[發明專利]包含具有基本正方形面的磁體的角度測量系統

有效

• 申請號: 201210247264.8
• 申請日: 2012-06-08
• 公開（公告）號: CN102818517A
• 公開（公告）日: 2012-12-12
• 發明（設計）人: J·W·斯特林
• 申請（專利權）人: 英飛凌科技股份有限公司
• 主分類號: G01B7/30
• 分類號: G01B7/30
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 王岳;劉春元

背景技術

磁場方向傳感器，諸如巨磁阻(GMR)或各向異性磁阻(AMR)傳感器，例如被用于各種各樣的應用中。圖1A-1B示出了磁場方向傳感器100(例如，GMR傳感器)在不同磁場下如何表現。該磁場方向傳感器100包括夾在第一和第二鐵磁合金層104，106之間的非磁性導電中間層102(例如，超薄銅層)。人工的反鐵磁層107設置于第二鐵磁合金層106下。還可以包括另外的層。如下面將更加詳細了解的那樣，該磁場方向傳感器100的電阻根據施加到傳感器100的磁場的幅度和方向而變化。

圖1A示出了無外部磁場施加到傳感器100的情形。在這種情形下，由于反鐵磁耦合，第一和第二合金層104，106的磁矩朝著相反的方向(參見箭頭108，110)，并且試圖通過傳感器100的電流112遇到大的電阻。

與之相反，在圖1B中施加如箭頭114所示的外部磁場以克服反鐵磁耦合。在第一和第二合金層104，106內；這個磁場114傾向于對齊(align)磁矩，如箭頭116，118所示。因此，相對于圖1A，圖1B中試圖通過傳感器100的電流120遇到小的電阻。因此，通過監測該傳感器100的電阻，可以估算磁場(例如114)的幅度和/或方向。

GMR/AMR傳感器的感興趣的一種特定應用是確定旋轉軸的角位置。在傳統的解決方案中，可以把有時稱為“鈕扣(button)”磁體的永磁體安裝到旋轉軸的端部以便位于軸的旋轉軸線中心。圖2A-2C示出了這種鈕扣磁體202在它旋轉時的頂視圖，其中磁場方向傳感器200(例如，GMR或AMR)位于其上以便當鈕扣磁體202旋轉到其下時保持靜止。在鈕扣磁體202的界限內，磁場線204是直的并且彼此平行。當軸(并且由此鈕扣磁體202)旋轉時，通過傳感器200的磁場線204的方向相應地變化。例如，在圖2A(例如，0°角位置)中磁場線204傾向于對齊傳感器200中一些層的磁矩，從而在傳感器200中產生低電阻狀態。然而，當磁場線204旋轉時(圖2B-90°角位置，圖2C-180°角位置)它們不再如此強有力地對齊磁矩，并且傳感器200的電阻可能成比例地增加。由于傳感器200的電阻根據通過該處的磁場線204的方向性而變化，控制器(未示出)可以隨時間測量傳感器200的電阻以及持續地將任何給定時間處的電阻與相應的磁場方向相關。這樣，該控制器可以在軸旋轉時確定該軸的旋轉角度。在其它情形中，角度計算由包含在傳感器制造過程中的智能狀態機和固件完成。最終如何計算角度取決于傳感器集成水平。

不幸的是，在許多應用中，例如由于空間顧慮或者由于某一其它部件需要安裝到軸的端部，在旋轉軸的端部上安裝圓形鈕扣磁體是不可行的。例如，在交通工具中，電動驅動馬達軸的兩端可以用來驅動兩個獨立系統，從而在軸端部沒有給磁體和傳感器留下通路。

因此，需要改進的角度感測技術，其中沿軸的長度而不是在軸的端部設置角度傳感器。

附圖說明

圖1A-1B是描述磁場方向傳感器可以如何操作的一個示例的等距圖。

圖2A-2C是安裝在旋轉軸頂端的傳統鈕扣磁體的頂視圖。

圖3A-3B分別為圍繞可旋轉軸徑向安裝的遭受一些缺點的環形磁體的側視圖和頂視圖。

圖4A-4B分別為根據一些實施例的圍繞可旋轉軸安裝的正方形磁體的側視圖和頂視圖。

圖5A-5B分別為根據一些實施例的圍繞可旋轉軸安裝的具有圓角的正方形磁體的側視圖和頂視圖。

圖6A-6B為根據一些實施例的具有圓角的正方形磁體的側視圖和頂視圖。

圖7是示出根據一些實施例的GMR或AMR角度傳感器的一個實施例的框圖。

圖8是示出根據一些實施例的GMR感測陣列的一個實施例的框圖。

具體實施方式

現在參考附圖來描述所要求保護的主題，其中貫穿全文相同的附圖標記用于表示相同的元件。在以下的描述中，出于解釋的目的，闡明了許多具體細節以便提供對所要求保護的主題的徹底理解。然而，可以顯而易見的是，沒有這些具體細節，仍可以實施所要求保護的主題。

本公開的多個方面涉及用于測量旋轉軸的角位置的技術。如下面將更加詳細描述的那樣，本公開的一些實施例包含圍繞軸的軸向長度徑向或周向安裝的磁體。該磁體包括第一和第二面表面，每個面表面基本為正方形。將了解的是，本公開上下文中的“基本正方形”可以意指實際正方形或者近似正方形(例如，具有圓角的正方形)。通過針對旋轉軸應用包含具有通孔的基本正方形磁體，可以進行相對于先前實施方式更加準確的角度測量。