DE102018103341A1

DE102018103341A1 - Winkelsensor mit störfeldunterdrückung

Info

Publication number: DE102018103341A1
Application number: DE102018103341.9A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Zimmer
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2017-02-17
Filing date: 2018-02-14
Publication date: 2018-08-23
Also published as: US10533877B2; US20180238711A1; CN108489379A; CN108489379B

Abstract

Ein Winkelsensor kann ein erstes Erfassungselement zum Bereitstellen eines ersten Satzes aus Ausgangssignalen umfassen, die einem Magnetfeld zugeordnet sind, das durch einen drehbaren Magneten erzeugt wird. Das erste Erfassungselement kann in einer ersten Distanz von einer Oberfläche des drehbaren Magneten entlang einer gegebenen Richtung angeordnet ist, und kann ausgebildet sein, um in einem nicht gesättigten Modus zu arbeiten. Der Winkelsensor kann ein zweites Erfassungselement zum Bereitstellen eines zweiten Satzes aus Ausgangssignalen umfassen, die dem Magnetfeld zugeordnet sind, das durch den drehbaren Magneten erzeugt wird. Das zweite Erfassungselement kann in einer zweiten Distanz von der Oberfläche des drehbaren Magneten entlang der gegebenen Richtung angeordnet sein und kann ausgebildet sein, um in einem nicht gesättigten Modus zu arbeiten.

Description

HINTERGRUND
Ein magnetischer Winkelsensor kann verwendet werden, um eine Orientierung eines Magnetfeldes (z. B. einen Winkel zwischen Null Grad und dreihundertsechzig Grad) zu bestimmen, das durch einen Magneten erzeugt wird. Der magnetische Winkelsensor kann ein Hall-Effekt-Sensor, ein auf MR (Magnetowiderstand) basierender Sensor, ein variabler Reluktanzsensor (VRS; variable reluctance sensor), ein Fluxgate-Sensor oder ähnliches sein.
ZUSAMMENFASSUNG
Es kann ein Bedarf zum Bereitstellen eines verbesserten Konzeptes für einen Winkelsensor, eine Vorrichtung und einen magnetischen Sensor bestehen.
Ein solcher Bedarf kann durch den Gegenstand eines der Ansprüche erfüllt werden.
Einige Ausführungsbeispiele beziehen sich auf einen Winkelsensor umfassend ein erstes Erfassungselement zum Bereitstellen eines ersten Satzes aus Ausgangssignalen, die einem Magnetfeld zugeordnet sind, das durch einen drehbaren Magneten erzeugt wird, wobei das erste Erfassungselement in einer ersten Distanz von einer Oberfläche des drehbaren Magneten entlang einer gegebenen Richtung angeordnet ist, und wobei das erste Erfassungselement ausgebildet ist, um in einem nicht gesättigten Modus zu arbeiten; und ein zweites Erfassungselement zum Bereitstellen eines zweiten Satzes aus Ausgangssignalen, die dem Magnetfeld zugeordnet sind, das durch den drehbaren Magneten erzeugt wird, wobei das zweite Erfassungselement in einer zweiten Distanz von der Oberfläche des drehbaren Magneten entlang der gegebenen Richtung angeordnet ist, und wobei das zweite Erfassungselement ausgebildet ist, um in einem nicht gesättigten Modus zu arbeiten.
Optional umfasst der Winkelsensor ferner einen Prozessor zum Bestimmen eines Rotationswinkels des drehbaren Magneten basierend auf einer Kombination des ersten Satzes aus Ausgangssignalen und des zweiten Satzes aus Ausgangssignalen.
Wiederum optional wird ein Einfluss eines Störmagnetfeldes von dem bestimmten Rotationswinkel unterdrückt als Ergebnis des Bestimmens des Rotationswinkels basierend auf der Kombination des ersten Satzes aus Ausgangssignalen und des zweiten Satzes aus Ausgangssignalen.
Optional muss der Prozessor, beim Bestimmen des Rotationswinkels des drehbaren Magneten, den Rotationswinkels basierend auf Differenzen zwischen zumindest zwei Ausgangssignalen, die in dem ersten Satz aus Ausgangssignalen umfasst sind, und entsprechenden zumindest zwei Ausgangssignalen, die in dem zweiten Satz aus Ausgangssignalen umfasst sind, bestimmen.
Wiederum optional sind eine aktive Oberfläche des ersten Erfassungselements und eine aktive Oberfläche des zweiten Erfassungselements im Wesentlichen auf einer Rotationsachse des drehbaren Magneten zentriert.
Optional sind das erste Erfassungselement und das zweite Erfassungselement in einer gestapelten Anordnung angeordnet.
Wiederum optional sind das erste Erfassungselement und das zweite Erfassungselement in einem einzelnen Gehäuse angeordnet.
Optional ist eine Distanz zwischen dem ersten Erfassungselement und dem zweiten Erfassungselement kleiner oder gleich ungefähr 0,6 Millimeter.
Wiederum optional ist eine Distanz von der Oberfläche des drehbaren Magneten zu dem ersten Erfassungselement in einem Bereich von 0,6 Millimetern bis 10,0 Millimetern.
Optional umfasst das erste Erfassungselement oder das zweite Erfassungselement ein Paar aus Vollbrücken oder ein Paar aus Halbbrücken.
Wiederum optional umfasst der erste Satz aus Ausgangssignalen zumindest ein erstes Sinussignal und ein erstes Cosinussignal und der zweite Satz aus Ausgangssignalen umfasst zumindest ein zweites Sinussignal und ein zweites Cosinussignal.
Optional umfasst der erste Satz aus Ausgangssignalen zumindest ein erstes invertiertes Sinussignal und ein erstes invertiertes Cosinussignal und der zweite Satz aus Ausgangssignalen umfasst zumindest ein zweites invertiertes Sinussignal und ein zweites invertiertes Cosinussignal.
Einige Ausführungsbeispiele beziehen sich auf eine Vorrichtung umfassend ein erstes Erfassungselement, das in einer ersten Distanz von einem Magneten angeordnet ist, um einen ersten Satz aus Ausgangssignalen bereitzustellen, die einem Magnetfeld zugeordnet sind, das durch den Magneten erzeugt wird, wobei Amplituden des ersten Satzes aus Ausgangssignalen von einer Stärke des Magnetfeldes an dem ersten Erfassungselement abhängig sind; und ein zweites Erfassungselement, das in einer zweiten Distanz von einem Magneten angeordnet ist, um einen zweiten Satz aus Ausgangssignalen bereitzustellen, die dem Magnetfeld zugeordnet sind, das durch den Magneten erzeugt wird, wobei Amplituden des zweiten Satzes aus Ausgangssignalen von einer Stärke des Magnetfeldes an dem zweiten Erfassungselement abhängig sind.
Optional umfasst die Vorrichtung ferner einen Prozessor zum Bestimmen eines Rotationswinkels des Magneten basierend auf einer Kombination des ersten Satzes aus Ausgangssignalen und des zweiten Satzes aus Ausgangssignalen.
Wiederum optional wird ein Einfluss eines Störmagnetfeldes von dem bestimmten Rotationswinkel unterdrückt als Ergebnis des Bestimmens des Rotationswinkels basierend auf dem ersten Satz aus Ausgangssignalen und dem zweiten Satzes aus Ausgangssignalen.
Optional muss der Prozessor, beim Bestimmen des Rotationswinkels des Magneten, eine erste Differenz zwischen einem ersten Ausgangssignal, das in dem ersten Satz aus Ausgangssignalen umfasst ist, und einem zweiten Ausgangssignal, das in dem zweiten Satz aus Ausgangssignalen umfasst ist, bestimmen; eine zweiten Differenz zwischen einem dritten Ausgangssignal, das in dem ersten Satz aus Ausgangssignalen umfasst ist, und einem vierten Ausgangssignal, das in dem zweiten Satz aus Ausgangssignalen umfasst ist, bestimmen; und den Rotationswinkel basierend auf der ersten Differenz und der zweiten Differenz bestimmen.
Wiederum optional sind das erste Erfassungselement und das zweite Erfassungselement im Wesentlichen auf einer Rotationsachse des Magneten zentriert und in einer gestapelten Anordnung angeordnet.
Optional sind das erste Erfassungselement und das zweite Erfassungselement in einem einzelnen Gehäuse angeordnet.
Wiederum optional umfasst der erste Satz aus Ausgangssignalen zumindest eines aus einem ersten Sinussignal und einem ersten Cosinussignal, oder einem ersten inversen Sinussignal und einem ersten inversen Cosinussignal, und wobei der zweite Satz aus Ausgangssignalen zumindest eines umfasst aus einem zweiten Sinussignal und einem zweiten Cosinussignal, oder einem zweiten inversen Sinussignal und einem zweiten inversen Cosinussignal.
Einige Ausführungsbeispiele beziehen sich auf einen Magnetsensor umfassend ein erstes Erfassungselement zum Bereitstellen eines ersten Satzes aus Ausgangssignalen, die einem Magnetfeld zugeordnet sind, das durch einen Magneten erzeugt wird, wobei das erste Erfassungselement in einer ersten Distanz von Magneten angeordnet ist, und wobei das erste Erfassungselement in einem nicht gesättigten Modus derart arbeitet, dass Amplituden des ersten Satzes aus Ausgangssignalen von einer Stärke des Magnetfeldes an dem ersten Erfassungselement abhängen; und ein zweites Erfassungselement zum Bereitstellen eines zweiten Satzes aus Ausgangssignalen, die dem Magnetfeld zugeordnet sind, das durch den Magneten erzeugt wird, wobei das zweite Erfassungselement in einer zweiten Distanz von dem Magneten angeordnet ist, und wobei das zweite Erfassungselement in einem nicht gesättigten Modus derart arbeitet, dass Amplituden des zweiten Satzes aus Ausgangssignalen von einer Stärke des Magnetfeldes an dem zweiten Erfassungselement abhängen.
Gemäß einigen möglichen Implementierungen kann ein Winkelsensor folgendes umfassen: ein erstes Erfassungselement zum Bereitstellen eines ersten Satzes aus Ausgangssignalen, die einem Magnetfeld zugeordnet sind, das durch einen drehbaren Magneten erzeugt wird, wobei das erste Erfassungselement in einer ersten Distanz von einer Oberfläche des drehbaren Magneten entlang einer gegebenen Richtung angeordnet sein kann, und wobei das erste Erfassungselement ausgebildet sein kann, um in einem nicht gesättigten Modus zu arbeiten; und ein zweites Erfassungselement zum Bereitstellen eines zweiten Satzes aus Ausgangssignalen, die dem Magnetfeld zugeordnet sind, das durch den drehbaren Magneten erzeugt wird, wobei das zweite Erfassungselement in einer zweiten Distanz von der Oberfläche des drehbaren Magneten entlang der gegebenen Richtung angeordnet sein kann, und wobei das zweite Erfassungselement ausgebildet sein kann, um in einem nicht gesättigten Modus zu arbeiten.
Gemäß einigen möglichen Implementierungen kann eine Vorrichtung folgendes umfassen: ein erstes Erfassungselement, das in einer ersten Distanz von einem Magneten angeordnet ist, um einen ersten Satz aus Ausgangssignalen bereitzustellen, die einem Magnetfeld zugeordnet sind, das durch den Magneten erzeugt wird, wobei Amplituden des ersten Satzes aus Ausgangssignalen von einer Stärke des Magnetfeldes an dem ersten Erfassungselement abhängig sein können; und ein zweites Erfassungselement, das in einer zweiten Distanz von dem Magneten angeordnet ist, um einen zweiten Satz aus Ausgangssignalen bereitzustellen, die dem Magnetfeld zugeordnet sind, das durch den Magneten erzeugt wird, wobei Amplituden des zweiten Satzes aus Ausgangssignalen von einer Stärke des Magnetfeldes an dem zweiten Erfassungselement abhängig sein können.
Gemäß einigen möglichen Implementierungen kann ein Magnetsensor folgendes umfassen: ein erstes Erfassungselement zum Bereitstellen eines ersten Satzes aus Ausgangssignalen, die einem Magnetfeld zugeordnet sind, das durch einen Magneten erzeugt wird, wobei das erste Erfassungselement in einer ersten Distanz von dem Magneten angeordnet sein kann, und wobei das erste Erfassungselement in einem nicht gesättigten Modus derart arbeiten kann, dass Amplituden des ersten Satzes aus Ausgangssignalen von einer Stärke des Magnetfeldes an dem ersten Erfassungselement abhängen; und ein zweites Erfassungselement zum Bereitstellen eines zweiten Satzes aus Ausgangssignalen, die dem Magnetfeld zugeordnet sind, das durch den Magneten erzeugt wird, wobei das zweite Erfassungselement in einer zweiten Distanz von dem Magneten angeordnet sein kann, und wobei das zweite Erfassungselement in einem nicht gesättigten Modus derart arbeiten kann, dass Amplituden des zweiten Satzes aus Ausgangssignalen von einer Stärke des Magnetfeldes an dem zweiten Erfassungselement abhängen.
Gemäß einigen möglichen Implementierungen kann ein Verfahren umfassen das Bereitstellen, durch ein erstes Erfassungselement, eines ersten Satzes aus Ausgangssignalen, die einer Stärke eines Magnetfeldes zugeordnet sind, an dem ersten Erfassungselement, wobei das erste Erfassungselement in einer ersten Distanz von einem Magneten angeordnet sein kann, der dem Magnetfeld zugeordnet sein kann, und wobei das erste Erfassungselement ausgebildet sein kann, um in einem nicht gesättigten Modus derart zu arbeiten, dass Amplituden des ersten Satzes aus Ausgangssignalen von der Stärke des Magnetfeldes an dem ersten Erfassungselement abhängen; das Bereitstellen, durch ein zweites Erfassungselement, eines zweiten Satzes aus Ausgangssignalen, die einer zweiten Stärke des Magnetfeldes zugeordnet sind, an dem zweiten Erfassungselement, wobei das zweite Erfassungselement in einer zweiten Distanz von dem Magneten angeordnet sein kann, der dem Magnetfeld zugeordnet ist, und wobei das zweite Erfassungselement ausgebildet ist, um in einem nicht gesättigten Modus derart zu arbeiten, dass Amplituden des zweiten Satzes aus Ausgangssignalen von der zweiten Stärke des Magnetfeldes an dem ersten Erfassungselement abhängen.
Bei einigen Implementierungen kann das Verfahren ferner das Bestimmen eines Rotationswinkels des Magneten, der dem Magnetfeld zugeordnet ist, basierend auf dem ersten Satz aus Ausgangssignalen und dem zweiten Satz aus Ausgangssignalen durch einen Prozessor umfassen. Bei einigen Implementierungen kann der bestimmte Rotationswinkel frei von einem Einfluss eines Störmagnetfeldes sein, das an dem ersten Erfassungselement und dem zweiten Erfassungselement vorhanden ist. Bei einigen Implementierungen können das erste Erfassungselement und das zweite Erfassungselement im Wesentlichen auf einer Rotationsachse des Magneten zentriert sein. Bei einigen Implementierungen können das erste Erfassungselement und das zweite Erfassungselement in einer gestapelten Anordnung in einem einzelnen Gehäuse sein.
Figurenliste

1 ist ein Diagramm einer Übersicht einer hierin beschriebenen beispielhaften Implementierung;
2 ist ein Diagramm einer beispielhaften Umgebung, in der hierin beschriebene Systeme und/oder Verfahren implementiert sein können;
3 ist ein Diagramm von beispielhaften Elementen eines Winkelsensors, der in der beispielhaften Umgebung von 2 umfasst ist;
4 ist ein Diagramm einer beispielhaften Implementierung eines Erfassungselements, das in dem Winkelsensor von 2 umfasst sein kann;
5 ist ein Diagramm einer beispielhaften Implementierung eines Winkelsensors, der in der Lage ist, einen Effekt eines Störmagnetfeldes zu unterdrücken;
6 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Prozesses zum Bestimmen eines Rotationswinkels eines Magneten, während ein Effekt eines Störmagnetfeldes unterdrückt wird;
7A und 7B sind Ansichten eines beispielhaften Gehäuses für einen Winkelsensor, der eine gestapelte Anordnung von Erfassungselementen umfasst;
8A-8D sind graphische Darstellungen, die beispielhafte Magnetfeldstärken zeigen, die einer Verwendung eines diametral magnetisierten Magneten und eines axial magnetisierten Magneten in Zuordnung zu dem Winkelsensor von 2 zugeordnet sind;
9 ist ein Diagramm einer beispielhaften Implementierung von mehreren Winkelsensoren, die angeordnet sind, um einen Effekt eines Störmagnetfeldes zu unterdrücken.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgende detaillierte Beschreibung von beispielhaften Implementierungen bezieht sich auf die beiliegenden Zeichnungen. Die gleichen Bezugszeichen in unterschiedlichen Zeichnungen können die gleichen oder ähnliche Elemente identifizieren.
Ein Winkelsensor, wie beispielsweise ein MR-basierter Winkelsensor oder ein Hall-Effekt-Sensor, kann ein Erfassungselement umfassen, das empfindlich für Magnetfelder in der Ebene ist (d.h. Komponenten von Magnetfeldern, die parallel zu einer Oberfläche des Erfassungselements sind). In einigen Fällen können solche Erfassungselemente entworfen sein, um in einem gesättigten Modus zu arbeiten (d.h. derart, dass eine Stärke eines Magnetfeldes einer freien Schicht des Erfassungselements erlaubt, Material-inhärente und/oder durch die Geometrie bedingte magnetische Anisotropien zu überwinden, um die Genauigkeit zu verbessern).
Wenn jedoch ein Störmagnetfeld mit Komponenten in der empfindlichen Ebene des Sensors (z.B. ein Magnetfeld abgesehen von einem Dreh-Magnetfeld, das durch einen Magneten erzeugt wird, der dem Winkelsensor zugeordnet ist) vorliegt, wird die Magnetisierung des Erfassungselements entlang einer Vektorsumme des Störmagnetfeldes und des Dreh-Magnetfeldes ausgerichtet. Somit kann die Genauigkeit eines Winkels, der durch den Winkelsensor gemessen wird, aufgrund des Einflusses des Störmagnetfeldes reduziert werden. In einem solchen Fall ist der Einfluss des Störmagnetfeldes auf den gemessenen Winkel abhängig von einer Ausrichtung des Dreh-Magnetfeldes (d.h. der Einfluss des Störmagnetfeldes ändert sich, wenn sich der Magnet dreht, wodurch der gemessene Winkel variabel zunimmt oder abnimmt, wenn sich der Magnet dreht). Ferner, wenn die Erfassungselemente des Winkelsensors entworfen sind, um in dem gesättigten Modus zu arbeiten, sind Informationen betreffend Stärken der Komponenten auf gleicher Ebene des effektiven Magnetfeldes nicht verfügbar, was verhindert, dass der Einfluss des Störfeldes identifiziert wird.
Als ein Beispiel kann ein Störmagnetfeld mit einer Stärke von ungefähr 1,5 Millitesla (mT), kombiniert mit einem Dreh-Magnetfeld mit einer Stärke von ungefähr 25mT, eine Abweichung (z.B. eine Erhöhung oder Verringerung) von bis zu ungefähr ±3,4° bei dem Winkel verursachen, der durch den Winkelsensor gemessen wird. In einigen Fällen kann das Störmagnetfeld eine Stärke von ungefähr 1,5 mT (oder mehr) haben, während das Dreh-Magnetfeld eine Stärke in einem Bereich von ungefähr 20mT bis ungefähr 70mT haben kann.
Eine Technik zum Unterdrücken des Einflusses eines Störmagnetfeld-Einflusses ist das Verwenden einer Außerachsen-Anordnung von Erfassungselementen (d.h. derart, dass Erfassungselemente nicht auf einer Rotationsachse des Magneten zentriert sind), was erlaubt, dass der Einfluss des Störmagnetfeldes unterdrückt wird. Eine solche Technik kann jedoch eine komplexe Positionierung von Erfassungselementen erfordern, was eine Gesamtgröße des Winkelsensors erhöhen kann und/oder Kosten zur Herstellung und/oder Anordnung des Winkelsensors erhöhen kann.
Eine andere Technik zum Unterdrücken eines Einflusses eines Störmagnetfeldes ist das Implementieren einer Gradiometeranordnung, wo ein differentielles Magnetfeld zur Verwendung beim Messen des Rotationswinkels bereitgestellt wird. Eine solche Technik kann jedoch eine hohe Empfindlichkeit im Hinblick auf das Positionieren von einem oder mehreren Elementen des Winkelsensors haben, was die Genauigkeit reduzieren und/oder die Kosten des Winkelsensors erhöhen kann.
Eine zusätzliche Technik zum Unterdrücken eines Einflusses eines Störmagnetfeldes kann sein, eine Komponente in der Ebene des Störmagnetfeldes zu detektieren und die Komponente in der Ebene zu kompensieren. Eine solche Implementierung kann unter Verwendung eines MR-basierten Winkelsensors erreicht werden, der in einem nicht gesättigten Modus arbeitet. Um jedoch eine Unterdrückung des Störmagnetfeldes unter Verwendung einer solchen Technik zu erreichen, muss das Störmagnetfeld im Wesentlichen konstant sein (oder langsam über eine relativ lange Zeitperiode variieren), was bei einigen Winkelsensoranwendungen möglicherweise nicht der Fall ist.
Implementierungen, die hierin beschrieben sind, stellen einen Winkelsensor bereit, der zumindest zwei Erfassungselemente umfasst, der in der Lage ist, einen Einfluss eines Störmagnetfeldes auf eine Winkelmessung zu unterdrücken, die einem Dreh-Magnetfeld zugeordnet ist (z.B. durch einen Dreh-Magneten erzeugt wird). Bei einigen Implementierungen sind die zumindest zwei Erfassungselemente in der Lage, Stärken von entsprechenden Komponente in der Ebene eines Magnetfeldes zu messen (d.h. die Sätze aus Erfassungselementen können in einem nicht gesättigten Modus arbeiten), um eine Unterdrückung des Einflusses des Störmagnetfeldes zu erlauben.
Bei einigen Implementierungen kann die Unterdrückung des Störmagnetfeldes erreicht werden durch Anordnen der zumindest zwei Erfassungselemente in unterschiedlichen Distanzen von dem Magneten, wodurch die zumindest zwei Erfassungselemente unterschiedlichen Magnetfeldstärken ausgesetzt werden. Hier können Differenzen bei Ausgangssignalen, die durch die Erfassungselemente bereitgestellt werden, berechnet werden, und der Rotationswinkel kann basierend auf diesen Differenzen bestimmt werden. Die Bestimmung des Rotationswinkels auf diese Weise unterdrückt (d.h. löscht) den Einfluss des Störmagnetfeldes aus dem gemessenen Winkel, wodurch die Genauigkeit des Winkelsensors verbessert wird. Bei einigen Implementierungen können die Erfassungselemente im Wesentlichen auf einer Rotationsachse des Magneten zentriert sein, was Herstellungskosten und/oder Anordnungskosten relativ zu Erfassungselementen reduziert, die nicht auf der Rotationsachse zentriert sind.
Zusätzlich dazu, da der Winkelsensor zumindest zwei Erfassungselemente umfasst, wird eine Redundanz bei einer Winkelmess-Fähigkeit mit einer ausreichenden Winkelgenauigkeit erreicht (z.B. in dem Fall, in dem ein Erfassungselement ausfällt oder einen Fehler erfährt, kann ein anderes Erfassungselement immer noch eine Winkelmessung bereitstellen), wodurch Sicherheit und/oder Zuverlässigkeit des Winkelsensors verbessert werden. Zusätzliche Details im Hinblick auf den Betrieb des Winkelsensors werden nachfolgend beschrieben.
1 ist ein Diagramm einer Übersicht einer hierin beschriebenen beispielhaften Implementierung 100. Wie in 1 gezeigt ist, kann sich ein Magnet (der z.B. mechanisch mit einem drehbaren Objekt verbunden ist) um eine Achse drehen (z.B. eine Achse durch eine Mitte des Magneten) und ein Dreh-Magnetfeld erzeugen. Wie gezeigt ist, kann ein Winkelsensor, der dem Messen eines Rotationswinkels (θ) des Magneten zugeordnet ist, ein erstes Erfassungselement (identifiziert als 1. Erfassungselement in 1) und ein zweites Erfassungselement (identifiziert als 2. Erfassungselement in 1) umfassen.
Wie gezeigt ist, kann das erste Erfassungselement im Wesentlichen auf einer Ebene in einer ersten Distanz (d) von einer Oberfläche des Magneten derart angeordnet sein, dass eine erste Komponente in der Ebene des Dreh-Magnetfeldes (B) an dem ersten Erfassungselement vorhanden ist. Bei einigen Implementierungen kann das erste Erfassungselement im Wesentlichen auf der Rotationsachse des Magneten zentriert sein. Wie ferner gezeigt ist, ist eine Komponente in der Ebene eines Störmagnetfeldes (B_dist) auch an dem ersten Erfassungselement vorhanden. Wie gezeigt ist, kann das erste Erfassungselement einen ersten Satz aus Ausgangssignalen ausgeben, deren Amplituden von einer Stärke von B und einer Stärke von B_dist abhängen (d.h. das erste Erfassungselement kann in einem nicht gesättigten Modus arbeiten).
Wie ferner gezeigt ist, kann das zweite Erfassungselement im Wesentlichen auf einer Ebene in einer zweiten Distanz (d+d ’) von der Oberfläche des Magneten derart angeordnet sein, dass eine zweite Komponente in der Ebene des Dreh-Magnetfeldes (B’) an dem zweiten Erfassungselement vorhanden ist. Hier ist eine Stärke von B’ kleiner als die Stärke von B, da die Distanz d+d’ größer ist als die Distanz d. Bei einigen Implementierungen kann das zweite Erfassungselement im Wesentlichen auf der Rotationsachse des Magneten zentriert sein. Wie ferner gezeigt ist, ist B_dist auch an dem zweiten Erfassungselement vorhanden. Wie gezeigt ist, kann das zweite Erfassungselement einen zweiten Satz aus Ausgangssignalen ausgeben, dessen Amplituden von der Stärke von B’ und der Stärke von B_dist abhängen (d.h. das zweite Erfassungselement kann in einem nicht gesättigten Modus arbeiten).
Wie ferner gezeigt ist, kann der Winkelsensor den Winkel θ basierend auf dem ersten Satz aus Ausgangssignalen und dem zweiten Satz aus Ausgangssignalen bestimmen. Zum Beispiel kann der Winkelsensor Differenzen bei der Amplitude zwischen dem ersten Satz aus Ausgangssignalen und entsprechenden Ausgangssignalen bei dem zweiten Satz aus Ausgangssignalen berechnen und den Winkel θ basierend auf diesen bestimmen. Die Bestimmung des Winkels θ auf diese Weise kann den Einfluss von B_dist aus der Winkelmessung unterdrücken, eliminieren und/oder löschen, wodurch die Genauigkeit des Winkelsensors verbessert wird.
Wie oben angezeigt, ist jedoch 1 lediglich als ein Beispiel bereitgestellt. Andere Beispiele sind möglich und können sich von dem, was in Bezug auf 1 beschrieben ist, unterscheiden.
2 ist ein Diagramm einer beispielhaften Umgebung 200, in der hierin beschriebene Vorrichtungen implementiert sein können. Wie in 2 gezeigt, kann die Umgebung 200 einen Magneten 210, der sich um eine Achse 215 drehen kann, einen Winkelsensor 220 und eine Steuerung 230 umfassen.
Der Magnet 210 kann einen oder mehrere Magneten umfassen, die positioniert sind, um sich um die Achse 215 (z.B. eine imaginäre Linie) zu drehen. Bei einigen Implementierungen kann der Magnet 210 (z.B. mechanisch) mit einem drehbaren Objekt (nicht gezeigt) derart verbunden sein, dass ein Rotationswinkel des Magneten 210 einem Rotationswinkel des drehbaren Objekts entspricht (z.B. wenn eine rutschfeste Beziehung zwischen einer Endfläche des drehbaren Objekts und dem Magneten 210 existiert).
Bei der beispielhaften Umgebung 200, die in 2 gezeigt ist, umfasst der Magnet 210 eine erste Hälfte, die einen Nordpol (N) bildet, und eine zweite Hälfte, die einen Südpol (S) bildet, sodass der Magnet 210 ein Polpaar aufweist. Bei einigen Implementierungen kann der Magnet 210, ohne Einschränkung, mehr als ein Polpaar aufweisen. Bei einigen Implementierungen kann der Magnet 210 einen Scheibenmagneten umfassen, der konzentrisch um die Achse 215 positioniert ist, die durch die Mitte des Magneten 210 verläuft, wie in 2 gezeigt ist. Während der Magnet 210 in 2 als kreisförmig gezeigt ist, kann der Magnet 210 auch eine andere Form sein, wie z.B. ein Quadrat, ein Rechteck, eine Ellipse oder Ähnliches. Zum Beispiel kann der Magnet 210 von einer elliptischen Form sein, in einem Fall, in dem ein Winkel zwischen einer Ebene, die einer Oberfläche des Magneten 210 entspricht, und der Achse 215, von einer im Wesentlichen senkrechten Beziehung abweicht. Die Ebene kann eine Ebene umfassen, die symmetrisch durch den Magneten 210 schneidet und eine Magnetmitte des Magneten 210 umfasst. In den meisten praktischen Fällen kann die Ebene im Wesentlichen senkrecht zu der Achse 215 sein. Als ein anderes Beispiel kann der Magnet 210 einen Ringmagneten umfassen, der positioniert ist, um sich um die Achse 215 zu drehen (zusammen mit dem drehbaren Objekt). Ein Ringmagnet kann von Interesse für eine Anordnung des Magneten 210 an einem Ende des drehbaren Objektes sein.
Bei einigen Implementierungen kann der Magnet 210 zwei alternierende Pole auf zumindest zwei Abschnitten des Magneten 210 umfassen. Zum Beispiel kann der Magnet 210 einen diametral magnetisierten Magneten mit einem Nordpol auf einer ersten Hälfte des Magneten 210 und einem Südpol auf einer zweiten Hälfte des Magneten 210 umfassen, wie in 2A gezeigt ist. Als anderes Beispiel kann der Magnet 210 einen axial magnetisierten Magneten mit einem ersten Nordpol und einem ersten Südpol gestapelt auf einer ersten Hälfte des Magneten 210, und einem zweiten Nordpol und einem zweiten Südpol gestapelt auf einer zweiten Hälfte des Magneten 210 umfassen (nicht gezeigt).
Zusätzlich oder alternativ kann der Magnet 210 einen Dipolmagneten (z.B. einen Dipolstabmagneten, einen kreisförmigen Dipolmagneten, einen elliptischen Dipolmagneten, etc.), einen Permanentmagneten, einen Elektromagneten, ein Magnetband oder Ähnliches umfassen. Der Magnet 210 kann aus einem ferromagnetischen Material (z.B. Hart-Ferrit) bestehen und kann ein Magnetfeld erzeugen. Der Magnet 210 kann ferner ein Seltenerdmagnet sein, der aufgrund einer intrinsisch hohen Magnetfeldstärke von Seltenerdmagneten von Vorteil sein kann. Wie oben beschrieben wurde, kann bei einigen Implementierungen der Magnet 210 an ein drehbares Objekt angebracht oder mit diesem gekoppelt sein, für das ein Rotationswinkel basierend auf einem Rotationswinkel eines Magneten 210 bestimmt werden kann (z.B. durch einen Winkelsensor 220, durch die Steuerung 230).
Der Winkelsensor 220 kann eine oder mehrere Vorrichtungen zum Erfassen von Komponenten eines Magnetfeldes zur Verwendung beim Bestimmen eines Rotationswinkels umfassen (z.B. von Magnet 210, von einem drehbaren Objekt mit dem der Magnet 210 verbunden ist, etc.). Zum Beispiel kann der Winkelsensor 220 eine oder mehrere Schaltungen (z. B. eine oder mehrere integrierte Schaltungen) umfassen. Bei einigen Implementierungen kann der Winkelsensor 220 an einer Position relativ zu dem Magneten 210 derart platziert sein, dass der Winkelsensor 220 Komponenten des Magnetfeldes detektieren kann, das durch den Magneten 210 erzeugt wird. Bei einigen Implementierungen kann der Winkelsensor 220 eine integrierte Schaltung umfassen, die eine integrierte Steuerung 230 umfasst (z. B. derart, dass ein Ausgang des Winkelsensors 220 eine Information sein kann, die einen Rotationswinkel des Magneten 210 und/oder des drehbaren Objekts beschreibt).
Bei einigen Implementierungen kann der Winkelsensor 220 eine Gruppe von Erfassungselementen umfassen, die ausgebildet sind, um Komponenten des Magnetfeldes zu erfassen, das durch den Magneten 210 erzeugt wird, die an dem Winkelsensor 220 vorliegen. Zum Beispiel kann der Winkelsensor 220 ein erstes Erfassungselement (z.B. angeordnet im Wesentlichen auf einer ersten Ebene in der Nähe des Magneten 210), das dem Bestimmen des Rotationswinkels zugeordnet ist, und ein zweites Erfassungselement (das z.B. im Wesentlichen auf einer zweiten Ebene distal zu dem Magneten 210 angeordnet ist), das dem Bestimmen des Rotationswinkels zugeordnet ist, aufweisen. Bei einigen Implementierungen ist der Winkelsensor 220 in der Lage in einem nicht gesättigten Modus zu arbeiten (d.h. Ausgangssignale, die den Erfassungselementen des Winkelsensors 220 zugeordnet sind, sind abhängig von einer Stärke des Magnetfeldes). Zusätzliche Details im Hinblick auf den Winkelsensor 220 werden nachfolgend im Hinblick auf 3 beschrieben.
Die Steuerung 230 kann eine oder mehrere Schaltungen umfassen, die dem Bestimmen eines Rotationswinkels des Magneten 210 zugeordnet sind, und dem Bereitstellen von Informationen, die dem Rotationswinkel des Magneten 210 zugeordnet sind, und somit dem Rotationswinkel des drehbaren Objekts, mit dem der Magnet 210 verbunden ist. Zum Beispiel kann die Steuerung 230 eine oder mehrere Schaltungen (z. B. eine integrierte Schaltung, eine Steuerschaltung, eine Rückkopplungsschaltung etc.) umfassen. Die Steuerung 230 kann Eingangssignale von einem oder mehreren Sensoren, z. B. einem oder mehreren Winkelsensoren 220, empfangen, kann die Eingangssignale (z. B. unter Verwendung eines analogen Signalprozessors, eines digitalen Signalprozessors etc.) verarbeiten, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, und kann das Ausgangssignal an ein oder mehrere andere Vorrichtungen oder Systeme bereitstellen. Zum Beispiel kann die Steuerung 230 ein oder mehrere Eingangssignale von dem Winkelsensor 220 empfangen und kann das eine oder die mehreren Eingangssignale verwenden, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, das die Winkelposition des Magneten 210 und/oder des drehbaren Objekts umfasst, mit dem der Magnet 210 verbunden ist.
Die Anzahl und Anordnung von in 2 gezeigten Vorrichtungen sind als ein Beispiel bereitgestellt. In der Praxis können zusätzliche Vorrichtungen, weniger Vorrichtungen, unterschiedliche Vorrichtungen oder unterschiedlich angeordnete Vorrichtungen als jene vorhanden sein, die in 2 gezeigt sind. Ferner können zwei oder mehr Vorrichtungen, die in 2 gezeigt sind, innerhalb einer einzelnen Vorrichtung implementiert sein, oder eine einzelne Vorrichtung gezeigt in 2 kann als mehrere, verteilte Vorrichtungen implementiert sein. Zusätzlich oder alternativ kann ein Satz aus Vorrichtungen (z. B. ein oder mehrere Vorrichtungen) der Umgebung 200 eine oder mehrere Funktionen ausführen, die als durch einen anderen Satz von Vorrichtungen der Umgebung 200 ausgeführt beschrieben sind.
3 ist ein Diagramm von beispielhaften Elementen des Winkelsensors 220, der in der beispielhaften Umgebung 200 von 2 umfasst ist. Wie gezeigt ist, kann der Winkelsensor 220 eine Gruppe aus Erfassungselementen 310, einen Analog-Digital-Wandler (ADC; analog-todigital converter) 320, einen digitalen Signalprozessor (DSP; digital signal processor) 330, ein optionales Speicherelement 340 und eine digitalen Schnittstelle 350 umfassen.
Das Erfassungselement 310 kann ein Element zum Erfasssen einer Komponente eines Magnetfeldes umfassen, das an dem Winkelsensor 220 vorhanden ist (z.B. das Magnetfeld, das durch den Magneten 210 erzeugt wird). Als ein Beispiel kann das Erfassungselement 310 einen MR-basiertes Erfassungselement umfassen, wobei Elemente desselben aus magnetoresistivem Material (z.B. Nickel-Eisen (NiFe)) bestehen, wo der elektrische Widerstandswert des magnetoresistiven Materials von einer Stärke und/oder einer Richtung des Magnetfeldes abhängen kann, das an dem magnetoresistiven Material vorliegt. Hier kann das Erfassungselement 310 basierend auf einem anisotropen Magnetowiderstandseffekt (AMR-Effekt), einem Riesenmagnetowiderstandseffekt (GMR-Effekt), einem Tunnelmagnetowiderstandseffekt (TMR-Effekt) oder dergleichen arbeiten. Als anderes Beispiel kann das Erfassungselement 310 ein Hall-basiertes Erfassungselement umfassen, das basierend auf einem Hall-Effekt arbeitet. Als ein zusätzliches Beispiel kann das Erfassungselement 310 ein VRbasiertes (VR = variable Reluktanz) Erfassungselement umfassen, das basierend auf Induktion arbeitet. Bei einigen Implementierungen arbeitet das Erfassungselement 310 in einem nicht gesättigten Modus (d.h. derart, dass eine Amplitude eines Ausgangssignals, das durch das Erfassungselement 310 bereitgestellt wird, abhängig von einer Stärke des Magnetfeldes an dem Erfassungselement 310 ist). Zusätzliche Details im Hinblick auf die Erfassungselemente 310 werden nachfolgend im Hinblick auf 4 beschrieben.
Der ADC 320 kann einen Analog-Digital-Wandler umfassen, der ein analoges Signal aus dem einen oder den mehreren Erfassungselementen 310 in ein digitales Signal umwandelt. Zum Beispiel kann der ADC 320 analoge Signale, die von dem einen oder den mehreren Erfassungselementen 310 empfangen werden, in digitale Signale umwandeln, die durch den DSP 330 verarbeitet werden sollen. Der ADC 320 kann die digitalen Signale an den DSP 330 bereitstellen. Bei einigen Implementierungen kann der Winkelsensor 220 einen oder mehrere ADCs 320 umfassen.
Der DSP 330 kann eine digitale Signalverarbeitungs-Vorrichtung oder eine Ansammlung aus digitalen Signalverarbeitungs-Vorrichtungen umfassen. Bei einigen Implementierungen kann der DSP 330 digitale Signale von dem ADC 320 empfangen und kann die digitalen Signale verarbeiten, um Ausgangssignale zu bilden (z.B. gedacht für die Steuerung 230, wie in 2 gezeigt ist), wie z.B. Ausgangssignale, die dem Bestimmen des Rotationswinkel des Magneten 210 zugeordnet sind, der sich mit einem drehbaren Objekt dreht.
Das optionale Speicherelement 340 kann einen Nurlesespeicher (ROM - Read Only Memory) (z.B. einen EEPROM), einen Direktzugriffsspeicher (RAM - Random Access Memory) und/oder einen anderen Typ eines dynamischen oder statischen Speicherbauelements umfassen (z.B. einen Flash-Speicher, einen Magnetspeicher, einen optischen Speicher, etc.), der Informationen und/oder Anweisungen zur Verwendung durch den Winkelsensor speichert. Bei einigen Implementierungen kann das optionale Speicherelement 340 Informationen speichern, die der Verarbeitung zugeordnet sind, die durch den DSP 330 ausgeführt wird. Zusätzlich oder alternativ kann das optionale Speicherelement 340 Konfigurationswerte oder -Parameter für Erfassungselemente 310 und/oder Informationen für ein oder mehrere andere Elemente des Winkelsensors 220 speichern, wie z.B. den ADC 320 oder die digitale Schnittstelle 350.
Die digitale Schnittstelle 350 kann eine Schnittstelle umfassen, über die der Winkelsensor 220 Informationen von einem anderen Bauelement empfangen und/oder an dieses bereitstellen kann, wie z.B. die Steuerung 230 (siehe 2). Zum Beispiel kann die digitale Schnittstelle 350 das Ausgangssignal bereitstellen, bestimmt durch den DSP 330, an die Steuerung 230, und kann ferner Informationen von der Steuerung 230 empfangen.
Die Anzahl und Anordnung von in 3 gezeigten Elementen sind als ein Beispiel bereitgestellt. In der Praxis kann der Winkelsensor 220 zusätzliche Elemente, weniger Elemente, unterschiedliche Elemente oder unterschiedlich angeordnete Elemente als jene umfassen, die in 3 gezeigt sind. Zusätzlich oder alternativ kann ein Satz von Elementen (z. B. ein oder mehrere Elemente) des Winkelsensors 220 eine oder mehrere Funktionen ausführen, die als durch einen anderen Satz von Elementen des Winkelsensors 220 ausgeführt beschrieben sind.
4 ist ein Diagramm einer beispielhaften Implementierung eines Erfassungselements 310, das in dem Winkelsensor 220 von 2 umfasst sein kann. Wie in 4 gezeigt ist, kann bei einigen Implementierungen das Erfassungselement 310 eine Brücke 405-1 umfassen, einschließlich Widerständen 410-1 bis 410-4, und eine Brücke 405-2 einschließlich Widerständen 410-5 bis 410-8.
Die Brücke 405 (z.B., Brücke 405-1, Brücke 405-2) umfasst eine oder mehrere Schaltungen, die ein oder mehrere Ausgangssignale basierend auf einer Richtung (z.B. einem Winkel) und einer Stärke eines Magnetfeldes bereitstellen, das an die Brücke 405 angelegt ist. Wie zum Beispiel in 4 gezeigt ist, kann die Brücke 405 eine volle Wheatstone-Brücke umfassen. Zusätzlich oder alternativ kann die Brücke 405 eine halbe Wheatstone-Brücke, eine viertel Wheatstone-Brücke oder ähnliches umfassen. Wie gezeigt ist, kann jede Brücke 405 mit einer Leistungsversorgung gekoppelt sein, um ein Eingangsspannungssignal zu empfangen (gezeigt als V_DD). Wie ferner gezeigt ist, kann jede Brücke 405 ferner mit Masse gekoppelt sein (gezeigt als GND).
Wie ferner gezeigt ist, kann die Brücke 405, wenn sie als Vollbrücke implementiert ist, vier Widerstände 410 umfassen. Der Widerstand 410 kann einen Widerstand umfassen, wie beispielsweise einen MR-basierten Widerstand mit einem elektrischen Widerstandswert, der von einem Winkel und einer Stärke einer Komponente in der Ebene eines Magnetfeldes abhängt, das an den Widerstand 410 angelegt ist. Der Winkel des Magnetfeldes kann einen Winkel im Hinblick auf eine magnetische Referenzrichtung bilden, die dem Widerstand 410 zugeordnet ist. Wie nachfolgend detaillierter beschrieben wird, können die Ausgangssignale (z.B. Spannungen) aus Brücke 405, die basierend auf Widerstandswerten der Widerstände 410 variieren, verwendet werden, um den Rotationswinkels des Magneten 210 mit Unterdrückung eines Einflusses eines Störmagnetfeldes zu berechnen.
Bei einigen Implementierungen können magnetische Referenzrichtungen von Widerständen 410, die in der Brücke 405 umfasst sind, derart ausgerichtet werden, dass die Brücke 405 einen Satz aus Ausgangssignalen bereitstellt, die einer bestimmten Komponente in der Ebene des Magnetfeldes entsprechen, das an dem Erfassungselement 310 vorhanden ist. Die Referenzrichtung eines Widerstands bestimmt die Phase des Ausgangssignals im Hinblick auf ein externes Dreh-Magnetfeld. Zum Beispiel, wie in 4 gezeigt ist, können die magnetischen Referenzrichtungen der Widerstände 410-1 bist 410-4 derart ausgerichtet sein, dass die Brücke 405-1 einen ersten Satz aus Ausgangssignalen bereitstellt, die einer Sinuskomponente des Magnetfeldes in der Ebene entsprechen, das an dem Erfassungselement 310 vorhanden ist. Hier kann der erste Satz aus Ausgangssignalen ein Sinussignal (sin_p) und ein invertiertes Sinussignal (sin_n) umfassen. Als anderes Beispiel, wie weiter in 4 gezeigt ist, können die magnetischen Referenzrichtungen der Widerstände 410-5 bist 410-8 derart ausgerichtet sein, dass die Brücke 405-2 einen zweiten Satz aus Ausgangssignalen bereitstellt, die einer Cosinuskomponente des Magnetfeldes in der Ebene (d.h. einer Komponente orthogonal zu der ersten Komponente) entsprechen, das an dem Erfassungselement 310 vorhanden ist. Hier kann der zweite Satz aus Ausgangssignalen ein Cosinussignal (cos_p) und ein invertiertes Cosinussignal (cos_n) umfassen.
Wie vorangehend beschrieben wurde, kann der Winkelsensor 220 zwei oder mehr Erfassungselemente 310 umfassen, wobei jedes Erfassungselement in einer unterschiedlichen Distanz von dem Magneten 210 angeordnet ist. Zum Beispiel kann in einem Fall, in dem der Winkelsensor ein Paar aus Erfassungselementen 310 umfasst, ein erstes Erfassungselement (z.B. einschließlich einem ersten Paar aus Brücken 405) in einer ersten Distanz von einer Oberfläche des Magneten 210 angeordnet sein, und ein zweites Erfassungselement 310 (z.B. einschließlich einem zweiten Paar aus Brücken 405) kann in einer zweiten Distanz von einer Oberfläche des Magneten 210 angeordnet sein (z.B. einer größeren Distanz als der ersten Distanz).
Die Anzahl und Anordnung von in 4 gezeigten Elementen sind als ein Beispiel bereitgestellt. In der Praxis kann das Erfassungselement 310 zusätzliche Elemente, weniger Elemente, unterschiedliche Elemente oder unterschiedlich angeordnete Elemente als jene umfassen, die in 4 gezeigt sind. Zum Beispiel, während 4 Widerstände 410 umfasst, die angeordnet sind, um ein Paar aus Vollbrücken zu bilden, sind andere Anordnungen möglich, wie beispielsweise Anordnungen, die ein Paar aus Halbbrücken umfassen, eine Anordnung umfassend eine Vollbrücke und eine Halbbrücke und/oder ähnliches. Zusätzlich oder alternativ kann ein Satz von Elementen (z. B. ein oder mehrere Elemente) des Erfassungselements 310 eine oder mehrere Funktionen ausführen, die als durch einen anderen Satz von Elementen des Erfassungselements 310 ausgeführt beschrieben sind.
5 ist ein Diagramm einer beispielhaften Implementierung des Winkelsensors 220, der in der Lage ist, einen Effekt eines Störmagnetfeldes zu unterdrücken, wie hierin beschrieben ist. Wie in 5 gezeigt ist, kann sich der Magnet 210 (der z.B. mechanisch mit einem drehbaren Objekt verbunden ist) um eine Achse drehen (z.B. eine Achse durch eine Mitte des Magneten) und ein Dreh-Magnetfeld erzeugen. Wie gezeigt ist, kann ein Winkelsensor 220, der dem Messen eines Rotationswinkels (θ) des Magneten zugeordnet ist, ein erstes Erfassungselement 310 (identifiziert als Erfassungselement 310-1) und ein zweites Erfassungselement 310 (identifiziert als Erfassungselement 310-2) umfassen.
Wie gezeigt ist, kann das Erfassungselement 310-1 im Wesentlichen auf einer Ebene in einer Distanz d von dem Magneten 210 derart angeordnet sein, dass die Komponente B in der Ebene des Dreh-Magnetfeldes an das Erfassungselement 310-1 angelegt ist. Wie gezeigt ist, kann das Erfassungselement 310-1 im Wesentlichen auf der Rotationsachse des Magneten 210 zentriert sein. Wie ferner gezeigt ist, ist eine Komponente B_dist in der Ebene eines Störmagnetfeldes auch an dem Erfassungselement 310-1 vorhanden. Wie gezeigt ist, kann das Erfassungselement 310-1 einen Satz aus Ausgangssignalen bereitstellen, umfassend sin_p, sin_n, cos_n, und cos_p, die von dem Winkel θ, der Stärke der Komponente in der Ebene B, und der Stärke der Komponente in der Ebene B_dist abhängen.
Wie ferner gezeigt ist, kann das Erfassungselement 310-2 im Wesentlichen auf einer Ebene in einer Distanz d+d’ von dem Magneten 210 derart angeordnet sein, dass die Komponente B’ in der Ebene des Dreh-Magnetfeldes an das Erfassungselement 310-2 angelegt ist. Hier ist die Stärke B’ schwächer als die von B, da das Erfassungselement 310-2 weiter weg von dem Magneten 210 ist als das Erfassungselement 310-1. Wie gezeigt ist, kann das Erfassungselement 310-2 im Wesentlichen auf der Rotationsachse des Magneten 210 zentriert sein. Wie ferner gezeigt ist, ist die Komponente B_dist in der Ebene des Störmagnetfeldes auch an dem Erfassungselement 310-2 vorhanden. Wie gezeigt ist, kann das Erfassungselement 310-2 einen Satz aus Ausgangssignalen bereitstellen, umfassend sin_p’, sin_n’, cos_n’, und cos_p’, die von dem Winkel θ, der Stärke der Komponente in der Ebene B’, und der Stärke der Komponente in der Ebene B_dist abhängen.
Wie ferner gezeigt ist, kann der Winkelsensor 220 den Winkel θ basierend auf den Ausgangssignalen bestimmen, die durch das Erfassungselement 310-1 und das Erfassungselement 310-2 bereitgestellt werden. Zum Beispiel können die Ausgangssignale, die durch das Erfassungselement 310-1 und das Erfassungselement 31-2 bereitgestellt werden, als eine Funktion des Winkels θ durch folgende Formeln repräsentiert werden: ${sin}_{p} = B \times sin (θ) + B_{dist} sin$
$sinp' = B' \times sin (θ) + Bdistsin$
${cos}_{p} = B \times cos (θ) + B_{dist} cos$
${cos}_{p}' = B' \times cos (θ) + B_{dist} cos$
$sinn = - (B \times sin (θ) + Bdistsin)$
$sinn' = - (B' \times sin (θ) + Bdistsin)$
${cos}_{n} = - (B \times cos (θ) + B_{dist} cos)$
${cos}_{n}' = - (B' \times cos (θ) + B_{dist} cos)$
Wobei B_distsin und B_distcos die Sinus- und/oder Cosinus-Komponente der Komponente in der Ebene B_dist repräsentieren. Hier wird durch Bestimmen der Differenz zwischen entsprechenden Ausgangssignalen der Einfluss des Störmagnetfeldes B_dist gelöscht: ${sin}_{p} - {sin}_{p}' = (B - B') \times sin (θ)$
${cos}_{p} - {cos}_{p}' = (B - B') \times cos (θ)$
$sinn - sinn' = - (B - B') \times sin (θ)$
${cos}_{n} - {cos}_{n}' = - (B - B') \times cos (θ)$
Bei einigen Implementierungen kann der Winkelsensor 220 Signale verwenden, die aus einer Bewertung von Formel 2a und 2b resultieren, um ein Störungs-freies Signal zur Messung des Winkels θ zu erhalten. Hier kann der Winkelsensor einen inversen Tangens (arctan) der Signale bestimmen, resultierend aus Formel 2a und 2b, wobei ein Ergebnis davon eine Messung des Winkels θ bereitstellt. Der Winkelsensor 220 kann auf ähnliche Weise den Winkel θ unter Verwendung von Signalen bestimmen, die aus der Bewertung der Formeln 2c und 2d resultieren. Zusätzlich oder alternativ kann der Winkelsensor 220 jeder der Formeln 2a-2d verwenden, um eine Stärke der Störungs-freien Signale zu verdoppeln. Zum Beispiel kann der Winkelsensor 220 folgende Formeln bewerten: $sinp - sinp' - (sinn - sinn') = 2 \times (B - B') \times sin (θ)$
$cosp - cosp' - (cosn - cosn') = 2 \times (B - B') \times cos (θ)$
Hier kann der Winkelsensor 220 den inversen Tangens der Signale bestimmen, resultierend aus Formel 3a und 3b, wobei ein Ergebnis davon eine Messung des Winkels θ bereitstellt. Hier, da die Stärke der Signale verdoppelt ist (im Vergleich zu dem oben beschriebenen Beispiel), wird eine Genauigkeit der Messung des Winkels θ verbessert.
Bei den Beispielen oben hängen Amplituden der Signale, die durch den Winkelsensor 220 bestimmt werden, von einer Differenz bei der Stärke zwischen B und B’ an dem Erfassungselement 310-1 und/oder Erfassungselement 310-2 ab. Bei einigen Implementierungen kann diese Differenz verbessert und/oder vergrößert werden durch vergrößern der Distanz d’ zwischen Erfassungselement 310-1 und Erfassungselement 310-2 (z.B. relativ zu Distanz d). Zusätzlich oder alternativ kann diese Differenz verbessert und/oder vergrößert werden basierend auf einer Magnetisierung des Magneten 210 (z.B. diametral versus axial), wie nachfolgend beschrieben wird.
Auf diese Weise kann der Winkelsensor 220 den Winkel θ bestimmen, während der Einfluss von B_dist aus der Winkelmessung unterdrückt, eliminiert und/oder gelöscht wird, wodurch die Genauigkeit der Messungen verbessert wird, die durch den Winkelsensor 220 bereitgestellt werden.
Die Anzahl und Anordnung von in 5 gezeigten Elementen sind als ein Beispiel bereitgestellt. In der Praxis kann der Winkelsensor 220 zusätzliche Elemente, weniger Elemente, unterschiedliche Elemente oder unterschiedlich angeordnete Elemente als jene umfassen, die in 5 gezeigt sind. Zusätzlich oder alternativ kann ein Satz von Elementen (z. B. ein oder mehrere Elemente) des Winkelsensors 220 eine oder mehrere Funktionen ausführen, die als durch einen anderen Satz von Elementen des Winkelsensors 220 ausgeführt beschrieben sind.
6 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Prozesses 600 zum Bestimmen eines Rotationswinkels des Magneten 210, während ein Effekt eines Störmagnetfeldes unterdrückt wird. Bei einigen Implementierungen können ein oder mehrere Prozessblöcke von 6 durch den Winkelsensor 220 ausgeführt werden. Bei einigen Implementierungen können ein oder mehrere Prozessblöcke von 6 durch eine andere Vorrichtung oder eine Gruppe aus Vorrichtungen getrennt von oder umfassend den Winkelsensor 220 ausgeführt werden, wie beispielsweise Steuerung 230.
Wie in 6 gezeigt ist, kann der Prozess 600 das Bereitstellen eines ersten Satzes aus Ausgangssignalen umfassen, die einem ersten Erfassungselement zugeordnet sind, das in einer ersten Distanz von einer Oberfläche eines Magneten angeordnet ist (Block 610). Zum Beispiel kann das Erfassungselement 310-1 des Winkelsensors 220 einen ersten Satz aus Ausgangssignalen bereitstellen, wobei das Erfassungselement 310-1 in einer Distanz d von einer Oberfläche des Magneten 210 angeordnet sein kann, wie oben beschrieben wurde. Bei einigen Implementierungen kann die Distanz d in einem Bereich von ungefähr 0,6 Millimetern bis ungefähr 10,0 Millimetern liegen.
Wie ferner in 6 ferner gezeigt ist, kann der Prozess 600 das Bereitstellen eines zweiten Satzes aus Ausgangssignalen umfassen, die einem zweiten Erfassungselement zugeordnet sind, das in einer zweiten Distanz von der Oberfläche des Magneten angeordnet ist (Block 620). Zum Beispiel kann das Erfassungselement 310-2 des Winkelsensors 220 einen zweiten Satz aus Ausgangssignalen bereitstellen, wobei das Erfassungselement 310-2 in einer Distanz d+d’ von der Oberfläche des Magneten 210 angeordnet sein kann, wie oben beschrieben wurde.
Wie ferner gezeigt in 6, kann der Prozess 600 das Bestimmens eines Rotationswinkels des Magneten basierend auf dem ersten Satz aus Ausgangssignalen und dem zweiten Satzes aus Ausgangssignalen umfassen, wobei ein Einfluss eines Störmagnetfeldes von dem bestimmten Rotationswinkel unterdrückt wird (Block 630). Zum Beispiel kann der Winkelsensor 220 (z.B. DSP 330) den Winkel θ des Magneten basierend auf dem ersten Satz aus Ausgangssignalen und dem zweiten Satz aus Ausgangssignalen bestimmen, wie vorangehend beschrieben wurde. Hier kann ein Einfluss eines Störmagnetfeldes aus dem bestimmten Winkel θ unterdrückt werden, wie vorangehend beschrieben wurde.
Obwohl 6 beispielhafte Blöcke des Prozesses 600 zeigt, kann der Prozess 600 bei einigen Implementierungen zusätzliche Blöcke, weniger Blöcke, unterschiedliche Blöcke oder unterschiedlich angeordnete Blöcke als jene umfassen, die in 6 dargestellt sind. Zusätzlich oder alternativ können zwei oder mehr der Blöcke des Prozesses 600 parallel durchgeführt werden.
Bei einigen Implementierungen können Erfassungselemente 310-1 in einer gestapelten Formation angeordnet sein (z.B. wie in 5 gezeigt ist). 7A und 7B sind Ansichten eines beispielhaften Gehäuses 700 für den Winkelsensor, der eine gestapelte Anordnung von Erfassungselementen 310 umfasst. 7A ist eine Ansicht einer Außenseite des Gehäuses 700, während 7B eine Querschnittsansicht des Gehäuses 700 ist. Wie in 7B gezeigt ist, kann das Gehäuse 700 ein Erfassungselement 310-1 und ein Erfassungselement 310-2 umfassen, die in einer gestapelten Formation angeordnet sind. Wie gezeigt ist, können das Erfassungselement 310-1 und das Erfassungselement 310-2 durch einen Anschlussleitungsrahmen getrennt sein (z.B. ein Element in dem Gehäuse 700, um Spannungssignale zu tragen). Bei einigen Implementierungen können Erfassungselemente 310 derart platziert sein, dass die jeweiligen aktiven Oberflächen benachbart zu dem Anschlussleitungsrahmen sind.
Zum Beispiel kann in 7B die aktive Oberfläche des Erfassungselements 310-1 angeordnet sein, um in eine Aufwärtsrichtung gewandt zu sein, während die aktive Oberfläche des Erfassungselements 310-2 angeordnet sein, um in eine Abwärtsrichtung gewandt zu sein. Bei einigen Implementierungen kann eine Dicke zwischen den aktiven Oberflächen des Erfassungselements 310-1 und des Erfassungselements 310-2 ungefähr gleich zwei Mal eine Summe der Dicke eines Abschnitts eines Chips eines Erfassungselements 310-1 sein, der die aktive Oberfläche, den Anschlussleitungsrahmen und eine Klebstoffdicke abdeckt. Zum Beispiel kann bei einigen Implementierungen die Distanz zwischen den aktiven Oberflächen des Erfassungselements 310-1 und des Erfassungselements 310-2 (z.B. dargestellt durch die Distanz d’ in 5) ungefähr 0,6 Millimeter (mm) oder weniger sein.
Wie oben angezeigt ist, sind 7A und 7B lediglich als Beispiele bereitgestellt. Andere Beispiele sind möglich und können sich von dem, was in Bezug auf 7A und 7B beschrieben ist, unterscheiden.
Bei einigen Implementierungen, wie vorangehend beschrieben wurde, kann der Magnet 210 einen diametral magnetisierten Magneten oder einen axial magnetisierten Magneten umfassen. 8A-8D sind Diagramme, die beispielhafte Magnetfeldstärken zeigen, die einer Verwendung eines diametral magnetisierten Magneten 210 und eines axial magnetisierten Magneten 210 in Zuordnung zu einem Winkelsensor 220 zugeordnet sind.
8A ist ein Diagramm einer beispielhaften graphischen Repräsentation einer Magnetfeldstärke als eine Funktion einer axialen Distanz von einer Oberfläche des Magneten 210 zu dem Erfassungselement 310 für einen diametral magnetisierten Magneten 210 mit einem Durchmesser von 10 Millimetern (mm) und einer Dicke von 4mm. Wie gezeigt ist, ist für eine axiale Distanz von 1mm (z.B. Distanz d von der Oberfläche des Magneten 210 zu der Oberfläche des Erfassungselements 310-1 in 5) die Magnetfeldstärke ungefähr gleich 52mT. Auf ähnliche Weise ist für eine axiale Distanz von 1,6mm (z.B. Distanz d+d’ von der Oberfläche des Magneten 210 zu der Oberfläche des Erfassungselements 310-2 in 5) die Magnetfeldstärke ungefähr gleich 45mT. Hier ist die Differenz bei der Magnetfeldstärke an den zwei unterschiedlichen axialen Distanzen ungefähr gleich 7mT. Angenommen, die Erfassungselemente 310-1 und 310-2 haben einen linearen Bereich von ungefähr ±80mT und einen dR/R von 100% (z.B. in dem Fall eines auf TMR basierenden Stapels) ist ein verwendbarer Signalhub ungefähr gleich 6,66% (z.B., (100%/160mT) ×7mT = 4,4%). Dieses Signalverhältnis ist ungefähr gleich oder größer als das, das durch einen typischen (z.B. auf GMR basierenden oder AMR basierenden) Winkelsensor erreicht wird und ist daher ausreichend für eine Signalbewertung.
8B ist ein Diagramm einer beispielhaften graphischen Darstellung einer Magnetfeldstärke in einer axialen Distanz von 1mm von der Oberfläche eines diametralen Magneten 210 als eine Funktion einer radialen Distanz (z.B. einer Distanz von der Rotationsachse des Magneten 210). Wie in 8B gezeigt ist, ist für den diametral magnetisierten Magneten 210 die Magnetfeldstärke im Wesentlichen konstant über einen 2mm-Bereich aus radialen Distanzen. Somit kann die Verwendung eines diametral magnetisierten Magneten 210 zu einer reduzierten Empfindlichkeit für die Positionierung der Rotationsachse des Magneten 210 im Hinblick auf Mitten von Erfassungselementen 310 führen.
8C ist ein Diagramm einer beispielhaften graphischen Repräsentation einer Magnetfeldstärke als eine Funktion einer axialen Distanz von einer Oberfläche des Magneten 210 zu dem Erfassungselement 310 für einen axial magnetisierten Magneten 210 mit einem Durchmesser von 10mm und einer Dicke von 4mm. Wie gezeigt ist, ist für eine axiale Distanz von 1mm (z.B. Distanz d von der Oberfläche des Magneten 210 zu der Oberfläche des Erfassungselements 310-1 in 5) die Magnetfeldstärke ungefähr gleich 60mT. Auf ähnliche Weise ist für eine axiale Distanz von 1,6mm (z.B. Distanz d+d’ von der Oberfläche des Magneten 210 zu der Oberfläche des Erfassungselements 310-2 in 5) die Magnetfeldstärke ungefähr gleich 42mT. Hier ist die Differenz bei der Magnetfeldstärke an den zwei unterschiedlichen axialen Distanzen ungefähr gleich 18mT. Angenommen, die Erfassungselemente 310-1 und 310-2 haben einen linearen Bereich von ungefähr ±80mT und einen dR/R von 100% kann ein verwendbarer Signalhub ungefähr gleich 11,3% (z.B., (100%/160mT) ×18mT = 11,3%) sein. Dieses Signalverhältnis ist größer (um ungefähr drei Mal) als das, das durch den typischen Winkelsensor erreicht wird, und ist daher ausreichend für eine Signalevaluierung.
8D ist ein Diagramm einer beispielhaften graphischen Darstellung einer Magnetfeldstärke in einer axialen Distanz von 1mm von der Oberfläche eines axial magnetisierten Magneten 210 als eine Funktion einer radialen Distanz (z.B. einer Distanz von der Rotationsachse des Magneten 210). Wie in 8D gezeigt ist, variiert für den axial magnetisierten Magneten 210 die Magnetfeldstärke über einen 2mm-Bereich aus radialen Distanzen. Somit kann die Verwendung eines axial magnetisierten Magneten 210 eine genauere Positionierung des Magneten 210 (z.B. im Vergleich zur Verwendung eines diametral magnetisierten Magneten) erfordern, um eine hohe Winkelgenauigkeit zu erreichen.
Die Verwendung eines axial magnetisierten Magneten 210 kann jedoch eine Seite-an-Seite-Anordnung von Erfassungselementen 310 erlauben (z.B. eher als eine gestapelte Anordnung). Zum Beispiel zeigt Fig. 8D, dass unterschiedliche Magnetfeldstärken in unterschiedlichen radialen Distanzen für eine bestimmte axiale Distanz erreicht werden können (z.B. die 1mm-Distanz, die 8D zugeordnet ist). Somit kann die Seite-an-Seite-Anordnung erlauben, dass der Einfluss eines Störmagnetfeldes auf eine Weise ähnlich zu der unterdrückt wird, die oben beschrieben ist. Hier, unter Verwendung der oben beschriebenen beispielhaften Fähigkeiten, können Erfassungselemente 310 um ungefähr 0,6mm beabstandet sein (z.B. um denselben verwendbaren Signalhub zu erreichen, wie vorangehend beschrieben wurde). In einem solchen Fall muss ein Chip des Winkelsensors 220 möglicherweise zumindest ungefähr 1,2mm × 1,2mm groß sein.
Wie oben angezeigt ist, sind 8A-8D nur als Beispiele bereitgestellt. Andere Beispiele sind möglich und können sich von dem, was in Bezug auf 8A-8D beschrieben ist, unterscheiden.
Bei einigen Implementierungen, wie vorangehend beschrieben wurde, können die Erfassungselemente 310-1 und 310-2 in einem einzelnen Sensorgehäuse gestapelt sein, um zu ermöglichen, dass der Einfluss eines Störmagnetfeldes unterdrückt wird. Alternativ können die Erfassungselemente 310-1 und 310-2 in unterschiedlichen Gehäusen gestapelt sein, um zu ermöglichen, dass der Einfluss eines Störmagnetfeldes unterdrückt wird. 9 ist eine Beispielimplementierung 900 von mehreren Sensorgehäusen, die gestapelt sind, um eine Unterdrückung eines Effekts eines Störmagnetfeldes zu erlauben. Wie in 9 gezeigt ist, kann ein erstes Sensorgehäuse (z.B. Gehäuse 1 umfassend Sensorelement 310-1) auf einer ersten Seite einer gedruckten Schaltungsplatine (PCB; printed circuit board) angeordnet sein, und ein zweites Sensorgehäuse (z.B. Gehäuse 2 umfassend Sensorelement 310-2) kann auf einer zweiten Seite einer gedruckten Schaltungsplatine angeordnet sein. Wie gezeigt ist, kann das Erfassungselement 310-1 in einer Distanz d von einer Oberfläche des Magneten 210 angeordnet sein und das Erfassungselement 310-2 kann in einer Distanz d+d’ angeordnet sein. Eine solche Anordnung kann einer größere Distanz d’ erlauben (z.B. im Vergleich zu einer gestapelten Anordnung in einem einzelnen Gehäuse) und erlaubt daher einen größeren verwendbaren Signalhub aufgrund einer höheren Differenz bei der Magnetfeldstärke in Distanzen d und d+d’.
Wie oben angezeigt, ist jedoch 9 lediglich als ein Beispiel bereitgestellt. Andere Beispiele sind möglich und können sich von dem, was in Bezug auf 9 beschrieben ist, unterscheiden.
Implementierungen, die hierin beschrieben sind, stellen einen Winkelsensor bereit, der zumindest zwei Erfassungselemente umfasst, der in der Lage ist, einen Einfluss eines Störmagnetfeldes auf eine Winkelmessung zu unterdrücken, die einem Dreh-Magnetfeld zugeordnet ist (z.B. durch einen Dreh-Magneten erzeugt wird). Bei einigen Implementierungen sind die zumindest zwei Erfassungselemente in der Lage, Stärken von entsprechenden Komponente in der Ebene eines Magnetfeldes zu messen (d.h. die Sätze aus Erfassungselementen können in einem nicht gesättigten Modus arbeiten), um eine Unterdrückung des Einflusses des Störmagnetfeldes zu erlauben.
Die vorstehende Offenbarung stellt eine Veranschaulichung und Beschreibung bereit, soll aber nicht vollständig sein oder die Implementierungen auf die bestimmte offenbarte Form begrenzen. Modifikationen und Variationen sind unter Berücksichtigung der obigen Offenbarung möglich und können aus der Praxis der Implementierungen gewonnen werden.
Ferner sollen gemäß hiesiger Verwendung die Begriffe Vorrichtung und Element sehr breit als Hardware, Firmware und/oder eine Kombination von Hardware und Firmware ausgelegt werden.
Obgleich bestimmte Kombinationen von Merkmalen in den Ansprüchen wiedergegeben und/oder in der Beschreibung offenbart sind, sollen diese Kombinationen die Offenbarung möglicher Implementierungen nicht begrenzen. Tatsächlich können viele dieser Merkmale auf eine Art und Weise kombiniert werden, die in den Ansprüchen nicht eigens wiedergegeben und/oder in der Beschreibung offenbart ist. Obwohl jeder nachfolgend aufgeführte abhängige Anspruch direkt von nur einem Anspruch abhängen kann, umfasst die Offenbarung möglicher Implementierungen jeden abhängigen Anspruch in Kombination mit jedem anderen Anspruch in dem Anspruchssatz.
Kein hierin verwendetes Element, Schritt oder Anweisung soll als entscheidend oder wesentlich ausgelegt werden, sofern es nicht explizit als solches beschrieben ist. Ferner sollen gemäß hiesiger Verwendung die Artikel „ein, einer, eines“ ein oder mehrere Elemente umfassen und können synonym mit „ein oder mehrere“ verwendet werden. Ferner soll gemäß hiesiger Verwendung der Begriff „Satz“ ein oder mehrere Elemente (z. B. zugehörige Elemente, nicht zugehörige Elemente, eine Kombination von zugehörigen Elementen und nicht zugehörigen Elementen etc.) umfassen, und kann synonym mit „ein oder mehrere“ verwendet werden. In den Fällen, in denen nur ein Element beabsichtigt ist, wird der Begriff „ein“ oder eine ähnliche Sprache verwendet. Ferner sollen gemäß hiesiger Verwendung die Begriffe „aufweist“, „aufweisen“, „aufweisend“ oder dergleichen offene Begriffe sein. Ferner soll der Ausdruck „basierend auf“ bedeuten „basierend, zumindest teilweise, auf, sofern nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben ist.

Claims

Ein Winkelsensor, umfassend: ein erstes Erfassungselement zum Bereitstellen eines ersten Satzes von Ausgangssignalen, die einem Magnetfeld zugeordnet sind, das durch einen drehbaren Magneten erzeugt wird, wobei das erste Erfassungselement in einer ersten Distanz von einer Oberfläche des drehbaren Magneten entlang einer gegebenen Richtung angeordnet ist, und wobei das erste Erfassungselement ausgebildet ist, um in einem nicht gesättigten Modus zu arbeiten; und ein zweites Erfassungselement zum Bereitstellen eines zweiten Satzes von Ausgangssignalen, die dem Magnetfeld zugeordnet sind, das durch den drehbaren Magneten erzeugt wird, wobei das zweite Erfassungselement in einer zweiten Distanz von der Oberfläche des drehbaren Magneten entlang der gegebenen Richtung angeordnet ist, und wobei das zweite Erfassungselement ausgebildet ist, um in einem nicht gesättigten Modus zu arbeiten.
Der Winkelsensor gemäß Anspruch 1, ferner umfassend: einen Prozessor zum Bestimmen eines Rotationswinkels des drehbaren Magneten basierend auf einer Kombination des ersten Satzes von Ausgangssignalen und des zweiten Satzes von Ausgangssignalen.
Der Winkelsensor gemäß Anspruch 2, wobei ein Einfluss eines Störmagnetfeldes von dem bestimmten Rotationswinkel als Ergebnis des Bestimmens des Rotationswinkels basierend auf der Kombination des ersten Satzes aus Ausgangssignalen und des zweiten Satzes aus Ausgangssignalen unterdrückt wird.
Der Winkelsensor gemäß Anspruch 2 oder 3, wobei der Prozessor beim Bestimmen des Rotationswinkels des drehbaren Magneten folgendes ausführt: Bestimmen des Rotationswinkels basierend auf Differenzen zwischen zumindest zwei Ausgangssignalen, die in dem ersten Satz aus Ausgangssignalen umfasst sind, und entsprechenden zumindest zwei Ausgangssignalen, die in dem zweiten Satz aus Ausgangssignalen umfasst sind.
Der Winkelsensor gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine aktive Oberfläche des ersten Erfassungselements und eine aktive Oberfläche des zweiten Erfassungselements im Wesentlichen auf einer Rotationsachse des drehbaren Magneten zentriert sind.
Der Winkelsensor gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das erste Erfassungselement und das zweite Erfassungselement in einer gestapelten Anordnung angeordnet sind.
Der Winkelsensor gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das erste Erfassungselement und das zweite Erfassungselement in einem einzelnen Gehäuse angeordnet sind.
Der Winkelsensor gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Distanz zwischen dem ersten Erfassungselement und dem zweiten Erfassungselement kleiner oder gleich ungefähr 0,6 Millimeter ist.
Der Winkelsensor gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Distanz von der Oberfläche des drehbaren Magneten zu dem ersten Erfassungselement in einem Bereich von 0,6 Millimetern bis 10,0 Millimetern ist.
Der Winkelsensor gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das erste Erfassungselement oder das zweite Erfassungselement ein Paar aus Vollbrücken und ein Paar aus Halbbrücken umfasst.
Der Winkelsensor gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der erste Satz aus Ausgangssignalen zumindest ein erstes Sinussignal und ein erstes Cosinussignal umfasst, und wobei der zweite Satz aus Ausgangssignalen zumindest ein zweites Sinussignal und ein zweites Cosinussignal umfasst.
Der Winkelsensor gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der erste Satz aus Ausgangssignalen zumindest ein erstes invertiertes Sinussignal und ein erstes invertiertes Cosinussignal umfasst, und wobei der zweite Satz aus Ausgangssignalen zumindest ein zweites invertiertes Sinussignal und ein zweites invertiertes Cosinussignal umfasst.
Eine Vorrichtung, umfassend: ein erstes Erfassungselement, das in einer ersten Distanz von einem Magneten angeordnet ist, um einen ersten Satz von Ausgangssignalen bereitzustellen, die einem Magnetfeld zugeordnet sind, das durch den Magneten erzeugt wird, wobei Amplituden des ersten Satzes von Ausgangssignalen von einer Stärke des Magnetfeldes an dem ersten Erfassungselement abhängig sind; und ein zweites Erfassungselement, das in einer zweiten Distanz von dem Magneten angeordnet ist, um einen zweiten Satz von Ausgangssignalen bereitzustellen, die dem Magnetfeld zugeordnet sind, das durch den Magneten erzeugt wird, wobei Amplituden des zweiten Satzes von Ausgangssignalen von einer Stärke des Magnetfeldes an dem zweiten Erfassungselement abhängig sind.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 13, ferner umfassend: einen Prozessor zum Bestimmen eines Rotationswinkels des Magneten basierend auf einer Kombination des ersten Satzes von Ausgangssignalen und des zweiten Satzes von Ausgangssignalen.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 14, wobei ein Einfluss eines Störmagnetfeldes von dem bestimmten Rotationswinkel als Ergebnis des Bestimmens des Rotationswinkels basierend auf dem ersten Satz aus Ausgangssignalen und dem zweiten Satz aus Ausgangssignalen unterdrückt wird.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 14 oder 15, wobei der Prozessor beim Bestimmen des Rotationswinkels des Magneten folgendes ausführt: Bestimmen einer ersten Differenz zwischen einem ersten Ausgangssignal, das in dem ersten Satz von Ausgangssignalen umfasst ist, und einem zweiten Ausgangssignal, das in dem zweiten Satz von Ausgangssignalen umfasst ist; Bestimmen einer zweiten Differenz zwischen einem dritten Ausgangssignal, das in dem ersten Satz von Ausgangssignalen umfasst ist, und einem vierten Ausgangssignal, das in dem zweiten Satz von Ausgangssignalen umfasst ist; und Bestimmen des Rotationswinkels basierend auf der ersten Differenz und der zweiten Differenz.
Die Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei das erste Erfassungselement und das zweite Erfassungselement im Wesentlichen auf einer Rotationsachse des Magneten zentriert sind und in einer gestapelten Anordnung angeordnet sind.
Die Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 13 bis 17, wobei das erste Erfassungselement und das zweite Erfassungselement in einem einzelnen Gehäuse angeordnet sind.
Die Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 13 bis 18, wobei der erste Satz aus Ausgangssignalen zumindest eines umfasst aus: einem ersten Sinussignal und einem ersten Cosinussignal, oder einem ersten inversen Sinussignal und einem ersten inversen Cosinussignal, oder wobei der zweite Satz aus Ausgangssignalen zumindest eines umfasst aus: einem zweiten Sinussignal und einem zweiten Cosinussignal, oder einem zweiten inversen Sinussignal und einem zweiten inversen Cosinussignal.
Ein Magnetsensor, umfassend: ein erstes Erfassungselement zum Bereitstellen eines ersten Satzes von Ausgangssignalen, die einem Magnetfeld zugeordnet sind, das durch einen Magneten erzeugt wird, wobei das erste Erfassungselement in einer ersten Distanz von dem Magneten angeordnet ist, und wobei das erste Erfassungselement in einem nicht gesättigten Modus derart arbeitet, dass Amplituden des ersten Satzes von Ausgangssignalen von einer Stärke des Magnetfeldes an dem ersten Erfassungselement abhängen; und ein zweites Erfassungselement zum Bereitstellen eines zweiten Satzes von Ausgangssignalen, die dem Magnetfeld zugeordnet sind, das durch den Magneten erzeugt wird, wobei das zweite Erfassungselement in einer zweiten Distanz von dem Magneten angeordnet ist, und wobei das zweite Erfassungselement in einem nicht gesättigten Modus derart arbeitet, dass Amplituden des zweiten Satzes von Ausgangssignalen von einer Stärke des Magnetfeldes an dem zweiten Erfassungselement abhängen.