CN110645882A - 稳健对抗干扰场的位置传感器系统和方法 - Google Patents

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Abstract

稳健对抗干扰场的位置传感器系统和方法。一种位置传感器系统，包括：磁场生成器(301)，该磁场生成器(301)相对于两个传感器设备(303、304)可移动或反之亦然。系统具有适配有特殊算法的至少一个处理器(306、307、309)，该算法用于以高度稳健地对抗干扰场(Bext)的方式确定磁场生成器(301)的位置。一种用于确定磁场生成器(301)的位置的方法基于方程组，具体而言，基于一组线性方程，该方法允许完全消除外部干扰场。

Description

稳健对抗干扰场的位置传感器系统和方法
技术领域
本发明总体上涉及使用磁场生成器的位置传感器系统的领域，并且更具体 地涉及包括两个(例如，仅两个)传感器设备的线位置或角位置系统，该系统 适于确定线位置或角位置，该系统基本上对外部干扰场不敏感，而不论该外部 干扰场的取向并且即使该外部干扰场具有与磁场生成器(例如，永磁体)的大 小处于同一数量级的大小。本发明还涉及采用处理器来确定所述线位置或角位 置的方法。
背景技术
磁传感器系统，特别是线位置或角位置系统在本领域中是已知的。它们提 供了能够在不进行物理接触的情况下测量角位置的优势。
挑战在于建立基本上对恒定的外部磁干扰场(也被称为“fremdfeld(陌生 场)”)不敏感的传感器系统。该问题在本领域中是已知的并且以各种方式来 解决。
WO2014/029885A1描述了用于使用多极磁体测量角位置的传感器布置。 其中所描述的一些实施例通过使用多极磁体并且通过借由测量磁场梯度而不 是磁场值本身来确定角位置从而解决对抗外部干扰场的稳健性问题。
US2018087926A1公开了一种传感器系统(在图1中被复制，其为US'926 的图1的复制图)，如图2(其为US'926的图19的复制图)中所示，该传感 器系统包括永磁体和两个角传感器设备，一个角传感器设备适于提供第一角度
Figure BDA0002106898470000012
另一个适于相应地提供第二角度在存在外部干扰场Bd的情况下，单 独的角度
Figure BDA0002106898470000013
都是不正确的。如果干扰场很小(例如，比磁体的场的10分 之一更小)并且如果外部场被取向成基本上垂直于磁体的场，则由于外部干扰 场造成的误差可基于角度
Figure BDA0002106898470000015
和
Figure BDA0002106898470000014
的组合而被减少但无法完全消除。
US2018/164127公开了具有多个(至少四个)传感器和处理器的角传感器， 每个传感器提供受外部干扰场干扰的角度，该处理器用于使用最小均方来确定 整体角位置以用于减小误差。
总是存在改进或替代的余地。
发明内容
本发明的目的是提供能够以对干扰场(具体而言，恒定干扰场)高度不敏 感的方式确定磁场生成器(例如，永磁体)的位置的位置系统。
本发明的特定实施例的目的是提供能够以能够提供准确位置的方式确定 磁场生成器(例如，永磁体)的线位置或角位置的线位置系统或角位置系统， 即使该干扰场具有由磁场生成器(例如，永磁体)生成的磁场的大小的大于20％ 或大于40％或大于50％的大小。
本发明的特定实施例的目的是提供包括传感器设备的此类位置系统，这些 传感器设备在单独考虑时无法稳健对抗外部干扰场。
本发明的特定实施例的目的是提供包括仅两个传感器设备的此类线位置 系统或角位置系统，这些传感器设备在单独考虑时无法稳健对抗外部干扰场， 但是该系统基本上对干扰场不敏感，即使干扰场具有由磁场生成器(例如，永 磁体)生成的磁场的大于20％的大小。两个传感器设备可以是两个分立的集成 电路(IC)。
本发明的实施例的目的还在于提供用于确定磁场生成器(例如，永磁体) 的线位置或角位置的方法。
本发明的特定实施例的目的是提供一种系统，其中，磁场生成器和传感器 设备以特定方式(位置和/或取向)被布置，以使得用于确定线位置或角位置的 算法的复杂度降低而不破坏对抗外部干扰场(如果存在)的稳健性。
本发明的特定实施例的目的是提供线位置系统或角位置系统，在该系统中， 传感器设备和磁场生成器的安装要求极大地降低而不破坏对抗外部干扰场(如 果存在)的稳健性。
根据本发明的实施例，这些目的通过一种位置系统并通过一种用于确定位 置的方法来实现。
根据第一方面，本发明提供了一种位置传感器系统，该位置传感器系统包 括：磁场生成器，相对于第一传感器设备和第二传感器设备可移动或反之亦然， 并且适于向第一磁传感器设备提供第一磁场向量并适于向第二磁传感器设备 提供第二磁场向量，该第二磁场向量不同于第一磁场向量；第一传感器设备适 于确定与所述第一磁场向量同外部干扰场(如果存在)的组合有关的第一向量 数据(例如，v1x、v1y；或v1x、v1z)；第二传感器设备适于确定与所述第二 磁场向量同所述外部干扰场(如果存在)的组合有关的第二向量数据(例如， v2x、v2y；或v2x、v2z)；该位置传感器系统进一步包括至少一个处理器，该 处理器适于接收第一向量数据和第二向量数据，并且适于执行确定磁场生成器 相对于第一和第二传感器的位置的方法，以消除外部干扰场的方式的该方法基 于该第一向量数据和第二向量数据。
干扰场可以是零。
其中，“消除外部干扰场，即使其大小与磁源的大小处于同一数量级”意指 例如：“不假定外部干扰场具有特定取向”并且“不假定外部干扰场的大小小于 由磁源创建的场的10％”。
向量数据可以是2D向量数据或3D向量数据。
其中，“第一磁场向量不同于第二磁场向量”意指以绝对坐标表达时的两 个不同的向量。
第一传感器设备和第二传感器设备优选地位于不同位置。
第一传感器设备可以确定参考第一局部坐标系(例如，具有轴X1、Y1或 X1、Y1、Z1)的第一向量数据，并且第二传感器设备可以确定参考第二局部 坐标系(例如，具有轴X2、Y2或X2、Y2、Z2)的第二向量数据。这些坐标 系可以是完全对齐的(即，三个对应的轴平行)或者不对齐的(即，三个对应 的轴中没有一个是平行的)或者部分对齐的(例如，X1与X2对齐，但是Y1 与Y2不对齐且Z1与Z2不对齐)。
在优选的实施例中，这些轴与在第一和第二传感器设备中使用的传感器 (例如，传感器电路或传感器元件)的最大灵敏度的方向对应。例如，Z轴可 以典型地与垂直于半导体平面的方向对应，并且Z分量可以例如由所谓的“水 平霍尔元件”测量。X轴和Y轴典型地是与半导体平面平行并且彼此垂直的两 个轴。X分量和Y分量可以例如使用两个垂直霍尔元件来测量，但是也可使用 其他传感器元件或传感器结构。
该角位置系统的主要优势在于，通过将从所述两个传感器设备获得的向量 信息进行组合，使得外部磁场的影响可被减少，例如，基本上消除。
该算法的优势在于，不必要依赖于外部场的大小是可忽略地小的，例如， 具有比由磁场生成器(例如，永磁体)提供的磁场的大小的10％更小的大小。
该算法的优势在于，即使外部干扰场的大小比由磁场生成器提供的磁场的 大小的20％更大或者比其40％更大，仍然提供正确的角度值。
处理器可以是在传感器设备中的一个传感器设备之内、或在传感器设备两 者之内的处理器，或者是外部处理器，或者是其组合。当然，传感器设备将被 互连和/或连接至所述外部处理器以用于提供所述向量数据。该通信连接可以是 有线连接或无线连接。
位置传感器系统可以是线位置传感器系统或角位置传感器系统。角位置传 感器可以被用来例如确定转子相对于定子(包括两个传感器设备)的角位置， 并在汽车环境中尤其有用。
在实施例中，第一传感器设备适于在仅二维上或在三维上测量组合磁场向 量，并且被用来提供对所述二维或三维向量数据对应的两个或仅两个值或三个 值；并且第二传感器设备适于在仅二维上或在三维上测量和提供第二组合磁场 向量，并且被用来提供与所述二维或三维向量数据对应的两个或仅两个值或三 个值；并且所述方法基于使用从每个传感器测量的两个或仅两个或三个值来对 方程组进行求解。
使用来自每个传感器的至少两个值的算法明显不同于仅使用来自每个传 感器的单个值(诸如，角度值)的算法。
该方程组可以是线性方程组。算法基于首先对线性方程组进行求解来完全 消除外部磁场分量，并且随后基于其中外部场不发挥作用的剩余方程来找到角 位置，这明显不同于假定外部场具有小的幅值的方程组，外部场的影响可以通 过在若干个方向上进行多个测量(例如，使用最小均方近似)来消除。
在实施例中，位置传感器系统是线位置传感器系统；并且位置是线位置； 并且磁场生成器沿长轴是可移动的，或者第一和第二传感器沿长轴是可移动的； 并且第一和第二磁传感器设备相对于所述长轴具有预定义的第一和第二位置 以及预定义的第一和第二取向。
在实施例中，位置传感器系统是角位置传感器系统；并且位置是角位置； 并且磁场生成器绕长轴是可旋转的；并且第一和第二磁传感器设备相对于所述 长轴具有预定义的第一和第二位置以及预定义的第一和第二取向。
在实施例中，第一传感器设备和第二传感器设备两者基本上位于磁场源的 轴上。
其中，“基本上位于轴上”意指从轴的径向偏移小于1.0mm，优选地小于 0.7mm或小于0.5mm。
在实施例中，第一传感器设备基本上位于磁场源的轴上；并且第二传感器 设备位于距该轴至少1.0mm的距离(例如，大于1.5mm或大于2.0mm或大 于2.5mm或大约3.0mm或大于4.0mm或大于5.0mm的距离)处。
或者换言之，在该实施例中，第一传感器设备位于“轴上”，而第二传感器 设备位于“轴外”。该实施例的优势在于，第一和第二磁场向量对于所有的角位 置典型地相当不同，并且对这些传感器设备的物理放置可能更容易。
在实施例中，第一传感器设备和第二传感器设备两者位于距轴至少1.0 mm的距离(例如，大于1.5mm或大于2.0mm或大于2.5mm或大约3.0mm 或大于4.0mm或大于5.0mm的距离)处。或者换言之，在该实施例中，第一 和第二传感器设备两者均位于“轴外”。
在实施例中，第一传感器设备包括限定第一平面的第一衬底；并且第二传 感器设备包括限定第二平面的第二衬底；并且第一和第二传感器设备被取向成 使得第一平面和第二平面基本上垂直。
该实施例的优势在于，垂直的布置可以简化方程组。
在实施例中，第一传感器设备具有限定与第一局部坐标系对应的至少两个 不同的最大敏感度防线(例如，X1、Y1；X1、Z1；X1、Y1、Z1)的至少两个 磁传感器；并且第二传感器设备具有限定与第二局部坐标系对应的至少两个不 同的最大敏感度方向(例如，X2、Y2；X2、Z2；X2、Y2、Z2)的至少两个磁 传感器；并且第一坐标系的轴中任一轴都不与第二坐标系的轴中的任一轴平行。
该实施例的优势在于，第一和第二传感器能以任何方向进行取向，使得机 械设计更简单。然而，通过对方程组进行求解，角位置可以被唯一地确定。在 特定实施例中，第一和第二传感器的位置可以被特定地选择，以简化方程组。
在实施例中，由磁场源提供的第一磁场向量和第二磁场向量的至少一个或 至少两个或所有三个分量对于磁场源的所有角位置是不同的。
优势在于，至少一个分量，但是优选地，至少两个分量或至少三个分量是 不同的，因为这不仅确保方程组仅具有单个解而且可提供过度指定的方程组， 这可有助于由于对误差进行舍入而改进准确性。
在优选的实施例中，它们的幅值有至少5％的不同，或者它们的取向有至 少5°或至少10°或至少20°或至少30°的不同，或者两种情况均存在。
其中，“第一向量与第二向量不同”意指它们的大小不同或它们的取向不同， 或者它们的大小不同且取向不同。
在优选的实施例中，它们的幅值有至少5％的不同，或者它们的取向有至 少5°或至少10°或至少20°或至少30°的不同，或者两种情况均存在。
在实施例中，第一传感器设备包括限定第一平面的第一衬底；并且第二传 感器设备包括限定第二平面的第二衬底；并且第一和第二传感器设备被取向成 使得第一平面和第二平面基本上平行。
该实施例的优势在于，除了平面内旋转之外，由第一和第二传感器所测量 的外部干扰场分量相同，取决于两个传感器设备的轴的对齐，外部干扰场分量 可以在数学上被描述为具有固定坐标的二维矩阵计算，其随时间固定并且可以 通过校准来确定。
在实施例中，第一平面和第二平面重合。
该实施例的优势在于，两个传感器设备可例如被安装在单个PCB上。
在实施例中，第一传感器设备和第二传感器设备基本上位于所述轴上。
在实施例中，磁场源适于以使得第一磁场向量在第一平面中的第一投影与 第二磁场向量在第二平面中的第二投影平行或反平行的方式向第一传感器设 备提供第一磁场向量并向第二传感器设备提供第二磁场向量。
该实施例的优势在于，第一平面与第二平面平行，因为随后以任何方向X、 Y、Z取向的恒定的外部干扰场的影响在两个平面中完全相同。
优势在于，磁体向第一传感器设备提供第一磁场向量并向第二传感器设备 提供第二磁场向量，该第一磁场向量与第二磁场向量平行(即，限定大约0° 的角)或反平行(即，限定大约180°的角)，因为这允许以允许通过简单的向 量加法或减法来完全消除外部场的影响的方式使用几何对称考虑来简化计算。
在实施例中，第一磁场向量B1mag在第一平面中的第一投影与第二磁场 向量B2mag在第二平面中的第二投影反平行；并且方法包括基于下列公式组 或等效的公式组来计算位置：
Figure BDA0002106898470000071
其中，(v1x,v1y)是由第一传感器设备所测量的第一总向量v1的向量坐标， 并且(v2x,v2y)是由第二传感器设备所测量的第二总向量v2的向量坐标，并 且(B1magx,B1magy)是单独由磁生成器创建的场的第一投影的向量坐标。
第一和第二传感器设备可位于所述轴上。
该实施例的优势在于，角位置可以使用向量减法来计算，并且在校准期间 不需要确定值，但是传感器设备的安装要求稍微更严格。
在实施例中，磁场生成器(例如，永磁体)位于两个平面之间。
在实施例中，第一平面和第二平面是单个平面，并且传感器设备与磁体位 于同一侧上，彼此相邻。
在实施例中，系统适于根据下列公示来计算角位置：α＝arctan(B1magy/B1magx)。
该实施例的优势在于，角位置可以使用单个几何函数来计算，这可以例如 使用查找表(其可任选地被插值)来实现。注意，然而，不要求完美的反正切 函数，并且例如，查找表可补针对较高的谐波进行补偿。
在实施例中，第一传感器设备被配置成用于在第一传感器位置处测量 平面内场分量(例如，与第一传感器设备的半导体平面平行的方向上的B1x) 和平面外场分量(例如，与该半导体平面垂直的方向上的B1z)，并且第二 传感器设备被配置成用于在第二位置处测量平面内场分量(例如，与第二 传感器设备的半导体平面平行的方向上的B2x)和平面外场分量(例如， 与该半导体平面垂直的方向上的B2z)；并且磁源被磁化，以使得第一传 感器设备相对于磁场源被取向成使得第一平面内场分量(例如，B1x)相对 于第一平面外分量(例如，B1z)基本上90°相移，(或者换言之：使得作 为位置的函数的第一平面内场分量的波形相对于作为位置的函数的第一平 面外场分量的波形90°相移)；并且其中，磁源被磁化，以使得第二传感器 设备相对于磁场源被取向成使得第二平面内场分量(例如，B2x)相对于第 二平面外分量(例如，B2z)基本上90°相移；并且其中，第一和第二传感 器设备被间隔开，以使得第一平面内磁场分量(例如，B1x)相对于第二平 面内磁场分量(例如，B2x)相移从30°至330°范围中的值、或从60°至300° 范围中的值、或从90°至270°范围中的值、或从120°至240°范围中的值、 或从150°至210°范围中的值，例如，等于大约180°。
在该实施例中，(例如，在图19、图20和图21中所图示)，传感器设 备相对于磁源的位置和取向被特定地选择，以使得由传感器设备测量的至少四 个信号相对于彼此相移90°和180°。这允许以对于外部干扰场完全不敏感的方 式并且还使用相对简单的公式组来确定角位置。
第一和第二传感器设备位于轴外(例如，位于距轴至少1.0mm的距离处)。
在实施例中，方法适于基于下列公式组来计算角位置：
Figure BDA0002106898470000081
其中，(v1x,v1z)是由第一传感器设备所测量的第一向量v1的向量坐标，并 且(v2x,v2z)是由第二传感器设备所测量的第二向量v2的向量坐标，并且 (B1magx,B1magz)是单独由磁生成器创建的磁场的向量坐标。
该实施例的优势在于，涉及由传感器所测量获得的值的仅仅减法。应当领 会，值v1x自身随外部干扰场而变化，但是差信号(v1x-v2x)不变，并且这 是由于两个传感器设备的特定放置。
发明人惊人地发现，传感器设备的特定布置引起极简单的公式。就发明人 所知，该特定布置在本领域中是未知的。
在实施例中，系统适于基于下列公示来计算角位置：α＝arctan(B1magz/B1magx)。
在实践中，执行该方法的处理器可计算反正切函数，或者可使用查找表或 以任何其他合适的方式来获得该值。
在实施例中，角位置系统包括仅两个传感器设备，该两个传感器设备包括 所述第一传感器设备和所述第二传感器设备。
此类实施例的主要优势在于，仅要求两个传感器设备(与例如其中使用至 少四个传感器设备以及其中由外部干扰场引起的影响未通过设计(例如，最小 均方)完全消除或仅仅被降低的系统相比)。
根据第二方面，本发明还提供一种用于在处理器中根据第一方面来确定位 置传感器系统的磁场生成器的位置的计算机实现的方法；该方法包括下列步骤： a)从第一传感器设备接收第一向量数据，该第一向量数据是与所述第一磁场 向量同外部干扰场(如果存在)的组合有关的二维数据(例如，两个平面内场 分量，或者一个平面内分量和一个平面外分量)或三维数据；b)从第二传感 器设备接收第二向量数据，该第二向量数据是与所述第二磁场向量同所述外部 干扰场(如果存在)的组合有关的二维数据(例如，两个平面内场分量，或者 一个平面内分量和一个平面外分量)或三维数据；c)以即使外部干扰场的大 小与由磁场生成器生成的场处于同一数量级也消除该外部干扰场的方式基于 第一向量数据和第二向量数据来确定磁场生成器的位置。
该方法可以由嵌入在一个传感器设备或传感器设备两者之内的处理器或 由连接至这些传感器设备的外部处理器执行。
在实施例中，第一传感器设备适于测量与所述二维向量数据对应的两个平 面内场分量值(例如，v1x、v1y)或者适于测量与所述二维向量数据对应的 一个平面内场分量值和第一平面外场分量值(例如，v1x、v1z)或者适于测量 与所述三维向量数据对应的三个值(例如，v1x、v1y、v1z)，并且第二传感 器设备适于测量与所述二维向量数据对应的两个平面内场分量值(例如，v2x、 v2y)或者适于测量与所述二维向量数据对应的一个平面内场分量值和第一平 面外场分量值(例如，v2x、v2z)或者适于测量与所述三维向量数据对应的三个值(例如，v2x、v2y、v2z)；并且所述算法基于使用来自每个传感器设备 的至少两个值对方程组进行求解。
在优选实施例中，方程组是线性方程组，意指多个变量的一阶多项式方程 组，这些变量包括针对外部干扰场(Bext)的变量，例如，表示由磁场源(例 如，永磁体)创建的磁场的磁场强度以及未知的外部干扰场的磁场强度的多个 变量。
在优选的实施例中，线性方程组包含(或被精简为)仅两个线性方程。
在实施例中，第一传感器设备适于测量第一组合磁场向量并且适于提供对 所述二维或三维向量数据对应的两个值或三个值；并且第二传感器设备适于测 量和提供第二组合磁场向量并且适于提供与所述二维或三维向量数据对应的 两个值或三个值；并且所述算法基于使用来自每个传感器设备的至少两个值来 对方程组求解。
其中，“组合磁场”或“总磁场”意指：由磁源(例如，永磁体)生成的磁场 与外部干扰场的组合(或叠加)。
如以上所描述，在优选实施例中，方法可适于确定特定布置(位置和/或 取向)的两个传感器设备的角位置。
本发明的特定和优选方面在所附独立和从属权利要求中阐述。来自从属权 利要求的特征可以与独立权利要求的特征以及其他从属权利要求的特征适当 地结合，而不仅仅是如在权利要求中明确阐述的。
本发明的这些以及其他方面从下文所描述的(多个)实施例中将变得显而 易见并且将参考这些实施例来进行阐明。
附图说明
图1是US2018087926A1的图1的副本。
图2是US2018087926A1的图19的副本。
图3图示出根据本发明的特定实施例的角位置系统的抽象表示。
图4示出具有6个未知数的4个方程的组，根据本发明下的认识，这些方 程可适用于图3的系统。
图5示出如可以被用来确定图3中所示出的系统的磁体的位置的第一算法 下的公式和方程。
图6示出图示针对第一示例性角位置的图5的算法的向量表示。
图7示出图示针对第二示例性角位置的图5的算法的向量表示。
图8(a)至图8(e)示出根据本公开的实施例的角位置系统的抽象表示，其可 以被视为图3的系统的变型，其中，传感器设备的平面平行并且垂直于旋转轴， 并且其中，传感器设备两者被定位在旋转轴上。
图9示出如可以被用来确定图8(a)和图8(d)中示出的系统的磁体位置的图 5的公式和方程的变型。
图10示出如可以被用来确定图8(b)、图8(c)和图8(e)中示出的系统的磁 体位置的图5的公式和方程的另一变型。
图11示出可以在根据本发明的实施例的系统中使用的包括两个传感器设 备的系统的示意性框图。
图12示出根据本发明的实施例的角位置系统的更一般的布置，其中，传 感器设备可以或可以不被定位在轴上，并且其中，传感器设备的平面可以或可 以不平行，并且其中，传感器设备的平面可以或可以不垂直于旋转轴，并且其 中，传感器设备的轴中的一些或全部可以或可以不对齐。
图13示出如可以被用来确定图12中所示出的布置的磁体的角位置的算法 下的第一组公式和方程。
图14示出如可以被用来确定图12中所示出的布置的磁体的角位置的算法 下的第二组公式和方程。通过求解具有4个未知数的5个或6个方程的组，可 以找到唯一的解。
图15示出磁源和两个传感器设备的示例性布置，其可以被视为图12的特 殊情况，其中，传感器设备限定正交地取向的平面。
图16示出如可以被用来确定图15中所示出的布置的磁体的角位置的算法 下的一组公式和方程。通过求解具有1个未知数(为未知的角位置α)的2个 或3个方程的组，可以找到唯一的解。
图17示出磁源和两个传感器设备的示例性布置，其可被视为图12的特殊 情况，其中，在它们的局部坐标系的对应的X、Y、Z平行的意义上，传感器 设备完全对齐。
图18示出如可以被用来确定图17中所示出的布置的磁体的角位置的算法 下的一组公式和方程。通过求解一组具有1个未知数(为未知的角位置α)的 2个或3个方程，可以找到唯一的解。
图19示出包括多极磁源和被布置在磁体的单侧的两个传感器设备的另一 示例性布置，这些传感器设备以它们各自的轴X、Y、Z平行的方式取向但被 间隔开，以便测量基本上相移180°的信号(源自磁体)。在首先通过减去对应 的信号来消除外部干扰场之后，可以借助反正切函数来计算角位置。
图20示出了包括多极磁源和两个传感器设备的又一示例性布置，这两个 传感器设备被布置成面向环形磁体或盘状磁体的外周界，这些传感器设备以它 们各自的轴X、Y、Z平行的方式取向但被间隔开，以便测量基本上相移180° 的信号(源自磁体)。在首先通过减去对应的信号来消除外部干扰场之后，可 以借助反正切函数来计算角位置。
图21示出了包括多极磁源和两个传感器设备的又一示例性布置，这两个 传感器设备被布置成面向环形磁体的内周界，这些传感器设备以它们各自的轴 X、Y、Z平行的方式取向但被间隔开，以便测量基本上相移180°的信号(源 自磁体)。在首先通过减去对应的信号来消除外部干扰场之后，可以借助反正 切函数来计算角位置。
图22示出根据本发明的实施例的线性位置传感器系统2200，其可以被视 为图20或图21中所示出的系统的变型。
图23示出根据本发明的实施例的线性位置传感器系统2300，其可以被视 为图19或图22中所示出的系统的变型。
这些附图仅是示意性且非限制性的。在附图中，出于说明性目的，可将要 素中的一些要素的尺寸放大且不按比例绘制。权利要求中的任何附图标记不应 被解释为限制范围。在不同的附图中，相同的附图标记指示相同或相似的要素。
具体实施方式
将就具体实施例并且参考特定附图来描述本发明，但是本发明不限于此而 仅由权利要求书来限定。所描述的附图仅是示意性且非限制性的。在附图中， 出于说明性目的，可将要素中的一些要素的尺寸放大且不按比例绘制。尺寸和 相对尺寸不对应于对本发明的实施的实际缩减。
此外，说明书中和权利要求中的术语第一、第二等等用于在类似的要素之 间进行区分，并且不一定用于在时间上、空间上、以排名或任何其他方式来描 述顺序。应当理解，如此使用的术语在适当的情况下是可互换的并且本文中所 描述的本发明实施例与本文中所描述或图示的相比能够以其他顺序操作。
另外，说明书和权利要求书中的术语顶部、下方等等被用于描述性目的而 不一定用于描述相对位置。应该理解，如此使用的这些术语在合适情况下可以 互换，并且本文描述的本发明的实施例能够以除了本文描述或说明取向的之外 的其他取向来操作。
应注意，权利要求中使用的术语“包括”不应被解释为限定于其后列出的装 置；它并不排除其他要素或步骤。因此，该术语应被解释为指定如所提到的所 陈述的特征、整数、步骤或组件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整数、 步骤或组件、或其群组的存在或添加。因此，表述“一种包括装置A和B的设 备”的范围不应当限于仅由组件A和B组成的设备。就本发明而言，仅由组 件A和B组成的设备意指该设备的相关组件仅仅是A和B。
贯穿本说明书对“一个实施例”或“实施例”的引用意指结合该实施例描述 的特定的特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。因此，短语 “在一个实施例中”或“在实施例中”贯穿本说明书在各个地方的出现并不一定全 部是指同一实施例，但是可以指同一实施例。此外，在一个或多个实施例中， 如从本公开中对本领域普通技术人员将是显而易见的，特定的特征、结构或特 性可以用任何合适的方式进行组合。
类似地，应当领会，在本发明的示例性实施例的描述中，出于精简本公开 和辅助理解各发明性方面中的一个或多个发明性方面的目的，本发明的各个特 征有时被一起编组在单个实施例、附图或其描述中。然而，这种公开的方法不 应被解释为反映所要求保护的本发明需要比每项权利要求中所明确记载的更 多特征的意图。相反，如所附权利要求反映的，各发明方面可以存在比单个前 述公开的实施例的全部特征更少的特征。因此，具体实施方式之后所附的权利 要求由此被明确纳入本具体实施方式中，其中每一项权利要求本身代表本发明 的单独实施例。
此外，尽管本文中所描述的一些实施例包括其他实施例中所包括的一些特 征但不包括其他实施例中所包括的其他特征，但是不同实施例的特征的组合旨 在落在本发明的范围内，并且形成如将由本领域技术人员所理解的不同实施例。 例如，在所附的权利要求书中，所要求保护的实施例中的任何实施例均可以任 何组合来使用。
在本文中所提供的描述中，阐述了众多具体细节。然而应理解，在没有这 些具体细节的情况下也可实践本发明的实施例。在其他实例中，公知的方法、 结构和技术未被详细示出以免混淆对本描述的理解。
在本文档中，除非以其他方式明确提到，否则取决于上下文，术语“传感 器”可以指磁传感器设备或磁传感器元件。
在本文档中，术语“传感器元件”或“磁传感器元件”是指能够测量磁量的组 件或子电路或结构，诸如例如，磁阻元件、水平霍尔板、垂直霍尔板、包括至 少一个(但优选地为四个)磁阻元件的惠斯通电桥等。
在本文档中，术语“传感器设备”或“磁传感器设备”是指不共线的至少三个 传感器元件的(例如，在半导体衬底或半导体管芯上的)布置，例如，位于单 个平面中的至少四个传感器元件。该传感器设备可被包括在封装(也被称为“芯 片”)中，但这不是必须的。
在本文档中，表达“向量的平面内分量”和“向量在平面中的垂直投影的X 分量和Y分量”含义相同。在两个传感器芯片各自包含半导体衬底的情况下， 意指磁场向量在由所述衬底限定的平面中的投影。
在本文档中，术语“两个向量平行或反平行”意指两个向量相对于彼此限定 0°或180°的角。换言之，它们的载体平行，但是向量可能指向相同方向或相反 方向。
除非以其他方式明确提到，否则表达“两个向量平行”意指它们的载体平行 而不论向量的方向如何(相同或相反)。
在本文档中，术语“磁场生成器”和“磁源”含义相同，并且可指包括一个或 多个线圈的布置，或者可指包括一个或多个永磁体的布置等等。永磁体可以是 偶极磁体、或者具有至少四个极或至少六个极或至少八个极的多极磁体。永磁 体可以是条形磁体或环形磁体或盘状磁体等。
本发明提供了若干个角位置系统300(参见图3)、801至805(参见图a 至图8e)、1200(参见图12)、1500(参见图15)和1700(参见图17)及 1900(参见图19)、2000(参见图20)、2100(参见图21)、2200(参见图 22)、以及2300(参见图23)，这些角位置系统包括例如作为转子的一部分 的、绕纵轴305旋转的磁场生成器301、1901(例如，包括一个或多个线圈的 布置、或包括一个或多个永磁体的布置、或多极磁体)。
磁场生成器301适于向第一磁传感器设备303提供第一磁场向量
Figure BDA0002106898470000151
并向第二磁传感器设备304提供第二磁场向量
Figure BDA0002106898470000152
第二磁场向量 (例如，以绝对坐标来表达)在幅度和/或取向和/或方向上与第一磁场向量
Figure BDA0002106898470000154
不同，优选地对于磁场源的所有角位置α。
在其中磁源沿例如线性轴之类的轨迹移动的线性位置传感器情况下，第一 和第二磁传感器设备相对于所述轴优选地具有固定的距离和固定的取向。
在其中磁源可绕旋转轴旋转的角位置传感器的情况下，第一磁传感器设备 303和第二磁传感器设备304具有相对于旋转轴上的固定点固定或者相对于磁 场生成器的中心固定的第一和第二位置。第一磁传感器设备303和第二磁传感 器设备304相对于所述点或所述中心具有预定义的第一和第二取向，这些取向 也是固定的。第一和第二传感器典型地被安装在定子上。
第一传感器设备303适于确定与所述第一磁场向量
Figure BDA0002106898470000155
和外部干扰场
Figure BDA0002106898470000156
(如果存在)的组合有关的第一向量数据(例如，在3D传感器设备情况 下的v1x、v1y、v1z，或者在2D传感器设备情况下的v1x、v1y)。第一向量 数据能以第一局部坐标系来表达(例如，在3D传感器情况下的X1、Y1、Z1， 或者在2D传感器设备情况下的X1、Y1)。
第二传感器设备304适于确定与所述第二磁场向量
Figure BDA0002106898470000157
和外部干扰场
Figure BDA0002106898470000158
(如果存在)的组合有关的第二向量数据(例如，在3D传感器设备情况 下的v2x、v2y、v2z，或者在2D传感器设备情况下的v2x、v2y)。第二向量 数据能以第二局部坐标系来表达(例如，在3D传感器情况下的X2、Y2、Z2， 或者在2D传感器设备情况下的X2、Y2)。
线性或角传感器系统300、801至805、1200、1500、1700、1900、2000、 2100、2200、2300进一步包括至少一个处理器306、307、309(参见例如图11)， 该处理器适于接收例如(v1x,v1y,v1z)或(v1x,v1y)的第一向量数据以及例 如(v2x,v2y,v2z)或(v2x,v2y)的第二向量数据，并且适于基于第一向量数 据和第二向量数据以基本上完全消除外部干扰场
Figure BDA0002106898470000161
的方式来确定磁场生成 器301的线位置或角位置，即使外部干扰场的幅度与由该磁场生成器生成的磁 场处于同一数量级，例如，具有比由该磁场生成器生成的磁场的幅度高20％或 比其高50％的幅度。
与图1中所描述的其中每个传感器设备仅仅提供角度(其为数字值)的系 统相比，根据本发明的系统的传感器设备303、304中的每个传感器设备能够 测量和/或提供2D或3D向量信息，该2D或3D向量信息意指例如，磁场向量 在由该传感器设备限定的平面中的投影的X和Y坐标，或者由该传感器设备 测量的磁场向量的X、Y和Z坐标。这是与图1和图2中所示出的其中使用仅 能够提供角度而非向量的两个传感器的系统的重要区别。传感器设备303、304 中的至少一个传感器设备能够例如通过例如经由串行总线308(参见图11)或 经由使两个传感器设备互连的并行总线向另一传感器设备提供其已经测量或 确定的向量信息来输出该向量信息。
在实施例中，这些传感器设备中的一个传感器设备(例如，第一传感器设 备303)向另一传感器设备(例如，第二传感器设备304)提供它的向量信息， 在此情况下，第二传感器设备304中的处理器307将基于由第一传感器设备303 测量并从该第一传感器设备303接收的第一传感器信息并且基于由第二传感器 设备304测量的第二传感器信息来计算磁源301的线位置x或角位置α。
在实施例中，传感器设备303、304两者均向彼此提供它们的传感器信息， 并且第一传感器设备303中的第一处理器306和第二传感器设备304中的第二 处理器307两者均计算所述线位置或角位置。这可以出于冗余性原因或为了故 障检测而被使用。
在另一或进一步的实施例中，传感器设备303、304两者均向外部处理器 309(例如，向机载计算设备)提供它们的向量信息，这些传感器设备随后计 算所述线位置或角位置。
向量信息能以笛卡尔坐标(例如，X坐标和Y坐标，或者X坐标、Y坐 标和Z坐标)或者以振幅和角度的形式(例如，在2D传感器设备的情况下) 或者以振幅和两个角度(在3D传感器设备的情况下)被提供，但是也可使用 诸如例如柱面坐标(半径、角度、高度)或球面坐标(半径、角度1、角度2) 之类的其他坐标系。
本发明的发明人发现一种用于确定磁场源301的角位置的改进算法而不 是依赖于近似值(如US2018087926A1中所做的那样)，该改进算法基于若干 见解。主要优势在于，该改进关法允许确定磁源301相对于传感器的线位置或 角位置，即使外部干扰场是相对大的(例如，具有与磁场源一样大的幅值)并 且不论该外部干扰场
Figure BDA0002106898470000171
的取向如何。换言之，主要优势在于，此种方法对 外部干扰场是“真正稳健的”。
本发明的基本思想中的一个是基于如下认识：每个传感器可以测量相对于 其自身的局部坐标系的向量，但是由于两个传感器的相对位置和取向是固定的 并且已知的(例如，由通过设计预先确定的(在一些公差裕度内)或在安装之 后、例如在校准测试期间测量的)，因此由第一和第二传感器设备获得的向量 信息是有关联的。
本发明的另一基本思想是基于如下认识：第一传感器设备位置处的外部干 扰场与第二传感器设备位置处的外部干扰场基本上相同。
本发明的又一基本思想是基于如下认识：由第一传感器设备测量的第一磁 向量是由磁场源提供的第一磁场向量
Figure BDA0002106898470000172
与干扰场向量
Figure BDA0002106898470000173
的向量和，以 及由第二传感器设备测量的第二磁向量是由磁场源提供的第二磁场向量 与同一干扰场向量
Figure BDA0002106898470000175
的向量和。
本发明的又一基本思想是基于如下认识：由磁场源创建或源自磁场源的第 一磁场向量
Figure BDA0002106898470000176
与由该磁场源创建或源自该磁场源的第二磁场向量
Figure BDA0002106898470000177
之间存在关联，磁场源例如永磁体，该关联是已知的，例如，通过设计而预先 确定或者可以在校准测试期间被测量。存在其中可以借助一组线性方程来表达 此种关联的许多可能的布置，首先可对该线性方程组进行求解以消除外部场， 并且随后可以使用剩余的方程来计算线位置或角位置(例如，使用测角函数)。 主要优势在于，外部干扰场可以被消除，例如，由该组线性方程完全消除。
本发明的又一基本思想是基于如下认识：通过测量足够数量的场分量，并 且通过将来自仅两个传感器设备的所有信息进行组合，外部干扰场的(未知的) 场分量以及磁体的未知的线位置或角位置可以通过对一组方程进行求解来确 定。
明确指出，得出由本发明提供的解决方案要求所有这些认识的组合。
在本文档的剩余部分中，将针对若干个示例性布置(简单布置以及更复杂 的布置两者)来描述本发明的原理，并且将描述若干种算法以确定磁源(例如， 相对于参考位置)的线位置或角位置。在降低的算法复杂度相对于较不严格的 安装要求方面，每个版本具有其优劣，但是所有版本对于外部干扰场是稳健的。
首先(在图3至图10中)将描述具有许多安装约束的布置，因为用于计 算角位置的方法是易于理解的。在这些系统中，两个传感器设备可以是能够仅 在两个维度上测量磁场分量的2D传感器设备。接下来(在图12至图18中) 描述了具有放松的安装要求的更一般的布置，但要求用于确定角位置的更复杂 的方法。在这些系统中，传感器设备中的一个或两个需要是3D传感器设备。 在图19中，将描述2D传感器系统的另一示例。最后，在图19至图23中，将 描述其他特定实施例。
现在参考各附图。
图1是US2018087926A1的图1的复制，并且示出了本领域中已知的传感 器系统，该传感器系统包括永磁体103、适于提供第一角度
Figure BDA0002106898470000181
的第一“角传感 器设备”111、以及适于提供第二角度的第二角度传感器设备112。需要指 出，这些设备仅提供角度并且不提供向量信息。
图2是US2018087926A1的图19的复制图，并且示出了在存在干扰场Bd 的情况下由第一传感器设备111测量的第一角度
Figure BDA0002106898470000183
和由第二传感器设备112 测量的第二角度
Figure BDA0002106898470000184
在US'926中描述了在干扰场Bd比磁场Bm1、Bm2的 10分之1更小的情况下，角度
Figure BDA0002106898470000186
和
Figure BDA0002106898470000185
的组合可以提供具有减少的由干扰场 导致的误差的角度。
本发明的发明人也考虑了图1和图2的布置、以及在存在外部干扰场Bd 的情况下确定磁体103相对于传感器111、112的角位置的问题，但发现了用 于解决该问题的另一解决方案。本文中提出的解决方案能够大幅地降低或甚至 完全消除外部场的影响而不论外部干扰场的方向如何，即使干扰场的幅值高达 磁场生成器的幅值的大约20％、高达其幅值的大约40％、高达其幅值的大约 50％、高达其幅值的大约60％、高达其幅值的大约80％、或者甚至与该磁场生 成器的幅值一样大，该磁场生成器例如永磁体。
尽管本发明不限于永磁体作为可能的磁场生成器，但是为了描述简便，将 针对永磁体来解释本发明的原理。同样，尽管本发明不限于具有笛卡尔坐标系 的传感器设备，但是将假定笛卡尔坐标系来解释本发明的原理。具有本公开的 益处的技术人员可以容易地将由本发明提供的原理扩展到其他磁源和/或其他 坐标系。
图3示出了示例性布置300的抽象表示，对于该示例性布置300，发明人 想要确定磁体301(例如，安装至转子，未示出)相对于参考角的角位置α。 以固定位置和取向来布置两个传感器设备303、304，例如，将两个传感器设备 303、304布置到定子(未明确示出)。
图3的布置300示出：
-永磁体301，在该示例中具有环形磁体的形式，但是本发明不限于此，并 且也可以使用其他类型的磁体。在图3的示例中，磁体301生成可由第一传感 器设备303测量的第一磁场向量
Figure BDA0002106898470000191
以及可由第二传感器设备304测量的第 二磁场向量
Figure BDA0002106898470000192
这些磁场向量相对于彼此反平行；
-两个传感器设备，第一传感器设备303和第二传感器设备304，基本上位 于旋转轴305上。第一传感器设备303具有限定第一平面ω1的第一衬底，并 且第二传感器设备304具有限定第二平面ω2的第二衬底。第一平面和第二平 面彼此平行并且垂直于旋转轴305，并且第一平面和第二平面位于磁体的相对 侧上。或者换言之，磁体位于第一传感器设备与第二传感器设备之间。第一传 感器设备303具有第一局部坐标系X1,Y1,Z1并且第二传感器设备304具有第 二局部坐标系X2,Y2,Z2，并且两个传感器设备对齐以使得X1与X2平行，Y1与Y2平行，并且Z1与Z2平行。Z轴可与旋转轴305重合。
-第一磁传感器设备303能够测量第一(总)场向量在第一位置处 的平面内分量(即，投影在平面ω1中的分量)，并且任选地能够使该第一投 影总向量信息例如以两个坐标v1x、v1y的形式可用(例如，输出)。
-第二磁传感器设备304能够测量第二(总)场向量在第二位置(不 同于第一位置)处的平面内分量(即，投影在平面ω2中的分量)，并且任选 地能够使该第二投影总向量信息例如以两个坐标v2x、v2y的形式可用(例如， 输出)。
永磁体301可绕轴305旋转，以相对于参考位置来限定角α。
基于以上提到的认识，本发明的发明人意识到图3中描绘的系统300可以 通过图4中图示出的一组采用六个未知数的四个联立的方程来在数学上进行描 述，其中，(v1x,v1y)是由第一传感器设备303测量的、相对于X1和Y1轴 表达的、第一总磁场
Figure BDA0002106898470000203
在第一平面ω1中的向量坐标，并且其中，(v2x,v2y) 是由第二传感器设备304测量的、相对于X2和Y2轴表达的、第二总磁场
Figure BDA0002106898470000204
在第二平面ω2中的向量坐标。
一组具有6个未知数的4个线性方程不具有唯一解在本领域中是公知的。 由此，初看之下，该问题似乎无法解决。
然而，在更密切地调查图3中的布置之后，发明人得出如下认识：在磁体 301与第一传感器303之间的第一距离d1和磁体301与第二传感器304之间的 第二距离d2相同的情况下(即，在d1＝d2并且磁体在顶部和底部同样强的情 况下)，由磁体提供的第一向量的大小|B1mag|与由该磁体提供的第二向量的大 小|B2mag|相等，在此情况下，应用图5的公式[51]和[52]。(实际上，如果适 当地选择d1和d2，则这些方程也适用于在顶部比在底部更强的磁体)。
将图5的公式[51]和[52]与图4的方程[41]至[44]的组组合，产生采用四个 未知数(B1magx、B1magy、Bextx、Bexty)的四个线性方程[53]至[56]的方程 组，该方程组具有唯一解，该唯一解可以例如进一步计算出来而被确定。
公式[57]示出了由磁体在第一传感器303的位置处创建的磁场
Figure BDA0002106898470000211
可 以通过确定第一总向量与第二总向量之间的差除以2.0来获得。
这在图6和图7中对于固定取向的外部干扰场
Figure BDA0002106898470000212
针对磁体的两个示例 性取向图形地图示，从而实际上图示出该方法对于外部干扰场的任何取向都有 效，即使所述外部干扰场的大小与由磁体创建的磁场的大小大约一样大。
图6(a)示出第一传感器303将测量
Figure BDA0002106898470000213
是由磁体提供的与 外部干扰场
Figure BDA0002106898470000215
的向量和。
图6(b)示出第二传感器304将测量
Figure BDA0002106898470000216
是由磁体提供的
Figure BDA0002106898470000217
与外部干扰场
Figure BDA0002106898470000218
的向量和。
图6(c)图示出对于图3中示出的特定布置，向量差
Figure BDA0002106898470000219
与2* 对应，并且因此，
Figure BDA00021068984700002111
可以被计算为
Figure BDA00021068984700002112
其中，外部 干扰场
Figure BDA00021068984700002113
完全被消除。这是与由US'926提供的教导完全不同的教导。
图7(a)至图7(c)示出对于相同的外部场
Figure BDA00021068984700002114
的与图6(a)至图6(c)中的解 决方案类似的磁体逆时针旋转大约45°时的解决方案。如可以看出，不论相对 于磁体
Figure BDA00021068984700002115
的尺寸和取向如何，应用相同的公式。
返回参考图5，一旦向量位置(B1magx,B1magy)已知，则可以计算磁体 301的角位置α。例如，在B1magx和B1magy值基本上像余弦和正弦函数一 样变化的情况下，角位置可以使用公式[59]来计算，或者可以使用查找表并任 选地使用线性插值来计算，或者可以采用在本领域中本身已知的其他方式来计 算。
如可以从公式[53]至[56]领会的，以上所描述的算法500需要由第一传感 器设备303测量的总投影场的向量坐标(v1x,v1y)以及由第二传感器设备304 测量的总投影场的向量坐标(v2x,v2y)。该算法可以由例如嵌入在第一传感 器设备303中的处理器306(参见图11)执行，在此情况下，第一传感器设备 303和第二传感器设备304将需要互连并被适配，以使得第二传感器304可以 向第一传感器设备303提供第二向量信息或者反之亦然。第一传感器设备303 随后可以像外部干扰场
Figure BDA0002106898470000221
不存在一样来计算磁体的角位置。在汽车应用中， 处理器306可将该角α传输至车载计算机和/或传输至其他设备以供进一步处 理，例如，以用于对方向盘进行致动等等，但是此类方面在本发明的范围之外。
在实施例中，传感器设备303、304两者具有嵌入式处理器306、307，并 且传感器设备两者适于向彼此提供其向量信息，并且传感器设备两者适于通过 执行以上所描述的算法500来计算角位置α(其被针对外部干扰场进行了补偿)， 并且设备两者适于向所述车载计算机或其他设备提供该角。以此种方式，由于 两个值应当相同，因此可能检测到故障状况。
在又一实施例中，算法500不由嵌入在传感器设备303、304之内的处理 器306、307执行，而是由这些传感器设备外部的处理器309执行，例如，在 以上示例中，由所述车载计算机执行。在此情况下，这些传感器设备中的每个 传感器设备将适于例如经由引线或导线308或电缆或无线(例如，光学地或经 由RF)或者以任何其他合适的方式向所述车载计算机提供其向量信息。当然， 单独的引线或迹线或导线或电缆也可被设置在传感器设备与外部处理器309之 间。
但是，发明人更进一步，并且意识到：如果磁场向量
Figure BDA0002106898470000222
和
Figure BDA0002106898470000223
不 平行或不反平行，和/或如果第一传感器设备303和第二传感器设备304的取向 不是完美对齐的(例如，如果X1与X2不平行并且Y1与Y2不平行)，则方 程[41]至[44]的组也可以被解出。
图8(a)至图8(e)示出图3的布置的若干个变型。注意，在图8(a)至图8(e) 中，未明确示出传感器设备(但替代地示出了叉号)，并且坐标轴已经被稍微 移动，以便保持附图可读。如可以看到，在图8(a)至图8(e)中示出的实施例中， 第一传感器设备303的第一平面ω1和第二传感器设备304的第二平面ω2仍 然彼此平行并且垂直于旋转轴305。
为了简化描述，在图8的图示中假定在距磁体的顶部某个距离处的场强与 距该磁体的底部相同距离处的场强一样大的意义上磁体是对称的。因此，在图 8的示例中，d1＝d2实际上意味着|B1mag|的大小等于|B2mag|的大小，并且d1< >d2实际上意味着|B1mag|的大小不同于|B2mag|的大小。
在图8(a)至图8(c)中，传感器设备位于磁体的相对侧上，并且
*在图8(a)中，X1平行于X2，但d1≠d2。
*在图8(b)中，d2＝d1但X1不平行于X2，
*在图8(c)中，d1≠d2并且X1不平行于X2，
在图8(d)和图8(e)中，传感器设备位于磁体的同一侧上，并且
*在图8(d)中，X1平行于X2，但d1≠d2，
*在图8(e)中，X1不平行于X2并且d1≠d2。
考虑图8(a)和图8(d)的布置，发明人得出进一步的认识：同样在此情况下， 在由磁体在第一传感器位置创建的场与由该磁体在第二传感器位置创 建的场
Figure BDA0002106898470000232
之间存在简单关联，该关联可以由图9中示出的公式[91]和[92] 在数学上进行表达，其中，“k”是可以通过校准来确定的恒定的浮点数。
在图8(a)的示例中，“k”的值典型地将是负的。在图8(d)的示例中，“k”的 值典型地将是正的。可以看出，公式[51]和[52]是对于值k＝-1.0的公式[91]和 [92]的特殊情况。
将公式[91]和[92]与方程[41]至[44]的组的组合，产生采用四个未知数(B1magx、B1magy、Bextx、Bexty)的四个线性方程[93]至[96]的方程组，该 方程组具有唯一解，可以从公式[97]和公式[98]领会到该唯一解。
与以上类似，一旦向量位置(B1magx,B1magy)已知，则可以计算磁体 301的角位置(例如，相对于参考位置，或者例如，相对于定子)，例如，如 果B1magx和B1magy分别像余弦和正弦函数一样变化则使用公式[99]来计算， 或者使用查找表(可选地利用线性插值)或以任何其他合适的方式来计算。
相较于图3的特殊情况，图8(a)和图8(d)的实施例提供了距离d1和d2不 需要完全相同和/或磁体的顶部和底部处的磁化强度不需要完全相同的优势，这 降低了安装要求。在磁体未被对称地磁化但在顶部处稍微更强并在底部处稍微 更弱或反之亦然的情况下，这还可帮助改善准确性。
考虑图8(b)、图8(c)和图8(d)的布置，发明人得出进一步的认识：在在一 方面由第一传感器设备303测量并参照第一坐标系X1,Y1,Z1表达的第一场向 量
Figure BDA0002106898470000241
和
Figure BDA0002106898470000242
与在另一方面由第二传感器设备304测量并参照第二坐标系 X2,Y2,Z2表达的
Figure BDA0002106898470000243
和之间存在关联，该关联可由图10中示出的公 式[101]和[102]以及针对外部干扰场的类似公式(未示出)在数学上进行表达， 其中，m、n、p、q、r、s是通过设计预先确定的或可以通过校准确定的恒定的 浮点数。
需要指出，在本发明的一些实施例中，值m、n、p、q、r和s中的一些可 能等于零。在本发明的一些实施例中，值“p”和“s”中的一者或两者是非零的， 这允许将进一步的安装异常和/或某些非理想的磁化或其组合考虑在内。
可以理解，公式[91]和[92]是对于其中m＝r＝k并且n＝q＝s＝0的情况的公式[101]和[102]的特殊情况。
将公式[101]和[102]与方程[41]至[44]的组的组合，产生采用四个未知数(B1magx、B1magy、Bextx、Bexty)的四个线性方程[103]至[106]的方程组， 该方程组具有唯一解。
与以上类似，一旦向量位置(B1magx,B1magy)已知，则可以计算磁 体301的角位置，例如，通过使用公式[109]或使用任选地利用线性插值的查找 表或以任何其他合适的方式来计算。
相较于图3的特殊情况，图8(b)、图8(c)和图8(d)的实施例提供了顶部和 底部处的场强和/或距离的d1和d2不需要相同并且传感器设备303、304的取 向也不需要完全相同(但可以旋转角度β)的优势，这更进一步降低了安装要 求和/或可更进一步提高角位置系统的准确性。
注意，在图5至图10中所描述的所有实施例中，也可计算Bextx和Bexty 的值，这可被用于诊断目的，但是这对于确定磁体(例如，安装在转子上)的 角位置α不是绝对必要的。
图11示出经由引线或导线(例如，经由串行总线308)互连的第一传感 器设备303和第二传感器设备304的示例性实施例的框图。总线308还互连至 其他设备，例如，互连至外部处理器309。
在所示出的示例中，第一传感器303和第二传感器304中的每个传感器具 有例如以可编程微控制器形式的处理器306、307，这些处理器中的一者或两者 可适于执行所述算法500或900或1000。算法可作为一组可执行指令被存储在 连接至所述处理器的存储器中。
磁传感器设备的工作在本领域中是公知的，并且由此不需要进一步详细解 释。足以理解本发明，每个传感器设备优选地包含以霍尔板或磁阻元件形式的 至少三个磁敏元件，这些磁敏元件不共线并且由此限定平面。此外，每个传感 器设备能够确定(总)磁场相对于该传感器设备的2D或3D向量，并且传感 器设备303、304中的至少一者适于向另一传感器设备提供所测量的向量。
替代地，计算磁体的角位置α的算法500、900、1000由外部处理器309 执行，在此情况下，第一传感器设备将向该外部处理器提供第一2D或3D向 量信息，并且第二传感器设备将向外部处理器309提供第二2D或3D向量信 息，基于此，该外部处理器可以例如使用以上所描述的算法中的任一算法来计 算角位置α。
但发明人更进一步，并且得出如下认识：第一和第二传感器设备位于旋转 轴305上和/或由传感器设备限定的第一平面ω1、ω2彼此平行并垂直于该旋转 轴不是绝对必要的。尽管此类布置确实可以简化方程并允许使用二维传感器设 备，但本发明的基本思想可以被拓宽。
换言之，图3和图8(a)至图8(e)的布置图示出其中传感器设备是2D设备 的相对简单的情况，因为两个平面平行，因此这些传感器设备仅需要测量场内 向量，但是在传感器设备可以测量3D向量的情况下，平行平面的限制不再必 要。另外，可以省略第一磁场向量B1mag和第二磁场向量B2mag平行或反平 行的要求和/或第一和第二磁场向量需要具有对于所有角位置恒定比率的大小 的要求。
图12示出根据本发明的实施例的角位置系统1200的更一般的布置，其中， 第一传感器设备303和第二传感器设备304可以或可以不位于旋转轴305上， 并且其中，第一传感器设备的平面ω1和第二传感器设备的平面ω2可以或可 以不平行，并且其中，传感器设备的平面可以或可以不垂直于旋转轴305，并 且其中，传感器的轴X1、Y1、Z1和X2、Y2、Z2中没有一个或仅一个或所有 三个轴可以或可以不对齐。
更具体地，图12示出磁源301、第一传感器设备303和第二传感器设备 304的布置，具有对它们相应的坐标系X1,Y1,Z1和X2,Y2,Z2的指示，这些坐 标系在图12的示例中假定任意取向。
图13示出如可被用来确定图12中所示出的布置的磁体的角位置的算法或 方法1300下的一组公式和方程。
在公式[1301]至[1303]中，对于传感器设备和磁源的给定的固定位置和取 向，由磁场源在第二传感器位置处生成的第二磁场向量B2mag的分量B2magx、 B2magy、B2magz被表达为由该磁场源在第一传感器位置处生成的第一磁场向 量B1mag的分量B1magx、B1magy、B1magz的函数。
当外部干扰场Bext被假定为恒定时，公式[1304]至[1306]表达由第二传感 器设备测量的外部磁场分量Bextx2、Bexty2、Bextz2可以被计算为外部场分量 Bextx1、Bexty1、Bextz1的线性组合。这可以使用两个3x1矩阵和一个3x3变 换矩阵以矩阵表示法来编写。值“a”至“i”是已知的浮点数，例如，通过设计预 先确定，或者通过模拟或通过校准，或者以任何其他方式已知。
公式[1307]至[1309]类似于扩展到三个维度的公式[41]至[42]。
公式[1310]至[1312]类似于扩展到三个维度并随后与公式[1301]至[1306] 组合的公式[43]至[44]。
公式[1307]至[1312]的公式组形成采用在第一坐标系中表达的六个未知数(B1magx、B1magy、B1magz、Bextx、Bexty、Bextz)的6个方程的方程组， 其中，函数f1、f2和f3以及值“a”至“i”是例如通过设计或通过模拟或通过校准 或其组合已知的。对于B1magx、B1magy和B1mayz，该方程组具有唯一解， 从该唯一解可以例如使用查找表推出角位置α。
尽管图13的公式在理论上是正确的，并且展示了能以完全消除外部场的 方式来发现角位置或者至少使其看似合理，但此种公式化在实践中可能并不容 易。
图14示出如可被用来确定图12中所示出的布置的磁源301的角位置α 的算法或方法1400下的另一组公式和方程。
在公式[1401]至[1403]中，由磁场源在第一传感器位置处生成的第一磁场 向量
Figure BDA0002106898470000271
的X、Y和Z分量被表达为角位置α的函数，并且在公式[1404] 至[1406]中，由磁场源301在第二传感器位置处生成的第二磁场向量
Figure BDA0002106898470000272
的 X、Y和Z分量被表达为角位置α的函数。函数g1至g6例如通过设计或通过 模拟是已知的，或者可以在校准测试期间被确定。
如图13中所描述的公式[1304]至[1306]仍是可应用的，允许将由第二传感 器设备测量的外部干扰场分量表达为由第一传感器设备测量的外部干扰场分 量的线性组合。如以上所提到，值“a”至“i”是浮点数，这些值是已知的。
可针对α的多个值来确定函数g1至g6的值，并且随后将函数g1至g6 的值任选地以压缩方式存储在设备的非易失性存储器321、322、323(参见图 11)中。“a”至“i”的值也可将被存储在所述存储器中。
公式[1407]至[1409]类似于扩展到三个维度的公式[41]至[42]。
公式[1410]至[1412]类似于扩展到三个维度的公式[43]至[44]，并且随后与 公式[1401]至[1406]以及公式[1304]至[1306]组合，从而得到具有四个未知数α、 Bextx1、Bexty1、Bextz1的6个方程的方程组。
这是过度指定的方程组，该方程组具有单个解，能以已知的方式(例如， 使用迭代过程)根据该方程组计算出角位置α。
在图12中示出的系统和图14的方法1400的变型中，第一传感器设备303 是3D设备，并且第二传感器设备304是2D设备，并且方程组是图14中示出 的方程组的子集，其中，方程[1406]和方程[1412]被省略，并且其中，V1x、V1y、V1z、V2x、V2y被测量，得到具有4个未知数的5个方程的方程组。这是过 度指定的方程组，该方程组具有单个解，能以已知的方式(例如，使用迭代过 程)根据该方程组计算出角位置α。
还构想了其他变型，例如，其中，传感器设备中的一者或两者的位置和/ 或取向是“特殊的”。
图15示出磁源和两个传感器设备的示例性布置，其可以被视为图12的特 殊情况，其中，传感器设备303、304限定第一平面ω1和第二平面ω2，这两 个平面ω1、ω2相对于彼此正交地取向。在图15中示出的示例中，第二传感 器的X2轴与第一传感器的X1轴对齐，Y2与Z1对齐，并且Z2与-Y1对齐。
图16示出如可被用来确定图15中所示出的布置的磁源的角位置的算法或 方法1600下的一组公式和方程。通过设置方程[1410]至[1412]中的值a＝+1，f＝+1， h＝-1并且b＝c＝d＝e＝g＝i＝0，可以获得方程[1607]至[1612]的方程组。根据该方程 组，外部场分量的值可以被消除，例如，如由方程[1613]至[1615]的方程组所 示，得到采用1个变量α的3个方程的方程组。
这是过度指定的方程组，该方程组具有单个解，能以已知的方式(例如， 使用迭代过程)根据该方程组计算出角位置α。
在图15中示出的系统和图16的方法1600的变型中，第一传感器设备303 是3D设备，并且第二传感器设备304是2D设备，并且方程组是图16中示出 的方程组的子集，其中，方程[1606]和方程[1612]被省略，并且其中，V1x、V1y、 V1z、V2x、V2y被测量，得到具有1个未知数的2个方程的方程组。这是过 度指定的方程组，该方程组具有单个解，能以已知的方式(例如，使用迭代过 程)根据该方程组计算出角位置α。
图17示出磁源301和两个传感器设备303、304的示例性布置，其可以被 视为图12的另一特殊情况，其中，传感器设备303、304限定第一平面ω1和 第二平面ω2，这两个平面ω1、ω2相对于彼此正交地取向。在图17中示 出的示例中，第一坐标系X1,Y1,Z1与第二坐标系X2,Y2,Z2完全对齐。两个平 面甚至可以是单个平面，例如，单个PCB，但是这不是绝对必要的。
图18示出如可被用来确定图17中所示出的布置的磁源的角位置的算法或 方法1800下的一组公式和方程。通过设置方程[1410]至[1412]中的值a＝+1， e＝+1，i＝+1并且b＝c＝d＝f＝g＝h＝0，可以获得方程[1807]至[1812]的方程组。根 据该方程组，外部场分量的值可以被消除，例如，如由方程[1813]至[1815]的 方程组所示，得到采用1个变量α的3个方程的方程组。
这是过度指定的方程组，该方程组具有单个解，能以已知的方式(例如， 使用迭代过程)根据该方程组计算出角位置α。
在图15的系统和图18的方法1800的变型中，第一传感器设备303是3D 设备，并且第二传感器设备304是2D设备，并且方程组是图18中示出的方程 组的子集，其中，方程[1806]和方程[1812]被省略，并且其中，V1x、V1y、V1z、 V2x、V2y被测量，得到具有1个未知数的2个方程的方程组。这是过度指定 的方程组，该方程组具有单个解，能以已知的方式(例如，使用迭代过程)根 据该方程组计算出角位置α。
例如，在特定实施例中，许多具体的布置是可能的，磁体是两极盘状磁体 或两极环形磁体，并且传感器中的一个位于旋转轴305上并且另一传感器设备 被布置在环形或盘状磁体的平面中，径向地在环或盘之外。在其他实施例中， 磁体是具有至少四个极或至少六个极的多极盘状磁体或多极环形磁体。
图19示出了另一示例性传感器布置1900，该传感器布置1900包括多极 磁源(例如，八极环形磁体)和被布置在该磁体的单侧上的两个2D传感器设 备，例如，这两个传感器设备面向上表面或面向下表面。图19的(a)部分示出 仰视图，图19的(b)部分示出传感器布置的正视图。环形磁体可被轴向地磁化 (即，在Z方向上)。
传感器设备303、304是对齐的，以使得它们相应的轴X1与X2以及Z1 与Z2被取向成平行的。两个传感器设备303、304被间隔开“一个极距”，由此， 由这两个设备测量的信号是基本上180°相移的(在没有干扰场的情况下)。这 要求传感器设备303、304相对于磁体的准确定位。然而，指出，通过对印刷 电路板相对于传感器轴305的恰当定位，具有特定大小的PCB 1910可与具有 各种尺寸的磁体一起使用。事实上，如从轴305看出的两个传感器设备之间的 角距离可以通过将PCB安装成更靠近于旋转轴来增加，或者可以通过将PCB 安装成更远离于轴305而减小。
在实施例中，第一传感器设备303测量平面内场分量Bx1和平面外场分 量Bz1，并且第二传感器设备测量平面内场分量Bx2和平面外场分量Bz2，并 且使用与图5的那些公式类似的公式来计算相对角位置，即：
B2magx＝-B1magx [19.1]
B2magz＝-B1magz [19.2]
因为传感器1和传感器2基本上被间隔开一个极距，
因此传感器A将测量：
V1x＝B1magx+Bextx [19.3]
V1z＝B1magz+Bextz [19.4]
传感器B将测量：
V2x＝B2magx+Bext＝-B1magx+Bextx [19.5]
V2z＝B2magz+Bext＝-B1magz+Bextz [19.6]
公式[19.3]-[19.5]产生：V1x-V2x＝2*B1magx，因此：
B1magx＝(V1x-V2x)/2 [19.7]
公式[19.4]-[19.6]产生：V1z-V2z＝2*B1magz，因此：
B1magz＝(V1z-V2z)/2 [19.8]
如所示，在传感器位置处测量的磁场的Bx场分量与Bz场分量是基本上90°相 移的，由此：
B1magx～cos(α)
B1magz～sin(α)
则：tg(α)＝B1magz/B1magx
并且：α＝arctan(B1magz/B1magx) [19.9]
代替于反正切函数，可以使用任选地利用插值的查找表来确定角位置。
每个传感器设备可包括例如一个水平霍尔元件(用于测量Bz分量)和一 个垂直霍尔元件(用于测量Bx分量)，但是本发明不限于此，并且也可以使 用其他传感器。
在另一示例中，传感器设备可包括被布置在圆形集成式磁聚集器(IMC) 的相对侧上的两个水平霍尔元件。随后，可以通过计算从霍尔元件获得的两 个信号的和来确定Bz分量，并且可以通过计算从这些霍尔元件获得的这两个 信号的差来确定Bx分量。
在图19的变型中，环形磁体1901被盘状磁体代替。
发明人惊人地发现，实际上不要求传感器位于一个极距处来接收源自磁体 的180°相移的信号，但是本发明对于在从大约0.1至大约1.9个极距或大约0.17 至大约1.83个极距的范围中的距离也起作用，后者与从大约30°至大约330° 的相移对应。信号幅值(由此SNR)对于180°相移是最大的，但是对于其他 距离不会大幅减小。甚至更惊人地，与以上完全相同的公式是可适用的。这提 供了PCB的安装公差可以被极大地放松的优势。取决于传感器设备之间的距 离，相对于“零位置”的角偏移位置将有所变化。在一些应用(例如，其中，角 速度被确定为角位置的时间导数)中，该偏移是不相关的。在其中偏移是重要 的其他应用中，可以例如通过对PCB的准确定位(不必要执行校准测试)和/ 或通过执行校准测试来获得精确位置。在后一情况下，可以极大地降低安装要 求。
图20示出另一示例性布置，该布置包括多极磁源(例如，八极环形磁体 或具有多于八个极的环形磁体)以及两个2D或3D传感器设备，这些传感器 设备被布置以使得面向磁体的外周界或外圆周。
传感器设备303、304被对齐，使得它们相应的轴X1与X2以及Z1与Z2 被取向成平行的。在图20中示出的示例中，两个传感器设备303、304被间隔 开“一个极距”，由此，由这两个设备测量的信号是基本上180°相移的。这要求 传感器设备303、304相对于磁体的准确定位。
在图19的实施例中，第一传感器设备303在第一位置处测量平面内场分 量Bx1和平面外场分量Bz1，并且第二传感器设备在第二位置处测量平面内场 分量Bx2和平面外场分量Bz2，并且相同的公式[19.1]至[19.9]在此处也可适用。
发明人惊人地发现，同样在此情况下，不要求将两个传感器设备定位在一 个极距处，并且本发明对于其他距离也将起作用，该其他距离例如，从0.1至 1.9个极距或从0.2至1.8个极距或从0.5至1.5个极距的范围中的距离。与以 上针对图19提到的相同的评论(例如，关于公式、SNR、准确定位相对于校 准、以及偏移位置)在此处也可适用。
图21示出另一示例性布置，该布置包括多极磁源(例如，八极环形磁体 或者具有少于八个极或多于八个极的环形磁体，例如，具有仅四个极或仅六个 极或十个极的环形磁体等)以及两个2D或3D传感器设备，这些传感器设备 被布置以使得面向该环形磁体的内周界。换言之，传感器芯片被布置在磁体的 中心开口中。
这两个传感器设备303、304被对齐，使得它们相应的轴X1与X2以及 Z1与Z2被取向成平行的。两个传感器设备303、304被间隔开“一个极的距离”， 由此，由这两个设备测量的信号是基本上180°相移的。这要求传感器设备303、 304相对于磁体的准确定位。
在图19和图20的实施例中，第一传感器设备303在第一位置处测量平面 内场分量Bx1和平面外场分量Bz1，并且第二传感器设备在第二位置处测量平 面内场分量Bx2和平面外场分量Bz2，并且相同的公式[19.1]至[19.9]在此处也 可适用。
图21的传感器系统的优势在于，传感器设备可以被布置成更靠近在一起， 并且甚至可被集成在单个封装中。
发明人惊人地发现，同样在此情况情况下，不要求将两个传感器设备定位 在一个极距处，并且利用相同的公式，本发明对于其他距离也将起作用。与以 上针对图19和图20提到的相同的评论在此处也可适用。
尽管已经主要针对角位置传感器描述了本发明，但是例如，如图22和图23中所图示，本发明对于线位置传感器也起作用。
图22示出了线位置传感器系统2200，该线位置传感器系统2200可以被 视为图20的角位置传感器系统为2000的变型或者被视为图21的系统2100的 变型。相同的公式是可适用的，但是所计算的“角度值”将不得不例如使用预定 义的距离而被转换为线距离值。仅需加以必要的修改，与以上针对图19至图 21提到的相同或类似的评论在此处也可适用。
在图22的示例中，磁性结构在与传感器的平面平行的方向上(即，在Y 方向上)被磁化。传感器设备可在第一和第二位置处测量Bx和By分量。这 意味着，传感器设备可以测量与传感器设备的衬底平行的两个平面内场分量。
图23示出了线位置传感器系统2300，该线位置传感器系统2300可以被 视为图19的角位置传感器系统为1900的变型或者被视为图22的传感器系统 2200的变型。
在图23的示例中，磁性结构在与传感器的平面垂直的方向上(即，在Z 方向上)被磁化。传感器设备可在第一和第二位置处测量Bx和Bz磁场分量。 这意味着，传感器设备可测量与衬底平行的平面内场分量以及与衬底垂直的平 面外场分量。
尽管没有详细地算出，但是从图22和图23相对于图19至图21的示例可 以理解，以上所描述的其中传感器设备被安装在轴外(即，不被安装在轴上) 的角位置传感器的公式(具体而言，图12至图18的实施例)也可以被扩展到 线位置传感器。
尽管在本发明的不同的附图和不同实施例中解释了各个特征，但是在阅读 本文档时，如将对技术人员显而易见的，构想了不同实施例的特征可以被组合。

Claims (15)

1.一种位置传感器系统，包括：
磁场生成器，相对于第一传感器设备和第二传感器设备能移动或反之亦然，并且适于向所述第一磁传感器设备提供第一磁场向量并适于向所述第二磁传感器设备提供第二磁场向量，所述第二磁场向量不同于所述第一磁场向量；
所述第一传感器设备适于确定第一向量数据，如果存在外部干扰场，则所述第一向量数据与所述第一磁场向量同所述外部干扰场的组合有关；
所述第二传感器设备适于确定第二向量数据，如果存在所述外部干扰场，则所述第二向量数据与所述第二磁场向量同所述外部干扰场的组合有关；
所述位置传感器系统进一步包括至少一个处理器，所述至少一个处理器适于接收所述第一向量数据和所述第二向量数据，并且适于执行用于确定所述磁场生成器相对于所述第一传感器和所述第二传感器的位置的方法，所述方法基于所述第一向量数据和所述第二向量数据并且以消除所述外部干扰场的方式执行。
2.根据权利要求1所述的位置传感器系统，
其中，所述第一传感器设备适于在仅二维上或在三维上测量第一组合磁场向量，并且适于提供与所述二维或三维向量数据对应的两个值或三个值；
并且其中，所述第二传感器设备适于在仅二维上或在三维上测量并提供第二组合磁场向量，并且适于提供与所述二维或三维向量数据对应的两个值或三个值；
并且其中，所述方法基于使用从每个传感器测量的至少两个值对方程组进行求解。
3.根据权利要求1或2所述的位置传感器系统，
其中，所述位置传感器系统是线位置传感器系统；并且
其中，所述位置是线位置；并且
其中，所述磁场生成器沿纵轴是可移动的，或者其中，所述第一传感器和所述第二传感器沿长轴是可移动的；并且
其中，所述第一磁传感器设备和所述第二磁传感器设备相对于所述长轴具有预定义的第一位置和第二位置以及预定义的第一取向和第二取向。
4.根据权利要求1或2所述的位置传感器系统，
其中，所述位置传感器系统是角位置传感器系统；并且
其中，所述位置是角位置；并且
其中，所述磁场生成器绕长轴是可旋转的；并且
其中，所述第一磁传感器设备和所述第二磁传感器设备相对于所述长轴具有预定义的第一位置和第二位置以及预定义的第一取向和第二取向。
5.根据权利要求4所述的角位置传感器系统，
其中，所述第一传感器设备和所述第二传感器设备两者基本上位于所述磁场源的轴上；或者
其中，所述第一传感器设备基本上位于所述磁场源的轴上，并且所述第二传感器设备位于距所述轴至少1.0mm的距离处；或者
其中，所述第一传感器设备和所述第二传感器设备两者位于距所述轴至少1.0mm的距离处。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的位置传感器系统，
其中，所述第一传感器设备包括限定第一平面的第一衬底；
并且其中，所述第二传感器设备包括限定第二平面的第二衬底；
并且其中，所述第一平面和所述第二平面基本上垂直。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的位置传感器系统，
其中，所述第一传感器设备具有第一局部坐标系；并且
其中，所述第二传感器设备具有第二局部坐标系；并且
其中，所述第一坐标系的轴中的任一轴都不与所述第二坐标系的轴中的任一轴平行。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的位置传感器系统，
其中，所述第一传感器设备包括限定第一平面的第一衬底；
并且其中，所述第二传感器设备包括限定第二平面的第二衬底；
并且其中，所述第一平面和所述第二平面基本上平行。
9.根据权利要求8所述的位置传感器系统，
其中，所述磁场源适于以使得所述第一磁场向量在所述第一平面中的第一投影与所述第二磁场向量在所述第二平面中的第二投影平行或反平行的方式向所述第一传感器设备提供所述第一磁场向量并向所述第二传感器设备提供所述第二磁场向量。
10.根据权利要求8或9所述的位置传感器系统，
其中，所述第一磁场向量在所述第一平面中的所述第一投影与所述第二磁场向量在所述第二平面中的所述第二投影反平行；并且
其中，所述方法包括基于下列公式组或等效的公式组来计算所述位置：
Figure FDA0002106898460000031
其中，(v1x,v1y)是由所述第一传感器设备测量的第一总向量(v1)的向量坐标，并且(v2x,v2y)是由所述第二传感器设备测量的第二向量(v2)的向量坐标，并且(B1magx,B1magy)是单独由所述磁生成器创建的场的第一投影的向量坐标。
11.根据以上权利要求中任一项所述的位置传感器系统，并且从属于权利要求4，
其中，所述第一传感器设备被配置成用于在所述第一传感器位置处测量平面内场分量和平面外场分量，并且其中，所述第二传感器设备被配置成用于在所述第二位置处测量平面内场分量和平面外场分量，
并且其中，所述磁源被磁化，以使得所述第一传感器设备相对于所述磁场源被取向成使得第一平面内场分量相对于第一平面外场分量基本上是90°相移的，并且
并且其中，所述磁源被磁化，以使得所述第二传感器设备相对于所述磁场源被取向成使得第二平面内场分量相对于第二平面外场分量基本上是90°相移的，并且
其中，所述第一传感器设备和所述第二传感器设备被间隔开，以使得所述第一平面内磁场分量相对于所述第二平面内磁场分量被相移从30°至330°的范围中的值。
12.根据前述权利要求中任一项所述的位置传感器系统，包括仅两个传感器设备，所述两个传感器设备包括所述第一传感器设备和所述第二传感器设备。
13.一种用于在处理器中确定根据前述权利要求中任一项的位置传感器系统的所述磁场生成器的位置的计算机实现的方法；
所述方法包括以下步骤：
a)从第一传感器设备接收第一向量数据，如果存在外部干扰场，则所述第一向量数据是与所述第一磁场向量同所述外部干扰场的组合有关的二维数据或三维数据；
b)从第二传感器设备接收第二向量数据，如果存在所述外部干扰场，则所述第二向量数据是与所述第二磁场向量同所述外部干扰场的组合有关的二维数据或三维数据；
c)基于所述第一向量数据和所述第二向量数据以消除所述外部干扰场的方式确定所述磁场生成器的位置。
14.根据权利要求13所述的计算机实现的方法，
其中，所述第一传感器设备适于测量与所述二维向量数据对应的两个平面内场分量值，或者适于测量与所述二维向量数据对应的一个平面内场分量值和一个平面外场分量值，或者适于测量与所述三维向量数据对应的三个值；
其中，所述第二传感器设备适于测量与所述二维向量数据对应的两个平面内场分量值，或者适于测量与所述二维向量数据对应的一个平面内场分量值和一个平面外场分量值，或者适于测量与所述三维向量数据对应的三个值；
并且其中，所述算法基于使用来自每个传感器设备的至少两个值对方程组进行求解。
15.根据权利要求14所述的计算机实现的方法，
其中，所述方程组是多个变量的一阶多项式方程的方程组，所述多个变量包括针对所述外部干扰场的变量。
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