(57)【要約】【課題】拡張磁気窓を使用するマルチターン磁気センサによってターン数を記録する方法を提供する。【解決手段】システムは、磁性ターゲットの累積ターン数に関連する磁気状態を記憶することができる磁気センサを含む。磁気センサは、磁性ターゲットと連携して働き得る。磁性ターゲットは、いくつかの位置において、磁気センサの磁気窓を下回って降下する磁界を作成し得る。磁性ターゲットは、センサの磁気状態を更新するときに磁気窓内にあり、磁性ターゲットの累積ターンを追跡し続けるために必要である磁界を作成し得る。磁気センサは、１つ以上の磁壁によって初期化され得る。【選択図】図１
2019219392.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
拡張磁気窓を使用するマルチターン磁気センサによってターン数を記録する方法であって、
前記マルチターン磁気センサに磁界を印加することであって、前記磁界が、前記マルチターン磁気センサにおける磁壁伝播磁壁伝播が想定されるエリアの外側に向いており、前記磁界は、磁壁が前記マルチターン磁気センサを通って予測可能に伝播する範囲を下回る第１の強度を有する、印加することと、
前記磁界が前記エリアの外側に向いている間、前記磁界の前記強度を、磁壁が前記マルチターン磁気センサを通して予測可能に伝播する前記範囲内である第２の強度まで増大させることと、
前記磁界が前記第２の強度を有している間、前記マルチターン磁気センサの状態を調整するために前記磁界ベクトルが前記エリア内に向くように、前記磁界をターンさせることと、を含む、方法。
【請求項２】
前記磁界を印加することが、磁性ターゲットによって前記マルチターン磁気センサに前記磁界を印加することを含み、前記磁界をターンさせることが、前記磁性ターゲットを前記マルチターン磁気センサに対して回転させることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記磁界を印加することが、磁性ターゲットによって前記マルチターン磁気センサに前記磁界を印加することを含み、前記磁界をターンさせることが、前記磁性ターゲットを前記マルチターン磁気センサに対して直線的に平行移動させることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記磁界を印加することが、磁性ターゲットによって前記マルチターン磁気センサに前記磁界を印加することを含み、前記方法が、
前記磁性ターゲットとは別の初期化磁石によって、かつ前記マルチターン磁気センサに、磁壁が前記マルチターン磁気センサを通して予測可能に伝播する前記範囲内である第３の強度を有する初期化磁界を印加することと、
前記マルチターン磁気センサに対して前記初期化磁界をターンさせて、前記マルチターン磁気センサ内に少なくとも１つの磁壁を作成することと、をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記磁界が前記エリアの外側に向いている間、前記磁界を、前記マルチターン磁気センサを通した磁壁のあらゆる伝播が想定される範囲を下回る第３の強度まで低減させることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
拡張磁気窓を有するマルチターン磁気検知システムであって、
マルチターン磁気センサであって、磁気抵抗素子を備え、前記マルチターン磁気センサを通した磁壁伝播に基づいて磁界のターン数を記録するように構成された、マルチターン磁気センサと、
前記マルチターン磁気センサに対する第１の位置と、前記マルチターン磁気センサに対する第２の位置との間で移動するように構成された磁性ターゲットであって、前記磁性ターゲットは、
前記第１の位置において、前記磁性ターゲットが、前記マルチターン磁気センサに第１の強度を有する前記磁界を印加するように構成され、前記第１の強度は、磁壁が前記マルチターン磁気センサを通して予測可能に伝播する範囲を下回り、かつ
前記第２の位置において、前記磁性ターゲットが、前記マルチターン磁気センサに第２の強度を有する前記磁界を印加するように構成され、前記第２の強度は、磁壁が前記マルチターン磁気センサを通して予測可能に伝播する範囲内であるように構成されている、磁性ターゲットと、を備える、システム。
【請求項７】
前記磁性ターゲットが、
第１の磁気双極子を形成する磁性材料の第１の部分と、
第２の磁気双極子を形成する前記磁性材料の第２の部分と、を備え、前記第１の磁気双極子が、前記第２の磁気双極子に対して反転され、前記磁性材料の前記第１および第２の部分が、略円形の周縁に沿って配設され、前記磁性材料の前記第１の部分の少なくとも一部が、前記磁性材料の前記第２の部分に隣接して配設されている、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記磁性ターゲットが前記第１の位置にあるとき、前記磁性材料の前記第２の部分が、前記マルチターン磁気センサから離れて配設される、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記磁性ターゲットが前記第２の位置にあるとき、前記磁性材料の前記第２の部分が、前記マルチターン磁気センサに隣接して配設される、請求項７に記載のシステム。
【請求項１０】
前記略円形の周縁が、中心を有する円を画定し、前記第１の磁気双極子は、前記第１の磁気双極子が前記円の前記中心に向いているＮ磁極と、前記円の前記中心から離れて向いているＳ磁極とを有するように配向され、前記第２の磁気双極子は、前記第２の磁気双極子が前記円の前記中心に向いているＳ磁極と、前記円の前記中心から離れて向いているＮ磁極とを有するように配向されている、請求項７に記載のシステム。
【請求項１１】
前記略円形の周縁が、平面内に位置する円を画定し、前記第１の磁気双極子は、前記第１の磁気双極子が前記平面に対して垂直に向いているＮ磁極と、前記平面に対して非垂直に向いているＳ磁極とを有するように配向され、前記第２の磁気双極子は、前記第２の磁気双極子が前記平面に対して垂直に向いているＳ磁極と、前記平面に対して非垂直に向いているＮ磁極とを有するように配向されている、請求項７に記載のシステム。
【請求項１２】
前記磁性ターゲットが、前記略円形の周縁を有するリングを備え、前記磁性材料の前記第１および第２の部分が、ともに前記リングの略円形の周縁の略全体に及ぶ、請求項７に記載のシステム。
【請求項１３】
前記磁性ターゲットが、第３の磁気双極子を形成する前記磁性材料の第３の部分を備え、前記第３の磁気双極子が、前記第２の磁気双極子に対して反転され、前記磁性材料の前記第２の部分が、前記磁性材料の前記第１および第３の部分の間に配設される、請求項７に記載のシステム。
【請求項１４】
前記磁性ターゲットが前記第１の位置にあるとき、前記磁性材料の前記第２の部分が、前記マルチターン磁気センサから離れて配設され、前記磁性ターゲットが前記第２の位置にあるとき、前記磁性材料の前記第２の部分が、前記マルチターン磁気センサに隣接して配設される、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記磁性ターゲットが、延伸方向と、前記延伸方向に対して直角に磁化された少なくとも１つの極対とを有する線形磁性ターゲットを備え、前記極対は、前記磁性ターゲットが前記第１の位置にあるときに、前記磁性ターゲットが前記第２の位置にあるときよりも前記マルチターン磁気センサに近接している、請求項６に記載のシステム。
【請求項１６】
拡張磁気窓を有する磁気検知システムであって、
磁気センサであって、磁気抵抗素子を備え、前記磁気センサを通した磁壁伝播に基づいて位置データを記録するように構成された、磁気センサと、
磁性ターゲットであって、
前記磁気センサに対する第１の位置において、前記磁性ターゲットが、前記磁気センサに第１の強度を有する前記磁界を印加するように構成され、前記第１の強度は、磁壁が前記磁気センサを通して９５％を下回る非ゼロの確率で伝播する範囲内であり、かつ
前記磁気センサに対する第２の位置において、前記磁性ターゲットが、前記磁気センサに第２の強度を有する前記磁界を印加するように構成され、前記第２の強度は、磁壁が前記磁気センサを通して予測可能に伝播する範囲内であるように、前記磁気センサに対して配置されている、磁性ターゲットと、を備える、磁気検知システム。
【請求項１７】
前記磁性ターゲットは、前記磁気センサに対する第３の位置において、前記磁性ターゲットが前記磁気センサに第３の強度を有する前記磁界を印加するように構成され、前記第３の強度が、前記磁気センサを通して伝播することが想定されない範囲内であるように、前記磁気センサに対して配置されている、請求項１６に記載の磁気検知システム。
【請求項１８】
前記磁性ターゲットが、リングの形状であり、前記リングの中心に向かって半径方向内側に向いている磁極と、前記リングの前記中心から半径方向外側に向いている磁極とを有する、請求項１６に記載の磁気検知システム。
【請求項１９】
前記磁性ターゲットが、平面内に位置するリングの形状であり、前記磁性ターゲットが、前記リングの前記平面に対して垂直に向いている磁極と、前記リングの前記平面に対して非垂直に向いている磁極とを有する、請求項１６に記載の磁気検知システム。
【請求項２０】
前記磁性ターゲットが、延伸方向を有する線形磁性ターゲットを備え、前記線形磁性ターゲットが、前記線形磁性ターゲットの前記延伸方向に対して直角に向いている磁極を有する、請求項１６に記載の磁気検知システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
説明される技術は、磁気センサならびに関連するシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
３６０°を超える角度を測定することができる回転カウンタは、多種多様な用途で使用され、往々にしてマルチターンカウンタと称される。マルチターンカウンタの１つの実施は、強磁性層が薄い非磁性膜によって分離される磁気抵抗現象を使用する。磁気抵抗現象に基づくマルチターンカウンタは、様々な望ましい性質を有する。回転する磁性ターゲットによって生成され、センサによって検知された磁界の強度を、比較的狭い磁性窓内に維持し続けることが望ましい場合がある。磁界の強度が低すぎると、センサは磁性ターゲットの回転を正しく記録できない可能性がある。反対に、磁界の強度が高すぎる場合、磁界はセンサによって記録されたデータをスクランブルする可能性がある。いずれの場合も、センサからの回転カウントは、もはや信頼することができない。最小および最大許容可能磁界強度の間の差は、磁気窓と称されることもある。
【０００３】
様々な用途において、ターゲットのすべての回転角度に対して磁気窓内に維持される磁界を提供する磁性ターゲットを提供することは困難である可能性がある。一例として、磁性ターゲットが回転シャフトの端に位置することができない用途では、非実用的に大きな磁気窓を伴う可能性がある。
【発明の概要】
【０００４】
特許請求の範囲に記載された革新は、各々がいくつかの態様を有し、そのうちのどの１つもその望ましい特質を単独で担うものではない。特許請求の範囲を限定することなく、本開示のいくつかの顕著な特徴を、ここで簡単に説明する。
【０００５】
本開示の一態様は、拡張磁気窓を使用するマルチターン磁気センサによってターン数を記録する方法である。本方法は、マルチターン磁気センサに磁界を印加することであって、磁界が、マルチターン磁気センサにおける磁壁伝播が想定されるエリアの外側に向いており、磁界が、磁壁がマルチターン磁気センサを通って予測可能に伝播する範囲を下回る第１の強度を有する、印加することを含む。本方法は、磁界がエリアの外側に向いている間、磁界の強度を、磁壁がマルチターン磁気センサを通して予測可能に伝播する範囲内である第２の強度まで増大させることと、磁界が第２の強度を有している間、磁界ベクトルがエリア内部に向かい、マルチターン磁気センサの状態を調整するように、磁界をターンさせることと、を含む。
【０００６】
本方法は、磁界を印加することが、磁性ターゲットによってマルチターン磁気センサに磁界を印加することと、磁性ターゲットを、マルチターン磁気センサに対して回転させるか、マルチターン磁気センサに対して直線的に平行移動させることと、を含むことができる。
【０００７】
本方法は、磁性ターゲットとは別の初期化磁石によって、かつマルチターン磁気センサに、磁壁がマルチターン磁気センサを通して予測可能に伝播する範囲内である第３の強度を有する初期化磁界を印加することと、マルチターン磁気センサに対して初期化磁界をターンさせて、マルチターン磁気センサ内に少なくとも１つの磁壁を作成することと、を含むことができる。
【０００８】
本方法は、磁界がエリアの外側に向いている間、磁界を、マルチターン磁気センサを通した磁壁のあらゆる伝播が想定される範囲を下回る第３の強度まで低減させることを含むことができる。
【０００９】
本開示の別の態様は、拡張磁気窓を有するマルチターン磁気検知システムである。本マルチターン磁気検知システムは、マルチターン磁気センサであって、磁気抵抗素子を備え、マルチターン磁気センサを通した磁壁伝播に基づいて磁界のターン数を記録するように構成された、マルチターン磁気センサと、マルチターン磁気センサに対する第１の位置と、マルチターン磁気センサに対する第２の位置との間で移動するように構成された磁性ターゲットと、を備える。磁性ターゲットは、第１の位置において、マルチターン磁気センサに第１の強度を有する磁界を印加するように構成され、第１の強度は、磁壁がマルチターン磁気センサを通して予測可能に伝播する範囲を下回り、かつ第２の位置において、マルチターン磁気センサに第２の強度を有する磁界を印加するように構成され、第２の強度は、磁壁がマルチターン磁気センサを通して予測可能に伝播する範囲内である、ように構成されることができる。
【００１０】
磁性ターゲットは、第１の磁気双極子を形成する磁性材料の第１の部分と、第２の磁気双極子を形成する磁性材料の第２の部分とを含むことができ、第１の磁気双極子が、第２の磁気双極子に対して反転され、磁性材料の第１および第２の部分が、略円形の周縁に沿って配設され、磁性材料の第１の部分の少なくとも一部が、磁性材料の第２の部分に隣接して配設される。
【００１１】
磁性ターゲットが第１の位置にあるとき、磁性材料の第２の部分は、マルチターン磁気センサから離れて配設されることができる。磁性ターゲットが第２の位置にあるとき、磁性材料の第２の部分は、マルチターン磁気センサに隣接して配設されることができる。
【００１２】
略円形の周縁が、中心を有する円を画定することができる。第１の磁気双極子は、第１の磁気双極子が円の中心に向いているＮ磁極と、円の中心から離れて向いているＳ磁極とを有するように配向されることができる。第２の磁気双極子は、第２の磁気双極子が円の中心に向いているＳ磁極と、円の中心から離れて向いているＮ磁極とを有するように配向されることができる。
【００１３】
磁性材料の略円形の周縁は、平面内に位置する円を画定することができる。第１の磁気双極子は、第１の磁気双極子が平面に対して垂直に向いているＮ磁極と、平面に対して非垂直に向いているＳ磁極とを有するように配向されることができる。第２の磁気双極子は、第２の磁気双極子が平面に対して垂直に向いているＳ磁極と、平面に対して非垂直に向いているＮ磁極とを有するように配向されることができる。
【００１４】
磁性ターゲットは、略円形の周縁を有するリングを備えることができ、磁性材料の第１および第２の部分は、ともにリングの略円形の周縁の略全体に及ぶ。
【００１５】
磁性ターゲットは、第３の磁気双極子を形成する磁性材料の第３の部分を備えることができ、第３の磁気双極子は、第２の磁気双極子に対して反転され、磁性材料の第２の部分は、磁性材料の第１および第３の部分の間に配設されている。
【００１６】
磁性ターゲットが第１の位置にあるとき、磁性材料の第２の部分は、マルチターン磁気センサから離れて配設されることができる。磁性ターゲットが第２の位置にあるとき、磁性材料の第２の部分は、マルチターン磁気センサに隣接して配設されることができる。
【００１７】
磁性ターゲットは、延伸方向と、延伸方向に対して直角に磁化された少なくとも１つの極対とを有する線形磁性ターゲットを備えることができる。極対は、磁性ターゲットが第１の位置にあるときに、磁性ターゲットが第２の位置にあるときよりもマルチターン磁気センサにより近接することができる。
【００１８】
本開示の別の態様は、拡張磁気窓を有するマルチターン磁気検知システムである。磁気検知システムは、磁気センサであって、磁気抵抗素子を備え、磁気センサを通した磁壁伝播に基づいて位置データを記録するように構成された磁気センサと、磁性ターゲットであって、磁気センサに対する第１の位置において、磁性ターゲットが、磁気センサに第１の強度を有する磁界を印加するように構成され、第１の強度は、磁壁が磁気センサを通して９５％を下回る非ゼロの確率で伝播する範囲内であり、かつ磁気センサに対する第２の位置において、磁性ターゲットが、磁気センサに第２の強度を有する磁界を印加するように構成され、第２の強度は、磁壁が磁気センサを通して予測可能に伝播する範囲内であるように、磁気センサに対して配置されている、磁性ターゲットと、を備える。
【００１９】
磁性ターゲットは、磁気センサに対する第３の位置において、磁性ターゲットが、磁気センサに第３の強度を有する磁界を印加するように構成され、第３の強度は、磁壁が磁気センサを通して伝播することが想定されない範囲内であるように、磁気センサに対して配置されることができる。
【００２０】
磁性ターゲットは、リングの形状であることができ、リングの中心に向かって半径方向内側に向いている磁極と、リングの中心から半径方向外側に向いている磁極とを有することができる。
【００２１】
磁性ターゲットは、平面内に位置するリングの形状であることができ、リングの平面に対して垂直に向いている磁極と、リングの平面に対して非垂直に向いている磁極とを有することができる。
【００２２】
磁性ターゲットは、延伸方向を有する線形磁性ターゲットを含み、線形磁性ターゲットの延伸方向に対して直角に向けられた磁極を有することができる。
【００２３】
本開示を要約する目的のために、本明細書では、本革新の特定の態様、利点および新規な特徴が説明されている。すべてのそのような利点が、必ずしも任意の特定の実施形態によって達成され得るわけではないことが理解されるべきである。このように、本革新は、必ずしも本明細書で教示され得るかまたは提案され得るような他の利点を達成することなく、本明細書で教示されたような１つの利点または利点群を達成するかまたは最適化するような方法で具体され得るか、実施され得る。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
これらの図面および本明細書における関連する説明は、特定の実施形態を例証するために提供され、限定することは意図されない。
【図１】対応する回路概略表現によるマルチターン磁気センサの磁気ストリップレイアウト表現の一例を示す。
【図２】説明的な記号による磁気ストリップレイアウト表現の一例を示す。
【図３】拡張磁気窓によって動作することができるマルチターン磁気センサを示す。
【図４】一実施形態による、反転した極対を有するリングを有する磁性リングから形成された磁性ターゲットの、そして磁性ターゲットからの磁界に対して高感度な磁気センサで形成される磁性ターゲットの一例を示す。
【図５Ａ】図４の磁性ターゲットの回転角度の関数としての図４のマルチターン磁気センサにおける磁界強度のグラフを示す。
【図５Ｂ】図４の磁性ターゲットの回転角度の関数としての図４のマルチターン磁気センサにおける磁界方向のグラフを示す。
【図６】一実施形態による、磁極を有するリングから形成された磁性ターゲットの、そして磁性ターゲットからの磁界に対して高感度な磁気センサの一例を示す。
【図７Ａ】図６の磁性ターゲットの回転角度の関数としての図６のマルチターン磁気センサにおける磁界強度のグラフを示す。
【図７Ｂ】図６の磁性ターゲットの回転角度の関数としての図６のマルチターン磁気センサにおける磁界方向のグラフを示す。
【図８】一実施形態による、反転した極対を有する磁性リングから形成され、マルチターン磁気センサによる軸方向検知のために構成された磁性ターゲットの一例を示す。
【図９】一実施形態による、磁極を有するリングから形成され、マルチターン磁気センサによる軸方向検知のために構成された磁性ターゲットの一例を示す。
【図１０】一実施形態による磁性ターゲットのターンをカウントするための方法の一例のフロー図である。
【図１１】一実施形態による１つ以上の磁壁を有する磁気センサを初期化するための方法の一例を示すフロー図である。
【図１２】一実施形態による少なくとも１つの反転した極対を有する磁性棒から形成された線形磁性ターゲットの一例を示す。
【図１３】一実施形態による磁極対を有する線形ターゲットから形成された線形磁性ターゲットの一例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下の詳細な説明は、特定の実施形態の様々な説明を提示する。しかしながら、本明細書で説明された革新は、例えば、特許請求の範囲によって定義およびカバーされるように、多数の異なる方法で具現化されることができる。本説明では、図面について言及され、図面においては、同様の参照番号は同一または機能的に類似した要素を示すことができる。図面中に図示された要素は、必ずしも縮尺どおり描かれていないことが理解されよう。また、特定の実施形態は、図中に図示されているよりも多くの要素、および／または図中に図示された要素のサブセットを含むことができることが理解されよう。さらに、いくつかの実施形態は、２つ以上の図面からの特徴の任意の好適な組み合わせを組み入れることができる。
【００２６】
本開示の態様は、マルチターン磁気センサおよび磁性ターゲットを含む磁気検知システムに関する。磁性ターゲットによって生成された磁界の第１の強度が、磁界強度の範囲内にあるとき、磁壁は、マルチターン磁気センサを通して予測可能に伝播することができる。第１の位置では、磁性ターゲットは、第１の磁界強度を有する磁界をマルチターンセンサに印加することができる。磁性ターゲットは、第１の位置から第２の位置まで回転することができる。第２の位置では、磁性ターゲットは、磁壁伝播が想定されるエリア内に、第２の磁界強度を有する磁界を生成することができ、第２の磁界強度は、マルチターン磁気センサを通して予測可能に伝播する磁壁の磁界強度の範囲を下回る。マルチターン磁気センサは、磁性ターゲットが第１の位置から第２の位置まで、そしてひいては第１の位置まで回転するような状態を維持することができる。したがって、磁気検知システムは、様々な他の磁気検知システムよりも広い範囲の磁界強度で動作することができる。本明細書で述べられた磁気検知システムの磁性ターゲットは、様々な他の磁気検知システムよりも少ない磁性材料を含むことができる。これにより、スペースおよびコストを節約することができる。
【００２７】
本明細書で説明される磁界検知システムは、様々な用途においてターン数を測定するためのコンパクトなモジュール式機構を提供することができる。開示された磁界センサの例示的な一用途は、ステアリングコラムのターン数を測定することである。いくつかの機構では、開示された磁界センサは、その動作強度がセンサの従来の磁気窓を超えることができると同時に、センサの欠陥のない動作を維持することができる磁性ターゲットとともに使用され得る。そのような機構は、磁気センサが回転シャフトの端に位置しない場合であっても、回転シャフトのターン数の検知を容易にし得る。
【００２８】
いくつかの実施形態では、磁気異方性を有する磁気ストリップは、螺旋の形状で物理的に配置されている。磁気ストリップの一端に結合された磁壁発生器は、回転する磁界の向きに従って磁気ストリップを通して１つ以上の磁壁を生成および移送するように構成される。駆動回路は、螺旋の一部を励磁する（例えば、電圧および／または電流を供給する）ことができ、検知回路は、螺旋の一部に関連する電磁的読み取りを行うことができる。このように、検知回路は、磁気ストリップの隔離された磁気抵抗素子の抵抗を検知することができる。制御回路は、螺旋の異なる部分が電力供給され、かつ検知回路によって検知されることができるシーケンスを制御することができる。例えば、制御回路は、検知回路が抵抗を示す値を検知することができる螺旋の特定の磁気抵抗素子を選択するようにスイッチを制御することができる。検知回路は、螺旋の様々な部分の磁気状態に関連する螺旋の様々な部分の一連の電気的読み取りを行うことができる。いくつかの例では、検知回路は電磁的読み取り値の比較を行うことができる。検知回路の出力は、磁気ストリップの磁気抵抗素子の累積ターン状態を判定するようにデコードされることができる。
【００２９】
図１は、対応する回路概略表現１５０を備える例示的な磁気ストリップの配置１００を示す。図１は、互いに対して直列に配置された磁気抵抗素子Ｒ１〜Ｒ１４を形成する角１０５およびセグメント１０３ａ〜１０３ｎと、磁壁発生器１０７とを有する磁気ストリップ１０１を示す。磁気抵抗素子は、磁気整列状態に応じて抵抗を変化させる可変抵抗器として機能することができる。図１に図示される磁気ストリップ１０１は、マルチターンカウンタ内に実装されることができる。
【００３０】
磁気ストリップ１０１は、螺旋の形状で物理的に配置された巨大磁気抵抗型（ＧＭＲ）トラックであることができる。図１に示されるように、そのような螺旋形状の磁気ストリップ１０１は、丸められた角１０５およびセグメント１０３ａ〜１０３ｎを有することができる。磁気ストリップ１０１は、その磁気ストリップ１０１の材料および断面寸法に基づいて、高異方性などの磁気異方性を有することができる。磁気ストリップ１０１は、磁気エネルギを蓄積することができる。磁壁発生器（ＤＷＧ）１０７は、磁気ストリップ１０１の一端に結合される。ＤＷＧ１０７は、低異方性などの磁気異方性を有することができる。磁壁発生器は、磁界内の回転に応答して磁壁を生成することができる。磁壁は、磁気ストリップ１０１に注入されることができる。
【００３１】
図１の例では、磁気ストリップ１０１のセグメント１０３ａ〜１０３ｎが磁気ストリップ１０１の直線の側面として示されている。セグメント１０３ａ〜１０３ｎは、セグメントの磁気ドメインに基づいて可変抵抗を有することができる。セグメントの磁気ドメインが変化すると、そのセグメントの抵抗が変化する可能性がある。したがって、セグメント１０３ａ〜１０３ｎは、本明細書では可変抵抗器Ｒ１〜Ｒ１４とも呼ばれる磁気抵抗素子として動作することができる。磁気抵抗素子Ｒ１〜Ｒ１４は、磁気的に書き込まれ、電気的に読み取られることができる不揮発性の磁気メモリとしても機能することができる。磁気抵抗素子Ｒ１〜Ｒ１４は、螺旋形状の磁気ストリップ１０１に配置されると、互いに直列に結合される。対応する回路図表現１５０は、直列に接続された対応する磁気抵抗素子Ｒ１〜Ｒ１４として描画されたセグメント１０３ａ〜１０３ｎを示す。
【００３２】
図２は、説明的な記号による磁気ストリップレイアウト表現２００の一例を示す。図１の磁気抵抗素子セグメント等価物Ｒ１〜Ｒ１４を有する磁気ストリップ１０１は、ＤＷＧ１０７、外部磁界２０１、外部磁界２０１の回転を示す矢印２０３、および磁壁２１３とともに示されている。ドメイン配向２０５、２０７、２０９、および２１１は、磁気ストリップのセグメント内側のドメインの配向を示す。
【００３３】
ＤＷＧ１０７は、外部磁界２０１の影響を受ける可能性がある。外部磁界２０１が矢印２０３で示されるように回転すると、ＤＷＧ１０７は、磁気ストリップ１０１を通して磁壁２１３を注入することができる。磁界２０１が回転して、ドメイン配向２０５、２０７、２０９、および２１１が変化するにつれ、磁壁２１３はセグメントを通って伝播することができる。図２は、明確にするために、直角位置での外部磁界２０１を示しているが、磁界は、任意の角度、例えば螺旋角に向かって４５度の角度に向いていてもよい。
【００３４】
磁気ストリップ１０１のセグメントの抵抗率は、磁気ストリップセグメント内部のドメイン配向によって影響を受ける可能性がある。各セグメントのドメイン配向は、セグメントの配向に応じて、そのセグメントが高抵抗（「Ｈ」または「ＨＲ」）または低抵抗（「Ｌ」または「ＬＲ」）を有する原因となる可能性がある。ドメイン配向２０５を有する、垂直方向に図示された磁気ストリップセグメントは、低抵抗を有するドメイン配向２０７を有する垂直磁気ストリップセグメントよりも高い抵抗率を有する。ドメイン配向２１３を有する、水平方向に図示された磁気ストリップセグメントは、低抵抗を有するドメイン配向２１１を有する水平方向の磁気ストリップセグメントよりも高い抵抗率を有する。ドメイン配向２０５および２１３を有する磁気ストリップセグメントは、同等の抵抗を有することができる。同様に、ドメイン配向２０７および２１１を有する磁気ストリップセグメントは、同等の抵抗を有することができる。
【００３５】
図１および図２に示された例は、四辺形に基づく開かれた螺旋として螺旋形状の磁気ストリップ１０１を描画している。しかしながら、いくつかの他の実施形態では、異なる多角形または楕円螺旋構成が可能である。また、螺旋は、閉じられた螺旋であることもでき、または重複部分を有する多層螺旋であってもよい。
【００３６】
上述のように、回転磁性ターゲットによって生成され、マルチターン磁気センサによって検知された磁界の強度が、本明細書で第１の磁気窓と称される比較的狭い磁気窓内に留まることが望ましい。第１の磁気窓は、磁壁がマルチターン磁気センサを通して予測可能に伝播する磁界強度の範囲を含み得る。このように、第１の磁気窓は、最大磁界強度Ｈｍａｘよりも強くなく、信頼性の高い磁壁伝播に対する最小磁界強度よりも弱くない強度を有するマルチターン磁気センサにおける強度を有する磁界を含み得る。磁界の強度が高すぎる（例えば、最大磁界強度Ｈｍａｘを上回る）場合、磁界の回転なしであっても、磁界は新しい磁壁を作り出すことができる。これにより、センサによって記録されたデータをスクランブルすることができる。反対に、磁界の強度が低すぎる（例えば、信頼できる磁壁伝播に対する最小磁界強度Ｈｍｉｎを下回る）場合、磁壁は、確実には伝播し得ず、センサは磁性ターゲットの回転数の追跡を失う場合がある。このように、障害のない動作を確保するために、磁界が第１の磁気窓（例えば、ＨｍｉｎとＨｍａｘとの間）内に留まることが望ましい場合がある。
【００３７】
本開示では、第１の磁気窓の外側に出る磁界を用いて動作する一方で、依然として障害のない動作を提供するマルチターン検知システムが提供される。一例として、本開示において提供されるマルチターン検知システムは、時として第２の磁気窓内であり得、時として第３の磁気窓内であり得る磁界で動作し得る。
【００３８】
第２の磁気窓は、磁壁がマルチターン磁気センサを通って、しかし信頼性の低い方法で伝播する範囲の磁界強度を含み得る。強度が第２の磁気窓（高信頼の磁壁伝播に対する最小磁界強度Ｈｍｉｎと磁壁伝播に対する最小磁界強度Ｈｍｉｎ２との間であり、ここでＨｍｉｎ２はＨｍｉｎを下回る）内にある場合、磁壁は、特定の確率（例えば、１を下回る確実性または確率、時として９５％を下回る確実性または確率と称される）で伝播する。
【００３９】
第３の磁気窓は、十分に弱く、マルチターン磁気センサにおける磁壁伝播が生じないことが想定される磁界強度を含み得る。磁界の強度が第３の磁気窓内にある場合（例えば、磁壁伝播に対する最小磁界強度Ｈｍｉｎ２よりも低い場合）、磁壁は、磁界の方向に関係なくセンサ内部で伝播しないはずである。第２及び第３の磁気窓の性質は、第１の磁気窓の外側で動作するセンサを形成する際に（例えば、磁界強度が一定の期間中に第１の磁気窓内にあることを確保することによって）使用されてもよい。
【００４０】
図３は、時として第１の磁気窓の外側にある（例えば、磁壁が予測可能にマルチターン磁気センサ３００を通って伝播する磁気窓の外側にある）センサにおいて磁界強度を発生させる磁性ターゲットによって確実に動作させることができるマルチターン磁気センサ３００の例を示している。
【００４１】
磁界方向が４つのエリア３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃ、および３０２ｄのうちの１つの範囲内に留まる限り、外部磁界３０１は、第２の磁気窓（例えば、磁壁伝播が起こるが、１００％未満の確率で生じる磁気窓）に低下し得る。特に、外部磁界３０１の方向が４つのエリア３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃ、および３０２ｄのうちの１つの範囲内に留まる場合、磁壁伝播は想定されない。このように、第２の磁気窓内での磁壁伝播の１００％未満の確率は許容可能である（例えば、磁壁伝播がこの領域内では想定されないため、その伝播の信頼性は無関係である）。第２の磁気窓に入る前に、外部磁界３０１の方向は、４つのエリア３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃ、ならびに３０２ｄのうちの１つの範囲内にあるはずであり、方向は、磁界強度が第２の磁気窓内（例えば、Ｈｍｉｎ２〜Ｈｍｉｎ）にある限り、同じエリア内に留まるはずである。
【００４２】
磁気センサ３００の磁気窓の様々な性質、例えば最大磁界強度Ｈｍａｘ、高信頼の磁壁伝播に対する最小磁界強度Ｈｍｉｎ、および磁壁伝播に対する最小磁界強度Ｈｍｉｎ２に対応する磁界強度は、磁気センサ３００の形状に加えて、磁気ストリップを形成する材料に依存し得る。特に、ストリップを形成する材料とともに、磁気ストリップの厚さおよび幅は、Ｈｍａｘ、Ｈｍｉｎ、およびＨｍｉｎ２の値を定義する役割を果たし得る。磁気ストリップを形成するために、鉄およびコバルト鉄などの様々な材料を使用することができる。選択された材料および／または磁気ストリップの厚さならびに／もしくは幅を変えることによって、Ｈｍａｘ、Ｈｍｉｎ、およびＨｍｉｎ２の値を調整することができる。第１の実施におけるセンサ３００の磁気窓の典型的な値は、約１０００エルステッドの最大磁界強度Ｈｍａｘと、約７００エルステッドの高頼性の磁壁伝播に対する最小磁界強度Ｈｍｉｎとを含み得る。第２の実施では、センサ３００のＨｍａｘは約３５０エルステッド、Ｈｍｉｎは約１５０エルステッド、および磁壁伝播に対する最小磁界強度Ｈｍｉｎ２は約５０エルステッドである。いくつかの例では、高信頼の磁壁伝播に対する最小磁界強度Ｈｍｉｎは、最大磁界強度Ｈｍａｘの値の約半分であり得、一方、磁壁伝播に対する最小磁界強度Ｈｍｉｎ２は、最大磁界強度Ｈｍａｘの値の約２０パーセントであり得る。
【００４３】
磁界強度が磁気窓から外れる可能性がある磁気センサ３００内のエリア３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃ、および３０２ｄの場所、サイズ、および偶数は、磁気センサ３００を形成する磁気ストリップ（例えば、螺旋状）の物理的属性の少なくとも一部に依存し得、また、磁気ストリップを形成する材料（これらは、本明細書で述べられるように、磁気窓の性質を部分的に決定し得る）にも依存し得る。いくつかの実施形態では、エリア３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃ、および３０２ｄは、各々おおよそ６０度に及ぶ場合があり、エリア間にはおおよそ３０度に及ぶ空隙がある。いくつかの他の実施形態では、エリア３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃ、および３０２ｄの間の空隙は、１０〜３０度に及び得る。
【００４４】
加えて、外部磁界３０１は、第２の磁気窓から第３の磁気窓（例えば、磁壁の伝播が生じないと想定される、磁壁伝播に対する最小磁界強度Ｈｍｉｎ２を下回る磁気窓）に低下する可能性がある。第３の磁気窓では、センサ３００の記録データを変更することなく、外部磁界３０１の方向を任意の方向に回転させることができる。しかしながら、外部磁界３０１の強度が第３の磁気窓内から第２の磁気窓内に調整される前に、外部磁界３０１の磁界ベクトルは、４つのエリア３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃ、および３０２ｄのうちの１つ内あるべきである。
【００４５】
いくつかの実施形態では、外部磁界３０１の方向は、その強度が第２の磁気窓外に低下したときのように、その強度が第２の磁気窓内に上昇するとき、エリア３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃ、および３０２ｄのうちの同じエリア内に向けられるはずである。一例として、磁界３０１は、第１の時点において、エリア３０２ａ内のどこかを指し得、かつ第２の磁気窓内の強度を有し得る。そして、第２の後の時点で、磁界３０１が第３の磁気窓内に低下し得、その方向は制限なしに変わり得る。最終的に、第３の後の時点で、磁界３０１は、第２の磁気窓内に上昇して戻り得る一方で、その方向はエリア３０２ａ内にある。
【００４６】
いくつかの他の実施形態では、外部磁界３０１の方向は、エリア３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃ、および３０２ｄのうちの１つから別のものに変化し得る一方で、磁界強度は、第３の磁気窓内にある。言い換えると、外部磁界３０１は、（エリア３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃ、および３０２ｄのうちの１つにある間に）強度を第２の磁気窓から第３の磁気窓に低下する可能性があり、エリア３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃ、および３０２ｄのうちの別の１つにシフトする場合があり、新しいエリアにある間、強度が第３の電磁窓から第２の磁気窓まで上昇する場合がある。そのような実施形態では、第３の磁気窓に入った時点での磁界３０１の方向と、第２の磁気窓に戻ったときの磁界３０１の方向との間に予測可能な関係があり得る。予測可能な関係は、センサ３００および回転磁性ターゲットの物理的レイアウトに基づいて判定され得る。一例として、磁界３０１は、第１の時点で、エリア３０２ａ内のある場所に向けられ、第２の磁気窓内の初期強度を有し、次いで第３の磁気窓内に低下し得る。次に、磁界３０１の方向は、予測可能な方法でエリア３０２ｃ内に向けられるようにシフトされ得、エリア３０２ｃに方向をシフトした後、強度が第２の磁気窓内に上昇する。エリア３０２ａから３０２ｃへの変化は、少なくともいくつかの実施形態では、第３の磁気窓内にある間、磁性ターゲットのターンを示し得る。
【００４７】
図４は、反転した極対４０６を有する磁性リング４０４から形成されたマルチターン磁気センサ４００および磁性ターゲット４０２を含むマルチターン磁気検知システムの一例を示す。反転した極対４０６とともに磁性リング４０４は、ターゲット（例えば、センサ４０２によってその回転が追跡されているシャフトまたは他の対象物）と協調してセンサ４００に対して回転し得る。磁性リング４０４は、同心リングから形成されてもよく、この場合、外側リングが第１の磁極を形成し、内側リングが第２の磁極を形成する。同心リングは、磁気双極子を形成し得、反転した極対４０６は、同心リングに対して反転されたさらなる磁気双極子を形成し得る。少なくともいくつかの実施形態では、磁性ターゲット４０２は、異なるエリアで異なるように磁化されたリングから形成されてもよい。このように、磁性ターゲット４０２は、反転した極対４０６から第１の方向に離れ、反転した極対４０６において第２の方向に磁化された単一のリングの磁石であってもよい。
【００４８】
マルチターン磁気検知システムは、本明細書に開示されたマルチターン磁気センサからデータを読み取るための読み出し回路、例えば図４に示されるような読み出し回路４３０を含んでもよい。読み出し回路４３０は、マルチターン磁気センサ４００とは別個に設けられてもそれと組み合わされて設けられてもよい。読み出し回路、例えば図４の読み出し回路４３０は、磁気センサ内の磁壁の位置および数を検知し得る（例えば、磁気センサを構成するトラックのうちのうちの１つ以上の抵抗を検知することによるものであり、磁気センサの抵抗は、磁気抵抗効果、例えば巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）、異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）、トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）、巨大磁気抵抗（ＣＭＲ）、および異常な磁気抵抗（ＥＭＲ）効果によって変化し得る）。読み出し回路は、磁壁の検知された位置および数を分析し、外部回路に磁性ターゲットの回転カウント（または、直線的に平行移動するターゲットを利用する実施形態では、直線位置）を示す出力を提供し得る。
【００４９】
磁性ターゲット４０２は、磁気センサ４００に対する磁性ターゲット４０２の回転とともに変動するセンサ４００での磁界を誘発し得、ひいては、センサ４００が磁性ターゲット４０２の回転または回転カウントを追跡することを可能にする。一例として、磁性リング４０４に沿った１つ以上の場所における極対４０６などの反転した極対があり得、この場合、磁極の位置は、磁性リング４０４に対して反転している。一例として、図４の網掛け領域はＮ磁極を表し得、非網掛け領域はＳ磁極を表し得、またはその逆も同様である。反転した極対４０６に起因して、磁性リング４０４は、磁性リング４０４の回転を追跡し続けるために使用されることができる不均一な磁界を生成し得る。所望であれば、反転した極対４０６以外の構造が、不均一な磁界を誘発し、磁性リング４０４の回転の追跡をおよび／または回転カウントを可能にするために、磁性リング４０４の一部として含まれてもよい。
【００５０】
図４のマルチターン磁気検知システムでは、センサ４００はフルターンの分解能でターン数をカウントすることができる。センサ４００は、累積ターン数に対応する状態を記憶することができ、この場合、累積ターン数は１よりも大きくなることができる。
【００５１】
少なくともいくつかの実施形態では、磁性ターゲット４０２の磁界強度は、反転した極対４０６の近くでは高いが、磁性リング４０４の他の部分に沿っては弱い。言い換えると、磁性リング４０４の回転が、反転した極対４０６をセンサ４００から離れて動かすときはいつでも、センサ４００によって受信された電界強度は低い場合がある。対照的に、リング４０４の回転が、反転した極対４０６をセンサ４００の近くに移動させるときはいつでも、センサ４００によって受信される電界強度は高くなり得る。
【００５２】
図４の例では、磁気リング４０４のＳ磁極は、磁性ターゲット４０２の平面に対して半径方向にあり得（例えば、リングの中心に対して内側に向けられる）、一方で磁気リング４０４のＮ磁極は、磁性ターゲット４０２の平面に対して反半径方向（例えば、リングの中心に対して内側に向けられる）、またその逆も同様である（例えば、Ｎ極およびＳ極を入れ替えてもよい）。同様に、反転した極対４０６のＮ磁極およびＳ磁極は、磁性ターゲット４０２の平面に対して半径方向および反半径方向（またはその逆も同様）であり得る。
【００５３】
磁気センサ４００において、図４の磁性ターゲット４０２によって誘起される磁界強度曲線５０２および磁界角曲線５１０（例えば、磁気角）を含むグラフを、それぞれ図５Ａおよび図５Ｂに示す。図５Ａおよび図５Ｂはそれぞれ、磁気センサ４００に対する磁性ターゲット４０２の回転角度の関数としての磁界強度および角度を示す。
【００５４】
図５Ａに示されるように、磁界強度は、信頼性の高い磁壁伝播に対する最小磁界強度Ｈｍｉｎを上回り、角度５０４〜５０６間の磁気センサ４００の磁気窓内にあり得る。磁界強度曲線５０２のピークは、角度５０４〜５０６間のおおよその中間点で生じ、磁気センサ４００に近接している磁性ターゲット４０２の反転した極対４０６の位置に概ね対応し得る。特に、磁界強度曲線５０２は、磁性ターゲット４０２が回転されたときに最大値になり得、それによって、反転した極対４０６が磁気センサ４００に隣接する。これは、図４に図示された位置であり得る。磁性ターゲット４０２が回転し、それによって、反転した極対４０６が磁気センサ４００から離れると、磁界強度曲線５０２は減少し、高信頼性な磁壁伝播に対する最小磁界強度Ｈｍｉｎが、第２の磁気窓へと減少し得、この場合磁界方向の変化に伴う磁壁伝播が想定されるが、確率は１００％を下回る。
【００５５】
図５Ｂに示されるように、そして少なくともいくつかの実施形態では、ターゲット４０２が角度５０４を下回るかまたは角度５０６を上回って回転されるときはいつでも、磁界方向は、角度５１２の範囲内にあり得る。角度５１２の範囲は、図３に図示される４つのエリア３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃ、および３０２ｄのうちの１つに対応し得る。特に、磁性ターゲット４０２によって生成される磁界は、磁性ターゲット４０２が角度５０４を下回るかまたは角度５０６を上回る角度まで回転されると、４つのエリア３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃ、および３０２ｄのうちの１つの範囲内にあり得る。図３に関連して述べられたように、磁気角が４つのエリア３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃ、および３０２ｄのうちの１つの範囲内に維持される間、磁壁伝播は想定されない。このように、磁性ターゲットが５０４を下回るかまたは角度５０６を上回る角度にある間、磁界強度は、高信頼性の磁壁伝播に対する最小磁界強度Ｈｍｉｎを下回り、第２の磁気窓に低下し得、データの損失なしに、磁壁伝播に対する最小磁界強度Ｈｍｉｎ２から第３の磁気窓に低下し得る。
【００５６】
磁性ターゲット４０２が回転し、反転した極対４０６がセンサ４００を通過すると、図５Ｂに示されるように、磁界強度は磁気窓内にあり、３６０度のフル回転を完了する。磁界方向の回転は、センサ４００によって記録され、磁性ターゲット４０２の回転カウントを追跡するために使用されることができる。
【００５７】
図５Ａおよび５Ｂに示されるように、磁界強度は、磁界角度曲線５１０が角度５１２の範囲外である場合は常に、高信頼性な磁壁伝播に対する最小磁界強度Ｈｍｉｎを上回り、磁界センサ４００の磁気窓内であり得る。このように、磁性ターゲット４０２は、磁性ターゲット４０２の回転に起因して、磁界の方向が実質的に変化しているときはいつでも、磁気センサ４００内に高信頼性の磁壁伝播を生じさせるのに十分な磁界強度を提供し得る。
【００５８】
少なくともいくつかの実施形態では、本明細書に開示された磁気センサ、例えば磁気センサ４００、６００、８００、および９００は、磁性ターゲットの回転の追跡における能動的な動作の前に、１つ以上の磁壁によって予めロードされてもよく、および／または初期化されてもよい。一例として、磁性ターゲット以外（例えば、磁気初期化源）からの磁界を磁気センサに適用して、図２の磁壁２１３などの１つ以上の磁壁を生成し、これらの磁壁をトラックに沿った好適な場所に位置付け得る。この初期化プロセスは、磁性ターゲットの回転が磁気センサ内で磁壁を移動させることは可能であるが、新しい磁壁を生成することは可能ではない機構において有益であり得る。
【００５９】
図６は、センサ６００などの磁気センサによって追跡されることができる代替の磁気ターゲット６０２を示す。磁気ターゲット６０２は、交番極を有し得る３つの磁極対６０４、６０６、および６０８を含み得る。特に、磁極対６０６は、極対６０４および６０８に対して反転され得る。加えて、磁極対６０４および６０８は、中間の極対６０６からの距離が増大すると、磁界強度が場合によってはゼロまで低下するように構成され得る。磁極対６０４および６０８は、厚さが漸減する磁性材料から形成されてもよく、最も厚い領域は、反転した極対６０６に隣接し、反転した極対６０６からの距離が増加するにしたがって、厚さが漸減する。少なくともいくつかの実施形態では、本明細書に開示されたターゲット６０２およびその他のターゲットなどの磁性ターゲットは、異なる磁化を有する異なる領域を備える単一の磁性材料から形成され得る。一例として、中間の対極６０６に対応する単一片の磁性材料の領域は、第１の方向に磁化され得、一方で極対６０４および６０８に対応する単一片の磁性材料の領域は、第２の方向に磁化される。さらに他の実施形態では、本明細書で開示されたターゲット６０２およびその他のターゲットなどの磁性ターゲットは、互いに接合された複数片の磁性材料から形成されてもよい。
【００６０】
図４の磁性ターゲット４０２とは対照的に、磁性ターゲット６０２は、実質的により少ない磁性材料を含み得る。特に、磁性ターゲット６０２は、ターゲット６５０に沿った１つ以上の場所に組み込まれるか、取り付けられるか、さもなければ配置された磁極対６０４、６０６、および６０８から実質的に形成され得る。少なくともいくつかの実施形態では、ターゲット６５０の回転をカウントするために、磁極対６０４、６０６、および６０８を形成する磁性材料をターゲット６５０に取り付けることによって、磁性ターゲット６０２を形成することができる。所望であれば、ターゲット６５０は非磁性であってもよい。また、磁性ターゲット６０２は、線形ターゲットの延伸方向に沿って間隔を空けられた２つまたは３つの磁極対のうちの１つ以上のグループとともに、線形形状で設けられてもよい。
【００６１】
図６の例では、磁極対６０４および６０８のＮ磁極は、磁性ターゲット６０２の平面に対して放射状である（例えば、リングの中心に対して内側に向いている）と言え得、一方で磁極対６０４および６０８のＳ磁極は、磁性ターゲット６０２の平面に対して反放射状である（例えば、リングから外側に向いている）と言え得、またはその逆も同様である（例えば、Ｎ極およびＳ極が交換され得る）。同様に、反転した極対６０６のＮ磁極およびＳ磁極は、それぞれ、磁性ターゲット６０２の平面に対して反放射状および放射状であると言え得る。
【００６２】
磁気センサ６００において、図６の磁性ターゲット６０２によって誘起される磁界強度曲線７０２および磁界角曲線７１０（例えば、磁気角）のグラフを、それぞれ図７Ａおよび図７Ｂに示す。図７Ａおよび図７Ｂはそれぞれ、磁気センサ６００に対する磁性ターゲット６０２の回転角度の関数としての磁界強度および角度を示す。
【００６３】
図７Ａに示されるように、磁界強度は、信頼性の高い磁壁伝播に対する最小磁界強度Ｈｍｉｎを上回り、角度７０４〜７０６間の磁気センサ６００の磁気窓内にあり得る。磁界強度曲線７０２のピークは、角度７０４〜７０６間のおおよその中間点で生じ、磁性ターゲット６０２の反転した極対６０６の位置に概ね対応し得る。特に、磁界強度曲線７０２は、磁性ターゲット６０２が回転されたときに最大値になり得、それによって、反転した極対６０６が磁気センサ６００に隣接するようにされ、これは、図６に図示された位置であり得る。磁性ターゲット６０２が回転し、それによって、反転した極対６０６が磁気センサ６００から離れると、磁界強度曲線７０２は減少し、高信頼性な磁壁伝播に対する最小磁界強度Ｈｍｉｎが、第２の磁気窓へと減少し得、この場合磁界方向の変化に伴う磁壁伝播が想定されるが、確率は１００％を下回る。磁性ターゲット６０２がさらに回転され、それによって、極対６０４および６０８が磁気センサ６００から離れるようにされると、磁界強度曲線７０２はさらに減少し、磁壁伝播に対する最小磁界強度Ｈｍｉｎ２は、第３の磁気窓へと低下し得、この場合、磁壁伝播は想定されない。
【００６４】
図７Ｂに示されるように、そして少なくともいくつかの実施形態では、ターゲット６０２が角度７０４を下回るかまたは角度７０６を上回って回転されるときはいつでも、磁界方向は、角度７１２の範囲内にあり得る。角度７１２の範囲は、図３に図示される４つのエリア３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃ、および３０２ｄのうちの１つに対応し得る。特に、磁性ターゲット６０２によって生成される磁界は、磁性ターゲットが磁気センサ６００に対して角度７０４を下回るかまたは角度７０６を上回る角度まで回転されると、４つのエリア３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃ、および３０２ｄのうちの１つの範囲内にある。図３に関連して述べられたように、磁気角が４つのエリア３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃ、および３０２ｄのうちの１つの範囲内に維持される間、磁壁伝播は想定されない。このように、磁性ターゲット６０２が７０４を下回るかまたは角度７０６を上回る角度にある間、磁界強度曲線７０２は高信頼性の磁壁伝播に対する最小磁界強度Ｈｍｉｎを下回り、第２の磁気窓に低下し得、データの損失なしに、磁壁伝播に対する最小磁界強度Ｈｍｉｎ２から第３の磁気窓に低下し得る。磁界強度が第３の磁気窓内にある間、磁界の方向は無関係であることに留意すべきである。このように、浮遊磁界または他の磁界方向の変更は、強度が第３の磁気窓内に維持される限り、磁気センサ６００の動作に影響しない。
【００６５】
磁性ターゲット６０２が回転し、反転した極対６０６がセンサ６００を通過すると、図７Ｂに示されるように、磁界強度は磁気窓内にあり、３６０度のフル回転を完了する。磁界方向の回転は、センサ６００によって記録され、磁性ターゲット６０２の回転カウントを追跡するために使用されることができる。
【００６６】
図７Ａおよび７Ｂに示されるように、磁界強度は、磁界方向が角度７１２の範囲外である場合は常に、高信頼性な磁壁伝播に対する最小磁界強度Ｈｍｉｎを上回り、磁界センサ６００の磁気窓内であり得る。このように、磁性ターゲット６０２は、センサ６００に対する磁性ターゲット６０２の回転に起因して、磁界の方向が実質的に変化しているときはいつでも、磁気センサ６００内に高信頼性の磁壁伝播を生じさせるのに十分な磁界強度を提供し得る。
【００６７】
必要に応じて、本明細書で述べられた原則および利点が、異なる形状のターゲットに適用されてもよい。一例として、円形の磁性ターゲットに代えて、図１２および１３の例に図示されたターゲットなどの線形磁性ターゲットが設けられてもよい。線形の用途では、磁気棒は、その延伸方向に対して直角に磁化され得、その延伸方向に沿って配設された１つ以上の逆極を有し得る。マルチターン磁気センサは、（円形ターゲットに関して本明細書で述べられたものと同様の方法で）逆極をカウントすることができ、それによって、磁気センサに対する磁性ターゲットの線形運動を追跡することができる。代替的にまたは追加的に、マルチターン磁気センサは、線形磁性ターゲットに対して回転し、マルチターン磁気センサの回転のターン数をカウントするように構成されることができる。
【００６８】
別の例として、本明細書で述べられた原理および利点は、図８および９の例に示されるような軸方向の検知用に構成された磁性リングに適用されてもよい。
【００６９】
図８の例に示されるように、磁性ターゲット８０２は、磁性ターゲット８０２の平面の上方に配設されたセンサ８００などの磁気センサによる検知のために構成され得る。磁性ターゲット８０２は、ターゲット８５０に組み込まれるか、取り付けられるか、さもなければ配置された磁性リング８０４および反転した極対８０４を含むことができる。磁性リング８０４は、図８に示されるように磁化されてもよく、ここで磁極は、図４の同心円機構とは対照的に、リングの対向面に配置される。磁性ターゲット８０２は、回転ターゲット８５０と協働して回転軸８１０を中心に回転し、磁性ターゲット８０２の、そしてひいてはターゲット８５０の回転数が、本明細書で述べられた技術を使用して磁気センサ８００によって記録され得る。
【００７０】
図８の例では、磁性リング８０４のＮ磁極は、磁性ターゲット９０２の平面に対して垂直であり得（例えば、リングの平面の上方に向けられる）、一方で磁性リング８０４のＳ磁極は、磁性ターゲット８０２の平面に対して非垂直であり得（例えば、リングの平面の下方に向けられる）、またはその逆も同様である（例えば、Ｎ極およびＳ極が入れ替えられてもよい）。同様に、反転した極対８０６のＮ磁極およびＳ磁極は、磁性ターゲット８０２の平面に対して非垂直および垂直（またはその逆）であり得る。
【００７１】
図８の磁性ターゲット８０２は、磁気センサ８００のための磁界を生成することができ、これは、図４の磁性ターゲット４０２の磁界と同様に、上述したマルチターン磁気センサのうちのいずれかであることができる。特に、磁性ターゲット８０２によって作成された磁界の強度は、磁性ターゲット８０２が回転されると、第２のまたは第３の磁気窓内にあり得、それによって、反転した極対８０６が磁気センサ８００から離れて配置されるようにされる。加えて、磁性ターゲット８０２が回転され、それによって、反転した極対８０６が磁気センサ８００を通過するようにされると、磁性ターゲット８０２によって作成された磁界は、センサ８００の磁気窓内の強度を有し得、センサ８００によって記録されることができるような方法で方向の変化を記録し得、これにより、センサ８００は、磁性ターゲット８０２の回転カウントを追跡することが可能になる。
【００７２】
図９の例に示されるように、磁気センサ９００による軸方向検知用に構成された磁性ターゲット９０２は、反転した極対９０６の両側に配設された極対９０４および９０８から形成され得る。極対９０４、９０６、および９０８は、ターゲット９５０に沿った１つ以上の場所に組み込まれるか、取り付けられるか、さもなければ配置され得る。磁性ターゲット９０２は、回転ターゲット９５０と協働して回転軸９１０を中心として回転し得、磁性ターゲット９０２の、そしてひいてはターゲット９５０の回転数が、本明細書で述べられた技術を使用して磁気センサ９００によって記録され得る。磁性ターゲット９０２は、図６に関して本明細書で述べられたものと同様の利点を有し得る。
【００７３】
図９の磁性ターゲット９０２は、図６の磁性ターゲット６０２の磁界と同様である磁石センサ９００用の磁界を生成し得る。特に、磁性ターゲット９０２が回転されたときに、磁性ターゲット９０２によって作成された磁界の強度は、第３の磁気窓内にあり得、それによって、反転した極対９０６が磁気センサ９００から離れて配設されるようにされる。加えて、磁性ターゲット９０２が回転され、それによって、反転した極対９０６が磁気センサ９００を通過するようにされると、磁性ターゲット９０２によって作成された磁界は、センサ９００の磁気窓内の強度を有し得、センサ９００によって記録されることができるような方法で方向の変化を記録し得、これにより、センサ９００は、磁性ターゲット９０２の回転カウントを追跡することが可能になる。
【００７４】
図９の例では、磁極対９０４および９０８のＮ磁極は、磁性ターゲット９０２の平面に対して垂直であり得（例えば、リングの平面の上方に向けられる）、一方で磁極対９０４および９０８のＳ磁極は、磁性ターゲット９０２の平面に対して非垂直であり得（例えば、リングの平面の下方に向けられる）、またはその逆も同様である（例えば、Ｎ極およびＳ極が入れ替えられてもよい）。同様に、反転した極対９０６のＮ磁極およびＳ磁極は、磁性ターゲット９０２の平面に対して非垂直および垂直（またはその逆）であり得る。
【００７５】
図１０は、磁気センサによって磁性ターゲットのターンをカウントするための例示的な方法１０００を示す。磁性ターゲットおよびセンサは、本明細書に開示されている磁性ターゲットおよびセンサのいずれであってもよい。
【００７６】
ブロック１００２において、磁気センサは、センサの第１の磁気窓内にある強度を有する磁界を受信し得る。一例として、磁界は、磁気センサに対して回転する（さもなければ動く）磁性ターゲットによって生成され得る。磁界は、磁気センサによる磁壁の高信頼の伝播を引き起こすのに十分である（例えば、高信頼性磁壁伝播に対する最小磁界強度Ｈｍｉｎよりも小さくない）が、対応する磁界の回転なしに磁気センサ内で新しい磁壁を作り出すかまたは核となる程度には強力ではない（例えば、最大磁界強度Ｈｍａｘ以下）強度を有し得る。
【００７７】
ブロック１００４において、磁気センサは、センサの磁気窓を下回る強度を有する磁界を有する磁界（例えば、高信頼な磁壁伝播に対する最小磁界強度Ｈｍｉｎを下回る磁界）を受信し得る。加えて、磁界は、ブロック１００４において、磁壁伝播と関連していない方向を有し得る。一例として、磁界の方向は、図３のエリア３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃまたは３０２ｄのうちの１つの範囲内であってもよい。少なくともいくつかの実施形態では、ブロック１００４は、磁界強度が、それによって、磁壁伝播が想定されないような第２の磁気窓を下回る（例えば、磁壁伝播に対する最小磁界強度Ｈｍｉｎ２未満の磁界）ことを伴い得る。そのような実施形態では、磁界の方向は無関係かつ無制限であり得、一方で磁界強度は、磁壁伝播に対する最小磁界強度Ｈｍｉｎ２を下回る。
【００７８】
ブロック１００６において、磁気センサは、センサの磁気窓内の強度を有する磁界を受信し得る。加えて、磁界は、ブロック１００６において、磁壁伝播、例えば図３のエリア３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃまたは３０２ｄのうちの１つに関連しない方向を有し得る。
【００７９】
ブロック１００８において、かつ磁界が磁気窓内にある間に、磁気センサは、磁性ターゲットによって生成された磁界の方向における変化を追跡または記録し得る。特に、磁気センサは、螺旋状トラック内で磁壁を作り出すか、消去するか、または移動させ得る。磁壁の位置および／または数は、磁性ターゲットによって作成された磁界の方向における変化を追跡するために使用されてもよい。
【００８０】
ブロック１０１０において、磁気センサは、磁性ターゲットの回転カウントを取得するために読み出しを行い得る。特に、磁気センサに結合された読み取り回路は、（例えば、ＧＭＲ効果に起因して抵抗が変動し得る磁気センサを構成するトラックのうちの１つ以上の抵抗を検知することによって）磁気センサ内部の磁壁の位置および数を検知し得る。磁気センサは、磁性ターゲットがセンサに対して何回ターンしたかを追跡し続け得る。磁気センサは、磁性ターゲットが第１の方向に回転すると、カウントを加算し、磁性ターゲットが第１の方向と反対の第２の方向に回転すると、カウントを減算することが可能であり得る。このように、ブロック１０１０において、読み出し回路は、ある方向において、磁性ターゲットがある基準状態に対して何回どの方向に向かって回転したかを判定し得る。そのような情報は、一例として、自動車のステアリングホイールが直進しているか、時計回りに３６０度回転しているか、または反時計回りに３６０度回転しているかを判定するために使用され得る。
【００８１】
少なくともいくつかの実施形態では、本明細書に開示された磁気センサ、例えば磁気センサ４００、６００、８００、および９００は、磁性ターゲットの回転の追跡に使用する前に、１つ以上の磁壁によって事前にロードされるかまたは初期化され得る。一例として、磁性ターゲット以外のソースからの磁界（例えば、初期化磁石）を磁気センサに適用して、１つ以上の磁壁、例えば図２の磁壁２１３を生成し、トラックに沿った好適な場所にこれらの磁壁を位置付け得る。この初期化プロセスは、磁性ターゲットの回転により磁気センサ内で磁壁を移動させることが可能であるが、磁性ターゲットが新しい磁壁を生成するのが困難である機構において有益であり得る。
【００８２】
図１１は、１つ以上の磁壁によって磁気センサを初期化するための方法例１１００を示している。図１１で参照される磁性ターゲットおよびセンサは、本明細書に開示される磁性ターゲットおよびセンサのいずれかであってもよい。
【００８３】
ブロック１１０２では、１つ以上の磁気センサは、少なくとも１つの磁壁を有するように初期化され得る。一例として、初期化源からの磁界（例としては、センサが最終的に追跡するであろう磁性ターゲット以外の他のもの）を磁気センサに適用して、センサの磁性螺旋内にもう１つの磁壁を発生させ得る。ブロック１１０２の初期化プロセスは、センサの磁気窓内の強度で初期化磁界を適用し、次いで部分的旋回、全体的旋回または２回以上の全体的旋回によって磁界を回転させることを含み得る。
【００８４】
ブロック１１０４では、磁気センサは、磁性ターゲットを検知するように構成され得る。一例として、磁気センサは、磁性ターゲットの近くの装置に設置され得、それによって、磁性ターゲットの回転（または線形移動）が磁気センサによって追跡されることができるようにされる。
【００８５】
ブロック１１０６では、ブロック１１０２で生成された磁壁を含むことができる１つ以上の磁壁の移動が、磁性ターゲットの回転と、磁性ターゲットによって生成され、磁気センサによって受信された磁界の対応する変化とに応答して磁気センサによって記録され得る。
【００８６】
ブロック１１０８において、磁気センサは、磁性ターゲットの回転カウントを取得するために読み出しを行い得る。特に、磁気センサに結合された読み取り回路は、（例えば、ＧＭＲ効果に起因して抵抗が変動し得る磁気センサを構成するトラックのうちの１つ以上の抵抗を検知することによって）磁気センサ内部の磁壁の位置および数を検知し得る。磁気センサは、磁性ターゲットがセンサに対して何回ターンしたかを追跡し続け得る。磁気センサは、磁性ターゲットが第１の方向に回転すると、カウントを加算し、磁性ターゲットが第１の方向と反対の第２の方向に回転すると、カウントを減算することが可能であり得る。このように、ブロック１１０８において、読み出し回路は、ある方向において、磁性ターゲットがある基準状態に対して何回どの方向に向かって回転したかを判定し得る。そのような情報は、一例として、自動車のステアリングホイールが直進しているか、時計回りに３６０度回転しているか、または反時計回りに３６０度回転しているかを判定するために使用され得る。
【００８７】
本明細書で述べられたように、本明細書で述べられた原理および利点は、線形ターゲット、例えば図１２および１３の例で図示された線形ターゲットを含む異なる形状のターゲットに適用され得る。
【００８８】
図１２は、磁気センサ１２００によって追跡されることができる代替の磁性ターゲット１２０２を示す。図１２に示されるように、磁性ターゲット１２０２は、少なくとも１つの反転した極対を有する線形磁性部材１２０４から形成され得る。図１２の例は、２つの反転した極対１２０６ａおよび１６０ｂを有する磁性ターゲット１２０２を図示し、これは、線形磁性部材１２０４の長さに沿った任意の所望の場所に位置し得る。線形磁性部材１２０４は、その延伸方向に対して直角に磁化され得る。一例として、図１２の網掛け領域は、Ｎ磁極を表し得、非網掛け領域はＳ磁極を表し得、またはその逆も同様である。１２０６ａおよび１２０６ｂなどの反転した極対に起因して、磁性ターゲット１２０２は、センサ１２００に対して軸１２１０に沿った磁性ターゲット１２０２の直線移動の追跡を維持するために使用されることができる不均一な磁界を生成し得る（または、その逆も同様である）。磁性ターゲット１２０２は、センサ１２００に対して直線的に、例えば軸１２１０に沿って移動し得る。磁気センサ１２００は、各方向において、反転した極対の通過を記録することによって、磁性ターゲット１２０２の直線位置を追跡することができる。
【００８９】
図１３は、磁気センサ、例えばセンサ１３００によって追跡されることができる代替の磁性ターゲット１３０２を示す。図１３に示されるように、磁気センサ１３００によって線形に検知するために構成された磁性ターゲット１３０２は、反転した極対のいずれかの側に配設された少なくとも１つの極対群から形成され得る。図１３は、２つのそのような群を示し、極対１３０４ａと１３０８ａとの間に配設された反転した極対１３０６ａと、極対１３０４ｂと１３０８ｂとの間に配設された反転した極対１３０６ｂとを含む。図１３の極対および反転した極対は、ターゲット１３５０に沿った１つ以上の場所に組み入れられてもよく、そこに取り付けられてもよく、さもなければそこに配設されてもよい。一例として、図１３の網掛け領域は、Ｎ磁極を表し得、一方で非網掛け領域は、Ｓ磁極を表し得、またその逆も同様である。
【００９０】
ターゲット１３５０は、軸１３１０に沿ったセンサ１３００に関して直線的に平行移動し得る。軸１３１０に沿ったターゲット１３５０の直線位置は、本明細書で述べられた技術を使用した磁気センサ１３００によって記録され得る。磁性ターゲット１３０２は、図６に関連して本明細書で述べられたものと同様の利点を有し得る。
【００９１】
本明細書に開示された技術は、多種多様な電子システムに実装されることができる。本開示の態様は、本明細書に開示された磁気検知技術から利益を得ることができる任意のシステムおよび／または装置に適用可能である。
【００９２】
本開示の態様は、様々な電子装置に実装されることができる。例えば、本開示の態様は、本明細書に開示された技術から恩恵を受けることができる任意の電子装置または電子部品において実施されることができる。電子装置の例は、民生用電化製品、民生用電化製品のパーツ、電子試験機器、車両用電子機器システムなどを含むことができるが、これらに限定されない。電子装置の例は、コンピュータ装置、通信装置、電子家電製品、自動車用電子装置、他の車両用電子装置、産業用制御電子システムなどを含むことができるが、これらに限定されない。さらに、電子装置は、未完成の製品を含むことができる。
【００９３】
本明細書および特許請求の範囲全体を通して、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」などの用語は、排他的または網羅的な意味とは対照的に、概して包括的な意味で、すなわち「含むがそれに限定されない（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ，ｂｕｔ  ｎｏｔ  ｌｉｍｉｔｅｄ  ｔｏ）」の意味で解釈されるべきである。用語「結合された」は、本明細書で一般的に使用される場合、互いに直接結合されるか、または１つ以上の中間的要素を介して結合されるかのいずれかであり得る２つ以上の要素を指す。同じように、用語「接続された（ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」は、概して本明細書で使用される場合、直接接続されるか、または１つ以上の中間的要素によって接続され得る２つ以上の要素を指す。加えて、用語「本明細書で（ｈｅｒｅｉｎ）」、「上で（ａｂｏｖｅ）」、「以下で（ｂｅｌｏｗ）」および類似の意味の用語は、本明細書で使用される場合、本出願を全体的に見て言及するものとし、本出願の特定の部分に言及するものではない。文脈が許す場合、上記の詳細な説明において単数形または複数形を使用する単語もまた、それぞれ複数形または単数形を含み得る。２つ以上の項目のリストに関する「または（ｏｒ）」という用語は、概して当該単語の以下の解釈のすべて、すなわちリスト内の項目のいずれか、リスト内の項目のすべて、およびリスト内の項目の任意の組み合わせを包含することが意図されている。
【００９４】
また、本明細書で使用される条件付きの文言、例えば、とりわけ、「できる（ｃａｎ）」、「できる（ｃｏｕｌｄ）」、「する場合がある（ｍｉｇｈｔ）」、「してもよい（ｍａｙ）」、「例えば（例えば）」、「例えば（ｆｏｒ  ｅｘａｍｐｌｅ）」、「例えば（ｓｕｃｈ  ａｓ）」などは、別段の記載がない限り、または使用中の文脈内で理解される場合、概して特定の実施形態が特定の特徴、要素および／または状態を含むが、一方で他の実施形態では含まれないことを伝えることが意図されている。したがって、そのような条件付きの文言は、概して特徴、要素および／または状態が１つ以上の実施形態に対して多少なりとも必要であること、または１つ以上の実施形態がこれらの特徴、要素および／または状態が含まれているかについて、またはいずれかの特定の実施形態で行われるべきであるかについて決定するための論理を必然的に含むことを含意することは意図されない。
【００９５】
本発明の特定の実施形態を説明してきたが、これらの実施形態は、例示のみを目的として提示され、本開示の範囲を限定することを意図するものではない。実際、本明細書に記載の新規な方法、器機、およびシステムは、多種多様な他の形態で具現化され得る。さらに、本開示の本質から逸脱することなく、本明細書で説明された方法、器機、およびシステムの形態に、様々な省略、置換、および変更がなされてもよい。例えば、本明細書で説明された回路ブロックおよび／または回路要素は、削除、移動され、追加され、細分化され、結合され、および／または修正されてもよい。これらの回路ブロックおよび／または回路要素の各々は、多種多様な異なる方法で実施されてもよい。添付の特許請求の範囲およびそれらの均等物は、本開示の範囲および本質の範囲内に含まれるように、任意のそのような形態または修正を網羅することが意図されている。
【符号の説明】
【００９６】
１０１  磁気ストリップ
１０３  セグメント
１０７  磁壁発生器
２０１  磁界
２０５  ドメイン配向
２０７  ドメイン配向
２０９  ドメイン配向
２１１  ドメイン配向
３００  磁気センサ
３０１  磁界
４００  センサ
４０２  磁性ターゲット
４０４  リング
４３０  読み出し回路
６００  センサ
６０２  ターゲット
６５０  ターゲット
８００  磁気センサ
８０２  磁性ターゲット
８０４  磁性リング
８１０  回転軸
８５０  回転ターゲット
９００  磁気センサ
９０２  磁性ターゲット
９０４  磁極対
９０６  極対
９０８  磁極対
９１０  回転軸
９５０  回転ターゲット
１２００  磁気センサ
１２０２  磁性ターゲット
１２０４  線形磁性部材
１３００  磁気センサ
１３０２  磁性ターゲット
１３０４  極対
１３０６  極対
１３１０  軸
１３５０  ターゲット
【図１】
2019219392.tif 000003
【図２】
2019219392.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７Ａ】
2019219392.tif 000010
【図７Ｂ】
2019219392.tif 000011
【図８】
2019219392.tif 000012
【図９】
2019219392.tif 000013
【図１０】
2019219392.tif 000014
【図１１】
2019219392.tif 000015
【図１２】
2019219392.tif 000016
【図１３】
2019219392.tif 000017
【外国語明細書】
2019219392000001.pdf