磁场电流传感器、传感器系统和方法_3

文档序号:9303685阅读:来源:国知局
、半圆形、或包括开口或缺口的一些其他配置)以更容易地促进导体140 到小孔150中的插入(或相反地,系统200围绕导体140的布置)以用于装配和/或修理或 替换(例如,如果缺陷存在)。
[0048] 系统200中的磁元件130的不对称可能导致由磁元件130感应的偏置磁场的扭 曲,其中磁化方向改变(例如,场将不再一贯地指在半径方向上)并且由每一个传感器120感 测的场的强度可以根据其相对于磁元件130中的开口的位置而显著变化。这可能导致系统 100的增加的复杂性和用来估计感测的电流的算法(例如,指的是图8),以及在系统100针 对误差(例如,背景干扰和导体140的位置或形状容差)的准确度和鲁棒性中的降低。相反 地,磁元件130的开环配置可以是有利的,因为它可以增加系统200的带宽。在实施例中,通 过防止磁元件130的变短的环形拓扑,带宽可以大于约100kHz,在实施例中诸如约1MHz或 更大,在所述磁元件130的变短的环形拓扑中,过多的涡电流(S卩,通过改变磁场在导体140 中感应的电流)可以在电流的大突然改变下流动(例如,如果磁元件130包括导电材料,诸如 具有非零电导率的大块材料或导电涂层)。
[0049] 在图5-7中描绘了传感器系统300的另一个实施例。传感器系统300可以包括 以72度(S卩,360度/N,其中N=5)的方位角间距沿着与导体140同中心的曲线布置的至少 五个传感器120。对于大的N,支撑结构310上的导电迹线的总数目也可以增加;因此可以 有利的是,布置传感器120使得支撑结构310可以被配置为单层PCB或其它器件。传感器 120的奇数数目(例如,三、五、七等)的使用可以是有利的,以用于在较低系统成本下达到较 高系统准确度。
[0050] 在系统300中,磁元件(例如,系统100的磁元件130)可以包括多个各个磁元件 330,其均与个别传感器120相关联。在一个实施例中,磁元件330可以通过粘附接合或一 些其它合适的技术耦合到其相关联的传感器120。在实施例中,每一个磁元件330可以包括 一般块形状,尽管在其它实施例中,磁元件330可以是圆柱形或具有一些其它多侧的配置。 根据所使用的永久磁性材料的剩磁,磁元件330可以被定大小为大于或小于传感器120。对 于便宜的弱铁氧体,元件330在如图5和6中描绘的每一个尺寸上一般是较大的。磁元件 330也可以是传感器封装的部分(例如,引线框、管芯附着粘合剂和/或模塑料的部分可以 是永久磁性的,或者永磁体可以被附着到传感器管芯或引线框部分且由模塑料覆盖)。在一 个实施例中,传感器120可以被倒装芯片安装到支撑结构310,使得每一个磁元件330可以 耦合到传感器120的非导电表面(S卩,图5中的面向上的表面)。在其它实施例中,磁元件330 可以耦合到支撑结构310,其中然后传感器120被布置在磁元件330上,如图7的实施例中 描绘的。在这样的配置中,传感器120可以耦合到磁元件330,其中在传感器120和支撑结 构310之间的电连接使用线接合或其它合适的方法来建立。如果传感器元件120包括传感 器封装,则它们的引线可以被弯曲并形成以进行与支撑结构310上的导电迹线的接触。接 合环路或引线的大小(未在图7中示出)可以取决于磁元件330和传感器120的厚度(z方 向),其中在实施例中环路大小通过利用具有薄传感器管芯或带有高剩磁的薄磁元件330的 传感器120来进行最小化。在其它实施例中,也可以是有利的是,在形成在支撑结构310中 的凹槽内(例如,指的是与图3相关的讨论)耦合磁元件330,以降低在传感器120和形成在 支撑结构310上的导电层之间的z坐标中的差。
[0051] 通过利用专用磁元件330 (S卩,如在图5和6中的親合至传感器120的各个磁元 件),系统300的总磁质量减小,其转而导致在成本中的降低和在传感器120上的机械应力 中的降低。附加地,成本也可以通过使用不同的制造技术来降低,诸如分别地从支撑结构 110预装配磁元件330和传感器120。例如,用来形成传感器/磁单元的每一个磁元件330 到相应的传感器120的装配可以在一个制造设施处完成,而传感器/磁单元到支撑结构330 的安装在第二制造或装配设施处发生。磁元件330和传感器120的装配可以在单个管芯和 磁体上完成,它又也可以通过以下步骤来更成本有效地完成:将包括许多传感器管芯的完 整的衬底安装到大磁体(例如,与衬底一样大)上,并且在普遍的衬底切削工艺中同时切割 这两者。因此,可以是有利的是,与传感器120并置(S卩,至少大致齐平)地布置磁元件330。 在该布置中,也可以是可能的是,将磁元件330耦合到传感器120的前侧,其可以包括用于 将传感器120电耦合到支撑结构310的接合焊盘。例如,如果磁元件330被附着到传感器 120的顶侧或前侧,则在装配之前可以将凹槽蚀刻到每一个磁元件330的表面中。因此,接 合焊盘变得从蚀刻在磁元件330的表面中的凹槽可到达,而磁元件330的背侧或底侧保留 没有附着。
[0052] 在其它实施例中且与上面讨论的那些实施例一致,磁元件330可以包括施加至管 芯的顶部或底部或者传感器120的其它部分的磁膏。为了建立期望的磁性质且为了增加在 对传感器120的施加上的磁膏的粘附强度,磁膏可以经受在相对低的温度下(例如,小于约 500°C)的固化工艺以变成烧结的。为了在固化工艺期间限制热负载,在实施例中,包括定 大小在约1ym以下的粒子(即纳米粒子)的磁膏可以是有利的(因为,例如它们的大表面增 加了反应性并因此最小化固化温度)。在各种实施例中可以使用利用本文中讨论的系统300 或其它系统内的磁元件和工艺的其它磁元件和工艺。
[0053] 与所使用的磁元件330的类型无关,磁元件330 (或130或230或本文中描绘和/ 或讨论的其它磁元件)可以以磁化或未磁化的形式耦合到传感器120以促进处理。例如,磁 元件130的磁化可以出现以下的固化工艺和磁元件130到传感器120的耦合。这可以适用 于系统300的多个磁元件330。此外,如果传感器120包括也要求磁化的传感器元件(例如, GMR或TMR),则传感器元件120可以在磁元件130的磁化之前或之后进行磁化,以避免磁元 件130或传感器120的性能退化。用来避免退化的其它技术可以包括例如在单个同时的工 艺中磁化磁元件130和传感器120的传感器元件(例如通过施加大约(约)1T的强场来进行 磁化)以及在单个步骤中固化传感器元件。此外,如果系统100被按照惯例装配(即,传感器 120耦合到支撑结构110,以及磁元件130耦合到传感器120),则器件可以用来保护磁元件 130的放置,直到施加至磁元件130的粘合剂元件变硬。这样的器件可以包括具有含铁部分 的例如一般圆形或环形形状,所述含铁部分经由在含铁部分和磁元件130之间形成的磁吸 引来保护磁元件130的放置。器件也可以包括用来在装配期间保护磁元件130的放置的永 磁体,由此永磁体具有不像含铁部分的良好限定的极性,其吸引北磁极和南磁极两者,其可 能导致在一些磁体的极性中的误差。
[0054] 参考图8,在实施例中,每一个传感器120可以包括布置在半桥配置中的至少两个 磁阻器(11〇310、312。1?310、312可以包括61?、11?或其它合适的磁阻器(其可以是强场 或弱场),并且可以包括诸如Pt、Mn、Ru、Cu等等的材料的多层的堆叠。MR310、312可以以 半桥配置串联电耦合在供电电压(Vsup)和参考电压(Gnd)之间,在所述半桥配置中,在较 低电位处的MR312具有参考方向"+x"且在较高电位处的MR310具有参考方向"-x"(例 如,相对和平行参考方向)。局部参考系(x',y')被附着到传感器元件120。相反地,半桥的 位置在本文中将被称为位置(R,W),其是在定中心在导体140的中间的全球圆柱参考系 中的半径距离和方位角位置。全球圆柱坐标系(R,W)也可以经由R2 =x2+y2和tan(W) =y/x在全球笛卡尔系统(x,y)方面表达。所以全球笛卡尔系统在示出完整的传感器布置 的所有图中示出,而局部参考系(x',y')在图8中示出,其示出了单个传感器元件120。
[0055]MR310、312可以包括配置为检测信号的强场MR:
[0056] 如果MR310、312包括GMR或TMR,则半桥的输出电压是:
其中,h=0. 05 (对于GMR)和h=0. 5 (对于TMR),且由此,X'和y'表示传感器120的敏 感性平面。
[0057]图8的半桥电路可以被配置为如在图9中描绘的角度传感器,其包括布置在围绕 导体140的120度的整数倍数处的三个传感器120。每一个传感器120包括如在图8中描 绘的传感器元件310、312的半桥。每一个MR元件的参考方向由其上的白色箭头示出,而偏 置磁场的方向由实心黑色箭头示出,在所有传感器元件120上放射状指向外面。在各种实 施例中,偏置场生成可以是MR桥的部分或不是MR桥的部分。如果它是桥的部分,贝lj永久磁 膏可以被施加至传感器管芯的背侧或前侧,且在管芯的y'方向上磁化(即,此处在固定到 传感器管芯的x',y'参考系和固定到导体140的x,y参考系之间进行区分)。如果偏置 场不是MR桥的部分,则在传感器管芯的制备之后永磁体可以被附着到传感器管芯或完整 的布置。注意到在图9中的偏置场方向性箭头不意味着磁体必须被放置在那里;相反,它一 般意味着磁偏置场在指示的方向上存在于那里。该场可以来自环形磁元件(例如,如图1-3 中描绘的)或磁场生成的数个其它源。此外,偏置场也可以是MR堆叠的内在部分,其中各层 之一产生了偏置磁场。
[0058] 可以拿半桥电路的输出电压和不响应于磁场的两个简单电阻器的参考电压分压 器400的输出电压比。相同的参考电压分压器400可以用于所有的三个传感器120,使得其 中
信号
可以针对每一个传感器120进行限定。因此是每一个相应传感器120的 方位角坐标妒(例如,图9中的0度、120度和240度)的函数。当传感器元件120根据图9 被定位时,使得其y'方向平行或反向平行于半径方向,并且其x'方向反向平行或平行于方 位角方向,它保持%:哗并且因此信号去:馬.相同于:
类似地,也可以使用具有如在图10A中描绘的
当前第3页1 2 3 4 5 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1