DE102009054864A1

DE102009054864A1 - Winkelsensor

Info

Publication number: DE102009054864A1
Application number: DE102009054864A
Authority: DE
Inventors: Udo Ausserlechner
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2009-01-12
Filing date: 2009-12-17
Publication date: 2010-07-15
Also published as: US10704925B2; US20100176804A1

Abstract

Ein Winkelsensor umfasst einen Ringmagneten, der dahingehend angepasst ist, an einer drehbaren Welle befestigt zu werden. Der Ringmagnet weist eine Drehachse und einen Innenradius und einen Außenradius, die sich von der Drehachse aus erstrecken, um einen Kreisring zu definieren, auf. Ein erster Magnetsensor befindet sich in der Nähe des Ringmagneten, um Magnetfeldlinien innerhalb des Kreisrings zu messen, und ein zweiter Magnetsensor befindet sich in der Nähe des Ringmagneten, um Magnetfeldlinien außerhalb des Kreisrings zu messen.

Description

Es gibt verschiedene Systeme zum Bestimmen der Winkelposition eines Drehbauglieds. Bei manchen bekannten Systemen ist ein Permanentmagnet an bzw. in einem Ende einer drehbaren Welle angebracht bzw. eingebettet und auf der Drehachse mittig angeordnet. Ein Magnetfeldsensor, z. B. ein magnetoresistiver Giant-Sensor (GMR – giant magnetoresistive), ein anisotroper magnetoresistiver Sensor (AMR – anisotropic magnetoresistance), Hall-Sensor usw. ist so positioniert, Änderungen des Magnetfelds, die durch den Magneten ansprechend auf seine Änderung der Winkelposition, während er sich mit der Welle dreht, erzeugt werden, zu erfassen. Die durch den Magnetsensor erzeugten resultierenden Ausgangssignale geben die Winkelposition der sich drehenden Welle an. Manche bekannte Systeme verwenden einen Permanentmagnetring, der an dem Umfang der Welle befestigt ist, und die Richtung von Feldlinien oberhalb des Magnets oder neben dem Magnet wird durch den Magnetfeldsensor detektiert.
Jedoch sind die Magnetfeldlinien nicht gerade, was zu einem Winkelfehler führt, der als Differenz zwischen der durch den Sensor detektierten Magnetfeldrichtung und dem Drehwinkel der Welle definiert ist. Dieser Feldfehler hängt von der Gestalt des Magneten und der Lage des Sensors ab. Der Leseradius des Sensors ist der Abstand von dem Sensor zu der Drehachse. Bei manchen Abständen schneiden die meisten Magnetfeldlinien den Sensor in dem gleichen Winkel, und somit würde der Sensor bei einem derartigen Abstand nur einen geringen oder gar keinen Winkelfehler erkennen. In der Praxis weisen Magnetfeldsensoren jedoch Positionstoleranzen in der Größenordnung von 0,1 mm auf, die hauptsächlich auf Herstellungsungenauigkeiten während des Chipanschlusses zurückzuführen sind. Deshalb können die Sensoren geringfügig falsch platziert sein, was wiederum zu Winkelfehlern führen kann.
Außerdem können bekannte Sensoren wie die des oben beschriebenen Typs gegenüber externen Magnetfeldern sensibel sein. Wenn beispielsweise in der Nähe ein Motor betrieben wird, kann das durch den Motor erzeugte Magnetfeld das Feld, das durch den an der sich drehenden Welle befestigten Magnet erzeugt wird, überlagern, was zu Winkelfehlern führt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Winkelsensoren sowie ein Verfahren zum Bestimmen einer Winkelposition und ein Verfahren zum Erzeugen eines Winkelsensors mit verbesserten Charakteristika zu liefern.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weiterbildungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Ein Ausführungsbeispiel eines Winkelsensors umfasst einen Ringmagnet, der dahin gehend angepasst ist, an einer drehbaren Welle befestigt zu werden. Der Ringmagnet weist eine Drehachse und einen Innenradius und einen Außenradius, die sich von der Drehachse aus erstrecken, um einen Kreisring zu definieren, auf. Ein erster Magnetsensor befindet sich in der Nähe des Ringmagneten, um Magnetfeldlinien innerhalb des Kreisrings zu messen, und ein zweiter Magnetsensor befindet sich in der Nähe des Ringmagneten, um Magnetfeldlinien außerhalb des Kreisrings zu messen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen offensichtlicher. Die Elemente der Zeichnungen sind zueinander nicht unbedingt maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen entsprechende ähnliche Teile. Es zeigen:
1 ein Blockdiagramm, das ein Ausführungsbeispiel eines Winkelerfassungssystems konzeptionell veranschaulicht;
2 konzeptionell Magnetfeldlinien, die bei dem Ausführungsbeispiel der 1 erzeugt werden;
3 eine graphische Darstellung von Winkeln, die anhand eines Magnetfelddetektors mit verschiedenen Leseradien erfasst werden;
4 eine graphische Darstellung, die einen detektierten Winkel gegenüber einem Drehwinkel für einen Magnetsensor veranschaulicht, der sich in einem Leseradius innerhalb des Kreisrings eines Ringmagneten befindet;
5 eine graphische Darstellung, die einen detektierten Winkel gegenüber einem Drehwinkel für einen Magnetsensor veranschaulicht, der sich in einem Leseradius außerhalb des Kreisrings eines Ringmagneten befindet;
6 den Winkelfehier für den in 4 veranschaulichten Magnetsensor;
7 den Winkelfehler für den in 5 veranschaulichten Magnetsensor;
8 den Winkelfehler für die gemittelten gemessenen Winkel der in 4-7 veranschaulichten Sensoren;
9 einen Winkelfehler für die gemittelten erfassten Winkel wie in 8 mit einem Positionierungsfehler;
10 ein Ausführungsbeispiel eines Winkelsensors, bei dem Magnetsensoren parallel zu der Magnet-x-Achse sind;
11 ein Ausführungsbeispiel eines Winkelsensors, bei dem Magnetsensoren bezüglich der Magnet-x-Achse geneigt sind; und
12 ein Ausführungsbeispiel eines Winkelsensors, bei dem sich ein Magnetsensor innerhalb des Innenradius eines Ringmagneten befindet.
In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beiliegenden Zeichnungen, die einen Bestandteil derselben bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsbeispiele gezeigt sind, bei denen die Erfindung praktiziert werden kann, Bezug genommen. In Bezug auf offenbarte Ausführungsbeispiele ist der Begriff „exemplarisch” lediglich als Beispiel gedacht, und nicht der bzw. die bzw. das Beste oder Optimale. Diesbezüglich wird eine richtungsangebende Terminologie, z. B. „obere(r, s)”, „untere(r, s)”, „vordere(r, s)”, „hintere(r, s)”, voreilende(r, s), nacheilender, s) usw. unter Bezugnahme auf die Orientierung der jeweils beschriebenen Figur(en) verwendet. Da Komponenten von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung in einer Anzahl unterschiedlicher Orientierungen positioniert sein können, wird die richtungsangebende Terminologie zu Veranschaulichungszwecken verwendet und stellt keinesfalls eine Einschränkung dar. Man muss verstehen, dass auch andere Ausführungsbeispiele verwendet werden können und dass strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Obwohl ein bestimmtes Merkmal oder ein bestimmter Aspekt eines Ausführungsbeispiels in Bezug auf lediglich eine von mehreren Implementierungen offenbart werden mag, kann ein solches Merkmal oder ein solcher Aspekt außerdem mit einem oder mehreren anderen Merkmalen oder Aspekten der anderen Implementierungen kombiniert werden, je nach dem, wie dies für eine gegebene oder bestimmte Anwendung wünschenswert und vorteilhaft sein mag. Somit ist die folgende ausführliche Beschreibung nicht in einem einschränkenden Sinn zu verstehen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die beiliegenden Patentansprüche definiert.
1 veranschaulicht konzeptionell Teile eines Ausführungsbeispiels eines Winkelsensors 100. Ein Ringmagnet 110 ist befestigt, um sich mit einer drehbaren Welle 112 zu drehen. Der Magnet 110 weist in der Richtung, die durch die Pfeile 102 in 1 angegeben ist, eine homogene Magnetisierung auf. Bei dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel ergibt dies einen magnetischen Nordpol in dem oberen Teil des Magneten 110 (y > 0) und einen magnetischen Südpol in dem unteren Teil des Magneten 110 (y < 0). Der Magnet 110 dreht sich relativ zu zwei ortsfesten Magnetsensoren 120, 122, die so angeordnet sind, dass sie die durch den Magneten 110 erzeugten Magnetfeldlinien messen, um eine Drehachse 114. Verschiedene Arten von Sensoren, die die Richtung der Magnetfeldlinien messen, sind zur Verwendung als erster und zweiter Sensor 120, 122 geeignet, z. B. MR, AMR, GMR, CMR oder vertikale oder laterale Hall-Sensoren mit oder ohne integrierte Flusskonzentratoren auf der Oberfläche des Sensorchips.
Ein Innenradius 116 und ein Außenradius 118 definieren den Ring bzw. Kreisring des Magneten 110. Der erste Magnetsensor 120 befindet sich in der Nähe des Ringmagneten 110, um Magnetfeldlinien innerhalb des Kreisrings des Magneten zu messen, während sich der zweite Magnetsensor 122 in der Nähe des Ringmagneten 110 befindet, um Magnetfeldlinien außerhalb des Kreisrings zu messen. Bei dem in 1 veranschaulichten Ausführungsbeispiel befindet sich der zweite Sensor 122 außerhalb des Außenradius 118 des Ringmagneten 110.
Die Magnetsensoren 120, 122 liefern ansprechend auf die erfassten Magnetfeldlinien jeweilige Ausgangssignale, die seitens einer Verarbeitungsvorrichtung 130 empfangen werden, die ansprechend auf diese Signale die Winkelposition des Magneten 104 bestimmt. Allgemein kann die Verarbeitungsvorrichtung 130 durch eine oder mehrere Hardware- und/oder Firmware-Komponenten, z. B. einen Mikroprozessor, eine ASIC (application-specific integrated circuit – anwendungsspezifische integrierte Schaltung), einen DSP (digital signal processor – Digitalsignalprozessor) usw., zusammen mit geeigneten Speicher- und sonstigen notwendigen Vorrichtungen, implementiert werden. Beispielsweise umfasst die Verarbeitungsvorrichtung 130 bei manchen Ausführungsbeispielen einen Speicher, der Nachschlagtabellen speichert, die Magnetfeldlinienwinkel mit Winkelpositionen des Magneten 110 in Beziehung bringen. Bei manchen Ausführungsbei spielen sind der erste und der zweite Sensor 120, 122 und der Prozessor 130 auf einem einzigen Halbleiterchip hergestellt.
2 veranschaulicht konzeptionell Magnetfeldlinien, die von dem Magneten 110 ausgehen. Der Einfachheit halber sind lediglich die Flusslinien in dem ersten Quadranten (x > 0 und y > 0) und oberhalb des Magneten 110 veranschaulicht. Die Magnetfeldlinien 140, die sich direkt oberhalb des Magneten 110 befinden, sind (bezüglich einer ersten Annäherung) antiparallel zu der in 1 veranschaulichten Magnetisierungsrichtung 102. Die Magnetfeldlinien 142 befinden sich ebenfalls oberhalb des Magneten 110; jedoch sind die Feldlinien 142 außerhalb des äußeren Umfangs des Magneten 110 nicht gerade, sondern weisen vielmehr eine starke Krümmung auf.
Wenn sich also der Magnet 110 um die Drehachse 114 relativ zu dem ersten und dem zweiten Sensor 120, 122 dreht, unterscheidet sich die Richtung der Magnetfeldlinien zwischen dem ersten und dem zweiten Sensor 120, 122. Um dieses Phänomen leichter zu veranschaulichen, veranschaulicht 2 verschiedene Positionen der Sensoren 120, 122 relativ zu dem Ringmagneten 110. In Wirklichkeit dreht sich der Magnet 110 jedoch mit der Welle 112 relativ zu den Sensoren 110, 112. Wie in 2 veranschaulicht ist, bewegt sich somit der erste Sensor 120, der zwischen dem Innen- und dem Außenradius 116, 118 befindlich ist – innerhalb des Kreisrings des Magneten 110 – auf einem ersten Umfang 144. Der zweite Sensor 122, der außerhalb des Kreisrings des Magneten 110 (bei dem in 1 und 2 veranschaulichten Ausführungsbeispiel jenseits des Außenradius 118) befindlich ist, bewegt sich auf einem zweiten Umfang 146. Die Richtung der Magnetfeldlinien 140, die durch den ersten Sensor 120 erfasst werden, der sich entlang des ersten Umfangs 144 bewegt, variiert im Vergleich zu der Richtung der Magnetfeldlinien 142, die durch den zweiten Sensor 122 erfasst werden, der sich entlang des zweiten Umfangs 146 bewegt.
Entlang des ersten Umfangs 144 ändert sich die Richtung der Magnetfeldlinien 140 selbst nicht in dem festgelegten Referenzrahmen des Magneten 110, wie in 2 veranschaulicht ist. Jedoch detektiert der erste Sensor 120 sich ändernde Richtungen der Magnetfeldlinien 140, da sich die Orientierung des Sensors 120 dreht, während er sich entlang des ersten Umfangs 144 bewegt. Angenommen, dass der erste Sensor 120 an einem ersten Punkt P1 0° detektiert, hat sich der erste Sensor an einem zweiten Punkt P2 um etwa 90° gegen den Uhrzeigersinn gedreht. Somit detektiert der erste Sensor 120 an dem zweiten Punkt P2 –90°. Entlang des zweiten Umfangs 146 ist die Richtung der Magnetfeldlinien 142 aufgrund der Krümmung der Magnetfeldlinien 142 nicht unbedingt dieselbe wie die der Feldlinien 140. An einem Punkt P3 erstrecken sich die Magnetfeldlinien 142 in einer negativen y-Richtung (genau wie bei Punkt P1), so dass der zweite Sensor 122 ebenfalls 0° detektiert. An einem Punkt P4 zeigen die Magnetfeldlinien 142 in eine positive y-Richtung – die Magnetfeldlinien 142 haben sich vom Punkt P3 zum Punkt P4 gegen den Uhrzeigersinn um 180° gedreht. Deshalb detektiert der zweite Sensor 122 an dem Punkt P4 +90°.
Somit detektiert der erste Sensor 120, der in einem ersten Leseradius rr1 innerhalb des Kreisrings des Magneten 110 positioniert ist, ungefähr den negativen Drehwinkel –φ. Der zweite Sensor 122, der in einem zweiten Leseradius rr2 außerhalb des Kreisrings (in 1 und 2 außerhalb des Außenradius 118) positioniert ist, detektiert ungefähr den positiven Drehwinkel φ.
Die Positionsdetektion ist „ungefähr”, da, wie oben erwähnt wurde, eine Schwankung des Leseradius einen beträchtlichen Winkelfehler (der in manchen Situationen größer als 1° ist) bewirken kann. Bei einem Ausführungsbeispiel wird der Kreisring des Ringmagneten 110 durch einen Innenradius 116 von 3 mm und einen Außenradius 118 von 8 mm definiert, und der Magnet 110 ist 3 mm dick. 3 ist eine graphische Darstellung von Winkeln, die seitens eines Magnetfelddetektors bei verschiedenen Leseradien erfasst wurden. Das Abtast-Magnetfeld beträgt 1 T und wird 1,5 mm oberhalb des Magneten 110 abgetastet.
Bei einem Leseradius r = 7 mm (innerhalb des Kreisrings des Magneten 110) ist die Kurve einigermaßen gerade – alle detektierten Magnetfeldlinien kreuzen einen Kreis mit diesem Radius in demselben Winkel. Somit würde ein Magnetfeldsensor bei diesem Leseradius einen geringen oder gar keinen Winkelfehler erkennen. Bei einem Leseradius von 10 mm (außerhalb des Kreisrings des Magneten 110) liegt ebenfalls keine Krümmung vor – es liegt eine lineare Beziehung zwischen dem detektierten Winkel und dem Drehwinkel vor. Somit sind für den beschriebenen Winkel diese die zwei optimalen Leseradien, bei denen ein Magnetfeldsensor keinen Winkelfehler aufweisen würde. Der Winkel der Magnetfeldlinien (in dem sich drehenden Referenzrahmen des Sensors gemessen) ist identisch mit dem Drehwinkel (mal +1 oder –1, je nachdem, ob der Leseradius innerhalb oder außerhalb des Kreisrings des Magneten 110 liegt).
4 ist eine graphische Darstellung, die einen detektierten Winkel gegenüber einem Drehwinkel für den ersten Sensor 120 veranschaulicht, der sich bei etwa rr1 = 7,2 mm befindet, und 5 ist eine graphische Darstellung, die einen detektierten Winkel gegenüber einem Drehwinkel für den zweiten Sensor 122 veranschaulicht, der sich bei etwa rr2 = 9,2 mm befindet. 6 und 7 veranschaulichen die Winkelfehler für den ersten bzw. den zweiten Sensor 120, 122, die berechnet wurden, indem der tatsächliche Drehwinkel zu dem gemessenen Winkel für den ersten Sensor 120 addiert wurde und der tatsächliche Drehwinkel von dem gemessenen Winkel für den zweiten Sensor 122 subtrahiert wurde.
Die Winkelfehler für den ersten und den zweiten Sensor 120, 122 sind ähnlich. Falls die gemessenen Winkel der zwei Sensoren 120, 122 gemittelt werden, indem der gemessene Winkel des zweiten Sensors 122 von dem gemessenen Winkel des ersten Sensors 120 subtrahiert und das Ergebnis durch 2 dividiert wird, liefert dies Ergebnisse, die dem tatsächlichen Drehwinkel sehr ähnlich sind. 8 veranschaulicht den Winkelfehler für die gemittelten gemessenen Winkel (von dem gemittelten gemessenen Winkel subtrahierter Drehwinkel). Wie in 8 veranschaulicht ist, ist der resultierende Fehler sehr gering.
Diese sehr hohe Genauigkeit ist jedoch gültig, falls beide Sensoren 120, 122 exakt an ihrem optimalen Leseradius platziert sind. In Wirklichkeit liegt aufgrund von Positionstoleranzen üblicherweise ein gewisser Positionierungsfehler vor. Falls der erste und der zweite Sensor 120, 122 auf einem gemeinsamen Halbleiterchip platziert werden (bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel 2 mm voneinander beabstandet), bleibt ihre relative Position relativ genau, wobei eine hohe Genauigkeit sogar bei einem gewissen Positionierungsfehler aufrechterhalten wird. Beispielsweise veranschaulicht 9 einen Winkelfehler für die gemittelten erfassten Winkel mit einem Positionierungsfehler von 0,2 mm (rr1 = 7,0 mm und rr2 = 9,0 mm).
Da das System Differenzmessungen verwendet (der abschließende Winkel wird berechnet, indem die durch den ersten und den zweiten Sensor 120, 122 detektierten Winkel subtrahiert werden), ist es weniger anfällig für Fehler, die sich aus fremden Magnetfeldern ergeben. Ein Hintergrund-Magnetfeld, das dem System überlagert ist, wäre üblicherweise homogen, so dass der erste und der zweite Sensor 120, 122 dasselbe Feld erkennen würden. Falls die Feldstärke an den Sensoren 120, 122, die von dem Magneten 110 stammt, ebenfalls gleich ist, würde das Hintergrundfeld zu beiden Sensoren einen kleinen Delta-Winkel hinzufügen, der aufgrund der Subtraktion aufgehoben würde.
10 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel, bei dem sich der erste und der zweite Magnetsensor 120, 122 auf einem gemeinsamen Halbleiterchip 150 befinden und somit auf einer gemeinsamen Ebene liegen. Falls die Ebene, auf der sich die Sensoren 120, 122 befinden, parallel zu der „oberen” Ebene des Magneten 110 (der Ebene, die zu der x-Achse allgemein parallel oder zu der Drehachse 114 senkrecht ist) ist, wie in 10 veranschau licht ist, Ware das seitens des ersten Sensors 120 empfangene Magnetfeld größer als das seitens des zweiten Sensors 122 empfangene Feld. In diesem Fall werden Winkelfehler, die auf Hintergrundfelder zurückzuführen sind, eventuell nicht vollständig aufgehoben, obwohl sie wahrscheinlich beträchtlich reduziert wurden.
11 veranschaulicht ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem der Sensorchip 150 aus der xy-Ebene heraus geneigt ist, wie durch den Pfeil 152 angegeben ist. Die Neigung 152 erhöht den Abstand des ersten Sensors 120 von dem Magneten 110, wodurch die Magnetfeldstärke an dem ersten Sensor 120 verringert wird. Die optimale Neigung ist derart, dass das Feld des Magneten 110 an beiden Sensoren 120, 122 gleich stark ist, wodurch Fehler, die auf ein Hintergrund-Magnetfeld zurückzuführen sind, aufgehoben werden.
12 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Sensorgeometrie umgekehrt ist. Der erste Sensor 120 bleibt innerhalb des Kreisrings des Magneten 110, und der zweite Sensor 122 bleibt außerhalb des Kreisrings; jedoch befindet sich der zweite Sensor 122 in 12 innerhalb des Innenradius 116, so dass rr2 nun geringer ist als der Innenradius 116. Ein derartiges Ausführungsbeispiel ist beispielsweise dann besonders nützlich, wenn große Magnetringe eingesetzt werden oder wenn außerhalb des Außenumfangs des Magneten wenig oder kein Platz für die Sensoren zur Verfügung steht.
Bei manchen Ausführungsbeispielen befinden sich mehrere erste Sensoren 120 innerhalb des Kreisrings des Magneten 110, und entsprechende zweite Sensoren 122 befinden sich außerhalb des Kreisrings. Bei derartigen Ausführungsbeispielen werden die detektierten Winkel der ersten Sensoren 120 von den detektierten Winkeln der entsprechenden zweiten Sensoren 122 subtrahiert.
Bei den veranschaulichten Ausführungsbeispielen weist der Ringmagnet 110 einen allgemein rechteckigen Querschnitt auf. Es wird an andere Ausführungsbeispiele gedacht, bei denen der Magnet 110 andere Querschnitte wie z. B. Kreise, Ellipsen, Dreiecke, unregelmäßige Vielecke usw. aufweist. Die Querschnittsform kann die optimalen Leseradien rr1, rr2 und die Magnetfeldstärke an beiden Sensoren 120, 122 verändern. Durch eine optimale Querschnittsform werden die Felder an beiden Sensoren 120, 122 bezüglich ihres Betrags gleich, wodurch das Erfordernis, den Sensorchip 150 gemäß der Darstellung in 11 zu neigen, entfällt.
Obwohl hierin spezifische Ausführungsbeispiele veranschaulicht und beschrieben wurden, wird Fachleuten einleuchten, dass die gezeigten und beschriebenen spezifischen Ausfüh rungsbeispiele durch eine Vielzahl von alternativen und/oder äquivalenten Implementierungen ersetzt werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die vorliegende Anmeldung soll jegliche Anpassungen oder Variationen der hierin erörterten spezifischen Ausführungsbeispiele abdecken. Deshalb ist beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung lediglich durch die Patentansprüche und deren Äquivalente beschränkt werde.

Claims

Winkelsensor (100), der folgende Merkmale aufweist: einen Ringmagneten (110), der dahin gehend angepasst ist, an einer drehbaren Welle (112) befestigt zu werden, wobei der Ringmagnet eine Drehachse (114) und einen Innenradius (116) und einen Außenradius (118), die sich von der Drehachse aus erstrecken, um einen Kreisring zu definieren, aufweist; einen ersten Magnetsensor (120), der sich in der Nähe des Ringmagneten befindet, um Magnetfeldlinien innerhalb des Kreisrings zu messen; und einen zweiten Magnetsensor (122), der sich in der Nähe des Ringmagneten befindet, um Magnetfeldlinien außerhalb des Kreisrings zu messen.
Winkelsensor (100) gemäß Anspruch 1, bei dem sich der erste und der zweite Magnetsensor (120, 122) auf einem gemeinsamen Halbleiterchip befinden.
Winkelsensor (100) gemäß Anspruch 1 oder 2, der ferner eine Verarbeitungsvorrichtung (130) aufweist, die dahin gehend konfiguriert ist, ein erstes und ein zweites Ausgangssignal von dem ersten beziehungsweise dem zweiten Magnetsensor (120, 122) zu empfangen, wobei die Verarbeitungsvorrichtung dahin gehend konfiguriert ist, ansprechend auf das erste und das zweite Ausgangssignal eine Winkelposition des Ringmagneten (110) zu ermitteln.
Winkelsensor (100) gemäß Anspruch 3, bei dem der Prozessor (130) dahin gehend konfiguriert ist, ansprechend auf eine Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Ausgangssignal die Winkelposition des Ringmagneten (110) zu ermitteln.
Winkelsensor (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der erste und der zweite Magnetsensor (120, 122) radial ausgerichtet sind.
Winkelsensor (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der zweite Magnetsensor (122) dahin gehend konfiguriert ist, Magnetfeldlinien außerhalb des Außendurchmessers zu messen.
Winkelsensor (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der zweite Magnetsensor (122) dahin gehend konfiguriert ist, Magnetfeldlinien innerhalb des Innendurchmessers zu messen.
Winkelsensor (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem der Ringmagnet (110) eine Oberfläche umfasst, die eine erste Ebene definiert, die allgemein senkrecht zu der Drehachse (114) ist, und bei dem der erste und der zweite Magnetsensor (120, 122) auf einer zweiten Ebene liegen, die zu der ersten Ebene parallel ist.
Winkelsensor (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem der Ringmagnet (110) eine Oberfläche umfasst, die eine erste Ebene definiert, die allgemein senkrecht zu der Drehachse (114) ist und, bei dem der erste und der zweite Magnetsensor (120, 122) auf einer zweiten Ebene liegen, die bezüglich der ersten Ebene geneigt ist.
Winkelsensor (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem der Ringmagnet (110) einen allgemein rechteckigen Querschnitt aufweist.
Verfahren zum Bestimmen einer Winkelposition, das folgende Schritte umfasst: Drehen eines Ringmagneten (110), wobei der Ringmagnet eine Drehachse (114) und einen Innenradius (116) und einen Außenradius (118), die sich von der Drehachse aus erstrecken, um einen Kreisring zu definieren, aufweist; Erfassen von Magnetfeldlinien innerhalb des Kreisrings; Erfassen von Magnetfeldlinien außerhalb des Kreisrings; Ermitteln der Winkelposition des Ringmagneten (110) ansprechend auf eine Differenz zwischen den Magnetfeldlinien außerhalb des Kreisrings und den Magnetfeldlinien innerhalb des Kreisrings.
Verfahren gemäß Anspruch 11, bei dem das Erfassen von Magnetfeldlinien außerhalb des Kreisrings ein Erfassen von Magnetfeldlinien ausgehend von einer außerhalb des Außenradius liegenden Position umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 11, bei dem das Erfassen von Magnetfeldlinien außerhalb des Kreisrings ein Erfassen von Magnetfeldlinien ausgehend von einer innerhalb des Innenradius liegenden Position umfasst.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 11 bis 13, bei dem das Drehen des Magneten (110) ein Drehen einer Welle (112), an der der Magnet befestigt ist, umfasst.
Verfahren zum Erzeugen eines Winkelsensors, das folgende Schritte umfasst: Bereitstellen eines Ringmagneten (110), wobei der Ringmagnet eine Drehachse (114) und einen Innenradius (116) und einen Außenradius (118), die sich von der Drehachse aus erstrecken, um einen Kreisring zu definieren, aufweist; Platzieren eines ersten Magnetsensors (120) in der Nähe des Ringmagneten, um Magnetfeldlinien innerhalb des Kreisrings zu messen; und Platzieren eines zweiten Magnetsensors (122) in der Nähe des Ringmagneten, um Magnetfeldlinien außerhalb des Kreisrings zu messen.
Verfahren gemäß Anspruch 15, das ferner ein Befestigen des Ringmagneten (110) an einer Welle (112) umfasst.
Verfahren gemäß 15 oder 16, das ferner ein Platzieren des ersten und des zweiten Magnetsensors (120, 122) auf einem gemeinsamen Halbleiterchip umfasst.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 15 bis 17, das ferner folgende Schritte umfasst: Koppeln einer Verarbeitungsvorrichtung (130), um ein erstes und ein zweites Ausgangssignal von dem ersten beziehungsweise dem zweiten Magnetsensor (120, 122) zu empfangen; und Konfigurieren der Verarbeitungsvorrichtung (130) dahin gehend, ansprechend auf das erste und das zweite Ausgangssignal eine Winkelposition des Ringmagneten zu ermitteln.
Verfahren gemäß Anspruch 18, das ferner ein Konfigurieren des Prozessors dahin gehend, ansprechend auf eine Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Ausgangssignal die Winkelposition des Ringmagneten (110) zu ermitteln, umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 18 oder 19, bei dem sich der zweite Magnetsensor (122) außerhalb des Außendurchmessers befindet.
Verfahren gemäß Anspruch 18 oder 19, bei dem sich der zweite Magnetsensor (122) innerhalb des Innendurchmessers befindet.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 18 bis 21, das ferner ein Platzieren des ersten und des zweiten Magnetsensors (120, 122) auf einer zweiten Ebene, die zu einer ersten Ebene, die zu der Drehachse (114) allgemein senkrecht ist, parallel ist, umfasst.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 18 bis 22, das ferner ein Platzieren des ersten und des zweiten Magnetsensors auf einer zweiten Ebene, die relativ zu einer ersten Ebene, die zu der Drehachse (114) allgemein senkrecht ist, geneigt ist, umfasst.
Winkelsensor, der folgende Merkmale aufweist: eine drehbare Welle (112); einen an der drehbaren Welle befestigten Ringmagneten (110); eine Einrichtung zum Detektieren von seitens des Magneten erzeugten Magnetfeldlinien; und eine Verarbeitungsvorrichtung (130), die dahin gehend konfiguriert ist, ein erstes und ein zweites Ausgangssignal von der Einrichtung zum Detektieren zu empfangen, wobei die Verarbeitungsvorrichtung dahin gehend konfiguriert ist, ansprechend auf eine Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Ausgangssignal eine Winkelposition des Ringmagneten zu ermitteln.