旋转角探测器制造技术

一种用于探测磁体转子的旋转角的旋转角探测器，包括：具有安装在旋转轴上的磁体的转子；传感器芯片；以及操作元件。该芯片包括：用于探测沿法线方向的磁场的第一和第二法向分量探测元件，以及用于探测沿转动方向的磁场的第一和第二旋转分量探测元件。相位差Δθ，探测元件的输出信号S1、S2、C1、C2，通过相对于转动方向对沿法线方向的磁场分量求微分而获得的值ΔθbR，以及通过相对于转动方向对沿转动方向的磁场分量求微分而获得的值Δθbθ满足：和操作元件计算：和

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种旋转角探测器，包括具有一对磁极的磁体转子和传感器芯片，传感器芯片具有半导体衬底上的磁场探测元件。
技术介绍
常规上，如对应于US-2009/0206827的日本专利No. 4273363所述，一种旋转角探测器包括具有四个或更多磁极(即，两对或更多对磁极)的磁体转子，以及用于探测由磁体转子产生的磁通的方向的第一和第二感测装置。第一和第二感测装置中的每个都是具有固定层和可变层的自旋阀型巨磁致电阻效应元件。固定层的磁化方向被固定到特定方向。可变层的磁化方向随着磁场方向而变化。 巨磁致电阻效应元件具有这样的特性元件的电阻根据固定层的磁化方向和可变层的磁化方向(即磁场方向)之间的角度改变。在磁体转子旋转一电角度(通过将旋转角除以磁极对的数目计算出的角度)时，具有电阻器元件的感测装置输出与波形的一个周期对应的信号。例如，在磁体转子包括两对磁极且磁体转子旋转一圈时，感测装置输出与两个周期的波形对应的信号。将解释日本专利No. 4273363中描述的旋转角探测器。第一感测装置包括两个感测电桥X01、Y01，每个感测电桥都提供由四个电阻器元件构成的全桥。第二感测装置包括两个感测电桥X02、Y02，每个都提供由四个电阻器元件构成的全桥。全桥包括一对彼此串联耦合的电阻器元件以及彼此串联耦合的另一对电阻器元件。该对电阻器元件和另一对电阻器元件在电源和地之间彼此并联耦合。于是，准备好每个完整的电桥(即，每个感测电桥 XOU X02、YOU Y02)。在一对电阻器元件的电源侧上的电阻器元件中的固定层的磁化方向与另一对电阻器元件的电源侧上的电阻器元件中的固定层的磁化方向相反。在一对电阻器元件的地侧上的电阻器元件中的固定层的磁化方向与另一对电阻器元件的地侧上的电阻器元件中的固定层的磁化方向相反。感测电桥YOl的电阻器元件中固定层的磁化方向与磁体转子的转动方向平行。此外，感测电桥YOl的电阻器元件中固定层的磁化方向与感测电桥XOl的电阻器元件中固定层的磁化方向垂直。感测电桥Y02的电阻器元件中固定层的磁化方向与磁体转子的转动方向平行。此外，感测电桥Y02的电阻器元件中固定层的磁化方向与感测电桥X02的电阻器元件中固定层的磁化方向垂直。布置感测电桥XOl的电阻器元件中固定层的磁化方向和感测电桥X02的电阻器元件中固定层的磁化方向，以使相位相差90度的电角度。第一感测装置具有磁场敏感方向作为磁体转子的参考。第一感测装置相对于磁体转子的旋转角被定义为Θ。在感测电桥XOl根据cos θ项输出探测信号时，感测电桥YOl 根据-sin θ项输出探测信号，因为感测电桥YOl的电阻器元件中固定层的磁化方向垂直于感测电桥XOl的电阻器元件中固定层的磁化方向。由于感测电桥XOl的电阻器元件中固定层的磁化方向和感测电桥Χ02的电阻器元件中固定层的磁化方向被布置成使相位相差90度的电角度，所以感测电桥Χ02根据sin θ项输出探测信号。由于感测电桥Y02的电阻器元件中固定层的磁化方向垂直于感测电桥 X02的电阻器元件中固定层的磁化方向，所以感测电桥Y02根据cos θ项输出探测信号。取决于感测电桥Χ01、Υ01的探测信号中的θ项的因子被定义为(Χ01 θ，YOl θ )。 (Χ01 θ，YOl θ )等于(cos θ，-Sin θ )。取决于感测电桥X02、Y02的探测信号中θ项的因子被定义为(Χ02 θ，Υ02 θ )。(Χ02 θ，Υ02 θ )等于(sin θ，cos θ )。于是，感测电桥 Χ01、 Y02的探测信号取决于cos θ项。感测电桥￥01、乂02的探测信号取决于&110项。因此， 感测电桥Υ02的探测信号被反转，从而获得反转的探测信号，将取决于感测电桥Υ02的反转探测信号中的θ项的因子定义为Υ02 θ ’。在运算放大器计算(Χ01 θ -Υ02 θ，)的差和 (Χ02Θ-Υ01Θ)的差时，获得了每个探测信号中的cos θ值和sin θ值。在这里，在cos θ 的值和sin θ的值中消除了具有相同相位的高频噪声。基于cos θ的值和sin θ的值，计算tan θ的值。然后，角度计算器利用反正切函数执行计算，从而计算角度θ。在这里，在芯片中形成与第二感测装置不同的第一感测装置。在这种情况下，旋转角探测器包括多个芯片，使得探测器的制造成本很高。为了改善制造成本，可以在一个芯片中形成第一和第二感测装置。不过，在这种情况下，在从探测信号去除高频噪声时，如上所述，由于感测电桥Χ01的电阻器元件中固定层的磁化方向和感测电桥Χ02的电阻器元件中固定层的磁化方向被布置成使相位相差90度的电角度，所以在磁体转子的磁极数目小的情况下，电角度增大，且芯片尺度增大。在这里， 在磁体转子的磁极数目大时，电角度减小，因此，芯片的尺度是有限的。不过，在磁体转子的磁极数目大时，旋转磁场的旋转频率增大。于是，角度计算器相对于输入信号的处理速度可能不够快。磁体转子与磁体一起附着于并固定到旋转轴。绕组所产生的磁通量使旋转轴转动。绕组围绕着磁体转子。在这种情况下，在绕组和磁体转子之间布置芯片。将绕组的磁通和磁体转子的磁通施加到芯片。为了基于磁体转子的磁通探测磁体转子的旋转角，必须要去除绕组的磁通。于是，绕组产生的磁通提供了被定义为感应噪声的噪声。感应噪声和固定到旋转轴的磁体产生的磁通之间的排斥力使旋转轴转动。因此， 感应噪声的转动方向与磁体转子的旋转磁场的转动方向相反。在通过日本专利No. 4273363 描述的噪声降低方法去除感应噪声时，必须要布置感测电桥XOl的电阻器元件中固定层的磁化方向和感测电桥Χ02的电阻器元件中固定层的磁化方向，以使相位相差180度的电角度。于是，由于为了去除感应噪声使电角度加倍，所以芯片的尺度大大增加。
技术实现思路
鉴于上述问题，本公开的目的是提供一种旋转角探测器，包括具有一对磁极的磁体转子以及传感器芯片，传感器芯片具有半导体衬底上的多个磁场探测元件。无需增加磁体转子的磁极数目就改善了芯片的尺度。根据本公开的一方面，一种旋转角探测器包括包括至少一对磁极的磁体转子，其中所述磁体转子连同磁体一起安装在旋转轴上；传感器芯片，包括半导体衬底和所述半导体衬底中的磁场探测元件，其中所述磁场探测元件探测磁场；以及操作元件。在磁场中布置旋转轴和传感器芯片，磁场使旋转轴转动。旋转角探测器基于从磁场探测元件输出的电信号探测磁体转子的旋转角。磁场探测元件包括第一磁场探测元件和第二磁场探测元件，它们彼此分隔开与预定相位差对应的距离。第一磁场探测元件包括用于探测沿法线方向的磁场的第一法向分量探测元件和用于探测沿转动方向的磁场的第一旋转分量探测元件。法线方向通过转子的中心并垂直于转动方向。第二磁场探测元件包括用于探测沿法线方向的磁场的第二法向分量探测元件和用于探测沿转动方向的磁场的第二旋转分量探测元件。相位差满足如下条件将第一法向分量探测元件的输出信号和第二法向分量探测元件的输出信号之间的差除以相位差获得的值近似于相对于转动方向对传感器芯片周围的磁场沿法线方向的分量进行微分获得的值，将第一旋转分量探测元件的输出信号和第二旋转分量探测元件的输出信号之间的差除以相位差获得的值近似于相对于转动方向对沿转动方向的磁场分量进行微分获得的值。相位差定义为本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种旋转角探测器，包括：包括至少一对磁极的磁体转子（１０），其中所述磁体转子（１０）连同磁体（１２）一起安装在旋转轴（１１）上；传感器芯片（３０），包括半导体衬底（３１）和所述半导体衬底（３１）中的磁场探测元件（３２），其中所述磁场探测元件（３２）探测磁场；以及操作元件（５０），其中在磁场中布置所述旋转轴（１１）和所述传感器芯片（３０），所述磁场使所述旋转轴（１１）转动，其中所述旋转角探测器基于从所述磁场探测元件（３２）输出的电信号探测所述磁体转子（１０）的旋转角，其中所述磁场探测元件（３２）包括第一磁场探测元件（３３）和第二磁场探测元件（３４），所述第一磁场探测元件（３３）和所述第二磁场探测元件（３４）彼此分隔开与预定相位差相对应的距离，其中所述第一磁场探测元件（３３）包括用于探测沿法线方向的磁场的第一法向分量探测元件（３５）和用于探测沿转动方向的磁场的第一旋转分量探测元件（３６），其中所述法线方向通过所述转子（１０）的中心并垂直于所述转动方向，其中所述第二磁场探测元件（３４）包括用于探测沿所述法线方向的磁场的第二法向分量探测元件（３７）和用于探测沿所述转动方向的磁场的第二旋转分量探测元件（３８），其中所述相位差满足如下条件：将所述第一法向分量探测元件（３５）的输出信号和所述第二法向分量探测元件（３７）的输出信号之间的差除以所述相位差所获得的值近似于相对于所述转动方向对所述传感器芯片（３０）周围的磁场沿法线方向的分量进行微分所获得的值，将所述第一旋转分量探测元件（３６）的输出信号和所述第二旋转分量探测元件（３８）的输出信号之间的差除以所述相位差所获得的值近似于相对于述是转动方向对沿所述转动方向的磁场分量进行微分所获得的值，其中所述相位差定义为Δθ，所述第一法向分量探测元件（３５）的输出信号定义为Ｓ１，所述第二法向分量探测元件（３７）的输出信号定义为Ｓ２，所述第一旋转分量探测元件（３６）的输出信号定义为Ｃ１，所述第二旋转分量探测元件（３８）的输出信号定义为Ｃ２，取决于用于使所述旋转轴（１１）转动的磁场的第一项定义为α，取决于用于使所述旋转轴（１１）转动的磁场的第二项定义为β，其中所述操作元件（５０）计算如下值：＊＊＊以及如下值：＊＊＊...

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：原田智之，
申请(专利权)人：株式会社电装，
类型：发明
国别省市：JP