离轴磁场角度传感器制造技术

离轴磁场角度传感器。实施例涉及磁场角度感测系统和方法。在实施例中，一种被配置成确定绕轴线的磁场源的旋转位置的磁场角度感测系统包括：N个传感器设备，其布置在与轴线同心的圆周中，其中并且传感器设备沿着该圆周彼此间隔开大约（360/N）度，每个传感器设备包括具有包含磁场感测设备的至少一个参考方向的灵敏度平面的磁场感测设备，其中磁场感测设备对灵敏度平面中的磁场分量敏感并且被配置成提供与参考方向和灵敏度平面中的磁场之间的角度的（余）正弦相关的信号；以及电路，其耦合到N个传感器设备并且被配置成提供通过组合来自N个传感器设备的磁场感测设备的信号而确定的、指示绕轴线的磁场源的旋转位置的信号。

【技术实现步骤摘要】
离轴磁场角度传感器
本专利技术总体上涉及磁场传感器，并且更具体地涉及离轴（off-axis）磁场角度传感器。
技术介绍
磁场传感器可以用来感测轴或其它物体的旋转角度。例如，磁体可以安装在轴上使得其与轴一起旋转，并且可以将磁场传感器布置成接近磁体以便当磁体与轴一起旋转时感测由磁体感应的磁场。当紧接着或邻近轴，即离开轴的旋转轴线而安装磁场传感器时，该传感器可以被称为“离轴”磁场角度传感器。当轴的末端无法用作传感器的位置或者仅仅轴上不存在可用的空间时，经常实施离轴磁场角度传感器。在许多应用中，对于磁场角度传感器（包括离轴磁场角度传感器），可能存在对廉价且不复杂的同时相对于外部磁场和其它干扰也鲁棒（robust）、能够计及组装公差和与包括非均匀磁化的大的磁体在内的一系列磁体兼容的普遍偏好。于是，一些常规方法的缺点是要求具有传感器元件至少两个传感器衬底，该传感器元件具有相同磁灵敏度。所要求的匹配的磁灵敏度难以获得，并且与对多个传感器衬底的需求相组合生产起来更加昂贵。
技术实现思路
实施例涉及磁场角度感测系统和方法。在实施例中，一种被配置成确定绕旋转轴线的磁场源的旋转位置的磁场角度感测系统包括：N个传感器设备，其布置在与旋转轴线同心的圆周中，其中并且传感器设备沿着该圆周彼此间隔开大约（360/N）度，每个传感器设备包括具有包含磁场感测设备的至少一个参考方向的灵敏度平面的磁场感测设备，其中磁场感测设备对灵敏度平面中的磁场分量敏感并且被配置成提供与参考方向和灵敏度平面中的磁场之间的角度的（余）正弦相关的信号；以及电路，其耦合到N个传感器设备并且被配置成提供通过组合来自N个传感器设备的磁场感测设备的信号而确定的、指示绕旋转轴线的磁场源的旋转位置的信号。在另一实施例中，一种确定绕旋转轴线的磁场源的旋转位置的方法包括：将个传感器设备布置在与旋转轴线同心的圆周中，使得传感器设备沿着该圆周彼此间隔开大约（360/N）度；通过个传感器设备中的每一个的磁场感测设备来感测该磁场感测设备的参考方向与由磁场源感应的该磁场感测设备的灵敏度平面中的磁场之间的角度的（余）正弦，该灵敏度平面包括磁场感测设备的至少一个参考方向；提供与参考方向和灵敏度平面中的磁场之间的角度的（余）正弦相关的信号；以及通过组合来自个传感器设备的磁场感测设备的信号来提供指示绕旋转轴线的磁场源的旋转位置的信号。附图说明结合附图考虑下面对本专利技术的各种实施例的详细描述，可以更加完整地理解本专利技术，在附图中：图1是根据实施例的传感器系统的部分的俯视图。图2A是根据实施例的半桥电路的图。图2B是根据实施例的管芯（die）布置的框图。图2C是根据实施例的半桥电路配置的图。图2D是根据实施例的全桥电路的图。图3A是根据实施例的传感器系统的框图。图3B是根据实施例的传感器系统信号流的框图。图4A是根据实施例的传感器系统的示意性俯视图。图4B是根据实施例的传感器系统的示意性俯视图。图4C是根据实施例的传感器系统的示意性俯视图。图5A是根据实施例的传感器系统的侧视截面图。图5B是根据实施例的传感器系统的示意性俯视图。图5C是根据实施例的传感器系统的示意性俯视图。图5D是根据实施例的传感器系统的示意性俯视图。图6A是根据实施例的传感器系统的示意性俯视图。图6B是根据实施例的传感器系统的示意性俯视图。图7A是根据实施例的传感器系统的透视图。图7B是图7A的传感器系统的侧视截面图。图7C根据实施例的传感器系统的俯视图。图8A是根据实施例的传感器系统的透视图。图8B是图8A的传感器系统的侧视图。图9A是根据实施例的传感器系统封装的透视图。图9B是根据实施例的传感器系统封装的透视图。图10是根据实施例的传感器系统的透视图。虽然本专利技术服从各种修改和替换形式，但是其细节在附图中已经通过示例的方式被示出并且将被详细地描述。然而，应当理解，意图并非将本专利技术限制到所描述的特定实施例。相反，旨在覆盖落入如由所附的权利要求定义的本专利技术的精神和范围之内的所有修改、等同物和替换。具体实施方式实施例涉及磁场角度传感器、系统和方法。在实施例中，磁场角度传感器包括在旋转轴线周围可旋转的磁体和布置成离开（例如，不与之成一直线）但接近旋转轴线的至少一个磁场传感器元件。在实施例中，至少一个磁场传感器元件可以包括磁阻（XMR）传感器元件、霍尔效应传感器元件或一些其它的磁场传感器元件。参照图1，在俯视图中描绘了磁场角度感测系统100的实施例。系统100包括磁场源，诸如磁体110和至少一个传感器设备120。在实施例中，系统100包括个传感器设备，诸如在如本文下面更为详细地讨论的各种实施例中，或。尽管在图1的实施例中，至少一个传感器设备120布置在大于磁体110的半径的径向距离处，但是在其它实施例中，（多个）传感器设备120可以布置成比磁体110的半径更靠近旋转轴线。磁体110是在旋转轴线z的周围可旋转的，其延伸进入如图1中所描绘的页面并从其延伸出来。在实施例中，磁体110是关于z轴旋转对称的，诸如在所描绘的实施例中。磁体110可以是一般来说圆柱形的，但是在其它实施例中磁体110可以包括盘、圆环面（torus）、被截断的圆锥体、球体、旋转的椭圆体或一些其它旋转对称的形状。在又一些实施例中，磁体110可以是非旋转对称的并且包括例如块或其它形状，但是此类实施例可以具有相对于其它实施例而减小的准确度，然而其在一些情形或应用中可以是可接受的。在实施例中，磁体110被安装或以其它方式固定到轴（在图1中未示出），使得它与之一起旋转，其在实施例中可以是含铁的或无铁的，使得其磁导率μr可以从大约1变动到大约100000。在实施例中磁体110在直径上被磁化，诸如在图1中所指示的方向上，其与磁体110一起旋转。因此，在一个实施例中被如此磁化的磁体110所感应的磁场可以由下式描述：以及其中，振幅和可以具有不同的值和/或不同的符号，取决于测试点的径向位置R和轴向位置z，其为如图1中所图示的传感器设备120的位置。该测试点的角向坐标为。更一般地来说，磁体110可以具有根据下式的磁化：由此，是磁化矢量的幅度并且p是杆对（pairpole）的整数数目并可以是负的。对于，这提供了x方向上的直径的磁化。这个类型的磁化可以称为哈尔巴赫磁化，其可以产生具有对于角向坐标的正弦变化的磁场。如果周期（period）小于360°，则这些磁体仍然可以用于具有较小的角度范围的角度传感器。例如，对于，周期为180°并且此类磁体可以用于具有全范围小于或等于180°的角度传感器。在实施例中，至少一个传感器设备120可以包括一个或多个磁阻（MR）传感器元件、霍尔效应传感器元件或一些其它的合适的磁场传感器元件。在实施例中，传感器设备120包括至少一个强场MR传感器元件并且在各种实施例中可以包括各向异性磁阻器（AMR）、巨磁阻器（GMR）、隧穿磁阻器（TMR）和/或超巨磁阻器（CMR）。一般而言，MR是具有定义灵敏度平面并且远大于第三（厚度或深度）维度的两个横向维度的薄的结构。MR响应于磁场在该灵敏度平面中的投影或分量，即面内场。“强场”MR是电阻对于其而言是磁角度（即，面内磁场与平行于灵敏度平面的参考方向之间的角度）的余弦的函数的一个，并且至少在诸如大约10mT到大约200mT的宽范围中独本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种被配置成确定绕旋转轴线的磁场源的旋转位置的磁场角度感测系统，包括：N个传感器设备，其布置在与所述旋转轴线同心的圆周中，其中并且所述传感器设备沿着该圆周彼此间隔开大约（360/N）度，每个传感器设备包括：磁场感测设备，其具有包括该磁场感测设备的至少一个参考方向的灵敏度平面，其中所述磁场感测设备对该灵敏度平面中的磁场分量敏感并且被配置成提供与该参考方向和该灵敏度平面中的所述磁场之间的角度的（余）正弦相关的信号；以及电路，其耦合到所述N个传感器设备并且被配置成提供通过组合来自所述N个传感器设备的所述磁场感测设备的所述信号而确定的、指示绕所述旋转轴线的磁场源的旋转位置的信号。

【技术特征摘要】
2013.11.19 US 14/0836431.一种被配置成确定绕旋转轴线的磁场源的旋转位置的磁场角度感测系统，包括：N个传感器设备，其布置在与所述旋转轴线同心的圆周中，其中并且所述传感器设备沿着该圆周彼此间隔开360/N度，每个传感器设备包括：磁场感测设备，其具有包括该磁场感测设备的至少一个参考方向的灵敏度平面，其中所述磁场感测设备对该灵敏度平面中的磁场分量敏感并且被配置成提供与该参考方向和该灵敏度平面中的所述磁场之间的角度的正弦或余弦相关的信号；以及电路，其耦合到所述N个传感器设备并且被配置成提供通过组合来自所述N个传感器设备的所述磁场感测设备的所述信号而确定的、指示绕所述旋转轴线的磁场源的旋转位置的信号；其中所述电路被配置成作为所述组合的一部分而对所述信号进行预处理和平均，并且所述电路被配置成通过组合等于360度的整数倍与输入数据来对所述信号进行预处理以导致在所述N个传感器设备的相应一些的角度位置的单一顺时针或逆时针方向上至少一个单调上升或下降的值的序列。2.权利要求1所述的系统，其中所述磁场源包括具有哈尔巴赫磁化的永磁体。3.权利要求1所述的系统，其中所述N个传感器设备被布置在单管芯上。4.权利要求1所述的系统，其中所述磁场感测设备包括霍尔效应元件。5.权利要求1所述的系统，其中所述磁场感测设备包括磁阻元件。6.权利要求5所述的系统，其中所述磁场感测设备包括包含具有不同参考方向的两个磁阻元件的半桥电路。7.权利要求1所述的系统，其中所述N个传感器设备的每一个的所述磁场感测设备的所述灵敏度平面是平行的。8.一种被配置成确定绕旋转轴线的磁场源的旋转位置的磁场角度感测系统，包括：N个传感器设备，其布置在与所述旋转轴线同心的圆周中，其中并且所述传感器设备沿着该圆周彼此间隔开360/N度，每个传感器设备包括：磁场感测设备，其具有包括该磁场感测设备的至少一个参考方向的灵敏度平面，其中所述磁场感测设备对该灵敏度平面中的磁场分量敏感并且被配置成提供与该参考方向和该灵敏度平面中的所述磁场之间的角度的正弦或余弦相关的信号；以及电路，其耦合到所述N个传感器设备并且被配置成提供通过组合来自所述N个传感器设备的所述磁场感测设备的所述信号而确定的、指示绕所述旋转轴线的磁场源的旋转位置的信号；其中所述电路被配置成作为所述组合的一部分而对所述信号进行预处理和平均，并且所述电路被配置成通过将所述N个传感器设备的信号解释为复数指示器的坐标并且将该复数指示器旋转成对于所有N个传感器设备都相同的归一化的旋转位置来对所述信号进行预处理。9.权利要求1所述的系统，其中所...

【专利技术属性】
技术研发人员：U奥瑟莱希纳，M莫茨，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE