JP2012013705A - 磁気角度センサ - Google Patents

Abstract

【課題】高感度な磁気角度センサを提供する。
【解決手段】磁気角度センサは半導体チップ６と、半導体チップ６の表面に配置される平らな形状の少なくとも２つの磁場集中装置７、８を含む。４つのホール・センサ９、１０，１１，１２は半導体チップ６において一体化され、それぞれの端の領域に磁場集中装置７，８が配置される。それらは、磁場集中装置７，８の端の領域において半導体チップ６の表面にほぼ垂直に延長する磁場の磁力線によって広げられる。２つのホール・センサ９、１１は、磁場の第１の構成要素を測定するためのセンサの第１の対を形成し、他の２つのホール・センサ１０、１２は、磁場の第２の構成要素を測定するためのセンサの第２の対を形成する。同じ磁場集中装置７，８の端の領域に配置されるホール・センサを連結する連結線は単一の共通の線１３を形成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、磁気角度センサに関するものである。

回転角度のコンタクトレスの検出のための配置は、ＷＯ ９６１６３１６から公知である。この配置は、軸の周りで回転可能である回転式変換器として永久磁石と、垂直に回転軸に配置された平面の永久磁石によって生成される磁場の２つの構成要素を検出する角度センサとしての２つのホール・センサとを含む。特に本出願に適している磁気角度センサは、ＥＰ １１８２４６１から公知である。

ＷＯ ９６１６３１６号公報 ＥＰ １１８２４６１号公報

本発明の磁気角度センサは、半導体チップと、半導体チップの表面に配置される平らな形状の少なくとも２つの磁場集中装置であって、互いに距離をおいて配置される磁場集中装置と、４つのホール・センサとを含み、各々のホール・センサは磁場集中装置の１つに割り当てられ、ホール要素またはホール要素の一群を含み、ホール要素は半導体チップにおいて一体化され、割り当てられた磁場集中装置の端の領域で配置されて、それらは、磁場集中装置の端の領域において前記半導体チップの表面にほぼ垂直に延長する磁場の磁力線によって広げられ、そこにおいて、２つのホール・センサは、磁場の第１の構成要素を測定するためのセンサの第１の対を形成し、他の２つのホール・センサは、磁場の第２の構成要素を測定するためのセンサの第２の対を形成し、そして、同じ磁場集中装置の端の領域に配置されるホール・センサを連結する連結線は互いに関して平行である、または、単一の共通の線を形成する。

磁場集中装置は、好ましくは円形である。好ましくは、磁場の第１の構成要素および前記連結線は、−４５°の角度を含み、磁場の第２の構成要素および前記連結線は、４５°の角度を含む。

本発明は、以下の実施態様および図面を参照することでさらに詳細に説明される。この明細書に組み込まれてその一部を構成する添付の図面は、本発明の一以上の実施態様を概略的に示し、詳細な説明と共に、本発明の原理および実施態様を説明するのに役立つ。図は、正確に一定の比率で示されるものではない。図面の説明は以下の通りである：
図１は、回転角度のコンタクトレスの検出のためのシステムを示す。 図２−６はホール・センサおよび磁場集中装置を含む角度センサの異なる実施態様を示す。 図２−６はホール・センサおよび磁場集中装置を含む角度センサの異なる実施態様を示す。 図２−６はホール・センサおよび磁場集中装置を含む角度センサの異なる実施態様を示す。 図２−６はホール・センサおよび磁場集中装置を含む角度センサの異なる実施態様を示す。 図２−６はホール・センサおよび磁場集中装置を含む角度センサの異なる実施態様を示す。 図７は、磁場集中装置に関して個々のホール・センサの位置をどのように決定するかを示す。

図１は、ＷＯ９６１６３１６から公知であるような回転角度αのコンタクトレスの検出のためのシステムを示す。システムは、回転軸１の周りで回転可能である永久磁石２と、２つのホール・センサ５を有する角度センサ４とを含み、角度センサは、回転軸１に垂直に延長している平面３に配置される。２つのホール・センサ５は、円の周辺部上で互いに直角に、回転軸１に関して配置されるので、それらは、以下にＸ構成要素およびＹ構成要素として示される、９０°によって互いに対して回転する磁場Ｂの２つの構成要素を検出する。

図２は、本発明による角度センサ４の第１実施例の上面図を示す。角度センサ４は、半導体チップ６と、半導体チップ６の表面に配置される平らな形状の２つの磁場集中装置７および８を含む。２つの磁場集中装置７および８は、互いに距離をおいて配置され、互いに触れない。角度センサ４はさらに、４つのホール・センサ９から１２を含む。すべてのホール・センサは、本実施態様におけるホール要素である。ホール要素は、半導体チップ６において一体化され、それぞれの端の領域に磁場集中装置７および８が配置され、そこで、それらは、半導体チップ６の前記表面と関連しほぼ直角をなすようにそれぞれの磁場集中装置７および８の端の領域において延長する磁場の磁力線によって広げられる。ホール要素は、半導体チップ６の表面に対して垂直である磁場のその構成要素に感度が高い。半導体チップ６はまた、ホール要素の動作のために要求される電子回路と、ホール・センサによって供給される測定された信号の評価のために要求されアナログおよびデジタル回路を含むことができる電子評価システムとを含む。

ホール・センサ９および１１は、Ｘ構成要素に指定される磁場の第１の構成要素を測定するためのセンサの第１の対を形成する。ホール・センサ１０および１２は、Ｙ構成要素に指定される磁場の第２の構成要素を測定するためのセンサの第２の対を形成する。共同で一対のセンサを形成するホール・センサは、同じ磁場集中装置で配置されないが、異なる磁場集中装置で配置される。したがって、ホール・センサ９は第１の磁場集中装置７の端に配置され、ホール・センサ１１は第２の磁場集中装置８の端に配置される。同様に、ホール・センサ１０は、第１の磁場集中装置７の端に配置され、ホール・センサ１２は第２の磁場集中装置８の端に配置される。ホール・センサ９および１０（またはホール・センサ９および１０の中心）を連結する連結線、および、ホール・センサ１１および１２（またはホール・センサ１１および１２の中心）を連結する連結線は単一の共通の線１３を形成する。磁場のＸ構成要素（またはＸ軸）は、線１３でβ＝−４５°の角度を囲む。磁場のＹ構成要素（またはＹ軸）は、線１３でγ＝＋４５°の角度を囲む。したがって、｜β｜＝｜γ｜、および、｜β｜＋｜γ｜＝９０°である。磁場のＸ構成要素およびＹ構成要素は、したがって、９０°の角度を含む。

図３は、本発明による角度センサ４の第２の実施態様の上面図を示す。この角度センサ４の構成は上記の角度センサの構成に非常に類似しているが、磁場集中装置、および、関連するホール・センサの相対的な位置が変えられたものである。この例では、ホール・センサ９および１０（またはホール・センサ９および１０の中心）を連結する連結線１４、および、ホール・センサ１１および１２（またはホール・センサ１１および１２の中心）を連結する連結線１５は、互いに関して平行である。磁場のＸ構成要素（またはＸ軸）は、線１４および１５でβ＝−４５°の角度を囲む。磁場のＹ構成要素（またはＹ軸）は、線１４および１５でγ＝＋４５°の角度を囲む。したがって、｜β｜＝｜γ｜、および、｜β｜＋｜γ｜＝９０°である。磁場のＸ構成要素およびＹ構成要素は、したがって、９０°の角度を含む。

図４は、図２による角度センサに同様に配置されるが、ホール・センサがホール要素の一群以外の単一のホール要素を含まない点が異なる本発明による角度センサ４の第３の実施態様の上面図を示す。

図５は、図３による角度センサに同様に配置されるが、ホール・センサがホール要素の一群以外の単一のホール要素を含まない点が異なる本発明による角度センサ４の第４の実施態様の上面図を示す。本実施態様において、一群は、１つの角で互いに触れる四角として図面において表される２つのホール要素を含む。中心は、ホール要素の各々の一群に幾何学的に割り当てることができる。これらの例において、中心は、一群のホール要素が互いに触れる点に対応する。

図６は、本発明による角度センサ４の第５の実施態様の上面図を示す。４つの磁場集中装置が本実施態様において提供され、磁場集中装置の各々は、１つのホール・センサと関連している。磁場集中装置の間の距離は、いかなるサイズであってもよい。４つのホール・センサ９から１２は、１つの共通の線に位置する。線１３に平行または垂直な関連するホール・センサを含む個々の磁場集中装置を移動させることも可能である。

示されているように、磁場集中装置は、好ましくは円形であり、したがってディスク状である。

図７は、個々のホール・センサ９から１２の位置が磁場集中装置に関して決定される方法を示すために使われる。それらの端の領域に配置されるホール・センサ９から１２を含む参照番号１６のディスクによりここで示されるすべての磁場集中装置は、図７の図が得られるように互いに上に配置される。ホール・センサ９から１２は、円形の磁場集中装置の中心１７に関して互いに９０°の角度を有して相殺される。

Claims (3)

1. 半導体チップ（６）と、該半導体チップ（６）の表面に配置される平らな形状の少なくとも２つの磁場集中装置（７、８）であって、互いに距離をおいて配置される磁場集中装置（７、８）と、４つのホール・センサ（９−１２）とを含む磁気角度センサであって、各々の該ホール・センサは該磁場集中装置（７、８）の１つに割り当てられ、ホール要素またはホール要素の一群を含み、該ホール要素は該半導体チップ（６）において一体化され、該割り当てられた磁場集中装置（７、８）の端の領域で配置されて、それらは、該磁場集中装置（７、８）の端の領域において該半導体チップ（６）の表面にほぼ垂直に延長する磁場の磁力線によって広げられ、そこにおいて、２つのホール・センサ（９、１１）は、磁場の第１の構成要素を測定するためのセンサの第１の対を形成し、他の２つのホール・センサ（１０、１２）は、磁場の第２の構成要素を測定するためのセンサの第２の対を形成し、そして、同じ該磁場集中装置の端の領域に配置される該ホール・センサを連結する連結線は互いに関して平行である、または、単一の共通の線（１３）を形成する、磁気角度センサ。
2. 前記磁場集中装置（７、８）が円形であることにおいて特徴付けられる、請求項１記載の磁気角度センサ。
3. 前記磁場の第１の構成要素および前記連結線は−４５°の角度を含み、前記磁場の第２の構成要素および前記連結線は４５°の角度を含むことにおいて特徴付けられる、請求項１または２記載の磁気角度センサ。