[發明專利]磁場傳感器

無效

• 申請號: 201310032510.2
• 申請日: 2013-01-28
• 公開（公告）號: CN103226000A
• 公開（公告）日: 2013-07-31
• 發明（設計）人: W·梅納特;T·泰爾
• 申請（專利權）人: W·梅納特;T·泰爾
• 主分類號: G01B7/30
• 分類號: G01B7/30;G01B7/00
• 代理公司: 北京金思港知識產權代理有限公司 11349
• 代理人: 邵毓琴

技術領域

本發明涉及在權利要求1的特征部分指出的類型的磁場傳感器。

背景技術

特別適合作為位置換能器的可能是旋轉位置傳感器，通過所述旋轉位置傳感器可以捕獲旋轉本體的角位置。為此，旋轉本體非旋轉性地附接至永磁體陣列或者與永磁體激勵陣列相聯接，所述永磁體激勵陣列的磁場使所述本體精確地重復旋轉。所述磁場的電流方向由三個霍爾元件檢測，所述三個霍爾元件位于相對于被監測本體的旋轉的固定位置。至少兩個近似周期性的測量信號從霍爾元件的輸出信號推導出，使這些測量信號相移以消除這兩個信號所固有的不確定性。

從EP?1?182?461?A1中已知適用于這種目的的磁場傳感器，在EP?1?182461?A1中，霍爾元件被形成并布置在半導體集成電路中，使得它們的有效表面位于與半導體IC的平面表面之一平行的公共表面內。在很多應用中，將永磁體激勵陣列定向成其磁化方向在與霍爾元件的那些有效表面之一平行的平面內移動，這對于結構因素而言是有利的。但是，為了確保它們的有效表面仍然被磁場的垂直分量穿過，至少一個鐵磁性材料偏轉本體被設想、成形和定位為使得從永磁體激勵陣列發射的一部分磁場線以垂直分量穿過所述表面（在沒有所述偏轉本體的情況下，磁場線將平行于霍爾元件的有效表面延伸）。

從前述公開物已知的磁場傳感器存在一些困難，因為對于特定角位置的精確測量，假定從霍爾元件的輸出信號推導出的至少兩個測量信號盡可能地近似正弦。

另外，必須基本消除磁場外部的干擾對測量信號的影響。為此，根據現有技術，將4個霍爾元件于半導體IC上以相反對連接成使得有用的磁場分量疊加在一起，同時互相彼此扣除干擾磁場分量。然而，干擾磁場分量只是在干擾磁場以相同強度和相同方向穿過每對的兩個霍爾元件時才是相等因而才相互彼此抵消。從這些理想條件的任何偏離，會保持有影響測量結果的干擾磁場部分，這可能增加霍爾元件的有效表面（或稱為作用表面）彼此定位的距離。

而且，在所述現有技術中，其中所述的作為場集中器的偏轉本體相對于霍爾元件需要盡可能精確和對稱地定位，因為需要將正弦/余弦信號作為測量信號。這基本上只能使用與IC制造兼容的技術通過將這種偏轉本體直接施加于IC表面來實現。

在這種情況下有利的是，適合應用的只有很少鐵磁性材料（15μm至30μm級的厚度的薄層）。然而，這么薄的鐵磁本體可能只具有平行于被偏轉磁場的方向的小尺寸，因為若非如此它們將很快變得飽和。

偏轉本體固定施加于集成電路表面（其相對于測量操作過程中的旋轉磁場是固定的）還具有的后果是出現恒定的逆磁化。關聯的滯后作用導致測量信號誤差，據認為通過具有低剩磁場強度的偏轉本體使這種誤差最小化。然而，即使是磁性玻璃（同樣只能制成薄層），也不能完全消除這些誤差。

由于所有這些原因，現有技術需要將霍爾元件于半導體IC上彼此盡可能近地定位；這樣的結果是它們只能捕獲磁場的非常小的區域，從而對磁場的不均質性特別敏感。另外，特別小的布置要求偏轉本體的材料具有高的相對導磁率μ_R以生成足夠高的集中在霍爾元件上的場強度。然而，對于相當的矯頑場強度，大的μ_R導致大的剩磁。

相比而言，本發明的目的是創造一種上述類型的其中所有這些問題都得到解決的磁場傳感器。

發明內容

為了實現該目的，本發明提供了在權利要求1中概括的特征。

根據本發明，所述磁場傳感器的兩個特征被省略，這兩個特征被認為在現有技術中是必不可少的，即：將偏轉本體直接定位在IC的表面上，這意味著必須借助于與IC技術兼容的過程來制造偏轉本體；以及在該表面上的霍爾元件之間的間隔極其小。

這在構造磁場傳感器方面產生了一系列有利的自由度。

所述偏轉本體可以被設計為不僅具有更大的面積，而且明顯比現有技術更厚，因而降低了快速飽和的危險。這允許使用更大并因而更強的永磁體，從而使得可以使用相比于現有技術具有明顯更低的相對導磁率μ_R的材料制造所述偏轉本體。

通過將與用于制造偏轉本體的IC技術兼容的過程的聯系切斷，可以使用更方便的材料，例如赫斯勒合金、鐵氧體或結合有塑料的鐵氧體，特別是那些具有低剩磁和低抗磁強度的材料，從而獲得低的磁滯誤差。鐵氧體還具有極其寶貴的優點，即它們的在2μm尺寸范圍內的研磨微粒是單獨的單個范圍顆粒，這些顆粒在磁體旋轉時通過它們固有的磁性結構僅產生磁滯噪音，這自然明顯小于否則出現剩磁中斷。這是使用“磁滯噪音”來表示單獨顆粒的剩磁中斷的統計學表現。