專利名稱：旋轉(zhuǎn)角探測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種旋轉(zhuǎn)角探測器，包括具有一對磁極的磁體轉(zhuǎn)子和傳感器芯片，傳感器芯片具有半導(dǎo)體襯底上的磁場探測元件。
背景技術(shù)：
常規(guī)上，如對應(yīng)于US-2009/0206827的日本專利No. 4273363所述，一種旋轉(zhuǎn)角探測器包括具有四個(gè)或更多磁極(即，兩對或更多對磁極)的磁體轉(zhuǎn)子，以及用于探測由磁體轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的磁通的方向的第一和第二感測裝置。第一和第二感測裝置中的每個(gè)都是具有固定層和可變層的自旋閥型巨磁致電阻效應(yīng)元件。固定層的磁化方向被固定到特定方向?？勺儗拥拇呕较螂S著磁場方向而變化。 巨磁致電阻效應(yīng)元件具有這樣的特性元件的電阻根據(jù)固定層的磁化方向和可變層的磁化方向(即磁場方向)之間的角度改變。在磁體轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一電角度(通過將旋轉(zhuǎn)角除以磁極對的數(shù)目計(jì)算出的角度)時(shí)，具有電阻器元件的感測裝置輸出與波形的一個(gè)周期對應(yīng)的信號。例如，在磁體轉(zhuǎn)子包括兩對磁極且磁體轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一圈時(shí)，感測裝置輸出與兩個(gè)周期的波形對應(yīng)的信號。將解釋日本專利No. 4273363中描述的旋轉(zhuǎn)角探測器。第一感測裝置包括兩個(gè)感測電橋X01、Y01，每個(gè)感測電橋都提供由四個(gè)電阻器元件構(gòu)成的全橋。第二感測裝置包括兩個(gè)感測電橋X02、Y02，每個(gè)都提供由四個(gè)電阻器元件構(gòu)成的全橋。全橋包括一對彼此串聯(lián)耦合的電阻器元件以及彼此串聯(lián)耦合的另一對電阻器元件。該對電阻器元件和另一對電阻器元件在電源和地之間彼此并聯(lián)耦合。于是，準(zhǔn)備好每個(gè)完整的電橋(即，每個(gè)感測電橋 XOU X02、YOU Y02)。在一對電阻器元件的電源側(cè)上的電阻器元件中的固定層的磁化方向與另一對電阻器元件的電源側(cè)上的電阻器元件中的固定層的磁化方向相反。在一對電阻器元件的地側(cè)上的電阻器元件中的固定層的磁化方向與另一對電阻器元件的地側(cè)上的電阻器元件中的固定層的磁化方向相反。感測電橋YOl的電阻器元件中固定層的磁化方向與磁體轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)方向平行。此外，感測電橋YOl的電阻器元件中固定層的磁化方向與感測電橋XOl的電阻器元件中固定層的磁化方向垂直。感測電橋Y02的電阻器元件中固定層的磁化方向與磁體轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)方向平行。此外，感測電橋Y02的電阻器元件中固定層的磁化方向與感測電橋X02的電阻器元件中固定層的磁化方向垂直。布置感測電橋XOl的電阻器元件中固定層的磁化方向和感測電橋X02的電阻器元件中固定層的磁化方向，以使相位相差90度的電角度。第一感測裝置具有磁場敏感方向作為磁體轉(zhuǎn)子的參考。第一感測裝置相對于磁體轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角被定義為Θ。在感測電橋XOl根據(jù)cos θ項(xiàng)輸出探測信號時(shí)，感測電橋YOl 根據(jù)-sin θ項(xiàng)輸出探測信號，因?yàn)楦袦y電橋YOl的電阻器元件中固定層的磁化方向垂直于感測電橋XOl的電阻器元件中固定層的磁化方向。由于感測電橋XOl的電阻器元件中固定層的磁化方向和感測電橋Χ02的電阻器元件中固定層的磁化方向被布置成使相位相差90度的電角度，所以感測電橋Χ02根據(jù)sin θ項(xiàng)輸出探測信號。由于感測電橋Y02的電阻器元件中固定層的磁化方向垂直于感測電橋 X02的電阻器元件中固定層的磁化方向，所以感測電橋Y02根據(jù)cos θ項(xiàng)輸出探測信號。取決于感測電橋Χ01、Υ01的探測信號中的θ項(xiàng)的因子被定義為(Χ01 θ，YOl θ )。 (Χ01 θ，YOl θ )等于(cos θ，-Sin θ )。取決于感測電橋X02、Y02的探測信號中θ項(xiàng)的因子被定義為(Χ02 θ，Υ02 θ )。(Χ02 θ，Υ02 θ )等于(sin θ，cos θ )。于是，感測電橋 Χ01、 Y02的探測信號取決于cos θ項(xiàng)。感測電橋￥01、乂02的探測信號取決于&110項(xiàng)。因此， 感測電橋Υ02的探測信號被反轉(zhuǎn)，從而獲得反轉(zhuǎn)的探測信號，將取決于感測電橋Υ02的反轉(zhuǎn)探測信號中的θ項(xiàng)的因子定義為Υ02 θ ’。在運(yùn)算放大器計(jì)算(Χ01 θ -Υ02 θ，)的差和 (Χ02Θ-Υ01Θ)的差時(shí)，獲得了每個(gè)探測信號中的cos θ值和sin θ值。在這里，在cos θ 的值和sin θ的值中消除了具有相同相位的高頻噪聲?；赾os θ的值和sin θ的值，計(jì)算tan θ的值。然后，角度計(jì)算器利用反正切函數(shù)執(zhí)行計(jì)算，從而計(jì)算角度θ。在這里，在芯片中形成與第二感測裝置不同的第一感測裝置。在這種情況下，旋轉(zhuǎn)角探測器包括多個(gè)芯片，使得探測器的制造成本很高。為了改善制造成本，可以在一個(gè)芯片中形成第一和第二感測裝置。不過，在這種情況下，在從探測信號去除高頻噪聲時(shí)，如上所述，由于感測電橋Χ01的電阻器元件中固定層的磁化方向和感測電橋Χ02的電阻器元件中固定層的磁化方向被布置成使相位相差90度的電角度，所以在磁體轉(zhuǎn)子的磁極數(shù)目小的情況下，電角度增大，且芯片尺度增大。在這里， 在磁體轉(zhuǎn)子的磁極數(shù)目大時(shí)，電角度減小，因此，芯片的尺度是有限的。不過，在磁體轉(zhuǎn)子的磁極數(shù)目大時(shí)，旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)頻率增大。于是，角度計(jì)算器相對于輸入信號的處理速度可能不夠快。磁體轉(zhuǎn)子與磁體一起附著于并固定到旋轉(zhuǎn)軸。繞組所產(chǎn)生的磁通量使旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。繞組圍繞著磁體轉(zhuǎn)子。在這種情況下，在繞組和磁體轉(zhuǎn)子之間布置芯片。將繞組的磁通和磁體轉(zhuǎn)子的磁通施加到芯片。為了基于磁體轉(zhuǎn)子的磁通探測磁體轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角，必須要去除繞組的磁通。于是，繞組產(chǎn)生的磁通提供了被定義為感應(yīng)噪聲的噪聲。感應(yīng)噪聲和固定到旋轉(zhuǎn)軸的磁體產(chǎn)生的磁通之間的排斥力使旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。因此， 感應(yīng)噪聲的轉(zhuǎn)動(dòng)方向與磁體轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反。在通過日本專利No. 4273363 描述的噪聲降低方法去除感應(yīng)噪聲時(shí)，必須要布置感測電橋XOl的電阻器元件中固定層的磁化方向和感測電橋Χ02的電阻器元件中固定層的磁化方向，以使相位相差180度的電角度。于是，由于為了去除感應(yīng)噪聲使電角度加倍，所以芯片的尺度大大增加。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述問題，本公開的目的是提供一種旋轉(zhuǎn)角探測器，包括具有一對磁極的磁體轉(zhuǎn)子以及傳感器芯片，傳感器芯片具有半導(dǎo)體襯底上的多個(gè)磁場探測元件。無需增加磁體轉(zhuǎn)子的磁極數(shù)目就改善了芯片的尺度。根據(jù)本公開的一方面，一種旋轉(zhuǎn)角探測器包括包括至少一對磁極的磁體轉(zhuǎn)子，其中所述磁體轉(zhuǎn)子連同磁體一起安裝在旋轉(zhuǎn)軸上；傳感器芯片，包括半導(dǎo)體襯底和所述半導(dǎo)體襯底中的磁場探測元件，其中所述磁場探測元件探測磁場；以及操作元件。在磁場中布置旋轉(zhuǎn)軸和傳感器芯片，磁場使旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。旋轉(zhuǎn)角探測器基于從磁場探測元件輸出的電信號探測磁體轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角。磁場探測元件包括第一磁場探測元件和第二磁場探測元件，它們彼此分隔開與預(yù)定相位差對應(yīng)的距離。第一磁場探測元件包括用于探測沿法線方向的磁場的第一法向分量探測元件和用于探測沿轉(zhuǎn)動(dòng)方向的磁場的第一旋轉(zhuǎn)分量探測元件。法線方向通過轉(zhuǎn)子的中心并垂直于轉(zhuǎn)動(dòng)方向。第二磁場探測元件包括用于探測沿法線方向的磁場的第二法向分量探測元件和用于探測沿轉(zhuǎn)動(dòng)方向的磁場的第二旋轉(zhuǎn)分量探測元件。相位差滿足如下條件將第一法向分量探測元件的輸出信號和第二法向分量探測元件的輸出信號之間的差除以相位差獲得的值近似于相對于轉(zhuǎn)動(dòng)方向?qū)鞲衅餍酒車拇艌鲅胤ň€方向的分量進(jìn)行微分獲得的值，將第一旋轉(zhuǎn)分量探測元件的輸出信號和第二旋轉(zhuǎn)分量探測元件的輸出信號之間的差除以相位差獲得的值近似于相對于轉(zhuǎn)動(dòng)方向?qū)ρ剞D(zhuǎn)動(dòng)方向的磁場分量進(jìn)行微分獲得的值。相位差定義為△ θ，第一法向分量探測元件的輸出信號定義為 S1，第二法向分量探測元件的輸出信號定義為&，第一旋轉(zhuǎn)分量探測元件的輸出信號定義為 C1,第二旋轉(zhuǎn)分量探測元件的輸出信號定義為C2，取決于用于使旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的磁場的第一項(xiàng)定義為α，取決于用于使旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的磁場的第二項(xiàng)定義為β。操作元件計(jì)算如下值C1 + α——和S1相位差Δ θ不取決于電角度。電角度取決于轉(zhuǎn)子的磁極數(shù)目。相位差Δ θ可以是能夠近似進(jìn)行微分計(jì)算的值。因此，即使當(dāng)?shù)谝淮艌鎏綔y元件和第二磁場探測元件形成于半導(dǎo)體襯底中時(shí)，也限制了傳感器芯片尺度的增大。由于為了減小電角度未增加轉(zhuǎn)子的磁極數(shù)目，所以限制了旋轉(zhuǎn)磁場的頻率增大。


通過下文參考附圖的詳細(xì)說明，本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將變得更加顯見。在附圖中圖1是示出了根據(jù)第一實(shí)施例的旋轉(zhuǎn)角探測器的平面圖的圖；圖2是示出了沿圖1的線II-II截取的探測器的截面圖的圖；圖3是方框圖，示出了磁場探測元件、操作元件和計(jì)算器之間的電連接；圖4是示出了傳感器芯片和磁體轉(zhuǎn)子之間的關(guān)系的平面圖的圖；圖5是方框圖，示出了磁場探測元件、操作元件和計(jì)算器之間的另一電連接；以及圖6是方框圖，示出了磁場探測元件、操作元件和計(jì)算器之間的另一電連接。
具體實(shí)施例方式(第一實(shí)施例)圖1示出了根據(jù)第一實(shí)施例的旋轉(zhuǎn)角探測器的平面圖。圖2示出了沿圖1的線 II-II截取的探測器的截面圖。圖3示出了磁場探測元件、操作元件和計(jì)算器之間的電連接。圖4示出了傳感器芯片和磁體轉(zhuǎn)子之間的關(guān)系的平面圖。磁體轉(zhuǎn)子10的旋轉(zhuǎn)方向被定義為轉(zhuǎn)動(dòng)方向。沿半導(dǎo)體襯底31厚度的方向被定義為厚度方向。垂直于厚度方向和轉(zhuǎn)動(dòng)方向并通過磁體轉(zhuǎn)子中心0的方向被定義為法線方向。
探測器100主要包括磁體轉(zhuǎn)子10、傳感器芯片30、操作元件50和計(jì)算器70。如圖 1和2所示，用于產(chǎn)生磁場的繞組20圍繞著轉(zhuǎn)子10。傳感器芯片30布置于轉(zhuǎn)子10和繞組 20之間。于是，將轉(zhuǎn)子10產(chǎn)生的磁場和繞組20產(chǎn)生的磁場施加到芯片30。此外，如圖3 所示，傳感器芯片30的磁場探測元件32與操作元件50電耦合。操作元件50與計(jì)算器70 電耦合。于是，經(jīng)由操作元件50將磁場探測元件32探測的電信號輸入到計(jì)算器70中。如下文所述，傳感器芯片30探測轉(zhuǎn)子10磁場的變化，使得芯片30執(zhí)行測量功能， 用于測量轉(zhuǎn)子10的旋轉(zhuǎn)角。不過，不僅向芯片30施加磁體轉(zhuǎn)子10的磁通而且施加繞組20 的磁通。在探測轉(zhuǎn)子10的旋轉(zhuǎn)角時(shí)，繞組20的磁通提供噪聲。根據(jù)本實(shí)施例的探測器100 去除來自芯片30的輸出信號中作為感應(yīng)噪聲的噪聲，而不會(huì)增大芯片30的尺寸。在這里， 與繞組20產(chǎn)生的磁通對應(yīng)的磁場對應(yīng)于使轉(zhuǎn)子10的旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的磁場。如圖1和2所示，轉(zhuǎn)子10具有環(huán)形形狀。柱形的旋轉(zhuǎn)軸11插入孔中，孔是由轉(zhuǎn)子 10的內(nèi)壁形成的。于是，將轉(zhuǎn)子10連同永磁體制成的轉(zhuǎn)子12固定到軸11上，軸11安裝在車輛上。轉(zhuǎn)子10的中心0定位在軸11上。轉(zhuǎn)子10包括一對由S極和N極構(gòu)成的磁極。 轉(zhuǎn)子12包括兩對磁極。由繞組20產(chǎn)生的磁通和轉(zhuǎn)子12產(chǎn)生的磁通之間的排斥力使軸11 與轉(zhuǎn)子10 —起轉(zhuǎn)動(dòng)。在這里，軸11提供旋轉(zhuǎn)軸。轉(zhuǎn)子12提供永磁體。在轉(zhuǎn)子10轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過轉(zhuǎn)子10繞芯片30的旋轉(zhuǎn)和磁通產(chǎn)生沿轉(zhuǎn)動(dòng)方向的旋轉(zhuǎn)磁場。如上所述，由繞組20產(chǎn)生的磁通和轉(zhuǎn)子12產(chǎn)生的磁通之間的排斥力使軸11 (即轉(zhuǎn)子 10)轉(zhuǎn)動(dòng)。因此，對應(yīng)于繞組20的磁通的磁場的轉(zhuǎn)動(dòng)方向與對應(yīng)于轉(zhuǎn)子10產(chǎn)生的磁通的旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反。在這里，在圖1和2中，盡管轉(zhuǎn)子10與軸11間隔開，但利用粘合劑等將轉(zhuǎn)子10固定到軸11上。此外，在圖1和2中，盡管芯片30與軸11間隔開，但芯片 30固定到容納軸11和繞組20的支架上。繞組20產(chǎn)生用于使軸11轉(zhuǎn)動(dòng)的磁場。繞組20包括多個(gè)線圈作為繞組元件，其固定到定子21上。電流在每個(gè)線圈中流動(dòng)，從而產(chǎn)生磁場。轉(zhuǎn)子12的一個(gè)磁極對應(yīng)于六個(gè)線圈20。繞組20的二十四個(gè)線圈20固定到定子21。傳感器芯片30包括半導(dǎo)體襯底31和磁場探測元件32，其形成于沉底31之內(nèi)。磁場探測元件32包括第一磁場探測元件33和第二磁場探測元件34，它們在轉(zhuǎn)子10的轉(zhuǎn)動(dòng)方向上彼此分開相位差△ θ。第一磁場探測元件33包括用于探測沿法線的磁場的第一法向分量探測元件35和用于探測沿轉(zhuǎn)動(dòng)方向的磁場的第一旋轉(zhuǎn)分量探測元件36。第二磁場探測元件34包括用于探測沿法線的磁場的第二法向分量探測元件37和用于探測沿轉(zhuǎn)動(dòng)方向的磁場的第二旋轉(zhuǎn)分量探測元件38。如圖4所示，第一法向分量探測元件35和第一旋轉(zhuǎn)分量探測元件36在法線方向上彼此分隔預(yù)定距離。第二法向分量探測元件37和第二旋轉(zhuǎn)分量探測元件38在法線方向上彼此間隔開預(yù)定距離。將第一法向分量探測元件35和第二法向分量探測元件37布置成與中心0間隔相等的距離。將第一旋轉(zhuǎn)分量探測元件36和第二旋轉(zhuǎn)分量探測元件38布置成與中心0間隔另一相等的距離。第一和第二法向分量探測元件35、37以及第一和第二旋轉(zhuǎn)分量探測元件36、38作為分量探測元件，是用于將磁信號轉(zhuǎn)換成電信號的磁電換能器。每個(gè)探測元件35-38都是具有固定層和可變層的磁致電阻傳感器。固定層的磁化方向是固定的?？勺儗拥拇呕较蚋鶕?jù)磁場方向變化。圖4中的箭頭示出了固定層的磁化方向。沿著法線方向布置第一和第二法向分量探測元件35、37中固定層的磁化方向。沿著轉(zhuǎn)動(dòng)方向布置第一和第二旋轉(zhuǎn)分量探測元件36、38中固定層的磁化方向。更具體而言，沿著轉(zhuǎn)動(dòng)方向的切向布置第一和第二旋轉(zhuǎn)分量探測元件36、38中固定層的磁化方向。第一和第二法向分量探測元件35、37中固定層的磁化方向指向離開中心0的方向。第一和第二旋轉(zhuǎn)分量探測元件36、38中固定層的磁化方向指向繞中心0的逆時(shí)針方向。以上磁致電阻傳感器的性質(zhì)使得傳感器的電阻根據(jù)固定層磁化方向和可變層磁化方向之間的角度而改變。因此，在轉(zhuǎn)子10轉(zhuǎn)動(dòng)一電角度時(shí)，傳感器芯片30輸出對應(yīng)于一個(gè)周期波形的信號，所述電角度是由旋轉(zhuǎn)角除以磁極對的數(shù)目限定的。轉(zhuǎn)子10具有一對磁極，因此，在轉(zhuǎn)子10轉(zhuǎn)動(dòng)一圈時(shí)，傳感器芯片30輸出對應(yīng)于一個(gè)周期波形的信號。操作元件50與傳感器芯片30電耦合。操作元件50基于第一和第二法向分量探測元件35、37的輸出信號Sp S2以及第一和第二旋轉(zhuǎn)分量探測元件36、38的輸出信號Q、 C2從每個(gè)輸出信號SpS2XpC2去除繞組20的磁通(即，感應(yīng)噪聲)。另一方面，計(jì)算器70 與操作元件50電耦合?；趤碜圆僮髟?0的輸出信號，計(jì)算器70執(zhí)行轉(zhuǎn)子10旋轉(zhuǎn)角 θ的計(jì)算函數(shù)。如圖3所示，在半導(dǎo)體襯底31中形成操作元件50和計(jì)算器70，連同磁場探測元件32。下文將解釋旋轉(zhuǎn)角探測器100的特性。第一磁場探測元件33和第二磁場探測元件34彼此間隔開與轉(zhuǎn)子10的轉(zhuǎn)動(dòng)方向上的相位差Δ θ對應(yīng)的距離。具體而言，如圖4所示，第一和第二法向分量探測元件35、37彼此間隔開與相位差Δ θ對應(yīng)的距離。第一和第二旋轉(zhuǎn)分量探測元件36、38彼此間隔開與相位差Δ θ對應(yīng)的距離。用輸出信號S1和輸出信號&之間的差除以相位差Δ θ獲得的值近似為值Δ 0bK，這是通過相對于轉(zhuǎn)動(dòng)方向?qū)鞲衅餍酒?0周圍的磁場B沿法線方向的分量1^求微分獲得的。用輸出信號C1和輸出信號 C2之間的差除以相位差Δ θ獲得的值近似為值Δ 0b0，這是通過相對于轉(zhuǎn)動(dòng)方向?qū)ρ剞D(zhuǎn)動(dòng)方向的磁場B的分量b0求微分獲得的。于是，滿足以下方程。
權(quán)利要求
1.一種旋轉(zhuǎn)角探測器，包括包括至少一對磁極的磁體轉(zhuǎn)子(10)，其中所述磁體轉(zhuǎn)子(10)連同磁體(1 一起安裝在旋轉(zhuǎn)軸(11)上；傳感器芯片(30)，包括半導(dǎo)體襯底(31)和所述半導(dǎo)體襯底(31)中的磁場探測元件 (32)，其中所述磁場探測元件(3 探測磁場；以及操作元件(50)，其中在磁場中布置所述旋轉(zhuǎn)軸(11)和所述傳感器芯片(30)，所述磁場使所述旋轉(zhuǎn)軸 (11)轉(zhuǎn)動(dòng)，其中所述旋轉(zhuǎn)角探測器基于從所述磁場探測元件(3 輸出的電信號探測所述磁體轉(zhuǎn)子(10)的旋轉(zhuǎn)角，其中所述磁場探測元件(3 包括第一磁場探測元件(3 和第二磁場探測元件(34)， 所述第一磁場探測元件(3 和所述第二磁場探測元件(34)彼此分隔開與預(yù)定相位差相對應(yīng)的距離，其中所述第一磁場探測元件(3 包括用于探測沿法線方向的磁場的第一法向分量探測元件(3 和用于探測沿轉(zhuǎn)動(dòng)方向的磁場的第一旋轉(zhuǎn)分量探測元件(36)， 其中所述法線方向通過所述轉(zhuǎn)子(10)的中心并垂直于所述轉(zhuǎn)動(dòng)方向， 其中所述第二磁場探測元件(34)包括用于探測沿所述法線方向的磁場的第二法向分量探測元件(37)和用于探測沿所述轉(zhuǎn)動(dòng)方向的磁場的第二旋轉(zhuǎn)分量探測元件(38)，其中所述相位差滿足如下條件將所述第一法向分量探測元件(3 的輸出信號和所述第二法向分量探測元件(37)的輸出信號之間的差除以所述相位差所獲得的值近似于相對于所述轉(zhuǎn)動(dòng)方向?qū)λ鰝鞲衅餍酒?30)周圍的磁場沿法線方向的分量進(jìn)行微分所獲得的值，將所述第一旋轉(zhuǎn)分量探測元件(36)的輸出信號和所述第二旋轉(zhuǎn)分量探測元件(38) 的輸出信號之間的差除以所述相位差所獲得的值近似于相對于述是轉(zhuǎn)動(dòng)方向?qū)ρ厮鲛D(zhuǎn)動(dòng)方向的磁場分量進(jìn)行微分所獲得的值，其中所述相位差定義為△ θ，所述第一法向分量探測元件(3 的輸出信號定義為S1, 所述第二法向分量探測元件(37)的輸出信號定義為&，所述第一旋轉(zhuǎn)分量探測元件(36) 的輸出信號定義為C1,所述第二旋轉(zhuǎn)分量探測元件(38)的輸出信號定義為C2，取決于用于使所述旋轉(zhuǎn)軸(11)轉(zhuǎn)動(dòng)的磁場的第一項(xiàng)定義為α，取決于用于使所述旋轉(zhuǎn)軸(11)轉(zhuǎn)動(dòng)的磁場的第二項(xiàng)定義為β，其中所述操作元件(50)計(jì)算如下值
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)角探測器，其中所述操作元件(50)設(shè)置于所述半導(dǎo)體襯底(31)中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)角探測器，還包括基于從所述操作元件(50)輸出的值計(jì)算所述磁體轉(zhuǎn)子(10)的旋轉(zhuǎn)角的計(jì)算器(70)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的旋轉(zhuǎn)角探測器，其中所述計(jì)算器(70)設(shè)置于所述半導(dǎo)體襯底(31)中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)角探測器， 其中所述磁體轉(zhuǎn)子(10)僅包括一對磁極。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中的任一項(xiàng)所述的旋轉(zhuǎn)角探測器，其中所述第一法向分量探測元件(35)、所述第二法向分量探測元件(37)、所述第一旋轉(zhuǎn)分量探測元件(36)和所述第二旋轉(zhuǎn)分量探測元件(38)中的每一個(gè)是磁致電阻傳感器， 其中所述磁致電阻傳感器包括固定層和可變層， 其中所述固定層具有固定到預(yù)定方向的固定磁化方向，并且其中所述可變層具有隨著磁場方向改變的可變磁化方向。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的旋轉(zhuǎn)角探測器，其中所述磁致電阻傳感器是隧道磁致電阻傳感器。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的旋轉(zhuǎn)角探測器，其中所述第一和第二法向分量探測元件(35，37)中的每個(gè)中的固定層的固定磁化方向指向離開所述磁體轉(zhuǎn)子(10)的中心的方向，并且其中所述第一和第二旋轉(zhuǎn)分量探測元件(36，38)中的每個(gè)中的固定層的固定磁化方向指向繞所述磁體轉(zhuǎn)子(10)的中心的一個(gè)方向。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的旋轉(zhuǎn)角探測器，其中所述第一和第二法向分量探測元件(35，37)中的每個(gè)中的固定層的固定磁化方向指向接近所述磁體轉(zhuǎn)子(10)的中心的方向，并且其中所述第一和第二旋轉(zhuǎn)分量探測元件(36，38)中的每個(gè)中的固定層的固定磁化方向指向繞所述磁體轉(zhuǎn)子(10)的中心的一個(gè)方向。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-5中的任一項(xiàng)所述的旋轉(zhuǎn)角探測器，其中所述第一法向分量探測元件(3 和所述第一旋轉(zhuǎn)分量探測元件(36)被布置成在所述法線方向上彼此間隔開預(yù)定的距離，并且其中所述第二法向分量探測元件(36)和所述第二旋轉(zhuǎn)分量探測元件(38)被布置成在所述法線方向上彼此間隔開預(yù)定的距離。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-5中的任一項(xiàng)所述的旋轉(zhuǎn)角探測器，其中第一和第二法向分量探測元件(35，37)和所述第一和第二旋轉(zhuǎn)分量探測元件 (36，38)被布置成與所述磁體轉(zhuǎn)子(10)的中心間隔開相等的距離。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-5中的任一項(xiàng)所述的旋轉(zhuǎn)角探測器，其中所述旋轉(zhuǎn)軸(11)是車輛的軸(11)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1-5中的任一項(xiàng)所述的旋轉(zhuǎn)角探測器， 其中所述旋轉(zhuǎn)軸(11)容納在框架中，并且其中所述傳感器芯片(30)固定到所述框架上。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)角探測器，還包括用于產(chǎn)生磁場的繞組(20)，所述磁場使所述旋轉(zhuǎn)軸(11)轉(zhuǎn)動(dòng)， 其中所述繞組00)圍繞所述轉(zhuǎn)子(10)，其中所述傳感器芯片(30)設(shè)置于所述繞組00)和所述轉(zhuǎn)子(10)之間，其中所述磁體轉(zhuǎn)子(10)僅包括一對磁極，并且其中所述磁體(1 包括兩對磁極。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的旋轉(zhuǎn)角探測器，其中，所述磁體(12)對的數(shù)目定義為Nn， 其中所述繞組00)產(chǎn)生的磁場沿所述轉(zhuǎn)動(dòng)方向的分量的幅度定義為，所述繞組(20)產(chǎn)生的磁場沿所述法線方向的分量幅度定義為Bnk， 其中所述第一項(xiàng)α滿足方程a=nBm Nn其中所述第二項(xiàng)β滿足方程Βνθ Nn ο
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的旋轉(zhuǎn)角探測器，還包括基于從所述操作元件(50)輸出的值計(jì)算所述磁體轉(zhuǎn)子(10)的旋轉(zhuǎn)角的計(jì)算器(70)， 其中所述操作元件(50)和所述計(jì)算器(70)設(shè)置于所述半導(dǎo)體襯底(31)中， 其中所述第一法向分量探測元件(35)、所述第二法向分量探測元件(37)、所述第一旋轉(zhuǎn)分量探測元件(36)和所述第二旋轉(zhuǎn)分量探測元件(38)中的每個(gè)是隧道磁致電阻傳感器，其中所述隧道磁致電阻傳感器包括固定層和可變層， 其中所述固定層具有固定到預(yù)定方向的固定磁化方向， 其中所述可變層具有隨著磁場方向改變的可變磁化方向，其中所述第一和第二法向分量探測元件(35，37)中的每個(gè)中的固定層的固定磁化方向指向離開所述磁體轉(zhuǎn)子(10)的中心的方向，并且其中所述第一和第二旋轉(zhuǎn)分量探測元件(36，38)中的每個(gè)中的固定層的固定磁化方向指向繞所述磁體轉(zhuǎn)子(10)的中心的一個(gè)方向。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的旋轉(zhuǎn)角探測器，其中所述第一和第二法向分量探測元件(35，37)被布置成與所述磁體轉(zhuǎn)子(10)的中心間隔開相等的距離，并且其中所述第一和第二旋轉(zhuǎn)分量探測元件(36，38)被布置成與所述磁體轉(zhuǎn)子(10)的中心間隔開另一相等的距離。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的旋轉(zhuǎn)角探測器，其中所述第一法向分量探測元件(3 和所述第一旋轉(zhuǎn)分量探測元件(36)設(shè)置于所述磁體轉(zhuǎn)子(10)的法線上，并且其中所述第二法向分量探測元件(37)和所述第二旋轉(zhuǎn)分量探測元件(38)設(shè)置于所述磁體轉(zhuǎn)子(10)的另一法線上。
全文摘要
一種用于探測磁體轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角的旋轉(zhuǎn)角探測器，包括具有安裝在旋轉(zhuǎn)軸上的磁體的轉(zhuǎn)子；傳感器芯片；以及操作元件。該芯片包括用于探測沿法線方向的磁場的第一和第二法向分量探測元件，以及用于探測沿轉(zhuǎn)動(dòng)方向的磁場的第一和第二旋轉(zhuǎn)分量探測元件。相位差Δθ，探測元件的輸出信號S1、S2、C1、C2，通過相對于轉(zhuǎn)動(dòng)方向?qū)ρ胤ň€方向的磁場分量求微分而獲得的值ΔθbR，以及通過相對于轉(zhuǎn)動(dòng)方向?qū)ρ剞D(zhuǎn)動(dòng)方向的磁場分量求微分而獲得的值Δθbθ滿足和操作元件計(jì)算和
文檔編號G01D5/14GK102346045SQ20111022028
公開日2012年2月8日 申請日期2011年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月29日
發(fā)明者原田智之 申請人:株式會(huì)社電裝