DE102012209547A1

DE102012209547A1 - Winkelmesssystem einschliesslich eines magneten mit im wesentlichen quadratischer fläche für durchgangswellenanwendungen

Info

Publication number: DE102012209547A1
Application number: DE102012209547A
Authority: DE
Inventors: James Sterling
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2011-06-09
Filing date: 2012-06-06
Publication date: 2012-12-13
Also published as: US8779760B2; CN102818517A; US9175943B2; US20120313631A1; CN102818517B; US20140285187A1

Abstract

Um die Magnetfeldlinien geradliniger und paralleler zueinander zu machen, nutzt die vorliegende Offenbarung im Wesentlichen quadratische Magneten mit Durchgangslöchern in denselben. Es ist klar, dass „im Wesentlichen quadratische” Magnete Magnete umfassen, die genau quadratisch sind, sowie Magnete, die etwa quadratisch sind (z. B. abgerundete Ecken oder andere kleine Abweichungen vom Quadrat haben). Durch Bereitstellen geradlinigerer und paralleler Magnetfeldlinien neigen solche im Wesentlichen quadratischen Magnete dazu, größere Präzision und Genauigkeit zu ermöglichen, wenn Drehwinkel einer Welle gemessen werden.

Description

Magnetfeldrichtungssensoren, wie z. B. giant-magnetoresistive (GMR) oder anisotrope magnetoresistive (AMR-)Sensoren werden in einer großen Vielzahl von Anwendungen verwendet. 1A–1B zeigen, wie ein Magnetfeldrichtungssensor 100 (z. B. GMR-Sensor) sich unter unterschiedlichen Magnetfeldern verhält. Der Magnetfeldrichtungssensor 100 umfasst eine nicht magnetische leitende Mittelschicht 102 (z. B. eine ultradünne Kupferschicht), die zwischen einer ersten und zweiten ferromagnetischen Legierungsschicht 104, 106 angeordnet ist. Eine künstliche antiferromagnetische Schicht 107 ist unter der zweiten ferromagnetischen Legierungsschicht 106 angeordnet. Zusätzliche Schichten können ebenfalls enthalten sein. Wie es nachfolgend klarer wird, variiert der Widerstandswert des Magnetfeldrichtungssensors 100 abhängig von dem Betrag und der Richtung eines Magnetfelds, das an dem Sensor 100 angelegt ist.
1A zeigt eine Bedingung, bei der kein externes Magnetfeld an den Sensor 100 angelegt ist. Unter dieser Bedingung sind die magnetischen Momente der ersten und zweiten Legierungsschicht 104, 106 entgegengesetzten Richtungen zugewandt (siehe Pfeile 108, 110) aufgrund antiferromagnetischer Kopplung, und der Strom 102, der versucht, durch den Sensor 100 zu verlaufen, trifft auf einen großen Widerstand.
Im Gegensatz dazu wurde in 1B ein externes Magnetfeld, wie es durch den Pfeil 114 gezeigt ist, angelegt, um antiferromagnetische Kopplung zu überwinden. Innerhalb der ersten und zweiten Legierungsschicht 104, 106 neigt dieses Magnetfeld 114 dazu, die magnetischen Momente auszurichten, wie es durch Pfeile 116, 118 gezeigt ist. Als Folge trifft der Strom 120, der versucht, durch den Sensor 100 in 1B zu verlaufen, auf einen niedrigen Widerstand im Vergleich zu 1A. Somit kann durch Überwachen des Widerstands des Sensors 100 der Betrag und/oder die Richtung eines Magnetfelds (z. B. 114) ausgewertet werden.
Eine bestimmte Anwendung von Interesse für GMR/AMR Sensoren ist das Bestimmen einer Winkelposition einer Drehwelle. Bei herkömmlichen Lösungen kann ein Permanentmagnet, manchmal auch als ein „Knopf”-Magnet bezeichnet, an einem Ende einer Drehwelle befestigt werden, um auf der Drehachse der Welle zentriert zu sein. 2A–2C zeigen Draufsichten eines solchen Knopfmagneten 202, während sich derselbe dreht, wobei ein Magnetfeldrichtungssensor 200 (z. B. GMR oder AMR) darüber positioniert ist, um stationär zu bleiben, während sich der Knopfmagnet 202 darunter dreht. Innerhalb der Grenzen des Knopfmagneten 202 sind Magnetfeldlinien 204 gerade und parallel zueinander. Während sich die Welle (und somit der Knopfmagnet 202) dreht, ändert sich die Richtwirkung der Magnetfeldlinien 204, die durch den Sensor 200 verlaufen, entsprechend. Beispielsweise neigen in 2A (z. B. eine 0°-Winkelposition) die Magnetfeldlinien 204 dazu, die magnetischen Momente der Schichten in dem Sensor 200 auszurichten, wodurch ein Niedrigwiderstandszustand in dem Sensor 200 erzeugt wird. Während sich die Magnetfeldlinien 204 drehen (2B – eine 90°-Winkelposition, 2C – eine 180°-Winkelposition) richten dieselben die magnetischen Momente nicht mehr so stark aus, und der Widerstand des Sensors 200 kann sich proportional erhöhen. Da sich der Widerstand des Sensors 200 abhängig von der Richtwirkung der Magnetfeldlinien 204 verändert, die durch denselben verlaufen, kann eine Steuerung (nicht gezeigt) zu dem Widerstand des Sensors 200 über der Zeit messen und den Widerstand kontinuierlich zu jedem bestimmten Zeitpunkt mit einer entsprechenden Magnetfeldrichtung korrelieren. Auf diese Weise kann die Steuerung den Drehwinkel der Welle bestimmen, während sich die Welle dreht. In anderen Fällen wird die Winkelberechnung abgeschlossen durch eine intelligente Zustandsmaschine und Firmware, die in dem Herstellungsprozess des Sensors enthalten ist. Wie der Winkel letztendlich berechnet wird, hängt von dem Pegel der Sensorintegration ab.
Leider ist es bei vielen Anwendungen nicht möglich, einen kreisförmigen Knopfmagnet auf einem Ende einer Drehwelle zu befestigen, beispielsweise aufgrund von Platzproblemen oder aufgrund einer anderen Komponente, die an dem Ende der Welle befestigt werden muss. Beispielsweise können bei Fahrzeugen beide Enden einer elektrischen Antriebsmotorwelle verwendet werden, um zwei unabhängige Systeme anzutreiben, was an den Wellenenden keinen Zugang für einen Magneten und Sensor lässt.
Daher werden verbesserte Winkelerfassungstechniken benötigt, bei denen Winkelsensoren entlang der Länge einer Welle anstatt an einem Ende der Welle angeordnet sind.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Winkelmesssystem und ein System mit verbesserten Charakteristika zu schaffen.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Weiterbildungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf beiliegende Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1A–1B isometrische Diagramme, die ein Beispiel dafür zeigen, wie ein Magnetfeldrichtungssensor arbeiten kann;
2A–2C Draufsichten eines herkömmlichen Knopfmagneten, der auf einer Drehwelle befestigt ist.
3A–3B Seiten bzw. Draufsichten eines Ringmagneten, der radial um eine drehbare Welle befestigt ist, der einige Nachteile aufweist;
4A–4B Seiten bzw. Draufsichten eines quadratischen Magneten, der um eine drehbare Welle befestigt ist, gemäß einigen Ausführungsbeispielen;
5A–5B Seiten bzw. Draufsichten eines quadratischen Magneten mit abgerundeten Ecken, der um eine drehbare Welle befestigt ist, gemäß einigen Ausführungsbeispielen;
6A–6B Seiten und Draufsichten eines quadratischen Magneten mit abgerundeten Ecken gemäß einigen Ausführungsbeispielen;
7 ein Blockdiagramm, das ein Ausführungsbeispiel eines GMR- oder AMR-Winkelsensors gemäß einigen Ausführungsbeispielen darstellt;
8 ein Blockdiagramm, das ein Ausführungsbeispiel eines GMR-Erfassungsarrays gemäß einigen Ausführungsbeispielen darstellt.
Der beanspruchte Gegenstand wird nun mit Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wo gleiche Bezugszeichen verwendet werden, um überall gleiche Elemente zu bezeichnen. In der folgenden Beschreibung sind zu Erklärungszwecken zahlreiche spezifische Einzelheiten aufgeführt, um ein gründliches Verständnis des beanspruchten Gegenstands bereitzustellen. Es ist jedoch offensichtlich, dass der beanspruchte Gegenstand ohne diese spezifischen Einzelheiten praktiziert werden kann.
Aspekte der vorliegenden Offenbarung beziehen sich auf Techniken zum Messen einer Winkelposition einer Drehwelle. Wie es nachfolgend näher beschrieben wird, umfassen einige Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung einen Magneten, der radial oder peripher um die Axiallänge einer Welle befestigt ist. Der Magnet umfasst eine erste und eine zweite Flächenoberfläche, von denen jede im Wesentlichen quadratisch ist. Es ist klar, dass „im Wesentlichen quadratisch” im Zusammenhang dieser Offenbarung tatsächlich quadratisch oder etwa quadratisch (z. B. quadratisch mit abgerundeten Ecken) bedeuten kann. Durch Aufnehmen im Wesentlichen quadratischer Magneten mit Durchgangslöchern für Drehwellenanwendungen können genauere Winkelmessungen durchgeführt werden im Vergleich zu vorhergehenden Implementierungen.
3A–3B zeigen eine Seiten- bzw. Draufsicht eines Ringmagneten 300, der radial um eine drehbare Welle 302 befestigt ist und der einige Nachteile aufweist. Im Vergleich zu dem in 2 gezeigten Knopfmagneten ist dieser Ringmagnet 300 vorteilhaft, da er ein Durchgangsloch 304 umfasst, so dass dasselbe um die Axiallänge der Welle 302 befestigt werden kann. Da außerdem der Ringmagnet 300 eine fortlaufende kreisförmige Kante 306 aufweist, ist derselbe relativ einfach herzustellen und zeigt eine gute Symmetrie (z. B. begrenztes „Schwanken” („wobble”)) während sich die Welle 302 dreht. Anders als bei herkömmlichen Knopfmagneten (z. B. Knopfmagnet 202 in 2), die gerade und parallele Magnetfeldlinien bereitstellten, sind die Magnetfeldlinien 308 in dem Ringmagnet 300 jedoch leider nicht mehr gerade und parallel zueinander aufgrund des Durchgangslochs 304 in der Mitte des Magneten 300. Diese „gebogenen” Feldlinien 308 machen genaue Winkelmessungen schwieriger, noch weiter verstärkt durch Sensorpositionen versetzt von der Mitte im Vergleich zu herkömmlichen Knopfmagneten. Somit ist der Ringmagnet 300 von 3 für viele Anwendungen nicht optimal.
Um Magnetfeldlinien geradliniger und parallel zueinander zu machen, nutzt die vorliegende Offenbarung im Wesentlichen quadratische Magneten mit Durchgangslöchern in denselben. Es ist klar, dass „im Wesentlichen quadratische” Magneten Magneten umfassen, die genau quadratisch sind, sowie Magneten, die etwa quadratisch sind (die z. B. abgerundete Ecken oder andere kleine Abweichungen vom Quadrat aufweisen). Außerdem, obwohl Durchgangslöcher in vielen Fällen kreisförmig sind, um eine kreisförmige Welle aufzunehmen, können Durchgangslöcher im Allgemeinen jede andere Form haben, wie z. B. quadratisch. Durch Bereitstellen geradlinigerer und parallelerer Magnetfeldlinien neigen solche im Wesentlichen quadratischen Magneten dazu, eine größere Präzision und Genauigkeit zu ermöglichen, wenn Drehwinkel einer Welle gemessen werden.
4A–4B stellen eine Seitenansicht bzw. Draufsicht eines Winkelmesssystems 400 dar, dass einen quadratischen Magneten 406 umfasst. Das Winkelmesssystem 400 ist konfiguriert, um einen Winkel einer Drehwelle 402 zu bestimmen, der sich entlang einer Wellenachse 404 erstreckt. Der quadratische Magnet 406, der ein Durchgangsloch 408 umfasst, das zentral durch eine Nordpolregion 410 und eine Südpolregion 412 angeordnet ist, ist fest an der Welle 402 befestigt. Der quadratische Magnet 406 umfasst eine erste bzw. zweite Flächenoberfläche 414, 416. Die erste und die zweite Flächenoberfläche 414, 416 umfassen eine erste bzw. zweite Öffnung, die die Ausmaße des Durchgangslochs 408 definieren, durch das die Welle 402 verläuft.
Ein Winkelsensor 418 ist konfiguriert, um ein zeitvariables Magnetfeld zu messen, das durch den quadratischen Magnet 406 erzeugt wird, während sich die Welle 402 um ihre Achse 404 dreht. Bei vielen Ausführungsbeispielen weist der Winkelsensor 418 einen Halbleiterchip mit einer oder mehreren Widerstands-(z. B. GMR- oder AMR-Widerstands-)Regionen auf. Der Winkelsensor 418 ist häufig in einer Ebene 420 parallel zu der ersten und/oder zweiten Flächenoberfläche (416, 418) positioniert, so dass die Widerstandsregion im Wesentlichen zentriert ist entlang einem konstanten Radius 422, der sich von der Wellenachse 404 erstreckt. Der Winkelsensor 418 ist häufig auf der Ebene 420 zwischen einem inneren Radius 424 und einem äußeren Umfang 426 des quadratischen Magneten 406 positioniert.
Im Vergleich zu der runden Kante 306 des Ringmagneten 300 von 3 helfen die quadratischen Flächenoberflächen 414, 416 des Magneten 406 dabei, die Magnetfeldlinien 428 etwas „gerade zu biegen” und paralleler zu machen. Deswegen ermöglicht der quadratische Magnet 406 eine genauere Winkeldrehmessung als der Ringmagnet 300 von 3.
5A–5B stellen eine Seitenansicht bzw. Draufsicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Winkelmesssystems 500 dar. Anstatt erste und zweite Flächenoberflächen aufzunehmen, die tatsächlich quadratisch sind, wie es bei dem Ausführungsbeispiel von 4A–4B gezeigt ist, umfasst der Winkelsensor 500 einen im Wesentlichen quadratischen Magneten 502 mit abgerundeten Ecken 504. Diese abgerundeten Ecken 504 können weiter dazu beitragen, die Magnetfeldlinien paralleler zu machen im Vergleich zu oben erörterten Implementierungen, wodurch genauere Winkelmessungen ermöglicht werden.
Der im Wesentlichen quadratische Magnet 502, der ein Durchgangsloch 506 aufweist, das zentral durch eine Nordpolregion 508 und eine Südpolregion 510 angeordnet ist, ist fest an einer Welle 512 befestigt. Der im Wesentlichen quadratische Magnet 502 umfasst eine erste bzw. zweite Flächenoberfläche 514, 516. Die erste und die zweite Flächenoberfläche 514, 516 haben abgerundete Ecken 504 und umfassen eine erste bzw. zweite Öffnung, die die Ausmaße des Durchgangslochs 506 definieren, durch das die Welle 512 verläuft.
Ein Winkelsensor 518 ist konfiguriert, um ein zeitvariables Magnetfeld zu messen, das durch den im Wesentlichen quadratischen Magneten 502 erzeugt wird, während sich die Welle 512 um ihre Achse 524 dreht. Bei vielen Ausführungsbeispielen weist der Winkelsensor 518 einen Halbleiterchip mit einer oder mehreren Widerstands-(z. B. GMR- oder AMR-Widerstands-)Regionen auf. Der Winkelsensor 518 ist häufig in einer Ebene 520 parallel zu der ersten und/oder zweiten Flächenoberfläche (514, 516) positioniert, so dass die Widerstandsregion im Wesentlichen entlang einem konstanten Radius 522 zentriert ist, der sich von der Wellenachse 524 erstreckt. Auf dieser Ebene 520 ist der Winkelsensor 518 häufig zwischen einem inneren Radius 526 und einer äußeren Kante 528 des im Wesentlichen quadratischen Magneten 502 positioniert.
6A–6B zeigen eine Seitenansicht bzw. Draufsicht eines weiteren im Wesentlichen quadratischen Magneten 600 mit abgerundeten Ecken 602 gemäß einigen Ausführungsbeispielen. Zu Klarheitszwecken zeigt dieses Ausführungsbeispiel keinen Wellen- oder Winkelsensor wie bei vorhergehenden Ausführungsbeispielen, obwohl dieser im Wesentlichen quadratische Magnet typischerweise in Verbindung mit denselben verwendet wird (siehe z. B. 5A–5B).
Der im Wesentlichen quadratische Magnet 600 umfasst eine erste Flächenoberfläche 604, die einen Umfang 606 aufweist, der lateral um eine Mittelachse 608 des Magneten angeordnet ist. Der Umfang 606 umfasst eine erste Kante 610, die um einen ersten Abstand d_A von der Mittelachse 608 beabstandet ist, und eine zweite Kante 612 senkrecht zu der ersten Kante 610 und um den ersten Abstand d_A von der Mittelachse 608 beabstandet. Ein abgerundetes Segment 614 liegt zwischen der ersten Kante 610 und der zweiten Kante 612 und ist um einen zweiten (z. B. radialen) Abstand d_B von der Mittelachse 608 beabstandet, der größer ist als der erste Abstand d_A.
Die erste Kante und die zweite Kante 610, 612, falls dieselben wie durch die Linien 616 gezeigt verlängert werden, würden sich an einem Schnittpunkt 618 außerhalb der ersten Flächenoberfläche 604 treffen. Der Schnittpunkt 618 ist von der Mittelachse 608 um einen dritten Abstand d_C beabstandet, der größer ist als der zweite Abstand d_B.
Bei einigen Ausführungsbeispielen ist der zweite Abstand d_B etwa eine Hälfte der Summe des ersten Abstands plus dritten Abstands (d. h. d_B = (d_A + d_C)/2). Diese Geometrie für die abgerundeten Ecken 602 hilft dabei, gerade und parallele Magnetfeldlinien bereitzustellen an einem Abstand, an dem ein Sensor positioniert wird (d_sensor).
7 ist ein Blockdiagramm, das ein Ausführungsbeispiel eines Winkelsensors 700 darstellt (z. B. Winkelsensor 418 in 4a–4B und/oder Winkelsensor 518 in 5A–5B). Wie es dargestellt ist, kann der Winkelsensor 700 zusätzlich zu einer magnetoresistiven (MR) Region 702 eine Steuerung 704 und einen Speicher 706 umfassen, wobei der Speicher 706 Werte für eine Mehrzahl von MR-Parametern speichert (z. B. Kalibrierungsparameter). Der Winkelsensor 700 umfasst ferner eine Mehrzahl von Anschlussstiften 708, wie z. B. einen Versorgungsspannung-(V_DD-)Anschlussstift 710, einen Masseanschlussstift 712 und einen Daten-I/O-Anschlussstift 714.
8 ist ein schematisches Diagramm, das allgemein eine GMR-Widerstandsregion 800 (z. B. MR-Widerstandsregion 702 in 7) gemäß einem Ausführungsbeispiel darstellt. Wie es dargestellt ist, umfasst die GMR-Widerstandsregion 800 ein Paar von GMR-Sensorbrücken 802 und 804, wobei die Sensorbrücke 802 durch vier GMR-Widerstände 806a–806d gebildet ist und die Sensorbrücke 804 durch vier GMR-Widerstände 808a–808d gebildet ist. Gemäß der Brückenimplementierung von 8 sind die GMR-Sensorbrücken 802 und 804 orthogonal zueinander angeordnet und sind jeweils konfiguriert, um eine x-Komponente und eine y-Komponente eines Drehmagnetfelds zu erfassen, wie zum Beispiel das Magnetfeld, das durch die gestrichelten Linien bei 810 angezeigt ist.
Eine Versorgungsspannung V_DD ist an einem Anschluss 812 angelegt über einen Anschlussstift 710 und Spannungssignale V_X+ und V_X– der GMR-Sensorbrücke 802 werden an den Anschlüssen 814 und 816 gemessen, und Spannungssignale V_Y+ und V_Y– der GMR-Sensorbrücke 804 werden an den Anschlüssen 818 und 820 gemessen. Ansprechend auf ein externes Magnetfeld, wie zum Beispiel das Magnetfeld 810, ändern sich einer oder mehrere der GMR-Widerstände 806a–806d und 808a–808d in ihren elektrischen Widerständen, was Änderungen bei den Spannungssignalen V_X+ und V_X– an den Anschlüssen 814 und 816 und den Spannungssignalen V_Y+ und V_Y– an den Anschlüssen 818 und 820 bewirkt, die darstellend sind für eine Winkelposition des Magnetfelds 810 relativ zu einem Referenzvektor (z. B. 0 Grad).
Obwohl oben verschiedene Ausführungsbeispiele beschrieben wurden, werden Variationen dieser Ausführungsbeispiele ebenfalls so gesehen, dass dieselben in den Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung fallen.
Wie es von den obigen Einzelheiten klar ist, können Winkelmesstechniken gemäß der vorliegenden Offenbarung vorteilhaft sein bei einer Anzahl von Anwendungen, die eine Drehwelle verwenden. Bei einigen Anwendungen können diese Techniken verwendet werden, um sowohl relative Winkel als auch einen absoluten Winkel zu messen. Im Wesentlichen ist ein relativer Winkel eine Winkelposition gemessen innerhalb einer einzigen 360° Drehung, während ein absoluter Winkel eine Winkelposition ist, die eine mehr als 360° Drehung berücksichtigen kann. Beispielsweise könnte eine relative Winkelposition eine 45° Drehung relativ zu der wahren Vertikalen messen (ohne Anzeige darüber, wie viele 360° Drehungen seit einer vorhergehenden Messung vergangen sind), während eine absolute Winkelposition zwei vollständige 360° Drehungen plus eine 45° Drehung relativ zu einer festen Referenzlinie (z. B. 765° Drehung relativ zu der festen Referenzlinie) anzeigen könnte. Obwohl GMR-Sensoren verwendet werden können, um so gut wie jeden Winkel zu messen (z. B. weniger als 360 Grad oder mehr als 360 Grad), sind AMR-Sensoren im Wesentlichen nur in der Lage, Winkel von 180 Grad oder weniger zu messen.
Bei einigen Ausführungsbeispielen kann ein im Wesentlichen quadratischer Magnet hergestellt werden unter Verwendung einer Spritzgusstechnik, bei der ein Kunststoff oder Plastikmaterial mit magnetisierbarem Material imprägniert wird. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann ein im Wesentlichen quadratischer Magnet auf andere Weise mit einer Welle gekoppelt werden (z. B. Befestigungsvorrichtungen oder Haftmittel).
Obwohl die vorher dargestellten Ausführungsbeispiele nur einen Winkelsensor über jedem Magneten zeigen, können ferner zusätzliche (redundante) Winkelsensoren auf verschiedene Weise gestreut werden bei Winkelerfassungssysteme gemäß dieser Offenbarung. Falls dieselben vorliegen, können redundante Winkelsensoren häufig in einer einzigen Ebene liegen (z. B. Ebene 420 in 4) über einem im Wesentlichen quadratischen Magneten (z. B. 406 in 4). Redundante Winkelsensoren können jedoch auch übereinander „gestapelt” sein bei dieser und anderen Implementierungen. Unabhängig von der verwendeten Anordnung können redundante Winkelsensoren dazu beitragen, zuverlässige Winkelerfassung für eine lange Zeitperiode zu ermöglichen. Redundante Winkelsensoren stellen auch eine Gelegenheit dar für Genauigkeitsbestätigung und Datenqualität; falls bekannt ist, dass auf der PCB diese Winkelsensoren um 180° Drehung getrennt sind (beispielsweise), dann sollten diese Sensoren immer und zu jeder Zeit Daten bereitstellen, die um 180° getrennt sind, und dadurch Datenqualität und Systemgenauigkeit sicherstellen.
Wie es für einen Fachmann auf diesem Gebiet klar ist, können verschiedene Firmen eine Komponente unterschiedlich bezeichnen. Dieses Dokument beabsichtigt nicht, zwischen Komponenten zu unterscheiden, die sich vom Namen aber nicht der Funktion her unterscheiden. Bei diesem Dokument werden die Begriffe „umfassend” und „aufweisend” auf offene Weise verwendet, und sollten somit so gedeutet werden, dass sie „umfassend, aber nicht begrenzt auf...” bedeuten. Außerdem soll der Begriff „koppeln” (und Variationen desselben) entweder eine indirekte oder direkte Verbindung bedeuten. Falls somit ein erstes Element mit einem zweiten Element gekoppelt ist, kann diese Verbindung eine direkte Verbindung sein oder kann eine indirekte Verbindung sein über andere Elemente und Verbindungen. Obwohl hierin verschiedene ungefähre numerische Werte bereitgestellt werden, sind diese numerischen Werte lediglich Beispiele und sollten nicht verwendet werden, um den Schutzbereich der Offenbarung zu begrenzen.
Außerdem, obwohl die Offenbarung mit Bezugnahme auf eine oder mehrere Implementierungen gezeigt und beschrieben wurde, werden für andere Fachleute auf diesem Gebiet äquivalente Änderungen und Modifikationen offensichtlich beim Lesen und Verstehen dieser Beschreibung und der angehängten Zeichnungen. Obwohl sich diese Anwendung auf AMR- und/oder GMR-Sensoren bezieht, ist es beispielsweise klar, dass andere magnetoresistive (MR)Sensoren auch so gesehen werden, dass sie in den Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung fallen. Beispielsweise ist ein Tunnelmagnetwiderstand (TMR) ein weiterer Typ von magnetoresistivem Effekt, der bei Winkelsensoren gemäß einigen Ausführungsbeispielen verwendet werden kann. Andere MR-Sensoren könnten ebenfalls enthalten sein. Die Offenbarung umfasst alle solche Modifikationen und Änderungen und ist nur durch den Schutzbereich der folgenden Ansprüche begrenzt. In besonderer Bezugnahme auf die verschiedenen Funktionen, die durch die oben beschriebenen Komponenten (z. B. Elemente und/oder Ressourcen) durchgeführt werden, sollen die Begriffe, die verwendet werden, um solche Komponenten zu beschreiben, jeder Komponente entsprechen, die die spezifizierte Funktion der beschriebenen Komponente durchführt (z. B. die funktional äquivalent ist), auch wenn dieselbe nicht strukturell äquivalent ist zu der offenbarten Struktur, die die Funktion bei den hierin dargestellten beispielhaften Implementierungen der Offenbarung durchführt, es sei denn dies ist anderweitig angezeigt. Außerdem, obwohl eventuell ein bestimmtes Merkmal der Offenbarung offenbart wurde bezüglich nur einer von mehreren Implementierungen, kann ein solches Merkmal mit einem oder mehreren anderen Merkmalen der anderen Implementierungen kombiniert werden, je nachdem wie es für eine gegebene oder bestimmte Anwendung gewünscht oder vorteilhaft ist. Außerdem sollen die Artikel „ein/eine”, wie sie bei dieser Anmeldung und in den angehängten Ansprüchen verwendet werden, „ein/eine oder mehrere” bedeuten.
Ferner sollen in dem Ausmaß, wie die Begriffe „umfasst”, „hat”, „mit” oder Varianten davon entweder in der detaillierten Beschreibung oder den Ansprüchen verwendet werden, solche Begriffe auf ähnliche Weise einschließend sein wie der Begriff „aufweisend”.

Claims

Winkelmesssystem, das folgende Merkmale aufweist: eine Welle, die sich entlang einer Wellenachse erstreckt und konfiguriert ist, um sich axial um dieselbe zu drehen; einen Magneten, der eine erste und eine zweite Oberfläche umfasst, die jeweils im Wesentlichen quadratisch sind, wobei die erste und die zweite Oberfläche eine erste beziehungsweise zweite Öffnung aufweisen, und wobei die erste und die zweite Öffnung Ausmaße eines Durchgangslochs in dem Magneten definieren, durch das sich die Welle erstreckt.
Winkelmesssystem gemäß Anspruch 1, bei dem die erste und die zweite Oberfläche quadratische Oberflächen mit abgerundeten Ecken sind.
Winkelmesssystem gemäß Anspruch 2, das ferner folgendes Merkmal aufweist: einen Winkelsensor, der konfiguriert ist, um ein zeitvariables Magnetfeld zu messen, das durch den Magneten erzeugt wird, während sich die Welle dreht, um einen Drehwinkel der Welle zu bestimmen.
Winkelmesssystem gemäß Anspruch 3, bei dem der Winkelsensor an einer Position befestigt ist, die von der Wellenachse beabstandet ist.
Winkelmesssystem gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, bei dem die erste Oberfläche einen Umfang aufweist, der lateral um die Wellenachse angeordnet ist, wobei der Umfang folgende Merkmale aufweist: eine erste Kante, die von der Wellenachse um einen ersten Abstand beabstandet ist; eine zweite Kante, die senkrecht zu der ersten Kante ist und von der Wellenachse um den ersten Abstand beabstandet ist; ein abgerundetes Segment zwischen der ersten Kante und der zweiten Kante und beabstandet von der Wellenachse um einen zweiten Abstand, der größer ist als der erste Abstand.
Winkelmesssystem gemäß Anspruch 5, bei dem die erste Kante und die zweite Kante, falls dieselben verlängert werden, sich in einem Schnittpunkt außerhalb der ersten Oberfläche treffen würden, und wobei der Schnittpunkt von der Wellenachse um einen dritten Abstand beabstandet ist, der größer ist als der zweite Abstand.
Winkelmesssystem gemäß Anspruch 6, bei dem der zweite Abstand etwa eine Hälfte der Summe des ersten Abstands plus dritten Abstands ist.
Winkelmesssystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, das ferner folgende Merkmale aufweist: einen Winkelsensor, der konfiguriert ist, um ein zeitvariables Magnetfeld zu messen, das durch den Magneten erzeugt wird, während sich die Welle dreht, um dadurch einen Drehwinkel der Welle zu bestimmen.
Winkelmesssystem gemäß Anspruch 8, bei dem der Winkelsensor an einer Position befestigt ist, die von einer Mittelachse des Magneten beabstandet ist.
Winkelmesssystem gemäß Anspruch 8 oder 9, bei dem der Winkelsensor eine Erfassungsregion umfasst, die über der ersten Oberfläche des Magneten positioniert ist zwischen einem inneren Umfang des Magneten nahe zu der Welle und einem äußeren Umfang des Magneten.
Winkelmesssystem gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10, bei dem der Winkelsensor folgendes Merkmal aufweist: einen Halbleiterchip, der eine Anordnung von magnetoresistiven resistiven Sensoren umfasst, die angeordnet sind, um eine Magnetfeldrichtwirkung zu bestimmen.
Winkelmesssensor gemäß Anspruch 11, bei dem der Halbleiterchip ein Paar von MR-Sensorbrücken aufweist, die orthogonal zueinander angeordnet sind.
Winkelmesssystem gemäß einem der Ansprüche 8 bis 12, bei dem der Winkelsensor folgende Merkmale aufweist: eine ultradünne leitende, nicht-ferromagnetische Schicht; und ein Paar von ferromagnetischen Schichten, die um gegenüberliegende Seiten der leitenden nicht-ferromagnetischen Schicht angeordnet sind.
System, das folgende Merkmale aufweist: eine Welle, die sich entlang einer Wellenachse erstreckt; einen Magneten, der gegenüberliegende Oberflächen aufweist, die im Wesentlichen quadratisch sind mit abgerundeten Ecken, wobei der Magnet eine zentrale Öffnung umfasst, durch die die Welle verläuft und durch die der Magnet an der Welle befestigt ist.
System gemäß Anspruch 14, das ferner folgendes Merkmal aufweist: einen Winkelsensor, der positioniert ist, um einen Drehwinkel der Welle zu bestimmen durch Messen eines zeitvariablen Magnetfelds, das durch den Magneten erzeugt wird, während sich die Welle dreht.
System gemäß Anspruch 14 oder 15, bei dem die Welle angepasst ist, um sich durch einen absoluten Winkel von mehr als dreihundertsechzig Grad um die Wellenachse zu drehen.
System gemäß einem der Ansprüche 14 bis 16, bei dem die Welle begrenzt ist auf eine Drehung von 360 Grad oder weniger um die Wellenachse.
System gemäß einem der Ansprüche 15 bis 17, bei dem der Winkelsensor folgendes Merkmal aufweist: einen Halbleiterchip, der eine Anordnung von magnetoresistiven resistiven (MR) Sensoren umfasst, die angeordnet sind, um gemeinsam eine Magnetfeldrichtwirkung zu bestimmen.
System gemäß Anspruch 18, bei dem der Halbleiterchip ein Paar von MR-Sensorbrücken aufweist, die orthogonal zueinander angeordnet sind.
System gemäß einem der Ansprüche 15 bis 19, bei dem der Winkelsensor folgende Merkmale aufweist: eine ultradünne leitende nicht-ferromagnetische Schicht; und ein Paar von ferromagnetischen Schichten, die um gegenüberliegende Seiten der leitenden nicht-ferromagnetischen Schicht angeordnet sind.