯｆｆ４＋Ｈｐｋｓｉｎ（ｎΦ−ｎｙ４／ｒ）＋Ｈｅｘ）
磁気抵抗センサ装置１０のセンサ素子ｉ（ｉ＝１１、１２、１３、１４）の位置で、測定磁界の磁界強度のＨＯｆｆｉで表される上記のオフセット部は、特に前述の測定方向に沿った測定磁界の不均質性により、また特にｚ座標軸方向における運動センサ素子９とセンサ装置７との間の距離に依存して、効果的である。ｘ座標軸に関して対称の構成を持つセンサ装置１０の場合に、対称となるセンサ素子１１、１２、１３、１４の座標ｙ１、ｙ２、ｙ３、ｙ４があると仮定すると、測定磁界の磁界強度のオフセット部ＨＯｆｆｉについて、次の値が得られる。
【００４０】
ＨＯｆｆ１＝ＨＯｆｆ２＝−ＨＯｆｆ３＝−ＨＯｆｆ４＝ＨＯｆｆ
上記の関係により、センサ装置１０の出力信号ＵＡ１０として１次近似において次の値が得られる。
【００４１】
ＵＡ１０／ＵＢ＝Ｒ１３／（Ｒ１１＋Ｒ１３）−Ｒ１４／（Ｒ１２＋Ｒ１４）
＝−（Ｓ  ＨＯｆｆ／Ｒ０）＋（Ｓ  Ｈｐｋ／Ｒ０）ｃｏｓ（ｎΦ）ｓｉｎ（ｎΔｙ／ｒ）
この勾配センサ１０を用いることによって、外部磁界の影響のみ、従って外部干渉磁界も、少なくとも１次近似で排除できるが、測定磁界の磁界強度のオフセット部の影響はセンサ素子に残ることがわかる。前述のセンサ素子における測定磁界の磁界強度のこれらのオフセット部は、ｚ座標軸に沿ったセンサ装置６０と運動センサ素子９との間の距離に依存するため、その結果である出力信号ＵＡ１０の欠陥は、センサ装置１０が欠陥なく作動するためには受容できるものではない。
【００４２】
図４は、上記の欠点を排除することができる本発明の１つの実施形態を示す。そのため、例えば図２および図３に示す勾配センサ１０は、変形された作動磁石と共に、運動センサ素子９の位置を決定するために図４に示すように装置内に設けられる。この変形では、作動磁石１８が突起１９および２０を有する。該突起は、表面が磁気抵抗センサ装置１０に面し、作動磁石１８から生じる磁界Ｈの磁力線の主要成分の方向、つまりｚ座標軸の方向において実質的に平行に、従って運動センサ素子９の主表面に対して実質的に垂直に、位置合わせされる。これらの突起は、運動センサ素子９のこの主表面の方向に向かい、少なくとも、ｙ座標軸によって与えられる測定方向における磁気抵抗センサ装置１０の空間的延長領域を含む。突起１９、２０は、少なくとも磁気抵抗センサ装置１０が位置するｘ−ｙ面まで、ｚ座標軸の方向に延びる。従って、簡単かつ効果的な方法で、装置に影響を与える磁界Ｈが磁気抵抗センサ装置１０の空間的延長領域に均質的に形成される。
【００４３】
明確にするために、図４にバーバーポール構成の位置合わせを示す。これは図２と同様に陰影部を用いて示されている。
【００４４】
センサ素子１１、１２、１３、１４における測定磁界の磁界強度のオフセット部ＨＯｆｆｉは、均質化された磁界については消滅するため、本発明によれば、
ＵＡ１０／ＵＢ＝（Ｓ  Ｈｐｋ／Ｒ０）ｃｏｓ（ｎΦ）ｓｉｎ（ｎΔｙ／ｒ）
の実施において、磁気抵抗センサ装置１０の出力信号ＵＡ１０について、
ＨＯｆｆ１＝ＨＯｆｆ２＝−ＨＯｆｆ３＝−ＨＯｆｆ４＝ＨＯｆｆ＝０
の関係が得られる。
【００４５】
従って、本発明による実施における磁気抵抗センサ装置１０の出力信号ＵＡ１０は、特に干渉する外部磁界または例えば運動センサ素子９と磁気抵抗センサ装置１０との間の距離の配置公差による影響に、もはや依存することはない。
【００４６】
また、本発明による実施における磁気抵抗センサ装置１０の出力信号ＵＡ１０は、運動センサ素子９が１つの歯または２つの歯の間のギャップを有する磁気抵抗センサ装置１０の前にあるのかどうかを、確実に検出する。運動座標Φの方向で表される歯の中心がｙ座標系のゼロ地点ｙ＝０に位置する、つまり磁気抵抗センサ装置１０の空間中心軸に対向する、運動センサ素子９の１つの位置においては、
ｎΦ＝０、２π、４π、・・・
の関係が、磁気抵抗センサ装置１０の出力信号ＵＡ１０の等式におけるコサイン項に当てはまる。つまり
ｃｏｓ（ｎΦ）＝１
同様に、運動座標Φの方向で表される２つの歯の中心がｙ座標系のゼロ地点ｙ＝０に位置する、つまり磁気抵抗センサ装置１０の空間中心軸に対向する、運動センサ素子９の位置においては、
ｎΦ＝０、π、３π、・・・
の関係が、磁気抵抗センサ装置１０の出力信号ＵＡ１０の等式におけるコサイン項に当てはまる。つまり
ｃｏｓ（ｎΦ）＝−１
従って、歯とギャップとが確実に区別される。
【００４７】
図４の装置の変形として、磁気抵抗センサ装置１０は、突起１９、２０と少なくとも実質的に同様に形成されることが好ましい作動磁石１８の突起によって、ｘ座標軸の方向に包囲されてもよい。それにより、磁界Ｈはｘ座標の方向においても均質化される。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【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】勾配センサの例を示す回路図である。
【図３】図２の勾配センサの空間的実施を示す図である。
【図４】本発明による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１つの実施形態を示す。
【符号の説明】
【００４９】
１  磁気抵抗センサ装置７の第１のセンサ素子
２  磁気抵抗センサ装置７の第２のセンサ素子
３  磁気抵抗センサ装置７の第３のセンサ素子
４  磁気抵抗センサ装置７の第４のセンサ素子
５  第１の電力供給端子（第１の電源電位ＵＢ用）
６  第２の電力供給端子（地電位Ｍ用）
７  磁気抵抗センサ装置
８  磁気抵抗センサ装置７用作動磁石
９  回転運動センサ素子
１０  勾配センサ
１１  勾配センサ１０の第１のセンサ素子
１２  勾配センサ１０の第２のセンサ素子
１３  勾配センサ１０の第３のセンサ素子
１４  勾配センサ１０の第４のセンサ素子
１５  磁気抵抗センサ装置１０の第１のタップ
１６  磁気抵抗センサ装置１０の第２のタップ
１７  磁気抵抗センサ装置１０の空間中心軸
１８  勾配センサ１０用作動磁石
１９  作動磁石１８の突起
２０  作動磁石１８の突起
２１  センサ素子１１内のバーバーポール構成の位置合わせの記号
２２  センサ素子１２内のバーバーポール構成の位置合わせの記号
２３  センサ素子１３内のバーバーポール構成の位置合わせの記号
２４  センサ素子１４内のバーバーポール構成の位置合わせの記号
Ｈ  作動磁石の磁界
Ｈｉ  抵抗Ｒｉを持つセンサ素子ｉでの測定磁界の磁界強度
Ｈｅｘ  センサ素子ｉにおける、センサ装置７の平面全体に渡り重畳された外部磁界、特に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
ＨＯｆｆ  センサ素子１１、１２、１３、１４（図２、３）における、測定磁界の磁界強度のオフセット部の量
Ｈｐｋ  センサ素子ｉにおける測定磁界の磁界強度の大きさ
ｉ  指数ｉ＝１１、１２、１３、１４
Ｍ  第２の電源電位（＝地電位）
ｎ  センサホイールとして形成された運動センサ素子９の歯の数
ｒ  センサホイールとして形成された運動センサ素子９の半径
Ｒ０  作動地点での各センサ素子ｉの抵抗
Ｒｉ  ｉで表されるセンサ素子の抵抗
Ｓ  測定磁界に依存する抵抗Ｒｉの抵抗変化、つまりｉで表されるセンサ素子のＲ−Ｈ特性曲線の勾配またはｉで表されるセンサ素子の感度
ＵＡ  センサ装置７の出力信号
ＵＡ１０  センサ装置１０（＝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  ｉで表されるセンサ素子の位置での消滅測定磁界Ｈｉ上のセンサ素子ｉを通る電流の方向角度
Δｙ  磁気抵抗センサ装置１０のセンサ素子１１、１２、１３、１４の座標の値
Φ  回転運動センサ素子９の運動座標（例えばクランクシャフト回転角）
【図１】
2005510738.tif 000003
【図２】
2005510738.tif 000004
【図３】
2005510738.tif 000005
【図４】
2005510738.tif 000006
【国際調査報告】
2005510738.tif 000007
2005510738.tif 000008