磁傳感器的偏置場生成設備的製作方法

2023-05-03 22:36:31

專利名稱：磁傳感器的偏置場生成設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及傳感器的領域，並且具體地涉及磁傳感器的偏置場生成。
背景技術：
當今，傳感器用在用於監測、檢測以及分析的許多應用中。一種類型的傳感器包括磁傳感器(magnetic sensor ),其能夠檢測磁場或磁場的改變。在磁阻傳感器中使用的磁阻效應包括但不限於GMR (巨磁阻)、AMR (各項異性磁阻)、TMR (磁隧道效應)、CMR (龐磁阻)。另一類型的磁傳感器基於霍爾效應。磁傳感器例如用於檢測運動或旋轉物體的位置、旋轉物體的速度或旋轉速度等。磁阻傳感器通常對磁場的平面內X分量和y分量靈敏，所述平面內X分量和y分量此處可以被稱為磁場的橫向分量。磁場的、可以非限制性地被稱為y分量的一個分量改變靈敏度，而另一分量X在低於例如5 mT的低場下與電阻具有線性關係。該分量通常用作感測場分量。通常，磁阻效應具有工作範圍，在該工作範圍中靈敏度例如相對於磁場改變的電阻改變是高的。在該工作範圍之外，磁阻效應的不利行為(諸如飽和限制)不允許傳感器用於許多應用。對於一些磁阻設備，工作範圍也可以被稱為各項異性範圍。在諸如例如用於檢測物體的旋轉速度的應用中，對磁阻傳感器施加偏置磁場以便避免磁阻傳感器的飽和。典型的示例包括例如反偏置磁體裝置(back bias magnet arrangement)。在反偏置磁體裝置中，磁傳感器提供在要感測的物體與偏置磁體之間。
發明內容根據一個方面，實施例包括一種設備，其具有用於為磁傳感器提供磁偏置場的偏置場生成器，其中偏置場生成器被配置成在第一方向上提供用於使傳感器偏置的磁場分量。偏置場生成器具有帶有空腔的主體，該主體包括磁材料或可磁化材料，該空腔在第一方向和第一方向的橫向上延伸，以使得空腔至少在第二方向和第三方向上橫向地以主體的材料為界，第二方向正交於第一方向並且第三方向正交於第二方向和第一方向。根據另一方面，一種製造方法包括形成用於在第一方向上為磁傳感器(magnetosensor)提供偏置磁場的偏置場生成器。偏置場生成器的形成包括帶有空腔的、永磁材料或可磁化材料的主體的形成以使得該空腔至少在第二和第三方向上橫向地以主體的材料為界，第二方向正交於第一方向並且第三方向正交於第二方向和第一方向。此外，該製造方法包括布置傳感器以使得傳感器的感測元件被由主體生成的磁場所偏置。[0009]根據另一方面，一種方法包括旋轉物體以及操作磁傳感器以感測該旋轉，傳感器被偏置磁場裝置所偏置。偏置磁場裝置具有帶有空腔的主體，該主體包括磁材料或可磁化材料，該空腔在第一方向和第一方向的橫向上延伸以使得空腔至少在第二方向和第三方向上橫向地以主體的材料為界，其中第二方向對應於傳感器的最大靈敏度方向並且第三方向正交於第二方向和第一方向。 根據另一方面，一種設備具有傳感器和用於使傳感器偏置的偏置磁體，該傳感器用於感測由物體的旋轉引起的磁場改變，該偏置磁體包括主體，該主體包括永磁材料或可磁化材料，該主體具有第一方向上的第一最大延伸(extension)、第二方向上的第二最大延伸以及第三方向上的第三最大延伸。主體具有開口，並且傳感器放置在該開口內以使得傳感器分別在主體的第一、第二和第三最大延伸內在第一、第二和第三方向上延伸。根據另一方面，一種磁傳感器的偏置場生成設備包括偏置場生成器，用於為磁傳感器提供磁偏置場，其中所述偏置場生成器被配置成在第一方向上提供使所述傳感器偏置的磁場分量，其中所述偏置場生成器包括具有空腔的主體，所述主體包括磁材料或可磁化材料，所述空腔在所述第一方向和所述第一方向的橫向上延伸，以使得所述空腔至少在第二方向和第三方向上橫向地以所述主體的材料為界，所述第二方向正交於所述第一方向並且所述第三方向正交於所述第二方向和所述第一方向。根據另一方面，所述空腔至少對於沿所述第一方向的段被磁主體或可磁化主體的材料包圍。根據另一方面，所述空腔是所述主體中的淺凹口。根據另一方面，所述空腔是提供用於使所述磁偏置場成形的磁主體或可磁化主體中的唯一開口。根據另一方面，所述主體包括由可磁化材料形成的第一部分和由永磁材料形成的第二部分，其中所述第一部分被所述第二部分磁化並且其中所述空腔形成在所述第一部分中。根據另一方面，所述傳感器放置在傳感器位置處，其中所述空腔的橫向寬度在朝向所述傳感器位置的方向上增加。根據另一方面，所述傳感器在第一和第二方向上橫向地被所述主體包圍。根據另一方面，所述傳感器在第一和第二方向上橫向地完全被所述主體包圍。根據另一方面，所述主體生成的磁場被成形為使得至少在局部區域內，所述第二方向上的磁場分量基本為零並且所述第三方向上的磁場分量基本為零。根據另一方面，所述傳感器被布置成使得第二和第三方向上的磁場分量在所述傳感器的位置處為零。根據另一方面，所述傳感器位於偏離所述局部區域的中心，以使得所述傳感器的磁阻元件至少被所述第三方向上的非零磁場分量偏置，所述第三方向上的所述非零磁場分量使得與最大靈敏度相比降低所述傳感器的靈敏度。根據另一方面，所述主體包括由永磁材料或可磁化材料形成的突起,所述突起被配置成使所述磁場成形並且維持所述磁阻設備在第二和第三方向的至少一個方向上的位置。根據另一方面，所述突起還被配置成維持所述磁阻設備在所述第一方向上的位置。根據另一方面，所述傳感器包括為梯度計裝置的兩個磁阻元件。根據另一方面，所述傳感器包括霍爾效應感測元件。根據另一方面，所述主體包括由所述空腔形成的至少四個傾斜表面。根據另一方面，所述至少四個傾斜表面被布置成形成稜錐形狀。根據另一方面，所述空腔在所述第二方向上的寬度和所述空腔在所述第三方向上的寬度在所述第一方向上朝向所述感測元件增加。 根據另一方面，一種磁傳感器的偏置場生成設備包括傳感器，用於感測由物體的旋轉引起的磁場的改變；偏置磁體，用於使所述傳感器偏置，所述偏置磁體包括主體，所述主體包括永磁材料或可磁化材料，所述主體具有第一方向上的第一最大延伸、第二方向上的第二最大延伸以及第三方向上的第三最大延伸；以及所述主體中的開口，其中所述傳感器放置在所述開口內以使得所述傳感器分別在所述主體的第一、第二和第三最大延伸內在第一、第二和第三方向上延伸。根據另一方面，所述傳感器被放置成使得在所述感測元件的位置處獲得零的或接近零的垂直磁場分量。根據另一方面，所述開口的表面包括朝向中心橫向延伸的第一段和第二段，其中所述開口的所述表面在每個橫向延伸的段的末端處具有凹彎曲。根據另一方面，所述凹彎曲是具有240°與300°之間的角度的彎曲。根據另一方面，所述開口是空腔，或者其中所述開口是在所述第一方向上完全穿透所述主體的洞。根據另一方面，所述開口在垂直於所述第一方向的方向上具有橫向寬度，其中所述橫向寬度沿所述第一方向改變。根據另一方面，所述主體在所述第一方向上被磁化，並且其中所述傳感器被布置成具有垂直於所述第一方向的最大靈敏度方向。根據另一方面，一種磁傳感器的偏置場生成設備包括磁阻傳感器，包括至少一個磁阻元件；具有開口的主體，所述主體包括磁材料或可磁化材料，所述空腔在第一方向和所述第一方向的橫向上延伸以使得所述空腔橫向地完全以所述主體的材料為界。根據另一方面，所述磁阻傳感器完全布置在所述主體內。根據另一方面，所述開口是完全穿透所述主體的空腔或洞。

圖IA至IH是實施例的示意截面圖；圖2A至2C是實施例的示意頂視圖；圖3A和3B是實施例的二維視圖；圖4A是根據實施例的系統的示意圖；以及圖4B是示出根據實施例的磁場線的仿真。圖5A- 示出了根據實施例的示意圖和圖。
具體實施方式
[0045]以下詳細描述說明了本發明的示例性實施例。描述不要認為具有限制意義，而是僅用於示出本發明的實施例的一般原理的目的，同時保護範圍僅由所附權利要求來確定。要理解的是，示例性實施例的圖中示出的元件或特徵可能不是按比例繪製的並且可能相對於其它元件在一個方向上具有不同的尺寸或不同的延伸。此外，要理解的是，各個示例性實施例中描述或示出的特徵可以彼此組合，除非另外具體註明。在各個圖中，相同或類似的實體、模塊、設備等可以分配相同的附圖標記。現在參照圖1A，示出了根據實施例的第一截面圖。該截面圖是在傳感器所布置的位置、沿線A-A』得到的。圖IA中示出的平面跨越第一軸和第二軸，該第一軸在此處也可以被稱為垂直軸或垂直方向。第二軸是相對於第一軸定義的垂直方向的橫向軸，並且在此處也可以被稱為第二橫向軸或第二橫向方向。第一軸在此處還可以被稱為z軸或z方向，第二軸在此處還可以被稱為I軸或y方向。如稍後將更詳細地描述的，圖IA示出了具有主體102的設備100，主體102由永磁材料或可磁化材料(諸如軟磁材料)或者二者的組合形成。主體102構成用於為諸如磁阻傳感器的磁傳感器106提供磁偏置場的磁體。在實施例中，沿X軸在傳感器106處生成的磁偏置場可以是大約5 mT (毫特斯拉)或大於5 mT，而沿磁化方向z的主偏置場可以高於100 mT。圖IA中示出的主體102具有形式為沒有完全穿透主體102的空腔的開口 104。開口使主體102的主表面102A的幾何形式成形為非平面。在圖IA中，主表面102A是主體102的最靠近傳感器106的主表面，而主表面102B是距傳感器106較遠的相對主表面。空腔在實施例中可以包括諸如淺凹口的淺空腔。當從X軸測量(take)時，由空腔成形的表面段(section)的傾斜角度在一個實施例中可以選自5°與65°之間的範圍。在一個實施例中，傾斜角度可以在5°與40°之間選擇。在一個實施例中，傾斜角度可以在
5。與20。之間選擇。在以下更詳細地描述的實施例中，空腔可以具有稜錐形式、圓錐形式或者多面體形式。如稍後將更詳細地描述的，傳感器106可以完全位於主體102內，即位於主體102的最大延伸內。因此，在一個實施例中傳感器106的z軸位置可以在主體102的最大z軸延伸以下。傳感器106可以包括其上提供有至少一個磁阻傳感器元件或霍爾傳感器元件的半導體晶片。傳感器106可以包括有集成電路。磁阻感測元件可以是GMR、MTR、CMR、AMR元件或任何其它形式的磁阻傳感器元件。磁阻傳感器可以具有以梯度計裝置提供的兩個感測元件。此外，在一個實施例中，可以從用於感測物體的至少兩個感測元件供應差分信號。在一個實施例中，傳感器包括以惠斯登(Wheatstone)電橋配置布置的多個磁阻感測元件。在一個實施例中，傳感器106可以包括至少一個霍爾效應感測元件。如從圖IA可以看出，主體102的開口 104沿著沿兩端的z軸區域108以主體102的表面段IlOa和IlOb為界。因此，開口 104至少對於z軸區域108在y方向上被表面段IlOa和IlOb包圍。圖IB示出了在傳感器位置處、在跨越z軸和X軸的平面中的如圖IA所示的相同設備100的截面圖。X軸可以認為是正交於z軸和y軸的橫向軸。如從圖IB可以看出，主體102的開口 104至少對於z軸區域108也在X軸的方向上以表面段IlOc和IlOd為界。因此，開口 104至少對於z軸區域108在X方向上被表面段IlOc和IlOd包圍。在 一些實施例中，開口 104可以用既不是磁的也不是可磁化的、諸如模具材料的其它材料來填充。從圖IA的截面可以看出，當在遠離傳感器106的垂直方向上移動時，開口 104在y軸方向上的橫向寬度減小。此外，從圖IB的截面可以看出，當在遠離傳感器106的垂直方向上移動時，開口 104在X軸方向上的橫向寬度減小。換言之，圖IA和IB的截面圖示出了主體102的形成以使得主體102的表面102A在遠離傳感器106的垂直方向上具有錐形形狀。雖然圖IA和IB將具有表面段110a、110b、IIOc和IlOd的整體表面102A示出為
分別相對於I軸或X軸具有非正交傾斜，但是要理解的是，在其它實施例中主表面102A可以另外具有一個或多個平行於X軸的段。提供主表面102A以使得形成開口 104允許由主體102生成的磁場的獨立二維成形，這為傳感器106提供了具有X方向和y方向上減小的或零的橫向場分量的偏置場。在圖IA和IB中，傳感器106的偏置場要在z方向上施加。因此，主體102的磁化方向基本上被提供在z方向上。傳感器106最靈敏的工作點是當磁場的兩個橫向分量(SP，X分量和I分量)均為零時。然而，對於小尺寸的主體102，由於僅以閉環出現的磁場線的性質，因此例如至於磁化在z方向上的主體102的立方體形式的表面102的平面延伸將在傳感器106的位置處產生具有X方向和y方向上的顯著橫向場分量的磁場。當主體102的尺寸為小時，諸如例如當主體102和傳感器106集成時，在主體102外的空間中返回的磁場線在傳感器106的位置處實現來自/去往z方向、朝向橫向方向的場線的顯著曲率。磁場線的橫向分量對於典型尺寸的立方體偏置磁體而言如此強以致例如在GMR傳感器的情況下y分量的場強度可以導致靈敏度下降4倍。主體102中的開口 104解決了避免橫向場分量並且提供了場的重新成形，以使得在傳感器106的位置處磁場的至少在X方向和y方向上的橫向分量為零或減小到幾乎零。由於開口 104至少在X方向以及y方向上橫向地以主體102的永磁材料或可磁化材料為界，因此使磁場的X分量和y分量成形。特別地，可以根據開口 104的形狀而彼此獨立地使X分量和y分量成形。這允許通過表面的幾何形狀獨立地控制磁X分量和y分量，以同時至少對於這兩個橫向維度減小或消除由小主體尺寸效應引起的橫向場分量。磁X分量和I分量的獨立控制可以例如通過在製造過程中為開口 104分別在X方向上和y方向上提供不同的傾斜來獲得。獨立控制提供了如下優點解決了磁場對傳感器106特性的影響對於X方向和y方向是不同的。獨立控制允許增加零橫向場分量的區域，從而減輕了對傳感器106相對於主體102的極精確定位的需要，並且此外通過精確地提供最大操作所需的磁場而增加傳感器106的靈敏度。然而，要注意的是，在一些實施例中傳感器106可能不是以最大靈敏度工作的，即從獲得最大靈敏度的中心偏心。如稍後將繼續更詳細地描述的，這可以通過沿橫向X方向或y方向之一滑動傳感器106而以方便的方式實現。在一些實施例中，開口 104可以至少在傳感器106所位於的垂直區域內以主體102為界。此外，在實施例中，對於延伸超過傳感器位置的垂直區域，開口 104也可以橫向地以主體102為界。此外，在實施例中，開口 104可以完全被主體102的材料包圍。通過上述實施例，因此可以避免大尺寸的偏置磁體的使用並且可以保持傳感器106和主體102為小而不會使傳感器106的性能或靈敏度劣化。此外，可以增加獲得零橫向場分量或接近零的橫向場分量的區域，這可以放寬對傳感器106的極精確定位以獲得最大靈敏度的要求。在一些實施例中，這樣的區域可以具有在X方向上從空腔在X方向上的最大延伸的大約1/8到1/2的延伸。此外，該區域可以同時具有在y方向上從空腔在y方向上的最大延伸的大約1/8到大約1/2的延伸。因此，與使用大偏置磁體相比，可以實現價格優勢，並且可以保持設備100的尺寸為小。在一個實施例中，主體102具有在X方向和y方向上小於15mm的橫向尺寸。在一個 實施例中，主體102具有在X方向和y方向上小於IOmm的橫向尺寸。在一個實施例中，主體102具有在X方向和y方向上小於7. 5mm的橫向尺寸。在一些實施例中，主體102在z方向上的尺寸可以小於10mm。主體102可以例如具有矩形或立方體形式，其中X維度、y維度以及z維度中的每個維度上的延伸不短於主體102的X維度、y維度以及z維度上的最大延伸的1/2。雖然圖IA和IB示出了完全由諸如硬磁材料的永磁材料形成的主體102，但是圖IC和ID示出了另一實施例，其中主體102包括由可磁化材料形成的部分202A和由永磁材料形成的部分202B。部分202A具有垂直延伸小於部分202B的板形式。然而，其它實施例可以具有部分202A和202B的其它形式和形狀。部分202A的可磁化材料可以是諸如鐵、鋼、鋼合金等的軟磁材料。磁材料為可磁化材料提供磁化，以使得部分202A能夠為傳感器106生成偏置磁場。可以看出，在圖IC和ID的實施例中開口 104僅形成在部分202A中。然而，在其它實施例中，開口 104也可以部分地形成在部分202B中。此外，要注意的是，在其它實施例中可以包括多個可磁化材料部分和多個磁材料部分以形成複合主體102。在圖IA至ID的實施例中，傳感器106相對於垂直方向(z軸)布置，以使得傳感器106在主體102內。換言之，傳感器106至少在X方向和y方向上橫向地以主體102為界。圖IE示出了實施例，其中傳感器106在X方向上放置在平面表面部112A和112B的頂部。平面表面部112A和112B提供在主體102的橫向邊界處。圖IF示出了另一實施例，其中主體102在X方向上包括兩個相對的突起114A和114B。位於相應橫向末端的突起114A和114B為主體102提供了緣或「邊界耳(borderear)」，從而允許磁場的X分量的更有效成形並且為磁場提供了增加的線性度。放置在邊界或邊界區處的突起導致在邊界或者靠近邊界的局部區域處具有主體102的最大延伸。突起114A和114B也可以形成橫向固定或支撐以在橫向方向上將傳感器設備106維持和保持在適當的位置。突起114A和114B也可以被提供用於保持傳感器106在7方向上的位置。然而，在一個實施例中，突起114A和114B僅可以被提供成使得傳感器106可以沿著y方向至少從一側滑動到主體102中。圖IG示出了另一實施例,其中突起114A和114B具有帶有外伸(overhanging)表面的吊架狀(crane-1 ike)形式。圖IG中的突起114A和114B的吊架狀形式允許獲得磁場的甚至增加更多的線性度以及因此磁場的更有效成形。除了提供磁場的具有更高線性度的更有效成形之外，獲得了在X方向上的位置固定以及在垂直方向上的位置固定的協同效果。位置固定可以例如在模製步驟期間有利地使用，其中利用模具材料對傳感器106和磁體一起過模製(over molded)以獲得對傳感器106和主體102的保護。圖IH示出了實施例，其中開口 104在垂直方向上穿透整個主體102以在主體102中形成洞。在根據圖IH的實施例中，傳感器106完全放置在主體102內。圖IH示出了開口 104具有相對於垂直方向的傾斜表面，以使得X方向上的寬度朝向傳感器106增加。然而，其它實施例可以提供相對於垂直方向的其它傾斜或者沒有傾斜。現在已描述了實施例的截面圖，圖2A至2C示出了可以應用於關於圖IA至IH描述的每個實施例的示例性頂視圖。圖2A示出了主體102的頂視圖，其中開口 104具有稜錐形狀或八面體的一半的形狀。在圖3A中示出了在關於圖IE描述的實施例中提供時的稜錐形狀的三維視圖。此外，在圖3B中示出了當應用於如關於圖IG描述的、在橫向邊界處具有突起的實施例時的稜錐形狀的三維視圖。雖然圖2A以頂視圖示出了稜錐形狀具有方形形式，但是可以注意的是，在實施例中也可以提供在X和y方向上的延伸為不同的矩形形式。圖2B示出了主體102的頂視圖，其中開口 104具有帶有16個表面的多面體的一半的形狀。在實施例中，開口 104可以具有規則多面體或規則多面體的部分的形式。圖2C示出了根據另一實施例的主體102的頂視圖，其中開口 104具有當沿垂直線移動時半徑減小的圓形形式。圖2C示出了圓錐形式的開口 104。在另一實施例中，開口 104可以具有截錐形式。關於圖2A至2C示出和描述的每種頂視圖形式可以具有關於圖IA至IH示出和描述的截面圖之一。例如，圖IF和IG中示出的突起可以被提供用於如關於圖2A示出和描述的稜錐形狀、用於如關於圖2B示出和描述的多面體形狀或者用於如關於圖2C示出和描述的圓錐形狀。圖2A至2C中示出的每個實施例在x-y平面中具有帶有定義的對稱中心的對稱結構。對於這樣的結構，為零的或基本為零的磁X分量和y分量的區域包括對稱中心。然而，其它實施例可以具有從頂部觀看時非對稱的結構。在一個實施例中，形成傳感器106的偏置磁體的主體102可以通過對硬磁材料和/或軟磁材料進行模製來製造。主體102及其幾何形狀的模製可以直接在傳感器106的頂部利用模製工具來進行，以作為附加的封裝步驟。在一些實施例中，主體102和傳感器106可以集成。在一些實施例中，主體102和傳感器106可以集成在共同封裝內，該共同封裝可以通過在主體102和傳感器106上進行模製來形成。在一些實施例中，主體102可以通過使用粘合膠或者僅利用機械夾緊機構而裝配在傳感器106上。在一些實施例中，主體102可以與傳感器106 —起裝配並且利用模具材料來固定，例如以熱塑料注模工藝而圍繞整個系統模製該模具材料。現在將關於圖4A描述示出由主體102偏置的傳感器106的示例性操作的實施例。圖4A示出了使傳感器106布置在旋轉元件402附近以檢測元件402的旋轉的系統400。系統400以反偏置方式提供，其中傳感器106布置在生成偏置磁場的主體102與旋轉元件402之間。雖然圖4A中示出的主體102對應於圖IG中示出的裝置，但是明顯的是，也可以實現每個所描述的實施例。傳感器106可以提供為居中於具有零X場分量和y場分量的區域中，以獲得最大靈敏度。在其它實施例中，傳感器106可以偏離具有零X場分量和y場分量的區域的中心或者在該區域之外以便降低靈敏度。這例如可以通過使傳感器106沿著由突起114A和114b形成的導向裝置(guide)或支撐而移動遠離具有零X分量和y分量的區域來實現。如從圖4A可以看出，旋轉元件402能夠旋轉，以使得旋轉軸定向在y方向上。旋轉元件402具有多個磁體404,其中在旋轉元件402的表面處提供交替磁化。當旋轉元件402旋轉時，磁體404生成的磁場被施加到傳感器106。傳感器106具有沿x方向的感測方向。傳感器106經歷了磁場的X分量的方向改變，該方向改變由其感測方向在X方向上的傳感器106來檢測。主體102生成的偏置磁場在工作點處提供傳感器106，以避免飽和和/或其它不利影響。圖4B示出了由與圖IG類似的、具有包括導磁材料的移動元件408的裝置生成的磁場的示例性仿真。可以看出，主體102在區域406內生成在主體102內基本為零的X場分量和y場分量。可以看出，區域406橫向延伸超過大於開口 104的尺寸的一半。如上所述，按照用途，傳感器106的感測元件可以提供為在區域406內以獲得最大靈敏度或者在區域406的外部以獲得降低的靈敏度。圖5A示出了用於生成偏置磁場的主體102的截面圖的另一示例。如上所述，在該·實施例中，傳感器106被布置成包括在主體102的延伸內。換言之，圖5A中的傳感器106·在三個方向(X方向、y方向以及z方向)中的每個方向上在主體的最大延伸內延伸。如在圖5A中可以看出，如以上關於圖1F、1G、3A和3B概述的，傳感器106被突起114A和114B橫向包圍，所述突起114A和114B被橫向布置為形成緣或導向裝置。開口 104在一些實施例中可以包括在一側開口的空腔。圖5A中示出的實施例例如可以用在用於以霍爾傳感器元件感測磁場的配置中。在圖5A中以虛線示出了主體102內的傳感器106，並且傳感器的傳感器元件的位置在圖5A中以附圖標記502來指示。傳感器元件相對於開口的位置502在截面圖中在至少一個橫向方向上是中心。在一些實施例中，位置502關於兩個橫向方向(X軸和y軸)是中心。在圖5A的實施例中，主體102包括在截面圖中具有表面504A的開口 104，其中表面504A具有角度508大於180°的至少兩個拐角506(凹彎曲)。在一些實施例(z方向)中，當沿如圖5A所示的垂直方向看時，至少兩個拐角506可以位於傳感器元件位置502以下。在一些實施例中，至少兩個拐角506可以具有在240°與300°之間的範圍中的角508。在一些實施例中，如圖5A所不，開口 104的表面504具有兩個在橫向方向上朝向中心510延伸的段504A。在圖5A中以虛線示出了中心線。在圖5A的實施例中，段504A為傳感器106提供了支撐。在段504A的末端,定位拐角506。拐角506在垂直方向上朝向背側表面102B提供4mm的開口 104，以使得增強傳感器元件以下的無材料空間。如以下將更詳細地描述的，這提供了磁場成形效應。雖然圖5A示出了拐角為陡峭邊緣，但是可以理解的是，可以提供諸如圓角或圓化表面或具有多個臺階的彎曲表面的其它形式，以提供開口表面的凹彎曲從而如上所述的那樣進一步朝向背側表面102B延伸開口 104。開口 104可以視為包括上部分512和下部分514，其中下部分514開始於拐角506。如以上已經關於圖1 、16、34、38說明的，上部分被突起114八、1148沿至少一個方向包圍。第二部分包括可以例如是在主體102中形成的圓錐洞的空腔。傳感器元件可以是位於上部分的中心的單個傳感器元件。在實施例中，單個傳感器元件可以是單個霍爾傳感器元件。在一些實施例中，開口的上部分和開口的下部分兩者均可以關於相同中心線居中。[0091]在圖5A的實施例中形成第二段514，以便在傳感器位置處使磁場的z分量成形。第二段514提供的延伸獲得在第二段514中具有負場分量的磁場。具有負場分量的磁場線在傳感器元件位置502處與具有正場分量的磁場線相交，以使得主體102生成的磁場具有零垂直磁場分量(z分量)。要理解的是，零垂直分量可以包括精確為零的垂直分量以及基本接近零的垂直分量。此外，要理解的是，在不存在外部磁場的情況下，即在沒有受由例如周圍物體(諸如例如圖4B的旋轉元件)引起的外部磁場影響的情況下，對於主體102生成的磁場，傳感器元件位置處的垂直場分量被提供為零。一旦存在諸如圖4A中示出的旋轉元件的元件，該元件生成的磁場使得在感測元件位置處垂直磁場分量不同於零，這允許感測磁場例如以檢測元件的旋轉或位置。傳感器元件位置處的零垂直場分量允許傳感器106關於由溫度變化或其它環境影響引起的對傳感器的影響(諸如漂移)具有改進的傳感器信號穩定性。這樣的變化的影響與絕對信號幅值成比例。對於霍爾傳感器元件，垂直磁場分量確定該檢測。因此，通過將傳感器元件放置在具有零垂直磁場分量的位置處，可以減小或消除對傳感器信號的影響。在圖5A中，開口 104的第二段514形成為圓錐類型。然而，在其它實施例中可以提供其它形式，諸如圖5B中示出的矩形形式。此外，可以形成其它突起114AU14B以便為傳感器106提供緣或導向裝置。圖5B示出了具有矩形形狀的開口 104的第二段514的主體102的實施例。此外，與圖5A的實施例相比，圖5B的實施例具有稍微不同的突起114A、114B。在圖5B中，描繪了主體102生成的磁場線。從圖5B可以觀察到,具有負場分量的磁場線520在第二段514中延伸。此外，在圖5B中以附圖標記522示出了具有正場分量的磁場線。感測元件的位置502被提供為在具有負場分量的區域與具有正場分量的區域之間的邊界處。圖5C示出了示例圖以示出垂直場分量(圖5C中示出為縱坐標)與(as a functionof)距背側表面102B的垂直距離(圖5C中示出為橫坐標)的相關性。可以觀察到，靠近背側表面102b獲得具有零垂直場分量的第一距離524。然而，由於傳感器元件遠離生成要檢測的磁場的元件(諸如例如圖4A中示出的旋轉元件)，因此在實際應用中可以不使用該位置。如圖5C所示，獲得具有零垂直場分量的第二距離526。該第二距離526對應於圖5A和5B中示出的傳感器元件位置502，並且提供傳感器位置以獲得如上概述的對要感測的磁場具有高靈敏度的改進穩定性。圖示出了與關於圖5A描述的實施例對應的主體102的三維視圖。在圖中可以看出，沿主體102的3側形成橫向突起114AU14B。主體的至少一側沒有形成突起114A、114B,以使得傳感器104可以被引入到主體102中。在最終位置處，傳感器104在至少一個方向上(在圖中為X方向)橫向地被主體102的材料包圍。在另一方向(y方向)上，傳感器104僅在如下側橫向地被界定當傳感器被引入到主體中時，該側也可以形成止塊(stop)。在一些實施例中，在以上實施例中描述的主體102可以通過模製工藝來形成。然而，在一些實施例中，主體102可以通過諸如對原始主體的機械加工或其它機械處理的其它技術來形成。[0100]在以上描述中，此處已足夠詳細地示出和描述了實施例，使得本領域技術人員能夠實踐此處公開的教導。可以利用其它實施例並且可以從此導出其它實施例，以使得可以在不背離本公開的範圍的情況下進行結構和邏輯替換和改變。因此，該具體實施方式
不要視為具有限制意義，並且各個實施例的範圍僅由所附權利要求以及這些權利要求所賦予的等同物的全範圍來限定。發明主題的這些實施例在此處可以被單獨地和/或共同地由術語「發明」來引用，這僅僅是為了方便而不旨在主動地將本申請的範圍限於任何單個發明或發明構思，如果實際上公開了多於一個的話。因此，儘管此處示出和描述了特定實施例，但是應理解，被考慮用於實現相同目的的任何裝置可以替代所示出的特定實施例。本公開旨在覆蓋各個實施例的任何和所有修改或變化。在回顧以上描述時，以上實施例以及此處未具體描述的其它實施例的組合對本領域技術人員來說將是明顯的。此外，要注意的是，結合特定實體描述的實施例除了這些實體中的實現之外還可以包括在所述描述實體的一個或多個子實體或子部分中的一種或多種實現。形成本發明的一部分的附圖通過說明而非限制的方式示出了其中可以實踐主題的特定實施例。在前述具體實施方式
中，可以看出，為了簡化本公開的目的而將各個特徵一起分組在單個實施例中。公開的該方法不要被解釋為反映要求保護的實施例要求比每個權利要求中明確記載的更多的特徵的意圖。相反，如所附權利要求所反映的，發明主題在於少於單個公開的實施例的全部特徵。因此，在此所附權利要求被合併到具體實施方式
中，其中每個權利要求自己可以作為單獨的實施例。雖然每個權利要求自己可以作為單獨的實施例，但是要注意的是，雖然在權利要求中從屬權利要求可以引用具有一個或多個其它權利要求的特定組合，但是其它實施例也可以包括從屬權利要求與每個其它從屬權利要求的主題的組合。此處提出了這樣的組合，除非聲明特定組合不是想要的。此外，要 注意的是，說明書中或權利要求中公開的方法可以通過如下設備來實現該設備具有用於執行這些方法的相應步驟中的每個步驟的裝置。
權利要求1.一種磁傳感器的偏置場生成設備，其特徵在於包括 偏置場生成器，用於為磁傳感器提供磁偏置場，其中所述偏置場生成器被配置成在第一方向上提供使所述傳感器偏置的磁場分量，其中所述偏置場生成器包括 具有空腔的主體，所述主體包括磁材料或可磁化材料，所述空腔在所述第一方向和所述第一方向的橫向上延伸，以使得所述空腔至少在第二方向和第三方向上橫向地以所述主體的材料為界，所述第二方向正交於所述第一方向並且所述第三方向正交於所述第二方向和所述第一方向。
2.根據權利要求I所述的偏置場生成設備，其中所述空腔至少對於沿所述第一方向的段被磁主體或可磁化主體的材料包圍。
3.根據權利要求I所述的偏置場生成設備，其中所述空腔是所述主體中的淺凹ロ。
4.根據權利要求I所述的偏置場生成設備，其中所述空腔是提供用於使所述磁偏置場成形的磁主體或可磁化主體中的唯一開ロ。
5.根據權利要求I所述的偏置場生成設備，其中所述主體包括由可磁化材料形成的第一部分和由永磁材料形成的第二部分，其中所述第一部分被所述第二部分磁化並且其中所述空腔形成在所述第一部分中。
6.根據權利要求I所述的偏置場生成設備，其中所述傳感器放置在傳感器位置處，其中所述空腔的橫向寬度在朝向所述傳感器位置的方向上増加。
7.根據權利要求6所述的偏置場生成設備,其中所述傳感器在第一和第二方向上橫向地被所述主體包圍。
8.根據權利要求7所述的偏置場生成設備,其中所述傳感器在第一和第二方向上橫向地完全被所述主體包圍。
9.根據權利要求I所述的偏置場生成設備，其中所述主體生成的磁場被成形為使得至少在局部區域內，所述第二方向上的磁場分量基本為零並且所述第三方向上的磁場分量基本為零。
10.根據權利要求9所述的偏置場生成設備，其中所述傳感器被布置成使得第二和第三方向上的磁場分量在所述傳感器的位置處為零。
11.根據權利要求9所述的偏置場生成設備，其中所述傳感器位於偏離所述局部區域的中心，以使得所述傳感器的磁阻元件至少被所述第三方向上的非零磁場分量偏置，所述第三方向上的所述非零磁場分量使得與最大靈敏度相比降低所述傳感器的靈敏度。
12.根據權利要求I所述的偏置場生成設備，其中所述主體包括由永磁材料或可磁化材料形成的突起，所述突起被配置成使所述磁場成形並且維持所述磁阻設備在第二和第三方向的至少ー個方向上的位置。
13.根據權利要求12所述的偏置場生成設備，其中所述突起還被配置成維持所述磁阻設備在所述第一方向上的位置。
14.根據權利要求I所述的偏置場生成設備，其中所述傳感器包括為梯度計裝置的兩個磁阻元件。
15.根據權利要求I所述的偏置場生成設備，其中所述傳感器包括霍爾效應感測元件。
16.根據權利要求I所述的偏置場生成設備，其中所述主體包括由所述空腔形成的至少四個傾斜表面。
17.根據權利要求16所述的偏置場生成設備，其中所述至少四個傾斜表面被布置成形成稜錐形狀。
18.根據權利要求I所述的偏置場生成設備，其中所述空腔在所述第二方向上的寬度和所述空腔在所述第三方向上的寬度在所述第一方向上朝向所述感測元件増加。
19.一種磁傳感器的偏置場生成設備,其特徵在於包括 傳感器，用於感測由物體的旋轉引起的磁場的改變； 偏置磁體，用於使所述傳感器偏置，所述偏置磁體包括主體，所述主體包括永磁材料或可磁化材料，所述主體具有第一方向上的第一最大延伸、第二方向上的第二最大延伸以及第三方向上的第三最大延伸；以及 所述主體中的開ロ， 其中所述傳感器放置在所述開ロ內以使得所述傳感器分別在所述主體的第一、第二和第三最大延伸內在第一、第二和第三方向上延伸。
20.根據權利要求19所示的偏置場生成設備，其中所述傳感器被放置成使得在所述感測元件的位置處獲得零的或接近零的垂直磁場分量。
21.根據權利要求19所述的偏置場生成設備，其中所述開ロ的表面包括朝向中心橫向延伸的第一段和第二段，其中所述開ロ的所述表面在每個橫向延伸的段的末端處具有凹彎曲。
22.根據權利要求21所述的偏置場生成設備，其中所述凹彎曲是具有240°與300°之間的角度的彎曲。
23.根據權利要求19所述的偏置場生成設備，其中所述開ロ是空腔，或者其中所述開ロ是在所述第一方向上完全穿透所述主體的洞。
24.根據權利要求19所述的偏置場生成設備，其中所述開ロ在垂直於所述第一方向的方向上具有橫向寬度，其中所述橫向寬度沿所述第一方向改變。
25.根據權利要求19所述的偏置場生成設備，其中所述主體在所述第一方向上被磁化，並且其中所述傳感器被布置成具有垂直於所述第一方向的最大靈敏度方向。
26.—種磁傳感器的偏置場生成設備,其特徵在於包括 磁阻傳感器，包括至少ー個磁阻元件； 具有開ロ的主體，所述主體包括磁材料或可磁化材料，所述空腔在第一方向和所述第一方向的橫向上延伸以使得所述空腔橫向地完全以所述主體的材料為界。
27.根據權利要求26所述的偏置場生成設備，其中所述磁阻傳感器完全布置在所述主體內。
28.根據權利要求26所述的偏置場生成設備，其中所述開ロ是完全穿透所述主體的空腔或洞。
專利摘要描述和描繪了涉及針對磁傳感器的磁偏置場的生成的實施例。本實用新型提供一種設備，其包括偏置場生成器，用於為磁傳感器提供磁偏置場，其中所述偏置場生成器被配置成在第一方向上提供使所述傳感器偏置的磁場分量，其中所述偏置場生成器包括具有空腔的主體，所述主體包括磁材料或可磁化材料，所述空腔在所述第一方向和所述第一方向的橫向上延伸，以使得所述空腔至少在第二方向和第三方向上橫向地以所述主體的材料為界，所述第二方向正交於所述第一方向並且所述第三方向正交於所述第二方向和所述第一方向。
文檔編號G01P3/42GK202421482SQ201120347778
公開日2012年9月5日 申請日期2011年9月16日 優先權日2010年9月17日
發明者斯特林 J., 埃利安 K., 赫爾曼 R., 韋特 T. 申請人:英飛凌科技股份有限公司