Bezszczotkowy silnik prądu stałego Rotor ma wbudowany magnes stały. W skład statora wchodzą cewki napędzające, sterowane dwoma hallotronami. Hallotrony rejestrują względne położenia rotora i poprzez tranzystory sterują prądami cewek. Prądy w statorze zmieniają się łagodnie. Silniki te posiadają szereg zalet: wydłużony czas życia (istotne tylko zużycie łożysk) niskie szumy brak iskrzenia Chętnie stosowane w urządzeniach HiFi.

Pomiar prędkości obrotowej Rotor ma wbudowane magnesy. Nieruchomy czujnik hallotronowy rejestruje pojawiające się zmiany pola magnetycznego a tym samym rejestrowany sygnał może być wykorzystany do określania ilości obrotów w jednostce czasu lub prędkości kątowej. Rysunek: Wikipedia/org/wiki/hallotron

Magnetorezystor Magnetorezystor wykazuje zależność rezystancji od pola magnetycznego. Wczesne lata rozwoju magnetorezystorów wiązały się z wykorzystaniem półprzewodników, np. InSb dla pól B > 2kGs. Obecnie wykorzystuje się zjawiska magnetorezystancyjne zachodzące w: metalach ferromagnetycznych (efekt Thomsona) zwany również efektem AMR (anisotropic magnetoresistance), warstwowych strukturach magnetycznych (efekt GMR – giant magnetoresistance) magnetycznych złączach tunelowych (MTJ – magnetic tunnel junction) Elementy AMR wchodzą w użycie wraz z rozwojem technologii cienkowarstwowych. Stosuje się stopy: Ni Fe Ni Co Ni Fe Co Zmiana rezystancji w funkcji pola magnetycznego zależy od kąta jaki tworzy kierunek prądu z osią anizotropii magnet. (oś łatwego magnesowania).

Magnetorezystor AMR Praktyczne rozwiązanie czujnika MR Dla ε = ± 45° zależność kwaziliniowa Praktyczne rozwiązanie czujnika MR Paski metaliczne wymuszają kierunek przepływu prądu. Czujnik BARBER-POLE firmy PHILIPS. Charakterystyka w przybliżeniu liniowa.

(giant magnetoresistance) Gigantyczna magnetorezystancja GMR (giant magnetoresistance) Jest to gwałtowny spadek rezystancji w obecności pola magnetycznego w strukturze wielowarstwowej, gdzie warstwy magnetyczne ( Fe, Co ) przedzielone są warstwami niemagnetycznymi ( Cu, Ag ) ( Baibich 1988). Rozpraszanie elektronu w zal. od kierunku spinu względem wektora namagnesowania M a – spin w górę, b – spin w dół

GMR W praktyce wytwarza się supersieci Chrakterystyka supersieci GMR [Co (1.1nm) Cu(0.9nm)] · 100 Wytwarzając strukturę w postaci tzw. zaworu spinowego uzyskuje się czułości dla małych pól magnetycznych.

GMR IBM Almaden Res. Center

Magnetyczne złącza tunelowe (Magnetic Tunnel Junction MTJ) Dwie feromagnetyczne elektrody CoFeB oddzielone są tunelową warstwą izolatora MgO. Prąd płynie prostopadle do złącza. Przy antyrównoległych orientacjach warstwy swobodnej (górnej) i zamocowanej (dolnej) występuje wysoka rezystancja (IrMn – warstwa powodująca zamocowanie). Przemagnesowanie warstwy górnej do orientacji równoległej daje spadek rezystancji. CR Magnetics Inc.

MTJ – mechanizm zjawiska Elektrony spin-up to te o orientacji spinu równoległej do zew. pola magnetycznego, podczas gdy spin-down to elektrony o orientacji antyrównoległej w stos. do zew. pola mag. Dla złącza bez polaryzacji elektrony tunelują w obu kierunkach z równymi prędkościami. Po przyłożeniu napięcia U, elektrony tunelują przeważająco w kierunku dodatniej elektrody. Zakładając, że spin podczas tunelowania jest zachowany, prąd można opisać stosując model dwuprądowy. Prąd całkowity dzieli się na dwa prądy cząstkowe, jeden dla elektronów spin-up i drugi dla elektronów spin-down. Prądy te zmieniają się w zależności od magnetycznego stanu złącz. 9 9

Czujnik MTJ Micro Magnetics STJ-001 mikrosensor magnetyczny wysokiej czułości w formie kształtki sensorowej. Powierzchnia aktywna ma wymiar 1x2 mikrometra Kształtka to kwadrat o boku 1.9 mm i grubości 300 mm. Posiada 4 złote pola kontaktowe do bondingu, umożliwiające 4-punktowy pomiar rezystancji. Czułość magnetyczna STJ-001 to 5 nT, co jest 10 tys. razy mniejsze niż pole magnet. Ziemi.

Zastosowania czujników MR Głowica odczytowa w napędzie dyskowym Zasada działania magnetorezystancyjnej głowicy odczytowej. Istotne są zmiany strumienia w kierunku prostopadłym do powierzchni nośnika.

Napęd dyskowy IBM Almaden Res. Center

Zastosowania czujników MR Głowica odczytowa w napędzie dyskowym Zalety głowicy MR w stosunku do głowic indukcyjnych: niezależność sygnału od szybkości przesuwu taśmy większa czułość, a zatem większa gęstość zapisu Głowice te nie mogą jednak spełnić jednocześnie roli głowicy zapisującej (indukcyjnej) Pierwsza głowica z czujnikiem MR – 1970r. Głowice do odczytu taśm, IBM –1985r. Obecnie wszystkie głowice do twardych dysków wykorzystują elementy MR do odczytu.

Głowica odczytowa w napędzie dyskowym – HD Tunnel Reader Pierwszy egzemplarz 120 GB 2.5-in Seagate Momentus II wysokiej pojemności napęd z elementem odczytowym MTJ.

Zastosowania czujników MR Bezstykowe pomiary prądu DC i AC, transformowanie prądów stałych Wykrywanie zmian położenia i obrotu materiałów magnetycznych Busole cyfrowe Czytniki kart kredytowych Wykrywanie wad montażu i defektów w strukturach półprzewodnikowych Pamięci MRAM

Izolacja galwaniczna transformator prądu stałego sumator dwóch prądów

Układ identyfikacji monet W trakcie przemieszczania monety w polu cewki indukują się prądy wirowe. Mierzone jest przesunięcie fazowe między sygnałem cewki i magnetorezystora, charakterystyczne dla danego rodzaju monety, a niezależne od szybkości przemieszczania monety.

Układ ABS z czujnikami MR Przy tendencji poślizgowej układ elektroniczny oraz hydrauliczny wpływają na odpowiednie hamulce.

Zastosowanie magnetorezystorów MTJ defekty połączeń w mikrostrukturach

Zastosowanie magnetorezystorów MTJ Wady montażu

Czujniki magnetoelastyczne Zmiana własności magnetycznych pod wpływem oddziaływań mechanicznych Naprężenie σ obraca magnetyzację MS o kąt θ względem pola magnetycznego H. Z warunku minimum energii (dla θ<< θ0): Optymalny przypadek: θ0 = 450, H - małe Miarą momentu skręcającego FR dla pręta zamocowanego jednostronnie jest kąt skręcenia θ

Pomiar momentu skręcającego z użyciem czujnika magnetoelastycznego w formie cylindra Przy braku naprężenia (moment skręcający M = 0), nie ma sprzężenia między cewkami Po przyłożeniu momentu skręcającego M pojawia się napięcie wyjściowe Uwyj = kM