[发明专利]用于旋转角测量的磁场传感器系统和方法

说明书

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。

技术领域

本发明大体上涉及一种磁场传感器系统。更具体地说，本发明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。

背景技术

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。

发明内容

根据本发明的第一方面，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。