CN117178193A - 磁传感器和磁检测*** - Google Patents

Abstract

本公开的目的是提高对施加到磁传感器的磁场的方向的检测准确度。一种磁传感器(100)包括至少一个偏置磁铁(5)、第一半桥电路(1)、第二半桥电路(2)和基底部件。第一半桥电路(1)包括一对第一磁阻效应元件(1P、1Q)，与X轴的正方向对齐的偏置磁场施加到该对第一磁阻效应元件中的一个，并且与X轴的负方向对齐的偏置磁场施加到该对第一磁阻效应元件中的另一个。第二半桥电路(2)包括一对第二磁阻效应元件(2P、2Q)，与Y轴的正方向对齐的偏置磁场施加到该对第二磁阻效应元件中的一个，并且与Y轴的负方向对齐的偏置磁场施加到该对第二磁阻效应元件中的另一个。

Description

磁传感器和磁检测***

技术领域

本公开总体上涉及磁传感器和磁检测***，并且具体地涉及包括至少一个偏置磁铁的磁传感器和磁检测***。

背景技术

专利文献1描述了一种如下所述配置的旋转角度确定传感器(磁传感器)。各自具有自由磁性层和固定磁性层的至少两对GMR元件设置在基板上。每对GMR元件相互串联连接，可旋转磁铁被设置为面向GMR元件，并且该磁铁向GMR元件施加饱和磁场。GMR元件的电阻值变化(这是由于在遵循磁铁的磁场线方向的自由磁性层的磁化方向与固定磁性层的磁化方向之间形成的角度而导致的)决定了磁铁的旋转轴的旋转角度。

引用列表

专利文献

专利文献1：JP 2002-303536 A

发明内容

本公开的目的是提供一种均有助于更准确地检测施加到磁传感器的磁场的方向的磁传感器和磁检测***。

根据本公开的一方面的磁传感器包括至少一个偏置磁铁、第一半桥电路、第二半桥电路和基底部件。至少一个偏置磁铁被配置为产生与X轴的正方向对齐的偏置磁场、与X轴的负方向对齐的偏置磁场、与正交于X轴的Y轴的正方向对齐的偏置磁场、以及与Y轴的负方向对齐的偏置磁场。基底部件容纳至少一个偏置磁铁、第一半桥电路和第二半桥电路。第一半桥电路包括一对第一磁阻效应元件和第一输出端子，该对第一磁阻效应元件相互半桥连接，并且被配置为检测与X轴对齐的磁场，第一输出端子被配置为从该对第一磁阻效应元件之间的连接点输出第一输出信号。第二半桥电路包括一对第二磁阻效应元件和第二输出端子，该对第二磁阻效应元件相互半桥连接，并且被配置为检测与Y轴对齐的磁场，第二输出端子被配置为从该对第二磁阻效应元件之间的连接点输出第二输出信号。与X轴的正方向对齐的偏置磁场施加到一对第一磁阻效应元件中的一个，并且与X轴的负方向对齐的偏置磁场施加到该对第一磁阻效应元件中的另一个。与Y轴的正方向对齐的偏置磁场施加到一对第二磁阻效应元件中的一个，并且与Y轴的负方向对齐的偏置磁场施加到该对第二磁阻效应元件中的另一个。

根据本公开的另一方面的磁检测***包括上述磁传感器和处理电路。处理电路至少基于第一输出信号和第二输出信号来确定施加到磁传感器的磁场的方向。

附图说明

图1是根据实施例的磁传感器的平面图；

图2是省略了偏置磁铁的磁传感器的平面图；

图3是磁传感器的剖视图；

图4是示出了如何使用磁传感器的示意图；

图5是磁传感器的第一半桥电路和第三半桥电路的等效电路图；

图6是磁传感器的第二半桥电路和第四半桥电路的等效电路图；

图7是磁传感器的磁阻效应元件的截面图；以及

图8示出了磁传感器的输出信号。

具体实施方式

将参考附图描述根据实施例的磁传感器和磁检测***。需要注意的是，下面要描述的实施例仅是本公开的各种实施例中的一个示例性实施例，并且不应被解释为限制性的。相反，下面将要描述的实施例可以根据设计选择或任何其他因素以各种方式容易地加以修改，而不脱离本公开的范围。在以下对实施例的描述中将要引用的附图均为示意表示。因此，附图上所示的各个组成元件的尺寸(包括厚度)的比率并不总是反映它们的实际尺寸比率。

(概述)

如图1所示，本实施例的磁传感器100包括至少一个偏置磁铁5、第一半桥电路1、第二半桥电路2和基底部件73(参见图3)。至少一个偏置磁铁5产生与X轴的正方向对齐的偏置磁场、与X轴的负方向对齐的偏置磁场、与正交于X轴的Y轴的正方向对齐的偏置磁场、以及与Y轴的负方向对齐的偏置磁场。基底部件73容纳至少一个偏置磁铁5、第一半桥电路1和第二半桥电路2。第一半桥电路1包括：一对第一磁阻效应元件1P和1Q，相互半桥连接，并且被配置为检测与X轴对齐的磁场；以及第一输出端子1T，被配置为从该对第一磁阻效应元件1P和1Q之间的连接点输出第一输出信号。第二半桥电路2包括：一对第二磁阻效应元件2P和2Q，相互半桥连接，并且被配置为检测与Y轴对齐的磁场；以及第二输出端子2T，被配置为从该对第二磁阻效应元件2P和2Q之间的连接点输出第二输出信号。与X轴的正方向对齐的偏置磁场施加到一对第一磁阻效应元件1P和1Q中的一个，并且与X轴的负方向对齐的偏置磁场施加到该对第一磁阻效应元件1P和1Q中的另一个。与Y轴的正方向对齐的偏置磁场施加到一对第二磁阻效应元件2P和2Q中的一个，并且与Y轴的负方向对齐的偏置磁场施加到该对第二磁阻效应元件2P和2Q中的另一个。

本实施例使得在施加到磁传感器100的磁场旋转时传递的第一输出信号具有接近于理想正弦波的波形，并使得第二输出信号具有接近于理想余弦波的波形。这样能够基于第一输出信号和第二输出信号来准确地确定施加到磁传感器100的磁场的方向。

此外，第一半桥电路1和第二半桥电路2一起聚集在基底部件73中。与单独地设置其上安装有第一半桥电路1的第一基底部件和其上安装有第二半桥电路2的第二基底部件的情形相比，这样做省掉了调整第一基底部件和第二基底部件之间的位置关系的麻烦。另外，这样做也降低了位置关系的变化导致检测到的磁场方向的准确度下降的可能性。

为了说明偏置磁场的方向或磁阻效应元件对磁场的检测方向与X轴或Y轴对齐，方向与轴之间的角度差优选地小于或等于5度。

在下面的描述中，Z轴(其是垂直于X轴和Y轴两者的轴)将与X轴和Y轴一起使用。需要注意的是，X轴、Y轴和Z轴中的每一个都是在磁传感器100上定义的虚拟轴，并且是无实体的轴。

(详情)

(1)整体配置

如图1至图3所示，磁传感器100包括第二保护膜72、偏置磁铁5、第一保护膜71、布线层W1和基底部件73。布线层W1包括第一半桥电路1、第二半桥电路2、第三半桥电路3和第四半桥电路4。需要注意的是，在图1中，仅示出了布线层W1和偏置磁铁5，并且在图2中，仅示出了布线层W1。

磁检测***200包括磁传感器100和处理电路201。处理电路201至少基于第一输出信号和第二输出信号来确定施加到磁传感器100的磁场的方向。

在以下对实施例的描述中，磁传感器100和磁检测***200应该用于确定从电机的转子8(参见图4)产生的磁场的方向，并且从而确定转子8的旋转角度。

(2)转子

转子8包括多个永磁体。多个永磁体形成多个磁极80。换言之，多个永磁体具有多个磁极80。多个磁极80在转子8的旋转方向上并排布置，使得N极和S极交替地布置。在图4中，多个磁极80并排布置，使得N极和S极在转子8的旋转方向上每45度相互交替。在图4中，每个磁极80被标记为表示磁极80是N极的“N”或表示磁极80是S极的“S”。需要注意的是，附图中所示的字母“N”和“S”仅用于说明的目的，并且实际上，磁极80没有这样的刻字字母。在图1和图3中，这一点同样适用于偏置磁铁5上所示的“N”和“S”。

(3)偏置磁铁

如图1和图3所示，偏置磁铁5的形状为矩形平行六面体。偏置磁铁5是单个部件。例如，可以采用永磁体或电磁铁作为偏置磁铁5。本实施例的偏置磁铁5为永磁体。例如，偏置磁铁5是铁氧体磁铁或钕磁铁。

偏置磁铁5包括多个(在本实施例中为八个)磁极50。八个磁极50中的四个磁极50设置在平行于X轴和Y轴两者的第一平面上。八个磁极50中的其余四个磁极50设置在平行于第一平面的第二平面上。

也就是说，设置了各自包括四个磁极50的两组。在每一组中，四个磁极50处于同一平面上。属于不同组的磁极50在Z轴方向上设置在不同位置处。图1所示的四个磁极50中的每个磁极的Z坐标大于其余四个磁极50中的每个磁极的Z坐标。

八个磁极50被设置为使得在X轴方向上彼此相邻的磁极50具有不同的磁极，并且在Y轴方向上彼此相邻的磁极50具有不同的磁极。此外，八个磁极50被设置为使得在Z轴方向上彼此相邻的磁极50具有不同的磁极。

(4)基底部件

如图3所示，基底部件73呈板状。例如，基底部件73是氧化铝基板。

(5)布线层

如图3所示，布线层W1形成在基底部件73的表面上。因此，基底部件73容纳布线层W1。

例如，本实施例的布线层W1包括多个层。多个层经由通孔相互电连接。

如图2所示，布线层W1包括第一半桥电路1、第二半桥电路2、第三半桥电路3和第四半桥电路4。

第一半桥电路1包括一对第一磁阻效应元件1P和1Q以及第一输出端子1T。

第二半桥电路2包括一对第二磁阻效应元件2P和2Q以及第二输出端子2T。

如图5所示，第三半桥电路3包括一对第三磁阻效应元件3P和3Q以及第三输出端子3T。该对第三磁阻效应元件3P和3Q相互半桥连接。该对第三磁阻效应元件3P和3Q检测与X轴对齐的磁场。第三输出端子3T从该对第三磁阻效应元件3P和3Q之间的连接点输出第三输出信号。

如图6所示，第四半桥电路4包括一对第四磁阻效应元件4P和4Q以及第四输出端子4T。该对第四磁阻效应元件4P和4Q相互半桥连接。该对第四磁阻效应元件4P和4Q检测与Y轴对齐的磁场。第四输出端子4T从该对第四磁阻效应元件4P和4Q之间的连接点输出第四输出信号。

在下面的描述中，第一磁阻效应元件1P和1Q、第二磁阻效应元件2P和2Q、第三磁阻效应元件3P和3Q、以及第四磁阻效应元件4P和4Q中的每一个有时会被称为磁阻效应元件Mr0。也就是说，磁传感器100包括多个(八个)磁阻效应元件Mr0。

如图2所示，布线层W1还包括电源端子H10和H20以及参考端子L10和L20。电源端子H10和H20是电连接到电源的高电位电气路径的高电位端子。参考端子L10和L20是电连接到电源的低电位电气路径(参考电位的电气路径)的低电位端子。在本实施例中，参考端子L10和L20是电连接到接地电位的电气路径的接地端子。

第一磁阻效应元件1P具有电连接到参考端子L20的第一端子。第一磁阻效应元件1P具有电连接到第一磁阻效应元件1Q的第一端子的第二端子。第一磁阻效应元件1Q具有电连接到电源端子H10的第二端子。第一输出端子1T电连接到一对第一磁阻效应元件1P和1Q之间的连接点。

第二磁阻效应元件2P具有电连接到电源端子H10的第一端子。第二磁阻效应元件2P具有电连接到第二磁阻效应元件2Q的第一端子的第二端子。第二磁阻效应元件2Q具有电连接到参考端子L10的第二端子。第二输出端子2T电连接到一对第二磁阻效应元件2P和2Q之间的连接点。

第三磁阻效应元件3P具有电连接到电源端子H20的第一端子。第三磁阻效应元件3P具有电连接到第三磁阻效应元件3Q的第一端子的第二端子。第三磁阻效应元件3Q具有电连接到参考端子L10的第二端子。第三输出端子3T电连接到一对第三磁阻效应元件3P和3Q之间的连接点。

第四磁阻效应元件4P具有电连接到参考端子L20的第一端子。第四磁阻效应元件4P具有电连接到第四磁阻效应元件4Q的第一端子的第二端子。第四磁阻效应元件4Q具有电连接到电源端子H20的第二端子。第四输出端子4T电连接到一对第四磁阻效应元件4P和4Q之间的连接点。

第一输出端子1T、第二输出端子2T、第三输出端子3T和第四输出端子4T电连接到处理电路201。需要注意的是，在图1和图2中，为了简化起见，仅将第一输出端子1T连接到处理电路201。

在图1、图2、图4、图5和图6中，当在Z轴方向上观察时，每个磁阻效应元件Mr0的形状是矩形。然而，为了示出磁阻效应元件Mr0的方向，以示意性方式绘制此形状，并且此形状不对应于磁阻效应元件Mr0的实际形状。

磁阻效应元件Mr0具有根据所施加的磁场的幅度而变化的电阻值。作为电压信号，磁传感器100输出磁阻效应元件Mr0的电阻值的变化。磁阻效应元件Mr0对第一方向(图1中沿着长边的方向)上的磁场不敏感，但对第二方向(图1中沿着短边的方向)上的磁场敏感。磁阻效应元件Mr0对第二方向上的磁场的灵敏度最大。

一对第一磁阻效应元件1P和1Q以及一对第三磁阻效应元件3P和3Q被布置为对沿着X轴的方向上的磁场敏感。该对第一磁阻效应元件1P和1Q以及该对第三磁阻效应元件3P和3Q导致与X轴的正方向对齐的磁场和与X轴的负方向对齐的磁场以相同的模式发生电阻变化，前提是这两个磁场具有相同的幅度。

一对第二磁阻效应元件2P和2Q以及一对第四磁阻效应元件4P和4Q被设置为对沿着Y轴的方向上的磁场敏感。该对第二磁阻效应元件2P和2Q以及该对第四磁阻效应元件4P和4Q导致与Y轴的正方向对齐的磁场和与Y轴的负方向对齐的磁场以相同的模式发生电阻变化，前提是这两个磁场具有相同的幅度。

当在Z轴方向上观察时，磁阻效应元件Mr0相对于磁传感器100的中心如下所述地布置。也就是说，第一磁阻效应元件1P和第三磁阻效应元件3P从中心设置在Y轴的正侧。第一磁阻效应元件1Q和第三磁阻效应元件3Q从中心设置在Y轴的负侧。第二磁阻效应元件2P和第四磁阻效应元件4P从中心设置在X轴的正侧。第二磁阻效应元件2Q和第四磁阻效应元件4Q从中心设置在X轴的负侧。

如上所述，图1所示的四个磁极50中的每个磁极的Z坐标大于其余四个磁极50中的每个磁极的Z坐标。也就是说，在偏置磁铁5的多个磁极50中，图1所示的四个磁极50面向多个磁阻效应元件Mr0，并向多个磁阻效应元件Mr0施加偏置磁场。在图1中，偏置磁场的方向由箭头指示。

向第一磁阻效应元件1P和第三磁阻效应元件3P施加与X轴的正方向对齐的偏置磁场。向第一磁阻效应元件1Q和第三磁阻效应元件3Q施加与X轴的负方向对齐的偏置磁场。

向第二磁阻效应元件2P和第四磁阻效应元件4P施加与Y轴的正方向对齐的偏置磁场。向第二磁阻效应元件2Q和第四磁阻效应元件4Q施加与Y轴的负方向对齐的偏置磁场。

因此，单个偏置磁铁5产生与X轴的正方向对齐的偏置磁场和与X轴的负方向对齐的偏置磁场。此外，单个偏置磁铁5产生与Y轴的正方向对齐的偏置磁场和与Y轴的负方向对齐的偏置磁场。

磁阻效应元件Mr0是巨磁阻(GMR)元件。更具体地，磁阻效应元件Mr0是电流在平面内(CIP)型GMR元件。如图7所示，磁阻效应元件Mr0包括多层堆叠90和底涂层93。

多层堆叠90通过将多个磁性层91(各自含有NiFeCo作为组分)和多个非磁性层92(各自含有Cu作为组分)按照逐个上下重叠的方式交替地堆叠而形成。这种结构能够提供高输出磁阻效应元件Mr0。例如，多层堆叠90的层数可以大于或等于1 0或者大于或等于20。磁性层91是铁磁性材料的层。磁性层91比非磁性层92更容易被磁化。非磁性层92优选地仅含有Cu。

如图7所示，磁传感器100包括基板层6。基板层6包括在布线层W1中(参见图3)。基板层6包括基板61和玻璃层62。玻璃层62形成在基板61的表面上。玻璃层62包括玻璃材料(诸如非晶玻璃)作为材料。玻璃层62是通过将玻璃浆料印到基板61的表面上并烧制玻璃浆料而形成的。在玻璃层62的表面上形成磁阻效应元件Mr0。

多层堆叠90铺设在底涂层93的顶部上。更具体地，底涂层93形成在基板层6的玻璃层62的表面上，并且多层堆叠90形成在底涂层93的表面上。底涂层93含有NiFeCr作为其组分。通过设置底涂层93，能够提供高输出磁阻效应元件Mr0。另外，通过设置底涂层93，允许磁性层91中的晶粒充分生长，从而提高磁阻效应元件Mr0的耐热性。

磁阻效应元件Mr0在预定方向上不具备灵敏度，但在与预定方向相交的多个方向上各向同性地具有灵敏度。

偏置磁铁5将磁场强度小于或等于多个磁阻效应元件Mr0中的每一个的各向异性磁场的一半磁场强度的磁场(偏置磁场)施加到包括一对第一磁阻效应元件1P和1Q以及一对第二磁阻效应元件2P和2Q在内的多个(八个)磁阻效应元件Mr0中的每一个。这样能够减小多个磁阻效应元件Mr0中的每一个的输出波形的失真。

(6)保护膜

如图3所示，第一保护膜71覆盖布线层W1。偏置磁铁5安装在第一保护膜71的表面上。第二保护膜72覆盖偏置磁铁5。

例如，第一保护膜71由树脂、金属氧化物(诸如Al₂O₃(氧化铝))或金属氮化物制成。例如，第二保护膜72由树脂制成。

(7)处理电路

处理电路201(参见图1)包括具有一个或多个处理器和存储器的计算机***。处理电路201的功能是通过使计算机***的处理器执行存储在计算机***的存储器中的程序来执行的。程序可以存储在存储器中。备选地，程序也可以经由诸如互联网之类的电信网络下载，或者在存储在诸如存储卡之类的非暂时性存储介质中之后分发。

处理电路201基于第一输出信号、第二输出信号、第三输出信号和第四输出信号来确定施加到磁传感器100的磁场的方向。第一输出信号、第二输出信号、第三输出信号和第四输出信号分别从第一输出端子1T、第二输出端子2T、第三输出端子3T和第四输出端子4T输出。换言之，第一输出信号、第二输出信号、第三输出信号和第四输出信号分别从第一半桥电路1、第二半桥电路2、第三半桥电路3和第四半桥电路4输出。

通过将第一半桥电路1和第三半桥电路3相互比较，可以看出，两个半桥电路1和3具有磁阻效应元件Mr0的相同灵敏度方向和偏置磁场的相同方向，但是磁阻效应元件Mr0在这两个半桥电路1和3之一中的高电位侧和低电位侧的布置与如图1和图5所示的其他半桥电路3和1中的布置相反。因此，第三输出信号相对于第一输出信号具有相反的相位。

通过将第二半桥电路2和第四半桥电路4相互比较，可以看出，两个半桥电路2和4具有磁阻效应元件Mr0的相同灵敏度方向和偏置磁场的相同方向，但是磁阻效应元件Mr0在这两个半桥电路2和4之一中的高电位侧和低电位侧的布置与如图1和图6所示的其他半桥电路4和2中的布置相反。因此，第四输出信号相对于第二输出信号具有相反的相位。

(8)磁场方向的检测

磁传感器100设置在转子8附近。转子8的多个磁极80形成磁化场。随着转子8的旋转，施加到磁传感器100上的磁场的方向发生变化。处理电路201基于磁传感器100的输出来确定施加到磁传感器100的磁场的方向。

需要注意的是，假设不是转子8旋转而是磁传感器100相对于转子8旋转，施加到磁传感器100的磁场的方向也随着磁传感器100的旋转而发生变化，并且处理电路201也可以确定磁场的方向。因此，在下面的描述中，将参照图4描述转子8是固定的且磁传感器100按照L1、L2、L3、L4和L5的顺序改变其位置的情形。磁传感器100绕转子8旋转，并且因此，X轴和Y轴也相应地旋转。

在位置L1、L2、L3、L4和L5中的每个位置处，磁传感器100径向地位于转子8的外部。在这种情况下，施加到磁传感器100上的磁场的方向垂直于由转子8的旋转轴定义的方向。因此，需要调整磁传感器100的方向来使针对磁传感器100定义的Z轴与转子8的旋转轴的方向对齐。

当磁传感器100按照L1、L2、L3、L4和L5的顺序改变其位置时(实际上是随着转子8的旋转)，第一输出信号、第二输出信号、第三输出信号和第四输出信号中的每个输出信号都以正弦波或余弦波的形式发生变化。图8示出了第一输出信号的波形V1和第二输出信号的波形V2。第三输出信号是相对于第一输出信号具有相反相位的信号。第四输出信号是相对于第二输出信号具有相反相位的信号。因此，图8省略了第三输出信号和第四输出信号的图示。在图8中，为了方便起见，将多个磁极80示出为直磁极。

当磁传感器100位于磁传感器100面向转子8的N磁极80之一的中心的位置L3处时，与Y轴的正方向对齐的磁场施加到磁传感器100。一对第一磁阻效应元件1P和1Q以及一对第三磁阻效应元件3P和3Q没有检测到磁场。与Y轴的正方向对齐的偏置磁场施加到第二磁阻效应元件2P和第四磁阻效应元件4P，并且因此，转子8的磁场和偏置磁场相互增强。另一方面，与Y轴的负方向对齐的偏置磁场施加到第二磁阻效应元件2Q和第四磁阻效应元件4Q，并且因此，转子8的磁场和偏置磁场相互衰减。

因此，当磁传感器100位于位置L3时，第二输出信号最小，并且第四输出信号最大。

当磁传感器100位于磁传感器面向转子8的S磁极80之一的中心的位置L1、L5处时，转子8的磁场的方向与磁传感器100位于位置L3处的情况下的方向相反，并且因此，第二输出信号最大，并且第四输出信号最小。

当磁传感器100位于磁传感器100面向转子8的N磁极80与S磁极80之间的边界的位置L2处时，与X轴的正方向对齐的磁场施加到磁传感器100。一对第二磁阻效应元件2P和2Q以及一对第四磁阻效应元件4P和4Q没有检测到磁场。与X轴的正方向对齐的偏置磁场施加到第一磁阻效应元件1P和第三磁阻效应元件3P，并且因此，转子8的磁场和偏置磁场相互增强。另一方面，与X轴的负方向对齐的偏置磁场施加到第一磁阻效应元件1Q和第三磁阻效应元件3Q，并且因此，转子8的磁场和偏置磁场相互衰减。

因此，当磁传感器100位于位置L2时，第一输出信号最大，并且第三输出信号最小。

转子8在圆周方向上在N磁极80和S磁极80之间分别具有多个边界。当磁传感器100位于磁传感器100在位置L2之后接下来面向N磁极80和S磁极80之间的边界的位置L4处时，转子8的磁场的方向与磁传感器100位于位置L2处的情况下的方向相反，并且因此，第一输出信号最小，并且第三输出信号最大。

如图8所示，每当磁传感器100相对于转子8的相对旋转角度以与每个磁极80的两倍宽度相对应的旋转角度发生变化时，第一输出信号和第二输出信号将重复相同的波形。换言之，与每个磁极80的两倍宽度相对应的旋转角度对应于第一输出信号和第二输出信号中每一个的一个周期。

假设第一输出信号和第二输出信号均为正弦波，则第一输出信号和第二输出信号之间的相位差是与每个磁极80的一半宽度相对应的旋转角度。也就是说，相位差是一个周期的四分之一。因此，假设第一输出信号是正弦波，则第二输出信号相对于第一输出信号将是余弦波。

例如，处理电路201基于第一输出信号和第二输出信号来推导作为正弦波的第一输出信号和作为余弦波的第二输出信号之间的公共相位。处理电路201可以判定：每当相位已经改变了一个周期时，磁传感器100(实际上是转子8)已经旋转到与一个周期相对应的旋转角度。换言之，处理电路201可以判定：每当相位已经改变了一个周期时，磁传感器100(实际上是转子8)已经旋转到与每个磁极80的两倍宽度相对应的旋转角度。以这种方式，处理电路201可以确定磁传感器100(实际上是转子8)从起点处的旋转角度已经旋转的程度。也就是说，处理电路201可以确定相对旋转角度。

此外，第一输出信号和第二输出信号的相位对应于施加到磁传感器100的磁场的方向。也就是说，处理电路201可以确定施加到磁传感器100的磁场的方向。更具体地，处理电路201可以在0度至360度的范围内确定施加到磁传感器100的磁场的方向。

在另一示例中，处理电路201不仅可以基于第一输出信号和第二输出信号，而且还可以基于第三输出信号和第四输出信号来确定磁传感器100(实际上是转子8)的旋转角度。具体地，处理电路201生成表示第一输出信号和第三输出信号之间的差异的第一差分信号。第一差分信号具有其幅度是第一输出信号的幅度的两倍的波形。另外，处理电路201还生成表示第二输出信号和第四输出信号之间的差异的第二差分信号。第二差分信号具有其幅度是第二输出信号的幅度的两倍的波形。处理电路201基于第一差分信号和第二差分信号来推导作为正弦波的第一差分信号和作为余弦波的第二差分信号之间的公共相位。处理电路201可以决定：每当相位已经改变了一个周期时，磁传感器100(实际上是转子8)已经旋转到与一个周期相对应的旋转角度。第一差分信号和第二差分信号的幅度是第一输出信号和第二输出信号的幅度的两倍，从而允许更准确地确定磁场的方向和磁传感器100(实际上是转子8)的旋转角度。

可选地，磁检测***200可以包括传感器(诸如光学传感器或磁传感器)，用于检测测量目标(例如，在这种情况下为转子8)的运动(例如，旋转)起点。每当测量目标完成一次完整旋转时，传感器生成预定输出信号，并且处理电路201基于该预定输出信号来检测起点。

(第一变型)

下面将描述实施例的第一变型。在下面的描述中，该第一变型的具有与上述实施例的对应组成元件相同功能的任何组成元件将由与该对应组成元件的附图标记相同的附图标记指定，并且本文将省略其描述。

在上述参照图4描述的实施例中，磁传感器100设置在转子8的圆周之外。然而，这仅是示例，并且不应被解释为限制性的。备选地，例如，磁传感器100还可以设置在位置L41(参见图4)处。也就是说，磁传感器100还可以设置在磁传感器100在与转子8的旋转轴平行的方向上面向转子8的位置处。即使在这种情况下，随着转子8的旋转，施加到磁传感器100的磁场也会旋转，从而允许磁传感器100检测磁场的方向。

然而，在这种情况下，磁传感器100的方向需要与上述实施例的方向不同。施加到磁传感器100的磁场的方向将垂直于转子8的径向方向。因此，需要调整磁传感器100的方向，使得针对磁传感器100定义的Z轴与转子8的径向方向对齐。

(实施例的其他变型)

接下来，将逐一列举实施例的其他变型。需要注意的是，下面将要描述的变型可以酌情以组合的方式采用。可选地，下面将要描述的变型也可以酌情与上述第一变型相结合地采用。

磁传感器100不必用于检测检测目标的旋转角度。备选地，磁传感器100也可以用于检测检测目标的线性运动。

检测目标不必是转子8。可选地，检测目标和产生将要由磁传感器100检测的磁性的物体可以彼此分开形成，然后再相互附着在一起。

磁传感器100不必用于确定旋转角度，而是只需要用于检测磁场的方向。

电连接到第一磁阻效应元件1P的参考端子L20和电连接到第四磁阻效应元件4P的参考端子L20可以是分开的端子。类似地，参考端子L10以及电源端子H10和H20可以针对每个磁阻效应元件Mr0单独地设置。

可选地，第三半桥电路3和第四半桥电路4可以从磁传感器100中省略。在这种情况下，处理电路201可以基于第一输出信号和第二输出信号(而不是表示第一输出信号和第三输出信号之间的差异的第一差分信号和表示第二输出信号和第四输出信号之间的差异的第二差分信号)来确定施加到磁传感器100的磁场的方向。

在磁传感器100中，可以省略第一保护膜71和第二保护膜72。

偏置磁铁5的数量不限于一个，而是可以设置两个或更多个偏置磁铁5。

偏置磁铁5的磁极50的数量不限于八个，而是例如可以设置两个或四个磁极50。

(重述要点)

上述实施例及其变型是本公开的以下各方面的具体实现。

第一方面的磁传感器(100)包括至少一个偏置磁铁(5)、第一半桥电路(1)、第二半桥电路(2)和基底部件(73)。至少一个偏置磁铁(5)被配置为产生与X轴的正方向对齐的偏置磁场、与X轴的负方向对齐的偏置磁场、与正交于X轴的Y轴的正方向对齐的偏置磁场、以及与Y轴的负方向对齐的偏置磁场。基底部件(73)容纳至少一个偏置磁铁(5)、第一半桥电路(1)和第二半桥电路(2)。第一半桥电路(1)包括一对第一磁阻效应元件(1P、1Q)和第一输出端子(1T)，该对第一磁阻效应元件(1P、1Q)相互半桥连接，并且被配置为检测与X轴对齐的磁场，第一输出端子(1T)被配置为从该对第一磁阻效应元件(1P、1Q)之间的连接点输出第一输出信号。第二半桥电路(2)包括一对第二磁阻效应元件(2P、2Q)和第二输出端子(2T)，该对第二磁阻效应元件(2P、2Q)相互半桥连接，并且被配置为检测与Y轴对齐的磁场，第二输出端子(2T)被配置为从该对第二磁阻效应元件(2P、2Q)之间的连接点输出第二输出信号。与X轴的正方向对齐的偏置磁场施加到一对第一磁阻效应元件(1P、1Q)中的一个，并且与X轴的负方向对齐的偏置磁场施加到该对第一磁阻效应元件(1P、1Q)中的另一个。与Y轴的正方向对齐的偏置磁场施加到一对第二磁阻效应元件(2P、2Q)中的一个，并且与Y轴的负方向对齐的偏置磁场施加到该对第二磁阻效应元件(2P、2Q)中的另一个。

该配置使得在施加到磁传感器100的磁场旋转时传递的第一输出信号具有接近于理想正弦波的波形，并使得第二输出信号具有接近于理想余弦波的波形。这使得基于第一输出信号和第二输出信号来准确地确定施加到磁传感器(100)的磁场的方向。

在参考第一方面的第二方面的磁传感器(100)中，至少一个偏置磁铁(5)包括单个偏置磁铁(5)，该单个偏置磁铁(5)被配置为产生与X轴的正方向对齐的偏置磁场和与X轴的负方向对齐的偏置磁场。

与单独地设置用于产生与X轴的正方向对齐的偏置磁场的偏置磁铁和用于产生与X轴的负方向对齐的偏置磁场的情况相比，该配置减少了两个偏置磁场之间的角度误差。这样能够减少第一输出信号的波形失真。

在参考第二方面的第三方面的磁传感器(100)中，至少一个偏置磁铁(5)包括单个偏置磁铁(5)，该单个偏置磁铁(5)被配置为产生与X轴的正方向对齐的偏置磁场、与X轴的负方向对齐的偏置磁场、与Y轴的正方向对齐的偏置磁场、以及与Y轴的负方向对齐的偏置磁场。

与根据四个偏置磁场来设置四个偏置磁铁的情况相比，该配置能够减少四个偏置磁场之间的角度误差。这样能够减少第一输出信号和第二输出信号的波形失真。

在参考第一方面至第三方面中任一方面的第四方面的磁传感器(100)中，在一对第一磁阻效应元件(1P、1Q)或一对第二磁阻效应元件(2P、2Q)中，至少一个磁阻效应元件(Mr0)包括通过将含有NiFeCo作为组分的磁性层(91)和含有Cu作为组分的非磁性层(92)按照逐个上下重叠的方式交替地堆叠而形成的多层堆叠(90)。

该配置有助于提高磁阻效应元件(Mr0)的输出。

在参考第四方面的第五方面的磁传感器(100)中，至少一个磁阻效应元件(Mr0)包括含有NiFeCr作为组分的底涂层(93)和铺设在底涂层(93)的顶部上的多层堆叠(90)。

该配置有助于提高磁阻效应元件(Mr0)的输出。

在参考第一方面至第五方面中任一方面的第六方面的磁传感器(100)中，至少一个偏置磁铁(5)被配置为将磁场强度小于或等于多个磁阻效应元件(Mr0)中的每一个的各向异性磁场的一半磁场强度的磁场施加到包括一对第一磁阻效应元件(1P、1Q)和一对第二磁阻效应元件(2P、2Q)在内的多个磁阻效应元件(Mr0)中的每一个。

该配置可以减少第一输出信号和第二输出信号的波形失真。

参考第一方面至第六方面中任一方面的第七方面的磁传感器(100)还包括第三半桥电路(3)和第四半桥电路(4)。第三半桥电路(3)被配置为输出相对于第一输出信号具有相反相位的第三输出信号。第四半桥电路(4)被配置为输出相对于第二输出信号具有相反相位的第四输出信号。

与第一输出信号相比，该配置通过推导第一输出信号和第三输出信号之间的差分输出能够使输出大致翻倍。类似地，与第二输出信号相比，该配置通过推导第二输出信号和第四输出信号之间的差分输出能够使输出大致翻倍。这样能够基于差分输出来更准确地确定磁场的方向。

需要注意的是，根据第二方面至第七方面的组成元件不是磁传感器(100)的必要组成元件，而是可以酌情省略。

第八方面的磁检测***(200)包括根据第一方面至第七方面中任一方面的磁传感器(100)和处理电路(201)。处理电路(201)被配置为至少基于第一输出信号和第二输出信号来确定施加到磁传感器(100)的磁场的方向。

该配置可以提供包括处理电路(201)作为其组成部分的磁检测***(200)。

附图标记列表

1 第一半桥电路

1P、1Q 第一磁阻效应元件

2 第二半桥电路

2P、2Q 第二磁阻效应元件

3 第三半桥电路

4 第四半桥电路

5 偏置磁铁

73 基底部件

90 多层堆叠

91 磁性层

92 非磁性层

93 底涂层

100 磁传感器

200 磁检测***

201 处理电路

Mr0 磁阻效应元件

1T 第一输出端子

2T 第二输出端子。

Claims (8)

1.一种磁传感器，包括：

至少一个偏置磁铁，被配置为产生与X轴的正方向对齐的偏置磁场、与所述X轴的负方向对齐的偏置磁场、与正交于所述X轴的Y轴的正方向对齐的偏置磁场、以及与所述Y轴的负方向对齐的偏置磁场；

第一半桥电路；

第二半桥电路；以及

基底部件，容纳所述至少一个偏置磁铁、所述第一半桥电路和所述第二半桥电路，

所述第一半桥电路包括：

一对第一磁阻效应元件，相互半桥连接，并且被配置为检测与所述X轴对齐的磁场，以及

第一输出端子，被配置为从所述一对第一磁阻效应元件之间的连接点输出第一输出信号，

所述第二半桥电路包括：

一对第二磁阻效应元件，相互半桥连接，并且被配置为检测与所述Y轴对齐的磁场，以及

第二输出端子，被配置为从所述一对第二磁阻效应元件之间的连接点输出第二输出信号，

与所述X轴的正方向对齐的偏置磁场施加到所述一对第一磁阻效应元件中的一个，

与所述X轴的负方向对齐的偏置磁场施加到所述一对第一磁阻效应元件中的另一个，

与所述Y轴的正方向对齐的偏置磁场施加到所述一对第二磁阻效应元件中的一个，

与所述Y轴的负方向对齐的偏置磁场施加到所述一对第二磁阻效应元件中的另一个。

2.根据权利要求1所述的磁传感器，其中，

所述至少一个偏置磁铁包括单个偏置磁铁，所述单个偏置磁铁被配置为产生与所述X轴的正方向对齐的偏置磁场和与所述X轴的负方向对齐的偏置磁场。

3.根据权利要求2所述的磁传感器，其中，

所述至少一个偏置磁铁包括单个偏置磁铁，所述单个偏置磁铁被配置为产生与所述X轴的正方向对齐的偏置磁场、与所述X轴的负方向对齐的偏置磁场、与所述Y轴的正方向对齐的偏置磁场、以及与所述Y轴的负方向对齐的偏置磁场。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的磁传感器，其中，

在所述一对第一磁阻效应元件或所述一对第二磁阻效应元件中，至少一个磁阻效应元件包括通过将含有NiFeCo作为组分的磁性层和含有Cu作为组分的非磁性层按照逐个上下重叠的方式交替地堆叠而形成的多层堆叠。

5.根据权利要求4所述的磁传感器，其中，

所述至少一个磁阻效应元件包括：

底涂层，含有NiFeCr作为组分，以及

所述多层堆叠，铺设在所述底涂层的顶部上。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的磁传感器，其中，

所述至少一个偏置磁铁被配置为：对包括所述一对第一磁阻效应元件和所述一对第二磁阻效应元件在内的多个磁阻效应元件中的每一个，施加磁场强度小于或等于所述多个磁阻效应元件中的每一个的各向异性磁场的一半磁场强度的磁场。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的磁传感器，还包括：

第三半桥电路，被配置为输出相对于所述第一输出信号具有相反相位的第三输出信号；以及

第四半桥电路，被配置为输出相对于所述第二输出信号具有相反相位的第四输出信号。

8.一种磁检测***，包括：

根据权利要求1至7中任一项所述的磁传感器；以及

处理电路，被配置为至少基于所述第一输出信号和所述第二输出信号来确定施加到所述磁传感器的磁场的方向。