专利名称：一种凹坑形永磁体及包括该永磁体的磁传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及磁传感器技术领域，特别涉及一种凹坑形永磁体及包括该永磁体的磁传感器。
背景技术：
磁传感器的应用非常广泛，例如将磁传感器用于验钞机来鉴别纸币的真伪，又如用磁传感器来检测齿轮的运动速度、齿轮上的齿的位置或齿轮的运动方向等。现有技术中，磁传感器中通常设有永磁体I和敏感元件2，如图I所示，永磁体I的形状通常为长方体或正方体，与永磁体I的棱CG、⑶和CB平行的方向分别被标记为X轴、Y轴和Z轴方向。敏感元件2具有单ー敏感轴或双敏感轴，并被放置于永磁体I的上方。此处，以敏感元件2具有单ー敏感轴，其敏感方向3平行于Y轴方向，永磁体I的充磁方向4 平行于Z轴方向为例进行说明。在实际应用中，通常期望永磁体I在敏感元件2处产生的磁场Happly的方向平行于Z轴方向。永磁体I也经常被本领域技术人员称为背磁体。磁敏感元件2通常为霍尔元件、AMR元件、GMR元件或TMR元件。使用磁传感器时，如果待检测器件与磁传感器的相对位置关系发生变化，则在敏感元件2处永磁体I产生的磁场Happly将发生变化，敏感元件2通过探测其所在位置的磁场Happly的变化即可检测出待检测器件的例如速度、位置和/或运动方向等物理量。理想状态下，AMR元件的电阻对永磁体I产生的磁场Happly的响应曲线如图2所示。 应用中，通常期望AMR元件的工作点在磁场Happly=O的点附近，此时AMR元件的电阻对磁场Happly的响应具有非常好的线性。AMR元件的饱和场非常低，因此期望磁场Happly沿AMR元件敏感方向3即Y轴方向的分量趋近于零，以避免因AMR元件的电阻对磁场Happly的响应达到饱和导致该AMR元件无法正常工作。理想状态下，GMR元件的电阻对永磁体I产生的磁场Happly的响应曲线如图3所示。磁场Happly=O至正饱和场Hs的线性区的中点对应的磁场Happly=HB，磁场Happly=O至负饱和场-Hs的线性区的中点对应的磁场为Happly=-HB。为了使GMR元件工作在线性区，期望磁场Happly沿GMR元件敏感方向3即Y轴方向的分量趋近于Hb，以使GMR元件的工作点被偏置到其线性工作区的中点。另外，GMR元件的饱和场Hs较低，因此期望磁场Happly沿GMR元件敏感方向3即Y轴方向的分量处于Happly=HB的点附近的ー个小区间内，以避免因GMR元件的电阻对磁场Happly的响应达到饱和导致该GMR元件无法工作。理想状态下，TMR元件的电阻对永磁体I产生的磁场Happly的响应曲线如图4所示。由图4可以看出，由于奈耳耦合场Htj的影响，TMR元件的电阻对磁场Happly的响应曲线关于Happly=H0的点呈中心对称。为了使TMR元件工作在线性区，期望磁场Happly沿TMR元件敏感方向3即Y轴方向的分量趋近于ル，以避免TMR元件的工作点偏离其线性工作区。部分TMR元件的奈耳耦合场Htj较小，相对于其饱和场Hs可以忽略。此时，期望磁场Happly沿TMR元件敏感方向3即Y轴方向的分量趋近于零。现有技术中，永磁体I产生的磁场Happly除了提供AMR元件、GMR元件或TMR元件需要的沿例如Z轴方向的目标磁场外，磁场Happly沿例如X轴和Y轴方向分量很大，导致AMR元件、GMR元件或TMR元件的工作点偏离其线性工作区，甚至导致AMR元件、GMR元件或TMR元件的电阻对磁场Happly的响应达到饱和，从而影响磁传感器的性能，甚至导致磁传感器无法正常工作。因此，非常需要一种应用于磁传感器的新型永磁体。该新型永磁体能够提供沿例如Z轴方向的目标磁场，同时沿X轴 和/或Y轴方向的磁场分量趋近于零或者是处于一个很小的数值区间内。
发明内容
本发明的目的是提供一种永磁体。本发明的另一目的是提供一种磁传感器。本发明的一个方面，提供一种凹坑形永磁体。优选地，所述永磁体的坑沿面呈回形，坑底面和坑侧面为长方形或正方形，且所述坑侧面分别与所述坑沿面和所述坑底面垂直。优选地，所述永磁体的坑沿面呈回形，坑底面呈长方形或正方形且与所述坑沿面平行，至少一个坑侧面呈梯形，所述梯形坑侧面与所述坑底面所成的角度大于90°且小于180°优选地，所述永磁体的坑沿面呈回形，坑底面呈长方形且与所述坑沿面平行，至少一个坑侧面呈曲面形。优选地，所述永磁体的材质包括钕铁硼、钐钴或硬磁铁氧体。根据本发明的另一方面，提供一种磁传感器，该磁传感器设有磁传感芯片和所述永磁体，所述永磁体被设置为其凹坑朝向所述磁传感芯片。本发明具有如下有益效果(I)所述永磁体产生的磁场Happly沿Z轴方向的分量能够提供磁敏感元件需要的目标磁场，且所述永磁体产生的磁场Happly沿X轴和Y轴方向的分量趋近于零或者是处于一个很小的数值区间内；(2)将所述永磁体用于磁传感器时，能够使磁敏感元件在保持高灵敏度的前提下工作在其线性工作区，从而使磁传感器的性能优化；(3)所述永磁体结构简单，成本低，使用方便。
图I为现有技术的磁传感器的永磁体I和敏感元件2的示意图；图2为AMR元件的电阻对磁场Happly的响应曲线；图3为理想状态下GMR元件的电阻对磁场Happly的响应曲线；图4为理想状态下TMR元件的电阻对磁场Happly的响应曲线；图5为现有技术的对比例提供的永磁体11的示意图；图6为现有技术对比例提供的永磁体11产生的磁场Happly沿Z轴方向的分量在所述敏感元件2所在平面内的等高线图；图7为现有技术对比例提供的永磁体11产生的磁场Happly沿X轴方向的分量在所述敏感元件2所在平面内的等高线图；图8为现有技术对比例提供的永磁体11产生的磁场Happly沿Y轴方向的分量在所述敏感元件2所在平面内的等高线图；图9为本发明实施I提供的永磁体12的示意图；图10为本发明实施I提供的永磁体12的沿丽方向的剖面图；图11为本发明实施I提供的永磁体12的俯视图；图12为本发明实施2提供的永磁体13的示意图；图13为本发明实施2提供的永磁体13的沿匪方向的剖面图；图14为本发明实施2提供的永磁体13的俯视图；
图15为本发明实施2提供的永磁体13产生的沿Z轴方向的磁场分量在所述敏感元件2所在平面内的等高线图；图16为本发明实施2提供的永磁体13产生的沿X轴方向的磁场分量在所述敏感元件2所在平面内的等高线图；图17为本发明实施2提供的永磁体13产生的沿Y轴方向的磁场分量在所述敏感元件2所在平面内的等高线图；图18为本发明实施3提供的永磁体14的示意图；图19为本发明实施3提供的永磁体14的沿丽方向的剖面图；图20为本发明实施3提供的永磁体14的俯视图。
具体实施例方式下面结合附图及实施例对本发明的发明内容作进ー步的描述。首先结合现有技术的比较例，具体说明本发明要解决的技术问题，并用干与即将给出的本发明的各实施例进行对比以说明本发明的有益效果。现有技术的比较例在比较例中，如图5所示，磁传感器中设有永磁体11和敏感元件2。所述永磁体11的形状例如为长方体，其沿X轴、Y轴和Z轴方向的长度例如分别为9mm、8mm和5mm。所述敏感元件2呈正方形，其沿X轴和Y轴方向的长度例如都为3mm。所述敏感元件2设于所述永磁体11的正上方,且所述敏感元件2的中心点02与所述永磁体11的中心点01在同一条直线上。所述敏感元件2所在的平面与所述永磁体11上表面的距离例如为I. 2mm。将与所述永磁体11的棱CG平行的方向标记为例如X轴方向，将与所述永磁体11的棱CD平行的方向标记为例如Y轴方向，将与所述永磁体11的棱CB平行的方向标记为例如Z轴方向，将所述敏感元件2的中心点02标记为X轴、Y轴和Z轴的零点,如图I所示。在本实施例中，所述敏感元件2具有例如单一敏感轴，所述敏感元件2的敏感方向3平行于例如Y轴方向。所述永磁体11的充磁方向4平行于例如Z轴方向。所述永磁体11的材质例如为钕铁硼合金，其剩磁为Bfl. 17-1. 22T。采用有限元分析软件，对所述敏感元件2处的磁场分布进行模拟分析。图6为所述永磁体11产生的磁场Happly沿Z轴方向的分量在所述敏感元件2所在平面内的等高线图。由图6可以看出，在所述敏感元件2处，磁场Happly沿Z轴方向的分量大于2000GS。大多数情况下，在所述敏感元件2处,所述永磁体11产生的磁场Happly沿Z轴方向的分量越大,所述敏感元件2的输出信号越大。图7为所述永磁体11产生的磁场Happly沿X轴方向的分量在所述敏感元件2所在平面内的等高线图。由图7可以看出，在所述敏感元件2处，磁场Happly沿X轴方向的分量随位置的变化而变化，在X=-L 5mm至X=L 5mm的区间内，随X值的增加，磁场Happly沿X轴方向的分量由-600Gs变化到了 600Gs，即磁场Happly沿X轴方向的分量变化高达1200Gs。这表明在所述敏感元件2处，所述永磁体11产生的磁场Happly沿X轴方向的分量很大。图8为所述永磁体11产生的磁场Happly沿Y轴方向的分量在所述敏感元件2所在平面的等高线图。由图8可以看出，在所述敏感元件2处，磁场Happly沿Y轴方向的分量随位置的变化而变化，在Y=-L 5mm至Y=L 5mm的区间内，随Y值的增加，磁场Happly沿Y轴方向的分量由-800Gs变化到了 800Gs，即磁场Happly沿Y轴方向的分量变化高达1600Gs。这表明在所述敏感元件2处，所述永磁体11产生的磁场Happly沿Y轴方向的分量也很大。在保证AMR元件、GMR元件或TMR元件具有高灵敏度的前提下,AMR元件、GMR元件或TMR元件的饱和场通常小于200Gs，即线性工作区间小于-IOOGs至lOOGs，并且AMR元件、GMR元件或TMR元件的灵敏度越高,其饱和场越低。因此,在所述敏感元件2处,所述永磁体11产生 的磁场Happly沿X轴方向的分量将导致具有单一敏感轴的所述敏感元件2无法正常工作，所述永磁体11产生的磁场Happly沿X轴和Y轴方向的分量将导致具有双敏感轴的所述敏感元件2无法正常工作。下面参照附图对本发明的各优选实施例进行详细说明。应当理解，各实施例中的具体细节用于示意性说明本发明的技术方案而不用于限定本发明的范围。实施例I :本实施例提供的永磁体12呈凹坑形，如图9所示。所述永磁体12沿X轴、Y轴和Z轴方向的长度例如分别为7mm、7mm和3mm。图10为所述永磁体12的沿丽方向的剖面图。图11为所述永磁体12的俯视图。如图10和图11所示，所述永磁体12的坑沿面121呈回形，坑底面122和坑侧面123都呈长方形，所述坑侧面123分别与所述坑沿面121和所述坑底面122垂直。实施例2 本实施例提供的永磁体13呈凹坑形，如图12所示。所述永磁体13沿X轴、Y轴和Z轴方向的长度例如分别为9mm、8mm和5mm。图13为所述永磁体13的沿丽方向的剖面图。图14为所述永磁体13的俯视图。如图13和图14所示，所述永磁体13的坑沿面131呈回形，坑底面132呈例如长方形，坑侧面133呈例如梯形。所述坑沿面131与所述坑底面132平行。所述坑侧面133与所述坑底面132所成的角度大于90°且小于180°。所述永磁体13的充磁方向平行于例如Z轴方向。与现有技术的比较例相似，将所述敏感元件2置于所述永磁体13的正上方，且所述敏感元件2所在的平面与所述坑沿面131的距离为例如I. 2mm (图中未示出)。所述敏感元件2呈例如正方形,其沿X轴或Y轴方向的长度例如为3mm，其敏感方向3沿例如Y轴方向。图15为所述永磁体13产生的磁场Happly沿Z轴方向的分量在所述敏感元件2所在平面内的等高线图。由图15可以看出，在所述敏感元件2处，所述永磁体14产生的磁场Happly沿Z轴方向的分量大于1800Gs。图16为所述永磁体13产生的磁场Happly沿X轴方向的分量在所述敏感元件2所在平面内的等高线图。由图16可以看出，在所述敏感元件2处，磁场Happly沿X轴方向的分量随位置的变化而变化，在X=-L 5mm至X=L 5mm的区间内，随X值的增加，磁场Happly沿X轴方向的分量由-30Gs变化到了 30Gs，即磁场Happly沿X轴方向的分量变化仅为60Gs。图17为所述永磁体13产生的磁场Happly沿Y轴方向的分量在所述敏感元件2所在平面内的等高线图。由图17可以看出，磁场Happly沿Y轴方向的分量随位置的变化而变化，在Y=-I. 5mm至Y=L 5mm的区间内，随Y值的增加，磁场Happly沿Y轴方向的分量由-30Gs变化到了 30Gs，即磁场Happly沿Y轴方向的分量变化仅为60Gs。由此可见，与现有技术的比较例相比，本实施例提供的所述永磁体13产生的磁场Happly沿X轴和Y轴方向的分量均明显降低，并且磁场Happly沿X轴和 Y轴方向的分量均处于-30Gs至30Gs的小区间内。实施例3 本实施例提供的永磁体14呈凹坑形，如图18所示。所述永磁体14沿X轴、Y轴和Z轴方向的长度例如分别为9mm、6mm和4mm。图19为所述永磁体14的沿丽方向的剖面图。图20为所述永磁体14的俯视图。如图19和图20所示，所述永磁体14的坑沿面141呈回形，坑底面142都呈例如长方形。所述坑沿面141与所述坑底面142平行。所述永磁体14的坑侧面143呈曲面形。当将根据本发明优选实施例的凹坑形永磁体用于包括磁传感芯片的磁传感器吋，凹坑形永磁体被设置为其凹坑朝向所述磁传感芯片。凹坑形永磁体产生的磁场Happly沿Z轴方向的分量能够提供磁敏感元件需要的目标磁场，且所述永磁体产生的磁场Happly沿X轴和Y轴方向的分量趋近于零或者是处于ー个很小的数值区间内。将所述永磁体用于磁传感器时，能够使磁敏感元件在保持高灵敏度的前提下工作在其线性工作区，从而使磁传感器的性能优化。所述永磁体结构简单，成本低，使用方便。应当理解，以上借助优选实施例对本发明的技术方案进行的详细说明是示意性的而非限制性的。本领域的普通技术人员在阅读本发明说明书的基础上可以对各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
权利要求
1.一种永磁体，其特征在于，该永磁体呈凹坑形。
2.根据权利要求I所述的永磁体，其特征在于，所述永磁体的坑沿面(121)呈回形，坑底面(122)和坑侧面(123)为长方形或正方形，且所述坑侧面(123)分别与所述坑沿面(121)和所述坑底面(122)垂直。
3.根据权利要求I所述的永磁体，其特征在于，所述永磁体的坑沿面(131)呈回形，坑底面(132)呈长方形或正方形且与所述坑沿面平行，至少一个坑侧面(133)呈梯形，所述梯形坑侧面(133)与所述坑底面(132)所成的角度大于90°且小于180°。
4.根据权利要求I所述的永磁体，其特征在于，所述永磁体的坑沿面(141)呈回形，坑底面(142)呈长方形且与所述坑沿面(141)平行，至少一个坑侧面(143)呈曲面形。
5.根据权利要求I所述的永磁体，其特征在于，所述永磁体的材质包括钕铁硼、钐钴或硬磁铁氧体。
6.一种磁传感器，其特征在于，该磁传感器设有磁传感芯片和权利要求1-5中任意一项所述的永磁体，所述永磁体被设置为其凹坑朝向所述磁传感芯片。
全文摘要
本发明公开了一种凹坑形永磁体及使用该永磁体的磁传感器。该永磁体呈凹坑形。所述永磁体的坑沿面(121)呈回形，坑底面(122)和坑侧面(123)为长方形或正方形，且所述坑侧面(123)分别与所述坑沿面(121)和所述坑底面(122)垂直。所述永磁体产生的磁场Happly沿Z轴方向的分量能够提供磁敏感元件需要的目标磁场，且所述永磁体产生的磁场Happly沿X轴和Y轴方向的分量趋近于零或者是处于一个很小的数值区间内。将所述永磁体用于磁传感器时，能够使磁敏感元件在保持高灵敏度的前提下工作在其线性工作区，从而使磁传感器的性能优化。所述永磁体结构简单，成本低，使用方便。
文档编号H01F1/057GK102723163SQ20121018046
公开日2012年10月10日 申请日期2012年6月4日 优先权日2012年6月4日
发明者刘明峰, 白建民, 诸敏 申请人:兰州大学, 江苏多维科技有限公司