Novotechnik Energieautarker magnetischer Drehgeber

Ohne Pufferbatterie und mechanisches Getriebe kommt der magnetische Umdrehungszähler »Uniturn« aus. Dabei erfasst der von Novotechnik zusammen mit Industriepartnern und dem IPHT Jena entwickelte Multiturnsensor mehr als 4096 Umdrehungen, also mindestens 12 Bit.

Ausgangsbasis für die Neuentwicklung war ein bereits von Novotechnik im Markt eingeführter magnetischer Multiturnsensor, der sich jedoch nur für maximal 16 Umdrehungen eignet und nicht durchdrehbar ist, das heißt man muss diesen Sensor nach 16 Umdrehungen wieder zurückdrehen, um zum Ausgangszustand zu gelangen. Ursache dafür ist die offene Struktur der Domänenbahnen. Im Gegensatz dazu ist beim Uniturn die Struktur nun geschlossen und kann somit durchgedreht werden, er beginnt also nach dem maximalen Zählwert wieder bei 0.

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Energieautarker Drehgeber

Energieautarker Drehgeber

Der Sensor arbeitet ebenfalls mit magnetischen Domänen, die durch die zu überwachende Drehbewegung auf Bahnen verschoben werden und zum Erhalt der Information keine Energie benötigen. Dabei ist die Funktion nicht grundlegend verschieden von der bisherigen so genannten »Quadstruktur«:

Bei jeder Vierteldrehung verändert sich die Position der Domänen und somit auch die magnetische Orientierung in den Teilabschnitten der Sensorschicht (siehe Bild 1). Durch eine geeignete Kontaktierung der Struktur kann jetzt wieder über den GMR-Effekt der Magnetisierungszustand und somit die Umdrehungszahl ermittelt werden. Ordnet man fünf Schleifen mit einer jeweils teilerfremden Anzahl von Spitzen an, erreicht das gesamte System erst nach 3 x 4 x 5 x 7 x 11 = 4620 Umdrehungen wieder den Ausgangszustand, das entspricht mehr als 12 Bit. Fügt man eine weitere Schleife mit 13 Spitzen hinzu, erreicht man bei den Umdrehungen knapp 18 Bit. Eine Million Umdrehungen können mit einer weiteren Schleife mit 17 Spitzen gezählt werden. Bild 2 zeigt eine mögliche Realisierung eines GMR-Chips mit der Fläche 1,4 x 2,2 mm. Mit sechs teilerfremden Schleifen sind N = 3 x 5 x 7 x 9 x 11 x 13 = 45.045 Umdrehungen erfassbar.

Als kritisch hat sich die Bewegung der Domänenwand über die Spitzen erwiesen. Mittels mikromagnetischer Simulationen haben die Wissenschaftler daher eine optimale Geometrie ermittelt und die Domänenbewegung über die Spitze anschließend im Experiment bestätigt. Allerdings ist derzeit das realisierte magnetische Arbeitsfenster noch zu klein, um direkt in eine Produktumsetzung zu gehen. Weitere Arbeiten sind noch notwendig; sie werden von den Industriepartnern nach Auslauf des Förderprojektes weitergeführt und man darf auf die weiteren Resultate gespannt sein.

Die Projektpartner sind: AB Elektronik, FSG Fernsteuergeräte, IMSTec, IPHT, Kübler GmbH, Novotechnik und Sensitec GmbH sowie die Unterauftragnehmer AMIC GmbH und IZM Fraunhofer.