用于旋转角测量的磁场传感器系统和方法技术方案

一种系统包括具有旋转轴的磁体，所述磁体被配置成产生磁场。所述系统另外包括多个磁阻传感器元件，所述磁阻传感器元件中的每一个具有磁性自由层，所述磁性自由层被配置成在所述磁性自由层中生成涡流磁化图案，且所述磁阻传感器元件被配置成响应于所述磁场而产生输出信号。可使用所述多个输出信号确定所述磁体所耦合到的旋转元件的旋转角。

Magnetic field sensor system and method for measuring rotation angle

【技术实现步骤摘要】
用于旋转角测量的磁场传感器系统和方法
本专利技术大体上涉及一种磁场传感器系统。更具体地说，本专利技术涉及一种并有磁阻传感器的系统，所述磁阻传感器的自由层处于涡流磁畴状态以用于旋转角测量。
技术介绍
用于测量旋转角或角位置的角传感器实施于大量汽车和工业应用中。举例来说，在汽车行业中，角传感器可用于阀门控制、踏板位置感测、方向盘位置感测、油门位置感测、电动机轴位置感测和多个其它用途。通常，磁场传感器是优选的，这是因为其非接触式测量使其不受机械磨损的影响。在这些应用中，测量安装在移动零件上的磁体的磁场的方向改变。磁场不受碎片和其它非磁性材料阻碍。一些磁场传感器基于磁阻效应，其中材料倾向于响应于外部施加的磁场而改变其电阻的值。磁阻装置包括例如各向异性磁阻(AMR)技术、巨磁阻(GMR)技术、隧道磁阻(TMR)技术，等。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提供一种系统，包括：具有旋转轴的磁体，所述磁体被配置成产生磁场；以及多个磁阻传感器元件，所述磁阻传感器元件中的每一个具有磁性自由层，所述磁性自由层被配置成在所述磁性自由层中生成涡流磁化图案，且所述磁阻传感器元件被配置成响应于所述磁场而产生输出信号。在一个或多个实施例中，所述磁体被配置成产生所述磁场，所述磁场具有彼此正交布置的第一平面内磁场分量和第二平面内磁场分量，所述第一平面内磁场分量具有V阱形磁场分布。在一个或多个实施例中，所述磁体被进一步配置成产生具有基本上恒定的磁场分布的所述第二平面内磁场分量。在一个或多个实施例中，所述磁体包括相对于所述磁体的表面在单个方向上定向的交替的第一线性区部和第二线性区部，所述第一线性区部具有垂直于所述磁体的所述表面定向的第一磁场方向，且所述第二线性区部具有垂直于所述磁体的所述表面定向的第二磁场方向，所述第一磁场方向与所述第二磁场方向彼此方向相反。在一个或多个实施例中，所述系统进一步包括处理电路，所述处理电路被配置成从所述磁阻传感器元件接收所述输出信号，并使用对应于所述多个磁阻传感器元件的多个输出信号来确定所述磁体的旋转角，所述旋转角具有围绕所述旋转轴0到360度的范围。在一个或多个实施例中，所述磁阻传感器元件包括隧道磁阻(TMR)传感器元件。在一个或多个实施例中，所述多个磁阻传感器元件包括：第一磁阻传感器元件、第二磁阻传感器元件、第三磁阻传感器元件和第四磁阻传感器元件，这些磁阻传感器元件布置在沿着围绕所述磁体的所述旋转轴的圆形路径的四个位置处，所述第一磁阻传感器元件和第三磁阻传感器元件沿着所述圆形路径彼此在直径方向上相对，且所述第二磁阻传感器元件和所述第四磁阻传感器元件沿着所述圆形路径彼此在直径方向上相对；以及第五磁阻传感器元件和第六磁阻传感器元件，其布置在所述圆形路径的中心位置处，所述第一磁阻传感器元件和所述第五磁阻传感器元件形成第一梯度单元，所述第三磁阻传感器元件和所述第五磁阻传感器元件形成第二梯度单元，所述第二磁阻传感器元件和所述第六磁阻传感器元件形成第三梯度单元，且所述第四磁阻传感器元件和所述第六磁阻传感器元件形成第四梯度单元。在一个或多个实施例中，所述第一磁阻传感器元件、所述第二磁阻传感器元件、所述第三磁阻传感器元件和所述第四磁阻传感器元件围绕所述圆形路径彼此等距地间隔开。在一个或多个实施例中，所述第一磁阻传感器元件、所述第三磁阻传感器元件和所述第五磁阻传感器元件具有第一灵敏轴，其相对于所述第二磁阻传感器元件、所述第四磁阻传感器元件和所述第六磁阻传感器元件的第二灵敏轴旋转90度。在一个或多个实施例中，所述第五磁阻传感器元件和所述第六磁阻传感器元件在所述圆形路径的所述中心位置处以堆叠、交错或邻近关系布置。在一个或多个实施例中，所述多个磁阻传感器元件包括：第一组磁阻传感器元件，其布置在沿着围绕所述磁体的所述旋转轴的第一圆形路径的多个位置处，所述第一圆形路径的特征在于第一半径；以及第二组磁阻传感器元件，其布置在沿着围绕所述磁体的所述旋转轴的第二圆形路径的多个位置处，所述第二圆形路径的特征在于大于所述第一半径的第二半径。在一个或多个实施例中，所述第一组的所述磁阻传感器元件围绕所述第一圆形路径彼此等距地间隔开；且所述第二组的所述磁阻传感器元件围绕所述第二圆形路径彼此等距地间隔开。在一个或多个实施例中，所述第一组的所述磁阻传感器元件与所述第二组的所述磁阻传感器元件的对应磁阻传感器元件径向对准，以产生多个传感器对，所述多个传感器对形成多个梯度单元；且所述系统进一步包括电耦合到所述第一组磁阻传感器元件和所述第二组磁阻传感器元件的处理电路，其中所述处理电路被配置成产生差分输出信号，所述差分输出信号中的每一个是每个梯度单元内所述传感器对的所述磁阻传感器元件的所述输出信号之间的差值。在一个或多个实施例中，对于所述梯度单元中的每一个，所述传感器对的所述磁阻传感器元件中的每一个具有相同灵敏轴。根据本专利技术的第二方面，提供一种系统，包括：具有旋转轴的磁体，所述磁体被配置成产生磁场，所述磁场具有彼此正交布置的第一平面内磁场分量和第二平面内磁场分量，所述第一平面内磁场分量具有V阱形磁场分布，且所述第二平面内磁场分量具有基本上恒定的磁场分布；以及多个隧道磁阻(TMR)传感器元件，所述TMR传感器元件中的每一个具有磁性自由层，所述磁性自由层被配置成在所述磁性自由层中生成涡流磁化图案，且所述TMR传感器元件被配置成响应于所述磁场而产生输出信号。在一个或多个实施例中，所述磁体包括相对于所述磁体的表面在单个方向上定向的交替的第一线性区部和第二线性区部，所述第一线性区部具有垂直于所述磁体的所述表面定向的第一磁场方向，且所述第二线性区部具有垂直于所述磁体的所述表面定向的第二磁场方向，所述第二磁场方向与所述第一磁场方向相反。在一个或多个实施例中，所述系统进一步包括处理电路，所述处理电路被配置成从所述TMR传感器元件接收所述输出信号，并使用对应于所述多个TMR传感器元件的多个输出信号确定所述磁体的旋转角，所述旋转角具有围绕所述旋转轴的0到360度的范围。在一个或多个实施例中，所述多个TMR传感器元件包括：第一TMR传感器元件、第二TMR传感器元件、第三TMR传感器元件和第四TMR传感器元件，这些磁阻传感器元件布置在沿着围绕所述磁体的所述旋转轴的圆形路径的四个位置处，所述第一TMR传感器元件和所述第三TMR传感器元件沿着所述圆形路径彼此在直径方向上相对，且所述第二TMR传感器元件和所述第四TMR传感器元件沿着所述圆形路径彼此在直径方向上相对；以及第五TMR传感器元件和第六TMR传感器元件，其布置在所述圆形路径的中心位置处，所述第一TMR传感器元件和所述第五TMR传感器元件形成第一梯度单元，所述第三TMR传感器元件和所述第五TMR传感器元件形成第二梯度单元，所述第二TMR传感器元件和所述第六TMR传感器元件形成第三梯度单元，且所述第四TMR传感器元件和所述第六TMR传感器元件形本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种系统，其特征在于，包括：/n具有旋转轴的磁体，所述磁体被配置成产生磁场；以及/n多个磁阻传感器元件，所述磁阻传感器元件中的每一个具有磁性自由层，所述磁性自由层被配置成在所述磁性自由层中生成涡流磁化图案，且所述磁阻传感器元件被配置成响应于所述磁场而产生输出信号。/n

【技术特征摘要】
20180827 US 16/113,2291.一种系统，其特征在于，包括：
具有旋转轴的磁体，所述磁体被配置成产生磁场；以及
多个磁阻传感器元件，所述磁阻传感器元件中的每一个具有磁性自由层，所述磁性自由层被配置成在所述磁性自由层中生成涡流磁化图案，且所述磁阻传感器元件被配置成响应于所述磁场而产生输出信号。


2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述磁体被配置成产生所述磁场，所述磁场具有彼此正交布置的第一平面内磁场分量和第二平面内磁场分量，所述第一平面内磁场分量具有V阱形磁场分布。


3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述磁体被进一步配置成产生具有基本上恒定的磁场分布的所述第二平面内磁场分量。


4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述磁体包括相对于所述磁体的表面在单个方向上定向的交替的第一线性区部和第二线性区部，所述第一线性区部具有垂直于所述磁体的所述表面定向的第一磁场方向，且所述第二线性区部具有垂直于所述磁体的所述表面定向的第二磁场方向，所述第一磁场方向与所述第二磁场方向彼此方向相反。


5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，进一步包括处理电路，所述处理电路被配置成从所述磁阻传感器元件接收所述输出信号，并使用对应于所述多个磁阻传感器元件的多个输出信号来确定所述磁体的旋转角，所述旋转角具有围绕所述旋转轴0到360度的范围。


6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述磁阻传感器元件包括隧道磁阻(TMR)传感器元件。


7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述多个磁阻传感器元件包括：
第一磁阻传感器元件、第二磁阻传感器元件、第三磁阻传感器元件和第四磁阻传感器元件，这些磁阻传感器元件布置在沿着围绕所述磁体的所述旋转轴的圆形路径的四个位置处，所述第一磁阻传感器元件和第三磁阻传感器元件沿着所述圆形路径彼此在直径方向上相对，且所述第二磁阻传感器元件和所述第四磁阻传感器元件沿着所述圆形路径彼此在直...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯特凡·马劳斯卡，艾德温·沙彭顿克，约尔格·科克，丹尼斯·赫尔姆博尔特，拉尔夫·范奥腾，亚普·鲁伊戈罗克，
申请(专利权)人：恩智浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL