特許 6855498 回転カウンタで把握可能な回転数を決定する際にエラー状態を自己検知する磁気回転カウンタ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6855498

(24)【登録日】2021年3月19日

(45)【発行日】2021年4月7日

(54)【発明の名称】回転カウンタで把握可能な回転数を決定する際にエラー状態を自己検知する磁気回転カウンタ

(51)【国際特許分類】

   G01D 5/244 20060101AFI20210329BHJP

   G01D 5/245 20060101ALI20210329BHJP

   H01L 29/82 20060101ALI20210329BHJP

   H01L 43/02 20060101ALI20210329BHJP

   H01L 43/08 20060101ALI20210329BHJP

   G01R 33/09 20060101ALI20210329BHJP

   G01R 33/02 20060101ALI20210329BHJP

【ＦＩ】

   G01D5/244 B

   G01D5/245 110A

   H01L29/82 Z

   H01L43/02 Z

   H01L43/08 A

   H01L43/08 P

   H01L43/08 Z

   G01R33/09

   G01R33/02 L

【請求項の数】7

【全頁数】29

(21)【出願番号】特願2018-548267(P2018-548267)

(86)(22)【出願日】2016年12月7日

(65)【公表番号】特表2019-500627(P2019-500627A)

(43)【公表日】2019年1月10日

(86)【国際出願番号】DE2016000433

(87)【国際公開番号】WO2017097284

(87)【国際公開日】20170615

【審査請求日】2018年6月6日

(31)【優先権主張番号】102015016164.4

(32)【優先日】2015年12月11日

(33)【優先権主張国】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】316018133

【氏名又は名称】ライプニッツ−インスティテュート フュア フォトニサ テヒノロギエン イー．ファウ．

(73)【特許権者】

【識別番号】516126780

【氏名又は名称】ホルスト シードル ゲーエムベーハー ウント コー．カーゲー

(74)【代理人】

【識別番号】110002169

【氏名又は名称】彩雲国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】ディエゼル， マルコ

(72)【発明者】

【氏名】ディングラー， ピーター

(72)【発明者】

【氏名】マッテイス， ローランド

(72)【発明者】

【氏名】シャーツィンガー， マンフレッド

【審査官】 清水 靖記

(56)【参考文献】

【文献】 独国特許出願公開第１０２０１００１０８９３（ＤＥ，Ａ１）

【文献】 独国特許出願公開第１０２０１１０７５３０６（ＤＥ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００７／０２８５０８７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１５−１７５７３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 独国特許出願公開第１０２０１００２２６１１（ＤＥ，Ａ１）

【文献】 独国特許出願公開第１０２００８０６３２２６（ＤＥ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｄ ５／００−５／２５２

５／３９−５／６２

Ｇ０１Ｒ ３３／００−３３／２６

Ｈ０１Ｌ ２７／２２

２９／８２

４３／００−４３／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転カウンタで設定できる測定可能な回転数ｎを決定する際にエラー状態を自己検知する磁気回転カウンタであって、回転数ｎは回転する磁気要素（４）、若しくは回転する磁極ホイール（５ａ）若しくは通過移動可能なリニア磁気スケール（５ｂ）の通過移動可能な数ｎの磁極によって生み出され、この磁気回転カウンタはセンサ（２）を有しており、このセンサは各巻きが略菱形に形成されたオープンスパイラル（２０；２０ａ、２０ｂ）又は多巻きクローズドループ（２７）からなる磁壁伝導路を含み、これらの磁壁伝導路はＧＭＲ層スタック又は局所的に存在するＴＭＲ層スタックを有する軟磁性層によって形成され、それらに少なくとも２個の磁壁（１１１、１１２）を導入でき、これら少なくとも２個の磁壁は、オープンスパイラル（２０；２０ａ、２０ｂ）又は多巻きクローズドループ（２７）の角に位置していると共に互いに１８０度の角度間隔で配置されており、設定可能なスパイラル部分又はループ部分の電気抵抗を磁壁伝導路上に設けた接点（７０、８０；９１、９３、９５、９０、９２、９４又は７０、８０；９１、９３、９５、９７又は７１、８１；９１、９３、９５、９７−７２、８２；９９、１０１、１０３、ｌ０５、１０７又は７１、８１；９１、９３−７２、８２；９５、９７、９９又は７１、８１；９１〜７４、８４；９５）で測定することによって、磁壁のポジションを探し出すことができるものにおいて、
−磁壁伝導路は磁壁（ＤＷ）及び／又は磁壁ギャップ（ＤＷＬ）の設定可能な一対一で対応する磁化パターン（ＭＭ）を有しており、
−前記接点は、これらによって覆われている磁壁伝導路の関連する部分と共に、並行に又は同時に読み出し可能なホイートストンブリッジ若しくはホイートストンハーフブリッジを形成し、ホイートストンブリッジ若しくはホイートストンハーフブリッジによって測定された抵抗比は信号レベルとして信号レベルシーケンス（ＳＰＦ）の形で全て第１のメモリ（９）に表形式で記憶し、その信号レベルは現在の回転数若しくは移動数を把握するために、各回転数ｉ（０≦ｉ≦ｎ）について第２のメモリ（１０）に表形式で記憶された信号レベルシーケンスの目標値パターン（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ及び１０ｄ）と連続的に比較可能であり、及び
−第３のメモリ（１２）が設けられており、第３のメモリには、各回転数及び各想定可能な計数エラーに対応する信号レベルシーケンスのエラー目標値パターン（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ）が表形式で記憶されおり、第１のメモリ（９）に記憶された信号レベルシーケンスと目標値パターン（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ及び１０ｄ）との比較によって、目標値パターン（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ及び１０ｄ）と測定された前記抵抗比との間に一致が存在しなければ、第１のメモリ（９）に記憶された信号レベルシーケンスとエラー目標値パターン（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ）との比較が行われ、発生したエラーに依存して、なおも回転数に対して妥当な値を出力することができ、
−処理ユニット（１１）によって第１のメモリ（９）に記憶されている測定された信号レベルシーケンスと、第２のメモリ（１０）及び第３のメモリ（１２）に記憶されている信号レベルシーケンスとの連続的比較を行うことができ、及び
−回転要素（４）の全回転又は半回転、又は回転する磁極ホイール（５ａ）若しくは通過移動可能なリニア磁気スケール（５ｂ）の移動ステップの間に、第３のメモリに記録された発生したエラーに対応するエラー値又は第３のメモリ（１２）に記録されたエラー値及び有効な回転数を出力可能である磁気回転カウンタ。

【請求項2】

回転カウンタ（２）の他に、回転要素（４）若しくは磁極ホイール（５ａ）の角度位置又はリニアスケール（５ｂ）の直線移動を検知するための別の角度センサ又は象限センサ（３）が設けられており、角度センサ又は象限センサ（３）の信号は処理ユニット（１１）による比較のために、象限若しくは角度部分又はリニアスケール部分に割り当てられた第２のメモリ（１０）内のどのサブテーブル（１０ａ−１０ｄ）と、第３のメモリ（１２）内のどのサブテーブル（１２ａ−１２ｄ）を使用すべきか指定することを特徴とする、請求項１に記載の磁気回転カウンタ。

【請求項3】

磁壁伝導路は多数巻きスパイラル（２０）から形成されており、このスパイラルは両側が２個の尖端部（２１、２２）で終わり、又は尖端箇所に１個若しくはそれぞれ１個の磁壁生成器（２３、２４）が設けられており、各巻きが略菱形に形成されたスパイラル（２０）に所定の磁化パターン（ＭＭ）を２個の隣接する磁壁（ＤＷ）若しくは磁壁ギャップ（ＤＷＬ）との間の設定可能な間隔で有しており、磁壁伝導路上に電気接点が設けられていて、スパイラル（２０）の各巻きは、対角線状に相対して、それぞれ１個のｇｎｄ接点（７０）とそれぞれ１個のＶｃｃ接点（８０）と接触し、又は多重読出しの場合は１個の共通のｇｎｄ接点及びそれぞれ１個のＶｃｃ接点若しくは１個の共通のＶｃｃ接点群及びそれぞれ１個のｇｎｄ接点と接触しており、スパイラル（２０）の各巻きの角と接触する中間接点（９１、９３、９５及び９０、９２、９４）が、Ｖｃｃ接点及びｇｎｄ接点上にある対角線を基準にして専ら片側に局在化して設けられており、若しくは多重読出しの場合はホイートストン（ハーフ）ブリッジ中間接点として複数の巻きと接触する接点に設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の磁気回転カウンタ。

【請求項4】

磁壁伝導路は、各巻きが略菱形に形成された多数巻きのクローズドループ（２７）から作られており、その中に少なくとも２個の磁壁が導入されて、その際に少なくとも２個の磁壁（１１１、１１２）が、磁壁の発生、ピニング又は所定の消去を行うための手段（２５、２６）によって、外部磁界が３６０度回転する際にクローズドループ（２７）を１巻き分だけ更に移動するようになっており、磁壁伝導路上に電気接点が設けられて、磁壁伝導路が、対角線状に相対してクローズドループ（２７）１巻き当りそれぞれ１個のｇｎｄ接点とそれぞれ１個のＶｃｃ接点と、又は多重読出しの場合はそれぞれ１個の共通のｇｎｄ接点（７０）とＶｃｃ接点（８０）により、前記接点（７０、８０）の間で片側に配置された中間接点（９１、９３、９５及び９７）により各ループ部分上で接触していることを特徴とする、請求項１に記載の磁気回転カウンタ。

【請求項5】

磁壁伝導路は、巻き回転方向の等しい２個の互いに並置され各巻きが略菱形に形成された多数巻き部分スパイラル（２０ａ、２０ｂ）から形成されており、部分スパイラル（２０ａ、２０ｂ）の各々は相対してそれぞれ１個の共通のｇｎｄ接点（７１；７２）とＶｃｃ接点（８１；８２）と接触しており、前記ｇｎｄ接点とＶｃｃ接点の間で片側に中間接点（９１、９３、９５、９７；９９、１０１、１０３、ｌ０５、１０７）が設けられており、磁壁伝導路には磁壁の所定の磁化パターンを有しており、これらの隣接する磁壁は磁壁の発生、ピニング又は所定の消去を行うための手段（２５、２６）により、外部磁界が３６０度回転する際にそれぞれ部分スパイラル（２０ａ，２０ｂ）を１巻き分だけ更に移動するようになっていることを特徴とする、請求項１又は３に記載の磁気回転カウンタ。

【請求項6】

全ての磁壁伝導路は、互いに並行に延び及び前記接点を通して並行に又は同時に読出し可能な磁壁伝導路として構成されており、これらの磁壁伝導路はそれぞれ初期化の時点で同一の磁化パターンを有することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の磁気回転カウンタ。

【請求項7】

複数の互いに分離された多巻きクローズドループ（Ｓ５、Ｓ８、Ｓ９）が設けられており、それらのそれぞれ一対一に対応して決定可能な最大回転数は、設定可能な磁壁生成時に、互いに素に規定されていることを特徴とする、請求項１及び４に記載の磁気回転カウンタ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、回転カウンタにおけるエラー状態を自己検知し、この回転カウンタで把握可能な外部磁界の回転数を決定するための磁気回転カウンタに関するものである。そのような回転カウンタは小型化して構成でき、無電流で動作できるので、技術の多様な分野で、特に自動車製造及び伝動機製造において有利に応用できる。

【背景技術】

【0002】

基本的に磁壁（ＤＷ）を利用して回転を無接触及び無電流で計数するための回転カウンタは自体公知であり、例えばＤＥ１０２００８０６３２２６Ａ１、ＤＥ１０２０１００２２６１１Ａ１、ＤＥ１０２０１１０７５３０６Ａ１及びＤＥ１０２０１３０１８６８０Ａ１に詳述されている。

【0003】

上の文献で開示されている回転カウンタに共通しているのは、次の点である。使用されるセンサシステムは、少なくとも１個のセンサ要素と少なくとも１個の外部磁界からなり、センサ要素は磁界において、若しくは磁界はセンサ要素において無接触に通過移動又は回転する。

【0004】

センサ要素は、少なくとも部分的に、非磁性層によって分離された、少なくとも１個の硬磁性層と少なくとも１個の軟磁性層からなる層構造を有している。センサシステムの動作時に磁界がセンサ要素において（又はその逆に）回転又は通過移動することによって、軟磁性層の磁化のみ変化させることができ、硬磁性層の磁化は変化しない。これにより軟磁性層の磁化はセンサ要素内で全部又は一部を硬磁性層の磁化に対してむしろ平行に、或いはむしろ逆平行に配向できる。この磁化の異なる向きは、種々の経路部分に電気抵抗の差を生じさせ、その差はＧＭＲ効果又はＴＭＲ効果によって読出し可能である。

【0005】

軟磁性層の内部では、２種類の磁化された領域が磁壁（ＤＷ）によって互いに分離されている。

【0006】

センサシステムの動作時に、センサ要素内における、例えば回転による外部磁界の位置変化が、センサ要素内に存在する磁壁の無電流の運動を引き起こす。

【0007】

読み出されたＤＷポジションは、具体的な回転カウンタで把握可能な一対一で対応して決定された回転（回転数）に割り当てられており、電子評価装置において把握される。好適な実施形態において、複数のセンサ要素又はセンサ要素の複数の部分はホイートストンブリッジ又はホイートストンハーフブリッジで電気的に相互に接続されており、そうすることにより温度が磁気抵抗信号に与える影響が抑制される。

【0008】

ＤＥ１０２００８０６３２２６Ａ１による回転カウンタは、幾何学的に一方の端部が大きい面で終わる菱形スパイラルによって形成されている。この大きい、好ましくは円形の面は、磁壁生成器（ＤＷＧ）として働き、スパイラルと同じ材料から作られている。磁界が１８０度回転するごとに、又はセンサ要素が１８０度回転するごとに、この磁壁生成器において面−スパイラル移行部にいわゆる１８０度磁壁が生成される。この１８０度ＤＷはスパイラル内に進入する。生成された１８０度ＤＷは磁界の回転方向でスパイラル端部に向かってスパイラル回転方向に輸送され、若しくはスパイラル回転方向と反対の回転方向で磁壁がＤＷＧに向かって輸送される。その際にスパイラルから最初にＤＷＧに到着する１８０度ＤＷは、同時にＤＷＧ内で生成される１８０度ＤＷと対消滅する。従ってスパイラルは磁界が連続的に回転することにより順次磁壁を消去できる。固定したセンサ要素における磁界の回転と同等に、定置された磁石システムに対してセンサ要素の回転が行なわれる。

【0009】

ＤＥ１０２０１１０７５３０６Ａ１による回転カウンタは、一方の端部に回転方向が反対に向けられたそれぞれ１個のＤＷＧを有する２個の菱形スパイラルから、若しくは一方の端部又は中央に１個のみのＤＷＧを有するこれら２個のスパイラルの組み合わせからなる。

【0010】

ＤＥ１０２００８０６３２２６Ａ１及びＤＥ１０２０１１０７５３０６Ａ１によるこれらの回転カウンタに共通しているのは、半回転ごとに各スパイラルにおける１８０度磁壁の数が１ずつ変化することである。

【0011】

これは、少なくとも１個の交点を備えた少なくとも１個のクローズドループ（ＤＥ１０２０１３０１８６８０Ａ１）、又は少なくとも１個のブリッジを備えた少なくとも１個のクローズドループ（ＤＥ１０２０１００２２６１１Ａ１）を有する回転カウンタでは異なる。これらの回転カウンタでは１個のスパイラルの両端部が互いにクローズドループに接続されている。ｎ巻きでは直接接続は（ｎ−１）巻きと交差する。従って２巻きスパイラルは１個の交点を備えたループとなり、３巻きスパイラルは２個の交点を備えたループとなる。各巻きは最大２個の磁壁を受容できるので、ｎ巻きのループでは最大２ｎ個の磁壁が存在できる。

【0012】

クローズドループでは通常の計数動作時にＤＷは生成又は消去されない。磁壁の消去又は生成は計数エラーを招く結果となり、排除されなければならない。少なくとも１個のクローズドループを有する回転カウンタは、初期化プロセスにおいて正確な数の磁壁がセンサ要素に書き込まれることを要求する。

【0013】

ＤＷＧを有するオープンスパイラルを備えた回転カウンタの幾つかの実施形態は、機械的に初期化できる。これは例えばｎ巻きのスパイラルにおいて、スパイラルを完全に磁壁で満たすために、センサ要素若しくはセンサシステムの外側の磁石が少なくともｎ回転動くことによって起こる。続いて反対方向にｎ回転すると、スパイラルは磁壁が空になる。回転を右から左に計数する応用に対しては、初期化のために中央位置でスパイラルは最大ｎ回転後にＤＷで満たされ、それから反対の回転方向にｎ／２回転するとｎ／２ＤＷまで空になる。

【0014】

前述した全ての回転カウンタで共通しているのは、回転の計数が、クローズドループ内で磁壁を輸送することにより、若しくはオープンスパイラル内で磁壁を輸送して生成又は消去することにより、無電流で行われる点である。計数された回転を一対一で対応するＤＷポジション及び／又はＤＷ数によりセンサ要素に記憶することも無電流で行われる。

【0015】

これに対してセンサ要素を読み出すために電力が必要とされる。このために好適な実施形態において、巨大磁気抵抗効果（ＧＭＲ）又はトンネル磁気抵抗効果（ＴＭＲ）が利用されて、複数のセンサ要素又は１個のセンサ要素の複数の部分が公知の先行技術によりホイートストンハーフブリッジ又はホイートストンブリッジに接続されている。

【0016】

磁化に応じてセンサ要素は種々の部分に異なる電気抵抗若しくは異なる電位を有し、これらはセンサ要素又はセンサ要素の一部がホイートストンハーフブリッジ又はホイートストンブリッジに接続されている場合は読出し可能である。磁化状態を呼び出すために、測定電流がセンサ要素（若しくはホイートストン（ハーフ）ブリッジ）に通されて、測定結果が所定の閾値と比較される。閾値を下回るか又は上回るかによって、測定結果が例えば「このハーフブリッジにＤＷが存在する」状態に相当するか否かを決定できる。

【0017】

ＤＥ１０２００８０６３２２６Ａ１による回転カウンタにおいて、初めて半巻きの個別接点接触を有する菱形がホイートストンハーフブリッジに導入された。この特に有利な構成は正方形を用い、巻き当り互いに９０度の角度で４個のウェブを使用する。それぞれ２個のウェブは四分円又は四分円状の多角線と互いに接続されている。四分円は電気接点で覆われており、更にこれらの電気接点は境を接するウェブの部分を、電気接点の間で全てのウェブの接触されない部分が好ましくは同じ長さになるように覆っている。各巻きの４個のウェブは、２個のホイートストンハーフブリッジに接続されている。基準方向は菱形若しくは正方形の対角で、Ｖｃｃ接点とｇｎｄ接点との間の線に対して垂直に位置している。これにより各磁界角度について、１個の正方形（菱形）スパイラルのみで回転数に対する常に一対一で対応する割当てが可能である。このことは、刊行物「ＩＥＥＥ磁気学会議４５巻１０号３７９２−３７９５頁、２００９年」に記載されているように、センサで計数可能な全ての回転について計数された回転による磁化の一対一で対応する割当てを許す。

【0018】

このジオメトリにより、ｎ＞１０の回転数を測定できる回転カウンタが可能になる。ノヴォテヒニーク社のセンサシステム「ＲＳＭ２８００」において、１６回転までの計数のための正方形スパイラル技術的に実現されている。

【0019】

スパイラル又はループの内部で磁壁が最も長時間局在している幾何学的領域を、以下に磁壁位置（ＤＷ位置）と表記する。正方形又は菱形スパイラルにおいて、これはそれぞれ２個の直線ウェブを互いに接続している四分円又は四分円状の多角線である。ＤＷが四分円を通過するには、外部磁界は９０度プラス通常５度〜２０度のヒステリシス角度だけ回転しなければならない。ＤＷが四分円−ウェブ移行部に輸送されて、そこにある磁界がＤＷをデピニングするとすぐに、ＤＷはウェブを数１００ｍ／ｓｅｃの速度で１００ｎｓ以内に通過する。この非常に短い時間の内部では、磁界の回転は無視できるほど小さい。

【0020】

正方形スパイラル（若しくは正方形ループ）において巻き当り４個の四分円、従って４個のＤＷ位置があり、これらは２個のホイートストンハーフブリッジの電気接点で覆われている。１個のＤＷ位置上にはＶｃｃ接点があり、これと相対するＤＷ位置上にはｇｎｄ接点があり、これらの間にある２個のＤＷ位置はそれぞれ１個の中間接点で覆われている。

【0021】

前述した全ての公知の先行技術による回転カウンタにおいて、ホイートストンハーフブリッジ中間接点と接触しているＤＷ位置は１８０度の角度間隔を有している。

【0022】

ＧＭＲ層スタックにおける基準磁化の方向を選択することにより、ＤＷがＤＷ位置で中間接点下に配置されている場合は、ホイートストンハーフブリッジは中央電位にあり、ＤＷがＤＷ位置でＶｃｃ接点又はｇｎｄ接点下に配置されている場合は、ホイートストンハーフブリッジは高電位又は低電位にあるＴＭＲ層スタックに対して、これはより可変に選択できる。

【0023】

各１８０度の磁界回転に対して、センサ要素に記憶されている磁壁はエラーのない動作においては隣接のホイートストンハーフブリッジに輸送される。ＤＷ数が一定の回転カウンタではその際にＤＷ配置はセンサ要素内で１８０度の角度間隔だけ移動し、１個のＤＷＧを有するスパイラルでは更にスパイラル内の磁壁の数はＤＷだけ変化する。この運動の証明は、ホイートストンブリッジ若しくはホイートストンハーフブリッジの電気的読出しによって行われる。

【0024】

これら全ての回転カウンタに共通しているのは、センサシステムの磁石の磁界Ｈは動作時にＨ_ｍｉｎとＨ_ｍａｘの間の「磁界窓」の内部になければならないことであり、ここでＨ_ｍｉｎは最大デピニング磁界Ｈ_{ｄｅｐｉｎｎ}より大きく、Ｈ_ｍａｘはセンサ要素の核生成磁界Ｈ_Ｎｕｋと等しいか又は小さくなければならない。即ち
Ｈ_{ｄｅｐｉｎｎ}＜Ｈ_ｍｉｎ≦Ｈ＜Ｈ_ｍａｘ＜Ｈ_Ｎｕｋ
最大磁界Ｈ_ｍａｘ及び最小磁界Ｈ_ｍｉｎは応用によって設定される。これら全ての回転カウンタで更に共通しているのは、センサ要素は応用の最大磁界Ｈ_ｍａｘと最小磁界Ｈ_ｍｉｎにおいて、例えば１０−７より小さい何らかのエラー確率に関して適切にテストされていることである。この磁界窓の内部で磁壁は確実に輸送される。

【0025】

ＤＥ１０２０１１０７５３０６Ａ１による回転カウンタを除き、上述した全ての先行技術による回転カウンタに共通しているのは、エラー状態の認識が設けられておらず、実施形態で実現されていないことである。

【0026】

ＤＥ１０２０１１０７５３０６Ａ１による回転カウンタは、消去された磁壁又は核生成された磁壁によってエラー状態を認識するために、反対の回転方向を持つ２個の（菱形）スパイラルの配置を使用する。両スパイラルはそれぞれ１個の磁壁生成器（ＤＷＧ）か、又は中央に１個の共通ＤＷＧを有している。そのため通常の計数動作では磁界が１８０度回転するごとにＤＷがスパイラルに注入されて、ＤＷＧから離れる方向に輸送され、並びに同時に他のスパイラルにおいてはＤＷＧに向かって輸送されるＤＷがＤＷＧによって注入されるＤＷとの対消滅によって消去される。機械的にブロックされた最終ポジションにおいて、一方の最終ポジションでは例えばｃｃｗ回転方向を有するスパイラルは完全に磁壁で満たされ、ｃｗ回転方向を有するスパイラルはＤＷがなく、並びに他方の最終ポジションではｃｃｗ回転方向を有するスパイラルはＤＷがなく、ｃｗ回転方向を有するスパイラルは完全に磁壁で満たされている。これらの回転カウンタにおいて両スパイラルにおける磁壁の総数は等しいままである。これによりスパイラルにおいて磁壁が生成または消滅したとき認識することが可能になる。なぜなら、それによって磁壁の総数が通常の計数動作で設けられているＤＷ数に対して変化するからである。通常の計数動作ではＤＷ数は合計のみが一定であるが、各個々のスパイラルではそうでないために、エラー状態においてどのスパイラルでエラーが発生したか検知することは可能ではない。従ってこの解決によってはエラー状態で回転数を把握することも可能ではない。

【0027】

センサによる誤測定及び／又は誤機能の認識、並びに測定値の冗長的把握は、とりわけ自動車分野ではしばしば様々な規則や規格の要求および対象である（例えばＡＳＩＬＣ）。

【0028】

磁気回転カウンタには次のエラー状態がある。
ａ．ホイートストン（ハーフ）ブリッジの内部の短絡又は伝導路若しくはセンサウェブの中断に基づく電気的エラー状態
ｂ．ＤＷ数の減少（ＤＷ対消滅）又は増加（ＤＷ核生成）又はＤＷセンサ要素内におけるＤＷの（部分的）「不動」（ＤＷピニング）に基づく磁気的エラー状態
短絡又は伝導路中断若しくはセンサウェブ中断による電気的エラー状態は、ホイートストン（ハーフ）ブリッジの許容信号レベルである高レベル、中レベル又は低レベルに合致しない信号レベルを発生させる。電気的エラー状態は、計数された回転の検知を永続的に妨げる。

【0029】

エラー状態「ＤＷピニング」では、回転計数中に少なくとも１個のＤＷが少なくとも半回転に対して輸送されず、それによって他の通常の輸送された磁壁との角度間隔が変化する。エラー状態「ＤＷ対消滅」では、ＤＷがピニングされたＤＷに輸送されて、これら２個の磁壁が解消する。エラー状態「ＤＷ核生成」では、センサ要素内で互いに１８０度の角度間隔を有する２個の磁壁が生成され、又は各２個の磁壁の数倍が生成される。これらの「磁気」エラー状態は、たいてい回転数の正しい検知を妨げる。即ちそれらは誤測定につながる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0030】

【特許文献1】ＤＥ１０２００８０６３２２６Ａ１

【特許文献2】ＤＥ１０２０１００２２６１１Ａ１

【特許文献3】ＤＥ１０２０１１０７５３０６Ａ１

【特許文献4】ＤＥ１０２０１３０１８６８０Ａ１

【非特許文献】

【0031】

【非特許文献1】刊行物「ＩＥＥＥ磁気学会議４５巻１０号３７９２−３７９５頁、２００９年」

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0032】

本発明の課題は、既に進行中の動作において外部の補助手段と比較することなく、回転数の誤測定を認識し、好適な構成において新たに初期化することなく回転カウンタの継続動作を可能にする回転カウンタを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0033】

この課題は請求項１の特徴部の特徴によって解決される。有利な構成が従属請求項に記載されている。

【0034】

本発明の本質は、まず回転要素若しくは磁極ホイール若しくはリニア磁気スケールによって生成される外部磁界の設定可能な特定すべき回転数を決定するための磁気回転カウンタが設けられていることにあり、この磁気回転カウンタは、
● オープンスパイラル又は多巻きクローズドループからなる磁壁伝導路を含み、これらの磁壁伝導路はＧＭＲ層スタック又は局所的に存在するＴＭＲ層スタックを有する軟磁性層によって形成されており、及び
● それらに１８０度磁壁を導入でき、設定可能なスパイラル部分又はループ部分の電気抵抗を測定することにより−一部公知の先行技術に従って探し出すことができ、
● しかしながら本発明により、磁壁伝導路には１個又は少なくとも２個の磁壁、若しくは好適な実施形態において４個の磁壁が、磁壁の発生、ピニング又は所定の消去を行うための手段によって導入されており、及び
● 磁壁伝導路上に電気接点が設けられ、その際に磁壁伝導路が、対角線状に相対してそれぞれ１個のＶｃｃ接点及びｇｎｄ接点により協同して、又は多重読出しに対しては複数のＶｃｃ接点及びｇｎｄ接点の群において覆われるようにされ、及び
● Ｖｃｃ接点及びｇｎｄ接点上にある対角線を基準にして両側に、或いは本発明による好適な実施形態において専ら片側に電気接点が設けられており、
● 上記のＶｃｃ接点とｇｎｄ接点との間の実質的に中央においてそれぞれ１巻きと接触し、又は多重読出しの場合はこれらの間にある各磁壁伝導路部分の複数の巻きと接触し、
● 上記の接点は、分離した、好ましくは並行に読み出し可能な、又は多重読出しの場合は高速に相次いで、いわば同時に読み出し可能なホイートストンハーフブリッジを形成し、
● ホイートストンハーフブリッジによって把握された抵抗比は信号レベルとしてことごとくメモリに表形式で記憶され、現在の回転数を把握するために、別のメモリに記憶されている具体的な回転数に対応する表形式の目標値パターンと連続的に比較され、及び
● 目標値パターンとホイートストンハーフブリッジによって把握された抵抗比との間に一致が存在しなければ、これらは別のメモリに記憶されている、具体的な回転数及び特定のエラーに対応する、表形式のエラー目標値パターンと比較され、
● 一対一で対応する回転値若しくは移動値、又は補正不可能なエラーとして直ちに出力可能である。

【0035】

ホイートストンハーフブリッジによる回路で電位測定によってセンサ要素を読み出す代替として、本発明では、全ての巻きの（ＴＭＲ）抵抗の測定によりセンサ要素を読み出す。このために各個々の巻きがそれぞれ１個のｇｎｄ接点及びそれぞれ１個のＶｃｃ接点と接触するか、又は多重読出しを用いる好適な実施形態において、１個の共通のｇｎｄ接点及び各巻き上のそれぞれ１個のＶｃｃ接点と、若しくは１個の共通のＶｃｃ接点及び各巻き上のそれぞれ１個のｇｎｄ接点と接触する。ｇｎｄ接点とＶｃｃ接点は好ましくは対角線状に相対して配置されている。図１５は、この回路の実施形態を示す。ここでは把握された抵抗は、ホイートストンハーフブリッジによる回路におけるように信号レベルとしてことごとくメモリに表形式で記憶され、現在の回転数を把握するために、別のメモリに記憶されている、具体的な回転数に対応する表形式の目標値パターンと連続的に比較される。

【0036】

好適な実施形態は、公知技術に従い、回転角度センサ又は象限センサを有しており、磁界角度象限を予め選択することにより、測定値を測定された磁界角度象限と結び付いている目標値パターンとのみ比較するようにした。これにより最大限必要な比較の数は、４分の１に減少し、それにより回転数決定が加速される。
回転数を決定するために最大限必要な比較の数は更に、通常の計数動作においてＤＷ数は一定のままであることによって少なく抑えられる。そうすることによって回転ごと及び磁界角度象限ごとに正確にそれぞれ１個の信号パターンが存在し、それによってまたそれぞれ１個の目標値パターンのみ比較のために記憶されていればよい。

【0037】

本発明により、磁壁伝導路をなすオープンスパイラル又は多巻きクローズドループは実質的に菱形に形成されており、上記の接点は菱形の角領域を覆っている。更に、２個の隣接する磁壁を使用する場合は所定の離間は、本発明により好ましくは５４０度に規定されている。

【0038】

ＧＭＲ層スタックを使用する代りに、本発明により磁壁伝導路を軟磁性材料−例えばパーマロイ−から作製し、Ｖｃｃ接点及びｇｎｄ接点を磁壁伝導路の例えば中央に設けられているＴＭＲ層スタック上に配置することも可能である。これに対して電気的中間接点は、ここでも上記の菱形の角領域で特設軟磁性磁壁伝導路と接触する。

【0039】

回転数を決定するための本質は、計数された回転の決定が電子評価装置によって行なわれることにあり、電子評価装置は第１ステップで全ての読み出されたホイートストンハーフブリッジ（又は抵抗測定の場合は全ての巻きの抵抗）の信号の比較を実行し、各計数可能な回転に対してホイートストンハーフブリッジ（若しくは全ての巻きの抵抗）のそれぞれの信号を保存して記憶されている表との比較を実行する。即ち、電子評価装置は、オープンスパイラル又は多巻きクローズドループの巻き１〜巻きｎの測定された信号電圧から形成されるパターンが、巻き１〜巻きｎについて記憶された信号パターンと一致するものを計数された回転として出力する。一致が見出されない場合、第２ステップで、全ての読み出されたホイートストンハーフブリッジ（又は抵抗測定の場合は全ての巻きの抵抗）の測定された信号と、各計数可能な回転及び各可能なエラー状態に対してホイートストンハーフブリッジ（若しくは全ての巻きの抵抗）のそれぞれの信号を保存している、別の記憶された表との比較が行なわれる。

【0040】

正方形スパイラル又は正方形クローズドループを用いる好適な実施形態における９０度の角度に基づいて、電位はそれぞれ９０度の磁界回転後に変化するので、少なくとも各９０度の磁界角度範囲（磁界角度象限）について対応する目標値パターンが記憶されて、角度センサ（若しくは象限センサ）の測定値を回転カウンタ信号と比較するために選択される。これに従い更に各磁界角度象限に対してエラー目標値パターンが比較のために保持される。

【0041】

ループ又はスパイラルに記録された磁化パターンは、それにより±４５度の許容ヒステリシスにおいても計数された回転の一対一で対応する決定を可能にする。動作安定性の理由から、実際のヒステリシスが±３０度より著しく小さい磁界強度（例えばＨ_ｍｉｎの１２０％）が常に選択されよう。

【0042】

本発明による回転カウンタの全ての構成は、各計数可能な回転に対して一対一で対応する磁化パターン（ＭＭ）を有している。ＧＭＲ層スタックを有する各センサ要素はホイートストン（ハーフ）ブリッジを形成し、電位測定によって読み出される。ＴＭＲ層スタックを有するセンサ要素は、ホイートストン（ハーフ）ブリッジに接続できる。代替として電位測定の代わりに、ＴＭＲ比が＞１００％と大きいためにトンネル接点抵抗の測定を行うこともできる。先行技術と異なり、本発明により電子読出し装置は常に全てのホイートストン（ハーフ）ブリッジ若しくはトンネル接点−抵抗をいわば同時に読み出す。ホイートストン（ハーフ）ブリッジの測定された信号レベルは、所定のシーケンスにおいて、例えばｎ巻きのスパイラルの場合は巻き１〜巻きｎの順序で処理される。この信号レベルの順序を以下に信号レベルシーケンス（ＳＰＦ）と表記する。測定されたＳＰＦは、各計数可能な回転に対して電子読出し装置によって保持される記憶された目標値ＳＰＦと比較される。この目標値ＳＰＦは、先行技術に対して新規であり、電気的及び磁気的エラー状態の確実な検知を初めて可能にする。電子読出し装置は電気的エラー状態を許容されない信号レベルに基づいて検知し、磁気的エラー状態を例えば２ステップで検知する。第１ステップでは、電子読出し装置は磁気的エラー状態を、測定されたＳＰＦと目標値ＳＰＦの間に一致が存在しないことで認識する。第２ステップでは、電子読出し装置はエラー状態を測定されたＳＰＦと目標値エラーＳＰＦとの一致により検知する。これらの目標値エラーＳＰＦは、有利な構成において各想定可能な計数エラー及び各計数可能な回転について電子読出し装置内に保持されており、若しくは電子読出し装置によって算出される。目標値エラーＳＰＦの保持又は算出先行技術に対して新規である。次に有利な構成において電子読出し装置は初期化されたＭＭに依存してエラー値を、又はエラー値とそれにもかかわらず正しい回転数を出力する。

【0043】

３種類の可能な磁気エラータイプであるＤＷピニング、ＤＷ対消滅及びＤＷ核生成の検知は、通常の計数動作でＤＷ数が一定のままである場合のみ可能である。本発明による有利な構成は、初期化後にエラーのない計数動作でＤＷ数が常に変化しないままであるセンサ要素を使用する。即ち、センサ要素はＤＷ生成器（ＤＷＧ）を有していないか、又は２個の相補的に作用するＤＷ生成器（即ち第１のＤＷＧでＤＷが生成されるのと同時に第２のＤＷＧでＤＷが対消滅される）を有している。

【0044】

本発明による有利な構成は、エラーのない計数動作でＤＷ数が一定のままであるセンサ要素と、常に回転数の把握を可能にする、４個の又はそれ以上の磁壁を含む初期化されたＭＭを使用する。これらのＭＭは、計数された回転の数の読出しにおいて冗長的であり、同様に公知の先行技術に対して新規である。

【0045】

本発明による別の有利な構成は、位相的に冗長的回転計数を可能にするセンサ要素を使用する。

【0046】

本発明による回転カウンタの核心は、装置構成要素−所定のＭＭを用いるセンサ要素と、メモリ内に保持された目標値ＳＰＦ及び目標値エラーＳＰＦと、測定されたＳＰＦと目標値ＳＰＦ及び目標値エラーＳＰＦの比較とを組み合わせたことである。有利な構成において、先行技術に対して新規である目標値ＳＰＦ及び目標値エラーＳＰＦの保持と、それらの実際に把握されたＳＰＦとの比較は、電子読出し装置内で行われる。この先行技術に対して新規の電子読出し装置を、先行技術によるセンサ要素と組み合わせると、これら自体公知である回転カウンタによっても、初めて計数動作中のエラー監視が可能になる。

【0047】

本発明の有利な構成は、ＤＷ数が一定の磁化パターン（ＭＭ）を使用する。ＭＭは、磁壁の、若しくはＭＭ内における一連の磁壁の内部のＤＷギャップ（ＤＷＬ）の初期化されたポジションによって定義される。ＭＭが回転数の把握に適しているためには、磁界変化による運動で生じる全てのＭＭは、有意に異なる電気信号を有していなければならない。この特性を持つ単純なパターンは、センサ要素が含んでいる最初に完全に磁壁によって占められたＭＭから出発して、少なくとも２個の隣接する磁壁の消去によって生じる。即ち、これらの２個のＤＷは、互いに１８０度の角度間隔を有する２個のＤＷＬによって置き換えられており、それによって２個の残っている磁壁の間に５４０度の角度間隔が生じ、それぞれＤＷＬと境を接する。通常の計数動作ではこのＭＭはセンサ要素の内部で計数された回転と同時に輸送され、ＭＭ内における各２個の磁壁の間の角度間隔はほとんどの時間一定にとどまる。ＭＭの輸送時のみＤＷのウェブ通過が、磁壁運動のヒステリシスに制約されてわずかな角度の違いで発生できる。

【0048】

ＭＭの初期化は、先行技術によるオープンスパイラルにおいてもクローズドループにおいても、電流により誘導されたエルステッド磁界によって行うことができる。この場合、ＤＷ消去で常に２個の隣接する磁壁が伝導路（図３ａの２５）の下で対消滅し、又はＤＷ生成で常に２個のＤＷが伝導路（図３ａの２５）の下で生成し、その後直ちに互いに１８０度の角度間隔に離れる。

【0049】

有利な構成は、全て常に所定の順序で、例えばスパイラルの最も外側の巻きから最も内側の巻きへ読み出されるホイートストンハーフブリッジを使用する。

【0050】

有利な正方形のスパイラル又はループにおける９０度の角度に基づいて、電位はそれぞれ９０度の磁界回転後に変化するので、各９０度の磁界角度範囲（磁界角度象限）に対して他の信号レベルシーケンス（ＳＰＦ）が生じる。

【0051】

ＭＭは、磁壁が局在しているＤＷ位置を有するホイートストンハーフブリッジの信号レベルによって表される。即ち、全てのハーフブリッジの信号レベルシーケンス（ＳＰＦ）の内部で、ＭＭの信号レベルシーケンス（ＳＰＦ−ＭＭ）は通常の計数動作で特定の磁界角度象限に対して十分定義され、他の磁界角度象限に対応する他の全てのＳＰＦとは異なっている。なぜならＳＰＦの内部におけるＳＰＦ−ＭＭのポジションは回転数と共に変化するからである。ＳＰＦ−ＭＭのポジションに基づいて、若しくはＳＰＦ−ＭＭの内部におけるＤＷのポジションに基づいて、電子読出し装置が回転数を検知する。

【0052】

有利な構成は、電子評価装置が全ての読み出されたホイートストンハーフブリッジのＳＰＦと、各計数可能な回転（各磁界角度象限に分割されている）に対してホイートストンハーフブリッジのそれぞれの目標値ＳＰＦを保存して記憶されている表との比較を実行することによって、回転数を決定する。即ち、電子評価装置は、ホイートストンハーフブリッジ１（Ｗ１）からホイートストンハーフブリッジｎ（Ｗｎ）までの測定されたＳＰＦが、Ｗ１〜Ｗｎに対する記憶された目標値ＳＰＦと一致するものを回転数として出力する。比較する前に、角度センサ測定値が評価されて、作用する磁気要素の構成に応じて、対応する磁界角度象限（図２参照）、又はアングルスケール部分若しくはリニアスケール部分を決定する。

【0053】

電子読出し装置は、測定されたＳＰＦと記憶された目標値との比較に基づいて、ＤＷ数が初期化されたＭＭ内における数に対して変化したか、又はＤＷ数が等しい場合に（少なくとも）２個の磁壁の間の角度間隔が変化したかも認識する。このエラーは即ち目標値と一致しないＳＰＦにつながる。エラーの種類、初期化されたＭＭ内における磁壁の数、及び（更に）エラー状態で記憶されたＳＰＦに応じて、電子読出し装置がこのエラーケースでなおも妥当な回転数を出力できるか否かが決まる。以下にこれについて詳述する。

【0054】

以下、上述の内容と本発明を好ましい態様と図面で詳述するが、本発明はこれらに制限されない。

【図面の簡単な説明】

【0055】

【図1】図１は、本発明による回転カウンタの本質的な構成要素である。

【図2】図２は、付属のアセンブリと相関して回転を決定する手順のフローチャートである。

【図3】図３ａ〜図３ｌは、一定のＤＷ数を可能にする３種類のセンサ要素ジオメトリの模式図であり、２個の磁壁からなる磁化パターン（ＭＭ）（図３ａ、３ｃ及び３ｄ）若しくは２個のＤＷギャップを含むＭＭ（図３ｂ）を示す。図３ｅ〜図３ｉ若しくは図３ｉ〜図３ｌは、回転計数によりどのように２個の磁壁若しくは２個のＤＷギャップを含むＭＭがセンサ要素中を移動するかを示す。図示されたＭＭはヒステリシスを伴わないで示されており、エラー状態にはない。

【図4】図４ａ〜図４ｋは、２個の尖端を有する５巻き正方形スパイラルにおけるＭＭの模式図である。ヒステリシスがどのようにＭＭの内部におけるＤＷポジションに影響するかが示されている（図４ａ及び図４ｂ）。図４ｃ及び図４ｄは、２個のエラーのないＭＭを示し、図４ｅ〜図４ｋは例示的なエラー状態を有するＭＭを示す。これらのＭＭがエラー状態で回転数の決定を可能にするか否かが説明されている。

【図5】図５は、「１８０度接点接触」を有する必要なセンサ要素の構成の第１の原理的な例である。

【図6】図６は、必要なセンサ要素の第２の原理的な構成に基づき、本発明により好適に設けられた磁化パターンの書込みを示す。

【図7】図７は、本発明による「３６０度接点接触」を有する必要なセンサ要素の構成の第３の原理的な例である。

【図8】図８は、本発明によりセンサ要素を２個の論理的領域に分割した必要なセンサ要素の構成の第４の原理的な例である。

【図9】図９は、本発明により２重ウェブを配置した必要なセンサ要素の構成の第５の原理的な例である。

【図10】図１０ａ及び図１０ｂは、通常動作時とエラー状態の発生時における３個の互いに素の個別ループを有するセンサ要素内の冗長的回転数把握の模式図である。

【図11】図１１ａ〜図１１ｈは、本発明による電子読出し装置によって読み出される、先行技術により公知のセンサ要素内のＭＭの模式図である。エラー状態を検知するためにどのような措置が必要であるか示されている。

【図12】図１２は、磁極ホイールと組み合わせた図１による回転カウンタを示す。

【図13】図１３は、リニアスケールと組み合わせた図１による回転カウンタを示す。

【図14】図１４ａ及び図１４ｂは、ここではＴＭＲ接点及び３６０度接点接触を有する、図７による実施例を示す。

【図15】図１５は、本発明により抵抗測定のためのＴＭＲ接点を配置した図１４ａのセンサ要素を示す。

【発明を実施するための形態】

【0056】

図１は、本発明による回転カウンタ１ａと、回転シャフト５に取り付けたＮ極（Ｎ）及びＳ極（Ｓ）を備える磁石システム４とを有する回転カウンタシステム１を示す。回転カウンタ１ａは、主要コンポーネントである回転センサＵＳ２、３６０度角度センサＷＳ３（若しくは象限センサ）及び電子装置６からなる。センサ２及び３は定置されており、回転磁界の角度位置及び回転数を検知する。電子装置６は、センサ２及び３に対する電圧供給源７、及び角度センサ３の測定値用のメモリ８と、回転センサ２の測定値用のメモリ９と、表形式で記憶された回転センサ２の目標値用のメモリ１０と、記憶されたエラー状態値用のメモリ１２と、処理ユニット１１とによる測定値の処理を含む。この処理ユニット１１は、メモリ８及び９からの測定値をメモリ１０からの表の値と比較して、各測定の結果を出力する。メモリ９からの測定値とメモリ１０からの目標値との比較が有効な値を出さない場合は、メモリ１２からの記憶されたエラー値がメモリ９からの回転カウンタの測定値と比較されて、エラー値と並んで、発生したエラーに依存して、なおも回転数に対して妥当な値を出力する。

【0057】

図２は、回転カウンタシステム１による回転数の決定及びエラー検知を手順図４００で模式的に示している。
● 測定サイクルの開始後に、
● 電子装置６が第１ステップで角度センサＷＳ３及び回転数センサＵＳ２を読み出し、
● 第２ステップでメモリ８にＷＳ測定値Ｗ８（８ａ）を記憶し、メモリ９にＵＳ測定値を表Ｔ９（９ａ）として記憶し、
● 第３ステップで処理ユニット１１により角度センサ測定値から関連する磁界角度象限Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３又はＱ４が把握され、
● 第４ステップで把握された象限（例えばＱ１）に対して、目標値ＳＰＦを含むメモリ１０から把握された象限に対するサブテーブル（例えばＳ１Ｑ１（１０ａ））が許容回転ｉ（０≦ｉ≦ｎ）についてロードされ、
● 第５ステップで処理ユニット１１により回転インデックスｉは０に設定され、
● 第６ステップは回転ｉについて処理ユニット１１による測定値９ａと目標値（例えば１０ａ）との反復比較であり、
○ それらの値が一致すれば、電子読出し装置は第７ステップで回転数ｉを出力して測定サイクルを終了し、又は
○ それらの値が一致しなければ、第７ステップで回転インデックスｉは１だけ高められ、及び
○ 第８ステップでｉ＞ｎであるかチェックされ、
■ ｉ＞ｎであれば、第９ステップでエラー検知が行われ、
■ そうでない場合は、第６ステップが回転ｉ＋１について繰り返され、
● エラー検知に対して処理ユニット１１は第９ステップで回転インデックスｉを０に設定し、
● 第１０ステップで回転ｉについて目標値エラーＳＰＦを含むメモリ１２から予め計算されたエラーｍについてのｍ（ｉ）（０≦ｊ≦ｍ）サブテーブル（例えばＳＦ１Ｑ１（１２ａ））を読み取り、
● 第１１ステップで回転インデックスｊは０に設定され、
● 第１２ステップは、回転ｉについて測定値９ａとエラー状態ｊに対する目標値エラーＳＰＦ（例えばサブテーブルＳＦ１Ｑ１（１２ａ））との比較であり、
○ 値が一致すれば、電子読出し装置は第１３ステップで回転数ｉとエラー状態に対するエラー値を出力して、測定サイクルを終了し、
○ 値が一致しなければ、第１４ステップで回転インデックスｊは１高められ、
○ 第１５ステップでｊ＞ｍであるかチェックされ、
■ ｊ≦ｍであれば、予め計算されたエラーｊ＋１について第１２ステップが繰り返され、
■ ｊ＞ｍであれば、第１６ステップで、回転インデックスｉ＞ｎであるか質問され、
● そうであれば、第１７ステップで１個のエラー値のみが出力されて、測定サイクルが終了し、
● そうでなければ、第１７ステップで回転インデックスｉは１高められて、ステップ１０が繰り返され、
● 測定サイクルは回転数（ステップ７）の出力、又はエラー値を有する回転数の出力（ステップ１３）、又は１個のエラー値のみの出力（ステップ１７）をもって終了する。
エラー値及び有効な回転数の出力は、ＭＭが初期化済みであり、エラー状態においてもなお有効な回転数の決定が可能であることを前提とする。

【0058】

図３は、２個のＤＷからなる磁化パターン（ＭＭ）で一定のＤＷ数を可能にする３種類のセンサ要素ジオメトリを模式的に示す。

【0059】

図３ａは、スパイラル端に２個の尖端を有する５巻きスパイラルを模式的に示しており、垂直マークを描いた長い水平線によって表現されている。各垂直マークは正方形スパイラルにおけるＤＷ位置（図５の四分円状の多角線３０２参照）を表しており、長いマークは全回転、中位の長さのマークは半回転、及び短いマークは３６０度の回転内部で９０度若しくは２７０度の磁界角度増分を表している。磁壁は太い黒線によって表されている。水平線上の白い領域は、ｃｃｗ方向の磁化を表し、水平線の灰色の領域はｃｗ方向の磁化を表している。磁壁は、時間的に見ると最も長く四分円（ＤＷ位置、図６参照）内に滞在している。それゆえ磁壁は四分円内に配置され、垂直マークで表されている。例示的に２個の磁壁を含むＭＭは、磁壁の間に１８０度の角度間隔を有している。ＭＭは、スパイラルの内部で任意の頻度で左端から記入されたポジションを経て右端に移動し、また戻ることができる。ＭＭがセンサ要素を超え出て移動しないように、センサ要素は自体公知の図示されない機械的エンドストップを必要とする。

【0060】

図３ｂは、スパイラル端に２個の磁壁生成器（ＤＷＧ）を有する５巻きスパイラルを模式的に示しており、垂直マークと外側にＤＷＧを表す２個の円を描いた長い水平線によって表現されている。ＤＷ位置と磁化は図３ａについて記したように表されている。ここでは２個のＤＷギャップ（ＤＷＬ）を含むＭＭは、それぞれ１個の十字で表されており、ＤＷＬの間に１８０度、及びＤＷＬと境を接する磁壁の間に５４０度の角度間隔を有している。２個のＤＷＬを含むＭＭは、スパイラルの内部で任意の頻度で左端から記入されたポジションを経て右端に移動し、また戻ることができる。その際にＤＷギャップは、図３ｊに示されているようにＤＷＧと境を接することができる。ＭＭの輸送中ＤＷ数は一定のままである。ＭＭが右に動くと、右側のＤＷＧで半回転ごとにＤＷがＤＷＧによって生成されたＤＷと対消滅し、同時に左側のＤＷＧによりＤＷが左からスパイラル内に注入される。ＭＭがセンサ要素を超え出て移動しないように、センサ要素はここでも上記の機械的エンドストップを必要とする。

【0061】

図３ｃは、５巻きクローズドループを模式的に示しており１個の円とこの円に対して垂直に立つマークによって表現され、マークは図３ａにおけると同様にＤＷ位置を表す。２個の磁壁を含むＭＭは、磁壁の間に１８０度の若しくは１６２０度（４．５巻き）の角度間隔を有している。ＭＭは任意の頻度でｃｗ又はｃｃｗ方向にループを通して移動できる。このように構成されたセンサ要素は、機械的エンドストップを必要としない。

【0062】

図３ｄは、図３ｃのセンサ要素を幾何学的に修正した簡略的な表現で示している。図３ａと同様に５巻きが図示されている。下側のアーチは外側の巻きから内側の巻きへ接続するウェブを表しており、これがスパイラルを交点のあるクローズドループにしている（図７のウェブ６４参照）。

【0063】

図３ｅ〜図３ｉは、図３ａで５種類のポジションにＭＭを有するセンサ要素を示しており、それらのポジションは回転数０（図３ｅ）、１（図３ｆ）、２（図３ｇ）、３（図３ｈ）及び４（図３ｉ）を表す。この割当ては応用例に依存するもので、センサ要素には依存しない。他の応用例では同じＭＭ位置が、０〜４回転の代わりに−２〜＋２回転を表すこともある。図３ｅのＭＭ位置から出発すると、ＭＭは１回転ごとにｃｗ方向に更に４ＤＷ位置（１巻きに対応）移動する。その際に１８０度の角度間隔で２個の磁壁を含むＭＭは変化しないままである。

【0064】

図３ｊ〜図３ｌは、図３ｂのＭＭが回転数０、１及び２を表すポジションに局在するとどのように見えるかを模式的に示している。２個のＤＷＬを含むＭＭはセンサ要素中を移動する際に変化しない。磁壁の総数も同様である。ＭＭが右方向に移動すると、１回転ごとに右側で２個の磁壁が消え、左側で新しい２個の磁壁が付加される。

【0065】

図４は、磁化パターン（ＭＭ）を例示的に２個の尖端を有する５巻き正方形スパイラルで示している。ヒステリシスがＭＭの内部におけるＤＷポジションにどのように影響するかが示されている（図４ａ及び４ｂ）。図４ｃ及び図４ｄは２個のエラーのないＭＭを示し、図４ｅ〜図４ｋは例示的なエラー状態を有するＭＭを示している。以下に、これらのＭＭがエラー状態で回転数の決定を可能にするか否か説明する。

【0066】

図４ａは、図３ａで、例えば回転ゼロを表すポジションに２個の磁壁を含むＭＭを示している。これら２個のＤＷは、互いに１８０度の角度間隔で２個のＤＷ位置に配置されている。

【0067】

図４ｂは、図４ａのＭＭを±４５度のヒステリシスを伴って示しており、ヒステリシスは灰色の方形によって表される。±４５度のヒステリシスは９０度、即ち１個の象限を包含する。象限は好ましくはスパイラル（図５にそのような典型的なスパイラルを示す）に対して、ヒステリシスの「０度位置」を表す磁界角度がウェブに対して垂直になるように配置されている。このようにすることによりヒステリシス限界を表す磁界角度は、このウェブを包含する２個のＤＷ位置を指す。象限を正方形スパイラルに対してこのように配置することにより、１巻き内部の４個の象限はそれぞれ１個のウェブを表し、ヒステリシスはこのウェブ上の各ＤＷ位置と、ＤＷが時間的に見て最も長く滞在する隣接ＤＷ位置を表す。図４ｂでは図４ａのＤＷポジションが太い垂直線で表され、関連するウェブの他方の端部におけるＤＷ位置におけるＤＷポジションが細い垂直線で表されている。エラーのない通常動作でＤＷは２個のＤＷ位置の間のウェブを１００ｎｓ以下で通過する。ウェブの内部におけるＤＷポジションは、灰色の方形によって表されている。このウェブがホイートストンハーフブリッジの一部である場合、象限１及び象限２内の許容信号レベルは淡灰色の方形で表された高レベル又は中レベルであり、象限３及び象限４内の許容信号レベルは濃灰色の方形によって表された中レベル又は低レベルである（基準方向は図５〜図７に示されている通りである）。

【0068】

図４ｃは、例えば回転ゼロを表すポジションに４個の磁壁を含むＭＭを示す。電子読出し装置によって回転数ゼロが出力される。ＭＭ内の角度間隔は、左外側ＤＷと左内側ＤＷの間では１８０度、左内側ＤＷと右内側ＤＷの間では５４０度、及び右内側ＤＷと及び右外側ＤＷの間では１８０度で、外側磁壁の間は合計９００度である。磁壁は、±４５度の許容ヒステリシスに対応してウェブ上の全てのＤＷポジションを包含する方形によって表わされている。図４ｂと同様に、淡灰色の方形はホイートストンハーフブリッジの高レベル又は中レベルを表し、濃灰色の方形は中レベル又は低レベルを表す。

【0069】

図４ｄは、図４ｃでｃｗ方向に回転した後のＭＭを示す。全て４個の磁壁はそれぞれ４個のＤＷ位置（四分円）だけ更に移動している。ＭＭ内の角度間隔は同じままである。このＭＭポジションは回転数１を表す。電子読出し装置から回転数１が出力される。磁壁は、図４ｃにおけるように、淡灰色及び濃灰色の方形によって表されている。

【0070】

図４ｅは、図４ｃの外側磁壁も占めるポジションに９００度の角度間隔で２個の磁壁を含むＭＭを示す。図４ｅで初期化されたＭＭが図４ｃのＭＭであった場合は、図４ｃのＭＭの測定と図４ｅの測定の間で２個の磁壁が対消滅した。９００度の角度間隔に基づき、図４ｅのＭＭから回転数ゼロが妥当に把握できる。有利な構成において、電子読出し装置は回転数ゼロとエラー値を出力する。磁壁は、図４ｃにおけるように淡灰色及び濃灰色の方形によって表されている。

【0071】

図４ｆは、１８０度の角度間隔で２個の磁壁を含むＭＭを示す。図４ｆで初期化されたＭＭが図４ｃのＭＭであった場合は、図４ｃのＭＭの測定と図４ｆの測定の間で２個の磁壁が対消滅した。１８０度の角度間隔に基づき、図４ｆのＭＭから回転数は妥当に把握されない。有利な構成において、電子読出し装置はエラー値を出力する。磁壁は、図４ｃにおけるように、淡灰色及び濃灰色の方形によって表されている。

【0072】

図４ｇは、外側ＤＷの間に１２６０度、及び右外側ＤＷと右内側ＤＷの間に１８０度の角度間隔で４個の磁壁を含むＭＭを示す。これら２個の磁壁に基づき、回転数１が妥当に把握できる。有利な構成において、電子読出し装置は回転数１と１個のエラー値を出力する。図４ｃのＭＭに対して左外側ＤＷは同じポジションにある。これは他の３個の磁壁のように（４ＤＷ位置）、ｃｗ方向に３６０度移動しておらず、ｃｗ方向回転の間ピニングされていた。磁壁は、図４ｃにおけるように、淡灰色及び濃灰色の方形によって表されている。

【0073】

図４ｈは、外側ＤＷの間に９００度、及び左内側ＤＷと左外側ＤＷの間に１８０度の角度間隔で４個の磁壁を含むＭＭを示す。これら２個の磁壁に基づき、回転数１が妥当に把握できる。有利な構成において、電子読出し装置は回転数１と１個のエラー値を出力する。図４ｃのＭＭと比較すると、右内側ＤＷは同じポジションにある。これは他の３個の磁壁のように（４ＤＷ位置）、ｃｗ方向に３６０度移動しておらず、ｃｗ方向回転の間ピニングされていた。磁壁は、図４ｃにおけるように、淡灰色及び濃灰色の方形によって表されている。

【0074】

図４ｉは、外側ＤＷの間に９００度、及び隣接する各２個の磁壁の間に１８０度の角度間隔で６個の磁壁を含むＭＭを示す。両外側磁壁に基づき、回転数ゼロが妥当に把握できる。有利な構成において、電子読出し装置は回転数ゼロと１個のエラー値を出力する。図４ｃのＭＭと比較すると、最初のＭＭの内部で２個の磁壁がＤＷ核生成によって付加されている。磁壁は、図４ｃにおけるように、淡灰色及び濃灰色の方形によって表されている。

【0075】

図４ｊは、外側ＤＷの間に１２６０度、及び左内側ＤＷと左外側ＤＷの間に１８０度、及び左内側ＤＷと左中央ＤＷの間に５４０度、並びに左中央ＤＷと右中央ＤＷの間に１８０度の角度間隔で６個の磁壁を含むＭＭを示す。図４ｃで４個のＤＷのポジションを占めるこれら４個のＤＷに基づき、回転数ゼロが妥当に把握できる。有利な構成において、電子読出し装置は回転数ゼロと１個のエラー値を出力する。図４ｃのＭＭと比較すると、最初のＭＭの外部で２個のＤＷ磁壁がＤＷ核生成によって付加されている。磁壁は、図４ｃにおけるように、淡灰色及び濃灰色の方形によって表されている。

【0076】

図４ｋは、外側磁壁の間に１６２０度の角度間隔で６個の磁壁を含むＭＭを示す。図４ａのＭＭと比較すると、最初のＭＭの外部でＤＷ核生成によって２個の磁壁が、図４ａで右外側ＤＷ、現在はＭＭ内で右中央ＤＷに対して５４０度と７２０度の角度間隔で付加されている。図４ｉのＭＭ内の角度間隔に基づき、回転数は妥当に把握されない。有利な構成において、この場合に電子読出し装置は１個のエラー値のみを出力する。磁壁は、図４ｃにおけるように、淡灰色及び濃灰色の方形によって表されている

【0077】

以下の図５〜図７は、例示的にＤＷ数が一定のＭＭによる動作を可能にする実際のセンサ要素ジオメトリを平面図で示す。この例は、２個の尖端を有する１８０度接点接触による３巻きスパイラル（図５）、２個のＤＷＧを有する３巻きスパイラル（図６）、及び本発明による３６０度接点接触による４巻き正方形ループ（図７）を模式的に示している。見やすくするために、例示的な回転センサはそれぞれの図について以下に説明する細部のみが表現されている。

【0078】

図５は、回転センサの本発明による構成を示す。第２のセンサ要素は、この例では端部が尖った３巻き正方形スパイラル２０である。尖端２１は外側巻きの端部であり、尖端２２は最も内側の巻きの端部である。スパイラルは、ＧＭＲ効果を示す磁性層スタックからなる。基準方向２８は正方形の巻きに対して対角線状である。第１の最も外側の巻きは、ウェブ３ｌ、３２、３３及び３４からなり、第２の中央の巻きはウェブ４１、４２、４３及び４４からなり、第３の最も内側の巻きはウェブ５１、５２、５３及び５４（時計回り）からなる。各ウェブは後続のウェブに対して９０度の角度をなしている。ウェブの間の接続部は、上記のウェブ自体と同じ層スタックから作られた四分円又は四分円状の多角線３０２（拡大した円３０１内に示されている）である。この多角線は正方形スパイラルの「角」であると同時に、磁壁位置（ＤＷ位置）である。第１の最も外側の巻きはＤＷ位置３５、３６、３７及び３８を含み、第２の巻きはＤＷ位置４５、４６、４７及び４８を含み第３の巻きはＤＷ位置５５、５６、５７及び５８を含む。
スパイラルは「１８０度接点接触方式」で電気接点を備えている。左上に１個の共通のｇｎｄ接点７０、右下に１個の共通のＶｃｃ接点８０、及び右上に３個の中間接点９１、９３及び９５、左下に３個の中間接点９０、９２及び９４、並びにセンサ要素を初期化するための狭隘部２６を有する伝導路２５がある。センサ要素の磁化状態は６個のホイートストンハーフブリッジを用いる電位測定によって読み出される。左下には、中間接点９０、９２及び９４を有する３個のハーフブリッジがある。
● ホイートストンハーフブリッジＷ１−１は、中間接点９０、ｇｎｄ接点７０及びＶｃｃ接点８０を有するウェブ３ｌ及び３２を形成する。
● ホイートストンハーフブリッジＷ２−１は、中間接点９２、ｇｎｄ接点７０及びＶｃｃ接点８０を有するウェブ４１及び４２を形成する。
● ホイートストンハーフブリッジＷ３−ｌは、中間接点９４、ｇｎｄ接点７０及びＶｃｃ接点８０を有するウェブ５１及び５２を形成する。
右上には、中間接点９１、９３及び９５を有する３個のハーフブリッジがある。
● ホイートストンハーフブリッジＷ１−２は、中間接点９１、ｇｎｄ接点７０及びＶｃｃ接点８０を有するウェブ３３及び３４を形成する。
● ホイートストンハーフブリッジＷ２−２は、中間接点９３、ｇｎｄ接点７０及びＶｃｃ接点８０を有するウェブ４３及び４４を形成する。
● ホイートストンハーフブリッジＷ３−２は、中間接点９５、ｇｎｄ接点７０及びＶｃｃ接点８０を有するウェブ５３及び５４を形成する。

【0079】

センサ要素２は、ここでは最初に６個のＤＷ（例えばセンサ要素２の核生成磁界強度を上回る磁界強度を有する磁界パルスに従う）で次のように完全に満たされている。
● 第１の最も外側の巻きにおいて、ＤＷ１１１はＤＷ位置３６に局在し、ＤＷ１１２はＤＷ位置３８に局在している。
● 第２の中央の巻きにおいて、ＤＷ１１３はＤＷ位置４６に局在し、ＤＷ１１４はＤＷ位置４８に局在している。
● 第３の最も内側の巻きにおいて、ＤＷ１１５はＤＷ位置５６に局在し、ＤＷ１１６はＤＷ位置５８に局在している。
３個のハーフブリッジはこれらのＤＷポジション及び基準方向２８の位置により中央電位にある。ｃｃｗ方向における磁化方向は濃灰色、ｃｗ方向における磁化方向は淡灰色で表現されている。更に各ウェブについて磁化方向は矢印で表示されている。ＧＭＲ層スタックの基準方向２８は正方形スパイラルに対して対角線状であり、左下から右上を指している。

【0080】

図５に示されている６個のＤＷを含む磁化パターンは、回転の計数にはまだ適していない。最初になおＤＷが消去されなければならない。それ以外は同一の消去手順を、図６に示されているように端部に２個の磁壁生成器を有するスパイラルに基づいて説明するが、それによって直ちに本来のセンサ要素の別の実施の可能性が論じられる。

【0081】

図６は、センサ要素２の変化例を示す。センサ要素２は巻き正方形スパイラル２０であり、その端部に磁壁生成器２３及び２４が配置されているセンサ要素２は、それぞれ１個の十字で視覚化された２ＤＷギャップ（ＤＷＬ）２２１及び２２２を含む磁化パターン（ＭＭ）を有している。消去の前にＤＷ１１３及びＤＷ１１４（図６にはもはや示されていない。これについては図５参照）は、ＤＷＬ２２１及びＤＷＬ２２２のポジションにあった。初期化は詳述しないが、例えば２段階で行われる。
１．スパイラル対角線に沿った磁界方向（例えば左下から右上）の核生成磁界強度より高い磁界強度を有する磁界パルスによるＤＷの核生成か、又はセンサシステムの磁界の回転、ｎ巻きスパイラルの場合はｃｗ方向若しくはｃｃｗ方向に少なくともｎ＋１回転（ここでは４回転）。これによりスパイラルは磁壁生成器ＤＷＧ２３（又はＤＷＧ２４）により完全にＤＷで満たされる。
２．伝導路２５の狭隘部２６の下で十分に大きいエルステッド磁界を用いた２個のＤＷの対消滅、それによって２個のＤＷギャップＤＷＬ２２１及びＤＷＬ２２２が生じ、次にこれらが所望されたゼロ位置に移動される。

【0082】

図５に示されたセンサ要素の尖端２１及び２２の代わりに、図６の正方形スパイラル２０は端部に２個の磁壁生成器（ＤＷＧ）２３及び２４を備えている。回転数を決定するために、測定されたＳＰＦにおけるＤＷ１１２及び／又はＤＷ１１５のポジションが把握される。２個のＤＷＧを有するスパイラルに対する電気接触は、常に「１８０度接点接触」（図５参照）であり、図６では、見やすさのために省略された。ＧＭＲ層スタックの基準方向２８は、正方形スパイラルに対して対角線状であり、左下から右上を指している。

【0083】

図７は、４巻きクローズドループ２７からなる本発明による回転センサ２の別の構成を示す。この例では２個のＤＷ１１１及びＤＷ１１２を５４０度の角度間隔を含むＭＭが、狭隘部２６を有する伝導路２５で初期化された。ＧＭＲ層スタックの基準方向２８はここでも正方形スパイラルに対して対角線状であり、左下から右上を指している。このループは図５におけるスパイラルと同様に、但し１個の共通のｇｎｄ接点７０、１個の共通のＶｃｃ接点８０、及びＶｃｃ接点からｇｎｄ接点まで結ぶ線の右半分に局在している４個の中間接点９１、９３、９５及び９７からなる「３６０度接点接触」と電気的に接触する。センサ要素の磁化状態は、４個のホイートストンハーフブリッジによる電位測定によって読み出される。
● ホイートストンハーフブリッジＷＨＢ１は、中間接点９１、ｇｎｄ接点７０及びＶｃｃ接点８０を有するウェブ３３及び３４を形成する。
● ホイートストンハーフブリッジＷＨＢ２は、中間接点９３、ｇｎｄ接点７０及びＶｃｃ接点８０を有するウェブ４３及び４４を形成する。
● ホイートストンハーフブリッジＷＨＢ３は、中間接点９５、ｇｎｄ接点７０及びＶｃｃ接点８０を有するウェブ５３及び５４を形成する。
● ホイートストンハーフブリッジＷＨＢ４は、中間接点９７、ｇｎｄ接点７０及びＶｃｃ接点８０を有するウェブ６３及び６４を形成する。
４個のホイートストンハーフブリッジＷＨＢ１〜ＷＨＢ４は、同時に巻きＷ１〜Ｗ４と相関関係にある。

【0084】

図８は、本発明による回転を測定するためのセンサ要素２の別の例示的な構成を示す。この例ではセンサ要素２は２個の部分スパイラル２０ａ及び２０ｂからなり、それぞれ尖端２１及び２２と、４個の巻き及び「３６０度接点接触」を有しており、これは部分スパイラル２０ａでは接点７１（ｇｎｄ）、８１（Ｖｃｃ）、９１、９３、９５及び９７（中間接点）からなり、並びに部分スパイラル２０ｂでは７２（ｇｎｄ）、８２（Ｖｃｃ）、９９、１０１、１０３、ｌ０５及び１０７（中間接点）からなり、４個の磁壁ＤＷ１１１、ＤＷ１１２、ＤＷ１１３及びＤＷ１１４は初期化された。この構成において、これら４個の磁壁は、それぞれ２個の磁壁を含む２個の論理的磁化パターンを形成する。ＤＷ１１１及びＤＷ１１２は部分スパイラル２０ａのＭＭを形成し、並びにＤＷ１１３及びＤＷ１１４は第２のＭＭを形成する。各ＭＭは、図示された例では「ゼロポジション」にあり、ｃｗ方向に３回転動くことができる。ＤＷ１１１とＤＷ１１２の間、及びＤＷ１１３とＤＷ１１４の間の角度間隔は、それぞれ５４０度であり、ＤＷ１１２とＤＷ１１３の間の角度間隔は９００度である。この２個の論理的ＭＭによりこの構成は、３回転計数できるチップ上で冗長的回転計数を有する回転カウンタとなる。初期化には狭隘部２６を有する伝導路２５を用いる。ＧＭＲ層スタックの基準方向２８は、正方形スパイラルに対して対角線状に向けられており、それぞれ左下から右上を指している。２個の部分スパイラルの測定結果は電子読出し装置（６）（図１参照）によって評価される。電子読出し装置が両部分スパイラルの測定された部分ＳＰＦから同じ回転数を把握すると、測定は２倍冗長的な結果を出す。一方のスパイラルでエラーが生じた場合は、電子読出し装置は常に回転数を、電子読出し装置が有効な状態（目標値パターンとの一致）を認識する方のスパイラルのＳＰＦから把握できる。他方のＳＰＦはエラー値をもたらす。この場合、適当なＭＭ、例えば図４ｃのＭＭでエラー状態にかかわらずなおも回転数を把握できるので（エラー目標値パターンとの一致）、回転数はエラー状態にもかかわらずやはり２倍冗長的に把握される。

【0085】

図９は、本発明による３回転を測定するためのセンサ要素の別の例示的な構成可能性を示す。２個の互いに入り組んで案内されたスパイラル２０ａ（内側スパイラル）及び２０ｂ（外側スパイラル）はそれぞれ尖端２１ａ及び２２ａ若しくは２１ｂ及び２２ｂと、それぞれ４個の巻き及び１個の共通の３６０度接点接触を有しており、これは左の部分スパイラルでは接点７１（ｇｎｄ）、８１（Ｖｃｃ）、９１、９３（中間接点）からなり、並びに右の部分スパイラルでは７２（ｇｎｄ）、８２（Ｖｃｃ）、９５、９７及び９９（中間接点）からなり、これにより並行に案内された２重スパイラルによって２倍の冗長性が得られる回転カウンタを形成する。ＧＭＲ層スタックの基準方向２８は正方形スパイラルに対して対角線状であり、左下から右上を指している。初期化には狭隘部２６を有する伝導路２５を用いる。この例ではスパイラル２０ａ内にＤＷ１１１ａとＤＷ１１２ａ並びにスパイラル２０ｂ内にＤＷ１１１ｂとＤＷ１１２ｂの各１対のＤＷを、それぞれ５４０度の角度間隔で含むＭＭが初期化されている。有効な計数動作において、このセンサ要素は高レベル（１００％レベル）、中レベル（５０％レベル）及び低レベル（０％レベル）の信号レベルを出す。ＤＷピニングが起きて２個のＤＷの間の角度間隔が変化したら、７５％レベルと２５％レベルの２個の新しいレベルが生じて、電子読出し装置にエラーが発生したことを示す。電子読出し装置はこのレベルを疑いなく検知できなければならない。電子読出し装置はそれにもかかわらず、７５％レベル又は２５％レベルを有するＳＰＦに基づいて有効な回転数を把握できる。なぜなら一方のスパイラル（例えばスパイラル２０ａ）内のＤＷ対がエラーなしで輸送されたからである。即ち、ＳＰＦ内には例えば高レベルの代わりに７５％レベルが存在し、及び低レベルの代わりに２５％レベルが存在している。保持される目標値パターン及びエラー目標値パターンは、このセンサ要素の５通りの信号レベルに適合されている。

【0086】

図１０は、例示的な応用で４０回転（Ｕ）を計数するためのセンサ要素本発明による構成を模式的に示している。センサ要素は、互いに素の最大回転数５（Ｓ５）、８（Ｓ８）及び９（Ｓ９）を有する３個のループが含んでいる。平面図ではこれらは図７に例示的に示され、ここでは簡略的に表現されているように正方形ループである。ループ、ＤＷ位置及び磁壁は図３ｄにおけるように記号で表されている。非冗長的回転計数のためにループＳ５とＳ８が必要とされ、これらは組み合わされて５Ｕ＊８Ｕ＝４０Ｕと４０回転まで計数する。冗長的回転計数のためにループＳ９を追加することにより、少なくとも４０回転計数できるそれぞれ２個のループの３通りの組み合わせが生じる。

【0087】

図１０ａは、例示的に回転数１０Ｕに対して、ループＳ５（個別ループ回転数：０Ｕ）、Ｓ８（個別ループ回転数：２Ｕ）及びＳ９（個別ループ回転数：１Ｕ）内のＭＭ位置を示しており、それぞれ４個のＤＷを左外側ＤＷと左内側ＤＷの間に１８０度、左内側ＤＷと右内側ＤＷの間に１８０度、及び右内側ＤＷと右外側ＤＷの間に５４０度の角度間隔で含む冗長的ＭＭを有している。ここで右外側ＤＷのポジションは、それぞれ個別ループ回転数を表す。ループの３通りの組み合わせ（Ｓ５＋Ｓ８）、（Ｓ５＋Ｓ９）及び（Ｓ８＋Ｓ９）の各々について、電子読出し装置は個別ループ回転数からそれぞれループ組み合わせに対する回転数１０Ｕを把握する。合計すると回転数は３倍冗長的に把握される。このために各ループ組み合わせについて、個別ループ回転数の各組み合わせに対してそれに付属するループ組み合わせの回転数が（表形式で）保存されているか、或いはこれが算出される。４０回転を計数する応用において、個別ループ回転数はそれぞれ以下の通り表す。
● ループＳ５に対する０Ｕは回転数０Ｕ、５Ｕ、１０Ｕ、１５Ｕ、２０Ｕ、２５Ｕ、３０Ｕ、３５Ｕ及び４０Ｕ（一般式ｎ＊５Ｕ）
● ループＳ８に対する２Ｕは回転数１０Ｕ、１８Ｕ、２６Ｕ及び３４Ｕ（一般式ｍ＊８Ｕ＋２Ｕ）
● ループＳ９に対する１Ｕは回転数１０Ｕ、１９Ｕ、２８Ｕ及び３７Ｕ（一般式ｋ＊９Ｕ＋１Ｕ）
ループが互いに素であることに基づいて、個別ループ回転数の各組み合わせについて常に必ず正確な一致が生じ、それが組み合わせの回転数である。ここでは回転数は１０Ｕである。
目標値ＳＰＦを作成するために、正しいＭＭポジション若しくは基準となるＤＷの正しいポジションが算出されなければならない。正しいＤＷポジションは回転数（ここでは１０Ｕ）をループの最大の回転数（ここでは５Ｕ、８Ｕ又は９Ｕ）で除した余りである。
● Ｓ５：０Ｕ（１０／５＝２＋余り０）
● Ｓ８：２Ｕ（１０／８＝１＋余り２）
● Ｓ９：１Ｕ（１０／９＝１＋余り１）

【0088】

図１０ｂは、計数された回転数１０Ｕに対してＭＭポジションを示しており、この場合はループＳ８において右外側ＤＷが１回転中にピニングされており、それにより図１０ａと比較すると、右内側ＤＷとの角度間隔は５４０度から１８０度に縮小し、左外側ＤＷとの角度間隔は９００度から５４０度に縮小した。この５４０度の角度間隔に基づいて、電子読出し装置は、ループＳ８がエラー状態（Ｆ）にあることを検知する。左外側ＤＷと左内側ＤＷとの１８０度の角度間隔は、図１０ａに対して変化しておらず、これに基づいて電子読出し装置はループＳ８に対する回転数２Ｕを妥当に検知する。
● Ｓ５：０Ｕ（１０／５＝２＋余り０）
● Ｓ８：Ｆ＋２Ｕ（エラー状態並びに１０／８＝１＋余り２）
● Ｓ９：１Ｕ（１０／９＝１＋余り１）
ループＳ８のエラー状態に基づいて電子読出し装置は、回転数１０ＵをループＳ５及びＳ９の有効な値（Ｓ５：０Ｕ及びＳ９：１Ｕ）で把握する。４個のＤＷを含む冗長的ＭＭに基づいて、電子読出し装置はループＳ８（Ｆ）のエラー状態にかかわらず、その個別ループ回転数２Ｕを把握して使用することができ、その結果としてループ（Ｓ５＋Ｓ８）及び（Ｓ８＋Ｓ９）の組み合わせについても、各個別ループにおける４個の磁壁を含む冗長的磁化パターンに基づいてそれぞれ回転数１０Ｕを合計３倍冗長的に把握する。

【0089】

図１１は、ＤＷＧを有する５巻きスパイラルのＭＭを示す。これは平面図では、ＤＷＧが尖端に置き換えられた図６のスパイラルに類似の正方形スパイラルである。スパイラルはここでも簡略的に表現されている。スパイラル、ＤＷＧ、ＤＷ位置、ＤＷ及びＤＷＬは、図３ｂにおけるように記号で表されている。このスパイラルは基本的に先行技術から公知のセンサ要素（図１１ａ〜図１１ｅ）であり、これはエラー状態を検出するために本発明による電子読出し装置と組み合わされる。図１１ｆ〜図１１ｈは先行技術に対して新規である変化例を示しており、これはエラー状態、ＤＷ核生成及びＤＷ対消滅の検知では図１１ａ〜図１１ｅにおける先行技術から公知のスパイラルよりも敏感である。ＤＷＧは半回転ごとにＤＷをスパイラルに注入するので、エラーのない動作においてＤＷＧからスパイラルの尖端までＤＷチェーンをスパイラル内に配置できる。右外側ＤＷはスパイラル内に最も大きく進入したＤＷであり、この構成形態では把握可能な最大回転数を表す。

【0090】

図１１ａは、６個の磁壁を含む５巻きスパイラルを示す。右外側ＤＷは、回転数３を表す。

【0091】

図１１ｂは、４個の磁壁と、それぞれ１個の十字で表された２個のＤＷＬを有する５巻きスパイラルを示す。２個の右外側ＤＷＬは、図１１ａで右外側の２個の磁壁の対消滅によって生じた。図１１ｂのＭＭは回転数２を表す。ＤＷ対消滅のエラー状態は認識されない。

【0092】

図１１ｃは、４個の磁壁と、それぞれ１個の十字で表された２個のＤＷＬを有する５巻きスパイラルを示す。ＤＷチェーンの内部の２個のＤＷＬは、図１１ａでＭＭ内の中央の２個の磁壁の対消滅によって生じた。図１１ｃのＭＭは、回転数３を表す。ＤＷ対消滅のエラー状態（Ｆ）は認識される。

【0093】

図１１ｄは、１０個のＤＷを含む５巻きスパイラルを示す。図１１ｅのＭＭは回転数５を表している。これは、両スパイラルが完全にＤＷで満たされるＤＷ核生成後のＭＭとも同一である。従ってこのエラー状態（Ｆ）は認識されない。

【0094】

図１１ｅは、機械的エンドストップにより４回転のみ計数可能である５巻きスパイラルを示す。この第５巻き（５）は通常の計数動作から排除されており、常時この巻き内のＤＷ核生成を検知できるようにＤＷは常にない。従って図１１ｅの１０個のＤＷを含むＭＭは、スパイラルが完全にＤＷで満たされるＤＷ核生成によって生じている。このエラー状態（Ｆ）は、通常の計数動作−回転４まで計数−では存在しない巻き（５）における２個のＤＷによって認識される。

【0095】

図１１ｆは、図１１ｅの５巻きスパイラルで第５巻きが幅の広いウェブを有する変化例を示す。これによりＤＷは最初に巻き（５）で生成する。この巻きで２個のＤＷのみ生成する場合、回転数はなおも妥当に把握できる。図１１ｆのＭＭは、回転数２を妥当に示して巻き（５）におけるＤＷ核生成のエラー状態を表す。

【0096】

図１１ｇは、図１１ｆの５巻きスパイラルで第１巻きが幅の狭いウェブを有する変化例を示す。これによりＤＷは、他の巻きにおけるより高い確率で巻き（０）でピニングされる。この巻きは機械的エンドストップによって通常の計数動作から排除されており、常に２個のＤＷで満たされて、巻き（０）におけるＤＷピニングと後続のＤＷ対消滅の可能なエラー状態を常時検知できる。図１１ｈのＭＭは、回転数１を表している。

【0097】

図１１ｈは、図１１ｇの巻き（０）で２個のＤＷが対消滅した後のＭＭを示す。このエラー状態（Ｆ）は認識される。図１１ｇのＭＭは回転数１を妥当に示すと同時に、エラー状態巻き（０）におけるＤＷ対消滅（Ｆ）を表す。

【0098】

図１では１ａで示した本来の回転カウンタの本発明にとって本質的なすべてのアセンブリが枠の中に設けられているのに対し、以下の図は本発明による解決の広い用途を明らかにするものである。

【0099】

図１２は、図１によるシャフト５上の磁石４の代わりに、磁極４ａ〜４１を有する磁極ホイール５ａと組み合わせた図１の回転カウンタ１ａを示す。磁極ホイール５ａが回転すると、角度センサＷＳ３及び回転センサＵＳ２の場所に回転磁界が形成されて、磁化パターンの磁壁をセンサ要素２内で動かす。従って各磁極ホイールポジションは角度センサ測定値と回転カウンタ測定値に対応している。回転カウンタは通過移動する磁極対の数を計数する。これは図１による磁石４の回転の計数と同様である。

【0100】

図１３は、図１によるシャフト５上の磁石４の代わりに、磁極４ａ〜４１を有するリニアスケール５ｂと組み合わせた図１の回転カウンタ１ａを示す。この例では１２個の磁極（６Ｎ極と交互に６Ｓ極）４ａ〜４１を有するリニアスケール５ｂは、磁極がこれより多い又は少ない他のリニアスケールをも代表している。スケール５ｂが回転カウンタ１ａに対して相対的に通過移動すると、角度センサＷＳ３及び回転センサＵＳ２の場所に回転磁界が形成されて、記録された磁化パターンの磁壁をセンサ要素２内で動かす。従って各リニアスケールポジションは角度センサ測定値と回転カウンタ−測定値に対応している。回転カウンタは通過移動する磁極対の数を計数する。これは図１による磁石４の回転の計数と同様である。

【0101】

最後に、図１４ａ＋ｂは、例示的に「３６０度接点接触」を形成するＴＭＲ接点を有するセンサ要素２の読出しを示す。この場合にスパイラル２７は軟磁性材料、例えばパーマロイからなる。

【0102】

図１４ａは、例示的な４巻きクローズドループ２７を平面図で示す。センサ要素２は、４個のホイートストンハーフブリッジＷＨＢ１〜ＷＨＢ４による電位測定によって読み出される。
● ＷＨＢ１は、ｇｎｄトンネル接点７１を有するウェブ３３、Ｖｃｃトンネル接点８１を有するウェブ３４、並びにウェブ３３とウェブ３４の間の四分円状の角及びこれらのウェブの部分を覆う中間接点９１からなる。
● ＷＨＢ２は、ｇｎｄトンネル接点７２を有するウェブ４３、Ｖｃｃトンネル接点８２を有するウェブ４４、並びにウェブ４３とウェブ４４の間の四分円状の角及びこれらのウェブの部分を覆う中間接点９３からなる。
● ＷＨＢ３は、ｇｎｄトンネル接点７３を有するウェブ５３、Ｖｃｃトンネル接点８３を有するウェブ５４、並びにウェブ５３とウェブ５４の間の四分円状の角及びこれらのウェブの部分を覆う中間接点９５からなる。
● ＷＨＢ４は、ｇｎｄトンネル接点７４を有するウェブ６３、Ｖｃｃトンネル接点８４を有するウェブ６４、並びにウェブ６３とウェブ６４の間の四分円状の角及びこれらのウェブの部分を覆う中間接点９７からなる。

【0103】

図１４ｂは、トンネル接点を有する全てのウェブを代表して、例示的にウェブ３３を図１４ａの横断面図で示す。ウェブ３３は軟磁性材料パーマロイ５０１からなり、酸化物層５０４ａ及び５０４ｂによって保護されている。ウェブ中央ではｇｎｄトンネル接点７１が配置されている。トンネル接点は、パーマロイ層５０１、トンネルバリア５０２（例えばＡl_２Ｏ_３又はＭｇＯ）、基準方向（図１４ａの２８）が書き込まれた硬磁性層スタック５０３、及び金電極５０５からなる。ウェブ３３の右側には直接パーマロイ５０１上に金製中間接点９１が載っている。トンネル接点における電流は、電極５０５から硬磁性層スタックとバリア５０２を通ってパーマロイ５０１に流れる。典型的なＴＭＲ接点は、ＴＭＲ接点内の軟磁性層及び硬磁性層の並行磁化と逆並行磁化の間で、即ち磁壁１１１、１１２のそれぞれのポジションに依存して＞１００％の抵抗変化を達成する。この例では本発明による磁壁パターンの初期化、並びに現在の回転数の評価及び決定は、図５以下で既に説明されたのと同様の条件で行なわれるため、ここでは繰り返さない。

【0104】

図１５は、抵抗が読み出される接点接触を変化させた図１４ａの回転センサを示す。ｇｎｄ接点７１、７２、７３及び７４、並びにＶｃｃ接点、８１、８２、８３及び８４を有するこのループは、それぞれ１巻き上のｇｎｄ接点およびＶｃｃ接点と電気的に接触する。ＴＭＲ効果が利用されるようにするために、例えばＶｃｃ接点はそれぞれ軟磁性層と接触し、ｇｎｄ接点はそれぞれ硬磁性層と接触しなければならず（図１４ｂで中間接点９１が軟磁性層５０１と接触し、ｇｎｄトンネル接点７１が硬磁性層と接触するのと同様）、又はその逆でなければならない。接点は図１４から逸脱してウェブ上の角に配置する代わりに、好ましくは相対するウェブ上に配置できる。例えばウェブ３ｌ、４１、５１及び６１上のＶｃｃ接点８１、８２、８３及び８４と、ウェブ３３、４３、５３及び６３上のｇｎｄ接点７１、７２、７３及び７４。

【0105】

センサ要素の磁化状態は、ここでは各個々の巻きの抵抗測定によって読み出される。
外側の第１巻きＷ１は、ｇｎｄ接点７１及びＶｃｃ接点８１を有するウェブ３ｌ、３２、３３及び３４を形成する。
第２巻きＷ２は、ｇｎｄ接点７２及びＶｃｃ接点８２を有するウェブ４１、４２、４３及び４４を形成する。
第３巻きＷ３は、ｇｎｄ接点７３及びＶｃｃ接点８３を有するウェブ５１、５２、５３及び５４を形成する。
最も内側の第４巻きＷ４は、ｇｎｄ接点７４及びＶｃｃ接点８３を有するウェブ６１、６２、６３及び６４を形成する。
この例でも２個の隣接する磁壁ＤＷ１１１とＤＷ１１２の間の間隔は、ｃｗ方向に見て５４０度である。

【0106】

前述した全ての具体的な実施形態は本発明の多用途性を明らかにするものであり、本発明は冒頭に記載した種類の公知の回転センサにも、本明細書で新たに提案された回転センサにも応用できる。

【0107】

詳細な説明、実施例及び／又は以下の図面から認識される全ての特徴は、単独でも、互いに任意に組み合わせても本発明にとって本質的である。

【符号の説明】

【0108】

１ 回転カウンタシステム
１ａ 回転カウンタ
２ 回転センサＵＳ
３ 角度センサＷＳ
４ 磁石システム
４ａ、４ｃ、４ｅ、４ｇ、４ｉ、４ｋ Ｎ極
４ｂ、４ｄ、４ｆ、４ｈ、４ｊ、４１ Ｓ極
５ 回転シャフト
５ａ 磁極ホイール
５ｂ リニアスケール
６ 電子装置
７ 電圧供給源
８ 角度センサ測定値用メモリ
８ａ 角度センサ測定値Ｗ８
９ 回転センサ測定値用メモリ
９ａ 回転センサ測定値の表Ｔ９
１０ 回転センサの表形式で記憶された目標値のメモリ
１０ａ−１０ｄ 第１〜第４磁界角度象限に対する目標値のサブテーブル
１１ 処理ユニット
１２ 第１〜第４磁界角度象限に対する目標値エラーＳＰＦの目標値の表形式で記憶された目標値エラーＳＰＦ１２ａ〜１２ｄに対するサブテーブル
２０ スパイラル
２１、２２ スパイラルの尖端
２５ 磁化パターンを初期化するための伝導路
２６ 伝導路２５内の狭隘部
２７ 多巻きクローズドループ
２８ 基準磁化の方向
３ｌ、３２、３３、３４ 最も外側の第１巻きのウェブ
３５、３６、３７、３８ 最も外側の第１巻き内のＤＷ位置
４１、４２、４３、４４ 第２巻きのウェブ
４５、４６、４７、４８ 第２巻き内のＤＷ位置
５１、５２、５３、５４ 第３巻きのウェブ
５５、５６、５７、５８ 第３巻き内のＤＷ位置
６３、６４ 第４巻きのウェブ
６５ 第４巻き内のＤＷ位置
７０、７１、７２、７３、７４ ｇｎｄ接点
８０、８１、８２、８３、８４ Ｖｃｃ接点
９１、９３、９５、９７、９９ 種々の巻きの中間接点
１１１−１１６ 磁壁（ＤＷ）
２２１、２２２ ＤＷギャップ
３０１ ウェブ５１とウェブ４４の角の拡大図
３０２ 四分円状の多角線
４００ 手順図
５０１ 軟磁性層
５０２ トンネルバリア
５０３ 硬磁性層スタック
５０４ａ 絶縁層
５０４ｂ 絶縁層
５０５ トンネル接点上の金電極

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】