[发明专利]一种凹坑形永磁体及包括该永磁体的磁传感器

说明书

技术领域

本发明涉及磁传感器技术领域，特别涉及一种凹坑形永磁体及包括该永磁体的磁传感器。

背景技术

磁传感器的应用非常广泛，例如将磁传感器用于验钞机来鉴别纸币的真伪，又如用磁传感器来检测齿轮的运动速度、齿轮上的齿的位置或齿轮的运动方向等。

现有技术中，磁传感器中通常设有永磁体1和敏感元件2，如图1所示，永磁体1的形状通常为长方体或正方体，与永磁体1的棱CG、CD和CB平行的方向分别被标记为X轴、Y轴和Z轴方向。敏感元件2具有单一敏感轴或双敏感轴，并被放置于永磁体1的上方。此处，以敏感元件2具有单一敏感轴，其敏感方向3平行于Y轴方向，永磁体1的充磁方向4平行于Z轴方向为例进行说明。在实际应用中，通常期望永磁体1在敏感元件2处产生的磁场H_apply的方向平行于Z轴方向。永磁体1也经常被本领域技术人员称为背磁体。磁敏感元件2通常为霍尔元件、AMR元件、GMR元件或TMR元件。使用磁传感器时，如果待检测器件与磁传感器的相对位置关系发生变化，则在敏感元件2处永磁体1产生的磁场H_apply将发生变化，敏感元件2通过探测其所在位置的磁场H_apply的变化即可检测出待检测器件的例如速度、位置和/或运动方向等物理量。

理想状态下，AMR元件的电阻对永磁体1产生的磁场H_apply的响应曲线如图2所示。应用中，通常期望AMR元件的工作点在磁场H_apply=0的点附近，此时AMR元件的电阻对磁场H_apply的响应具有非常好的线性。AMR元件的饱和场非常低，因此期望磁场H_apply沿AMR元件敏感方向3即Y轴方向的分量趋近于零，以避免因AMR元件的电阻对磁场H_apply的响应达到饱和导致该AMR元件无法正常工作。

理想状态下，GMR元件的电阻对永磁体1产生的磁场H_apply的响应曲线如图3所示。磁场H_apply=0至正饱和场H_S的线性区的中点对应的磁场H_apply=H_B，磁场H_apply=0至负饱和场-H_S的线性区的中点对应的磁场为H_apply=-H_B。为了使GMR元件工作在线性区，期望磁场H_apply沿GMR元件敏感方向3即Y轴方向的分量趋近于H_B，以使GMR元件的工作点被偏置到其线性工作区的中点。另外，GMR元件的饱和场H_S较低，因此期望磁场H_apply沿GMR元件敏感方向3即Y轴方向的分量处于H_apply=H_B的点附近的一个小区间内，以避免因GMR元件的电阻对磁场H_apply的响应达到饱和导致该GMR元件无法工作。

理想状态下，TMR元件的电阻对永磁体1产生的磁场H_apply的响应曲线如图4所示。由图4可以看出，由于奈耳耦合场H_O的影响，TMR元件的电阻对磁场H_apply的响应曲线关于H_apply=H_O的点呈中心对称。为了使TMR元件工作在线性区，期望磁场H_apply沿TMR元件敏感方向3即Y轴方向的分量趋近于H_O，以避免TMR元件的工作点偏离其线性工作区。部分TMR元件的奈耳耦合场H_O较小，相对于其饱和场H_S可以忽略。此时，期望磁场H_apply沿TMR元件敏感方向3即Y轴方向的分量趋近于零。

现有技术中，永磁体1产生的磁场H_apply除了提供AMR元件、GMR元件或TMR元件需要的沿例如Z轴方向的目标磁场外，磁场H_apply沿例如X轴和Y轴方向分量很大，导致AMR元件、GMR元件或TMR元件的工作点偏离其线性工作区，甚至导致AMR元件、GMR元件或TMR元件的电阻对磁场H_apply的响应达到饱和，从而影响磁传感器的性能，甚至导致磁传感器无法正常工作。

因此，非常需要一种应用于磁传感器的新型永磁体。该新型永磁体能够提供沿例如Z轴方向的目标磁场，同时沿X轴和/或Y轴方向的磁场分量趋近于零或者是处于一个很小的数值区间内。