Sensor magnetorresistivo.La invención describe un sensor (1) de posición magnetorresistivo,

que comprende al menos una pista (2) magnetorresistiva que permite detectar cambios de posición de un elemento (3) generador de campo magnético, donde el material magnetorresistivo que forma la pista (2) magnetorresistiva comprende micropartículas (4) metálicas embebidas en una matriz (5) polimérica

Sensor magnetorresistivo.

Objeto de la invención

La presente invención está dirigida a un sensor de posición fabricado empleando un novedoso material magnetorresistivo que tiene unas propiedades mecánicas, eléctricas y magnéticas ventajosas y no conseguidas hasta ahora.

Antecedentes de la invención

El efecto magnetorresistivo consiste en el cambio de la resistividad eléctrica de un material debido a la variación del campo magnético al que está sometido. En la actualidad son conocidos los sensores y transductores de posición basados en el efecto magnetorresistivo, que son, junto con los sensores de efecto Hall, las principales alternativas a los tradicionales sensores y transductores de posición basados en contactos mecánicos entre un elemento resistivo y un cursor, o en general entre una parte móvil y otra fija. La principal ventaja de los sensores magnetorresistivos es la ausencia de contactos mecánicos entre elemento activo y estímulo externo, de modo que se evita el desgaste mecánico del sensor, incrementando su vida útil y su fiabilidad. La vida útil y la fiabilidad son características clave en sectores como la automoción, ya que los vehículos requieren cada vez un número mayor de sensores de máxima duración y fiabilidad.

La construcción de sensores de este tipo requiere la deposición de un material magnetorresistivo sobre un substrato. Actualmente se conocen materiales magnetorresistivos granulares nanoestructurados, que están basados en nanopartículas magnéticas embebidas en una matriz metálica, aislante, semiconductora o polimérica. Sin embargo, hasta el momento no ha sido posible conseguir materiales magnetorresistivos basados en nanopartículas que tengan al mismo tiempo una resistencia adecuada para la fabricación de sensores de posición (del orden de KOhms) y una respuesta magneto resistiva suficiente a temperatura ambiente (ante campos magnéticos del orden de 10² Oe la variación de la resistencia es sólo de 0.002%/Oe).

Descripción de la invención

En el presente documento, el término "sensor de posición" se debe interpretar de un modo amplio, incluyendo en general cualquier sensor cuyo funcionamiento está basado en detectar el cambio en la resistencia de una pista de material magnetorresistivo ante la variación de posición de un elemento generador de campo magnético. Por ejemplo, se incluyen sensores angulares y lineales, analógicos y digitales, tanto de posición como de desplazamiento, de proximidad, de presencia, interruptores y codificadores. También pertenecen al ámbito de esta invención los sensores de medida de variables dinámicas, como son sensores de velocidad, frecuencia y tiempo.

La presente invención describe un novedoso sensor de posición fabricado un material magnetorresistivo que soluciona la problemática descrita. Hasta ahora todos los intentos de crear materiales magnetorresistivos adecuados para sensores de posición estaban dirigidos a partículas magnéticas de tamaño nanométrico, ya que es únicamente en esa escala de tamaños donde se encuentran partículas monodominio magnético. Sin embargo, en contra de dicha opinión establecida en este campo de la técnica, los inventores de la presente solicitud han descubierto que un material formado por micropartículas metálicas en lugar de nanopartículas presenta elevados valores de magnetorresistencia, adecuados para la fabricación de sensores de posición. El elevado valor de la magnetorresistencia de este material se debe a la aparición de una capa de óxido superficial sobre las micropartículas metálicas, que afecta tanto a su conductividad como a su magnetorresistencia. Dos posibles mecanismos son los responsables de los elevados valores de magnetorresistencia observados.

El primero de ellos está relacionado con el principio de magnetoresistencia balística en sistemas con múltiples nanocontactos, BMR (acrónimo del inglés Ballistic Magnetoresistance). El efecto BMR se observa en nanocontactos, obteniéndose valores de magnetorresistencia de hasta 40000%, que suponen los mayores valores de magnetorresistencia jamás conseguidos. Sin embargo, la implementación de este fenómeno a sistemas reales de interés comercial no se ha podido llevar a cabo debido a la dificultad técnica para su procesado y su baja estabilidad. Los sistemas referidos como BMR en multinanocontactos hasta la fecha tampoco se han podido aplicar a sistemas reales por carecer de una estabilidad y reproducibilidad mínimas necesarias para su explotación industrial.

En segundo lugar, el efecto magnetorresistivo observado puede estar relacionado con la magnetorresistencia en sistemas granulares. Si bien la presente invención emplea partículas de la escala de micras en vez de nanómetros, el recubrimiento de óxido de las micropartículas introduce la escala nanométrica en el material.

El empleo de un material magnetorresistivo basado en micropartículas metálicas en la fabricación de sensores de posición presenta, entre otras, las siguientes ventajas:

- Disminución del coste de las partículas: Es técnicamente más sencillo producir partículas de tamaño micrométrico que nanométrico, por lo cual existe una mayor oferta a precios más bajos.

- Simplificación del proceso de fabricación del sensor: El proceso de dispersión de las micropartículas metálicas en la matriz se hace más sencillo. Además, al presentar menos superficie relativa la reactividad de las micropartículas no es tan el elevada como en el caso de micropartículas siendo por lo tanto menos exigentes en el control de atmósferas para su manipulación y procesado.

- Mayor flexibilidad en la formulación del material magnetorresistivo: Es posible aumentar la concentración de micropartículas en la matriz, lo cual permite alcanzar valores resistivos más adecuados con respuestas magnetoresistivas interesantes.

Así, un primer aspecto de la invención describe un sensor de posición que comprende una pista magnetorresistiva que permite detectar cambios de posición de un elemento generador de campo magnético, donde el material magnetorresistivo que forma la pista comprende micropartículas metálicas embebidas en una matriz polimérica. Preferentemente, el elemento generador de campo magnético es un imán permanente, aunque sería también posible emplear electroimanes, bobinas, etc.

En particular, se ha comprobado que un material magnetorresistivo compuesto por una matriz polimérica con micropartículas de hierro proporciona los mejores resultados, consiguiéndose resistencias de las pistas magnetorresistivas del orden de 10²-10⁴ Ohms, rango de interés para la gran mayoría de aplicaciones de sensores magnetorresistivos.

En cuando a la concentración de micropartículas, ésta debe ser suficientemente elevada para asegurar percolación, es decir permitir la conducción eléctrica a través de caminos formados por las micropartículas dispersas en el material. La percolación depende fundamentalmente de las formas y tamaños de las micropartículas, marcando un límite inferior de concentración de micropartículas en la matriz. Por otro lado, la procesabilidad y estabilidad mecánica del material magnetorresistivo imponen un límite superior para la concentración de micropartículas. Así, en el caso de emplear micropartículas de hierro se ha descubierto que micropartículas de entre 1 micras y 25 micras de tamaño medio, más preferiblemente entre 8 micras y 12 micras, en una concentración en peso de entre el 80% y el 95%, más preferiblemente entre el 91% y el 94%, es buen compromiso entre propiedades magnetorresistivas, de trasporte eléctrico, mecánicas y de procesabilidad. Las micropartículas de la presente invención pueden ser de diferentes formas, bien esféricas, con forma de placas, de copos, etc.

Un segundo aspecto de la invención describe un procedimiento de fabricación de un sensor de posición magnetorresistivo que comprende una pista magnetorresistiva que permite detectar cambios de posición de un elemento generador de campo magnético, comprendiendo el procedimiento las siguientes operaciones:

1) Agregar micropartículas metálicas a una matriz polimérica fundida o disuelta. Además de las micropartículas metálicas (material, tamaño, forma) y, en su caso, del disolvente, se pueden añadir a la matriz polimérica otros componentes conocidos en la técnica, como por ejemplo catalizadores, endurecedores, agentes humectantes, otras cargas, etc. Esto permite modular las propiedades físico-químicas del material magnetorresistivo... [Seguir leyendo]

1. Sensor (1) de posición magnetorresistivo, que comprende al menos una pista (2) magnetorresistiva que permite detectar cambios de posición de un elemento (3) generador de campo magnético, caracterizado porque el material magnetorresistivo que forma la pista (2) magnetorresistiva comprende micropartículas (4) metálicas embebidas en una matriz (5) polimérica.

2. Sensor (1) de posición de acuerdo con la reivindicación 1, donde las micropartículas (4) metálicas son de hierro.

3. Sensor (1) de posición de acuerdo con la reivindicación 2, donde el tamaño medio de las micropartículas (4) de hierro está entre 1 micras y 25 micras, siendo el porcentaje en peso de hierro del material magnetorresistivo de entre el 80% y el 95%.

4. Sensor (1) de posición de acuerdo con la reivindicación 3, donde el tamaño medio de las micropartículas (4) de hierro está entre 8 micras y 12 micras.

5. Sensor (1) de posición de acuerdo con la reivindicación 3, donde el porcentaje en peso de hierro está entre el 91% y el 94%.

6. Sensor (1) de posición de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el elemento (3) generador de campo magnético es un imán permanente.

7. Sensor (1) de posición de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde las micropartículas (4) son esféricas.

8. Procedimiento de fabricación de un sensor (1) de posición magnetorresistivo que comprende una pista (2) magnetorresistiva que permite detectar cambios de posición de un elemento (3) generador de campo magnético, caracterizado porque comprende las siguientes operaciones:

agregar micropartículas (4) metálicas a una matriz (5) polimérica fundida o disuelta;

dispersar las micropartículas (4) metálicas en la matriz (5) polimérica, formándose un material magnetorresistivo;

aplicar una capa de material magnetorresistivo sobre un sustrato del sensor (1) para formar la pista (2) magnetorresistiva; y

secar el material magnetorresistivo que forma dicha pista (2) magnetorresistiva.

9. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 8, que además comprende la operación de curar el material magnetorresistivo que forma la pista (2) magnetorresistiva.