CN112114278B 用于确定磁通量的杂散场免疫的磁场传感器布置、磁扭矩传感器布置和方法 （迈来芯电子科技有限公司）

US2009184709A1,2009.用于确定磁通量的杂散场免疫的磁场传感一种用于以基本上杂散场免疫的方式确定磁场源(S1)；第一磁通聚集器和第二磁通聚集气隙(203)；磁通聚集器被配置为用于将信号磁通量在间隙方向(206)上引导到并穿过气隙部并且被配置为用于测量在气隙方向上和垂直一种以基本上杂散场免疫的方式测量信号磁通2所述信号磁场源；集器的外部面和所述第二磁通聚集器的外部面通过所述第一磁通聚集器的外部面和所述第二磁通聚集器的外部面之间的最短距离的线来限定所述第一信号中减去经缩放信号来减少或基本上消除所述磁干扰场其特征在于，所述磁场传感器被配置为用于测量相对于所述旋其中所述磁场传感器被配置为用于测量平行于所述旋转轴线的轴向上的第二磁场分3其特征在于，所述第一磁通聚集器的所述外部面设置在所述第一磁通聚集器的部分上，所述部分在包含所述旋转轴线和所述第一方向的平面上具有突起或弯曲部分或L形横和/或其中所述第二磁通聚集器的所述外部面设置在所述第二磁通聚集器的部分上，所述部分在包含所述旋转轴线和所述第一方向的平面上具有L其特征在于，所述第一磁通聚集器和/或所述第二磁通聚集器和/或其中所述第一磁通聚集器的外部面设置在所述第一磁通聚集器的形成所述第一和/或其中所述第二磁通聚集器的外部面设置在所述第二磁通聚集器的形成所述第二其特征在于，所述第一磁通聚集器的所述外部面设置在所述少一个鳍形延伸构件的部分上，和/或所述第二磁通聚集器的所述外部面设置在所述第二本上垂直于所述第一方向定向的方向上延伸超过所述气隙的横截面的宽度和/或高度，其中所述气隙的所述横截面基本上垂直于所述其特征在于，所述磁场传感器包括半导体基板成磁聚集器IMC和布置在所述IMC的外围处的至少两并且被定向成使得所述半导体基板平行于与所述旋转轴线平行的轴向并且平行于所述第或其中，所述磁场传感器包括基本上位于所述气9.一种用于确定以基本上不受磁干扰场的影响的方式施加在扭矩杆上的扭矩的磁扭根据权利要求3至8中任一项所述的角度传感器布4并且其中所述磁场传感器进一步被配置为用于将所述信号磁通量或所述角位移转换10.一种以对磁干扰场基本上免疫的方式确定由信号磁场源生成的信号磁通量的方a)提供根据权利要求1或2所述的磁场传感器布置或根据权利要求3至8中任一项所述b)通过所述磁场传感器测量在所述第一方向上定向的c)通过所述磁场传感器测量在垂直于所述第一方向的所述第二方向上定向的磁场分d)如果所述磁干扰场存在，则通过使用所测得的第二5[0002]磁性传感器系统，特别是线性位置传感器系统和角度/旋转位置传感器系统在本入轴和输出轴中的一个。所生成的磁场的磁通量由两个形状适当的磁通聚集器接收和引[0005]EP3505894描述了扭矩传感器，包括分别连接到输入轴和输出轴的多极环形磁体以损坏由传感器系统确定的测量值，从而劣化要确定的线性位置或角度/旋转位置的准确6[0009]本发明实施例的目的是提供一种磁场传感器布置和一种用于确定磁通量(例如，[0012]本发明实施例的目的是提供一种磁性传感器布置和/或角度传感器布置和/或磁扭矩传感器布置，适于即使在(外部)磁干扰场存在的情况下仍提供高度准确的测量结果[0013]本发明实施例的目的是提供具有紧凑构造的磁性传感器布置和磁扭矩传感器布[0014]本发明实施例的目的是提供一种用于杂散场免疫地确定磁通量的磁性传感器布于杂散场免疫地确定扭矩的磁扭矩传感器布置和杂散场免疫地确定磁通量的方法来实现和所述第二磁通聚集器被配置为用于将由所述信号磁场源生成的信号磁通量基本上在第7一信号和所述第二信号减少或基本上消除该表面区域之间，在第一磁通聚集器和第二磁通聚集在被第二干扰磁通量穿过的气隙的横截面的区域内–不被第一磁通聚集器和第二磁通聚集近第一磁通聚集器和/或第二磁通聚集器的存在的轻微影响，但它决不是由第一磁通聚集器和第二磁通聚集器接收并在第一磁通聚集器和第二磁通聚集器内在间隙方向上引导到情况下，通过减少或基本上消除来自干扰场的影响，也可以更准确地确定信号磁通量或线性位置或角位置。其能够在该磁场传感器的第一感测方向上感测通过穿过两个磁通聚集器的间隙界定外部器布置周围的干扰磁通量)的量可以由磁场传感器在其第二感测方向上确定，因此促进确定由磁场传感器在其第一感测方向上感测的在第一磁通聚集器和第二磁通聚集器内叠加上感测的总磁通量(信号磁通量和第一干扰磁通量)中消除(或至少相当大地抑制)由干扰8隔离由干扰磁场源生成的干扰量，使得根据本发明的磁场传感器布置对外部磁杂散场/干[0026]根据本发明的磁场传感器布置的优点是，信号磁通量的确定对外部磁杂散场/干器和第二磁通聚集器和磁场传感器的新布置和/或定向来实现的，特别是通过以本文公开第二磁通聚集器接收并在第一磁通聚集器和第二磁通聚集器内与信号磁通量一起被引导，(一方面)磁场传感器彼此独立地感测在第一感测方向(等于间隙方向)上由第一干扰磁通9和第二干扰磁通量之间的此类放大因子可以通过磁场传感器布置的校准或参数化来确定，本文所公开的磁场传感器布置的相对应的类似的特征及其效[0044]应当理解，提供相对于间隙方向界定气隙的相应外部面的第一磁通聚集器和/或第二磁通聚集器的相应部分也可以称为相应磁通聚集器的位于气隙附近或邻近于气隙的差肯定不在与第一磁通聚集器和/或第二磁通聚集器的制造一致的常见公差范围内，而是[0047]根据上述L形配置和布置，第二干扰磁通量可以基本上与间隙方向垂直地到达和器和第二磁通聚集器外部存在并延伸的第二第二磁通聚集器内引导的磁通量(信号磁通量和第一干扰磁通量)被引导到气隙中的方向一磁通聚集器的外部面和第二磁通聚集器的外部面之间的气隙的磁通量的提高向上延伸超过该气隙的横截面的宽度和/或高度，其中该气隙的横截面基本上垂直于第一的以及源自垂直于第二干扰磁通量方向的空间方向的干扰磁通量被气隙中的磁场传感器器(IMC)和布置在该IMC的外围处的至少两个集器(IMC)和布置在该IMC的外围处的至少两大要在第二感测方向上感测的第二干扰磁通量[0062]磁性传感器设备可以包括例如用于测量第一方向上的磁场分量的两个感测元件间接地)连接到第一环的第一轴向端和(直接考本文所公开的磁场传感器布置和/或角度传感器布置的相对应的类似的特征及其效果和来减少或消除该第一干扰部分；e)可选地将经校正的第一信号转换成角距离值和/或扭矩[0068]一种包括步骤a)到e)的方法是以对磁干扰场高度免疫的方式测量角距离的方法均匀干扰场)高度免疫的方式杂散场免疫地确定由信号磁场源生成的信号磁通量的方法，[0071]本发明还提供了一种用于以对均匀干扰场高度免疫的方式杂散场免疫地确定由而不被第一磁通聚集器和第二磁通聚集器接收并在第一磁通聚集器和第二磁通聚集器内一干扰磁通量的叠加中减去该经缩放信号来减少或基本上消除信号磁通量和第一干扰磁公开的磁场传感器布置和/或角度传感器布置和/或磁扭矩传感器布置的相对应的类似的和/或角度传感器布置的特征和/或磁扭矩传感器布置的特征也应被视为适用于根据本发的方法的特征也应被视为分别适用于根据本发明的磁场传感器布置和磁扭矩传感器布置从属权利要求的特征可以在适当时与独立权利要求的特征以及其他从属权利要求的特征[0083]根据此后所描述的(多个)实施例，本发明的这些方面和其他方面将是显而易见[0084]图1(a)和图1(b)分别示出了本领域已知的磁场传感器布置的实施例的侧视图和[0085]图2(a)和图2(b)分别示出了根据本发明的磁场传感器布置和角度传感器布置的[0088]图5示出了根据本发明的磁场传感器布置的另一个示例性实施例的侧视图，其可[0089]图6(a)和图6(b)分别示出了图2所示的磁场传感器布置的侧视图和前视图，其描[0090]图7(a)和图7(b)示出了与图6相同的布置，但现在示出了由干扰磁场源生成的磁[0091]图8(a)和图8(b)分别示出了图2所示的磁场传感器布置的侧视图和前视图，其描绘了由另一个外部干扰磁场源(位于图8的左部[0092]图9(a)、图9(b)和图9(c)分别示出了图2所示的磁场传感器布置和角度传感器布[0093]图10(a)和图10(b)分别示出了根据本发明的磁场传感器布置的另一个示例性实[0094]图11(a)、图11(b)和图11(c)分别示出了图10所示的磁场传感器布置和角度传感[0095]图12示出了根据本发明的实施例的以对干扰场高度免疫的方式确定由信号磁场源生成并可选地由磁性结构调制的信号磁通述的本发明的实施例能够以与本文中所描述或图示的定向不同的在所述盘的外围附近的两个或四个水平霍尔元件的[0117]图1(a)和图1(b)分别示出了本领域已知的包括磁性结构110和磁场传感器布置[0119]现有技术的传感器布置120包括第一磁通聚集器101和第二磁通聚集器102(也称106可以由第一磁通聚集器101和第二磁通聚集器102的两个外部面104、105之间的最短长[0120]图1的扭矩传感器100进一步包括磁性结构或磁性布置110，其包括生成信号磁通成使得信号磁通量被调制作为围绕信号磁场源S1的第一磁环111和第二磁环112之间的相的该磁性结构110和传感器布置120的组合用作磁扭矩传感器布置100，用于确定施加到扭EP3505894中公开了此类组合的各种实施例[0122]此外，由图1所示的磁扭矩传感器布置的信号磁场源S1生成的信号磁通量由第一磁通聚集器101和第二磁通聚集器102接收并在第一磁通聚集器101和第二磁通聚集器102也将被第一磁通聚集器101和第二磁通聚集器102捕获/接收并在第一磁通聚集器101和第由于磁场传感器107不能区分引导到气隙103的信号磁通量和干扰磁通量，包括图1所示的传感器布置120的扭矩传感器100对(外部)干扰磁场源S2生成的(外部)干扰磁通量不免疫[0124]图2(a)和图2(b)分别示出了包括图1的磁性结构110但包括修改的传感器布置220极环形磁体)生成并可选地由磁性结构110调制的[0125]在图2中，磁场传感器布置220还与如图1所描绘的磁性结构110(或磁性布置110)[0126]如图2所示，磁场传感器布置220包括第一磁通聚集器201和第二磁通聚集器202集器201的外部面204和第二磁通聚集器202的外部面205之间形成气隙203。两个外部面为在至少第一感测方向X和第二感测方向Z中对磁场敏感，其中第一感测方向X和第二感测信号磁场源S1生成的信号磁通量和由不同于信号磁场源S1的干扰磁场源S2生成的干扰磁通量的第一部分228(参见图6(a))将被第一磁通聚集器201和第二磁通聚集器202接收并在感器207被布置在气隙203中，使得它能够感测信号磁通量和在第一方向X上穿过气隙的干扰磁通量的第一部分和在第二方向Z上穿过气隙的干扰磁通量的第二部分的组合。取决于这些外部面在间隙方向上在Y_Z平面上的投影的重叠)定义的图2的示例中，该重叠基本上是矩形的，具有宽度209(参见图2(b))和高度210(参见图2[0133]在图3(a)的实施例中，磁性传感器设备207a的半导体基板基本上平行于X_Y平面[0135]图3a所描绘的传感器设备207a包含集成磁聚集器(IMC)211和布置在IMC的外围附内”)磁场分量Bu。不熟悉此类传感器结构的读者可以在例如专利公开US2018372475(A1)(参见图4(a)至图4(c))或同一申请人于2018年12月21日提交的专利申请EP3505894A1中，意还可以使用能够测量两个正交磁场分量的其他合适的传感器设备。传感器设备207需要面外磁场分量Bw和定向在磁性结构的Z方向上的平面内磁场分量Bu。在传感器设备207b的的一个特别优点是，由内部磁通聚集器211提供的磁增益可以用于放大沿Z方向进入气隙地”定向(即，其半导体基板平行于Y_Z平面)，但包212d。水平霍尔元件212c被配置为用于测量与磁性结构的径向相对应的相对于基板的W方[0143]该实施例具有不需要IMC和小间隙距离的优点，但不提供第二干扰场部分229(未[0144]图4(a)和图4(b)示出了与图3类似的视图，但示出了根据本发明的磁场传感器布和/或不同的传感器配置(例如，有/没有内部磁通聚集器)、通过使用不同的偏置装置(例[0151]b)测量在垂直于间隙方向的方向(磁性结构110的轴向)上定向的第二磁场分量[0152]c)将第二信号乘以预定义常数K以获取第一干扰部分228的估计。K的值可以是硬[0155]图5(a)示出了包括根据本发明的磁场传感器布置240的角度传感器或扭矩传感器感器布置240包括在气隙203附近具有稍微不同的配置的第一磁通聚集器221，如下文将描[0157]在图5(a)中，第一磁通聚集器221的外部面204也设置在第一磁通聚集器221的部器221径向地向外延伸的突起226或弯曲部226等来精确地[0159]图5(b)示出了作为图5(a)的角度传感器或扭矩传感器500的变体的另一个角度传器251上的第一面204与第二磁聚集器252上的第二面205之间224(在Z方向延伸)变短并且通过使202的垂直支腿(在Z方向延伸)变长来在轴向上移动气[0163]图6(a)和图6(b)分别示出了图2所示的角度传感器布置或磁矩传感器布置的位置处以Z方向定向的磁场的第一部分228引起的磁[0164]如图所示，由干扰磁场源S2生成的外部磁干扰场的第一部分228由第一磁通聚集器201和第二磁通聚集器202接收并在第一磁通聚集器201和第二磁通聚集器202内基本沿感的一个或多个传感器元件感测。事实上，在X方向上感测到的信号不仅是第一干扰部分由信号磁场源S1(例如由位于在第一环111和第二环112之间的基本上中间位置的径向定向[0165]图7(a)和图7(b)分别示出了图2所示的磁扭矩传感器布置200和磁场传感器布置置处以Z方向定向的磁场的第二部分229引起的[0166]第二部分229不被第一磁通聚集器201和第二磁通聚集器202接收并在第一磁通聚第二磁通聚集器202内流动的外部干扰磁通量228来确定(例如，测量)存在于磁性结构200号Bx中减去经缩放信号，来校正由磁性传感器207在X方向上感测到的总磁通量(是想要的为由第一磁通聚集器和第二磁通聚集器在Y方向上接收的干扰场的第一部分也将在Y方向上离开第一磁通聚集器和第二磁通聚集器而不穿过气隙，并且因为传感器设备本身对沿Y[0171]图8(a)和图8(b)分别示出了图2所示的磁扭矩传感器布置200和磁场传感器布置201和第二磁通聚集器202的垂直支腿离开磁性结构。只有进入第一环111的磁通量的一小[0173]由于在任意方向上定向的均匀干扰场可以分解为三个正交分量，一个在Z方向上环形磁体)生成的信号磁通量可以以对在任意方向上定向的外部干扰场都高度鲁棒的方式为如本文所公开的角度传感器和/或磁扭矩传感器布置200的磁场传感器布置220的立体视[0175]图10(a)和图10(b)分别示出了包括如上所述的磁性结构110和磁场传感器布置320的角度传感器布置和/或磁扭矩传感器布置300的又一个示例性实施例的侧视图和前视[0176]本实施例与图2的磁场传感器布置220之间的主要区别在于，第一磁通聚集器301的外部面204设置在第一磁通聚集器301的部分303上，该部分303包括一个鳍形延伸构件304，且第二磁通聚集器302的外部面205设置在第二磁通聚集器302的部分305上，该部分直于间隙方向206定向的方向延伸并且超过气隙203在垂直于间隙方向206的平面中的横截[0178]图12示出了用于以对干扰场高度免疫的方式杂散场免疫地确定由信号磁场源S1[0179]a)提供1201包括磁源S1的磁性结构110和两个磁聚集器111、112，磁聚集器111、112被配置为用于引导由所述源生成的磁通量，并形成相对于磁性结构110在径向X上定向指示由磁源S1生成的信号和相对于磁性结构110在轴向Z上定向的干扰场S2的第一部分