CN112393748B - 具有磁场屏蔽结构的*** - Google Patents

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Abstract

一种***，所述***包括编码器磁体、磁场传感器和屏蔽结构。所述编码器磁体被构造成围绕旋转轴旋转，并且被构造成产生测量磁场。所述磁场传感器远离所述编码器磁体轴向位移，并且被构造成检测所述测量磁场。所述屏蔽结构至少部分地包围所述编码器磁体和所述磁场传感器两者，以屏蔽杂散磁场。所述屏蔽结构附接到次级结构。所述屏蔽结构和所述编码器磁体可通过所述次级结构耦合，使得所述屏蔽结构和所述编码器磁体共同旋转。替代地，传感器封装和所述屏蔽结构通过所述次级结构耦合，使得所述传感器封装和所述屏蔽结构相对于所述编码器磁体不旋转。

Description

具有磁场屏蔽结构的***
技术领域
本发明大体上涉及磁场传感器。更具体地，本发明涉及用于测量磁场的***，所述***包括用于抑制杂散磁场的磁场屏蔽结构。
背景技术
磁场传感器***在多种商业、工业和汽车应用中用于测量磁场以进行速度和方向感测、旋转角感测、接近度感测等。用于测量角位置(例如，针对节流阀、踏板、方向盘、无刷直流(BLDC)电动机等)的技术是将编码器磁体安装到旋转元件上并且使用一个或多个磁场传感器部件检测编码器磁体的朝向。在角测量应用中，沿着磁场传感器的感测轴的杂散磁场可能叠加在所关注的信号上，从而导致角位置检测中的误差。
发明内容
所附权利要求书中限定了本公开的各方面。
在第一方面，提供一种***，所述***包括：编码器磁体，所述编码器磁体被构造成围绕旋转轴旋转，其中所述编码器磁体被构造成产生测量磁场；磁场传感器，所述磁场传感器远离所述编码器磁体轴向位移，所述磁场传感器被构造成检测所述测量磁场；以及屏蔽结构，所述屏蔽结构至少部分地包围所述编码器磁体和/或所述磁场传感器，以屏蔽杂散磁场。
在第二方面，提供一种***，所述***包括：编码器磁体，所述编码器磁体被构造成围绕旋转轴旋转，其中所述编码器磁体被构造成产生测量磁场；磁场传感器，所述磁场传感器远离所述编码器磁体轴向位移，所述磁场传感器被构造成检测所述测量磁场；屏蔽结构，所述屏蔽结构用于屏蔽杂散磁场，所述屏蔽结构包括连续侧壁，所述连续侧壁具有由所述连续侧壁限界的中心区，其中所述编码器磁体和所述磁场传感器位于所述中心区内并且至少部分地被所述连续侧壁包围；以及次级结构，所述屏蔽结构被构造成附接到所述次级结构。
在第三方面，提供一种组件，所述组件包括：编码器磁体，所述编码器磁体被构造成围绕旋转轴旋转，其中所述编码器磁体被构造成产生测量磁场；磁场传感器，所述磁场传感器远离所述编码器轴向位移，所述磁场传感器被构造成检测所述测量磁场；屏蔽结构，所述屏蔽结构用于屏蔽杂散磁场，所述屏蔽结构包括连续侧壁，所述连续侧壁具有第一边缘、第二边缘和由所述连续侧壁限界的中心区，其中所述编码器磁体和所述磁场传感器位于所述中心区内并且至少部分地被所述连续侧壁包围；以及盖元件，所述盖元件具有凸起的中心区域，所述第二边缘比所述第一边缘更靠近所述盖元件，其中所述凸起的中心区域被所述屏蔽结构的所述连续侧壁包围，并且所述磁场传感器被构造成附接到所述凸起的中心区域。
附图说明
附图用于另外说明各种实施例并且解释根据本发明的所有各种原理和优点，在附图中相似的附图标记贯穿不同的视图指代相同的或功能上类似的元件，各图不一定按比例绘制，并且与下文的具体实施方式一起并入本说明书且形成本说明书的部分。
图1示出用于旋转角感测的现有技术***的简化局部侧视图；
图2示出展示存在不必要的杂散磁场的情况下磁场矢量的角关系的曲线图；
图3示出用于旋转角感测的***的简化局部透视图；
图4示出图3的***的示意性侧视图；
图5示出根据实施例的***的简化局部透视图；
图6示出图5的***的俯视图；
图7示出图5的***的示意性侧视图；
图8示出根据另一实施例的***的简化局部透视图；
图9示出图8的***的示意性侧视图；
图10示出根据另一实施例的***的简化局部透视图；
图11示出图10的***的示意性侧视图；
图12示出根据另一实施例的***的示意性侧视图；
图13示出根据另一实施例的***的示意性侧视图；
图14示出根据另一实施例的***的示意性侧视图；
图15示出根据另一实施例的***的简化局部透视图；
图16示出图15的***的示意性侧视图；
图17示出根据另一实施例的组件的简化局部透视图；
图18示出图17的组件的示意性侧视图；
图19示出根据另一实施例的组件的截面侧视图；
图20示出图19的组件的透视图；
图21示出图19的组件的分解透视图；
图22示出图19的组件的另一分解透视图；
图23示出根据另一实施例的组件的截面侧视图；
图24示出图23的组件的一部分在热铆接之前的放大视图；
图25示出图23的组件的一部分在热铆接之后的放大视图；
图26示出根据另一实施例的屏蔽结构的透视图；
图27示出图26的屏蔽结构的放大视图；
图28示出根据另一实施例的屏蔽结构的透视图；
图29示出图28的屏蔽结构的放大视图；
图30示出根据另一实施例的组件的透视图；并且
图31示出图30的组件的截面侧视图。
具体实施方式
概括地说，本公开涉及用于测量磁场的***，所述***包括用于抑制杂散磁场的磁场屏蔽结构。更具体地，一种***包括：编码器磁体，所述编码器磁体被构造成围绕旋转轴旋转；磁场传感器；以及屏蔽结构，所述屏蔽结构至少部分地包围编码器磁体和磁场传感器两者。屏蔽结构被构造成附接到组件中的次级结构。在一些实施例中，屏蔽结构通过次级结构附接到编码器磁体，使得编码器磁体和屏蔽结构共同旋转。在其它实施例中，磁场传感器和屏蔽结构机械地耦合，使得磁场传感器和屏蔽结构相对于编码器磁体不旋转。可以改变屏蔽结构的几何构造，以在对作用于磁传感器部件的测量磁场具有较小或极小不利影响的情况下提供对杂散磁场的屏蔽或抑制。另外，屏蔽结构位于传感器封装外部并且至少部分地包围编码器磁体可以实现直接并入到待实施磁场感测的组件中。因此，可以在最优无源杂散场抑制(无需额外电子电路***)与有成本效益的精确制造选项之间达成折衷。再者，磁场传感器可以集成在各种***构造中，以满足例如节流阀、踏板、方向盘、无刷直流(BLDC)电动机等方面的汽车要求。
提供本公开从而以可行的方式进一步解释根据本发明的至少一个实施例。进一步提供本公开以加强对本发明原理和优点的理解和了解，而不是以任何方式限制本发明。本发明仅由所附权利要求书限定，包括在本申请待决期间进行的任何修正和所发布的那些权利要求的所有等效物。
应理解，例如第一和第二、顶部和底部等的相关术语(如果存在的话)的使用仅用于区分实体或动作，而不一定要求或意指此类实体或动作之间的任何实际此类关系或次序。此外，可通过使用各种底纹和/或阴影说明一些图以区分在各个结构层内产生的不同元件。可以利用沉积、图案化、蚀刻等的当前和未来的微型制造技术来产生结构层内的这些不同元件。因此，尽管在图示中利用了不同的底纹和/或阴影，但结构层内的不同元件可由相同材料形成。
参考图1，图1示出用于旋转角感测的现有技术***20的简化局部侧视图。***20通常包括附接到引线框架26的管芯焊盘24的磁场传感器22(例如，磁场传感器管芯)。键合线28(示出一个)可将磁场传感器22电连接到引线框架26的引线30(示出一个)。磁场传感器22、引线框架26和键合线28可包封在模制复合物32(其可为磁场传感器22提供环境保护)中以形成传感器封装34。磁体36(有时被称作编码器磁体或简称编码器)在三维坐标***内沿着Z轴38远离磁场传感器22轴向位移。磁体36可胶合或以其它方式附接到可旋转物体42，例如轮轴、轴杆等。因此，可旋转物体42和磁体36(借助于物体42和磁体36附接到可旋转物体42)被构造成相对于磁场传感器22围绕旋转轴44旋转。
在此例子中，磁体36可以是在一侧上具有北极(标记为N)且在另一侧上具有南极(标记为S)的偶极子磁体。磁体36可以是呈圆柱体、杆体、圆盘、环状或任何其它合适形状的形式的永久磁体。磁体36产生磁场46，所述磁场和磁体36一起相对于磁场传感器22旋转。在此示例构造中，磁场传感器22在磁体36的中心下方轴向位移。磁场传感器22可以是磁阻装置，例如各向异性磁阻(AMR)传感器、巨磁阻(GMR)传感器、隧道磁阻(TMR)传感器或类似技术，所述磁场传感器被构造成检测由磁体36产生的磁场46的方向。
磁场46具有由箭头48指示的平面内分量，所述平面内分量是通过磁场传感器22“看见的”或检测到的。在理想构造中，磁场传感器22仅测量磁场46的平面内磁场分量48。然而，磁场传感器22还可能暴露于由虚线指示的不必要的杂散磁场50。杂散磁场(例如，杂散磁场50)改变磁场传感器22所测得的磁场，并因此会将误差引入到测量信号中。因此，杂散磁场50有时被称作干扰磁场。
参考图1和图2，图2示出展示存在不必要的杂散磁场50的情况下磁场矢量的角关系的曲线图52。具体地，曲线图52示出包括X轴54和Y轴56的笛卡尔坐标***中的矢量。在此例子中，磁场传感器20在饱和模式下操作。一般来说，饱和模式是当外部磁场(例如，磁场46)高于某一场强水平(被称作饱和场)时的模式。因此，磁场传感器中的磁矩在饱和场的相同方向上对齐。因此，磁场传感器装置的输出反映外部磁场的方向(特别是角)而不是磁场的场强，特别是对磁阻传感器而言。
在饱和模式下，标记为HORIG的第一矢量58表示在不存在杂散磁场50的情况下磁场传感器22处来自磁体36的磁场46的方向。因此，标记为的旋转角60表示相对于磁体36的原始位置的旋转角值，其中(例如)磁体36的原始角位置为零并且与X轴54对齐。标记为HNEW的第二矢量62表示在存在杂散磁场50的情况下检测到的磁场，标记为HSTRAY。因此，由于杂散磁场50，第二矢量62表示HNEW与传感器响应HSTRAY的组合。杂散磁场50的存在导致角误差64，标记为/>角误差64可能被错误地解释为磁体36已旋转的额外距离。因而，由于可确定磁体36的旋转角值是实际旋转角60加角误差64(例如，/>)的组合，所以误差状况或不准确测量随之发生。因此，在图1的磁场传感器构造中，无法区分杂散磁场50的影响和磁体36的实际旋转。结果，从饱和模式下仅提供角信息的磁场传感器22的输出中，既不能精确地实现杂散磁场50的检测也不能精确地实现抑制。
上文结合图1-2呈现的论述涉及在饱和模式下操作的磁阻磁场传感器。对磁场的仅单一分量具有线性响应的霍耳效应传感器是用于角测量的另一常用磁场传感器技术。然而，例如，AMR、TMR、GMR等磁阻传感器技术具有优于霍尔传感器的一些独特优点。相比于霍尔效应传感器，磁阻传感器技术可实现更好的噪声性能。此外，磁阻传感器可在相对于霍耳效应传感器高得多的温度下可靠地操作，且使用磁阻传感器能有可能实现相比霍耳效应传感器更高的角准确度。
可通过在饱和模式下操作磁阻传感器以进行角测量来获得这些优点中的一些。在饱和模式下，传感器几乎仅对磁场的角(例如，场角)敏感，而对磁场的强度(例如，场强)几乎不敏感。因此，可相对准确地测量局部磁场角，而不受磁场强影响。实施磁阻传感器装置的关键挑战之一是存在除上述磁体36外的其它源(例如，杂散磁场50)的干扰磁场。如曲线图52中所展示，杂散磁场50改变通过磁场传感器测得的磁场，进而有损测得的旋转角的准确度。下文所描述的实施例包括***，所述***包括磁屏蔽结构，所述磁屏蔽结构至少部分地包围编码器磁体和磁场传感器两者，或实现对在饱和模式下操作的磁场传感器(特别是磁阻传感器)的杂散磁场的抑制。
参考图3和图4，图3示出用于旋转角感测的***70的简化局部透视图，并且图4示出***70的示意性侧视图。在示出的构造中，***70包括编码器磁体72和磁场传感器74(图3)。磁场传感器74在三维坐标***内沿着Z轴76远离编码器磁体72轴向位移。编码器磁体72可胶合或以其它方式附接到可旋转物体(未示出)，例如轮轴、轴杆等。因此，编码器磁体72(借助于其附接到可旋转物体)被构造成围绕与Z轴对齐的旋转轴78旋转，而磁场传感器74相对于编码器磁体72不旋转。在此例子中，编码器磁体72是具有四个极(两个北极区段(N)和两个南极区段(S))的轴向磁化圆盘磁体。这种四极轴向磁化的圆盘磁体可提供相对较高的磁场强。然而，可实施其它合适的磁体构造，例如现有技术***20(图1)中包括的具有两个极的完全磁化圆盘磁体。另外，编码器磁体72可以是呈圆柱体、杆体、圆盘、环状或任何其它合适的形状的形式的永久磁体。
传感器74包括附接到引线框架82的管芯焊盘(不可见)的磁场感测元件80(例如，磁场传感器芯片或管芯)。磁场感测元件80在图3中不可见，因为其可被围在壳体83(图3所示)中，例如模制材料或其它适合环境保护的罩壳。然而，为了说明的简单起见，磁场感测元件80示为在图4的传感器74外部。尽管磁场传感器74表示由壳体83围住的封装装置，但替代性实施例可能需要未封装的/裸露的管芯磁场传感器。
在此例子中，磁场感测元件80具有第一表面(在本文中被称作感测表面84)和第二表面86，其中第二表面86与感测表面84相对。呈基本上扁平板形式的屏蔽结构88紧靠磁场传感器74和编码器磁体72下方放置。更具体地，磁场传感器74在编码器磁体72与屏蔽结构88之间放置于屏蔽结构88上，使得磁场感测元件80的感测表面84面向编码器磁体72。
编码器磁体72产生具有平面内分量(由箭头92指示)的磁场90。磁场感测元件80可以是磁阻装置，例如各向异性磁阻(AMR)传感器、巨磁阻(GMR)传感器、隧道磁阻(TMR)传感器或类似技术，所述磁场感测元件被构造成检测由编码器磁体72产生的磁场90的方向。更具体地，磁场感测元件80被构造成检测平面内磁场分量92。因此，平面内磁场分量92将在下文中被称作测量磁场92。
如上所述，磁场感测元件80可能暴露于不必要的杂散磁场94(由虚线指示)。屏蔽结构88可由高磁导率软磁材料(例如，坡莫合金等)形成，且可被构造成使得平行于感测表面84的平面(例如，由X轴96和Y轴98限定)中的杂散磁场94将在屏蔽结构88内部被重新定向，从而减小杂散磁场94对测量磁场92的测量值的影响。然而，磁场感测元件80的感测表面84在沿着Z轴76的方向上远离屏蔽结构88位移。因而，编码器磁体72的测量磁场92(例如，磁场90的平面内分量)将不受屏蔽结构88的存在的影响或受到最小影响。出于比较的目的，用图4中延伸穿过磁场感测元件80的虚线表示未被重新定向的(例如，在不存在屏蔽结构88的情况下)杂散磁场。
图4示出平行于X轴96的编码器场(例如，测量磁场92)与杂散磁场94的平行对齐。此构造的最差情况的情境可以是测量磁场92与杂散磁场94的正交对齐。当编码器磁体72围绕Z轴76旋转+/-90°且因此测量磁场92和杂散磁场94变成垂直于彼此时可能出现此情况。
图3-4示出大体上扁平的板屏蔽结构88的例子。然而，单独或与板屏蔽结构组合的其它屏蔽结构构造可更有效地减少杂散磁场对测量磁场的影响，同时实现屏蔽结构与次级设备的有效互连。杂散磁场影响的减小取决于屏蔽结构的抑制因子，且此抑制因子可至少部分地取决于屏蔽结构的材料性质、屏蔽结构的形状、屏蔽结构的大小相对于传感器封装的大小、屏蔽结构的大小相对于编码器磁体的大小、屏蔽结构相对于磁场传感器封装的位置等等。例如，屏蔽结构到磁场传感器的读取点(例如，感测表面)的距离和屏蔽结构到编码器磁体的距离可对屏蔽结构的屏蔽能力和磁场传感器的读取点处测量磁场的磁性强度具有显著影响。屏蔽结构的形状变化可使得杂散磁场94对磁场92的测量值的影响减小，下文将结合后续的图5-18论述。另外，将结合图19-31论述耦合到用于使用中的应用程序的次级设备的屏蔽结构的各种例子。为简单起见，在图3和图4中利用的相同参考元件将用于下文所描述的各种构造的共同元件。
参考图5-7，图5示出根据实施例的***100的简化局部透视图，图6示出***100的俯视图，并且图7示出***100的示意性侧视图。***100包括编码器磁体72、磁场传感器74和屏蔽结构102，所述屏蔽结构102至少部分地包围编码器磁体72和磁场传感器74两者以屏蔽杂散磁场94。编码器磁体72被构造成围绕旋转轴78旋转并且产生平面内测量磁场92。磁场传感器74沿Z轴76远离编码器磁体72轴向位移。磁场传感器74包括具有面向编码器磁体72的感测表面84的磁场感测元件80，所述磁场感测元件80被构造成检测测量磁场92。
屏蔽结构102包括环形连续侧壁104，所述环形连续侧壁具有由连续侧壁104包围的中心区106。在此例子中，屏蔽结构102的直径108大于编码器磁体72的直径110。因而，编码器磁体72和磁场传感器74可位于中心区106内并且因此可以被连续侧壁104包围。在其它实施例中，编码器磁体72的一部分可位于中心区106的外部。屏蔽结构102可以是固定的(例如，相对于旋转轴78不旋转)，或安装成使得其与编码器磁体72共同旋转。感测表面84的平面中的杂散磁场94(虚线表示)通过沿周向穿过屏蔽结构102而被重新定向到屏蔽结构102中。然而，由于屏蔽结构102的存在，编码器磁体72的测量磁场92将不会受到杂散磁场的不利影响或仅将轻微受到不利影响。
参考图8-9，图8示出根据另一实施例的***112的简化局部透视图，并且图9示出***112的示意性侧视图。***112包括编码器磁体72、磁场传感器74和屏蔽结构114，所述屏蔽结构114至少部分地包围编码器磁体72和磁场传感器74两者以屏蔽杂散磁场94。同样，编码器磁体72被构造成围绕旋转轴78旋转并且产生平面内测量磁场92。磁场传感器74沿Z轴76远离编码器磁体72轴向位移。磁场传感器74包括具有面向编码器磁体72的感测表面84的磁场感测元件80，所述磁场感测元件80被构造成检测测量磁场92。
在示出的实施例中，屏蔽结构114包括环形连续侧壁116，所述环形连续侧壁116具有被连续侧壁116包围的中心区118。连续侧壁116具有第一边缘120和第二边缘122。屏蔽结构114另外包括耦合到第二边缘122的板区段124。因此，屏蔽结构114表示杯形结构。屏蔽结构114的直径126大于编码器磁体72的直径128。因而，编码器磁体72和磁场传感器74可位于中心区118内并且因此可以大部分被连续侧壁116和板区段124包围。在其它实施例中，编码器磁体72可在第一边缘120上方部分地位于中心区118的外部。
屏蔽结构114可以是固定的(例如，相对于旋转轴78不旋转)，或安装成使得其与编码器磁体72共同旋转。磁场感测元件80的感测表面84的平面中的杂散磁场94(虚线表示)通过沿周向穿过屏蔽结构114和/或屏蔽结构114的板区段124而被重新定向到屏蔽结构114中。然而，由于屏蔽结构114的存在，编码器磁体72的测量磁场92将不会受到杂散磁场94的不利影响或将仅将轻微受到不利影响。
参考图10-11，图10示出根据另一实施例的***130的简化局部透视图，并且图11示出***130的示意性侧视图。***130包括编码器磁体72、磁场传感器74和屏蔽结构132，所述屏蔽结构132至少部分地包围编码器磁体72和磁场传感器74两者以屏蔽杂散磁场94。同样，编码器磁体72被构造成围绕旋转轴78旋转并且产生平面内测量磁场92。磁场传感器74沿Z轴76远离编码器磁体72轴向位移。磁场传感器74包括具有面向编码器磁体72的感测表面84的磁场感测元件80，所述磁场感测元件80被构造成检测测量磁场92。
在示出的实施例中，屏蔽结构132包括环形连续侧壁134，所述环形连续侧壁134具有被连续侧壁134包围的中心区136。连续侧壁134具有第一边缘138和第二边缘140。屏蔽结构132另外包括耦合到第二边缘140的板区段142。屏蔽结构132的直径144大于编码器磁体72的直径146。因而，编码器磁体72和磁场传感器74可位于中心区136内并且因此可以大部分被连续侧壁134和板区段142包围。在其它实施例中，编码器磁体72可在第一边缘138上方部分地位于中心区136的外部。在示出的实施例中，屏蔽结构132的连续侧壁134从第一边缘138处的第一直径148逐渐减小到第二边缘140处的第二直径150，其中第二直径150小于第一直径148。因此，屏蔽结构132表示锥形的杯形结构。
屏蔽结构132可以是固定的(例如，相对于旋转轴78不旋转)，或安装成使得其与编码器磁体72共同旋转。磁场感测元件80的感测表面84的平面中的杂散磁场94(虚线表示)通过沿周向穿过屏蔽结构132和/或屏蔽结构132的板区段142而被重新定向到屏蔽结构132中。然而，由于屏蔽结构132的存在，编码器磁体72的测量磁场92将不会受到杂散磁场94的不利影响或仅将轻微受到不利影响。在一些实施例中，屏蔽132的锥形结构构造可有效地重新定向杂散磁场94，同时有效地实现连接到次级设备(下文论述)。
图5-11提供了***的屏蔽结构的例子，所述屏蔽结构至少部分地包围编码器磁体和磁场传感器封装两者。屏蔽结构中的每一个可以是固定的(例如，相对于旋转轴不旋转)，或安装成使得其与编码器磁体共同旋转。由于屏蔽结构包围***的磁场传感器封装，因此以下图12-18提供上述屏蔽结构的变化形式，可实施所述变化形式，将来自磁场传感器封装的信号路由到周围的屏蔽结构之外。此后，结合图19-31论述此类屏蔽结构可如何与次级设备(例如，组件)集成的例子。
图12示出根据另一实施例的***152的示意性侧视图。***152包括编码器磁体72、磁场传感器74和至少部分地包围编码器磁体72和磁场传感器74两者的屏蔽结构154。在示出的实施例中，屏蔽结构154包括环形连续侧壁156，所述环形连续侧壁156具有由连续侧壁156包围的中心区158和耦合到侧壁156的底部边缘的板区段164。因此，屏蔽结构156类似于结合图8-9描述的屏蔽结构114。在此例子中，编码器磁体72和磁场传感器74同样位于中心区158内并且大部分被连续侧壁156和板区段164包围。
如先前描述的，磁场传感器74包括至少一个磁场感测元件80(图4)、围住磁场感测元件80的壳体83，以及引线框架82。引线框架82的引线166与磁场感测元件80电互连且延伸出壳体83。在图12的例子中，形成延伸穿过连续侧壁154的开口168，并且引线166延伸穿过开口168。延伸穿过侧壁154的开口168可适用于当引线166不弯曲且不附接到或焊接到屏蔽结构154中的开口168外部的导电引脚(未示出)时的情况。
引线166在平行于Z轴76且因此平行于旋转轴78的方向上具有第一宽度170，并且开口168在平行于Z轴且因此平行于旋转轴78的方向上具有第二宽度172。第二宽度172大于第一宽度170。在一些实施例中，第二宽度172可比第一宽度170大至少15％，以防止引线框架82的引线166与屏蔽结构154之间接触，但还足够小以有效限制杂散磁场进入屏蔽结构154的中心区158。
图13示出根据另一实施例的***174的示意性侧视图。***174包括编码器磁体72、磁场传感器74和至少部分地包围编码器磁体72和磁场传感器74两者的屏蔽结构176。在此例子中，屏蔽结构176包括连续侧壁178和耦合到侧壁178的底部的板区段180，如上文充分描述。在示出的实施例中，希望引线166是弯曲的，然后附接到或焊接到屏蔽结构176外部的导电引脚(未示出)。因此，开口182延伸穿过板区段180，引线166可以延伸穿过所述开口182。开口182可具有与引线166的尺寸相关联的尺寸，如结合图12所描述。
图14示出根据另一实施例的***184的示意性侧视图。***184包括编码器磁体72、磁场传感器74和至少部分地包围编码器磁体72和磁场传感器74两者的屏蔽结构186。在此例子中，屏蔽结构186包括连续侧壁188。然而，不同于图12和图13的屏蔽结构，屏蔽结构186不包括板区段。因此，屏蔽结构186类似于结合图5-7描述的屏蔽结构102。在示出的实施例中，引线框架82的引线166不弯曲，并且附接到或焊接到屏蔽结构186外部的导电引脚(未示出)。因此，槽或开口190可延伸穿过屏蔽结构186的连续侧壁188，引线166可被引导穿过所述槽或开口190。同样，开口190可具有与引线166的尺寸相关联的尺寸，如结合图12所描述。
图12-14中描述的各种屏蔽结构的槽形开口可适用于当屏蔽结构固定到次级结构使得屏蔽结构和磁场传感器74相对于编码器磁体72不旋转时的情况。然而，在旨在使屏蔽结构与编码器磁体共同旋转的构造中，可实施替代性构造。结合以下图15-18描述替代性构造的例子。
参考图15-16，图15示出根据另一实施例的***192的简化局部透视图，并且图16示出***192的示意性侧视图。***192包括编码器磁体72、磁场传感器74和至少部分地包围编码器磁体72和磁场传感器74两者的屏蔽结构194。在此例子中，屏蔽结构194包括第一部分196和第二部分198，所述第一部分和第二部分不同且彼此分离。第一部分196包括连续侧壁200，但不包括板区段。因此，第一部分196类似于结合图5-7描述的屏蔽结构102。第二部分198呈基本上扁平板的形式，且因此类似于结合图3-4描述的屏蔽结构88。
在一些实施例中，第一部分196可通过次级结构(未示出)机械地耦合到编码器磁体72，使得第一部分196和编码器磁体72共同旋转。相反地，第二部分198不连接到第一部分196且相对于第一部分196不旋转。另外，磁场传感器74可直接或间接附接到第二部分198，使得其也相对于第一部分196不旋转。第二部分198沿着Z轴76远离第一部分196安置。相应地，在屏蔽结构194的第一部分196与第二部分198之间形成间隙202或开口。在一些实施例中，引线框架82的引线166位于间隙202中，并且当第一部分196随编码器磁体72旋转时所述引线166将相对于第一部分196保持静止。因此，屏蔽结构194的两部分结构可以实现有效屏蔽杂散磁场对磁场传感器74的影响，同时为传感器封装的引线框架的引线留出通过的空间。
参考图17-18，图17示出根据另一实施例的***204的简化局部透视图，并且图18示出***204的示意性侧视图。***204包括编码器磁体72、磁场传感器74和至少部分地包围编码器磁体72和磁场传感器74两者的屏蔽结构206。在此例子中，屏蔽结构206包括第一部分208和第二部分210，所述第一部分和第二部分不同且彼此不相连。第一部分208包括连续侧壁212，但不包括板区段。同样地，第二部分210包括连续侧壁214，但不包括板区段。因此，第一部分208和第二部分210中的每一个类似于结合图5-7描述的屏蔽结构102，并且第一部分208和第二部分210一起可被视为双环几何形状。
在一些实施例中，第一部分208可通过次级结构(未示出)机械地耦合到编码器磁体72，使得第一部分208和编码器磁体72共同旋转。相反地，第二部分210与第一部分208分离且相对于第一部分208不旋转。另外，磁场传感器74可间接附接到第二部分210，使得其也相对于第一部分208不旋转。第二部分210沿着Z轴76远离第一部分208安置。相应地，在屏蔽结构206的第一部分208与第二部分210之间形成间隙216或开口。在一些实施例中，引线框架82的引线166位于间隙216中，并且当第一部分208随编码器磁体72旋转时所述引线166将相对于第一部分208保持静止。因此，同样地，屏蔽结构206的两部分结构可以实现有效屏蔽杂散磁场对磁场传感器74的影响，同时为传感器封装的引线框架的引线留出通过的空间。
先前描述的实施例示出单部分或双部分屏蔽结构的各种几何形状。这些各种几何形状包括扁平板、环形、杯形和锥形的杯形屏蔽结构，具有或不具有用于使来自磁场传感器封装的引线框架的引线穿过的开口。本领域的技术人员将认识到，可设想屏蔽结构的替代性几何形状和构造。此外，在其它实施例中，编码器磁体可在屏蔽结构外部和/或屏蔽结构可以是扁平屏蔽板(例如，图3-4)，因此，扁平屏蔽板可不包围编码器磁体和磁场传感器封装中的任一个。
先前描述的实施例仅提供各种屏蔽几何形状，而不描述它们可如何附接到次级设备。以下描述现将提供屏蔽结构的实现方式的例子，例如上文在用于非接触式旋转角感测的***或组件中描述的那些。实现方式可用于检测内燃发动机中使用的节流阀的旋转轴的旋转位置。然而，其它潜在的应用可包括用于方向盘、踏板、无刷直流(BLDC)电动机或广泛多种旋转角测量功能中的任一个的非接触式旋转角感测。
参考图19-22，图19示出根据另一实施例的组件218的截面侧视图，图20示出组件218的透视图，图21示出组件218的分解透视图，并且图22示出组件218的另一分解透视图。组件218可以是(例如)节流阀组件，所述节流阀组件包括轴杆220、耦合到轴杆220的编码器磁体72、随轴杆220旋转的齿轮222、屏蔽结构224和盖元件226。屏蔽结构224为环形，因此类似于结合图5-7描述的屏蔽结构102，并且至少部分地包围编码器磁体72和磁场传感器74。因此，屏蔽结构224包括连续侧壁228，所述连续侧壁具有第一边缘230、第二边缘232和由连续侧壁228限界的中心区234。
在示出的实施例中，屏蔽结构224被构造成附接到次级结构。更具体地说，次级结构为轴杆220。借助于例子，屏蔽结构224的第一边缘230可在形成齿轮222的模制过程期间连接到轴杆220，并且将编码器磁体72耦合到轴杆220。例如，屏蔽结构224和轴杆220可放置在模具的模腔中。模腔可填充有如热塑材料(例如，玻璃纤维填充的聚酰胺或尼龙)之类的模具材料以形成齿轮222。在注射热塑性材料之后，屏蔽结构224固定到齿轮222，齿轮222又固定到轴杆220。因而，屏蔽结构224通过齿轮222和轴杆220机械地耦合到编码器磁体72，使得屏蔽结构224和编码器磁体72共同旋转。在示出的实施例中，齿轮222具有绕其外周超过约90°的齿236。一般来说，齿轮222的齿236可耦合到另一齿轮(未示出)中，所述齿轮可耦合到电动机(未示出)中，所述电动机驱动轴杆220且转动节流阀(未示出)。
具体参考组件218的盖元件226，盖元件226为位于由屏蔽结构224的连续侧壁228限界的中心区域234中的编码器磁体72和磁场传感器74提供环境保护。在一些实施例中，盖元件226包括被屏蔽结构224的连续侧壁228包围的凸起的中心区域238，其中第二边缘232比第一边缘230更接近盖元件226。第二边缘232可位于接近盖元件226的位置，但不与盖元件226实际接触，或与盖元件226可滑动接触，使得盖元件226相对于屏蔽结构224的旋转是不旋转的。
盖元件226的凸起的中心区域238为磁场传感器74提供安装表面。也就是说，磁场传感器74可胶合、铆接或以其它方式附接到盖元件226的凸起的中心区域238。在一些实施例中，凸起的中心区域238具有高度240，所述高度足以将磁场传感器74抬高到屏蔽结构224的连续侧壁228的第一边缘230与第二边缘232之间的中间位置242。此中间位置242可将磁场传感器74放置在屏蔽结构224的中间高度以有效屏蔽杂散磁场，以及将磁场传感器74适当地放置在靠近编码器磁体72的位置以有效检测测量磁场。
在示出的构造中，组件218另外包括被构造成连接到磁场传感器74的引线166的外部引脚244。外部引脚244包括第一端246和第二端248。在此例子中，引线166在屏蔽结构224的中心区234内向上弯曲。外部引脚244的第一端246焊接或以其它方式附接到中心区234内部的引线166。外部引脚244的第二端248被引到屏蔽结构224的外部。在一些实施例中，可在盖元件226中模制外部引脚244，使得第一端246延伸出盖元件226的凸起的中心区域238，并且使得第二端248从盖元件226的***延伸。此后，传感器74可安装到盖元件的凸起的中心区域238，并且外部引脚244的第一端246可附接到引线166。此构造可有效地保护外部引脚244和传感器74的引线166，同时为电信号提供通道。
参考图23-25，图23示出根据另一实施例的组件250的截面侧视图，图24示出组件250的一部分在热塑性铆接过程(也被称作热铆接)之前的放大视图，并且图25示出组件250的一部分在热铆接之后的放大视图。与组件218类似，组件250可以是例如节流阀组件，所述节流阀组件包括轴杆252、耦合到轴杆252的编码器磁体72、随轴杆252旋转的齿轮254、屏蔽结构256和盖元件258。磁场传感器74附接到盖元件258的凸起的中心区域259。屏蔽结构256为环形，因此类似于结合图5-7描述的屏蔽结构102，并且至少部分地包围编码器磁体72和磁场传感器74两者。因此，屏蔽结构256包括连续侧壁260，所述连续侧壁具有第一边缘262、第二边缘264和由连续侧壁260限界的中心区266。
在示出的实施例中，屏蔽结构256被构造成附接到次级结构。更具体地，次级结构为盖元件258。借助于例子，屏蔽结构256的第二边缘264可在热铆接过程期间附接到盖元件258。具体参考图24，屏蔽结构256放置到包围盖元件258的凸起的中心区域259的位置中。盖元件258可由例如热塑材料形成。在一些实施例中，盖元件258包括突起特征268(有时被称作凸台或鼻状凸起区)，所述突起特征紧邻在靠近第二边缘264的屏蔽结构256中形成的凹槽270。
在热铆接过程期间，通过加热软化突起特征268以形成被部分地挤压到凹槽270中的头部272(参见图25)，因此将屏蔽结构256与盖元件258机械地锁定。如先前所提到，磁场传感器74在凸起的中心区域259处附接到盖元件258。因而，屏蔽结构256通过次级结构(例如，盖元件258)机械地耦合到磁场传感器74，使得磁场传感器74和屏蔽结构256相对于编码器磁体72不旋转。具体参考图23，屏蔽结构256的第一边缘262可位于接近齿轮254的位置。然而，屏蔽结构256可不实际接触齿轮254，或屏蔽结构256可滑动地接触齿轮254，使得当齿轮254、轴杆252和编码器磁体72旋转时屏蔽结构256相对于编码器磁体72保持固定。
现参考图26-27，图26示出根据另一实施例的附接到盖元件276的屏蔽结构274的透视图，并且图27示出屏蔽结构274和盖元件276的放大视图。为了说明的简单起见，在图26中未示出传感器74。然而，传感器74的一部分在图27中可见。提供图26-27以展现附接屏蔽结构274与盖元件276的另一技术。在此例子中，屏蔽结构274为环形并且包括连续侧壁278，所述连续侧壁具有第一边缘280、第二边缘282和由连续侧壁278限界的中心区284。在此例子中，代替热铆接的方式，屏蔽结构274的第二边缘282胶合到盖元件276。在将磁场传感器74附接到盖元件276之后，并且在将传感器74的引线166附接到外部引脚244的第一端246之后，可将屏蔽结构274胶合到盖元件276。此技术可比热铆接技术更简单。另外，屏蔽结构274的设计可更简单，因为不需要槽口或凹槽(例如，图23的凹槽270)，所以制造成本更低。
现参考图28-29，图28示出根据另一实施例的附接到盖元件286的屏蔽结构274的透视图，并且图29示出屏蔽结构274和盖元件286的放大视图。为了说明的简单起见，图29中未示出传感器74、引线166和外部引脚244。然而，可以参考至少图27以查看这些特征。提供图28-29以展现附接屏蔽结构274与盖元件286的另一技术。在此例子中，盖元件286包括固定夹特征288。环形屏蔽结构274与盖元件286接合，使得固定夹特征288紧靠屏蔽结构274的第一边缘280。在将磁场传感器74附接到盖元件286之后，并且在将传感器74的引线166附接到外部引脚244的第一端246之后，可将屏蔽结构274与盖元件286接合。实施具有固定夹特征的盖元件可比实施热铆接技术更简单。另外，屏蔽结构274的设计可更简单，因为不需要槽口或凹槽(例如，图23的凹槽270)，所以制造成本更低。
参考图30-31，图30示出根据另一实施例的组件290的透视图，图31示出组件290的截面侧视图。为了说明的简单起见，图31中未示出磁场传感器74、引线166和外部引脚244。然而，可以参考至少图19和图23以查看这些特征。提供组件290以展示双环屏蔽结构292的实现方式，类似于结合图17-18描述的屏蔽结构206。另外，提供组件290以包括上文结合图19-25描述的附接技术。组件290可以是但不限于节流阀组件，所述节流阀组件包括轴杆294、耦合到轴杆294的编码器磁体72、随轴杆294旋转的齿轮296、屏蔽结构292和盖元件298。屏蔽结构292至少部分地包围编码器磁体72和磁场传感器74两者。
屏蔽结构292包括通过齿轮296和轴杆294机械地耦合到编码器磁体72的第一部分300。可在如结合图19-22详细论述的模制过程期间执行机械耦合。因此，为简洁起见，本文中将不再重复对此机械耦合的进一步描述。屏蔽结构292另外包括与第一部分300分离且沿着Z轴76远离第一部分300安置的第二部分302。第二部分302可利用如结合图23-25详细论述的热铆接过程固定到盖元件298。因此，为简洁起见，本文中将不再重复对第二部分302附接到盖元件298的进一步描述。
相应地，屏蔽结构292的第一部分300和编码器磁体72借助于它们通过齿轮296和轴杆294的机械耦合而共同旋转。相反地，第二部分302与第一部分300分离且因此相对于第一部分300不旋转。另外，磁场传感器74借助于其附接到盖元件298而间接附接到第二部分302，使得自身也相对于第一部分300不旋转。因此，屏蔽结构292的两部分构造可实现磁场传感器74的有效屏蔽，并且实现牢固附接到次级结构(例如，齿轮296/轴杆294和盖元件298)。
上文描述的各种屏蔽结构的屏蔽几何形状可提供对杂散磁场的高抑制因子，而对测量磁场的影响较小。此外，由于屏蔽结构在磁场传感器封装的外部且可单独地附接到次级结构，因此可实现针对机械公差(例如，未对齐和倾斜)的高稳固性。应理解，可设想替代性屏蔽几何形状，所述屏蔽几何形状提供对杂散磁场的高度抑制，同时可单独地附接到次级结构。另外，以非限制性方式结合节流阀组件描述各种屏蔽结构。可在其它角旋转测量应用(例如，方向盘和踏板位置)中实施可单独地附接到次级结构的各种屏蔽结构。
本文公开的实施例需要一种***，所述***具有用于在抑制杂散磁场的同时测量磁场的磁场屏蔽结构。更具体地，一种***包括：编码器磁体，所述编码器磁体被构造成围绕旋转轴旋转；磁场传感器封装；以及屏蔽结构，所述屏蔽结构至少部分地包围编码器磁体和磁场传感器封装两者。屏蔽结构被构造成附接到组件中的次级结构。在一些实施例中，屏蔽结构通过次级结构附接到编码器磁体，使得编码器磁体和屏蔽结构共同旋转。在其它实施例中，磁场传感器封装和屏蔽结构机械地耦合，使得磁场传感器封装和屏蔽结构相对于编码器磁体不旋转。可以改变屏蔽结构的几何构造，以在对作用于磁传感器部件的测量磁场具有较小或极小不利影响的情况下提供对杂散磁场的屏蔽或抑制。另外，屏蔽结构位于传感器封装外部并且至少部分地包围编码器磁体可以实现直接并入到待实施磁场感测的组件中。因此，可以在最优无源杂散场抑制(无需额外电子电路***)与有成本效益的精确制造选项之间达成折衷。再者，磁场传感器封装可以集成在各种***构造中，以满足例如节流阀、踏板、方向盘、无刷直流(BLDC)电动机等方面的汽车要求。
本公开旨在解释如何形成和使用根据本发明的各种实施例，而非限制本发明的真实、既定和公平的范围和精神。前述描述并不旨在为穷尽性的或将本发明限于所公开的确切形式。鉴于以上教示，修改或变化是可能的。选择和描述实施例以提供对本发明的原理和其实际应用的最佳说明，并且使得本领域的普通技术人员能够在各种实施例中用适合于预期的特定用途的各种修改来利用本发明。当根据公正、合法并且公平地赋予的广度来解释时，所有此类的修改和变化以及其所有等效物均处于如由所附权利要求书所确定的本发明的范围内，并且在本专利申请未决期间可以进行修正。
82152226US01附图标记
20 ***
22 磁场传感器
24 管芯焊盘
26 引线框架
28 键合线
30 引线
32 模制复合物
34 传感器封装
36 磁体
38 Z轴
42 可旋转物体
44 旋转轴
46 磁场
48 平面内磁场分量
50 杂散磁场
52 曲线图
54 X轴
56 Y轴
58 第一矢量，HORIG
60 旋转角，
62 第二矢量，HNEW
64 角误差，/>
70 ***
72 编码器磁体
74 磁场传感器封装
76 Z轴
78 旋转轴
80 磁场传感器
82 引线框架
83 壳体
84 第一/感测表面
86 第二表面
88 屏蔽结构
90 磁场
92 平面内分量/测量磁场
94 杂散磁场
96 X轴
98 Y轴
100 ***
102 屏蔽结构
104 连续侧壁
106 中心区
108 直径
110 直径
112 ***
114 屏蔽结构
116 连续侧壁
118 中心区
120 第一边缘
122 第二边缘
124 板区段
126 直径
128 直径
130 ***
132 屏蔽结构
134 连续侧壁
136 中心区
138 第一边缘
140 第二边缘
142 板区段
144 屏蔽结构的直径
146 编码器磁体的直径
148 第一直径
150 第二直径
152 ***
154 屏蔽结构
156 连续侧壁
158 中心区
164 板区段
166 引线
168 开口
170 第一宽度
172 第二宽度
174 ***
176 屏蔽结构
178 连续侧壁
180 板区段
182 开口
184 ***
186 屏蔽结构
188 连续侧壁
190 开口
192 ***
194 屏蔽结构
196 第一部分
198 第二部分
200 连续侧壁
202 间隙
204 ***
206 屏蔽结构
208 第一部分
210 第二部分
212 连续侧壁
214 连续侧壁
216 间隙
218 组件
220 轴杆
222 齿轮
224 屏蔽结构
226 盖元件
228 连续侧壁
230 第一边缘
232 第二边缘
234 中心区
236 齿
238 凸起的中心区域
240 高度
242 中间位置
244 外部引脚
246 第一端
248 第二端
250 组件
252 轴杆
254 齿轮
256 屏蔽结构
258 盖元件
259 凸起的中心区域
260 连续侧壁
262 第一边缘
264 第二边缘
266 中心区
268 鼻状凸起区
270 凹槽
272 头部
274 屏蔽结构
276 盖元件
278 连续侧壁
280 第一边缘
282 第二边缘
284 中心区
286 盖元件
288 固定夹特征
290 组件
292 屏蔽结构
294 轴杆
296 齿轮
298 盖元件
300 第一部分
302 第二部分。

Claims (8)

1.一种***，其特征在于，包括：
编码器磁体，所述编码器磁体被构造成围绕旋转轴旋转，其中所述编码器磁体被构造成产生测量磁场；
磁场传感器，所述磁场传感器远离所述编码器磁体轴向位移，所述磁场传感器被构造成检测所述测量磁场；
次级结构；以及
屏蔽结构，所述屏蔽结构耦合到所述次级结构，所述屏蔽结构至少部分地包围所述编码器磁体和所述磁场传感器中的至少一个，以防止所述磁场传感器遭受杂散磁场；
其中所述编码器磁体和所述屏蔽结构通过所述次级结构机械地耦合，使得所述编码器磁体和所述屏蔽结构共同旋转。
2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述磁场传感器和所述屏蔽结构通过所述次级结构机械地耦合，使得所述磁场传感器和所述屏蔽结构相对于所述编码器磁体不旋转。
3.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述屏蔽结构包括：
第一部分，所述第一部分通过所述次级结构机械地耦合到所述编码器磁体，使得所述编码器磁体和所述屏蔽结构的所述第一部分共同旋转；以及
第二部分，所述第二部分远离所述第一部分安置，所述第二部分与所述第一部分分离，使得所述第二部分相对于所述第一部分不旋转。
4.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述屏蔽结构包括连续侧壁，所述连续侧壁具有由所述连续侧壁限界的中心区，其中所述编码器磁体和所述磁场传感器位于所述中心区内并且被所述连续侧壁包围。
5.根据权利要求4所述的***，其特征在于，所述连续侧壁具有第一边缘和第二边缘，并且所述屏蔽结构另外包括耦合到所述连续侧壁的所述第二边缘的板区段。
6.根据权利要求5所述的***，其特征在于，所述连续侧壁具有第一边缘和第二边缘，并且所述连续侧壁从所述第一边缘处的第一直径逐渐减小到所述第二边缘处的第二直径，所述第二直径小于所述第一直径。
7.一种***，其特征在于，包括：
编码器磁体，所述编码器磁体被构造成围绕旋转轴旋转，其中所述编码器磁体被构造成产生测量磁场；
磁场传感器，所述磁场传感器远离所述编码器磁体轴向位移，所述磁场传感器被构造成检测所述测量磁场；
屏蔽结构，所述屏蔽结构被配置为防止所述磁场传感器遭受杂散磁场，所述屏蔽结构包括连续侧壁，所述连续侧壁具有由所述连续侧壁限界的中心区，其中所述编码器磁体和所述磁场传感器位于所述中心区内并且至少部分地被所述连续侧壁包围；以及
次级结构，所述屏蔽结构被构造成附接到所述次级结构；
其中所述编码器磁体和所述屏蔽结构通过所述次级结构机械地耦合，使得所述编码器磁体和所述屏蔽结构共同旋转。
8.一种组件，其特征在于，包括：
编码器磁体，所述编码器磁体被构造成围绕旋转轴旋转，其中所述编码器磁体被构造成产生测量磁场；
磁场传感器，所述磁场传感器远离所述编码器轴向位移，所述磁场传感器被构造成检测所述测量磁场；
屏蔽结构，所述屏蔽结构被配置为防止所述磁场传感器遭受杂散磁场，所述屏蔽结构包括连续侧壁，所述连续侧壁具有第一边缘、第二边缘和由所述连续侧壁限界的中心区，其中所述编码器磁体和所述磁场传感器位于所述中心区内并且至少部分地被所述连续侧壁包围；以及
盖元件，所述盖元件具有凸起的中心区域，所述第二边缘比所述第一边缘更靠近所述盖元件，其中所述凸起的中心区域被所述屏蔽结构的所述连续侧壁包围，并且所述磁场传感器被构造成附接到所述凸起的中心区域
所述编码器磁体和所述屏蔽结构被配置为围绕所述磁场传感器共同旋转。
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