KR100810784B1 - 자계의 방향을 감지하는 센서 - Google Patents

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Abstract

자계의 방향을 감지하는 센서는 편평한 형태를 갖는 1개의 단일 자계 집중기(3)와 적어도 제1 수평 홀 효과 소자(2.1)와 제2 수평 홀 효과 소자(2.2)를 포함하며, 홀 효과 소자는 자계 집중기(3)의 가장자리(4) 영역에 배치된다. 이러한 구성에 의하면, 자계 집중기(3)는 자계의 자력선(13)을 변경시키고, 특히 자계 집중기(3)가 없는 경우에 홀 효과 소자(2.1, 2.2)의 표면(8)에 평행하게 형성될 수 있는 자력선이 표면(8)에 거의 수직으로 홀 효과 소자(2.1, 2.2)를 통과하는 효과를 갖는다. 자계 집중기의 옆에 배치되는 경우에는, 수평 홀 효과 소자 대신에 수직 홀 효과 소자가 사용될 수 있다. 이러한 센서는 각도 센서로서 특히 적합하다.

Description

자계의 방향을 감지하는 센서{SENSOR FOR THE DETECTION OF THE DIRECTION OF A MAGNETIC FIELD}
도 1은 수평 홀 효과 소자를 구비한 본 발명에 따른 센서의 제1 실시예를 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 선 I-I를 따라 도시한 센서의 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 센서의 제2 실시예를 도시한 도면이다.
도 4는 센서의 상세도이다.
도 5 및 도 6은 수직 홀 효과 소자를 구비한 본 발명에 따른 센서의 실시예를 도시한 도면들이다.
도 7a 및 도 7b는 외부 자계의 방향을 3차원적으로 결정할 수 있는 본 발명에 따른 센서의 도면들이다.
도 8 내지 도 11은 본 발명에 따른 또 다른 센서의 도면들이다.
본 발명은 특허청구범위 제1항의 전제부에 기재된 유형의 자계(magnetic field) 방향을 감지하는 센서에 관한 것이다.
이러한 센서는 예를 들면 수 개의 코일을 포함한 고정자를 구비하는 무브러시 전기 모터의 제어를 위한 각도 센서로서 적합하다. 전기 모터의 회전자는 영구 자석을 구비하며, 이러한 영구 자석은 코일의 위상에 적합한 제어를 위한 회전에 따른 신호의 각도를 형성시키기 위해서 센서와 결합된다. 이러한 장치는 유럽 공개 특허 공보 제954 085호에 공지되어 있다. 수 개의 암(arm)을 구비한 수직 홀 효과 소자(Hall-effect element)가 센서의 역할을 하며, 영구 자석의 회전 위치에 따른 홀 전압(Hall voltage)이 각각의 암에서 발생된다. 홀 전압은 전기 모터의 코일을 제어하는 데 사용된다. 수직 홀 효과 소자는 칩 표면과 평행한 영구 자석에 의해 형성되는 자계의 성분에 민감하다. 이러한 수직 홀 효과 소자는 특수 반도체 기술에 기초하고 있기 때문에, 동일한 칩 상에서 전자 처리 장치와 함께 형성될 수 없는 단점을 갖고 있다.
또한, 영구 자석에 의해 형성되며 칩의 표면에 수직하게 입사되는 자계의 성분에 민감한 수평 홀 효과 소자의 사용이 공지되어 있다. 이러한 홀 효과 소자는 동일한 칩 상에서 전자 처리 장치 내에 집적될 수 있다. 하지만, 이러한 해결 방안은 홀 효과 소자가 영구 자석의 가장자리 영역, 즉 자계의 수직 성분이 가장 큰 영역에 배치되어야 하는 본질적인 단점을 갖고 있다. 회전 축의 영역에서 수직 성분은 작다. 홀 효과 소자의 배치는 영구 자석의 크기에 따른다. 영구 자석이 커질수록, 홀 효과 소자를 1개의 단일 반도체 칩 상에 집적하는 것은 더 이상 경제적이지 못하다.
자기 저항 효과에 기초하고 있는 자계 센서 소자를 구비한 각도 센서가 유럽 공개 특허 공보 제893 668호에 공지되어 있다. 측정가능한 각도 범위를 180°이상으로 증가시키기 위해서, 추가의 홀 효과 소자가 마련된다. 하지만, 자계 센서 소자는 회전하는 영구 자석의 자계의 수평 성분을 측정하여야 하는 반면에 홀 효과 소자는 자계의 수직 성분을 측정하여야 하기 때문에, 홀 효과 소자는 자계 센서 소자에 대해 다른 위치에 배치되어야 한다. 또한, 자기 저항 효과에 기초한 센서는 분해능을 제한하는 히스테리시스 특성(hysteresis effect)을 나타낸다.
칩 표면에 평행하게 형성된 자계에 민감하고 반도체 칩 상에서 전자 장치와 함께 형성될 수 있는 자계 센서가 유럽 공개 특허 공보 제772 046호에 공지되어 있다. 하지만, 이러한 자계 센서로는 자계의 단지 하나의 단일 성분만을 측정할 수 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 위에서 언급한 단점들을 갖지 않는 센서를 제공하는 데 있다.
본 발명은 특허청구범위 제1항에 기재된 특징부로 구성되어 있다. 바람직한 태양들이 종속항들에 기재되어 있다.
본 발명의 제1 태양에 따르면, 자계 방향을 감지하는 센서는, 편평한 형태를 갖는 1개의 단일 자계 집중기(magnetic field concentrator)와, 적어도 제1 홀 효과 소자 및 제2 홀 효과 소자 또는 적어도 홀 효과 소자의 제1 그룹 및 제2 그룹을 포함하며, 홀 효과 소자들은 자계 집중기의 가장자리 영역에 배치된다.
편평한 형태의 자계 집중기는 그 자계 집중기가 최적의 방식으로 홀 효과 소자를 통과하도록 외부 자계에 영향을 미친다.
홀 효과 소자는 이른바 수평 홀 효과 소자 또는 이른바 수직 홀 효과 소자일 수 있다.
수평 홀 효과 소자는 표면에 수직으로 입사되는 자계의 성분에 민감한 반면에, 수직 홀 효과 소자는 표면에 평행하게 형성되는 자계의 성분에 민감하다. 이러한 이유로, 수평 홀 효과 소자는 자계 집중기 아래에 배치되어야 하며, 수직 홀 효과 소자는 자계 집중기의 외부에서 자계 집중기의 가장자리 옆의 영역에 배치되어야 한다.
본 발명의 또 다른 태양에 따르면, 자계 방향을 감지하는 센서는, 대칭점에 대해 평면에 대칭으로 배치되며 대칭점의 영역에서 서로 평행하게 대면하는 가장자리를 구비하는 적어도 3개의 자계 집중기와, 자계 집중기 당 1개의 홀 효과 소자 또는 홀 효과 소자의 1개의 그룹을 포함하며, 홀 효과 소자는 각각의 자계 집중기의 평행하게 형성되는 가장자리 영역에 배치된다.
이하에서는 도면들을 참고로 하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다.
도 1은 예를 들면 3개의 코일을 구비한 무브러시 전기 모터의 제어를 위한 각도 센서로서 적합한 본 발명에 따른 센서의 평면도를 도시하고 있다. 센서는, 6개의 수평 홀 효과 소자(2.1 내지 2.6)를 구비한 반도체 칩(1)과, 1개의 단일 자계 집중기(3)를 포함한다. 제1 실시예에 따르면, 자계 집중기(3)는 디스크 형태로 형성되며, 6개의 홀 효과 소자(2)는 자계 집중기(3)의 가장자리(4)를 따라 동일한 간격을 두고 분포되어 배치된다.
홀 효과 소자(2.1 내지 2.6)는 일반적으로 공지된 기술, 바람직하게는 p-도핑 기판(p-doped substrate)(7)(도 2)의 n-도핑 웰(n-doped well)(6)(도 2)로서의 CMOS 기술로 형성될 수 있다. 수평 홀 효과 소자는 반도체 칩(1)의 표면(8)에 수직으로 입사하는 자계의 성분에 민감하다. 본 실시예에서, 홀 효과 소자(2.1 내지 2.6)는 십자형 구조를 가지며, 이러한 십자형 구조는 바람직하게는 100 결정축(100 crystal axis)에 평행하게 정렬되어, 홀 신호(Hall signal)에 대한 기계적 응력의 변화 영향이 가능한 한 작게 유지된다.
자계 집중기(3)는 강자성 재료, 바람직하게는 퍼말로이(permalloy) 또는 뮤메탈(mu-metal) 또는 메탈 글라스로 구성되며, 이러한 자계 집중기는 예를 들면 15㎛ 내지 30㎛ 두께의 테이프로서 이용될 수 있다. 비교적 작은 보자력 장의 세기를 갖는 메탈 글라스가 바람직하며, 이에 의해 어떠한 히스테리시스 효과(Hysteresis effect)도 발생되지 않는다. 또한, 이러한 자계 집중기의 자화는 대부분 등방성이다.
자계 집중기(3)는 평면(9)에서 연장되며 편평한 형태를 갖는다. 즉, 자계 집중기의 두께는 평면의 연장부에 비해 매우 작다. 자계 집중기(3)는 동일한 두께를 갖는 것이 바람직하다. 하지만, 자계 집중기는 가장자리보다 중앙이 두껍게 형성될 수 있다. 따라서, 자계 집중기(3)는 평면(9)에 놓인 자계의 성분을 위한 집중기로서 작동된다. 자계 집중기(3)의 기능을 도 2를 참고로 하여 상세히 설명한다. 이러한 실시예에서, 자계 집중기(3)는 대칭 중심(5)을 갖는다. 즉, 자계 집중기는 회전 대칭이다.
도 2는 자계를 형성시키는 영구 자석(10) 뿐만 아니라 도 1의 센서에 대한 선 I-I을 따른 단면도를 도시하고 있으며, 이러한 영구 자석은 3개의 코일을 구비한 무브러시 전기 모터(12)의 회전축(11) 상에 장착된다. 이러한 구성에 의하면, 자계 집중기(3)는 자계의 자력선(13) 경로를 변경시키고, 특히 자계 집중기(3)가 반도체 칩(1)의 표면(8)과 평행하지 않을 경우에 자력선이 표면(8)과 거의 수직으로 홀 효과 소자(2.1)를 통과하는 효과를 갖는다. 자계 집중기(3) 재료의 상대 투자율은 1000보다 큰 반면에, 공기 및 반도체 기판(7)의 상대 투자율은 대략 1이다. 따라서, 자력선은 실제로 자계 집중기(3)의 표면에 항상 수직으로 형성된다. 홀 효과 소자(2.1 내지 2.6)는, 자계의 수직 성분이 가장 큰 자계 집중기(3)의 측면 가장자리(4) 영역에 배치된다.
대칭 중심(5)(도 1)에 대해 서로 정반대 위치에 위치되어 있는 홀 효과 소자는 각각 출력 신호를 발생시키는 한 쌍을 형성하며, 1개의 홀 효과 소자의 홀 전압은 다른 1개의 홀 효과 소자의 홀 전압으로부터 차감된다. 자력선은 대향 수직 방향으로 한 쌍의 2개의 홀 효과 소자를 통과하기 때문에, 자계의 "재 지향(redirecting)"으로 생성되는 전압이 축적되는 반면에, 홀 전압은 예를 들면 홀 효과 소자를 수직으로 통과하는 외부 자기 간섭계가 서로 상쇄되기 때문에 발생된다. 또한, 활용 기술에 따른 오프셋 전압은 적어도 부분적으로 보상된다. 따라서, 홀 효과 소자(2.1, 2.4)는 함께 출력 신호(S1)를 발생시키며, 홀 효과 소자(2.2, 2.5)는 출력 신호(S2)를 발생시키고, 홀 효과 소자(2.3, 2.6)는 출력 신호(S3)를 발생시킨다. 출력 신호(S1, S2, S3)의 세기는 평면(9)에서의 자계의 방향에 따른다.
영구 자석(10)이 회전축(11) 주위로 회전할 때, 자계가 함께 회전하면서 120 °씩 위상 편이된 사인 곡선형 출력 신호(S1, S2, S3)를 발생시킨다. 출력 신호(S1)는 영구 자석(10)의 자계 방향이 2개의 홀 효과 소자(2.1, 2.4)를 연결시키는 축과 평행할 때 항상 최대이며, 출력 신호(S2)는 영구 자석(10)의 자계 방향이 2개의 홀 효과 소자(2.3, 2.5)를 연결시키는 축과 평행할 때 항상 최대이다. 유럽 공개 특허 공보 제954085호에 개시되어 있는 바와 같이, 출력 신호(S1, S2, S3)는 전기 모터(12)의 3개의 코일을 제어하는 데 사용될 수 있다.
또한, 출력 신호(S1, S2, S3)는 전기 모터(12)가 정지되어 있을 때 회전축(11)의 회전각(ψ)을 결정하는 데에도 사용될 수 있다. 여기에서, 영구 자석(10)의 자계로부터 발생되지 않은 출력 신호(S1, S2, S3)에 가능한 한 어떠한 신호도 중첩되지 않는 것이 중요하다. 이를 위해서는, 쌍으로 결합되어 있는 각각의 홀 효과 소자를 사용하는 위에 제시된 실시예가 특히 적합한데, 왜냐하면 외부 간섭계의 영향이 대부분 제거되고 활용 기술에 따른 오프셋 전압이 대부분 보상되기 때문이다. 활용 기술에 따른 오프셋 전압은, 개개의 홀 효과 소자(2.1 내지 2.6) 대신에 2개 또는 그 이상의 홀 효과 소자를 포함하는 홀 효과 소자의 그룹을 사용할 때 더욱 감소될 수 있으며, 이때 홀 효과 소자 그룹의 다양한 홀 효과 소자에서의 전류 방향은 다르다.
이러한 실시예가 도 3에 도시되어 있으며, 여기에서는 각각 2개의 홀 효과 소자(2.1 내지 2.8)가 4개의 그룹(14 내지 17)을 형성하고 있다. 서로 정반대 위치에 위치된 홀 효과 소자의 그룹이 쌍으로 결합되어, 센서는 2개의 출력 신호(S1, S2)를 전달한다. 따라서, 이는 출력 신호(S1)가 홀 효과 소자(2.1, 2.2, 2.5, 2.6)의 홀 전압으로부터 형성되고, 출력 신호(S2)가 홀 효과 소자(2.3, 2.4, 2.7, 2.8)의 홀 전압으로부터 형성되는 것을 의미한다. 도 3에서, 홀 효과 소자는 십자형이며, 각각의 홀 효과 소자에는 홀 효과 소자 내의 전류 방향을 나타내는 화살표가 도시되어 있다. 이러한 실시예에 따르면, 자계 집중기(3)도 또한 십자형 구조를 가지며, 이러한 십자형 구조는 이전 실시예에 도시된 원형 구조와는 반대로 홀 효과 소자의 위치에서 자계의 보다 높은 집중을 유도한다. 이러한 센서는 예를 들면 2개의 코일을 구비한 전기 모터(12)의 제어에 적합하다. 필요하다면, 회전각(ψ)의 함수로서 출력 신호(S1, S2)의 값을 저장하는 것이 가능하다. 출력 신호(S1, S2)는 위상 편이되므로, 회전각(ψ)은 출력 신호(S1, S2)에 기초하여 명확하면서도 유일하게 쉽게 결정될 수 있다.
도 4는, 회전축(11)(도 1 참조)에 대해 평면에 정반대로 위치된 2개의 집적 홀 효과 소자(2.1, 2.4)를 구비한 반도체 칩(1)과 원형 자계 집중기(3)를 제1 실시예의 센서에 대하여 도면의 축척없이 개략적으로 도시하고 있다. 2개의 홀 효과 소자(2.1, 2.4)의 영역에서 영구 자석(10)(도 2)에 의해 발생되는 자계의 세기 및 방향이 수직 화살표로 도시되어 있다. 자계 집중기(3)를 이상적인 위치로부터 양의 x방향으로 이동시키면, 홀 효과 소자(2.1)에서 홀 전압이 감소되고, 홀 효과 소자(2.4)에서 홀 전압이 증가된다. 바람직하게는, 2개의 홀 효과 소자(2.1, 2.4)에 대한 자계 집중기(3)의 이상적인 위치에 있어서 2개의 홀 효과 소자(2.1, 2.4)가 자계의 장의 세기가 최대에 달하는 영역 내에 배치되지 않도록, 자계 집중기(3)의 직경이 2개의 홀 효과 소자(2.1, 2.4) 사이의 간격에 대응되게 형성된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 홀 효과 소자(2.1, 2.4)는 중심에 보다 근접하게 배치되거나 또는 중심으로부터 더욱 떨어지게 배치된다. 이러한 방식으로, 2개의 홀 효과 소자(2.1, 2.4)에 대한 자계 집중기(3)의 위치 변화 영향이 최소화된다.
센서가 단지 전기 모터를 제어하는 역할을 하여 모터의 정지시 회전각이 중요하지 않다면, 이는 홀 효과 소자 결합 쌍 중 단지 하나만이 이용가능할 때 충분하다. 제1 실시예에 있어서, 이는 홀 효과 소자(2.1, 2.2, 2.3)이다.
원형 자계 집중기 대신에, 다른 형태의 자계 집중기, 예를 들면 다각형 형태의 자계 집중기가 사용될 수 있다. 특히, 사진 식각 기술상의 이유로, 다각형에 의해서 원형을 형성시키는 것이 바람직하다. 이와 동시에, 홀 효과 소자의 수가 증가될 수 있다.
도 5는 수직 홀 효과 소자(2)를 구비한 실시예를 도시하고 있다. 수직 홀 효과 소자는 반도체 칩(1)의 표면(8)과 평행한 홀 효과 소자를 통과하는 자계의 성분에 민감하다. 전자 장치에 집적될 수 있는 수직 홀 효과 소자가 예를 들면 미국 특허 공보 제5572058호에 개시되어 있다. 수직 홀 효과 소자(2)는 자계 집중기(3)의 가장자리(4)에 접선 방향으로 배치된다. 이러한 수직 홀 효과 소자는 자계 집중기(3)의 가장자리(4) 영역에 배치되나, 수평 홀 효과 소자에서와 같이 자계 집중기(3)의 아래에 배치되는 것이 아니라, 반도체 칩(1)의 표면(8)과 평행하게 진행하는 자계의 자력선(13)(도 2)이 가장 큰 자계 집중기(3)의 측면 외부에 배치된다.
도 6에서, 화살표는 수직 홀 효과 소자(2)의 영역에서 평행하게 진행하는 자계의 자력선(13)(도 2) 세기를 도시하고 있으며, 여기에서 화살표의 길이는 자계의 세기에 비례한다.
선행 기술의 공지 해결 방안과 본 해결 방안을 비교하면 그 이점은 다음과 같다.
a) 홀 효과 소자가 자계의 수직 성분이 가장 큰 영구 자석의 가장자리 영역에 배치되어야 하는 것이 아니라 수평 성분이 가장 큰 회전축의 영역에 배치되므로, 영구 자석에 대한 홀 효과 소자의 위치가 중요하지 않아, 홀 효과 소자가 집적되는 반도체 칩이 영구 자석의 가장자리 위치에 무관하게 배치될 수 있으며,
b) 자계 집중기가 홀 효과 소자의 영역에서 자계를 추가로 증폭시키고,
c) 홀 효과 소자 및 전자 처리 장치가 동일한 반도체 칩 상에 집적될 수 있으며,
d) 통상의 처리 허용 오차 내에서 설정 위치로부터 자계 집중기의 실제 위치의 편향은 발생되는 신호에 거의 영향을 미치지 않는다.
또한, 위에서 설명한 센서는 서두에 인용한 유럽 공개 특허 공보 제893 668호에 기재되어 있는 적용 분야의 각도 센서로도 적합하다.
도 7a는 본 발명에 따른 센서의 제3 실시예를 도시하고 있으며, 여기에서 자계 집중기(3)는 링 형태를 갖는다. 이는 다른 수평 홀 효과 소자(2')의 배치를 가능하게 하며, 예를 들면 링의 중심에서 홀 효과 소자(2')에 수직으로 입사되는 자계의 성분이 측정될 수 있다. 이러한 센서는 예를 들면 외부 자계의 방향을 3차원적으로 결정할 수 있도록 하기 때문에, 조이스틱(joystick)에 사용하기에 적합하다.
자계 집중기(3)는 매우 얇기 때문에, 이러한 자계 집중기는 홀 효과 소자(2')에 수직으로 입사하는 자계의 성분에 실제로 어떠한 영향도 미치지 않는다. 또한, 도 7b에 도시된 센서도 외부 자계의 방향을 3차원적으로 결정할 수 있도록 한다. 하지만, 이때 자계 집중기(3)가 수평 성분을 증폭시키기 때문에, 수직 성분이 수평 성분과 중첩되는 위험성이 존재한다. 도 7a에 따른 실시예에 있어서, 자계 집중기(3)는 그 자계 집중기의 두께와 강자성 링의 폭이 유사할 때 자계의 수직 성분에 대한 집중기로서도 작동될 수 있다. 2개의 홀 효과 소자(2.1, 2.3) 신호의 합 또는 2개의 홀 효과 소자(2.2, 2.4) 신호의 합으로부터 자계의 수직 성분에 비례하는 신호가 얻어질 수 있으며, 위에서 설명한 바와 같이 2개의 홀 효과 소자(2.1, 2.3) 신호의 차이 또는 2개의 홀 효과 소자(2.2, 2.4) 신호의 차이로부터 자계의 수평 성분이 결정될 수 있다. 이렇게 되면, 홀 효과 소자(2')는 생략될 수도 있다.
개별적인 홀 효과 소자는 일반적으로 수 10㎛ × 수 10㎛의 비교적 작은 영역을 필요로 한다. 원형 자계 집중기의 직경은 약 0.2㎜ 내지 0.5㎜에 달한다. 이상적인 경우에, 자계 집중기의 직경은 일반적으로 1.3㎜ 이상인 영구 자석의 직경보다 작다.
20mT 이상의 외부 자계는 일반적으로 자계 집중기에서 포화 효과(saturation effect)를 발생시킨다. 자계 집중기가 적어도 부분적으로 자기 포화되도록 영구 자석과 센서 사이의 설정 간격이 선택되면, 출력 신호(S1, S2, 등등)가 센서로부터의 영구 자석의 거리 변동에 따르지 않거나 또는 거의 따르지 않는 이점이 생긴다.
또한, 홀 효과 소자를 펄스 발생기로서 작동시킬 수 있으며, 여기에서 회전 영구 자석은 이용가능한 홀 효과 소자와 같은 수의 회전당 펄스를 발생시킨다.
도 8은 3개의 자계 집중기(18.1, 18.2, 18.3)를 구비한 각도 센서를 도시하고 있으며, 이러한 각도 센서는 제1 실시예의 센서와 같이 각도 형성 소자로서 작동하는 영구 자석과 함께 3개의 코일을 구비한 전기 모터의 제어를 위한 각도 센서로서 적합하다. 자계 집중기(18.1, 18.2, 18.3)는 대칭점(19)에 대해 대칭되게, 즉 120°만큼 회전 대칭되게 배치된다. 수평 홀 효과 소자(2.1, 2.2, 2.3)는 대칭점(19)과 대면하는 각각의 자계 집중기의 가장자리(4) 영역에 배치된다. 자계 집중기의 가장자리(4)는 2개의 영역, 즉 자계 집중기(18.1, 18.2, 18.3)의 대향 가장자리(20)가 평행하게 형성되어 자계의 자력선 밀도가 두 가장자리(20) 사이의 간격에서 가능한 한 균일하게 되고 포화 피크가 방지되는 내부 영역과, 인접한 자계 집중기들 사이의 간격이 자계의 "단락"을 방지하기 위해서 상당히 큰 외부 영역으로 분할된다. 자계 집중기(18.1, 18.2, 18.3)의 외부 가장자리(21)는, 홀 효과 소자(2.1, 2.2, 2.3)의 영역에 가능한 한 효율적으로 외부 자계를 집중시키기 위해서 그리고 신호의 각도 종속성에 영향을 미치는 포화 피크를 방지하기 위해서, 가능한 한 큰 각도 영역에 걸쳐 연장된다. 이러한 실시예에 있어서, 각각의 홀 효과 소자(2.1, 2.2, 2.3)는 출력 신호(S1, S2, S3)를 전달한다.
개별적인 홀 효과 소자(2.1, 2.2, 2.3) 대신에, 미리 정확하게 편위되게 배치되어 있는 홀 효과 소자의 그룹이 구비될 수도 있다.
도 9 및 도 10은 4개의 자계 집중기(18.1 내지 18.4)를 구비한 2개의 또 다른 센서를 도시하고 있으며, 이러한 자계 집중기에 의해서 자계 방향이 2개의 공간 차원으로 결정될 수 있다. 여기에서, 대칭점(19)에 대해 서로 정반대 위치에 위치된 2개의 홀 효과 소자가 쌍으로 결합된다. 이와 동시에, 홀 효과 소자(2.1, 2.3)는 출력 신호(S1)를 발생시키며, 홀 효과 소자(2.2, 2.4)는 함께 출력 신호(S2)를 발생시킨다. 출력 신호(S1, S2)로부터, 센서의 평면(9)에서 자계 방향이 결정될 수 있다.
도 8 내지 도 10에 도시된 센서에 있어서, 자계 집중기는 편평하게 형성되어 있지 않다. 이러한 자계 집중기는, 홀 효과 소자의 영역에 가능한 한 효율적으로 자계를 집중시키기 위해서, 가장자리 쪽으로 두꺼워지게 형성될 수 있거나 또는 추가의 외부 자계 집중기에 결합될 수 있다.
도 11은 3개의 자계 집중기(18.1, 18.2, 18.3) 및 3개의 수직 홀 효과 소자(2.1, 2.2, 2.3)를 구비한 실시예를 도시하고 있으며, 이러한 수직 홀 효과 소자의 각각은 인접한 자계 집중기(18.1, 18.2, 18.3)의 평행한 가장자리(20) 사이의 중심에 배치된다.
지금까지 본 발명의 실시예들과 적용예들을 도시하여 설명하였지만, 본 기술 분야의 당업자라면 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않고서 본 발명에 여러 가지 변형을 가할 수 있음을 명확하게 파악할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부된 특허청구범위를 제외하고는 한정되지 않는다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따른 자계 방향을 감지하는 센서는, 홀 효과 소자 및 전자 처리 장치가 동일한 반도체 칩 상에 집적될 수 있으며, 일반적인 처리 허용 오차 내에서 설정 위치로부터 자계 집중기의 실제 위치의 편향은 발생되는 신호에 영향을 미치지 않고, 히스테리시스 특성이 발생되지 않는 효과가 있다.

Claims (10)

  1. 자계의 방향을 감지하는 센서로서,
    제1 평면에서 연장되는 편평한 형태를 갖는 자계 집중기(3)와,
    상기 제1 평면에 형성된 자계의 제1 성분을 측정하는 제1 홀 효과 소자(2.1) 또는 홀 효과 소자의 제1 그룹(14)과,
    상기 제1 평면에 형성된 자계의 제2 성분을 측정하는 제2 홀 효과 소자(2.2) 또는 홀 효과 소자의 제2 그룹(15)을 포함하고,
    상기 홀 효과 소자들은 제1 평면에 평행한 제2 평면에서 자계 집중기(3)의 주변 가장자리(4) 부근에 배치되는 것을 특징으로 하는 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 평면에서 자계 집중기(3)의 주변 가장자리(4) 부근에 각각 배치되는 제3 홀 효과 소자(2.4) 또는 홀 효과 소자의 제3 그룹(16)과 제4 홀 효과 소자(2.5) 또는 홀 효과 소자의 제4 그룹(17)을 추가로 포함하고, 상기 자계 집중기(3)는 대칭 중심(5)을 가지며, 상기 제1 홀 효과 소자(2.1) 또는 홀 효과 소자의 제1 그룹(14)과 제3 홀 효과 소자(2.4) 또는 홀 효과 소자의 제3 그룹(16)은 대칭 중심(5)에 대해 대칭으로 배치되고, 상기 제2 홀 효과 소자(2.2) 또는 홀 효과 소자의 제2 그룹(15)과 제4 홀 효과 소자(2.5) 또는 홀 효과 소자의 제4 그룹(17)은 대칭 중심(5)에 대해 대칭으로 배치되는 것을 특징으로 하는 센서.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 홀 효과 소자(2)는 자계 집중기(3)의 주변 가장자리(4) 내부에 배치되는 수평 홀 효과 소자인 것을 특징으로 하는 센서.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 홀 효과 소자(2)는 자계 집중기(3)의 주변 가장자리(4) 내부에 배치되는 수평 홀 효과 소자인 것을 특징으로 하는 센서.
  5. 자계의 방향을 감지하는 센서로서,
    대칭점(19)에 대해 대칭으로 평면에 배치되는 편평한 형태의 적어도 3개의 자계 집중기(18.1, 18.2, 18.3; 18.1, 18.2, 18.3, 18.4)를 포함하고,
    상기 자계 집중기의 각각은 인접한 자계 집중기의 가장자리와 대면하는 가장자리를 구비하고, 서로 대면하는 가장자리 각각의 일부분은 서로 평행하며,
    상기 자계 집중기의 각각은 홀 효과 소자(2.1, 2.2, 2.3; 2.1, 2.2, 2.3, 2.4) 또는 홀 효과 소자의 그룹을 구비하고, 상기 홀 효과 소자들은 가장자리(4)의 서로 평행한 일부분 부근에 배치되는 것을 특징으로 하는 센서.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 홀 효과 소자(2.1, 2.2, 2.3; 2.1, 2.2, 2.3, 2.4)는 수평 홀 효과 소자인 것을 특징으로 하는 센서.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 자계 집중기 또는 자계 집중기(3; 18.1, 18.2, 18.3)들은 메탈 글라스로 제조되는 것을 특징으로 하는 센서.
  8. 회전축(11) 주위로 회전가능한 물체의 회전 위치를 결정하는 각도 센서로서,
    제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 센서와, 상기 회전축(11)에 고정된 영구 자석(10)을 포함하는 것을 특징으로 하는 각도 센서.
  9. 삭제
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