[發明專利]用于旋轉角測量的磁場傳感器系統和方法

有效

• 申請號: 201910795180.X
• 申請日: 2019-08-26
• 公開（公告）號: CN110864619B
• 公開（公告）日: 2023-10-24
• 發明（設計）人: 斯特凡·馬勞斯卡;艾德溫·沙彭頓克;約爾格·科克;丹尼斯·赫爾姆博爾特;拉爾夫·范奧騰;亞普·魯伊戈羅克
• 申請（專利權）人: 恩智浦有限公司
• 主分類號: G01B7/30
• 分類號: G01B7/30;G01R33/09
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 紀雯

一種系統包括具有旋轉軸的磁體，所述磁體被配置成產生磁場。所述系統另外包括多個磁阻傳感器元件，所述磁阻傳感器元件中的每一個具有磁性自由層，所述磁性自由層被配置成在所述磁性自由層中生成渦流磁化圖案，且所述磁阻傳感器元件被配置成響應于所述磁場而產生輸出信號。可使用所述多個輸出信號確定所述磁體所耦合到的旋轉元件的旋轉角。

技術領域

本發明大體上涉及一種磁場傳感器系統。更具體地說，本發明涉及一種并有磁阻傳感器的系統，所述磁阻傳感器的自由層處于渦流磁疇狀態以用于旋轉角測量。

背景技術

用于測量旋轉角或角位置的角傳感器實施于大量汽車和工業應用中。舉例來說，在汽車行業中，角傳感器可用于閥門控制、踏板位置感測、方向盤位置感測、油門位置感測、電動機軸位置感測和多個其它用途。通常，磁場傳感器是優選的，這是因為其非接觸式測量使其不受機械磨損的影響。在這些應用中，測量安裝在移動零件上的磁體的磁場的方向改變。磁場不受碎片和其它非磁性材料阻礙。一些磁場傳感器基于磁阻效應，其中材料傾向于響應于外部施加的磁場而改變其電阻的值。磁阻裝置包括例如各向異性磁阻(AMR)技術、巨磁阻(GMR)技術、隧道磁阻(TMR)技術，等。

發明內容

根據本發明的第一方面，提供一種系統，包括：

具有旋轉軸的磁體，所述磁體被配置成產生磁場；以及

多個磁阻傳感器元件，所述磁阻傳感器元件中的每一個具有磁性自由層，所述磁性自由層被配置成在所述磁性自由層中生成渦流磁化圖案，且所述磁阻傳感器元件被配置成響應于所述磁場而產生輸出信號。

在一個或多個實施例中，所述磁體被配置成產生所述磁場，所述磁場具有彼此正交布置的第一平面內磁場分量和第二平面內磁場分量，所述第一平面內磁場分量具有V阱形磁場分布。

在一個或多個實施例中，所述磁體被進一步配置成產生具有基本上恒定的磁場分布的所述第二平面內磁場分量。

在一個或多個實施例中，所述磁體包括相對于所述磁體的表面在單個方向上定向的交替的第一線性區部和第二線性區部，所述第一線性區部具有垂直于所述磁體的所述表面定向的第一磁場方向，且所述第二線性區部具有垂直于所述磁體的所述表面定向的第二磁場方向，所述第一磁場方向與所述第二磁場方向彼此方向相反。

在一個或多個實施例中，所述系統進一步包括處理電路，所述處理電路被配置成從所述磁阻傳感器元件接收所述輸出信號，并使用對應于所述多個磁阻傳感器元件的多個輸出信號來確定所述磁體的旋轉角，所述旋轉角具有圍繞所述旋轉軸0到360度的范圍。

在一個或多個實施例中，所述磁阻傳感器元件包括隧道磁阻(TMR)傳感器元件。

在一個或多個實施例中，所述多個磁阻傳感器元件包括：

第一磁阻傳感器元件、第二磁阻傳感器元件、第三磁阻傳感器元件和第四磁阻傳感器元件，這些磁阻傳感器元件布置在沿著圍繞所述磁體的所述旋轉軸的圓形路徑的四個位置處，所述第一磁阻傳感器元件和第三磁阻傳感器元件沿著所述圓形路徑彼此在直徑方向上相對，且所述第二磁阻傳感器元件和所述第四磁阻傳感器元件沿著所述圓形路徑彼此在直徑方向上相對；以及

第五磁阻傳感器元件和第六磁阻傳感器元件，其布置在所述圓形路徑的中心位置處，所述第一磁阻傳感器元件和所述第五磁阻傳感器元件形成第一梯度單元，所述第三磁阻傳感器元件和所述第五磁阻傳感器元件形成第二梯度單元，所述第二磁阻傳感器元件和所述第六磁阻傳感器元件形成第三梯度單元，且所述第四磁阻傳感器元件和所述第六磁阻傳感器元件形成第四梯度單元。

在一個或多個實施例中，所述第一磁阻傳感器元件、所述第二磁阻傳感器元件、所述第三磁阻傳感器元件和所述第四磁阻傳感器元件圍繞所述圓形路徑彼此等距地間隔開。