DE102012203158A1 - Device for sensor system for contactless detection of absolute position of rotatable element, has magneto-sensitive sensors that detect axial component of magnetic field, where absolute position is recognized over certain angular range - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur absoluten Positionsbestimmung eines drehbaren Körpers für sog. On-Axis Anwendungen, d.h. für Anwendungen in denen sich magnetosensitive Sensoren in der Symmetrieachse des drehbaren Körpers befinden. Die Erfindung betrifft im Besonderen eine Vorrichtung zur absoluten, redundanten Positionsbestimmung für On-Axis Anwendungen mittels magnetosensitiver Sensoren. Unter magnetosensitiven Sensoren sollen Hallsensoren und magnetoresistive Sensoren verstanden werden. The invention relates to a device for absolute position determination of a rotatable body for so-called on-axis applications, i. for applications in which magneto-sensitive sensors are located in the axis of symmetry of the rotatable body. In particular, the invention relates to a device for absolute, redundant position determination for on-axis applications by means of magneto-sensitive sensors. Magnetosensitive sensors should be understood to mean Hall sensors and magnetoresistive sensors.
Die berührungslose Erfassung des absoluten Drehwinkels mithilfe eines drehbar gelagerten Magneten und eines auf Hallsensoren basierenden Messprinzips wird in verschiedenen Patentschriften beschrieben. The non-contact detection of the absolute angle of rotation by means of a rotatably mounted magnet and a measuring sensor based on Hall sensors is described in various patents.
In
Nachteilig an diesem Verfahren ist, dass drei oder vier Sensoren erforderlich sind. Bewegt man die Sensoren in den Bereich der Pole, wo das Magnetfeld Bz mit steigendem Radius nicht mehr linear zunimmt, kommt es zu einer starken Zunahme des Winkelfehlers. Es ist also nicht möglich, den Sensor so zu betreiben, dass er das Magnetfeld Bz an jener Stelle misst in dem es am größten ist, nämlich an den Polen der Magnetfeldquelle. Dagegen muß das Magnetfeld im Bereich des Mittelpunkts der Magnetfeldquelle gemessen werden, wo das Magnetfeld Bz relativ schwach ist, was zur Folge hat, dass relativ starke Magnetmaterialien wie Seltenerd-Magnete verwendet werden müssen. A disadvantage of this method is that three or four sensors are required. If the sensors are moved into the region of the poles, where the magnetic field Bz no longer increases linearly with increasing radius, the angular error increases sharply. It is therefore not possible to operate the sensor so that it measures the magnetic field Bz at the point in which it is largest, namely at the poles of the magnetic field source. In contrast, the magnetic field must be measured in the region of the center of the magnetic field source where the magnetic field Bz is relatively weak, resulting in that relatively strong magnetic materials such as rare earth magnets must be used.
In
In einer zweiten Ausführungsform von
In
Nachteilig dabei ist, dass sich der Phasenversatz durch Positionsungenauigkeiten bei der Montage der Hallsensoren verändern kann. Dieser Fehler wird nicht kompensiert. Weiters erfordert dieser Aufbau zwei lineare Hallsensoren in getrennten Gehäusen. The disadvantage here is that the phase offset can change due to position inaccuracies in the assembly of Hall sensors. This error is not compensated. Furthermore, this structure requires two linear Hall sensors in separate housings.
In
Nachteilig dabei ist, dass sich der Phasenversatz durch Positionsungenauigkeiten bei der Montage der Hallsensoren verändern kann. Dieser Fehler wird nicht kompensiert. Weiters erfordert dieser Aufbau zwei lineare Hallsensoren in getrennten Gehäusen. The disadvantage here is that the phase offset can change due to position inaccuracies in the assembly of Hall sensors. This error is not compensated. Furthermore, this structure requires two linear Hall sensors in separate housings.
Um einen Phasenversatz von 90° zu erreichen, müssen die Sensoren genau im Abstand einer Vierteldrehung der Magnetfeldquelle positioniert werden, was einen relativ großen Platzbedarf nach sich zieht. In order to achieve a phase shift of 90 °, the sensors must be positioned exactly one quarter of a turn of the magnetic field source, which requires a relatively large amount of space.
In
Nachteilig bei diesem Verfahren ist, dass die Absolutposition nur innerhalb eines Polpaares der mehrpoligen Magnetfeldquelle ermittelt werden kann. Eine unmittelbare, absolute Positionsbestimmung über eine volle Umdrehung von 360° mittels einer auf einem gemeinsamen Substrat integrierten Sensorgruppe ist mit diesem Verfahren nicht möglich. A disadvantage of this method is that the absolute position can only be determined within a pole pair of the multi-pole magnetic field source. An immediate, absolute position determination over a full revolution of 360 ° by means of a sensor group integrated on a common substrate is not possible with this method.
In
Durch die Messung sowohl des radialen als auch des tangentialen Magnetfelds sind spezielle Sensortypen erforderlich (laterale Hallsensoren mit ferromagnetischem Feldkonzentrator, siehe. Fa. Melexis, Trademark Triaxis®). Due to the measurement of both the radial and the tangential magnetic field special sensor types are required (lateral Hall sensors with ferromagnetic field concentrator, see Melexis, Trademark Triaxis ® ).
Die Sensoren sind bedingt durch die Sensitivität auf Magnetfelder in 2 Achsen (x und y, respektive radiales und tangentiales Feld) empfindlich auf externe magnetische Störfelder. Due to their sensitivity to magnetic fields in 2 axes (x and y, respectively radial and tangential field), the sensors are sensitive to external magnetic interference fields.
Bei diesen Winkelsensoren ist ein Aufbau essentiell, in welcher die Drehachse des rotierenden Magneten zentrisch über dem Mittelpunkt der auf dem Schaltkreis kreisförmig angeordneten integrierten Hallsensorgruppe zu liegen kommt. Ein seitlicher Versatz der Sensorelemente relativ zur Drehachse führt zu einer Zunahme des Winkelfehlers, insbesondere wenn sich die Hallsensoren außerhalb des zwischen den Polen der Magnetfeldquelle annähernd linear verlaufenden vertikalen Magnetfelds Bz befinden. In these angle sensors, a construction is essential in which the axis of rotation of the rotating magnet comes to lie centrally above the center of the integrated Hall sensor group arranged in a circle on the circuit. A lateral offset of the sensor elements relative to the axis of rotation leads to an increase of the angular error, in particular if the Hall sensors are located outside of the between the poles of the magnetic field source approximately linearly extending vertical magnetic field Bz.
Eine Positionierung der Schaltkreise nebeneinander in einem gemeinsamen Gehäuse ist somit aus diesem Grund nicht sinnvoll. A positioning of the circuits next to each other in a common housing is therefore not useful for this reason.
Um eine Zentrierung beider Winkelsensoren relativ zur Drehachse der Magnetfeldquelle zu erreichen, müssen diese daher im gemeinsamen Gehäuse übereinander eingebaut werden. In order to achieve a centering of both angle sensors relative to the axis of rotation of the magnetic field source, they must therefore be installed one above the other in the common housing.
Nachteilig an diesem Aufbau ist der höhere Aufwand durch die übereinander liegende Montage der Schaltkreise mit einer dazwischen liegenden zusätzlichen Isolationslage. A disadvantage of this structure is the higher cost of the superimposed mounting of the circuits with an intermediate additional insulation layer.
Ein weiterer Nachteil ist, dass der Toleranzbereich für den vertikalen Abstand zwischen Magnet und Sensorgehäuse durch den übereinander liegenden Aufbau stark eingeschränkt ist, da sowohl der unten liegende als auch der oben liegende Winkelsensor innerhalb eines Toleranzfensters für den optimalen Arbeitsbereich der Stärke des magnetischen Feldes liegen müssen. A further disadvantage is that the tolerance range for the vertical distance between magnet and sensor housing is severely limited by the superimposed structure, since both the bottom and the top angle sensor must be within a tolerance window for the optimum working range of the strength of the magnetic field ,
Des Weiteren ist dieser Aufbau nur für axialen Aufbau geeignet, wo sich der Winkelsensor-Schaltkreis unterhalb der Magnetfeldquelle, normal und zentrisch zur Drehachse befindet. Furthermore, this structure is only suitable for axial construction, where the angle sensor circuit is below the magnetic field source, normal and centric to the axis of rotation.
In sicherheitskritischen Anwendungen wie z.B. einem Antriebsmotor für ein elektronisches Lenksystem EPS können z.B. bei Lastwechseln Kräfte auf die zu messende Antriebswelle wirken, welche diese in axialer Richtung verschieben. Diese Verschiebung wirkt sich durch den axialen Aufbau in einer Abstandsänderung zwischen der Magnetfeldquelle, welche am Ende der Antriebswelle angebracht ist und dem Sensor aus. Um eine mögliche Beschädigung von Sensor oder Magnet durch mechanischen Kontakt beider Objekte zu vermeiden, muss ein Mindestabstand zwischen Magnetfeldquelle und Sensorgehäuse eingehalten werden, was wiederum den Toleranzbereich für den Abstand zwischen Sensor und Magnetfeldquelle weiter einschränkt. In safety-critical applications, such as a drive motor for an electronic steering system EPS can e.g. When load changes forces act on the drive shaft to be measured, which move them in the axial direction. This displacement is affected by the axial structure in a change in distance between the magnetic field source, which is attached to the end of the drive shaft and the sensor. In order to avoid possible damage to the sensor or magnet due to mechanical contact between the two objects, a minimum distance between the magnetic field source and the sensor housing must be maintained, which in turn further limits the tolerance range for the distance between the sensor and the magnetic field source.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Sensorsystem bereitzustellen, in welchem mittels zweier magnetosensitiver Sensoren die Winkelstellung eines drehbaren Körpers bis zu einer vollen Umdrehung von 360° unmittelbar und absolut erkannt werden kann, wobei die Sensoren normal zur Drehachse, unterhalb der drehbaren Magnetfeldquelle angebracht sind. The invention has for its object to provide a sensor system in which by means of two magneto-sensitive sensors, the angular position of a rotatable body up to a full revolution of 360 ° can be detected directly and absolutely, the sensors are mounted normal to the axis of rotation, below the rotatable magnetic field source.
Der Erfindung liegt im Weiteren die Aufgabe zugrunde, ein redundantes Sensorsystem für so genannte On-Axis-Anwendungen bereitzustellen, welches in der Lage ist, mittels zwei getrennten Sensorsystemen eine redundante Positionserkennung eines drehbar gelagerten Körpers zu ermöglichen. The invention is further based on the object to provide a redundant sensor system for so-called on-axis applications, which is able to enable by means of two separate sensor systems a redundant position detection of a rotatably mounted body.
Diese Aufgabe wird mittels einer Vorrichtung gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche betreffen besondere Ausführungsformen. This object is achieved by means of a device according to
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur berührungslosen Erfassung eines relativ beweglichen Elements, welches eine auf dem beweglichen Element befestigte Magnetfeldquelle aufweist, wobei zwei in einer Ebene liegende, in Richtung der Bewegung räumlich versetzte magnetosensitive Sensoren von der Magnetfeldquelle beabstandet angeordnet sind und wobei das relativ bewegliche Element drehbar gelagert ist, die Ebene normal zur Drehachse angeordnet ist und die magnetosensitiven Sensoren die axiale Komponente des Magnetfeldes erfassen. The invention relates to a device for non-contact detection of a relatively movable member having a magnetic element mounted on the movable element, wherein two lying in a plane, spatially offset in the direction of movement magnetosensitive sensors are spaced from the magnetic field source and wherein the relatively movable member is rotatably mounted, the plane is arranged normal to the axis of rotation and the magneto-sensitive sensors detect the axial component of the magnetic field.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die absolute Drehstellung über einen Winkelbereich von 360° erfasst wird, wobei die Magnetfeldquelle als 2-polig diametral magnetisierter Scheibenmagnet oder Ringmagnet ausgebildet ist. In one embodiment, it is provided that the absolute rotational position is detected over an angular range of 360 °, wherein the magnetic field source is formed as a 2-pole diametrically magnetized disc magnet or ring magnet.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die absoluten Drehstellung über einen Winkelbereich von < 360° erfasst wird, wobei die Magnetfeldquelle als mehrpolig magnetisierter Scheibenmagnet oder Ringmagnet mit pp Polpaaren ausgebildet ist, wobei der Abstand zwischen den magnetosensitiven Sensoren sowie die Position der magnetosensitiven Sensoren relativ zur Magnetfeldquelle so zu wählen ist, dass der sich ergebende Phasenversatz der Sensorsignale nicht 180° und nicht 360° beträgt. In one embodiment, it is provided that the absolute rotational position is detected over an angular range of <360 °, wherein the magnetic field source is designed as a multi-pole magnetized disc magnet or ring magnet with pp pole pairs, wherein the distance between the magnetosensitive sensors and the position of the magnetosensitive sensors relative to To select magnetic field source so that the resulting phase offset of the sensor signals is not 180 ° and not 360 °.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass in einem gemeinsamen Gehäuse, welches axial zur Magnetfeldquelle in einer Ebene normal zur Drehachse stationär angebracht ist, zwei Sensorelemente untergebracht sind, welche jeweils zwei in einer Ebene liegende, in Richtung der Drehbewegung räumlich versetzte magnetosensitive Sensoren mit der dazugehörigen Auswerteelektronik beinhalten und die axiale Komponente des Magnetfeldes erfassen und auswerten. In one embodiment it is provided that two sensor elements are housed in a common housing, which is mounted axially stationary to the magnetic field source in a plane normal to the axis of rotation, each two lying in a plane, spatially offset in the direction of rotation magneto-sensitive sensors with the associated Include evaluation and capture and evaluate the axial component of the magnetic field.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die magnetosensitiven Sensoren (
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Sensorelemente gemeinsam auf einem Sensorchip integriert sind. In one embodiment, it is provided that the sensor elements are integrated together on a sensor chip.
Die Erfindung betrifft zudem ein Verfahren mit einer oben beschriebenen Vorrichtung zur Bestimmung der absoluten Position eines relativ zu zwei magnetosensitiven Sensoren beweglichen Elements, deren magnetische Eigenschaften mittels der magnetosensitiven Sensoren dadurch ermittelt werden, dass ein erstes Sensorsignal mit einem ersten magnetosensiviten Sensor und ein zweites Sensorsignal mit einem zweiten magnetosensitiven Sensor gemessen wird, wobei das erste Sensorsignal und das zweite Sensorsignal eine Komponente des Magnetfeldes repräsentiert und die Sensorsignale einen Phasenversatz φ im Bereich von 0°< φ < 180° oder 180° < φ < 360° aufweisen, wobei vorgesehen ist,
- – dass Amplitudenverhältnisse durch Division eines vorgebbaren Signalhubs durch eine Differenz eines Maximumwertes und eines Minimumwertes der jeweiligen Sensorsignale bestimmt werden,
- – dass Offsetwerte um den jeweiligen Nullpunkt der Sensorsignale aus den Minimum- und Maximumwerten der Sensorsignale bestimmt werden,
- – dass mittels Subtraktion der Offsetwerte von den Sensorsignalen und durch Normierung mit den Amplitudenverhältnissen normierte Sensorsignale berechnet werden, wobei die Bestimmung der Minimum- und Maximumwerte durch eine relative Bewegung des Elements und der daran befestigten Magnetfeldquelle über einen vollen Bewegungsweg bei gleichzeitiger Erfassung der Sensorsignale beider Sensoren erfolgt,
- – dass von den normierten Sensorsignalen ein Summensignal und ein Differenzsignal gebildet werden,
- – dass das Summensignal und das Differenzsignal wiederum nach Bestimmung des Amplitudenverhältnisses normiert werden, wobei die Bestimmung der Minimum- und Maximumwerte durch relative Bewegung des Elements und der daran befestigten Magnetfeldquelle über einen vollen Bewegungsweg bei gleichzeitiger Messung des Summensignals sowie des Differenzsignals und Auswertung der Minimum- und Maximumwerte des Summensignals und des Differenzsignals erfolgt und
- – dass mittels des normierten Summensignals und des normierten Differenzsignals eine absolute Drehstellung der Magnetfeldquelle berechnet wird.
- - that amplitude ratios are determined by dividing a predeterminable signal deviation by a difference between a maximum value and a minimum value of the respective sensor signals,
- - That offset values are determined by the respective zero point of the sensor signals from the minimum and maximum values of the sensor signals,
- In that the determination of the minimum and maximum values is effected by a relative movement of the element and the magnetic field source attached thereto over a full movement path with simultaneous detection of the sensor signals of both sensors he follows,
- That a sum signal and a difference signal are formed by the normalized sensor signals,
- In that the sum signal and the difference signal are in turn normalized after determining the amplitude ratio, wherein the determination of the minimum and maximum values by relative movement of the element and the attached magnetic field source over a full path of movement simultaneous measurement of the sum signal and the difference signal and evaluation of the minimum and maximum values of the sum signal and the difference signal takes place and
- - That by means of the normalized sum signal and the normalized difference signal, an absolute rotational position of the magnetic field source is calculated.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Komponente des Magnetfeldes die radiale oder die axiale Komponente ist. In one embodiment of the method, it is provided that the component of the magnetic field is the radial or the axial component.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die absolute Drehstellung der Magnetfeldquelle durch Bildung des Arcustangens des Verhältnisses von dem normierten Summensignal und dem normierten Differenzsignal berechnet wird. In one embodiment of the method, it is provided that the absolute rotational position of the magnetic field source is calculated by forming the arctangent of the ratio of the normalized sum signal and the normalized difference signal.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die absolute Drehstellung der Magnetfeldquelle mittels eines Algorithmus der Koordinatentransformation, vorzugsweise mit einem CORDIC Algorithmus berechnet wird. In one embodiment of the method, it is provided that the absolute rotational position of the magnetic field source is calculated by means of an algorithm of the coordinate transformation, preferably with a CORDIC algorithm.
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsformen und dazugehöriger Figuren weiter erläutert. Es zeigen: The invention will now be further explained with reference to embodiments and associated figures. Show it:
In
Die für die Messung der Magnetfelder empfindlichen Achsen der integrierten Hallsensoren sind in Form von Pfeilen dargestellt. The sensitive to the measurement of magnetic fields axes of the integrated Hall sensors are shown in the form of arrows.
In
Im Folgenden wird das zugehörige Verfahren erläutert. The following explains the associated method.
In
Im Ausführungsbeispiel wie
In einem ersten Schritt wird die Offsetspannung der Sensorsignale
Um die erforderlichen Trimmwerte für Offset1, Offset2, Gain1 und Gain2 zu errechnen ist es ausreichend, die Minimum – sowie Maximumwerte der Sensorsignale
Aus den Minimum- und Maximumwerten können dann die für die Trimmung notwendigen Werte folgendermaßen errechnet werden: für
- H1max,min
- = Maximum- bzw.
Minimumwert von Sensorsignal1 101 - H2max,min
- = Maximum- bzw.
Minimumwert von Sensorsignal2 102
- H1 max, min
- = Maximum or minimum value of
sensor signal1 101 - H2 max, min
- = Maximum or minimum value of
sensor signal2 102
Von diesen normierten Signalen wird im nächsten Schritt die Summe
Das Verhältnis des Signalhubs von Summensignal zu Differenzsignal hängt von der Phasenlage φ der Eingangssignale
In
Der mathematische Zusammenhang der Scheitelwerte von Summensignal durch Differenzsignal =zu Phasenlage errechnet sich aus: The mathematical relationship of the peak values of the sum signal by difference signal = to phase position is calculated from:
In einem weiteren Schritt werden das Summensignal
Um die erforderlichen Trimmwerte für Gain3 und Gain4 zu errechnen ist es ausreichend, die Minimum – sowie Maximumwerte des Summen- und Differenzsignals zu ermitteln. Dies kann durch einfache Drehung der Magnetfeldquelle
Aus den Minimum- und Maximumwerten können dann die für die Trimmung notwendigen Werte folgendermaßen errechnet werden: From the minimum and maximum values, the values necessary for trimming can then be calculated as follows:
Geht man davon aus, dass die normierten Sensorsignale
Die normierten Signale des Summensignals
In weiterer Folge werden das normierte Summensignal
- H1
- =
Sensorsignal von Hallsensor1 101 - H2
- =
Sensorsignal von Hallsensor2 102 - Offset1
- =
Offsetsignal von Hallsensor1 103 - Offset2
- =
Offsetsignal von Hallsensor2 104 - Gain1
- = Verstärkung des
Sensorsignals H1 105 - Gain2
- = Verstärkung des
Sensorsignals H2 106 - Gain3
- = Verstärkung des
Summensignals 111 - Gain4
- = Verstärkung des
Differenzsignals 112
- H1
- = Sensor signal from Hall sensor1
101 - H2
- = Sensor signal from Hall sensor2
102 - Offset 1
- = Offset signal from Hall sensor1
103 - Offset 2
- = Offset signal from Hall sensor2
104 - Gain1
- = Amplification of the
sensor signal H1 105 - Gain2
- = Amplification of the
sensor signal H2 106 - GAIN3
- = Amplification of the
sum signal 111 - Gain4
- = Amplification of the
difference signal 112
Ausgehend von den Eingangssignalen Vsin
Der Betragswert B
In vielen Anwendungen kann es sinnvoll sein, die errechnete Drehstellung mit einer definierten mechanischen Position des drehbaren Elements
Weiterhin kann die erzielte Genauigkeit der angezeigten Drehstellung optional durch eine Linearisierungsschaltung
In weiterer Folge kann die errechnete und linearisierte Drehstellung W_L durch Konvertierung in eine analoge Signalform
In einer vorteilhaften Ausführungsform kann, wie in
Die Erfindung wurde anhand von Beispielen und Figuren näher erläutert, wobei diese Darstellung die Erfindung nicht einschränken soll. Es versteht sich, dass Fachleute Änderungen und Abwandlungen machen können, ohne den Umfang der folgenden Ansprüche zu verlassen. Insbesondere umfasst die Erfindung Ausführungsformen mit jeglicher Kombination von Merkmalen der verschiedenen Ausführungsformen, die hier beschrieben sind. The invention has been explained in more detail with reference to examples and figures, this presentation is not intended to limit the invention. It is understood that those skilled in the art can make changes and modifications without departing from the scope of the following claims. In particular, the invention includes embodiments with any combination of features of the various embodiments described herein.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- erster magnetosensitiver Sensor first magneto-sensitive sensor
- 1a1a
- erster magnetosensitiver Sensor des ersten Sensorelements first magneto-sensitive sensor of the first sensor element
- 1b1b
- erster magnetosensitiver Sensor des zweiten Sensorelements first magneto-sensitive sensor of the second sensor element
- 22
- zweiter magnetosensitiver Sensor second magneto-sensitive sensor
- 2a2a
- zweiter magnetosensitiver Sensor des ersten Sensorelements second magneto-sensitive sensor of the first sensor element
- 2b2 B
- zweiter magnetosensitiver Sensor des zweiten Sensorelements second magneto-sensitive sensor of the second sensor element
- 33
- Sensorelement umfassend zwei magnetosensitive Sensoren Sensor element comprising two magneto-sensitive sensors
- 3a3a
- erstes Sensorelement first sensor element
- 3b3b
- zweites Sensorelement second sensor element
- 22
- zweiter magnetonsensitiver Sensor second magneton-sensitive sensor
- 44
- gemeinsames Gehäuse common housing
- 55
- gemeinsames Substrat common substrate
- 66
- drehbares Element rotatable element
- 77
- 2-polig diametral magnetisierter Scheibenmagnet 2-pole diametrically magnetized disc magnet
- 88th
- mehrpolig magnetisierter Scheibenmagnet multi-pole magnetised disc magnet
- 99
- 2-polig diametral magnetisierter Ringmagnet 2-pole diametrically magnetized ring magnet
- 1010
- mehrpolig magnetisierter Ringmagnet multi-pole magnetized ring magnet
- 1414
- Drehachse axis of rotation
- 1515
- Magnetfeldquelle magnetic field source
- 101101
- erstes Sensorsignal first sensor signal
- 102102
- zweites Sensorsignal second sensor signal
- 103103
- erster Offset first offset
- 104104
- zweiter Offset second offset
- 105105
- erste Verstärkung first reinforcement
- 106106
- zweite Verstärkung second reinforcement
- 107107
- erstes normiertes Sensorsignal first normalized sensor signal
- 108108
- zweites normiertes Sensorsignal second normalized sensor signal
- 109109
- Summensignal sum signal
- 110110
- Differenzsignal difference signal
- 113113
- normiertes Summensignal normalized sum signal
- 114114
- normiertes Differenzsignal normalized difference signal
- 202202
- absolute Drehstellung absolute rotational position
- 203 203
- Betragswert B der Koordinatentransformation Absolute value B of the coordinate transformation
- 207207
- analoge Signalform analog signal form
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- 200200
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- WO 2009088767 A2 [0005] WO 2009088767 A2 [0005]
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- WO 200004339 A1 [0007] WO 200004339 A1 [0007]
- WO 2008/077861 [0009] WO 2008/077861 [0009]
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102016118384A1 (en) * | 2016-09-28 | 2018-03-29 | Infineon Technologies Ag | Magnetic angle sensor device and method of operation |
| US10422661B2 (en) | 2016-12-30 | 2019-09-24 | Faist Componenti S.P.A. | Device for measuring an angular position |
| CN120385308A (en) * | 2025-06-27 | 2025-07-29 | 安徽见行科技有限公司 | A stroke detection device for a threaded motor |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000004339A1 (en) | 1998-07-20 | 2000-01-27 | Unique Mobility, Inc. | Accurate rotor position sensor, method using magnet ring and linear output hall effect sensors |
| DE69816755T2 (en) | 1997-05-29 | 2004-06-03 | Ams International Ag | MAGNETIC ENCODER |
| WO2007071383A2 (en) | 2005-12-19 | 2007-06-28 | Austriamicrosystems Ag | Magnetic field sensor arrangement and method for non-contact measurement of a magnetic field |
| WO2008077861A1 (en) | 2006-12-22 | 2008-07-03 | Zf Lenksysteme Gmbh | Steering angle and torque sensor in a power steering system of a motor vehicle |
| US20080290859A1 (en) | 2006-01-12 | 2008-11-27 | Timken Us Corporation | Magnetic Sensor With Compensation |
| WO2009088767A2 (en) | 2008-01-04 | 2009-07-16 | Allegro Microsystems, Inc. | Methods and apparatus for an angle sensor |
| US20100194385A1 (en) | 2007-07-24 | 2010-08-05 | Moving Magnet Technologies | Non-contact multi-turn absolute position magnetic sensor comprising a through-shaft |
-
2012
- 2012-02-29 DE DE201210203158 patent/DE102012203158A1/en not_active Ceased
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE69816755T2 (en) | 1997-05-29 | 2004-06-03 | Ams International Ag | MAGNETIC ENCODER |
| WO2000004339A1 (en) | 1998-07-20 | 2000-01-27 | Unique Mobility, Inc. | Accurate rotor position sensor, method using magnet ring and linear output hall effect sensors |
| WO2007071383A2 (en) | 2005-12-19 | 2007-06-28 | Austriamicrosystems Ag | Magnetic field sensor arrangement and method for non-contact measurement of a magnetic field |
| US20080290859A1 (en) | 2006-01-12 | 2008-11-27 | Timken Us Corporation | Magnetic Sensor With Compensation |
| WO2008077861A1 (en) | 2006-12-22 | 2008-07-03 | Zf Lenksysteme Gmbh | Steering angle and torque sensor in a power steering system of a motor vehicle |
| US20100194385A1 (en) | 2007-07-24 | 2010-08-05 | Moving Magnet Technologies | Non-contact multi-turn absolute position magnetic sensor comprising a through-shaft |
| WO2009088767A2 (en) | 2008-01-04 | 2009-07-16 | Allegro Microsystems, Inc. | Methods and apparatus for an angle sensor |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102016118384A1 (en) * | 2016-09-28 | 2018-03-29 | Infineon Technologies Ag | Magnetic angle sensor device and method of operation |
| US10578419B2 (en) | 2016-09-28 | 2020-03-03 | Infineon Technologies Ag | Magnetic angle sensor device and method of operation |
| US10914568B2 (en) | 2016-09-28 | 2021-02-09 | Infineon Technologies Ag | Magnetic angle sensor device and method of operation |
| DE102016118384B4 (en) | 2016-09-28 | 2023-10-26 | Infineon Technologies Ag | Magnetic angle sensor device and method of operation |
| US10422661B2 (en) | 2016-12-30 | 2019-09-24 | Faist Componenti S.P.A. | Device for measuring an angular position |
| CN120385308A (en) * | 2025-06-27 | 2025-07-29 | 安徽见行科技有限公司 | A stroke detection device for a threaded motor |
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