CN112114278A - 用于确定磁通量的杂散场免疫的磁场传感器布置、磁扭矩传感器布置和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于以基本上杂散场免疫的方式确定信号磁通量的磁场传感器布置(220)，包括：信号磁场源(S1)；第一磁通聚集器和第二磁通聚集器，在磁通聚集器的外部面(204，205)之间形成气隙(203)；磁通聚集器被配置为用于将信号磁通量在间隙方向(206)上引导到并穿过气隙(203)；磁场传感器(207)，被布置在气隙(203)内部并且被配置为用于测量在气隙方向上和垂直于气隙方向上的第一信号和第二信号(Bx，Bz)；并且用于基于第一信号和第二信号(Bx，Bz)减少或消除磁干扰场。角度传感器布置。扭矩传感器。一种以基本上杂散场免疫的方式测量信号磁通量、角度、扭矩的方法。

Description

用于确定磁通量的杂散场免疫的磁场传感器布置、磁扭矩传 感器布置和方法

技术领域

本发明大体涉及磁场传感器布置的领域，尤其涉及用于确定由磁场源生成的磁通量，同时基本上对由另一个磁场源生成的磁干扰或杂散场免疫的磁场传感器布置。本发明还涉及对磁干扰或杂散场免疫的磁扭矩传感器布置。此外，本发明涉及对杂散场免疫的方法，用于确定由磁场源生成的磁通量，同时基本上对由另一个磁场源生成的磁干扰或杂散场免疫。

背景技术

磁性传感器系统，特别是线性位置传感器系统和角度/旋转位置传感器系统在本领域中是已知的。它们提供的优点在于，能够通过磁场传感器布置的方式在不进行物理接触的情况下测量线性位置或角度位置，从而避免了机械磨损、刮擦、摩擦等问题。

例如，在各种应用(诸如手动电气开关或电动机轴、阀门等的位置和/或扭矩检测)中需要旋转角度的测量。

例如，从DE 102 22 118 A1可知，用于确定施加在车辆转向柱上的扭矩的磁性传感器系统是已知的，包括磁场传感器布置，通过该磁场传感器布置，使用磁场确定转向柱的输入轴部分和输出轴部分之间的角位移。待测量并且表示两个轴部分之间的角位移的磁场由磁场源生成，例如，(多极)永环形磁体，其(直接地或间接地)以旋转固定的方式连接到输入轴和输出轴中的一个。所生成的磁场的磁通量由两个形状适当的磁通聚集器接收和引导，其中一个不旋转地固定在输入轴上，另一个不旋转地固定在输出轴上。磁场传感器测量在两个磁通聚集器之间形成的气隙中的磁通量，其中气隙中的磁通量作为输入轴部分和输出轴部分之间的角位移的函数而变化。

EP3505894描述了扭矩传感器，包括分别连接到输入轴和输出轴的多极环形磁体和两个磁轭。这些轭具有形成气隙的突起物。在该气隙中放置传感器设备，用于测量指示两个轭之间角位移的磁通密度变化，该角本身指示施加在输入轴和输出轴上的扭矩。该扭矩传感器是为减少或消除装配误差而设计的，但不能对外部干扰场免疫。

随着电气系统的日益紧凑，尤其是具有混合动力发动机汽车或纯电动列车，此类磁性传感器系统经常附加地暴露在来自承载强电流(例如，超过100A)的附近的电流导体的外部磁场中。由外部磁场源(本文也称为干扰磁场源)(例如，穿过实际磁性传感器系统附近的上述电流导体)生成的此类外部磁场(本文也称为(外部)磁干扰场或(外部)磁杂散场)可以损坏由传感器系统确定的测量值，从而劣化要确定的线性位置或角度/旋转位置的准确度。

建立基本上对此类外部磁干扰场或外部磁杂散场免疫(即，基本上不敏感)的磁性传感器系统是一个挑战。

总是存在改进或替代的余地。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种磁场传感器布置和一种用于确定磁通量(例如，由磁场源生成并由磁性结构调制的磁通量)的方法，同时对(外部)磁干扰场基本上免疫，特别是对基本上均匀的磁干扰场基本上免疫。

本发明实施例的目的是提供一种用于以对(外部)磁干扰场，特别是对基本上均匀的磁干扰场基本上免疫的方式确定角位移的角度传感器布置，以及方法。

本发明实施例的目的是提供一种用于以对(外部)磁干扰场，特别是对基本上均匀的磁干扰场基本上免疫的方式确定扭矩的磁扭矩传感器布置，以及方法。

本发明实施例的目的是提供一种磁性传感器布置和/或角度传感器布置和/或磁扭矩传感器布置，适于即使在(外部)磁干扰场存在的情况下仍提供高度准确的测量结果(例如，角位移，和/或扭矩测量)，以及一种对于杂散场免疫地确定磁通量具有相同特性的方法。

本发明实施例的目的是提供具有紧凑构造的磁性传感器布置和磁扭矩传感器布置，因此只需要小的安装空间。

本发明实施例的目的是提供一种用于杂散场免疫地确定磁通量的磁性传感器布置、磁扭矩传感器布置和方法，其仅需要可以在简单的微处理器或微控制器上执行的相对简单的算术(诸如例如加法、减法、乘法、除法、查找表、插值)，但不包括通常需要数字信号处理器(DSP)并且通常还需要相当多的存储容量(例如，RAM、ROM、闪存等)的离散傅里叶变换(DFT)或快速傅里叶变换(FFT)。

本发明实施例的目的是提供一种扭矩传感器，用于以对均匀干扰场高度不敏感的方式测量施加在输入轴和输出轴上的扭矩。

根据本发明的实施例，通过用于杂散场免疫地确定磁通量的磁场传感器布置、用于杂散场免疫地确定扭矩的磁扭矩传感器布置和杂散场免疫地确定磁通量的方法来实现这些和其他目标。

注意，下面描述中列出的各个特征可以以任何技术上有意义的方式彼此组合，并且示出本发明的进一步实施例。本发明的描述还特别结合附图进行了表征和说明。

此外，应当注意，本文中用于组合第一特征和第二特征的连词“和/或”应始终解释为公开可以仅包括第一特征的本发明的第一实施例、可以仅包括第二特征的本发明的第二实施例，以及可以包括第一特征和第二特征两者的本发明的第三实施例。

根据第一方面，本发明提供一种磁场传感器布置，用于以对磁干扰场基本上免疫的方式确定由信号磁场源生成的信号磁通量；该磁场传感器布置包括：所述信号磁场源；第一磁通聚集器和第二磁通聚集器，被配置并被布置为使得在所述第一磁通聚集器的外部面和所述第二磁通聚集器的外部面之间形成气隙，其中所述第一外部面和所述第二外部面通过所述外部面之间的最短距离的线来限定所述气隙的第一方向；其中所述第一磁通聚集器和所述第二磁通聚集器被配置为用于将由所述信号磁场源生成的信号磁通量基本上在第一方向上引导到并穿过所述气隙；磁场传感器，包括布置在所述气隙内部的多个传感器元件；其中所述磁场传感器被配置为用于测量指示在所述第一方向上定向的磁场分量的第一信号，以及用于测量指示在基本上垂直于所述第一方向的第二方向上定向的磁场分量的第二信号；并且其中所述磁场传感器进一步被配置为用于如果磁干扰场存在，则基于所述第一信号和所述第二信号减少或基本上消除该磁干扰场的影响。

两个外部面分别是第一磁通聚集器和第二磁通聚集器的相应的外部面，该两个外部面之间的距离最小。或者换句话说，在第一磁通聚集器的表面区域和第二磁通聚集器的表面区域之间，在第一磁通聚集器和第二磁通聚集器之间的距离最小的位置处(因为这是大多数磁通线将通过的地方)形成“气隙”。气隙的“间隙方向”由这两个外部面(即，关于至少一个空间方向形成并界定该气隙的、第一磁通聚集器的外部面和第二磁通聚集器的外部面)之间的最短长度(或缩短的距离)的线来限定。

虽然磁通聚集器“旨在”仅引导由信号磁源(例如，多极环形磁体)生成的磁通量，但实际上，在存在外部干扰场的情况下，第一磁通聚集器和第二磁通聚集器还将接收并引导该外部磁干扰场的第一部分在第一方向上穿过间隙，这将影响第一信号。干扰场的第二部分从不同于间隙方向(例如，基本上垂直于间隙方向)的方向穿过气隙，或从其视线–至少在被第二干扰磁通量穿过的气隙的横截面的区域内–不被第一磁通聚集器和第二磁通聚集器中的任何一个阻挡的方向穿过气隙。因此，尽管干扰磁通量的第二部分可能受到气隙附近第一磁通聚集器和/或第二磁通聚集器的存在的轻微影响，但它决不是由第一磁通聚集器和第二磁通聚集器接收并在第一磁通聚集器和第二磁通聚集器内在间隙方向上引导到气隙。

重要的是，传感器设备的磁敏元件被布置在气隙内部，使得其能够感测第一感测方向上的“信号磁通量和第一干扰磁通量”，以及感测方向上的“第二干扰磁通量”。“被布置在气隙中”是指传感器设备被布置成使得其所有磁敏元件(例如，霍尔板)位于“虚拟通道”内部，其中大部分磁通量从第一磁通导体传递到第二磁通导体。该“虚拟通道”位于第一外部面和第二外部面之间。

或者换句话说，传感器设备适于测量第一方向上的期望磁通量(例如，源于磁体)和干扰场的所述(不期望的)“第一部分”的叠加，并且适于测量第二方向上的干扰场的所述“第二部分”。所述第一部分和所述第二部分彼此相关，例如，彼此成比例。第二部分的测量可以用于估计第一部分，然后可以从所测量的信号中减去第一部分以便确定(期望的)信号磁通量。取决于该应用，“信号磁通量”可以指示线性位置或角位置。即使在存在磁干扰场的情况下，通过减少或基本上消除来自干扰场的影响，也可以更准确地确定信号磁通量或线性位置或角位置。

根据本发明的磁场传感器布置的重要优点是，磁场传感器被布置在气隙中，使得其能够在该磁场传感器的第一感测方向上感测通过穿过两个磁通聚集器的间隙界定外部面，基本上在间隙方向上以它们的叠加状态进入和穿过气隙的信号磁通量和第一干扰磁通量(或“第一部分”)两者，并且能够同时在该磁场传感器的第二感测方向上感测独立于信号磁通量从与间隙方向不同(例如，基本上垂直于间隙方向)的空间方向进入气隙的第二干扰磁通量(或“第二部分”)，因为这样，外部干扰磁通量(即，在给定时间存在于实际磁场传感器布置周围的干扰磁通量)的量可以由磁场传感器在其第二感测方向上确定，因此促进确定由磁场传感器在其第一感测方向上感测的在第一磁通聚集器和第二磁通聚集器内叠加信号磁通量的第一干扰磁通量的量。知道第一干扰磁通量的实际量使得从在第一感测方向上感测的总磁通量(信号磁通量和第一干扰磁通量)中消除(或至少相当大地抑制)由干扰磁场源生成的外部干扰磁场的影响成为可能，从而促进确定由第一磁通聚集器和第二磁通聚集器接收并在第一磁通聚集器和第二磁通聚集器内引导的真实信号磁通量。结果，促进隔离由干扰磁场源生成的干扰量，使得根据本发明的磁场传感器布置对外部磁杂散场/干扰场基本上不敏感或免疫。

或者换句话说，通过测量干扰场的“第二部分”，例如在基本上垂直于间隙方向的方向上，可以确定或至少估计干扰场的“第一部分”的幅度。通过减去该估计的第一部分，可以大大减少或者甚至完全消除来自干扰场的影响。对于均匀干扰场尤其如此。

根据本发明的磁场传感器布置的优点是，信号磁通量的确定对外部磁杂散场/干扰场基本上不敏感，从而得到相当地更准确的测量和确定结果。

或者更具体地针对用于测量扭矩的传感器布置而制定，优点在于能够以对磁干扰场，特别是均匀干扰场较不敏感(例如，基本上不敏感)的方式以更高的准确度来确定扭矩。

此外，根据本发明的磁场传感器布置的优点是，可以使用相对简单的控制器(例如，微控制器)来确定信号磁通量，并且不需要强大的处理器，因为确定信号磁通量所需的运算可以例如基于像加法、减法、乘法、除法、测角函数和/或查找表的基本操作，但不需要例如离散傅立叶变换(DFT)。应当注意，测角函数本身也可以使用查找表和可选的插值来执行。

根据本发明的磁场传感器布置的进一步优点是，杂散场免疫是通过第一磁通聚集器和第二磁通聚集器和磁场传感器的新布置和/或定向来实现的，特别是通过以本文公开的方式分别定向气隙和间隙方向，使得一方面与第一干扰磁通量(例如，干扰场(例如，基本上均匀的干扰场)的第一部分)组合的信号磁通量(例如，由多极磁体生成的)，以及另一方面单独的第二干扰磁通量(例如，所述干扰场的第二部分)在两个不同的空间方向上彼此独立地穿过气隙，这促进只需要小的安装空间的高度紧凑的设计。在优选实施例中，传感器设备在布置在所述气隙中的单个半导体基板上实现。

表达“基本上垂直”应当理解为包括90°的角尺寸以及与90°的微小偏差，这些偏差在与磁场传感器的制造一致的常见公差范围内，因此不是针对性动作的结果。此类偏差可以包括在近似85°和95°之间，优选地在87°和93°之间，更优选地在89°和91°之间的角范围。

本发明的优点是，基于在所述第一方向和第二方向上测量的第一磁场分量和第二磁场分量，第二信号可以用于减少或基本上消除外部干扰场的第一部分。

在不丧失一般性且不限于此的情况下，干扰磁场可以由电流导线生成。尽管严格地说，由该电流创建的磁场不会创建均匀的场，但实际上，在距离所述导体足够距离(例如，距离所述电流导体至少10cm或至少20cm)处，可以认为磁干扰场是“基本上均匀的”。换句话说，除了由磁源(例如，永磁体)提供的磁通量外，干扰场的第一部分也由第一磁通聚集器和第二磁通聚集器接收并在第一磁通聚集器和第二磁通聚集器内与信号磁通量一起被引导，从而模糊实际信号磁通量。

具有与间隙方向基本对准的第一感测方向的磁场传感器的布置的优点是，这促进(一方面)磁场传感器彼此独立地感测在第一感测方向(等于间隙方向)上由第一干扰磁通量叠加的信号磁通量和(另一方面)在第二感测方向上的第二干扰磁通量，并提供尽可能高的测量信号。因此，进一步提高了根据本实施例的磁场传感器布置的测量准确度。

在实施例中，磁场传感器被配置为如果所述磁干扰场存在，则通过用预定义常数缩放第二信号，并且通过从第一信号中减去经缩放信号，来减少或基本上消除所述磁干扰场的影响。

该功能可以在模拟电路或数字电路中实现。该处理电路优选地还嵌入在相同的磁场传感器中，优选地在相同的半导体基板上。注意，该处理电路可以，但不需要位于气隙内部。磁敏元件位于气隙内部就足够了。

在实施例中，磁场传感器进一步包括处理器单元和存储器单元。

注意，在减去在第二感测方向上感测的未经放大的外部第二干扰磁通量之前，可以考虑由引导第一干扰磁通量的磁通聚集器引起的特定磁增益(磁放大)。第一干扰磁通量和第二干扰磁通量之间的此类放大因子可以通过磁场传感器布置的校准或参数化来确定，并且可以在之后(例如，在生产期间或在校准过程期间)存储在存储器单元的非易失性存储器中。将处理器单元和存储器单元与磁性传感器一起集成在单个半导体基板上进一步改进了根据本发明的磁场传感器布置的紧凑设计。

根据第二方面，本发明提供角度传感器布置，包括：根据第一方面的磁场传感器布置；第一环，包括多个爪，该第一环邻近该第一磁通聚集器布置；第二环，包括多个爪，该第二环邻近该第二磁通聚集器布置；该第一环和该第二环围绕旋转轴可移动，并且相对于彼此可移动；并且其中该磁场传感器进一步被配置为用于将该信号磁通量转换成指示该第一环和该第二环之间的角距离的角距离信号。

注意，关于本文所公开的关于角度传感器布置的特征的效果和优点，整体上参考本文所公开的磁场传感器布置的相对应的类似的特征及其效果和优点。

信号磁场源可以是多极环形磁体。该环形磁体可以是径向磁化的。第一环和第二环可以围绕旋转轴相对于彼此可旋转。第一环和第二环可以具有在轴向上延伸的多个突起或垫或爪。这些突起或垫或爪可以具有对应于多极环形磁体的几何形状的几何形状，特别是在极的数量和垫的数量方面，例如，与DE10222118A1或EP3505894A1中所描述的类似或相同。当第一环相对于第二环旋转时，由信号源生成的磁通量作为角位移的函数被调制。环形磁体可以固定地(直接地或间接地)连接到环中的一个。

在实施例中，磁场传感器被配置为用于测量在相对于所述旋转轴的径向上的第一磁场分量；并且其中磁场传感器被配置为用于测量在平行于所述旋转轴的轴向上的第二磁场分量。

在实施例中，第一磁通聚集器的外部面设置在第一磁通聚集器的部分上，该部分在包含旋转轴和第一方向(或间隙方向)的平面上具有突起或弯曲部分或L形横截面。

在进一步或另一个实施例中，第二磁通聚集器的外部面设置在第二磁通聚集器的部分上，该部分在包含旋转轴和第一方向(或间隙方向)的平面上具有L形横截面。

应当理解，提供相对于间隙方向界定气隙的相应外部面的第一磁通聚集器和/或第二磁通聚集器的相应部分也可以称为相应磁通聚集器的位于气隙附近或邻近于气隙的部分。相关的横截面取自间隙方向的方向上的相交平面。

在实施例中，第一磁通聚集器和/或第二磁通聚集器的L形部分包括长支腿和短支腿，其中长支腿比短支腿长，并且其中长支腿基本上垂直于间隙方向定向。

关于表达“基本上垂直”的含义，请参考上面阐述的解释，该解释在整个说明书中都是正确的。类似地，根据本发明，相对术语“更长”应当解释为长支腿和短支腿之间的长度差肯定不在与第一磁通聚集器和/或第二磁通聚集器的制造一致的常见公差范围内，而是针对性动作的结果。作为示例，长支腿可以比短支腿长至少10％或至少20％。

根据上述L形配置和布置，第二干扰磁通量可以基本上与间隙方向垂直地到达和穿过气隙，而不被第一磁通聚集器和/或第二磁通聚集器接收，特别是不在第一磁通聚集器和/或第二磁通聚集器内被引导。如果有的话，第一磁通聚集器和/或第二磁通聚集器，特别是第一磁通聚集器和/或第二磁通聚集器的L形部分，最多以无关紧要的方式影响第二干扰磁通量。因此，在第二干扰磁通量进入和穿过气隙的方向上的视线不受第一磁通聚集器和/或第二磁通聚集器的阻挡，因此，便于磁场传感器准确地感测/测量/确定在第一磁通聚集器和第二磁通聚集器外部存在并延伸的第二磁干扰通量。

在实施例中，第一磁通聚集器的外部面设置在第一磁通聚集器的形成第一磁通聚集器的自由端的部分上。

在实施例中，第二磁通聚集器的外部面设置在第二磁通聚集器的形成第二磁通聚集器的自由端的部分上。

这样，对由第一磁通聚集器和/或第二磁通聚集器引导并在第一磁通聚集器和/或第二磁通聚集器内引导的磁通量(信号磁通量和第一干扰磁通量)被引导到气隙中的方向进行了改进的控制，即，优选地基本上定向在间隙方向上。如上所述，间隙方向优选地基本上定向在垂直于磁性布置的轴向的平面上。间隙方向可以例如基本上定向在径向上。如果上述输入轴和输出轴存在，则该轴向可以平行于上述输入轴和输出轴。因此，实现了穿过第一磁通聚集器的外部面和第二磁通聚集器的外部面之间的气隙的磁通量的提高的浓度。

在实施例中，第一磁通聚集器的外部面设置在第一磁通聚集器的包括至少一个鳍形延伸构件的部分上。

在实施例中，第二磁通聚集器的外部面设置在第二磁通聚集器的包括至少一个鳍形延伸构件的部分上，其中，该至少一个鳍形延伸构件在基本上垂直于第一方向定向的方向上延伸超过该气隙的横截面的宽度和/或高度，其中该气隙的横截面基本上垂直于第一方向延伸。

本实施例的优点是，该至少一个延伸构件提供了对源自干扰磁场源并从外部进入气隙的外部干扰磁通量的方向的甚至进一步改进的控制，在气隙那里，外部干扰磁通量由磁场传感器通过其第二感测方向感测。此外，取决于鳍形延伸构件的空间范围，其可以提供一定的屏蔽效果(如果如此期望的话)，以便防止除第一干扰磁通量和第二干扰磁通量之外的以及源自垂直于第二干扰磁通量方向的空间方向的干扰磁通量被气隙中的磁场传感器感测到，尽管该磁通量基本上不损害要由角度传感器布置(例如，作为扭矩传感器的部分)确定的信号磁通量。因此，进一步提高了确定信号磁通量的准确度。

在实施例中，该磁场传感器包括基本上位于该气隙内部的半导体基板，且该半导体基板被定向成使得该轴向垂直于该半导体基板，并且其中该半导体基板包括集成磁聚集器(IMC)和布置在该IMC的外围处的至少两个水平霍尔元件。

在实施例中，该磁场传感器包括基本上位于该气隙内部的半导体基板，且该半导体基板被定向成使得第一方向垂直于该半导体基板，并且其中该半导体基板包括集成磁聚集器(IMC)和布置在该IMC的外围处的至少两个水平霍尔元件。

在实施例(例如，如图4(a)所示)中，该磁场传感器包括基本上位于该气隙内部的半导体基板，且该半导体基板被定向成使得该半导体基板垂直于该轴向，并且其中该半导体基板包括水平霍尔元件和垂直霍尔元件。

在实施例(例如，如图4(b)所示)中，该磁场传感器包括基本上位于该气隙内部的半导体基板，且该半导体基板被定向成使得该半导体基板平行于该轴向并且平行于该第一方向，并且其中该半导体基板包括在第一方向上敏感的第一垂直霍尔元件和在轴向上敏感的第二垂直霍尔元件。

在实施例(例如，如图3(c)所示)中，该磁场传感器包括基本上位于该气隙内部的半导体基板，并且该半导体基板被定向成使得该半导体基板垂直于该径向，并且其中该半导体基板包括水平霍尔元件和垂直霍尔元件。

换句话说，传感器设备可以包括例如集成磁聚集器(IMC)和布置在所述IMC的外围的两个水平霍尔元件，用于确定垂直于半导体基板定向的磁场分量(例如，通过相加来自两个霍尔元件的信号)和用于确定平行于半导体基板的磁场分量(例如，通过相减来自两个霍尔元件的信号)，但本发明不限于此，还可以使用具有水平霍尔元件和垂直霍尔元件的传感器设备。

使用具有仅少量感测元件(例如，仅两个感测元件)的磁性传感器设备的优点是，这允许了根据本发明的磁场传感器布置的高度紧凑的设计。

此外，在一些实施例中，与传感器相关的内部磁通聚集器(也被称为IMC)有利地放大要在第二感测方向上感测的第二干扰磁通量(例如，被动地放大平行于半导体平面的磁分量)，该第二干扰磁通量进入气隙而不接收第一磁通聚集器和第二磁通聚集器的放大(与信号磁通量和第一干扰磁通量相反，这两者由第一磁通聚集器和第二磁通聚集器在第一感测方向上引导)。

磁性传感器设备可以包括例如用于测量第一方向上的磁场分量的两个感测元件和用于测量第二方向上的磁场分量的两个其他感测元件。在特定实施例中，传感器设备包括四个水平霍尔元件(例如，第一、第二、第三、第四水平霍尔元件)，被布置在圆形IMC的外围，间隔90°。来自间隔180°的第一元件和第三元件的信号可以被相加以测量第一磁场分量。来自间隔180°的第二元件和第四元件的信号可以被相减以测量第二磁场分量。使用四个传感器(而不是仅仅两个)的优点是，它们允许独立地调谐或匹配两对水平霍尔元件，以提高准确度。

优选地，包括一个感测元件或多个感测元件的磁场传感器可以布置在单个芯片封装(例如，塑料模制封装)内，尽管这不是绝对需要的。

根据第三方面，本发明提供了一种用于杂散场免疫地确定施加在扭矩杆上的扭矩的磁扭矩传感器布置，包括：根据第二方面的角度传感器布置；所述扭矩杆，具有(直接地或间接地)连接到第一环的第一轴向端和(直接地或间接地)连接到第二环的第二轴向端，使得当扭矩被施加到该扭矩杆上时，该扭矩杆弹性变形，从而导致该第一环和该第二环的作为所施加的扭矩的函数的角位移；并且其中该磁场传感器进一步被配置为用于将该信号磁通量或该角位移转换成扭矩值。

该转换可以以本身已知的方式实现，例如使用数学表达式，或具有可选插值的查找表。

注意，关于本文所公开的关于磁扭矩传感器布置的特征的效果和优点，整体上参考本文所公开的磁场传感器布置和/或角度传感器布置的相对应的类似的特征及其效果和优点。因此，除非另有明确说明，否则本文公开的磁场传感器布置的特征和/或角度传感器布置的特征也应被视为适用于根据本发明的磁扭矩传感器布置的定义的特征。同样地，除非另有明确说明，否则本文公开的磁扭矩传感器布置的特征也应被视为适用于根据本发明的磁场传感器布置或角度传感器布置的定义的特征。因此，为了本说明书的简洁性的目的和提高对本发明的原理的可理解性，在下文中很大程度上省略了对这些类似特征、其效果和优点的解释的重复。

本发明还提供了一种用于以对磁干扰场(例如,均匀干扰场)高度免疫的方式杂散场免疫地确定由信号磁场源生成的信号磁通量的方法，该方法包括以下步骤：a)提供包括磁源的磁性结构和两个磁聚集器，该两个磁聚集器被配置为用于引导由所述源生成的磁通量，并形成相对于该磁性结构在径向上定向的气隙；b)在该气隙内部测量在径向上定向的第一磁场分量信号，该第一磁场分量信号指示由磁源生成的信号和相对于该磁性结构在轴向上定向的干扰场的第一部分的组合；c)在该气隙内部测量在该磁性结构的轴向上定向的第二磁场分量信号，该第二磁场分量信号指示相对于该磁性结构在轴向上定向的所述干扰场的第二部分；d)通过用预定义常数缩放第二信号，并通过从第一信号中减去经缩放信号来减少或消除该第一干扰部分；e)可选地将经校正的第一信号转换成角距离值和/或扭矩值，例如，使用数学表达式或查找表。

一种包括步骤a)到e)的方法是以对磁干扰场高度免疫的方式测量角距离的方法和/或测量扭矩值的方法。

本发明还提供了一种用于使用根据第一方面的磁性布置，以对磁干扰场(特别是,均匀干扰场)高度免疫的方式杂散场免疫地确定由信号磁场源生成的信号磁通量的方法，该方法包括以下步骤：a)由第一磁通聚集器和第二磁通聚集器接收信号磁通量和干扰场的第一部分，并在第一磁通聚集器和第二磁通聚集器内引导该信号磁通量和干扰场的第一部分进入并穿过气隙；b)测量在第一方向上定向的第一磁信号，该第一磁信号指示信号磁通量和干扰磁通量的所述第一部分的所述组合；c)测量在垂直于第一方向的第二方向上定向的第二磁信号，该第二磁信号指示干扰磁通量的所述第二部分；d)基于第一磁信号和第二磁信号确定所述信号磁通量。

在实施例中，步骤d)包括：用预定义常数缩放第二磁信号，并且从第一磁信号中减去该信号，由此减少或基本上消除第一干扰磁通量的影响。

本发明还提供了一种用于以对均匀干扰场高度免疫的方式杂散场免疫地确定由信号磁场源生成的信号磁通量的方法，该方法包括以下步骤：a)由第一磁通聚集器和第二磁通聚集器接收信号磁通量和干扰场的第一部分，并在第一磁通聚集器和第二磁通聚集器内引导该信号磁通量和干扰场的第一部分基本上沿间隙方向进入并穿过气隙，该气隙在第一磁通聚集器的外部面和第二磁通聚集器的外部面之间形成，其中两个外部面分别是第一磁通聚集器和第二磁通聚集器的相应外部面，在它们之间具有最小距离，并且通过它们之间最短长度的线来限定气隙的间隙方向；b)借助于布置在气隙中并被配置为用于至少在第一感测方向和第二感测方向上对磁场敏感的磁场传感器，通过其第一感测方向确定信号磁通量和干扰磁通量的第一部分，其中第一感测方向和第二感测方向基本上相互垂直；c)借助于磁场传感器，通过其第二感测方向确定干扰磁通量的第二部分，该第二部分穿过气隙，而不被第一磁通聚集器和第二磁通聚集器接收并在第一磁通聚集器和第二磁通聚集器内引导；d)通过缩放在第二感测方向上感测的第二干扰磁通量的量并通过从信号磁通量和第一干扰磁通量的叠加中减去该经缩放信号来减少或基本上消除信号磁通量和第一干扰磁通量的叠加中包含的第一干扰磁通量的量，该第一干扰磁通量基本上是在第一感测方向上感测的。

可在模拟域或数字域中执行缩放。(通常在模拟域称为“放大”，在数字域称为“乘法”)。可以使用预定义缩放因子执行缩放。

根据第四方面，本发明提供了一种以对磁干扰场基本上免疫的方式确定由信号磁场源生成并且可选地由磁性结构调制的信号磁通量的方法，包括以下步骤：a)提供根据第一方面的磁场传感器布置；b)通过该磁场传感器测量在第一方向上定向的磁场分量的第一信号；c)通过该磁场传感器测量在垂直于该第一方向的第二方向上定向的磁场分量的第二信号；d)如果磁干扰场存在，则基于所测量的第一磁场分量和所测量的第二磁场分量减少或基本上消除磁干扰场的影响。

再次，注意，关于本文所公开的方法有关的特征的效果和优点，整体上参考本文所公开的磁场传感器布置和/或角度传感器布置和/或磁扭矩传感器布置的相对应的类似的特征及其效果和优点。因此，除非另有明确说明，否则本文公开的磁场传感器布置的特征和/或角度传感器布置的特征和/或磁扭矩传感器布置的特征也应被视为适用于根据本发明的用于确定信号磁通量的方法的定义的特征。同样地，除非另有明确说明，否则本文公开的方法的特征也应被视为分别适用于根据本发明的磁场传感器布置和磁扭矩传感器布置的定义的特征。因此，为了本说明书的简洁性的目的和提高对本发明的原理的可理解性，在下文中很大程度上省略了对这些类似特征、其效果和优点的解释的重复。

在实施例中，步骤d)包括：用预定义常数缩放第二信号，并且从第一信号中减去经缩放信号。

在实施例中，步骤d)由集成在磁场传感器中的处理器单元和存储器单元执行。

在实施例中，步骤a)包括：a)提供根据第二方面的角度传感器布置；并且其中该方法进一步包括以下步骤：e)将经校正的第一信号转换成角距离值。

该方法实际上是一种以对磁干扰场高度不敏感的方式确定角度的方法。

步骤e)可以包括：使用数学表达式或查找表。

在实施例中，步骤a)包括：a)提供根据第三方面的扭矩传感器布置；并且该方法进一步包括以下步骤：e)将经校正的第一信号转换成扭矩值。

该方法实际上是一种以对磁干扰场高度不敏感的方式确定扭矩的方法。

本发明的特定方面和优选方面在所附独立权利要求和从属权利要求中阐述。来自从属权利要求的特征可以在适当时与独立权利要求的特征以及其他从属权利要求的特征组合，而不仅仅是在这些权利要求中明确地阐述的。

根据此后所描述的(多个)实施例，本发明的这些方面和其他方面将是显而易见的，并且参考这些实施例阐明了本发明的这些方面和其他方面。

附图说明

图1(a)和图1(b)分别示出了本领域已知的磁场传感器布置的实施例的侧视图和前视图。

图2(a)和图2(b)分别示出了根据本发明的磁场传感器布置和角度传感器布置的示例性实施例的侧视图和前视图。

图3(a)和图3(b)和图3(c)示出了本发明的实施例的放大视图，示出了图2(a)中示出的磁场传感器布置的一部分。图3(a)的传感器设备是水平定向的，并且包含两个水平霍尔元件和集成磁聚集器(IMC)。图3(b)的传感器设备是垂直定向的，并且包含两个水平霍尔元件和IMC。图3(c)的传感器设备是垂直定向的，并且包含水平霍尔元件和垂直霍尔元件。

图4(a)和图4(b)示出了与图3(a)至图3(c)类似的视图，但示出了根据本发明的磁场传感器布置的其他示例性实施例的视图。图4(a)的传感器设备是水平定向的，并且包含水平霍尔元件和垂直霍尔元件。图4(b)的传感器设备是垂直定向的，并且包含两个垂直霍尔元件。

图5示出了根据本发明的磁场传感器布置的另一个示例性实施例的侧视图，其可视为图2的磁场传感器布置的变体，其中磁轭中的一个具有用于限定气隙的突出部分。传感器设备由黑色矩形表示。可以使用图3(a)至图4(b)的传感器设备中的任何传感器设备。

图6(a)和图6(b)分别示出了图2所示的磁场传感器布置的侧视图和前视图，其描绘了由外部干扰磁场源(位于图6的顶部)生成的磁通线的第一部分的过程。该第一部分沿间隙方向(相对于磁性结构呈径向)通过气隙。

图7(a)和图7(b)示出了与图6相同的布置，但现在示出了由干扰磁场源生成的磁通线的第二部分的过程。该第二部分沿垂直于间隙方向的方向通过气隙。

图8(a)和图8(b)分别示出了图2所示的磁场传感器布置的侧视图和前视图，其描绘了由另一个外部干扰磁场源(位于图8的左部)生成的磁通线的过程。这些磁通线不穿过气隙(不在径向，不在轴向)。

图9(a)、图9(b)和图9(c)分别示出了图2所示的磁场传感器布置和角度传感器布置的立体视图、侧视图和前视图。

图10(a)和图10(b)分别示出了根据本发明的磁场传感器布置的另一个示例性实施例的侧视图和前视图。

图11(a)、图11(b)和图11(c)分别示出了图10所示的磁场传感器布置和角度传感器布置的立体视图、侧视图和前视图。

图12示出了根据本发明的实施例的以对干扰场高度免疫的方式确定由信号磁场源生成并可选地由磁性结构调制的信号磁通量的方法的流程图。

这些附图仅是示意性而非限制性的。在附图中，出于解说目的，诸元件中的一些元件的尺寸可被放大且没有按比例绘制。权利要求书中的任何附图标记不应被解释为限制范围。在各种附图中，相对于其功能的等效元件总是具有相同的参考符号，因此这些元件通常只描述一次。

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的并且是非限制性的。在附图中，出于解说目的，诸元件中的一些元件的尺寸可被放大且没有按比例绘制。尺寸和相对尺寸并不对应于对本发明实际的真实缩小。

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元件之间进行区分，并且不一定用于在时间上、空间上、以排名或以任何其他方式描述顺序。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的实施例能够以与本文中所描述或图示的不同的顺序来进行操作。

此外，说明书和权利要求中的术语顶部、下方等等用于描述性目的并且不一定用于描述相对位置。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的实施例能够以与本文中所描述或图示的定向不同的定向来进行操作。

应当注意，权利要求中使用的术语“包括”不应当被解释为限制于其后列出的手段；它并不排除其他元件或步骤。因此，该术语应当被解释为指定如所提到的所陈述的特征、整数、步骤或部件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整数、步骤或部件、或其群组的存在或添加。因此，表述“一种包括装置A和装置B的设备”的范围不应当限于仅由部件A和部件B组成的设备。它意指就本发明而言设备的相关部件仅仅是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，如通过本公开将对本领域普通技术人员显而易见的，特定的特征、结构或特性能以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，本发明的各种特征有时被一起编组在单个实施例、附图或其描述中。然而，此种公开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特征更多的特征的意图。相反，如所附权利要求所反映，发明性方面在于比单个前述公开的实施例的全部特征更少的特征。因此，具体实施方式所附的权利要求由此被明确并入到该具体实施方式中，其中每一项权利要求本身代表本发明的单独实施例。

此外，如将由本领域技术人员理解的，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处于本发明的范围内，并且形成不同实施例。例如，在所附权利要求中，任何所要求保护的实施例均能以任何组合来使用。

在本文中所提供的描述中，阐述了众多具体细节。然而要理解，可以在没有这些具体细节的情况下实施本发明的实施例。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。

在本文件中，术语“磁干扰场”和“磁杂散场”被视为同义词。除非另有明确说明，否则它们将在本文中可互换使用，并且基本上是指同一主题。

在本文件中，表达“对杂散场免疫”和“对外部干扰场高度不敏感”和“对外部干扰场高度鲁棒”含义相同。

在本文件中，表达“用于杂散场免疫地确定”和“用于以基本上对杂散场免疫的方式确定”含义相同。

在本文件中，术语“(外部)磁场聚集器”或“磁通导向器”或“磁轭”含义相同。

在本文件中，术语“磁场传感器”和“磁性传感器设备”或“传感器设备”含义相同。该磁性传感器设备包括具有至少两个磁性传感器元件(例如，霍尔元件)的半导体基板。该磁性传感器设备可以封装在模制封装中，但这不是绝对必要的。

在本文件中，磁场传感器布置可以与第一正交坐标系X，Y，Z相联系，该坐标系具有轴向(表示为Z)、穿过气隙的径向(表示为X)和圆周方向Y(例如，如图2a和图2b所描绘的)。

在本文件中，磁场传感器的半导体平面可以与第二正交坐标系U，V，W相联系，其中U轴和V轴平行于半导体平面，W轴垂直于半导体平面。

本文中使用的表达“信号磁场”或“信号磁通量”分别指源自作为磁性布置的部分的“信号磁场源”(例如，多极环形磁体)的(期望)信号或磁通量。该信号和磁通量用作测量信号，例如以非接触式地确定(例如转向柱等的)两个轴部分之间的角位移。

在本文件中，术语“信号磁场源”是指“磁源”，例如，一个或多个永磁体，磁性布置的部分，例如径向磁化的多极环形磁体。

在本文件中，术语“磁场传感器布置”或“磁性布置”或“磁性结构”用作同义词。

在本文件中，除非另有明确说明，否则术语“磁场传感器”或“磁性传感器设备”指包括至少两个磁敏元件的设备。传感器设备可被包括在封装(也被称为“芯片”)中，但这不是绝对必需的。在本发明的实施例中，磁性传感器包括半导体基板。该至少两个磁敏元件可以集成在所述基板中。

在本文件中，术语“传感器元件”或“磁性传感器元件”或“传感器”可以指能够测量磁性量的部件或一组部件或子电路或结构，诸如例如磁阻元件、XMR元件、水平霍尔板、垂直霍尔板、包含至少一个(但最好是四个)磁阻元件的惠斯通电桥、包括盘状磁聚集器和布置在所述盘的外围附近的两个或四个水平霍尔元件的结构等。

图1(a)和图1(b)分别示出了本领域已知的包括磁性结构110和磁场传感器布置120的扭矩传感器100的侧视图和前视图。传感器布置120被配置为确定由信号磁场源S1(例如径向磁化的多极环形磁体(未明确示出))生成的信号磁通量(未具体指示)。传感器布置120也可以被视为扭矩传感器100的“读出部分”。

然而，该扭矩传感器100，或尤其是该传感器布置120，不对由外部干扰磁场源S2(例如，一个或多个承载电流(特别是强电流，比如几十A或者甚至超过100A)的附近电流导体)生成的外部干扰磁场或磁通量(未在图1中示出，但参见例如，图6至图8)免疫。尽管严格地说，此类电流不会产生均匀场(即，定向和幅度不变)，但实际上，在距离所述导体足够距离(例如，在距离所述电流导体至少10厘米，或至少20厘米的距离处)的相对较小的空间内，磁干扰场可以被认为是“基本上均匀的”。

现有技术的传感器布置120包括第一磁通聚集器101和第二磁通聚集器102(也称为磁轭或磁通导向器)。在第一磁通聚集器101的外部面104和第二磁通聚集器102的外部面105之间形成气隙103。在第一外部面104和第二外部面105之间存在直接视线。“间隙方向”106可以由第一磁通聚集器101和第二磁通聚集器102的两个外部面104、105之间的最短长度的线(或最短距离的线)来限定。在图1(a)的布置中，“间隙方向”以Z方向(即，以磁性结构110的轴向)定向。此外，磁场传感器107(由黑色矩形示意性地指示)布置在气隙103中。图1所示的传感器布置120的磁场传感器107在Z方向(即，在结构110的轴向)上对磁场分量Bz敏感。

图1的扭矩传感器100进一步包括磁性结构或磁性布置110，其包括生成信号磁通量(未示出)的信号磁场源S1，例如径向磁化的多极环形磁体。磁性结构110被配置和被布置成使得信号磁通量被调制作为围绕信号磁场源S1的第一磁环111和第二磁环112之间的相对角位移的函数。如图1所描绘的，两个磁环111、112具有沿每个磁环111、112的外围布置的各自的齿形或鳍形突起113、114(也被称为“齿”或“爪”或“垫”)，其自由端以相对的方式相互指向对方。第一环111和第二环112的突起113、114基本上沿两个环111、112的公共旋转轴115的方向延伸。磁场源S1被布置在轴115上，在第一环111的中心和第二环112的中心之间。

因此，未加阴影示出的部件111、112、113、114、S1被视为“磁性结构”110的部分，而加阴影的部件101、102和传感器107被视为“(磁场)传感器布置”120的部分。已知如图1所示的该磁性结构110和传感器布置120的组合用作磁扭矩传感器布置100，用于确定施加到扭矩杆(图1中未示出)的扭矩，该扭矩杆将第一轴(也被称为输入轴)的端部弹性地连接(例如，通过扭杆)到第二轴(也被称为输出轴)的端部。例如，上述文件DE 102 22 118 A1或EP3505894中公开了此类组合的各种实施例的进一步细节。

此外，由图1所示的磁扭矩传感器布置的信号磁场源S1生成的信号磁通量由第一磁通聚集器101和第二磁通聚集器102接收并在第一磁通聚集器101和第二磁通聚集器102内基本上以间隙方向106(＝Z方向)引导到气隙103，其中该信号磁通量由磁场传感器107感测。

现在，如果存在基本上在Z方向上由干扰磁场源S2生成的干扰磁通量，则该磁通量也将被第一磁通聚集器101和第二磁通聚集器102捕获/接收并在第一磁通聚集器101和第二磁通聚集器102内引导，从而在两个磁通聚集器101、102内叠加并添加至信号磁场。因此，由于磁场传感器107不能区分引导到气隙103的信号磁通量和干扰磁通量，包括图1所示的传感器布置120的扭矩传感器100对(外部)干扰磁场源S2生成的(外部)干扰磁通量不免疫(或鲁棒)。

图2(a)和图2(b)分别示出了包括图1的磁性结构110但包括修改的传感器布置220的扭矩传感器布置200的示例性实施例的侧视图和前视图。通常，该扭矩传感器200，特别是磁场传感器布置220，能够以杂散场免疫的方式确定由信号磁场源S1(例如，径向磁化的多极环形磁体)生成并可选地由磁性结构110调制的信号磁通量。

在图2中，磁场传感器布置220还与如图1所描绘的磁性结构110(或磁性布置110)组合示出。因此，磁场传感器布置220和磁性布置110的组合可以形成用于杂散场免疫地确定施加到扭矩杆(未示出)的扭矩的磁扭矩传感器布置200。

如图2所示，磁场传感器布置220包括第一磁通聚集器201和第二磁通聚集器202(也被称为磁通导向器或磁轭)。磁通聚集器201、202被配置和被布置成使得在第一磁通聚集器201的外部面204和第二磁通聚集器202的外部面205之间形成气隙203。两个外部面204、205分别是第一磁通聚集器201和第二磁通聚集器202的各自外部面，在它们之间具有最小距离，并且通过第一外部面204和第二外部面205之间的最短长度(或最短距离)的线来限定气隙203的“间隙方向”206。由黑色矩形指示的磁场传感器(或传感器设备)207被配置为在至少第一感测方向X和第二感测方向Z中对磁场敏感，其中第一感测方向X和第二感测方向Z基本上相互垂直。

更具体地，X方向相对于磁性结构110基本上呈径向定向(因此垂直于轴115并且优选地与轴115相交)，Z方向基本上平行于轴115(因此如果存在扭杆，则平行于扭杆)。换句话说，X方向基本上位于垂直于所述轴115的虚平面X-Y中。

此外，第一磁通聚集器201和第二磁通聚集器202进一步被配置和被布置成使得由信号磁场源S1生成的信号磁通量和由不同于信号磁场源S1的干扰磁场源S2生成的干扰磁通量的第一部分228(参见图6(a))将被第一磁通聚集器201和第二磁通聚集器202接收并在第一磁通聚集器201和第二磁通聚集器202内基本上在气隙方向206上，从而在径向X上引导进入并穿过气隙203。由干扰磁场源S2生成的干扰磁通量的第二部分229(参见图6(a))将穿过气隙203，而不被第一磁通聚集器201和第二磁通聚集器202接收并在第一磁通聚集器201和第二磁通聚集器202内引导到气隙203。这是本发明的一个重要方面，将进一步更详细解释。

如上所述，如果扭矩传感器200距离外部干扰源S2足够远(例如，距离至少10cm，或至少20cm，或至少30cm)，则可以认为外部干扰场基本上均匀，特别是“在气隙内部”。磁场传感器207被布置在气隙203中，使得它能够感测信号磁通量和在第一方向X上穿过气隙的干扰磁通量的第一部分和在第二方向Z上穿过气隙的干扰磁通量的第二部分的组合。取决于传感器设备的定向，X方向和Z方向可以平行于或正交于半导体基板，如(在图3(a)至图4(b)中)将进一步描述的。

“气隙空间”可以被定义为上述第一外部面204和第二外部面205之间的3D空间，更具体地，在这些面的对应点之间的3D空间，对于这些对应点，距离在小公差裕量(例如，+/-10％或+/-5％)内基本上等于所述“最小距离”。在图2的示例中，该3D空间具有等于“间隙长度”的长度206(在X方向上)，并且具有由第一外部面204和第二外部面205的形状(例如，由这些外部面在间隙方向上在Y-Z平面上的投影的重叠)定义的横截面积(在Y-Z平面上)。在图2的示例中，该重叠基本上是矩形的，具有宽度209(参见图2(b))和高度210(参见图2(a))。因此，在图2的示例中，“气隙空间”或“气隙的空间”基本上是束状的，但也可以基本上是立方体的。

优选地，传感器设备207基本上被布置在气隙203内部，从这个意义上说，磁性传感器207的所有磁敏元件(例如，霍尔元件和/或IMC)都位于该气隙空间内部。

图3(a)和图3(b)示出了图2所示的磁场传感器布置220的一部分，特别是靠近气隙203的部分的两个实施例的放大视图。

在图3(a)的实施例中，磁性传感器设备207a的半导体基板基本上平行于X-Y平面定向，即，平行于间隙方向206，并且垂直于轴向Z定向。

假设具有轴U，V，W的第二坐标系与传感器设备207a相联系，使得半导体基板平行于UV平面并且与W轴正交，则传感器设备的U轴对应于磁性结构的X轴，传感器设备的V轴对应于磁性结构的Y轴，且设备的W轴对应于磁性结构的Z轴。因此，说明传感器设备需要相对于磁性结构在X方向和Z方向上敏感，等同于说明传感器设备207a需要在U方向和W方向上敏感。

图3a所描绘的传感器设备207a包含集成磁聚集器(IMC)211和布置在IMC的外围附近的两个水平霍尔元件212a、212b。此类传感器结构是本领域已知的，并且能够测量垂直于半导体基板定向的(所谓“平面外”)磁场分量Bw，和平行于半导体基板定向的(所谓“平面内”)磁场分量Bu。不熟悉此类传感器结构的读者可以在例如专利公开US2018372475(A1)(参见图4(a)至图4(c))或同一申请人于2018年12月21日提交的专利申请EP3505894A1中，特别是图6和图7(a、b、c)中找到更多信息，通过引用将这两份文件整体并入本文。然而，注意还可以使用能够测量两个正交磁场分量的其他合适的传感器设备。传感器设备207需要定向成使得传感器设备能够测量两个正交磁场分量，一个定向在间隙方向206上(与磁性结构的X方向相对应)，另一个垂直于间隙方向(与磁性结构的Z方向相对应)。

参考本发明的图3(a)，传感器设备207a定向成使得其半导体基板垂直于Z轴。传感器设备207a包含集成磁聚集器(IMC)211(例如，盘状IMC)和位于IMC的外围附近的两个水平霍尔元件212a、212b。传感器设备207a能够测量平面外磁场分量Bw(定向在磁性结构的Z方向上)和平面内磁场分量Bu(定向在磁性结构的X方向上)。

可以例如通过将从两个霍尔元件212a、212b获取的信号相加来确定Bw信号。可以例如通过从两个霍尔元件中减去信号来确定Bu信号。在传感器设备207a的该定向上，Bu信号指示信号磁通量和干扰磁通量的第一部分228(参见图6a)(如果存在)的叠加，Bw信号仅指示干扰磁通量的第二部分229。在传感器设备207a的该定向上，Bu信号因为集成磁聚集器211的存在而被动地放大。然而，该定向并不理想，因为(i)基板的宽度通常大于其厚度，因此间隙距离需要相对较大，以便适合传感器设备207a，(ii)干扰磁通量的第二部分229通常非常弱，但没有由磁通聚集器放大。

参考图3(b)，传感器设备207b可以是与图3(a)的传感器设备207a完全相同的传感器设备，但是围绕Y轴旋转了90°。传感器设备207a能够测量定向在磁性结构的X方向上的平面外磁场分量Bw和定向在磁性结构的Z方向上的平面内磁场分量Bu。在传感器设备207b的该定向上，Bw信号指示信号磁通量和第一干扰部分228的叠加(未被IMC放大)；且Bu信号指示第二干扰部分229，并且Bu信号由IMC被动放大。

本实施例的优点是，图3(b)的间隙距离206可以小于图3(a)的间隙距离206。这不仅对于封装的传感器设备是如此，对于未封装的传感器设备也是如此，因为基板厚度通常比基板宽度小得多。此外，可以通过被称为“晶片减薄(wafer thinning)”的工艺来进一步减小半导体基板厚度。在该情况下，可以使用厚度小于500μm或小于400μm或小于300μm的基板。使用较小的间隙距离206对磁通密度，并且从而对信噪比，以及从而对信号的准确度具有积极的影响。另一个优点是，(弱的)第二干扰部分229由IMC被动地放大。

或者换句话说，磁场传感器207b相对于图3(a)所示的“水平布置”的该“垂直布置”的一个特别优点是，由内部磁通聚集器211提供的磁增益可以用于放大沿Z方向进入气隙203的(干扰)磁通量Bz，与沿X方向进入气隙203的磁通量Bx相反，该磁通量Bx(已)被两个磁通聚集器(或磁轭)201、202(外部地)放大。

但是，本发明不限于图3(a)和图3(b)所示的示例，并且还可以使用其他传感器设备，例如包括磁阻元件的传感器设备。

图3(c)示出了图3(b)的传感器布置的变体。图3(c)的传感器设备207c也被“垂直地”定向(即，其半导体基板平行于Y-Z平面)，但包含水平霍尔元件212c和垂直霍尔元件212d。水平霍尔元件212c被配置为用于测量与磁性结构的径向相对应的相对于基板的W方向上的第一磁场分量，以及与磁性结构的轴向相对应的U方向上的第二磁场分量。

该实施例具有不需要IMC和小间隙距离的优点，但不提供第二干扰场部分229(未示出，但沿轴向Z穿过气隙)的被动放大。

图4(a)和图4(b)示出了与图3类似的视图，但示出了根据本发明的磁场传感器布置(未整体示出)的其他示例性实施例的视图。在这些实施例中，磁场传感器213a、213b包括至少一个感测元件214，诸如例如磁阻元件、XMR元件、垂直霍尔板、包含至少一个磁阻元件的惠斯通电桥等，磁场传感器213、213b对至少两个感测方向X、Z(相对于磁性布置)或U、V(相对于半导体基板)中的每一个敏感。图4的传感器设备213不包含集成磁场聚集器(IMC)。

更具体地，在图4(a)的实施例中，半导体基板被“水平地”定向(即，基板平行于X-Y平面，并且基板厚度在Z方向)，并且传感器元件214a是被配置为用于测量Bx的垂直霍尔元件，传感器元件214b是被配置用于测量Bz的水平霍尔元件。

在图4(b)的实施例中，半导体基板“垂直地”定向(基板平行于X-Z平面，基板厚度在Y方向)，传感器元件216a是被配置为用于测量信号Bx(包含期望信号和第一干扰部分228的组合)的垂直霍尔元件，传感器元件216b是被配置为用于测量信号Bz(仅包含第二干扰部分229)的垂直霍尔元件。

在本发明的一些实施例中，其中在磁场传感器中使用至少两个传感器元件，该传感器元件可以对要检测的磁场具有不同的灵敏度。例如，通过使用上述不同的传感器技术和/或不同的传感器配置(例如，有/没有内部磁通聚集器)、通过使用不同的偏置装置(例如，电压或电流)、通过使用不同的电子增益等，可以实现不同的灵敏度。

注意，图3和图4中分别示出的磁场传感器207、213可以各自作为单个半导体基底被提供，可选地封装在单个芯片封装中。尽管未示出，如本文所述，该基板和/或该芯片封装还可以包括处理器单元(例如，微处理器或微控制器)和存储器单元(例如，易失性和/或非易失性存储器，诸如RAM、ROM、闪存等)。该处理器、存储器等不需要位于气隙内部，但重要的是磁敏元件位于气隙内部。

在本发明的优选实施例中，传感器设备被配置为用于通过执行以下步骤来确定由第一磁场源S1生成并由磁性结构110调制的磁通量：

a)测量沿间隙方向(磁性结构110的径向)定向的第一磁场分量Bx；

b)测量在垂直于间隙方向的方向(磁性结构110的轴向)上定向的第二磁场分量Bz；

c)将第二信号乘以预定义常数K以获取第一干扰部分228的估计。K的值可以是硬编码的，或者存储在非易失性存储器中；

d)减去第一信号和第一干扰部分的所述估计，从而减少或基本上消除被认为至少在气隙内部基本上均匀的外部干扰场的影响。

取决于应用(例如，角度传感器或扭矩传感器应用)，该方法可以包括解调减法结果的进一步步骤e)，例如使用查找表，可选地利用线性插值。

图5(a)示出了包括根据本发明的磁场传感器布置240的角度传感器或扭矩传感器500的另一个示例性实施例的侧视图。与图2所示的磁场传感器布置220相比，图5的磁场传感器布置240包括在气隙203附近具有稍微不同的配置的第一磁通聚集器221，如下文将描述的。

在图2中，该外部面204是位于第一磁通聚集器221的垂直定向的支腿部224的侧面上的区域，其中磁通线(未示出)穿过气隙，这实际上意味着在到第二磁通聚集器202的外部表面205的距离最小的位置处。在该情况下，外部面区域204没有被明确地界定。

在图5(a)中，第一磁通聚集器221的外部面204也设置在第一磁通聚集器221的部分223上，其位于场线将离开第一磁通聚集器201的位置，这实际上意味着在到第二磁通聚集器202的外部表面205的距离最小的位置处，但是在该情况下，通过相对于第一磁通聚集器221径向地向外延伸的突起226或弯曲部226等来精确地界定该外部面204的边界。

如可以看出，图5(a)的第一磁聚集器221具有Z形(在与X-Z平面平行的横截面平面中)。更具体地说，第一磁通聚集器221(或轭)具有指向气隙203的突起或弯曲部分。因此，外部面204被清楚地限定，并且位于该突起或弯曲部分的端部。

图5(b)示出了作为图5(a)的角度传感器或扭矩传感器500的变体的另一个角度传感器或扭矩传感器550。磁性结构110与图2和图5(a)的磁性结构相同，但是传感器布置250略有不同。在该情况下，邻近第一环111布置的第一磁轭251比第二磁轭252在径向上向外延伸得更远。然而，重要的是，也在该情况下，间隙方向206相对于磁性结构110在第一磁聚集器251上的第一面204与第二磁聚集器252上的第二面205之间以径向X定向。

受益于本公开的技术人员将理解，图5(a)和图5(b)是两个示例，其中气隙203基本上位于与下环112相同的轴向位置，但是当然，本发明不限于此，并且气隙203也可以位于不同的轴向位置，例如在第一环111和第二环112之间基本上中间的位置，这可以通过减小第一聚集器201、221、251的垂直(轴向)支腿224的长度并且通过增大第二聚集器202、252的垂直(轴向)支腿来实现，使得它们之间的气隙203的间隙方向206以径向X定向。

虽然未明确示出，但图2的情况当然也是如此。同样，在此，可以通过使垂直支腿224(在Z方向延伸)变短并且通过使202的垂直支腿(在Z方向延伸)变长来在轴向上移动气隙203的位置。

此外，虽然在图5(a)和图5(b)中没有明确示出，但是传感器设备207可以以类似于图3(a)至图4(b)中的任何一个所示的方式布置在气隙内部。

图6(a)和图6(b)分别示出了图2所示的角度传感器布置或磁扭矩传感器布置200，和磁场传感器布置220的侧视图和前视图，此外，描绘了由外部干扰磁场源S2生成并且在扭矩传感器布置的位置处以Z方向定向的磁场的第一部分228引起的磁通线227a的过程。

如图所示，由干扰磁场源S2生成的外部磁干扰场的第一部分228由第一磁通聚集器201和第二磁通聚集器202接收并在第一磁通聚集器201和第二磁通聚集器202内基本沿气隙方向206引导进入并穿过气隙203，其中该第一部分由磁场传感器207通过在X方向上敏感的一个或多个传感器元件感测。事实上，在X方向上感测到的信号不仅是第一干扰部分228，而且是该(不想要的)第一干扰部分228和(想要的)信号磁通量的叠加，该信号磁通量由信号磁场源S1(例如由位于在第一环111和第二环112之间的基本上中间位置的径向定向的多极环形磁体)生成，并且可选地由磁性结构110调制。传感器设备207不能仅基于在X方向上测量的信号来区分(想要的)信号磁通量和(不想要的)干扰磁通量。

图7(a)和图7(b)分别示出了图2所示的磁扭矩传感器布置200和磁场传感器布置220的侧视图和前视图，此外，描绘了由外部干扰磁场源S2生成并且在扭矩传感器布置的位置处以Z方向定向的磁场的第二部分229引起的磁通线227b的过程。

第二部分229不被第一磁通聚集器201和第二磁通聚集器202接收并在第一磁通聚集器201和第二磁通聚集器202内引导到气隙203中。相反，第二干扰磁通量229沿垂直于X方向的Z方向(即，磁性结构的轴向)穿过气隙203。第二干扰磁通量229由磁场传感器207通过在Z方向上敏感的一个或多个传感器元件感测。这样，可以独立于在第一磁通聚集器201和第二磁通聚集器202内流动的外部干扰磁通量228来确定(例如，测量)存在于磁性结构200和场传感器布置220附近的外部干扰磁通量229的量。由于第一部分228和第二部分229来自相同的源S2，因此第一部分228和第二部分229的幅度是相关的。该相关性可以通过预定义因子来逼近。该预定义因子独立于外部干扰场的幅度，但主要与磁性布置200(包括磁性结构110和磁性传感器布置220)的形状、尺寸和材料有关，并且可以通过设计、通过模拟、通过校准，或者以任何其他合适的方式来确定。预定义因子可以在由微控制器执行的程序中硬编码，或者可以存储在传感器设备的非易失性存储器中。

因此，可以通过简单的算术运算，更具体地说，通过用预定义因子缩放由磁性传感器207在Z方向上感测到的磁信号Bz，并且通过从由磁性传感器207在X方向上感测到的磁信号Bx中减去经缩放信号，来校正由磁性传感器207在X方向上感测到的总磁通量(是想要的信号和第一干扰部分的叠加)。注意，实际使用的缩放因子还可以考虑传感器设备的X方向和Z方向的灵敏度差(例如，由于IMC放大)，和/或由第一磁通聚集器201和第二磁通聚集器202引起的放大因子。因此，可以以出奇简单的方式减少或基本上消除干扰场。

此外，需要注意，由外部干扰磁场源S2生成的干扰磁通量228、229可以源自均一的或均匀的干扰磁场，或者源自非均匀场源(例如，电流导线)，其位于距离磁性传感器布置足够距离(例如，至少10cm或至少20cm)处。

在图6和图7中，描述了来自在Z方向上定向的外部干扰场的影响。如所解释的，这可以被大大减少或完全消除。

虽然未明确示出，但可以理解，在Y方向上定向的外部干扰场对测量没有影响，因为由第一磁通聚集器和第二磁通聚集器在Y方向上接收的干扰场的第一部分也将在Y方向上离开第一磁通聚集器和第二磁通聚集器而不穿过气隙，并且因为传感器设备本身对沿Y方向通过气隙的磁场不敏感。

图8(a)和图8(b)分别示出了图2所示的磁扭矩传感器布置200和磁场传感器布置220的侧视图和前视图，进一步描绘了由生成在X方向上定向的干扰场的外部干扰磁场源S3(位于图8的左侧)生成的磁通线227的过程。

如从图8显而易见，在X方向上定向的干扰磁通量230基本上不(或至多在很小、可忽略的程度上)进入气隙203，因为大多数磁通线进入环111、112，但是经由第一磁通聚集器201和第二磁通聚集器202的垂直支腿离开磁性结构。只有进入第一环111的磁通量的一小部分将穿过气隙并经由第二磁通聚集器202离开传感器结构，因此，它基本上不会对磁场传感器207在X方向上感测到的总磁通量作出贡献。

由于在任意方向上定向的均匀干扰场可以分解为三个正交分量，一个在Z方向上定向，一个在X方向上定向，一个在Y方向上定向，因而从上可以理解，由磁源S1(例如，多极环形磁体)生成的信号磁通量可以以对在任意方向上定向的外部干扰场都高度鲁棒的方式进行测量，因为Z方向上的干扰磁通量穿过气隙但被补偿，Y方向上定向的干扰磁通量不通过气隙，并且X方向上的干扰磁通量不穿过或不显著地穿过气隙，并且因此不影响或不显著地影响由第一磁源S1生成的信号的测量。

图9(a)、图9(b)和图9(c)分别示出了图2中所示的适于与磁性布置110组合使用作为如本文所公开的角度传感器和/或磁扭矩传感器布置200的磁场传感器布置220的立体视图、侧视图和前视图。磁性布置110包括径向磁化的多极环形磁体S1，并且还可以进一步包括扭杆(未示出)，例如，与DE10222118A1或EP3505894A1中所述的扭杆类似或相同。

图10(a)和图10(b)分别示出了包括如上所述的磁性结构110和磁场传感器布置320的角度传感器布置和/或磁扭矩传感器布置300的又一个示例性实施例的侧视图和前视图。

本实施例与图2的磁场传感器布置220之间的主要区别在于，第一磁通聚集器301的外部面204设置在第一磁通聚集器301的部分303上，该部分303包括一个鳍形延伸构件304，且第二磁通聚集器302的外部面205设置在第二磁通聚集器302的部分305上，该部分305包括三个鳍形延伸构件306、307、308，其中鳍形延伸构件304、306、307、308以基本上垂直于间隙方向206定向的方向延伸并且超过气隙203在垂直于间隙方向206的平面中的横截面的宽度209和/或高度210。

图11(a)、图11(b)和图11(c)分别示出了图10的磁扭矩传感器布置300和与磁性布置110组合使用的磁场传感器布置320的立体视图、侧视图和前视图。

图12示出了用于以对干扰场高度免疫的方式杂散场免疫地确定由信号磁场源S1生成的信号磁通量的方法1200的流程图。方法包括以下步骤：

a)提供1201包括磁源S1的磁性结构110和两个磁聚集器111、112，磁聚集器111、112被配置为用于引导由所述源生成的磁通量，并形成相对于磁性结构110在径向X上定向的气隙203；

b)在气隙203内部测量1202在径向X上定向的第一磁场分量Bx，该第一磁场分量Bx指示由磁源S1生成的信号和相对于磁性结构110在轴向Z上定向的干扰场S2的第一部分228的组合；

c)在气隙203内部测量1203在磁性结构110的轴向Z上定向的第二磁场分量Bz，该第二磁场分量Bz指示相对于磁性结构110在轴向Z上定向的所述干扰场S2的第二部分229；

d)通过用预定义常数K缩放第二信号Bz，并通过从第一信号Bx中减去该经缩放信号来减少或消除1204第一干扰部分228。

方法1200可以进一步包括步骤e)：将经校正的第一信号转换1205成角距离值和/或扭矩值，例如，使用数学表达式或查找表。角距离值可以指示第一环111和第二环112之间的角距离。

包括步骤a)到e)的方法是以对磁干扰场高度免疫的方式测量角距离的方法和/或测量扭矩值的方法。

虽然到目前为止描述磁性结构110主要用于扭矩传感器，但这不是唯一的应用，磁性结构110也可以用作角度传感器，特别是用于测量第一环111和第二环112之间的角度。因此，本发明还提供了一种能够以对外部干扰场高度鲁棒的方式测量两个可旋转环111、112之间的角度的角度传感器。

总之，本文公开的磁场传感器布置220、320以及角度传感器和磁扭矩传感器布置200、300对于确定由信号磁场源S1生成的信号磁通量非常有益，而不会显著地受到外部杂散场/干扰磁场的不利影响。这是由于第一磁通聚集器和第二磁通聚集器的特定结构和特定布置，以及如本文所公开的在这两个磁通聚集器之间，特别是由间隙方向206的径向定向形成的气隙中的磁场传感器的布置。

尽管在任意方向上定向的干扰磁场可以在两个磁通聚集器内叠加信号磁通量，本发明提供了通过以下步骤来校正包含在第一感测方向(在间隙方向206)上感测到的信号磁通量和干扰磁通量两者的测量结果的手段：确定在第二感测方向(垂直于间隙方向)上的在这两个磁通聚集器外部的干扰磁通量229，以及缩放在第二感测方向上感测到的干扰磁通量的量，并从在第一感测方向(间隙方向)上的测量到的磁通量中减去该经缩放的量，以基本上获取由信号磁源S1生成的、并且可选地由磁性结构110调制的信号磁通量。

Claims (15)

1.一种磁场传感器布置(220；240；250；320)，用于以对磁干扰场基本上免疫的方式确定由信号磁场源(S1)生成的信号磁通量，所述磁场传感器布置包括：

所述信号磁场源(S1)；

第一磁通聚集器(201；221；251；301)和第二磁通聚集器(202；222；252；302)，被配置并被布置为使得在所述第一磁通聚集器的外部面(204)和所述第二磁通聚集器的外部面(205)之间形成气隙(203)，其中所述第一外部面(204)和所述第二外部面(205)通过所述外部面(204，205)之间的最短距离的线来限定所述气隙(203)的第一方向(X)；

其中所述第一磁通聚集器和所述第二磁通聚集器被配置为用于将由所述信号磁场源(S1)生成的信号磁通量基本上在第一方向(X)上引导到并穿过所述气隙(203)；

磁场传感器(207)，包括布置在所述气隙(203)内部的多个传感器元件；

其中所述磁场传感器被配置为用于测量指示在所述第一方向(X)上定向的磁场分量的第一信号(Bx)，以及用于测量指示在基本上垂直于所述第一方向(X)的第二方向(Z)上定向的磁场分量的第二信号(Bz)；

并且其中所述磁场传感器(207)进一步被配置为用于如果磁干扰场存在，则基于所述第一信号(Bx)和所述第二信号(Bz)减少或基本上消除所述磁干扰场的影响。

2.根据权利要求1所述的磁场传感器布置(220；240；250；320)，

其特征在于，所述磁场传感器(207)被配置为如果所述磁干扰场存在，则通过用预定义常数缩放所述第二信号(Bz)，并通过从所述第一信号(Bz)中减去经缩放信号，来减少或基本上消除所述磁干扰场的所述影响。

3.根据权利要求1所述的磁场传感器布置(220；240；250；320)，

其特征在于，所述磁场传感器(207)进一步包括处理器单元和存储器单元。

4.一种角度传感器布置，包括：

根据权利要求1所述的磁场传感器布置(220；240；250；320)；

第一环(111)，包括多个爪(113)，所述第一环邻近所述第一磁通聚集器布置；

第二环(112)，包括多个爪(114)，所述第二环邻近所述第二磁通聚集器布置；

所述第一环和所述第二环围绕旋转轴(115)可移动，并且相对于彼此可移动；

并且其中所述磁场传感器(207)进一步被配置为用于将所述信号磁通量转换成指示所述第一环和所述第二环之间的角距离的角距离信号。

5.根据权利要求4所述的角度传感器布置，

其特征在于，所述磁场传感器(207)被配置为用于测量相对于所述旋转轴(115)的径向(X)上的第一磁场分量(Bx)；且

其中所述磁场传感器(207)被配置为用于测量平行于所述旋转轴(115)的轴向(Z)上的第二磁场分量(Bz)。

6.根据权利要求4所述的角度传感器布置，

其特征在于，所述第一磁通聚集器(201，301)的所述外部面(204)设置在所述第一磁通聚集器(201，301)的部分(222，223，303)上，所述部分(222，223，303)在包含所述旋转轴(115)和所述第一方向(X)的平面上具有突起或弯曲部分或L形横截面；

和/或其中所述第二磁通聚集器(202，302)的所述外部面(205)设置在所述第二磁通聚集器(202，302)的部分上，所述部分在包含所述旋转轴(115)和所述第一方向(X)的平面上具有L形横截面。

7.根据权利要求6所述的角度传感器布置，

其特征在于，所述第一磁通聚集器和/或所述第二磁通聚集器(201，301；202，302)的所述L形部分(222，223)包括长支腿(224)和短支腿(225，226)，其中所述长支腿(224)比所述短支腿(225，226)长并且基本上垂直于间隙方向(206)定向；

和/或其中所述第一磁通聚集器(201，301)的所述外部面(204)设置在所述第一磁通聚集器(201，301)的形成所述第一磁通聚集器(201，301)的自由端的部分(222，223，303)上；

和/或其中所述第二磁通聚集器(202，302)的所述外部面(205)设置在所述第二磁通聚集器(202，302)的形成所述第二磁通聚集器(202，302)的自由端的部分(305)上。

8.根据权利要求6所述的角度传感器布置，

其特征在于，所述第一磁通聚集器(301)的所述外部面(204)设置在所述第一磁通聚集器(201，301)的包括至少一个鳍形延伸构件(304)的部分(303)上，和/或所述第二磁通聚集器(302)的所述外部面(205)设置在所述第二磁通聚集器(302)的包括至少一个鳍形延伸构件(306，307，308)的部分(305)上，其中所述至少一个鳍状延伸构件(304，306，307，308)在基本上垂直于所述第一方向(X)定向的方向上延伸超过所述气隙(203)的横截面的宽度(209)和/或高度(210)，其中所述气隙(203)的所述横截面基本上垂直于所述第一方向(X)延伸。

9.根据权利要求4所述的角度传感器布置，

其特征在于，所述磁场传感器(207a)包括基本上位于所述气隙(203)内部的半导体基板，且所述半导体基板被定向成使得所述轴向(Z)垂直于所述半导体基板，并且其中所述半导体基板包括集成磁聚集器IMC和布置在所述IMC的外围处的至少两个水平霍尔元件；

或其中，所述磁场传感器(207b)包括基本上位于所述气隙(203)内部的半导体基板，且所述半导体基板被定向成使得所述第一方向(X)垂直于所述半导体基板，并且其中所述半导体基板包括集成磁聚集器IMC和布置在所述IMC的外围处的至少两个水平霍尔元件；

或其中，所述磁场传感器(213a)包括基本上位于所述气隙(203)内部的半导体基板，且所述半导体基板被定向成使得所述半导体基板垂直于所述轴向(Z)，并且其中所述半导体基板包括水平霍尔元件(214b)和垂直霍尔元件(214a)；

或其中，所述磁场传感器(213b)包括基本上位于所述气隙(203)内部的半导体基板，且所述半导体基板被定向成使得所述半导体基板平行于所述轴向(Z)并且平行于所述第一方向(X)，并且其中所述半导体基板包括在所述第一方向(X)上敏感的第一垂直霍尔元件(216a)和在所述轴向(Z)上敏感的第二垂直霍尔元件(216b)；

或其中，所述磁场传感器(207c)包括基本上位于所述气隙(203)内部的半导体基板，且所述半导体基板被定向成使得所述半导体基板垂直于所述径向(X)，并且其中所述半导体基板包括水平霍尔元件(212c)和垂直霍尔元件(212d)。

10.一种用于杂散场免疫地确定施加在扭矩杆上的扭矩的磁扭矩传感器布置，包括：

根据权利要求4所述的角度传感器布置；

所述扭矩杆，具有连接到所述第一环(111)的第一轴向端和连接到所述第二环(112)的第二轴向端，使得当扭矩被施加到所述扭矩杆上时，所述扭矩杆弹性变形，从而导致所述第一环和所述第二环的作为所施加的扭矩的函数的角位移；

并且其中所述磁场传感器(207)进一步被配置为用于将所述信号磁通量或所述角位移转换成扭矩值。

11.一种以对磁干扰场基本上免疫的方式确定由信号磁场源(S1)生成的信号磁通量的方法，包括以下步骤：

a)提供(1201)根据权利要求1所述的磁场传感器布置；

b)通过所述磁场传感器(207)测量(1202)在所述第一方向(X)上定向的磁场分量的第一信号(Bx)；

c)通过所述磁场传感器(207)测量(1203)在垂直于所述第一方向(X)的所述第二方向(Z)上定向的磁场分量的第二信号(Bz)；

d)如果磁干扰场存在，则基于第一磁场分量(Bx)和第二磁场分量(Bz)减少或基本上消除(1204)所述磁干扰场的影响。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，步骤d)包括：用预定义常数缩放所述第二信号(Bz)，并且从所述第一信号(Bx)中减去经缩放信号。

13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，步骤d)由集成在所述磁场传感器(207)中的处理器单元和存储器单元执行。

14.根据权利要求11所述的方法，

其中步骤a)进一步包括：提供包括多个爪(113)的第一环(111)，所述第一环邻近所述第一磁通聚集器布置；以及提供包括多个爪(114)的第二环(112)，所述第二环邻近所述第二磁通聚集器布置；所述第一环和所述第二环围绕旋转轴(115)可移动，并且相对于彼此可移动；

并且其中所述方法进一步包括以下步骤：

e)将经校正的第一信号转换(1205)成角度值。

15.根据权利要求11所述的方法，

其中步骤a)进一步包括：提供具有连接到所述第一环(111)的第一轴向端和连接到所述第二环(112)的第二轴向端的扭矩杆，使得当扭矩被施加到所述扭矩杆上时，所述扭矩杆弹性变形，从而导致所述第一环和所述第二环的作为所施加的扭矩的函数的角位移；

并且其中所述方法进一步包括以下步骤：

e)将经校正的第一信号转换(1205)成扭矩值。

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