CN202421482U - 磁传感器的偏置场生成设备 - Google Patents

Abstract

描述和描绘了涉及针对磁传感器的磁偏置场的生成的实施例。本实用新型提供一种设备，其包括：偏置场生成器，用于为磁传感器提供磁偏置场，其中所述偏置场生成器被配置成在第一方向上提供使所述传感器偏置的磁场分量，其中所述偏置场生成器包括具有空腔的主体，所述主体包括磁材料或可磁化材料，所述空腔在所述第一方向和所述第一方向的横向上延伸，以使得所述空腔至少在第二方向和第三方向上横向地以所述主体的材料为界，所述第二方向正交于所述第一方向并且所述第三方向正交于所述第二方向和所述第一方向。

Description

磁传感器的偏置场生成设备

对相关申请的引用 

该申请是2010年9月17日提交的美国申请12/885,349的部分继续案，其中美国申请12/885,349是2008年5月30提交的美国申请12/130,571的部分继续案，它们的内容通过引用而合并于此。

技术领域

本发明涉及传感器的领域，并且具体地涉及磁传感器的偏置场生成。 

背景技术

当今，传感器用在用于监测、检测以及分析的许多应用中。一种类型的传感器包括磁传感器（magnetic sensor），其能够检测磁场或磁场的改变。在磁阻传感器中使用的磁阻效应包括但不限于GMR（巨磁阻）、AMR（各项异性磁阻）、TMR（磁隧道效应）、CMR（庞磁阻）。另一类型的磁传感器基于霍尔效应。磁传感器例如用于检测运动或旋转物体的位置、旋转物体的速度或旋转速度等。 

磁阻传感器通常对磁场的平面内x分量和y分量灵敏，所述平面内x分量和y分量此处可以被称为磁场的横向分量。磁场的、可以非限制性地被称为y分量的一个分量改变灵敏度，而另一分量x在低于例如5 mT的低场下与电阻具有线性关系。该分量通常用作感测场分量。 

通常，磁阻效应具有工作范围，在该工作范围中灵敏度例如相对于磁场改变的电阻改变是高的。在该工作范围之外，磁阻效应的不利行为（诸如饱和限制）不允许传感器用于许多应用。对于一些磁阻设备，工作范围也可以被称为各项异性范围。在诸如例如用于检测物体的旋转速度的应用中，对磁阻传感器施加偏置磁场以便避免磁阻传感器的饱和。典型的示例包括例如反偏置磁体装置（back bias magnet arrangement）。在反偏置磁体装置中，磁传感器提供在要感测的物体与偏置磁体之间。 

发明内容

根据一个方面，实施例包括一种设备，其具有用于为磁传感器提供磁偏置场的偏置场生成器，其中偏置场生成器被配置成在第一方向上提供用于使传感器偏置的磁场分量。偏置场生成器具有带有空腔的主体，该主体包括磁材料或可磁化材料，该空腔在第一方向和第一方向的横向上延伸，以使得空腔至少在第二方向和第三方向上横向地以主体的材料为界，第二方向正交于第一方向并且第三方向正交于第二方向和第一方向。 

根据另一方面，一种制造方法包括：形成用于在第一方向上为磁传感器（magneto sensor）提供偏置磁场的偏置场生成器。偏置场生成器的形成包括带有空腔的、永磁材料或可磁化材料的主体的形成以使得该空腔至少在第二和第三方向上横向地以主体的材料为界，第二方向正交于第一方向并且第三方向正交于第二方向和第一方向。此外，该制造方法包括布置传感器以使得传感器的感测元件被由主体生成的磁场所偏置。 

根据另一方面，一种方法包括：旋转物体以及操作磁传感器以感测该旋转，传感器被偏置磁场装置所偏置。偏置磁场装置具有带有空腔的主体，该主体包括磁材料或可磁化材料，该空腔在第一方向和第一方向的横向上延伸以使得空腔至少在第二方向和第三方向上横向地以主体的材料为界，其中第二方向对应于传感器的最大灵敏度方向并且第三方向正交于第二方向和第一方向。 

根据另一方面，一种设备具有传感器和用于使传感器偏置的偏置磁体，该传感器用于感测由物体的旋转引起的磁场改变，该偏置磁体包括主体，该主体包括永磁材料或可磁化材料，该主体具有第一方向上的第一最大延伸（extension）、第二方向上的第二最大延伸以及第三方向上的第三最大延伸。主体具有开口，并且传感器放置在该开口内以使得传感器分别在主体的第一、第二和第三最大延伸内在第一、第二和第三方向上延伸。 

根据另一方面，一种磁传感器的偏置场生成设备包括：偏置场生成器，用于为磁传感器提供磁偏置场，其中所述偏置场生成器被配置成在第一方向上提供使所述传感器偏置的磁场分量，其中所述偏置场生成器包括：具有空腔的主体，所述主体包括磁材料或可磁化材料，所述空腔在所述第一方向和所述第一方向的横向上延伸，以使得所述空腔至少在第二方向和第三方向上横向地以所述主体的材料为界，所述第二方向正交于所述第一方向并且所述第三方向正交于所述第二方向和所述第一方向。 

根据另一方面，所述空腔至少对于沿所述第一方向的段被磁主体或可磁化主体的材料包围。 

根据另一方面，所述空腔是所述主体中的浅凹口。 

根据另一方面，所述空腔是提供用于使所述磁偏置场成形的磁主体或可磁化主体中的唯一开口。 

根据另一方面，所述主体包括由可磁化材料形成的第一部分和由永磁材料形成的第二部分，其中所述第一部分被所述第二部分磁化并且其中所述空腔形成在所述第一部分中。 

根据另一方面，所述传感器放置在传感器位置处，其中所述空腔的横向宽度在朝向所述传感器位置的方向上增加。 

根据另一方面，所述传感器在第一和第二方向上横向地被所述主体包围。 

根据另一方面，所述传感器在第一和第二方向上横向地完全被所述主体包围。 

根据另一方面，所述主体生成的磁场被成形为使得至少在局部区域内，所述第二方向上的磁场分量基本为零并且所述第三方向上的磁场分量基本为零。 

根据另一方面，所述传感器被布置成使得第二和第三方向上的磁场分量在所述传感器的位置处为零。 

根据另一方面，所述传感器位于偏离所述局部区域的中心，以使得所述传感器的磁阻元件至少被所述第三方向上的非零磁场分量偏置，所述第三方向上的所述非零磁场分量使得与最大灵敏度相比降低所述传感器的灵敏度。 

根据另一方面，所述主体包括由永磁材料或可磁化材料形成的突起，所述突起被配置成使所述磁场成形并且维持所述磁阻设备在第二和第三方向的至少一个方向上的位置。 

根据另一方面，所述突起还被配置成维持所述磁阻设备在所述第一方向上的位置。 

根据另一方面，所述传感器包括为梯度计装置的两个磁阻元件。 

根据另一方面，所述传感器包括霍尔效应感测元件。 

根据另一方面，所述主体包括由所述空腔形成的至少四个倾斜表面。 

根据另一方面，所述至少四个倾斜表面被布置成形成棱锥形状。 

根据另一方面，所述空腔在所述第二方向上的宽度和所述空腔在所述第三方向上的宽度在所述第一方向上朝向所述感测元件增加。 

根据另一方面，一种磁传感器的偏置场生成设备包括：传感器，用于感测由物体的旋转引起的磁场的改变；偏置磁体，用于使所述传感器偏置，所述偏置磁体包括主体，所述主体包括永磁材料或可磁化材料，所述主体具有第一方向上的第一最大延伸、第二方向上的第二最大延伸以及第三方向上的第三最大延伸；以及所述主体中的开口，其中所述传感器放置在所述开口内以使得所述传感器分别在所述主体的第一、第二和第三最大延伸内在第一、第二和第三方向上延伸。 

根据另一方面，所述传感器被放置成使得在所述感测元件的位置处获得零的或接近零的垂直磁场分量。 

根据另一方面，所述开口的表面包括朝向中心横向延伸的第一段和第二段，其中所述开口的所述表面在每个横向延伸的段的末端处具有凹弯曲。 

根据另一方面，所述凹弯曲是具有240°与300°之间的角度的弯曲。 

根据另一方面，所述开口是空腔，或者其中所述开口是在所述第一方向上完全穿透所述主体的洞。 

根据另一方面，所述开口在垂直于所述第一方向的方向上具有横向宽度，其中所述横向宽度沿所述第一方向改变。 

根据另一方面，所述主体在所述第一方向上被磁化，并且其中所述传感器被布置成具有垂直于所述第一方向的最大灵敏度方向。 

根据另一方面，一种磁传感器的偏置场生成设备包括：磁阻传感器，包括至少一个磁阻元件；具有开口的主体，所述主体包括磁材料或可磁化材料，所述空腔在第一方向和所述第一方向的横向上延伸以使得所述空腔横向地完全以所述主体的材料为界。 

根据另一方面，所述磁阻传感器完全布置在所述主体内。 

根据另一方面，所述开口是完全穿透所述主体的空腔或洞。 

附图说明

图1A至1H是实施例的示意截面图； 

图2A至2C是实施例的示意顶视图；

图3A和3B是实施例的三维视图；

图4A是根据实施例的系统的示意图；以及

图4B是示出根据实施例的磁场线的仿真。

图5A-5D示出了根据实施例的示意图和图。 

具体实施方式

以下详细描述说明了本发明的示例性实施例。描述不要认为具有限制意义，而是仅用于示出本发明的实施例的一般原理的目的，同时保护范围仅由所附权利要求来确定。 

要理解的是，示例性实施例的图中示出的元件或特征可能不是按比例绘制的并且可能相对于其它元件在一个方向上具有不同的尺寸或不同的延伸。 

此外，要理解的是，各个示例性实施例中描述或示出的特征可以彼此组合，除非另外具体注明。 

在各个图中，相同或类似的实体、模块、设备等可以分配相同的附图标记。 

现在参照图1A，示出了根据实施例的第一截面图。该截面图是在传感器所布置的位置、沿线A-A’得到的。图1A中示出的平面跨越第一轴和第二轴，该第一轴在此处也可以被称为垂直轴或垂直方向。第二轴是相对于第一轴定义的垂直方向的横向轴，并且在此处也可以被称为第二横向轴或第二横向方向。第一轴在此处还可以被称为z轴或z方向，第二轴在此处还可以被称为y轴或y方向。 

如稍后将更详细地描述的，图1A示出了具有主体102的设备100，主体102由永磁材料或可磁化材料（诸如软磁材料）或者二者的组合形成。主体102构成用于为诸如磁阻传感器的磁传感器106提供磁偏置场的磁体。在实施例中，沿x轴在传感器106处生成的磁偏置场可以是大约5 mT（毫特斯拉）或大于5 mT，而沿磁化方向z的主偏置场可以高于100 mT。图1A中示出的主体102具有形式为没有完全穿透主体102的空腔的开口104。开口使主体102的主表面102A的几何形式成形为非平面。在图1A中，主表面102A是主体102的最靠近传感器106的主表面，而主表面102B是距传感器106较远的相对主表面。 

空腔在实施例中可以包括诸如浅凹口的浅空腔。当从x轴测量（take）时，由空腔成形的表面段（section）的倾斜角度在一个实施例中可以选自5°与65°之间的范围。在一个实施例中，倾斜角度可以在5°与40°之间选择。在一个实施例中，倾斜角度可以在5°与20°之间选择。 

在以下更详细地描述的实施例中，空腔可以具有棱锥形式、圆锥形式或者多面体形式。如稍后将更详细地描述的，传感器106可以完全位于主体102内，即位于主体102的最大延伸内。因此，在一个实施例中传感器106的z轴位置可以在主体102的最大z轴延伸以下。 

传感器106可以包括其上提供有至少一个磁阻传感器元件或霍尔传感器元件的半导体芯片。传感器106可以包括有集成电路。磁阻感测元件可以是GMR、MTR、CMR、AMR元件或任何其它形式的磁阻传感器元件。磁阻传感器可以具有以梯度计装置提供的两个感测元件。此外，在一个实施例中，可以从用于感测物体的至少两个感测元件供应差分信号。在一个实施例中，传感器包括以惠斯登（Wheatstone）电桥配置布置的多个磁阻感测元件。在一个实施例中，传感器106可以包括至少一个霍尔效应感测元件。 

如从图1A可以看出，主体102的开口104沿着沿两端的z轴区域108以主体102的表面段110a和110b为界。因此，开口104至少对于z轴区域108在y方向上被表面段110a和110b包围。 

图1B示出了在传感器位置处、在跨越z轴和x轴的平面中的如图1A所示的相同设备100的截面图。x轴可以认为是正交于z轴和y轴的横向轴。如从图1B可以看出，主体102的开口104至少对于z轴区域108也在x轴的方向上以表面段110c和110d为界。因此，开口104至少对于z轴区域108在x方向上被表面段110c和110d包围。 

在一些实施例中，开口104可以用既不是磁的也不是可磁化的、诸如模具材料的其它材料来填充。 

从图1A的截面可以看出，当在远离传感器106的垂直方向上移动时，开口104在y轴方向上的横向宽度减小。此外，从图1B的截面可以看出，当在远离传感器106的垂直方向上移动时，开口104在x轴方向上的横向宽度减小。换言之，图1A和1B的截面图示出了主体102的形成以使得主体102的表面102A在远离传感器106的垂直方向上具有锥形形状。 

虽然图1A和1B将具有表面段110a、110b、110c和110d的整体表面102A示出为分别相对于y轴或x轴具有非正交倾斜，但是要理解的是，在其它实施例中主表面102A可以另外具有一个或多个平行于x轴的段。 

提供主表面102A以使得形成开口104允许由主体102生成的磁场的独立二维成形，这为传感器106提供了具有x方向和y方向上减小的或零的横向场分量的偏置场。 

在图1A和1B中，传感器106的偏置场要在z方向上施加。因此，主体102的磁化方向基本上被提供在z方向上。传感器106最灵敏的工作点是当磁场的两个横向分量（即，x分量和y分量）均为零时。然而，对于小尺寸的主体102，由于仅以闭环出现的磁场线的性质，因此例如至于磁化在z方向上的主体102的立方体形式的表面102的平面延伸将在传感器106的位置处产生具有x方向和y方向上的显著横向场分量的磁场。当主体102的尺寸为小时，诸如例如当主体102和传感器106集成时，在主体102外的空间中返回的磁场线在传感器106的位置处实现来自/去往z方向、朝向横向方向的场线的显著曲率。磁场线的横向分量对于典型尺寸的立方体偏置磁体而言如此强以致例如在GMR传感器的情况下y分量的场强度可以导致灵敏度下降4倍。 

主体102中的开口104解决了避免横向场分量并且提供了场的重新成形，以使得在传感器106的位置处磁场的至少在x方向和y方向上的横向分量为零或减小到几乎零。 

由于开口104至少在x方向以及y方向上横向地以主体102的永磁材料或可磁化材料为界，因此使磁场的x分量和y分量成形。特别地，可以根据开口104的形状而彼此独立地使x分量和y分量成形。这允许通过表面的几何形状独立地控制磁x分量和y分量，以同时至少对于这两个横向维度减小或消除由小主体尺寸效应引起的横向场分量。磁x分量和y分量的独立控制可以例如通过在制造过程中为开口104分别在x方向上和y方向上提供不同的倾斜来获得。独立控制提供了如下优点：解决了磁场对传感器106特性的影响对于x方向和y方向是不同的。独立控制允许增加零横向场分量的区域，从而减轻了对传感器106相对于主体102的极精确定位的需要，并且此外通过精确地提供最大操作所需的磁场而增加传感器106的灵敏度。然而，要注意的是，在一些实施例中传感器106可能不是以最大灵敏度工作的，即从获得最大灵敏度的中心偏心。如稍后将继续更详细地描述的，这可以通过沿横向x方向或y方向之一滑动传感器106而以方便的方式实现。 

在一些实施例中，开口104可以至少在传感器106所位于的垂直区域内以主体102为界。此外，在实施例中，对于延伸超过传感器位置的垂直区域，开口104也可以横向地以主体102为界。此外，在实施例中，开口104可以完全被主体102的材料包围。 

通过上述实施例，因此可以避免大尺寸的偏置磁体的使用并且可以保持传感器106和主体102为小而不会使传感器106的性能或灵敏度劣化。此外，可以增加获得零横向场分量或接近零的横向场分量的区域，这可以放宽对传感器106的极精确定位以获得最大灵敏度的要求。在一些实施例中，这样的区域可以具有在x方向上从空腔在x方向上的最大延伸的大约1/8到1/2的延伸。此外，该区域可以同时具有在y方向上从空腔在y方向上的最大延伸的大约1/8到大约1/2的延伸。 

因此，与使用大偏置磁体相比，可以实现价格优势，并且可以保持设备100的尺寸为小。在一个实施例中，主体102具有在x方向和y方向上小于15mm的横向尺寸。在一个实施例中，主体102具有在x方向和y方向上小于10mm的横向尺寸。在一个实施例中，主体102具有在x方向和y方向上小于7.5mm的横向尺寸。在一些实施例中，主体102在z方向上的尺寸可以小于10mm。主体102可以例如具有矩形或立方体形式，其中x维度、y维度以及z维度中的每个维度上的延伸不短于主体102的x维度、y维度以及z维度上的最大延伸的1/2。 

虽然图1A和1B示出了完全由诸如硬磁材料的永磁材料形成的主体102，但是图1C和1D示出了另一实施例，其中主体102包括由可磁化材料形成的部分202A和由永磁材料形成的部分202B。部分202A具有垂直延伸小于部分202B的板形式。然而，其它实施例可以具有部分202A和202B的其它形式和形状。部分202A的可磁化材料可以是诸如铁、钢、钢合金等的软磁材料。磁材料为可磁化材料提供磁化，以使得部分202A能够为传感器106生成偏置磁场。可以看出，在图1C和1D的实施例中开口104仅形成在部分202A中。然而，在其它实施例中，开口104也可以部分地形成在部分202B中。此外，要注意的是，在其它实施例中可以包括多个可磁化材料部分和多个磁材料部分以形成复合主体102。 

在图1A至1D的实施例中，传感器106相对于垂直方向（z轴）布置，以使得传感器106在主体102内。换言之，传感器106至少在x方向和y方向上横向地以主体102为界。 

图1E示出了实施例，其中传感器106在x方向上放置在平面表面部112A和112B的顶部。平面表面部112A和112B提供在主体102的横向边界处。 

图1F示出了另一实施例，其中主体102在x方向上包括两个相对的突起114A和114B。位于相应横向末端的突起114A和114B为主体102提供了缘或“边界耳（border ear）”，从而允许磁场的x分量的更有效成形并且为磁场提供了增加的线性度。放置在边界或边界区处的突起导致在边界或者靠近边界的局部区域处具有主体102的最大延伸。突起114A和114B也可以形成横向固定或支撑以在横向方向上将传感器设备106维持和保持在适当的位置。突起114A和114B也可以被提供用于保持传感器106在y方向上的位置。然而，在一个实施例中，突起114A和114B仅可以被提供成使得传感器106可以沿着y方向至少从一侧滑动到主体102中。 

图1G示出了另一实施例，其中突起114A和114B具有带有外伸（overhanging）表面的吊架状（crane-like）形式。图1G中的突起114A和114B的吊架状形式允许获得磁场的甚至增加更多的线性度以及因此磁场的更有效成形。除了提供磁场的具有更高线性度的更有效成形之外，获得了在x方向上的位置固定以及在垂直方向上的位置固定的协同效果。位置固定可以例如在模制步骤期间有利地使用，其中利用模具材料对传感器106和磁体一起过模制（over molded）以获得对传感器106和主体102的保护。 

图1H示出了实施例，其中开口104在垂直方向上穿透整个主体102以在主体102中形成洞。在根据图1H的实施例中，传感器106完全放置在主体102内。图1H示出了开口104具有相对于垂直方向的倾斜表面，以使得x方向上的宽度朝向传感器106增加。然而，其它实施例可以提供相对于垂直方向的其它倾斜或者没有倾斜。 

现在已描述了实施例的截面图，图2A至2C示出了可以应用于关于图1A至1H描述的每个实施例的示例性顶视图。 

图2A示出了主体102的顶视图，其中开口104具有棱锥形状或八面体的一半的形状。在图3A中示出了在关于图1E描述的实施例中提供时的棱锥形状的三维视图。此外，在图3B中示出了当应用于如关于图1G描述的、在横向边界处具有突起的实施例时的棱锥形状的三维视图。 

虽然图2A以顶视图示出了棱锥形状具有方形形式，但是可以注意的是，在实施例中也可以提供在x和y方向上的延伸为不同的矩形形式。 

图2B示出了主体102的顶视图，其中开口104具有带有16个表面的多面体的一半的形状。在实施例中，开口104可以具有规则多面体或规则多面体的部分的形式。 

图2C示出了根据另一实施例的主体102的顶视图，其中开口104具有当沿垂直线移动时半径减小的圆形形式。图2C示出了圆锥形式的开口104。在另一实施例中，开口104可以具有截锥形式。 

关于图2A至2C示出和描述的每种顶视图形式可以具有关于图1A至1H示出和描述的截面图之一。例如，图1F和1G中示出的突起可以被提供用于如关于图2A示出和描述的棱锥形状、用于如关于图2B示出和描述的多面体形状或者用于如关于图2C示出和描述的圆锥形状。 

图2A至2C中示出的每个实施例在x-y平面中具有带有定义的对称中心的对称结构。对于这样的结构，为零的或基本为零的磁x分量和y分量的区域包括对称中心。然而，其它实施例可以具有从顶部观看时非对称的结构。 

在一个实施例中，形成传感器106的偏置磁体的主体102可以通过对硬磁材料和/或软磁材料进行模制来制造。主体102及其几何形状的模制可以直接在传感器106的顶部利用模制工具来进行，以作为附加的封装步骤。在一些实施例中，主体102和传感器106可以集成。在一些实施例中，主体102和传感器106可以集成在共同封装内，该共同封装可以通过在主体102和传感器106上进行模制来形成。在一些实施例中，主体102可以通过使用粘合胶或者仅利用机械夹紧机构而装配在传感器106上。在一些实施例中，主体102可以与传感器106一起装配并且利用模具材料来固定，例如以热塑料注模工艺而围绕整个系统模制该模具材料。 

现在将关于图4A描述示出由主体102偏置的传感器106的示例性操作的实施例。 

图4A示出了使传感器106布置在旋转元件402附近以检测元件402的旋转的系统400。系统400以反偏置方式提供，其中传感器106布置在生成偏置磁场的主体102与旋转元件402之间。虽然图4A中示出的主体102对应于图1G中示出的装置，但是明显的是，也可以实现每个所描述的实施例。 

传感器106可以提供为居中于具有零x场分量和y场分量的区域中，以获得最大灵敏度。在其它实施例中，传感器106可以偏离具有零x场分量和y场分量的区域的中心或者在该区域之外以便降低灵敏度。这例如可以通过使传感器106沿着由突起114A和114b形成的导向装置（guide）或支撑而移动远离具有零x分量和y分量的区域来实现。 

如从图4A可以看出，旋转元件402能够旋转，以使得旋转轴定向在y方向上。旋转元件402具有多个磁体404，其中在旋转元件402的表面处提供交替磁化。当旋转元件402旋转时，磁体404生成的磁场被施加到传感器106。传感器106具有沿x方向的感测方向。传感器106经历了磁场的x分量的方向改变，该方向改变由其感测方向在x方向上的传感器106来检测。主体102生成的偏置磁场在工作点处提供传感器106，以避免饱和和/或其它不利影响。 

图4B示出了由与图1G类似的、具有包括导磁材料的移动元件408的装置生成的磁场的示例性仿真。可以看出，主体102在区域406内生成在主体102内基本为零的x场分量和y场分量。可以看出，区域406横向延伸超过大于开口104的尺寸的一半。如上所述，按照用途，传感器106的感测元件可以提供为在区域406内以获得最大灵敏度或者在区域406的外部以获得降低的灵敏度。 

图5A示出了用于生成偏置磁场的主体102的截面图的另一示例。如上所述，在该实施例中，传感器106被布置成包括在主体102的延伸内。换言之，图5A中的传感器106在三个方向（x方向、y方向以及z方向）中的每个方向上在主体的最大延伸内延伸。如在图5A中可以看出，如以上关于图1F、1G、3A和3B概述的，传感器106被突起114A和114B横向包围，所述突起114A和114B被横向布置为形成缘或导向装置。开口104在一些实施例中可以包括在一侧开口的空腔。 

图5A中示出的实施例例如可以用在用于以霍尔传感器元件感测磁场的配置中。在图5A中以虚线示出了主体102内的传感器106，并且传感器的传感器元件的位置在图5A中以附图标记502来指示。传感器元件相对于开口的位置502在截面图中在至少一个横向方向上是中心。在一些实施例中，位置502关于两个横向方向（x轴和y轴）是中心。 

在图5A的实施例中，主体102包括在截面图中具有表面504A的开口104，其中表面504A具有角度508大于180°的至少两个拐角506（凹弯曲）。在一些实施例（z方向）中，当沿如图5A所示的垂直方向看时，至少两个拐角506可以位于传感器元件位置502以下。在一些实施例中，至少两个拐角506可以具有在240°与300°之间的范围中的角508。 

在一些实施例中，如图5A所示，开口104的表面504具有两个在横向方向上朝向中心510延伸的段504A。在图5A中以虚线示出了中心线。在图5A的实施例中，段504A为传感器106提供了支撑。在段504A的末端，定位拐角506。拐角506在垂直方向上朝向背侧表面102B提供4mm的开口104，以使得增强传感器元件以下的无材料空间。如以下将更详细地描述的，这提供了磁场成形效应。虽然图5A示出了拐角为陡峭边缘，但是可以理解的是，可以提供诸如圆角或圆化表面或具有多个台阶的弯曲表面的其它形式，以提供开口表面的凹弯曲从而如上所述的那样进一步朝向背侧表面102B延伸开口104。 

开口104可以视为包括上部分512和下部分514，其中下部分514开始于拐角506。如以上已经关于图1F、1G、3A、3B说明的，上部分被突起114A、114B沿至少一个方向包围。第二部分包括可以例如是在主体102中形成的圆锥洞的空腔。 

传感器元件可以是位于上部分的中心的单个传感器元件。在实施例中，单个传感器元件可以是单个霍尔传感器元件。在一些实施例中，开口的上部分和开口的下部分两者均可以关于相同中心线居中。 

在图5A的实施例中形成第二段514，以便在传感器位置处使磁场的z分量成形。第二段514提供的延伸获得在第二段514中具有负场分量的磁场。具有负场分量的磁场线在传感器元件位置502处与具有正场分量的磁场线相交，以使得主体102生成的磁场具有零垂直磁场分量（z分量）。要理解的是，零垂直分量可以包括精确为零的垂直分量以及基本接近零的垂直分量。 

此外，要理解的是，在不存在外部磁场的情况下，即在没有受由例如周围物体（诸如例如图4B的旋转元件）引起的外部磁场影响的情况下，对于主体102生成的磁场，传感器元件位置处的垂直场分量被提供为零。一旦存在诸如图4A中示出的旋转元件的元件，该元件生成的磁场使得在感测元件位置处垂直磁场分量不同于零，这允许感测磁场例如以检测元件的旋转或位置。 

传感器元件位置处的零垂直场分量允许传感器106关于由温度变化或其它环境影响引起的对传感器的影响（诸如漂移）具有改进的传感器信号稳定性。这样的变化的影响与绝对信号幅值成比例。对于霍尔传感器元件，垂直磁场分量确定该检测。因此，通过将传感器元件放置在具有零垂直磁场分量的位置处，可以减小或消除对传感器信号的影响。 

在图5A中，开口104的第二段514形成为圆锥类型。然而，在其它实施例中可以提供其它形式，诸如图5B中示出的矩形形式。此外，可以形成其它突起114A、114B以便为传感器106提供缘或导向装置。 

图5B示出了具有矩形形状的开口104的第二段514的主体102的实施例。此外，与图5A的实施例相比，图5B的实施例具有稍微不同的突起114A、114B。 

在图5B中，描绘了主体102生成的磁场线。从图5B可以观察到，具有负场分量的磁场线520在第二段514中延伸。此外，在图5B中以附图标记522示出了具有正场分量的磁场线。感测元件的位置502被提供为在具有负场分量的区域与具有正场分量的区域之间的边界处。 

图5C示出了示例图以示出垂直场分量（图5C中示出为纵坐标）与（as a function of）距背侧表面102B的垂直距离（图5C中示出为横坐标）的相关性。可以观察到，靠近背侧表面102b获得具有零垂直场分量的第一距离524。然而，由于传感器元件远离生成要检测的磁场的元件（诸如例如图4A中示出的旋转元件），因此在实际应用中可以不使用该位置。如图5C所示，获得具有零垂直场分量的第二距离526。该第二距离526对应于图5A和5B中示出的传感器元件位置502，并且提供传感器位置以获得如上概述的对要感测的磁场具有高灵敏度的改进稳定性。 

图5D示出了与关于图5A描述的实施例对应的主体102的三维视图。在图5D中可以看出，沿主体102的3侧形成横向突起114A、114B。主体的至少一侧没有形成突起114A、114B，以使得传感器104可以被引入到主体102中。在最终位置处，传感器104在至少一个方向上（在图5D中为x方向）横向地被主体102的材料包围。在另一方向（y方向）上，传感器104仅在如下侧横向地被界定：当传感器被引入到主体中时，该侧也可以形成止块（stop）。 

在一些实施例中，在以上实施例中描述的主体102可以通过模制工艺来形成。然而，在一些实施例中，主体102可以通过诸如对原始主体的机械加工或其它机械处理的其它技术来形成。 

在以上描述中，此处已足够详细地示出和描述了实施例，使得本领域技术人员能够实践此处公开的教导。可以利用其它实施例并且可以从此导出其它实施例，以使得可以在不背离本公开的范围的情况下进行结构和逻辑替换和改变。 

因此，该具体实施方式不要视为具有限制意义，并且各个实施例的范围仅由所附权利要求以及这些权利要求所赋予的等同物的全范围来限定。 

发明主题的这些实施例在此处可以被单独地和/或共同地由术语“发明”来引用，这仅仅是为了方便而不旨在主动地将本申请的范围限于任何单个发明或发明构思，如果实际上公开了多于一个的话。因此，尽管此处示出和描述了特定实施例，但是应理解，被考虑用于实现相同目的的任何装置可以替代所示出的特定实施例。本公开旨在覆盖各个实施例的任何和所有修改或变化。在回顾以上描述时，以上实施例以及此处未具体描述的其它实施例的组合对本领域技术人员来说将是明显的。 

此外，要注意的是，结合特定实体描述的实施例除了这些实体中的实现之外还可以包括在所述描述实体的一个或多个子实体或子部分中的一种或多种实现。 

形成本发明的一部分的附图通过说明而非限制的方式示出了其中可以实践主题的特定实施例。 

在前述具体实施方式中，可以看出，为了简化本公开的目的而将各个特征一起分组在单个实施例中。公开的该方法不要被解释为反映要求保护的实施例要求比每个权利要求中明确记载的更多的特征的意图。相反，如所附权利要求所反映的，发明主题在于少于单个公开的实施例的全部特征。因此，在此所附权利要求被合并到具体实施方式中，其中每个权利要求自己可以作为单独的实施例。虽然每个权利要求自己可以作为单独的实施例，但是要注意的是，虽然在权利要求中从属权利要求可以引用具有一个或多个其它权利要求的特定组合，但是其它实施例也可以包括从属权利要求与每个其它从属权利要求的主题的组合。此处提出了这样的组合，除非声明特定组合不是想要的。 

此外，要注意的是，说明书中或权利要求中公开的方法可以通过如下设备来实现：该设备具有用于执行这些方法的相应步骤中的每个步骤的装置。 

Claims (28)

1.一种磁传感器的偏置场生成设备，其特征在于包括：

偏置场生成器，用于为磁传感器提供磁偏置场，其中所述偏置场生成器被配置成在第一方向上提供使所述传感器偏置的磁场分量，其中所述偏置场生成器包括：

      具有空腔的主体，所述主体包括磁材料或可磁化材料，所述空腔在所述第一方向和所述第一方向的横向上延伸，以使得所述空腔至少在第二方向和第三方向上横向地以所述主体的材料为界，所述第二方向正交于所述第一方向并且所述第三方向正交于所述第二方向和所述第一方向。

2.根据权利要求1所述的偏置场生成设备，其中所述空腔至少对于沿所述第一方向的段被磁主体或可磁化主体的材料包围。

3.根据权利要求1所述的偏置场生成设备，其中所述空腔是所述主体中的浅凹口。

4.根据权利要求1所述的偏置场生成设备，其中所述空腔是提供用于使所述磁偏置场成形的磁主体或可磁化主体中的唯一开口。

5.根据权利要求1所述的偏置场生成设备，其中所述主体包括由可磁化材料形成的第一部分和由永磁材料形成的第二部分，其中所述第一部分被所述第二部分磁化并且其中所述空腔形成在所述第一部分中。

6.根据权利要求1所述的偏置场生成设备，其中所述传感器放置在传感器位置处，其中所述空腔的横向宽度在朝向所述传感器位置的方向上增加。

7.根据权利要求6所述的偏置场生成设备，其中所述传感器在第一和第二方向上横向地被所述主体包围。

8.根据权利要求7所述的偏置场生成设备，其中所述传感器在第一和第二方向上横向地完全被所述主体包围。

9.根据权利要求1所述的偏置场生成设备，其中所述主体生成的磁场被成形为使得至少在局部区域内，所述第二方向上的磁场分量基本为零并且所述第三方向上的磁场分量基本为零。

10.根据权利要求9所述的偏置场生成设备，其中所述传感器被布置成使得第二和第三方向上的磁场分量在所述传感器的位置处为零。

11.根据权利要求9所述的偏置场生成设备，其中所述传感器位于偏离所述局部区域的中心，以使得所述传感器的磁阻元件至少被所述第三方向上的非零磁场分量偏置，所述第三方向上的所述非零磁场分量使得与最大灵敏度相比降低所述传感器的灵敏度。

12.根据权利要求1所述的偏置场生成设备，其中所述主体包括由永磁材料或可磁化材料形成的突起，所述突起被配置成使所述磁场成形并且维持所述磁阻设备在第二和第三方向的至少一个方向上的位置。

13.根据权利要求12所述的偏置场生成设备，其中所述突起还被配置成维持所述磁阻设备在所述第一方向上的位置。

14.根据权利要求1所述的偏置场生成设备，其中所述传感器包括为梯度计装置的两个磁阻元件。

15.根据权利要求1所述的偏置场生成设备，其中所述传感器包括霍尔效应感测元件。

16.根据权利要求1所述的偏置场生成设备，其中所述主体包括由所述空腔形成的至少四个倾斜表面。

17.根据权利要求16所述的偏置场生成设备，其中所述至少四个倾斜表面被布置成形成棱锥形状。

18.根据权利要求1所述的偏置场生成设备，其中所述空腔在所述第二方向上的宽度和所述空腔在所述第三方向上的宽度在所述第一方向上朝向所述感测元件增加。

19.一种磁传感器的偏置场生成设备，其特征在于包括：

传感器，用于感测由物体的旋转引起的磁场的改变；

偏置磁体，用于使所述传感器偏置，所述偏置磁体包括主体，所述主体包括永磁材料或可磁化材料，所述主体具有第一方向上的第一最大延伸、第二方向上的第二最大延伸以及第三方向上的第三最大延伸；以及

所述主体中的开口，

其中所述传感器放置在所述开口内以使得所述传感器分别在所述主体的第一、第二和第三最大延伸内在第一、第二和第三方向上延伸。

20.根据权利要求19所示的偏置场生成设备，其中所述传感器被放置成使得在所述感测元件的位置处获得零的或接近零的垂直磁场分量。

21.根据权利要求19所述的偏置场生成设备，其中所述开口的表面包括朝向中心横向延伸的第一段和第二段，其中所述开口的所述表面在每个横向延伸的段的末端处具有凹弯曲。

22.根据权利要求21所述的偏置场生成设备，其中所述凹弯曲是具有240°与300°之间的角度的弯曲。

23.根据权利要求19所述的偏置场生成设备，其中所述开口是空腔，或者其中所述开口是在所述第一方向上完全穿透所述主体的洞。

24.根据权利要求19所述的偏置场生成设备，其中所述开口在垂直于所述第一方向的方向上具有横向宽度，其中所述横向宽度沿所述第一方向改变。

25.根据权利要求19所述的偏置场生成设备，其中所述主体在所述第一方向上被磁化，并且其中所述传感器被布置成具有垂直于所述第一方向的最大灵敏度方向。

26.一种磁传感器的偏置场生成设备，其特征在于包括：

磁阻传感器，包括至少一个磁阻元件；

具有开口的主体，所述主体包括磁材料或可磁化材料，所述空腔在第一方向和所述第一方向的横向上延伸以使得所述空腔横向地完全以所述主体的材料为界。

27.根据权利要求26所述的偏置场生成设备，其中所述磁阻传感器完全布置在所述主体内。

28.根据权利要求26所述的偏置场生成设备，其中所述开口是完全穿透所述主体的空腔或洞。

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