DE19622561A1 - Halleffekt-Sensor - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Annäherungssensor zur Feststellung der Anwesenheit und/oder des Vorbeilaufens eines ferromagnetischen Gegenstandes, wie beispielsweise eines Zahnrades und insbesondere auf einen Halleffekt-Sensor nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1.

Diese Erfindung bezieht sich auf einen Annäherungssensor zur Feststellung der Anwesenheit und/oder des Vorbeilaufs eines ferromagnetischen Gegenstandes, wie beispielsweise eines Zahnrades, und insbesondere auf einen solchen von hinten vorgespannten Sensor, der eine Anordnung einer Magnetstruktur und einen integrierten Schaltkreischip mit einem Hall-Element umfaßt, wobei der Chip an einem Ende der Magnetstruktur und in dem magnetischen Feld angeordnet ist, das durch die Magnetstruktur gebildet wird. Das Hall-Element erzeugt ein elektrisches Signal bezogen auf die Stärke des magnetischen Feldes senkrecht zu der Ebene des Hall-Elementes. Wenn sich ein ferromagnetischer Gegenstand dem Hall-Element nähert, so wird die Stärke des magnetischen Feldes senkrecht zu dem Hall-Element verändert. Somit wird der Abstand und die physikalische Ausrichtung zwischen dem Gegenstand und dem Hall- Element in dem durch das Hall-Element erzeugten elektrischen Signal wiedergegeben. Dies gestattet dem Halleffekt-Sensor die Erfassung des Abstandes zwischen dem Sensor und dem ferromagnetischen Gegenstand.

Eine sehr geeignete Anwendung für einen Sensor dieser Art liegt in der Messung der Drehgeschwindigkeit bzw. der Drehposition eines Zahnrades oder einer gezahnten Scheibe. Durch Anordnung dieser Art von Sensor in Nachbarschaft zu dem Umfang des Zahnrades wird die Anwesenheit, die Nähe, der Vorbeilauf und die Vorbeilaufgeschwindigkeit des Zahnrades durch den Sensor in dem elektrischen Signal wiedergegeben. Somit kann der Sensor als ein Geschwindigkeitsmesser, Tachometer oder zur Überwachung der Drehbewegung bzw. Linearbewegung oder Position verwendet werden.

Der Halleffekt-Sensor des Standes der Technik verwendet eine Magnetstruktur, die aus einem zylindrischen Permanentmagneten mit einem Pol (Nord- oder Südpol) an jedem flachen Ende besteht. Der Hall-Chip ist in Nachbarschaft zu einem Ende (und eines Poles) angeordnet, wobei die Ebene des Hall-Elements parallel zu der Ebene des Magnetendes verläuft.

Die integrierten Schaltkreischips solcher bekannter Näherungssensoren umfassen nahezu immer einen im wesentlichen linearen Hall-Spannungsverstärker zur Verstärkung der Hall-Ausgangsspannung. In vieler solcher integrierten Hall- Schaltkreise ist ebenfalls ein Schmitt-Triggerschaltkreis enthalten zur Erzeugung eines binären Ausgangssignales, das sich von einem Pegel (einem Ruhepegel) zu dem anderen binären Pegel (einem Betätigungspegel) verändert, wenn ein eisenhaltiger Gegenstand sich innerhalb einer kritischen Entfernung annähert, bei der das magnetische Feld senkrecht zu einer Hauptfläche des Chips eine vorbestimmte Größe übersteigt. Diese Schaltkreise sind normalerweise gleichstrommäßig angeschlossen, so daß der Sensor in der Lage ist, vorbeilaufende eisenhaltige Gegenstände mit einer Geschwindigkeit von 0 (z. B. einmal in einem Jahr) bis zu einer hohen Geschwindigkeit (z. B. 100 kHz) zu erfassen.

Dieser bekannte Sensoraufbau wurde entwickelt, um die Anwesenheit eines Gegenstandes zu erfassen, wie beispielsweise eines Zahnrades, das magnetisiert war, d. h. das selbst ein Permanentmagnet war. Obgleich dieser Aufbau theoretisch als ein Sensor für ferromagnetische Gegenstände arbeiten kann, d. h. für Gegenstände mit hoher magnetischer Permeabilität, wie beispielsweise Gegenstände, die aus Eisen oder Eisenlegierungen hergestellt sind, arbeitet dieser Aufbau nicht gut in allen Anwendungsfällen. Ein Grund für diese Nachteiligkeit ist, wie weiter unten erläutert, die sehr hohe magnetische Grundfluß bzw. das Signal, wenn kein Gegenstand vorhanden ist. Das Signal bei vorhandenem Gegenstand ist in vielen Anwendungsfällen nicht sehr viel größer als das Grundsignal, und das Vorhandensein von elektronischem Rauschen kann den bekannten Aufbau als unzuverlässig erweisen.

Ein Entwurf mit zwei Hall-Elementen hat sich in bestimmten Situationen als eine Verbesserung herausgestellt. Durch Ersatz des einzelnen Hall-Elementes durch zwei eng benachbarte Elemente, die elektrisch miteinander verbunden sind, um sich gegenseitig im Grundzustand aufzuheben, kann ein gutes Signal erzeugt werden. Unglücklicherweise ist das Signal ein Übergang von dem Grundsignal, wenn jede vordere und hintere Zahnkante an dem Sensor vorbeiläuft. In einer geeigneten Situation ist dies ein nützlicher Sensor für die Messung der Geschwindigkeit des Zahnvorbeilaufs. Dieser Aufbau gibt jedoch nicht eine zuverlässige Anzeige der Anwesenheit oder der Abwesenheit eines Zahnes oder eines anderen Gegenstandes bei der Spannungseinschaltung vor.

In vielen Anwendungsfällen wird die Anwesenheit oder Abwesenheit des Zahnes verwendet, um Information dem Sensor mitzuteilen. Beispielsweise kann in einem Automotor ein Zahnrad einem Sensor einen Zahn vorgeben, wenn ein bestimmter Zylinder sich in einer zu zündenden Position befindet. Beim Beginn der Motorzündung würde der Sensor Kraftstoff von dem Zylinder zurückhalten, bis der Sensor den Zahn erfaßt. Auf diese Weise würde unverbrannter Kraftstoff während des Starts nicht in die Atmosphäre abgeblasen und die Verschmutzung während des Starts würde nicht vermindert. Ein solches System könnte weder ein unzuverlässiges Signal, noch ein Signal verwenden, das nur den Vorbeilauf einer Kante erfaßt.

Diese und andere Schwierigkeiten, die beim Stand der Technik angetroffen werden, werden auf eine neue Weise durch die vorliegende Erfindung vermieden.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines ferromagnetischen Hall-Näherungssensors für einen Gegenstand anzugeben, bei dem der Sensor hoch empfindsam für die Anwesenheit oder Abwesenheit von ferromagnetischen Gegenständen in dem Bereich des Sensors ist.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen ferromagnetischen Hall-Annäherungssensor für einen Gegenstand vorzugeben, der relativ unempfindlich über einen Bereich der Nähe und einen Bereich der Ferne des ferromagnetischen Gegenstandes von dem Sensor ist.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Zahnradsensor vorzugeben, der ein elektrisches Signal erzeugt, welches sehr klar zwischen der Situation bei vorhandenem Zahn und bei abwesendem Zahn bei der Spannungseinschaltung unterscheidet, wobei dies auch noch für relativ entfernte Zähne gilt.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Zahnradsensor vozugeben, der so aufgebaut ist, daß der durch ein Hall-Element gemessene magnetische Fluß (d. h. die Flußdichte senkrecht zu der Ebene des Hall- Elementes) in absoluten Werten gering oder 0 ist, bei Abwesenheit oder bei einer Entfernung des ferromagnetischen Gegenstandes ist.

Mit diesen und anderen Aufgaben im Blick liegt es dem Fachmann auf der Hand, daß die Erfindung in der Kombination von Teilen liegt, die in der Beschreibung wiedergegeben werden und durch die angefügten Ansprüche abgedeckt werden.

Ein Näherungssensor für ferromagnetische Gegenstände umfaßt eine Magnetstruktur, einen integrierten Schaltkreischip der Art, die ein Hall- Element einschließt und eine Schaltkreiseinrichtung zur Erzeugung eines Signales, das eine Funktion des Ausgangs des Hall-Elementes ist. Der Chip ist im Bezug auf die Magnetstruktur so angeordnet, daß es sich in Nachbarschaft von wenigstens zwei Polen der Magnetstruktur befindet und daß im wesentlichen der gesamte magnetische Grundfluß, der durch das Hall-Element verläuft, parallel zu der Ebene des Hall-Elementes gerichtet ist.

Die Erfindung betrifft einen Halleffekt-Sensor, der geeignet ist, einen ferromagnetischen Gegenstand zu erfassen und der einen integrierten Schaltkreischip einschließlich eines ebenen Hall-Elementes, welches in diesem und parallel zu diesem angeordnet ist und eine Sensorebene definiert, die eine Vorderseite und eine Rückseite besitzt, und welches senkrecht und zentral zu einer Sensorachse angeordnet ist, und eine Magnetstruktur mit einem Nordpol N und einem Südpol S umfaßt, wobei die Magnetstruktur hinter der Sensorebene angeordnet ist und so positioniert ist, daß ein Südpol S und ein Nordpol N einander benachbart sind und beide zu dem Element benachbart sind.

Für die Zwecke dieser Beschreibung sei eine Magnetstruktur, die wenigstens einen Nordpol (oder ein äquivalentes Polstück) und wenigstens einen Südpol (oder ein äquivalentes Polstück) einer einzigen Magnetfläche präsentiert, als ein Verbundmagnet bezeichnet. Wenn er aus getrennt magnetisierten Zonen eines einzigen Stückes aus magnetisierbarem Material gebildet wird, so sei er als ein Mehrpol-Magnet bezeichnet. Wenn die Magnetstruktur einen magnetischen Pol auf der Achse der Magnetfläche und den anderen magnetischen Pol auf wenigstens beiden Seiten der Achse (Nord-Süd-Nord oder Süd-Nord-Süd) vorgibt, so wird sie als ein symmetrischer Verbundmagnet bezeichnet.

Der Halleffekt-Sensor ist in der Lage, die Anwesenheit eines ferromagnetischen Gegenstandes in der Nähe des Sensors zu erfassen, den Abstand zwischen dem Sensor und einem ferromagnetischen Gegenstand zu erfassen, die Position eines ferromagnetischen Gegenstandes im Hinblick auf den Sensor zu erfassen und/oder die Geschwindigkeit zu erfassen, mit der ein ferromagnetischer Gegenstand an dem Sensor vorbeiläuft.

Der Halleffekt-Sensor ist dort vorgesehen, wo die Magnetstruktur ein magnetisches Sensorfeld vor dem Magneten bildet und sich nach vorne aus der Sensorebene erstreckt, wobei das Feld eine magnetische Flußdichte- Komponente in und senkrecht zu dem Hall-Element auferlegt und der Wert der Komponente auf die Position des ferromagnetischen Gegenstandes in dem Feld bezogen ist.

Ein Halleffekt-Sensor wird vorgegeben, bei dem die Magnetstruktur ein magnetisches Sensorfeld vor dem Magneten bildet und das sich nach vorne zu der Sensorebene erstreckt, wobei das Feld eine magnetische Flußdichte- Komponente in und senkrecht zu dem Hall-Element auferlegt und der Wert der Komponente auf die Position des ferromagnetischen Gegenstandes in dem Feld bezogen ist und wobei der Wert der Komponente einen Grundwert besitzt, der einen Absolutwert in der Nähe von 0 Gauss aufweist, der auftritt, wenn der Gegenstand sich außerhalb des Erfassungsabstandes des Sensors befindet. Der nahe bei 0 liegende Wert besitzt einen Absolutwert von weniger oder gleich 400 Gauss. Der aus dem Erfassungsbereich liegende Abstand ist größer oder gleich 10 mm. Das Hall-Element besitzt einen Abstand von 0,5 bis 2,0 mm von der Magnetstruktur. Das Hall-Element besitzt einen Abstand von 1 mm von der Magnetstruktur.

Ein Halleffekt-Sensor ist vorgesehen, bei dem die Magnetstruktur eine flache Vorderfläche in Nachbarschaft zu dem Chip und parallel zu der Sensorebene aufweist, wobei die Magnetstruktur wenigstens zwei Teile umfaßt, von denen einer einen Nordpol der Vorderfläche repräsentiert und der andere einen Südpol der Vorderfläche repräsentiert.

Es ist ein Halleffekt-Sensor vorgesehen, bei dem die Magnetstruktur eine flache Vorderfläche in Nachbarschaft des Chips und parallel zu der Sensorebene aufweist, wobei die Magnetstruktur wenigstens zwei Teile umfaßt, von denen einer einen Nordpol der Vorderfläche repräsentiert und der andere einen Südpol der Vorderfläche repräsentiert und wobei einer der Teile von der Fläche zurückversetzt ist, um das magnetischen Grundfeld einzustellen, das durch die Magnetstruktur erzeugt wird.

Es ist ein Halleffekt-Sensor vorgesehen, bei dem die Magnetstruktur eine flache Vorderfläche in Nachbarschaft zu dem Chip und parallel zu der Sensorebene aufweist, wobei die Magnetstruktur wenigstens zwei Permanentmagnete umfaßt, von denen einer einen Nordpol der Vorderfläche repräsentiert und der andere einen Südpol der Vorderfläche repräsentiert.

Es ist ein Halleffekt-Sensor vorgesehen, bei dem die Magnetstruktur eine flache Vorderfläche in Nachbarschaft zu dem Chip und parallel zu der Sensorebene aufweist, wobei die Magnetstruktur wenigstens einen Permanent- Stangenmagnet und wenigstens ein Polstück umfaßt, das temporär durch seine Gegenwart in der Magnetstruktur magnetisiert ist, wobei das eine Element der beiden einen Nordpol der Vorderfläche repräsentiert und das andere der Elemente einen Südpol der Vorderfläche repräsentiert.

Es ist ein Halleffekt-Sensor vorgesehen, bei dem die Magnetstruktur eine flache Vorderfläche in Nachbarschaft zu dem Chip und parallel zu der Sensorebene aufweist, wobei die Magnetstruktur wenigstens zwei Permanentmagnete und wenigstens ein Polstück umfaßt, das zwischen den Permanentmagneten positioniert ist und das temporär durch seine Gegenwart in der Magnetstruktur magnetisiert ist, wobei die Permanentmagnete einen der magnetischen Pole für die Vorderfläche repräsentieren und das Polstück den anderen magnetischen Pol für die Vorderfläche repräsentiert.

Es ist ein Halleffekt-Sensor vorgesehen, bei dem die Magnetstruktur die Form eines Zylinders aufweist mit einer Magnetachse und einer flachen Vorderfläche in Nachbarschaft zu dem Chip und parallel zu der Sensorebene.

Es ist ein Halleffekt-Sensor vorgesehen, wobei die Magnetstruktur die Form eines Zylinders aufweist mit einer Magnetachse und einer flachen Vorderfläche in Nachbarschaft zu dem Chip und parallel zu der Sensorebene, wobei die Magnetstruktur wenigstens zwei Permanentmagnete umfaßt, von denen einer einen Nordpol für die Vorderfläche darstellt und der andere einen Südpol für die Vorderfläche darstellt.

Es ist ein Halleffekt-Sensor vorgesehen, bei dem die Magnetstruktur die Form eines Zylinders aufweist mit einer Magnetachse und einer flachen Vorderfläche in Nachbarschaft zu dem Chip und parallel zu der Sensorebene, wobei die Magnetstruktur wenigstens einen Permanent-Stangenmagnet und wenigstens ein Polstück aufweist, welches temporär durch seine Gegenwart in der Magnetstruktur magnetisiert ist, wobei eines der Elemente einen Nordpol für die Vorderfläche und das andere Element einen Südpol für die Vorderfläche vorgibt.

Es ist ein Halleffekt-Sensor vorgesehen, bei dem die Magnetstruktur die Form eines Zylinders aufweist mit einer Magnetachse und einer flachen Vorderfläche in Nachbarschaft zu dem Chip und parallel zu der Sensorachse, wobei die Magnetstruktur wenigstens zwei Permanentmagnete und wenigstens ein Polstück umfaßt, welches zwischen den Permanentmagneten positioniert ist und welches temporär durch seine Gegenwart in der Magnetstruktur magnetisiert wird, wobei einer der Permanentmagnete wenigstens einen der Magnetpole für die Vorderfläche vorgibt und das Polstück den anderen magnetischen Pol für die Vorderfläche vorgibt.

Das Wesen der Erfindung kann jedoch am besten durch Bezugnahme auf eine ihrer strukturellen Formen verstanden werden, wie diese in den beiliegenden Zeichnung veranschaulicht sind, in welchen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht ist, in der die allgemeinen Merkmale der Sensorsysteme gezeigt sind, auf die die vorliegende Erfindung bezogen ist.

Fig. 2 eine schematische Ansicht ist, in der die Art und Weise dargestellt wird, in der die vorliegende Erfindung die Magnetstruktur hinter dem Chip in Fig. 1 setzt durch eine Verbund-Magnetstruktur, die sowohl den Südpol als auch den Nordpol der Rückseite des Chips repräsentiert und die zueinander benachbart sind.

Fig. 3 eine Draufsicht entlang der Achse des Magneten ist, welche senkrecht zu der Verbund-Magnetfläche, zu den Vorder- und Rückflächen des Chips und zu der Ebene des Zahl-Elementes innerhalb des Chips ist.

Fig. 4 eine Ansicht des bevorzugten Entwurfs der Magnetstruktur ist, wobei der Blick auf die primäre Magnetfläche erfolgt.

Fig. 5 eine Seitenansicht des bevorzugten Entwurfs der Magnetstruktur ist.

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht des bevorzugten Entwurfs der Magnetstruktur ist, wobei sich die Achse nach oben und aus der Papierebene von der primären Verbundfläche erstreckt.

Fig. 7a eine Flußdarstellung ist, die die Veränderung des magnetischen Feldes in Abhängigkeit von dem Luftspalt zwischen dem Hall- Element und dem Zahn in einer früher beabsichtigten Konstruktion zeigt, wobei ein einziger Pol des Magneten sich in Nachbarschaft des Hall-Elementes befindet, das so konfiguriert ist, daß es den Vorbeilauf von ferromagnetischen Zähnen überwacht.

Fig. 7b ähnlich zu Fig. 7a ist, mit der Ausnahme, daß Fig. 7b einen Gegenstand benutzt mit breiteren Zähnen und einer breiteren Lücke zwischen den Zähnen.

Fig. 8 die Verbundkonfiguration der vorliegenden Erfindung betrifft und die Flußdarstellung bei der Spannungseinschaltung mit einer Flußdichte in Gauss für verschiedene Luftspalte (Abstand zwischen Zahn und Sensor) bei der Drehung des Gegenstandes (Zahnes).

Fig. 9 ähnlich zu Fig. 8 ist, soweit beide die Verbundkonfiguration der vorliegenden Erfindung betreffen.

Fig. 10 eine Flußdichte-Darstellung präsentiert über der Fläche eines Sandwich-Magneten (Nord-Süd-Nord), bei dem zwei Magnete mit Nordpolen an der Fläche durch ein Polstück getrennt sind, welches bündig mit der Fläche ist und einen Südpol der Fläche repräsentiert.

Fig. 11 die Auswirkung der Magnetposition in bezug auf die Rückseite des Hall-Elementes auf die Grund-Feldstärke für einen Sandwich-Magneten mit bündigem T-förmigen Polstück zeigt.

Fig. 12 den Einfluß des rückwärtigen Versatzes des Polstückes von der Magnetfläche um Z mm auf die Grund-Flußdichte (Tal vorhanden) über der Fläche des Sandwich-Magneten mit einem T-Polstück zeigt.

Fig. 13 eine Flußdichte über der Fläche eines T-Polstückes bei einem Sandwich-Magneten zeigt, wobei ein Polstück um 1,5 mm zurückversetzt ist.

Fig. 14 ähnlich zu Fig. 13 ist mit der Ausnahme, daß der für die Erzeugung der Daten in Fig. 14 verwendete Magnet ein Sandwich-Magnet ist, bei dem das zentrale Element ein invertierter Stangenmagnet ist (nicht ein T-Polstück und nicht bloß ein Polstück) der ebenfalls um 1,5 mm zurückversetzt ist.

Fig. 15 einen Halleffekt-Zahnradsensor 10 mit Einzelpol des Typs zeigt, wie er im Stand der Technik bekannt ist.

Fig. 16 eine schematische Darstellung eines Zahnrades zeigt, welches in eine Position in einiger Entfernung von dem Sensor gemäß Fig. 15 bewegt wird, wobei der Zahn auf jeder Seite des Sensors positioniert ist, so daß der Sensor den Raum zwischen den Zähnen erfaßt.

Fig. 17 den Sensor und das Zahnrad von Fig. 16 zeigt, wobei der Zahn gedreht ist, um den Zahn in seine nächste Position auf der Drehstrecke zu bringen.

Fig. 18 ein Zahnrad zeigt, welches gegenüber Fig. 16 noch näher an dem Sensor positioniert ist.

Fig. 19 die Drehung des Zahnrades in Fig. 18 zeigt, so daß der Zahn sich in seiner nächsten Position zu dem Sensor befindet.

Fig. 20 eine schematische Ansicht der vorliegenden Erfindung zeigt, wie sie der bekannten Struktur gemäß Fig. 15 entspricht. In Fig. 20 ist die magnetische Fläche, oberhalb der der Hall-Sensor angeordnet ist, als eine Verbundstruktur gezeigt.

Fig. 21 den Einfluß des sich bewegenden und zu erfassenden Zahnes in einer relativ entfernten Position von dem Sensor zeigt.

Fig. 22 den Einfluß zeigt, wenn der Zahn gemäß Fig. 21 gedreht wird, um den Zahn in Nachbarschaft zu dem Sensor zu bringen.

Fig. 23 eine Anordnung zeigt, in welcher der Zahn, obgleich er sich noch in der Zwischen-Zahnstellung befindet, enger an dem Sensor angeordnet ist, gegenüber den Anordnungen in den Fig. 21 und 22.

Fig. 24 eine Position zeigt, in der die Drehung des Zahnes, der gemäß Fig. 23 positioniert ist, den Zahn am dichtesten zu dem Sensor bewegt.

Fig. 25 eine grafische Darstellung der Halleffekt-Flußdichte ist, die in den verschiedenen Konfigurationen gemäß den Fig. 15 bis 24 angepaßt wird.

Fig. 26 eine perspektivische Ansicht einer Magnetstruktur ist, welche vier magnetisierte Pole und eine Fläche aufweist.

Fig. 27 eine perspektivische Ansicht einer Magnetstruktur ist, die zwei Pole, eine Fläche und eine stählerne Rückenplatte aufweist.

Fig. 28 eine perspektivische Ansicht einer Magnetstruktur ist, die vier Pole, eine Fläche und eine stählerne Rückenplatte aufweist.

Fig. 29 eine perspektivische Ansicht einer Magnetstruktur ist, die einen Pol parallel zu der Dicke der stählernen Rückenplatte und einen zentralen Pol aufweist.

Fig. 30 eine perspektivische Ansicht einer Magnetstruktur ist, die einen Pol parallel zu der Dicke mit einem stählernen Topf aufweist.

Fig. 31 eine perspektivische Ansicht einer Magnetstruktur ist, die einen Pol parallel zu der Dicke mit einem stählernen Topf und einem zentralen Pol aufweist.

Fig. 32 eine perspektivische Ansicht einer Magnetstruktur ist, die drei abwechselnde Magnete mit einer stählernen Rückenplatte aufweist.

Fig. 33 eine perspektivische Ansicht einer Magnetstruktur ist, die einen Pol parallel zu der Dicke eines stählernen Winkelbleches aufweist.

Fig. 34 eine perspektivische Ansicht einer Magnetstruktur ist, die einen Pol parallel zu der Dicke einer stählernen Rinne aufweist.

Fig. 35 eine perpektivische Ansicht einer Magnetstruktur ist, die Pole parallel zu der Dicke von 2 stählernen Seitenplatten aufweist.

Fig. 36 eine perspektivische Ansicht einer Magnetstruktur ist, die zwei magnetisierte Pole und eine durchgehende Fläche aufweist.

Fig. 37 eine perspektivische Ansicht einer Magnetstruktur ist, die drei magnetisierte Pole und eine Durchgangsfläche aufweist.

Fig. 38 eine perspektivische Ansicht einer Magnetstruktur ist, die zwei magnetisierte Pole und eine Durchgangsfläche mit einer stählernen Rückenplatte aufweist.

Fig. 39 eine perspektivische Ansicht einer Magnetstruktur ist, die zwei Magnete mit einer stählernen Rückenplatte aufweist.

Fig. 40 eine perspektivische Ansicht einer Magnetstruktur ist, welche drei magnetisierte Pole und eine Durchgangsfläche mit einer stählernen Rückenplatte aufweist.

Fig. 41 eine Reihe von perspektivischen Ansichten von Magnetstrukturen ist, welche mehrfache Pole einer Einzelfläche gegenüber stellen.

Fig. 42 eine Schnittansicht einer Anwendungsumgebung ist, in der das Sensorpaket der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann und wobei insbesondere die Figur das Radachsenende eines Automobiles zeigt.

Fig. 43 ein Computermodel des Einflußes eines rechteckförmigen ferromagnetischen Gegenstandes 11a auf das magnetische Feld um eine Magnetstruktur 15a ist, die die Prinzipien der vorliegenden Erfindung aufweist.

Fig. 44 die Fig. 43 entspricht und zeigt, wie die Bewegung des Gegenstandes 11a gegen die Magnetstruktur, die Flußlinien zwischen dem Gegenstand und der Magnetstruktur veranlaßt sich axial nach innen zu konzentrieren.

Fig. 45 die Flußdichte über der Fläche einer Magnetstruktur zeigt, welche nur einen Nord- und einen Südpol der Rückseite des Sensorchips gegenüber bringt.

Fig. 46 das durch die Magnetstruktur in Fig. 45 erzeugte Signal zeigt, wenn das Zahnrad vorbeiläuft.

Fig. 47 eine Darstellung ist, die die Merkmale eines Hall-Elementes und eines Ersatzsensors vergleicht, der als ein magnetoresistives Element bezeichnet wird.

Zunächst bezugnehmend auf Fig. 1, in welcher die allgemeinen Merkmale von Sensorsystemen 100 dargestellt sind, auf die die vorliegende Erfindung bezogen ist, umfaßt das System einen ferromagnetischen Gegenstand 11, wie beispielsweise ein stählernes Zahnrad, einen Halleffekt-Sensorchip 12 und eine Magnetstruktur 13. In Fig. 1 ist die Magnetstruktur vom herkömmlichen Stangen-Magnettyp mit dem Südpol an einem Ende in Nachbarschaft zu dem Chip und dem Nordpol an dem anderen Ende. Dieses System kann eines oder zwei Hall-Elemente in dem Chip aufweisen, wobei beide Ausführung, wie zuvor beschrieben, Probleme besitzen.

Wie in Fig. 2 gezeigt, ersetzt die vorliegende Erfindung die Magnetstruktur 13 hinter dem Chip mit einer Verbund-Magnetstruktur 15, welche sowohl den Südpol als auch den Nordpol der Rückseite des Chips untereinander benachbart gegenüber stellt. Diese Geometrie bildet ein besser geeignetes Magnetfeld um das ebene Hall-Element 14. Fig. 2 zeigt eine einfache Sandwich- Konstruktion, bei der zwei anhaftende Stangenmagnete 16 und 17 mit einer Karrenstange 18 verbunden sind. Die Karrenstange 18 kann ein Permanentmagnet sein, der mit Polen entgegengesetzt zu jenen der anhaftenden Magnete ausgerichtet ist. Alternativ könnte die Karrenstange ein Polstück sein, für welches eine hohe magnetische Permeabilität aufweist (den magnetischen Fluß leicht leitet), aber selbst kein Permanentmagnet ist. Die anhaftenden Magnete induzieren einen zeitweiligen Magnetismus in dem Polstück und veranlassen es wie ein entgegengesetzt gepolter Magnet zu wirken, so lange die Sandwich-Struktur beibehalten wird. In beiden Fällen präsentiert die Magnetstruktur sowohl die Süd- als auch die Nordpole der Rückseite des Chips und setzt das Hall-Element dem magnetischen Feld aus, welches vor der multipolaren Oberfläche vorliegt. Ein solcher Aufbau kann ebenfalls erzielt werden durch Verwendung eines einzelnen Stückes aus permanent magnetisierbarem Material, welches in drei getrennte Zonen magnetisiert worden ist, um die zuvor beschriebene Polstruktur zu bilden. Fig. 3 ist eine Draufsicht entlang der Achse des Magneten. Die Achse ist senkrecht zu der Fläche des Verbundmagneten und zu den vorder- und rückwärtigen Flächen des Chips und zu der Ebene des Hall-Elementes innerhalb des Chips.

Die Fig. 4, 5 und 6 repräsentieren den bevorzugten Aufbau der Magnetstruktur. Fig. 6 ist eine perspektivische Ansicht des bevorzugten Aufbaus der Magnetstruktur, wobei sich die Achse aufrecht und nach außen aus der Papierebene von der primären Verbundfläche erstreckt. Eine längliche Abflachung ist dargestellt und gestattet elektronischen Leitungen von einem Chip, der auf der primären Fläche angeordnet ist, den Durchgang entlang der Länge des Magneten ohne sich außerhalb des kreisförmigen Entwurfsprofiles des Querschnittes des Magneten parallel zu der primären Magnetfläche zu erstrecken. Fig. 4 ist eine Ansicht des bevorzugten Entwurfs, wobei auf die primäre Magnetfläche geschaut wird. Fig. 5 ist eine Seitenansicht des bevorzugten Entwurfs.

Die Magnetstruktur kann eine große Anzahl von Formen einnehmen, wie dies unten beschrieben wird. Das kritische Merkmal ist jenes, daß die Magnetstruktur ein magnetisches Feld um das Hall-Element bilden muß, welches Feld die Effekte erzeugt, wenn sich das Element in Nachbarschaft zu zwei unterschiedlichen Polen befindet, die einander benachbart sind. Typischer Weise sind die zwei Pole zu der Rückenfläche des Hall-IC gerichtet. Der rückwärtige Ersatz eines oder mehrerer der Pole kann das Feld optimieren.

Die Erfindung gibt einen Halleffekt-Sensor vor, der zur Erfassung eines ferromagnetischen Gegenstandes geeignet ist und der einen integrierten Schaltkreischip einschließlich eines ebenen Hall-Elementes aufweist, welches in dem Chip und parallel zu diesem positioniert ist und der eine Sensorebene mit einer Vorderseite und einer Rückseite definiert und wobei das Element senkrecht um eine Sensorachse zentriert ist und eine Magnetstruktur, einen Nordpol und einen Südpol voll besetzt, wobei die Magnetstruktur hinter der Sensorebene so positioniert ist, daß ein Südpol und ein Nordpol zueinander benachbart und beide zu dem Element benachbart sind.

Der Halleffekt-Sensor ist geeignet die Gegenwart eines ferromagnetischen Gegenstandes in der Nähe des Sensors zu erfassen, den Abstand zwischen dem Sensor und einem ferromagnetischen Gegenstand zu erfassen, die Position eines ferromagnetischen Gegenstandes in Beziehung zu dem Sensor zu erfassen und/oder die Geschwindigkeit zu erfassen, mit der ein ferromagnetischer Gegenstand an dem Sensor vorbeiläuft.

Es wird ein Halleffekt-Sensor vorgegeben, bei dem die Magnetstruktur ein magnetisches Sensorfeld vor dem Magneten bildet, das sich von der Sensorebene nach vorne erstreckt, wobei das Feld eine magnetische flußdichte Komponente in und senkrecht zu dem Hall-Element auferlegt und der Wert der Komponente auf die Position des ferromagnetischen Gegenstandes in dem Feld bezogen ist.

Es wird ein Halleffekt-Sensor vorgegeben, bei dem die Magnetstruktur ein magnetisches Sensorfeld vor dem Magneten bildet, das sich von der Sensorebene nach vorne erstreckt, wobei das Feld eine magnetische flußdichte Komponente in und senkrecht zu dem Hall-Element auferlegt, wobei der Wert der Komponente auf die Position des ferromagnetischen Gegenstandes in dem Feld bezogen ist und wobei der Wert der Komponente einen Grundwert besitzt, welcher einen Absolutwert in der Nähe von 0 Gauss aufweist und der auftritt, wenn sich der Gegenstand in einem Abstand außerhalb des Bereiches des Sensors befindet. Der nahe bei 0 liegende Wert besitzt einen Absolutwert entsprechend 400 Gauss oder weniger. Der außerhalb des Bereichs liegende Abstand ist größer oder gleich 10 mm. Das Hall-Element befindet sich in einem Abstand von 0,5 bis 2,0 mm von der Magnetstruktur. Das Hall-Element befindet sich in einem Abstand von 1 mm von der Magnetstruktur.

Es wird ein Halleffekt-Sensor vorgegeben, bei dem die Magnetstruktur eine flache Vorderfläche in Nachbarschaft zu dem Chip und parallel zu der Sensorebene besitzt, wobei die Magnetstruktur wenigstens zwei Teile umfaßt von denen einer einen Nordpol der Vorderfläche präsentiert und der andere einen Südpol der Vorderfläche präsentiert.

Es wird ein Halleffekt-Sensor vorgegeben, dem die Magnetstruktur eine flache Vorderfläche in Nachbarschaft zu dem Chip und parallel zu der Sensorebene aufweist, wobei die Magnetstruktur wenigstens zwei Teile aufweist, von denen einer einen Nordpol der Vorderfläche präsentiert und der andere einen Südpol der Vorderfläche präsentiert und bei denen einer der Teile von der Fläche zurückversetzt ist um das durch die Magnetstruktur gebildete magnetische Feld einzustellen.

Es wird ein Halleffekt-Sensor vorgegeben, bei dem die Magnetstruktur eine flache Vorderfläche in Nachbarschaft zu dem Chip und parallel zu der Sensorebene aufweist, wobei die Magnetstruktur wenigstens zwei Permanentmagnete umfaßt, von denen einer einen Nordpol der Vorderfläche präsentiert und der andere einen Südpol der Vorderfläche präsentiert.

Es wird ein Halleffekt-Sensor vorgegeben, bei dem die Magnetstruktur eine flache Vorderfläche in Nachbarschaft zu dem Chip und parallel zu der Sensorebene aufweist, wobei die Magnetstruktur wenigstens einen Stangen- Permanentmagneten und wenigstens ein Polstück aufweist, welches temporär durch seine Gegenwart in der Magnetstruktur magnetisiert ist, wobei ein Element einen Nordpol der Vorderfläche präsentiert und das andere Element einen Südpol der Vorderfläche präsentiert.

Es wird ein Halleffekt-Sensor vorgegeben, bei dem die Magnetstruktur eine flache Vorderfläche in Nachbarschaft zu dem Chip und parallel zu der Sensorebene aufweist, wobei die Magnetstruktur wenigstens zwei Permanentmagnete und wenigstens ein Polstück aufweist, welches zwischen den Permanentmagneten angeordnet ist und durch seine Gegenwart in der Magnetstruktur temporär magnetisiert ist, wobei ein Permanentmagnet wenigstens einen der magnetischen Pole der Vorderfläche präsentiert und das Polstück den anderen Magnetpol der Vorderfläche präsentiert.

Es wird ein Halleffekt-Sensor vorgegeben, bei dem die Magnetstruktur die Form eines Zylinders mit einer Magnetachse und einer flachen Vorderfläche in Nachbarschaft zu dem Chip und parallel zu der Sensorebene besitzt, wobei die Magnetstruktur wenigstens einen Permanent-Stangenmagneten und wenigstens ein Polstück aufweist, welches durch seine Gegenwart in der Magnetstruktur temporär magnetisiert ist, wobei ein Element einen Nordpol der Vorderfläche präsentiert und das andere Element einen Südpol der Vorderfläche präsentiert.

Es wird ein Halleffekt-Sensor vorgegeben, bei dem die Magnetstruktur die Form eines Zylinders mit einer Magnetachse und einer flachen Vorderfläche in Nachbarschaft zu dem Chip und parallel zu der Sensorebene besitzt, wobei die Magnetstruktur wenigstens zwei Permanentmagnete und wenigstens ein Polstück aufweist, welches zwischen den Permanentmagneten positioniert ist und welches temporär durch seine Gegenwart in der Magnetstruktur magnetisiert wird, wobei die Permanentmagnete einen der Magnetpole der Vorderfläche präsentieren und das Polstück den anderen Magnetpol der Vorderfläche präsentiert.

Fig. 7a betrifft einen früher konzipierten Aufbau mit einem Einzelpol des Magneten in Nachbarschaft zu dem Hall-Element, der so konfiguriert ist, daß er den Vorbeilauf von ferromagnetischen Zähnen überwacht. Fig. 7 ist eine Flußdarstellung, die die Veränderung des magnetischen Feldes in Abhängigkeit von dem Luftspalt zwischen dem Hall-Element und dem Zahnrad zeigt. Die Darstellung erfolgt in negativen Gausswerten, so daß der Grundwert (zwischen den Zähnen) die obere Kurve einer jeden Datenlinie ist. Die Amplitude der Datenlinien wächst mit abnehmenden Luftspalt (Abstand zwischen Zahn und Sensor) an. Das Grundfeld ist extrem hoch, d. h. das magnetische Kraftfeld beträgt 3000 G (tatsächlich -3000 G, da der Pol gegenüber dem Hall-Chip der Südpol ist und der Fluß negativ ist) für den in diesem Fall benutzten SmCo- Magneten. Um bei großen Luftspalten zu arbeiten, muß eine extrem geringe Magnetfeldänderung bezüglich eines großen Grundfeldes gemessen werden. Beispielsweise bildet der Luftspalt von 80 mil ein Signal von 100 G auf einem Grundfeld von 3000 G. Dies ist eine extrem schwierige Aufgabe. Zu dem bewegt sich in einigen Fällen das Grundfeld mit dem Luftspalt aufgrund des Übersprechens zwischen benachbarten Zähnen. Wenn das Hintergrund- Signalrauschen betrachtet wird, welches in den tatsächlichen Situationen immer vorliegt, so wird das Problem noch ernsthafter.

Fig. 7b ist ähnlich zu Fig. 7a mit der Außnahme, daß Fig. 7b ein Objekt mit breiteren Zähnen und einem breiteren Spalt zwischen den Zähnen benutzt.

Fig. 8 betrifft die Verbundkonfiguration (in diesem Fall Süd-Nord-Süd) der vorliegenden Erfindung und ist eine Flußdarstellung der Flußdichte in Gauss bei eingeschalteter Spannung für verschiedene Luftspalte (Abstände zwischen Zahn und Sensor) bei der Drehung des Objektes (Zahnrad). Das Objekt ist im wesentlichen das gleiche, wie es in Fig. 7b benutzt wurde. Das Zentrum des Zahnes befindet sich bei 0°. Die Verbundkonfiguration senkt das Grundfeld (auf ungefähr -100 G) auf der Fläche des Hall-Elementes ab, in dem sich beide Pole des magnetischen Feldes unmittelbar hinter das Hall-Element bringen. Die nahe Gegenwart der entgegengesetzten Pole dient dem Kurzschluß der Flußlinien in dem offenen Schaltkreis (wenn die Einbuchtung und nicht der Zahn vorhanden ist). Diese bildet ein geringes Grundfeld, da die Linien des magnetischen Flusses parallel zu dem Hall-Element in dem Chip und unterhalb desselben verlaufen. Ein geeigneter Entwurf gestattet dem Grundfeld eine Annäherung an 0 Gauss, wenn dies durch das Hall-Element gemessen wird. Wenn der Zahn vorliegt, so wird der magnetische Kreis verändert, und die Flußlinien werden zu dem Zahn und durch das Hall-Element und senkrecht zu diesem gezogen. Sodann mißt das Hall-Element einen hohen Wert. Somit verursacht der Zahn eine Konzentration der Flußlinien und kann ebenfalls den Kurzschluß in dem System bewirken oder auf ein Minimum bringen. Das Ergebnis dieses Kurzschlusses bei abwesendem Zahn und der Konzentration bei vorhandenem Zahn ist in der Flußdarstellung in Fig. 8 veranschaulicht, die durch ein sich drehendes Zahnrad mit großer Teilung hinter dem Sensor bei verschiedenen Luftspalten zwischen dem Zahnumfang und dem Sensor gebildet wurde. Wie dargestellt, bleibt der Grundwert, der die Einbuchtung anzeigt, konstant und auf geringem Wert (nahe bei 0), wenn der Luftspalt variiert. Andererseits fällt die die Gegenwart des Zahnes anzeigende Flußdichte mit abnehmendem Luftspalt ab (die negative Dichte wird größer). Die Flußdichten sind negativ, da bei dem Hall-Element die magnetischen Kraftlinien, wie bei der früheren Konfiguration, in die Südpole eintreten und durch das Objekt konzentriert werden.

Da es eine sehr beträchtliche und leicht erkennbare Differenz zwischen dem Signal bei vorhandenem Zahn und dem Signal bei abwesendem Zahn bei eingeschalteter Spannung gibt, d. h., wenn das System beim ersten Mal an Spannung gelegt wird, gibt der Sensor der vorliegenden Erfindung eine sehr zuverlässige Anzeige dieses sehr kritischen Zustandes, beispielsweise in dem Verteiler einer Verbrennungskraftmaschine, um die Luftverschmutzung beim Anlauf auf ein Minimum zu bringen.

Die bei Hall-Sensoren verwendete Vorzeichen-Übereinkunft ist die, daß der Fluß von einem Nordpol vor dem Sensor zu einem Südpol hinter dem Sensor negativ ist.

Fig. 9 ist ähnlich zu Fig. 8, insofern, als beide die Verbundkonfiguration der vorliegenden Erfindung betreffen. Fig. 9 ist eine Flußdarstellung der Flußdichte in Gauss bei Spannungseinschaltung für verschiedene Luftspalte (Abstände zwischen Zahn und Sensor) über der Drehung des Objektes (Zahnrad). 0° entspricht der Mittelstellung des Zahnes. Die Verbundkonfiguration senkt das Grundfeld (ungefähr 75 G) auf der Fläche des Hall-Elementes ab, indem es beide Pole des magnetischen Feldes der Rückseite des Hall-Elementes präsentiert. Die nahe Gegenwart der entgegengesetzten Pole dient dem Kurzschluß der Flußlinien in dem offenen Kreis (wenn die Einbuchtung und nicht der Zahn vorliegt). Dies bildet ein niedriges Grundfeld, da die Linien des magnetischen Flusses parallel zu dem Hall-Element in dem Chhip und unterhalb desselben verlaufen. Ein geeigneter Entwurf gestattet dem Grundfeld eine Annäherung an einen Wert von 0 Gauss, wenn dies durch das Hall-Element gemessen wird. Wenn der Zahn vorhanden ist, so wird der magnetische Kreis verändert, und die Flußlinien werden zu dem Zahn und durch und senkrecht zu dem Hall-Element gezogen. Sodann mißt das Hall- Element einen hohen Wert. Somit verursacht der Zahn eine Verteilung der Flußlinien, um den Kurzschluß in dem System auf ein Minimum zu bringen. Das Ergebnis dieses Kurzschlusses, wenn der Zahn abwesend und die Verteilung, wenn der Zahn vorliegt, ist in der Flußdarstellung in Fig. 9 veranschaulicht, die durch ein rotierendes Zahnrad mit großer Teilung hinter dem Sensor bei verschiedenen Luftspalten zwischen dem Zahnumfang und dem Sensor gebildet wurde. Wie dargestellt, bleibt der Grundwert, der die Einbuchtung anzeigt, konstant und auf geringem Wert (nahe bei 0), wenn der Luftspalt variiert. Andererseits wächst die durch die Gegenwart des Zahnes hervorgerufene Flußdichte mit abnehmendem Luftspalt an. Das Vorzeichen des Flusses ist positiv, da diese Konfiguration (Nord-Süd-Nord) die Flußlinien an dem Hall-Element aus den Nordpolen austreten läßt, die durch das Objekt konzentriert werden.

Fig. 10 gibt eine Flußdichte-Darstellung über der Fläche eines Sandwich- Magneten (Nord-Süd-Nord) vor, bei der zwei Magnete mit Nordpolen an der Fläche durch ein Polstück getrennt werden, welches bündig mit der Fläche ist und einen Südpol der Fläche präsentiert. Der Sandwich-Magnet ist über der Fläche 8 mm breit, wobei das Polstück eine Breite von 1mm aufweist und die Seitenmagnete jeweils eine Breite von 3,5 mm aufweisen. Im Zentrum der Fläche und des Polstückes beträgt der Fluß -500 G. Der Wert ist negativ, da der Punkt einem Südpol benachbart ist. Wenn sich der Meßpunkt seitwärts über die Fläche bewegt, so bewegt sich der Fluß gegen 0 und erreicht einen Wert von 0 leicht außerhalb der Grenze von Polstück und Magnet. Wenn sich sodann der Meßpunkt weiter seitwärts bewegt, so wächst der Fluß positiv an, wenn er sich über den Nordpol bewegt, bis zu einem Maximalwert von 1000 G bei einem Abstand von 1mm von der Grenze zwischen dem Polstück und dem Magneten. Das Meßwerkzeug gelangt in die Sättigung und zeichnet keinen Wert oberhalb 1000 G auf. Es versteht sich, daß diese Darstellung nur die Flußkomponente senkrecht zu der Magnetfläche darstellt.

Fig. 11 zeigt den Effekt der Magnetposition relativ zu der Rückseite des Hall- Elementes auf die Grund-Feldstärke für einen Sandwich-Magneten mit bündigem T-förmigem Polstück. Die Darstellung zeigt die Flußdichte über der Position des Magneten hinter der Hall-Einrichtung für verschiedene Luftspalte.

Fig. 12 zeigt den Einfluß des rückwärtigen Versatzes des Polstückes gegenüber der Magnetfläche um Z mm auf die Grund-Flußdichte (Einbuchtung vorhanden) über der Fläche eines Sandwich-Magneten mit T-förmigem Polstück. Es ist erkennbar, daß ein Wert von Z mit 1,25 mm den zentralen Grundfluß gegen 0 gehen läßt.

Fig. 13 zeigt eine Flußdarstellung über der Fläche eines Sandwich-Magneten mit T-förmigem Polstück, wobei das Polstück um 1,5 mm zurückversetzt ist.

Fig. 14 ist ähnlich zu Fig. 13, mit der Ausnahme, daß der verwendete Magnet, um die Daten von Fig. 14 zu erzeugen, ein Sandwich-Magnet ist, bei dem das zentrale Element ein invertierter Stangenmagnet (nicht ein T und nicht bloß ein Hohlstück) ist, der um 1,5 mm ebenfalls zurückversetzt ist.

Obgleich die Physik, die der vorliegenden Erfindung ihr unerwartetes und nützliches Ergebnis zu erzielen gestattet, nicht gänzlich verstanden wird, gibt das folgende Modell ein wirksames Werkzeug für Entwurfsversionen der vorliegenden Erfindung und für die Vorhersage ihrer Funktion vor. Dieses Modell basiert auf dem Modell des magnetischen Kreises.

Fig. 15 zeigt einen Einzelpol-Halleffekt-Zahnradsensor des bekannten Typs. Der zylindrische Permanentmagnet 13 besitzt flache Enden an seinen Nord- und Südpolen. Ein Halleffekt-Sensor 14 ist an dem Ende des Südpols angeordnet. Die Sensorebene des Sensors ist senkrecht zu der Nord-Süd-Achse des Magneten. Da der Halleffekt-Sensor 14 die Komponente der magnetischen Flußdichte senkrecht zu der Sensorebene des Sensors mißt, und da die Linien des magnetischen Flusses aus dem Unendlichen kommen und sodann gebündelt werden und in den Südpol des Magneten eintreten, parallel zu der Magnetachse, stellt der Sensor einen sehr hohen (großer Absolutwert) negativen magnetischen Fluß in der normalen Konfiguration und bei keinem ferromagnetischen Material in dem Sensorfeld fest, wie dies in Fig. 15 gezeigt ist. Somit besitzt das durch den Halleffekt-Sensor erzeugte Grundsignal einen relativ hohen Absolutwert. Es ist mit der Position A in Hallsignal- Diagramm von Fig. 25 bezeichnet, welches den Absolutwert des Hallsignals zeigt.

Die in Fig. 15 gezeigte Konfiguration kann als eine Situation betrachtet werden, bei der der zu erfassende ferromagnetische Gegenstand im Unendlichen von dem Sensor positioniert ist.

Fig. 16 zeigt eine schematische Darstellung eines Zahnrades 11, welches in eine Position in einiger Entfernung von dem Sensor bewegt wird, wobei die Zähne auf jeder Seite des Sensors positioniert sind, so daß der Sensor den Raum zwischen den Zähnen erfaßt. Das Vorliegen des ferromagnetischen Zahnrades innerhalb des magnetischen Flußfeldes verursacht eine Sammlung des Flusses und eine Konzentration geringfügig in Richtung der Nord-Süd-Achse des Magneten. Die Folge ist, daß der magnetische Fluß, der durch den Sensor erfaßt wird, anwächst. Diese Position, die mit Position B in Fig. 25 bezeichnet ist, ist als ein angewachsenes Hallsignal dargestellt. Da das Grundsignal, das durch die Position A gebildet wird, wie es in Fig. 15 gezeigt ist, relativ hoch ist, ergibt der relativ geringe Zuwachs des Signals der Position B gemäß Fig. 16 ein relativ geringes Signal/Rauschverhältnis.

Wenn das Zahnrad, welches gemäß Fig. 16 positioniert ist, gedreht wird, um den Zahn in seine naheste Position auf dem Drehweg zu bringen, wie dies in Fig. 17 gezeigt ist, so werden die Flußlinien noch mehr gesammelt, und die Flußdichte senkrecht zu dem Hallsensor wächst noch mehr an. Diese Position ist in Position D in Fig. 25 gezeigt.

Fig. 18 zeigt den Zahnrad, welches noch näher an dem Sensor positioniert ist. Diese Position des Sensors ruft eine Sammlung der Flußlinien hervor, die zwischen Position B und Position D in den Fig. 15 und 16 entsprechend liegen. Dies ist als Position C in Fig. 25 gezeigt.

Fig. 19 zeigt die Drehung des Zahnrades, das in Fig. 18 gezeigt ist, so daß der Zahn seine naheste Position zu dem Sensor einnimmt. Diese Ausrichtung des Zahnes und des Magnetpols fokussiert den maximalen Flußbetrag direkt durch den Sensor und liefert daher das höchste Hallsignal.

Da alle durch die Positionen B, C, D und E erzeugten Signale relativ klein im Vergleich zu dem Grundsignal sind, welches in der Position A gefunden wird, ist das Signal/Rauschverhältnis des Signals, das erzeugt wird, wenn sich das Zahnrad vor dem Sensor dreht, relativ gering. Infolgedessen wird der Luftspalt zwischen dem Zahn und dem Sensor extrem kritisch für die zuverlässige Wirkungsweise des Zahnrad-Sensors.

Fig. 20 zeigt eine schematische Ansicht der vorliegenden Erfindung, die der bekannten Struktur in Fig. 15 entspricht. In Fig. 20 ist die Magnetfläche, auf der der Hallsensor 14 angeordnet ist, als eine Verbundstruktur 15 dargestellt. Diese Klasse von Verbundmagneten wird manchmal als Haltemagnet bezeichnet, die sie sehr stark ferromagnetische Gegenstände in Kontakt zu sich halten. Die in den Fig. 20 bis 24 gezeigte Magnetstruktur ist aus zwei Standard-Süd-Nord-Stangenmagneten 16 und 17 aufgebaut, die parallel auf einem ferromagnetischen Polstück 18 mit T-förmigem Querschnitt angeordnet sind. Da die Magnete ein magnetisches Feld in dem Polstück induzieren, wird der Teil des Polstückes in Nachbarschaft und zwischen den Südpolenden des Magneten zu einem virtuellen Nordpol. Daher wirkt der Magnet, als ob ein Nordpol zwischen den zwei Südpolen vorhanden wäre. Wie in Fig. 20 gezeigt, liegt die Wirkung dieser Magnetgeometrie darin, einen "Kurzschluß" der magnetischen Flußlinien hervorzurufen, so daß die Flußlinien, anstatt nach außen von der Magnetfläche ins Unendliche entlang der Magnetachse abzustrahlen, in Nachbarschaft zu der Achse das Bestreben haben, in einer hochkonzentrierten Form von dem Norpol des Polstückes zu jedem Südpol zu verlaufen.

Der Teil des zentralen Polstücks, der sich nach außen erstreckt und die rückwärtigen Enden der Magnetelemente abdeckt, wird als eine Stützplatte bezeichnet. Sie kann ein Teil des zentralen Polstückes sein oder sie kann ein getrenntes Polstück sein. Sie kann ebenfalls benutzt werden, wenn das zentrale Element ein Permanentmagnet ist. Der relevante Effekt der Stützplatte liegt in der Erhöhung der Vorwärts-Reichweite des magnetischen Feldes vor der Magnetstruktur und dadurch in der Erhöhung des Bereiches des Sensors.

Wie aus Fig. 20 erkennbar, sind die Flußlinien, welche der Achse der Magneten und dem Hall-Element benachbart sind, von dem Nordpol des Polstückes zu jedem der Südpole hochkonzentriert in der Nähe der Endoberfläche des Magneten, und sie wandern im wesentlichen radial nach außen von dem Nordpol und der Achse des Magneten zu den Südpolen, wobei sie der Ebene des Hall-Sensors parallel sind. Infolgedessen ist, obgleich es eine sehr hohe magnetische Flußdichte sehr nahe zu der Oberfläche des Magneten gibt, die Dichte an dem Hall-Element beträchtlich reduziert oder beinahe nicht vorliegend. Da der Hall-Sensor nur die Komponente des magnetischen Flusses erfaßt, der senkrecht zu der Ebene des Hall-Elementes ist, erfaßt ferner der Hall-Sensor effektiv keinen magnetischen Fluß bei der neuen in Fig. 20 gezeigten Konfiguration. Diese entspricht der Zahnposition F in Fig. 25 oder einer Situation, wo der zu erfassende ferromagnetische Gegenstand sich im Unendlichen befindet. Das Hall-Signal nähert sich dem Wert 0 an.

Fig. 21 zeigt den Einfluß des sich bewegenden Zahnrades 11, wenn es in einer relativ entfernten Position von dem Sensor erfaßt wird. Da die Flußdichte in der vorliegenden Erfindung so nahe an der Fläche des Magneten liegt, ist die Gegenwart des Zahnrades, das mit seinem Zahn den Sensor überstreift, beinah ohne Einfluß auf den Sensor. Diese Position, die als Position G in Fig. 25 gezeigt ist, hat einen geringen oder beinah gar keinen Einfluß auf das Hall-Signal.

Fig. 22 zeigt die Auswirkung, wenn das Zahnrad gemäß Fig. 21 gedreht wird, um den Zahn in Nachbarschaft zu dem Sensor zu bringen. Diese Position ist als Position I in Fig. 25 gezeigt. Wie erkennbar, zieht die nahe Position des Zahnrades den magnetischen Fluß, welcher an den Südpolen eintritt, axial nach innen und konzentriert die Flußlinien nahe der Achse des Magneten und des Hall-Elementes. Infolgedessen verläuft eine wesentliche Anzahl von Flußlinien tatsächlich durch das Hall-Element und besitzt beträchtliche Komponenten senkrecht zu der Ebene des Hall-Elementes. Infolgedessen liegt das Signal, welches in der Position I erzeugt wird, wesentlich über der Zwischen- Zahnposition von Position G im Absolutwert, d. h., es besitzt in der Süd-Nord- Süd-Konfiguration einen negativeren Wert.

Fig. 23 zeigt eine Anordnung, in welcher das Zahnrad, obgleich es sich noch in der Zwischen-Zahnposition befindet, noch näher an dem Sensor als bei den Anordnungen gemäß den Fig. 21 und 22 angeordnet ist. Wie bei der anderen Zwischen-Zahnposition gemäß Fig. 21 ist die Gegenwart des Zahnes in seiner Zwischen-Zahnausrichtung nicht ausreichend, um axial die Flußlinien durch das Hall-Element zu konzentrieren und eine beträchtliche Anzahl von Flußlinien durch dieses zu ziehen. Infolgedessen gibt es, wie dies durch die Position H in Fig. 25 bezeichnet ist, keinen beträchtlichen Zuwachs des Signals bei dieser Ausrichtung.

Fig. 24 zeigt eine Position, bei der die Drehung des Zahnrades in Fig. 23 den Zahn am dichtesten zu dem Sensor bewegt. Wie in Fig. 24 erkennbar, konzentriert der Einfluß des Ferromagnetismus des Zahnes axial einen sehr großen Betrag des Flusses und sieht die Flußlinien durch den Hallsensor. Aufgrund der wesentlichen Dichte des Flusses durch den Sensor und senkrecht zu der Ebene des Sensors ist das in Fig. 25 heausgestellte Signal, wie es durch die Position J in Fig. 24 erzeugt wird, relativ stark (sehr negativ), insbesondere in Beziehung zu dem Zwischen-Zahnsignal der Position H. Ferner ist es relativ stark im Vergleich zu der Grundlinienposition in Position F und das Signal/Horchverhältnis der Anordnung ist daher relativ hoch.

Die Fig. 26 bis 41 präsentieren eine Reihe von Magnetstrukturen, die die Prinzipien der vorliegenden Erfindung insofern beinhalten, als sie wenigstens zwei unterschiedliche Pole an einer einzigen Fläche aufweisen. Fig. 26 ist eine perspektivische Ansicht einer Magnetstruktur, welche vier magnetisierte Pole und eine Fläche aufweist. Fig. 27 ist eine perspektivische Ansicht einer Magnetstruktur, welche zwei Pole, eine Fläche und eine stählerne Stützplatte aufweist. Fig. 28 ist eine perspektivische Ansicht einer Magnetstruktur, welche vier Pole und eine Fläche mit einer stählernen Stützplatte aufweist. Fig. 29 ist eine perspektivische Ansicht einer Magnetstruktur, welche einen Pol parallel zu der Stärke einer stählernen Stützplatte und einen zentralen Pol aufweist. Fig. 30 ist eine perspektivische Ansicht einer Magnetstruktur, welche einen Pol parallel zu der Stärke eines stählernen Topfes aufweist. Fig. 31 ist eine perspektivische Ansicht einer Magnetstruktur, welche einen Pol parallel zu der Stärke eines stählernen Topfes und einen zentralen Pol aufweist. Fig. 32 ist eine perspektivische Ansicht einer Magnetstruktur, welche drei abwechselnde Magnete mit einer stählernen Stützplatte aufweist. Fig. 33 ist eine perspektivische Ansicht einer Magnetstruktur, welche einen Pol parallel zu der Stärke eines stählernen Winkels aufweist. Fig. 34 ist eine perspektivische Ansicht einer Magnetstruktur, welche einen Pol parallel zu der Stärke einer stählernen Rinne aufweist. Fig. 35 ist eine perspektivische Ansicht einer Magnetstruktur, welche Pole parallel zu der Stärke von zwei stählernen Seitenplatten aufweist. Fig. 36 ist eine perspektivische Ansicht einer Magnetstruktur, welche zwei magnetisierte Pole und eine Fläche (durchgehend) aufweist. Fig. 37 ist eine perspektivische Ansicht einer Magnetstruktur, welche drei magnetisierte Pole und eine Fläche (durchgehend) aufweist. Fig. 38 ist eine perspektivische Ansicht einer Magnetstruktur, welche zwei magnetisierte Pole und eine Fläche (durchgehend) mit einer stählernen Stützplatte aufweist. Fig. 39 ist eine perspektivische Ansicht einer Magnetstruktur, welche zwei Magnete mit einer stählernen Stützplatte umfaßt. Fig. 40 ist eine perspektivische Ansicht einer Magnetstruktur, welche drei magnetisierte Pole und eine Fläche (durchgehend) mit einer stählernen Stützplatte umfaßt. Fig. 41 zeigt eine Reihe von perspektivischen Ansichten von Magnetstrukturen, welche mehrfach Pole an einer einzigen Fläche aufweisen.

Fig. 42 zeigt ein Sensorpaket 10 der vorliegenden Erfindung in einer typischen Anwendungssituation. In diesem Fall ist das Sensorpaket 10 mit seiner Frontfläche gegenüber dem Außenumfang eines gezahnten Getrieberades 101 mit einem Zahn 102 angeordnet. Das Getrieberad 101 ist koaxial mit der Achse eines gelagerten Rades eines Fahrzeuges verbunden, so daß die Drehung des Rades 103 des Fahrzeuges proportional zu der Drehung des Zahnrades 101 ist. Das Sensorpaket 10 ist in der Lage, den Vorbeilauf der Zähne vor der Fläche des Sensors 10 zu überwachen und ein elektrisches Signal zu erzeugen, das auf die Geschwindigkeit bezogen ist, mit der die Zähne an dem Sensor 10 vorbeilaufen. Das elektrische Signal wird in einem Signalprozessor 105 verarbeitet, welcher seinerseits per Signal an den Anwender in einer für die Anwendung geeigneten Form weiterreicht. Beispielsweise kann der Sensor verwendet werden, um die Geschwindigkeit eines Fahrzeuges festzustellen, die Motordrehzahl festzustellen und das Zünden der Zündkerzen durch Überwachung der Position eines Nockens innerhalb eines Verteilers zu steuern.

Fig. 43 ist ein Computermodell des Einflusses eines rechteckigen ferromagnetischen Objektes 11a auf das magnetische Feld um eine Magnetstruktur 15a, das die Prinzipien der vorliegenden Erfindung beinhaltet. Die Magnetstruktur 15a besitzt zwei Magnete 16a und 17a und ein T-förmiges Polstück 18a, welches ein zentrales Stück und eine Stützplatte aufweist. Das zentrale Stück ist von der Vorderfläche (gegen das Objekt gerichtet) der Magnetstruktur zurückversetzt.

Fig. 44 entspricht Fig. 43 und zeigt wie die Bewegung des Objektes 11a gegen die Magnetstruktur die Flußlinien zwischen dem Objekt und der Magnetstruktur zur Konzentration axial nach innen veranlaßt. Ein Hall-Element auf der Achse und zwischen dem Objekt und der Magnetstruktur trifft auf eine größere Flußdichte, wenn sich das Objekt gegen die Magnetstruktur bewegt. Dieses Modell stützt die Erläuterung, daß das magnetische Feld ohne Objekt eine magnetische "Neutralzone" entlang der Magnetachse und vor dem auseinanderlaufenden Feld in der Nähe der Frontfläche der Magnetstruktur aufweist. Ein magnetischer Feldsensor, der in dieser "Neutralzone" angeordnet ist, trifft auf wenig oder gar keinen magnetischen Fluß, wenn kein Objekt vorliegt, erfaßt aber einen Fluß, wenn die Längs-Flußlinien axial nach innen durch den Sensor gezogen werden beim Vorliegen des Objektes.

Wie zuvor erläutert, kann eine alternative Magnetstruktur ausgewählt werden, welche nur einen Nord- und einen Südpol der Rückseite des Sensorchips vorgibt. Fig. 45 zeigt die Flußdichte über der Fläche einer Magnetstruktur, welche nur einen Nord- und einen Südpol der Rückseite des Sensorchips vorgibt.

Fig. 46 zeigt das durch die Magnetstruktur in Fig. 45 erzeugte Signal beim Vorbeilauf des Zahnes. Diese ist der Struktur mit drei Polen unterlegen, ist aber verwendbar und kann billiger hergestellt werden.

Obgleich diese Beschreibung auf die Verwendung eines Hall-Elementes als magnetischer Fluß-Detektor fokussiert ist, kann das Konzept der vorliegenden Erfindung angewendet werden, um das Hall-Element durch ein sogenanntes magnetoresistives Element zu ersetzen. Die Merkmale des Gerätetyps sind in Fig. 47 herausgestellt. Die Verwendung des magnetoresistiven Elementes in dieser Erfindung erfordert die Anerkennung der Unterschiede zwischen den zwei Einrichtungen und insbesondere die Anerkennung, daß die Hall- Einrichtung eine Spannungs-Differenzeinrichtung ist, die den Fluß senkrecht zu ihrer Ebene erfaßt, während das magnetoresistive Element eine Widerstandseinrichtung ist, die den Fluß parallel zu der Ebene der Einrichtung und senkrecht zu dem Stromfluß erfaßt.

Es liegt auf der Hand, daß geringfügige Änderungen in der Form und dem Aufbau der Erfindung vorgenommen werden können, ohne daß von ihrem wesentlichen Geist abgewichen wird. Es ist jedoch nicht erwünscht, die Erfindung auf die exakte, hier gezeigte und beschriebene Form zu beschränken, sondern es ist erwünscht, alles zu umfassen, was in geeigneter Weise in dem beanspruchten Rahmen liegt.

Claims (31)

1. Halleffekt-Sensor zum Erfassen eines ferromagnetischen Gegenstandes, gekennzeichnet durch

• (a) einen integrierten Schaltkreischip (12) mit einem ebenen Hall- Element (14), welches parallel angeordnet ist und eine Sensorebene definiert mit einer Vorder- und einer Rückseite und welches Element senkrecht und zentral zu einer Sensorachse angeordnet ist, und
• (b) eine Magnetstruktur (15; 16, 17, 18) mit einem Nordpol und einem Südpol, wobei die Magnetstruktur hinter der Sensorebene angeordnet und so positioniert ist, daß ein Süd- und ein Nordpol nebeneinander liegen und beide zu dem Element (14) benachbart sind.

2. Halleffekt-Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er zur Erfassung der Anwesenheit eines ferromagnetischen Objektes in der Nähe des Sensors geeignet ist.

3. Halleffekt-Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er zur Erfassung des Abstandes zwischen dem Sensor und einem ferromagnetischen Gegenstand geeignet ist.

4. Halleffekt-Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er für die Erfassung der Position eines ferromagnetischen Gegenstandes in bezug auf den Sensor geeignet ist.

5. Halleffekt-Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er zur Erfassung der Geschwindigkeit geeignet ist, mit der ein ferromagnetischer Gegenstand an dem Sensor vorbeiläuft.

6. Halleffekt-Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetstruktur ein magnetisches Sensorfeld vor dem Magnet bildet, das sich nach vorne von der Sensorebene erstreckt, wobei das Feld eine magnetische Flußdichtekomponente in dem Hall-Element und senkrecht zu diesem erzeugt, wobei der Wert der Komponente auf die Position des ferromagnetischen Gegenstandes in dem Feld bezogen ist.

7. Halleffekt-Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetstruktur ein magnetisches Sensorfeld vor dem Magneten bildet, das sich nach vorne von der Sensorebene erstreckt, wobei das Feld eine magnetische Flußdichtekomponente in dem Hall-Element und senkrecht zu diesem erzeugt, wobei der Wert der Komponente auf die Position des ferromagnetischen Objektes in dem Feld bezogen ist und wobei der Wert der Komponente einen Grundwert besitzt, der einen Absolutwert in der Nähe von 0 Gauss aufweist und der auftritt, wenn das Objekt außerhalb des Abstandsbereiches des Sensors liegt.

8. Halleffekt-Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der nahe an 0 liegende Wert einen Absolutwert aufweist, der 400 Gauss entspricht oder kleiner ist.

9. Halleffekt-Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der aus dem Bereich liegende Abstand 10 mm oder größer ist.

10. Halleffekt-Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hall-Element einen Abstand von 0,5-2,0 mm von der Magnetstruktur aufweist.

11. Halleffekt-Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hall-Element einen Abstand von 1mm von der Magnetstruktur aufweist.

12. Halleffekt-Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetstruktur eine flache Vorderfläche in Nachbarschaft zu dem Chip und parallel zu der Sensorebene aufweist, wobei die Magnetstruktur wenigstens zwei Teile aufweist, von denen einer einen Nordpol der Vorderfläche und der andere einen Südpol der Vorderfläche präsentiert.

13. Halleffekt-Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetstruktur eine flache Vorderfläche in Nachbarschaft zu dem Chip und parallel zu der Sensorebene aufweist, wobei die Magnetstruktur wenigstens zwei Teile umfaßt, von denen einer einen Nordpol der Vorderfläche und der andere einen Südpol der Vorderfläche präsentiert, wobei einer der Teile von der Fläche zurückversetzt ist, um das durch die Magnetstruktur gebildete magnetische Feld einzustellen.

14. Halleffekt-Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetstruktur eine flache Vorderfläche in Nachbarschaft zu dem Chip und parallel zu der Sensorebene aufweist, wobei die Magnetstruktur wenigstens zwei Permanentmagnete umfaßt, von denen einer einen Nordpol der Vorderfläche und der andere einen Südpol der Vorderfläche präsentiert.

15. Halleffekt-Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetstruktur eine flache Vorderfläche in Nachbarschaft zu dem Chip und parallel zu der Sensorebene aufweist, wobei die Magnetstruktur wenigstens einen Permanent-Stangenmagneten und wenigstens ein Polstück aufweist, welches temporär durch seine Gegenwart in der Magnetstruktur magnetisiert ist, wobei ein Teil einen Nordpol der Vorderfläche und der andere Teil einen Südpol der Vorderfläche präsentiert.

16. Halleffekt-Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetstruktur eine flache Vorderfläche in Nachbarschaft zu dem Chip und parallel zu der Sensorebene aufweist, wobei die Magnetstruktur wenigstens zwei Permanentmagnete und wenigstens ein Polstück umfaßt, welches zwischen den Permanentmagneten angeordnet ist und welches temporär durch seine Gegenwart in der Magnetstruktur magnetisiert ist, wobei einer der Permanentmagnete wenigstens einen magnetischen Pol der Vorderfläche und das Polstück den anderen magnetischen Pol der Vorderfläche präsentiert.

17. Halleffekt-Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetstruktur die Form eines Zylinders aufweist, mit einer Magnetachse und einer flachen Vorderfläche in Nachbarschaft zu dem Chip und parallel zu der Sensorebene.

18. Halleffekt-Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetstruktur die Form eines Zylinders aufweist mit einer Magnetachse und einer flachen Vorderfläche in Nachbarschaft zu dem Chip und parallel zu der Sensorebene, wobei die Magnetstruktur wenigstens zwei Permanentmagnete umfaßt, von denen einer einen Nordpol der Vorderfläche und der andere einen Südpol der Vorderfläche präsentiert.

19. Halleffekt-Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetstruktur die Form eines Zylinders aufweist mit einer Magnetachse und einer flachen Vorderfläche in Nachbarschaft zu dem Chip und parallel zu der Sensorebene, wobei die Magnetstruktur wenigstens einen Permanent-Stangenmagneten und wenigstens ein Polstück aufweist, welches temporär durch seine Gegenwart in der Magnetstruktur magnetisiert ist, wobei einer einen Nordpol der Vorderfläche und der andere einen Südpol der Vorderfläche präsentiert.

20. Halleffekt-Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetstruktur die Form eines Zylinders aufweist mit einer Magnetachse und einer flachen Vorderfläche in Nachbarschaft zu dem Chip und parallel zu der Sensorebene, wobei die Magnetstruktur wenigstens zwei Permanentmagnete und wenigstens ein Polstück umfaßt, welches zwischen den Permanentmagneten positioniert ist und welches temporär durch seine Gegenwart in der Magnetstruktur magnetisiert ist, wobei ein Permanentmagnet wenigstens einen der magnetischen Pole der Vorderfläche und das Polstück den anderen magnetischen Pol der Vorderfläche präsentiert.

21. Halleffekt-Sensor zum Erfassen eines ferromagnetischen Gegenstandes, gekennzeichnet durch:

• (a) einen integrierten Schaltkreischip mit einem ebenen Hall- Element, welches parallel angeordnet ist und eine Sensorebene definiert mit einer Vorder- und einer Rückseite und welches Element senkrecht und zentral zu einer Sensorachse angeordnet ist, und
• (b) eine Magnetstruktur mit drei magnetisierten Elementen, wobei die Magnetstruktur hinter der Sensorebene positioniert ist und so positioniert ist, daß die ersten und zweiten magnetisierten Elemente jeweils einen ersten magnetischen Pol in Nachbarschaft zu dem Hall-Element anordnen und das dritte magnetisierte Element den zweiten magnetischen Pol, welcher dem ersten magnetischen Pol entgegengesetzt ist, in Nachbarschaft zu dem Hall-Element anordnet.

22. Halleffekt-Sensor nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß alle magnetisierten Elemente Permanentmagnete sind.

23. Halleffekt-Sensor nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten magnetisierten Elemente Permanentmagnete sind und das dritte magnetisierte Element ein Polstück ist.

24. Halleffekt-Sensor nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten magnetisierten Elemente Permanentmagnete sind und das dritte magnetisierte Element ein Polstück ist, das zwischen den zwei magnetisierten Elementen angeordnet ist.

25. Halleffekt-Sensor nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte magnetisierte Element ein Permanentmagnet ist und die ersten und zweiten magnetisierten Elemente Polstücke sind.

26. Halleffekt-Sensor nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die dritten magnetisierten Elemente zwischen den ersten und zweiten magnetisierten Elementen angeordnet sind.

27. Halleffekt-Sensor nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Element der Magnetstruktur einen rückwärtigen Teil im Abstand von dem Hall-Element aufweist und die Magnetstruktur eine Stützplatte aufweist, welche alle rückwärtigen Teile abdeckt.

28. Halleffekt-Sensor nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Element der Magnetstruktur einen rückwärtigen Teil im Abstand von dem Hall-Element aufweist und die Magnetstruktur eine Stützplatte umfaßt, welche Teil von wenigstens einem der Elemente ist und alle rückwärtigen Teile abdeckt.

29. Sensor zum Erfassen eines ferromagnetischen Objektes, gekennzeichnet durch:

• (a) einen integrierten Schaltkreischip mit einem Sensorelement, welches darin parallel angeordnet ist und eine Sensorebene mit einer Vorder- und einer Rückseite definiert und welches Element senkrecht und zentral zu einer Sensorachse ist, und
• (b) eine Magnetstruktur mit einem Nordpol und einem Südpol, wobei die Magnetstruktur hinter der Sensorebene angeordnet ist und so positioniert ist, daß ein Südpol und ein Nordpol einander benachbart und beide dem Sensorelement benachbart sind.

30. Sensor zur Erfassung eines ferromagnetischen Gegenstandes, gekennzeichnet durch:

• (a) einen integrierten Schaltkreischip mit einem magnetoresistiven Element, welches darin parallel angeordnet ist und eine Sensorebene definiert, die eine Vorder- und eine Rückseite aufweist und welches Element senkrecht und zentral zu einer Sensorachse angeordnet ist, und
• (b) eine Magnetstruktur mit einem Nordpol und einem Südpol, wobei die Magnetstruktur hinter der Sensorebene angeordnet ist und so positioniert ist, daß ein Südpol und ein Nordpol einander benachbart und beide dem magnetoresistiven Element benachbart sind.

31. Sensor zum Erfassen eines ferromagnetischen Gegenstandes, gekennzeichnet durch:

• (a) einen integrierten Schaltkreischip mit einem magnetoresistiven Element, welches darin parallel angeordnet ist und eine Sensorebene, definiert mit einer Vorder- und einer Rückseite und welches Element senkrecht und zentral zu einer Sensorachse angeordnet ist, und
• (b) eine Magnetstruktur mit drei magnetisierten Elementen, wobei die Magnetstruktur hinter der Sensorebene angeordnet ist und so angeordnet ist, daß das erste und zweite magnetisierte Element jeweils einen ersten magnetischen Pol in Nachbarschaft zu dem magnetoresistiven Element präsentiert und das dritte magnetisierte Element den zweiten magnetischen Pol, welcher dem ersten magnetischen Pol entgegengesetzt ist, in Nachbarschaft dem magnetoresistiven Element präsentiert.