CN115406335A - 具有误差检测的磁位置传感器系统、方法和设备 - Google Patents

Abstract

确定传感器设备相对于磁源的位置(θ1)的方法，包括：a)确定(601)第一传感器位置(X1)处的第一磁场分量(Bx1)和第二磁场分量(Bz1)；b)确定(602)第二传感器位置(X2)处的第三磁场分量(Bx2)和第四磁场分量(Bz2)；c)确定(603)第一分量和第三分量的第一差(ΔBx)，并且确定第二分量和第四分量的第二差(ΔBz)，并且基于第一差与第二差的比率确定第一角度(θ1)；d)确定(604)第一分量和第三分量的第一和(∑Bx)，并且确定第二分量和第四分量的第二和(∑Bz)；e)基于第一和与第二和的比率确定(605)第二角度(θ2)；f)比较(606)第一角度和第二角度(θ1、θ2)以检测误差。

Description

具有误差检测的磁位置传感器系统、方法和设备

技术领域

本发明总体上涉及磁位置传感器系统、设备和方法的领域，并且更具体地涉及具有误差检测能力的线性和/或角磁位置传感器系统和设备以及确定线性位置或角位置并检测是否已发生误差的方法。

背景技术

磁传感器系统，特别是线性位置或角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，能够在不进行物理接触的情况下测量线性位置或角位置，从而避免了机械磨损、刮擦、摩擦等问题。

存在位置传感器系统的许多变体，解决以下需求中的一个或多个：使用简单或便宜的磁结构、使用简单或便宜的传感器设备、能够在相对大范围上进行测量、能够以高精度进行测量、仅需简单的算术、能够以高速进行测量、对定位误差是高度稳健的、对外部干扰场是高度稳健的、提供冗余、能够检测误差、能够检测并纠正误差、具有良好的信噪比(SNR)等。

经常，这些需求中的两个或多个彼此冲突，因此需要进行权衡。

EP3783316(A1)公开了磁位置传感器系统，该磁位置传感器系统包括磁体或磁结构，以及相对于所述磁体或磁结构可移动安装的传感器设备。然而，本文档中描述的系统不具有误差检测能力。

总是存在改进或替代的余地。

发明内容

本发明的实施例的目的是提供磁位置传感器系统，该磁位置传感器系统能够确定传感器设备相对于磁体或磁结构的位置，并且能够检测误差(例如，与有缺陷的传感器或换能器相关的误差)。

本发明的实施例的目的也是提供专门适用于此类系统的传感器设备。

本发明的实施例的目的也是提供确定传感器设备相对于磁体或磁结构的位置的方法，并提供指示误差的附加信息，和/或允许连接到传感器设备的另一处理器检测误差。

本发明的实施例的目的是提供此类系统、设备和方法，其中以对外部干扰场(也称为“杂散场”)高度不敏感的方式确定位置。

这些目标通过本发明的实施例实现。

根据第一方面，本发明提供位置传感器设备，包括：第一传感器，该第一传感器被配置用于确定第一传感器位置处的第一磁场分量(例如Bx1)和第二磁场分量(例如By1或Bz1)，该第一磁场分量被定向在第一方向(例如X)，该第二磁场分量被定向在垂直于该第一方向的第二方向(例如Y或Z)；以及第二传感器，该第二传感器被配置用于确定与第一传感器位置隔开的第二传感器位置处的第三磁场分量(例如Bx2)和第四磁场分量(例如By2或Bz2)，第三磁场分量被定向在第一方向，第四磁场分量被定向在第二方向；处理单元，该处理单元被连接到第一传感器和第二传感器，并且被配置用于确定第一磁场分量和第三磁场分量之间的第一差(例如ΔBx)，并用于确定第二磁场分量和第四磁场分量之间的第二差(例如ΔBy或ΔBz)，并用于基于第一差和第二差的比率确定第一角度(例如θ1)，并用于输出第一角度；其中，处理单元被进一步配置用于执行以下操作中的一个：

i)确定第一磁场分量和第三磁场分量的第一和(例如∑Bx)，并且确定第二磁场分量和第四磁场分量的第二和(例如∑By或∑Bz)，并且输出第一和与第二和，以允许外部处理器确定第二角度(例如θ2)并且比较第一角度和第二角度以检测误差；ii)确定第一磁场分量和第三磁场分量的第一和(例如∑Bx)，并且确定第二磁场分量和第四磁场分量的第二和(例如∑By或∑Bz)，并且基于第一和与第二和的比率确定第二角度(例如θ2)，并且输出第二角度，以允许外部处理器比较第一角度和第二角度以检测误差；iii)确定第一磁场分量和第三磁场分量的第一和(例如∑Bx)，并且确定第二磁场分量和第四磁场分量的第二和(例如∑By或∑Bz)，并且基于第一和与第二和的比率确定第二角度(例如θ2)，并且比较第一角度和第二角度，并且基于比较的结果输出诊断信号。

优点是，基于两个差信号(或梯度)的比率来计算第一角度(在本文中也称为“主角度”)，因为该第一角度对外部干扰场(也称为“杂散场”)是高度稳健的。

该传感器系统的优点是，基于两个和信号的比率计算第二角度，因为第一角度和第二角度的比较允许检测误差，例如传感器元件中的一个的缺陷。发明人惊奇地发现，即使在存在外部干扰场的情况下，此类比较也是非常可行的。

在实施例中，第一传感器包括第一集成磁集中器和布置在第一IMC的相对侧上的第一水平霍尔元件和第二水平霍尔元件；并且第二传感器包括第二集成磁集中器和布置在第二IMC的相对侧上的第三水平霍尔元件和第四水平霍尔元件。

此类位置传感器设备的示例在图3(c)、图3(d)、图4(c)、图5(d)、图5(e)中示出。第一传感器和第二传感器可以间隔1.0mm至3.0mm。

在这些实施例中的一些实施例中，位置传感器设备包括两个IMC，每个IMC只有两个水平霍尔元件，因此总共只有四个水平霍尔元件，例如，如图3(c)和图5(d)所示。这些实施例的优点是，在不增加传感器元件的数目的情况下提供诊断功能。

在实施例中，第一传感器进一步包括第五水平霍尔元件和第六水平霍尔元件，第五水平霍尔元件和第六水平霍尔元件与第一水平霍尔元件和第二水平霍尔元件间隔90°；并且第二传感器进一步包括第七水平霍尔元件和第八水平霍尔元件，第七水平霍尔元件和第八水平霍尔元件与第三水平霍尔元件和第四水平霍尔元件间隔90°。

此类位置传感器设备的示例在图3(d)、图4(c)、图5(e)中示出。

在实施例中，第二磁场分量(By1)和第四磁场分量(By2)被定向在Y方向上，平行于半导体衬底，例如如图4(c)所示。

在实施例中，第二磁场分量(Bz1)和第四磁场分量(Bz2)被定向在Z方向上，垂直于半导体衬底，例如如图3(d)和图5(e)所示。可基于从不位于X轴上的霍尔元件获得的信号，即基于图3(d)和图5(e)的信号h3、h4、h7、h8来确定第二磁场分量和第四磁场分量。

在实施例中，第一传感器包括第一水平霍尔元件和第一垂直霍尔元件；并且第二传感器包括第二水平霍尔元件和第二垂直霍尔元件。

此类位置传感器设备的示例在图3(e)和图5(f)中示出。优选地，在这种情况下，位置传感器设备不包括集成磁集中器。这些实施例的优点是，在不增加传感器元件的数目的情况下提供诊断功能。垂直霍尔元件可以具有被定向在第一方向(X)上的最大灵敏度方向。

在实施例中，第一传感器包括第一垂直霍尔元件和第二垂直霍尔元件；并且第二传感器包括第三垂直霍尔元件和第四垂直霍尔元件。

此类位置传感器设备的示例在图4(d)中示出。优选地，在这种情况下，位置传感器设备不包括集成磁集中器。这些实施例的优点是，在不增加传感器元件的数目的情况下提供诊断功能。

根据第二方面，本发明还提供一种磁位置传感器系统，该系统包括：磁源，用于生成具有至少两极的磁场；以及根据第一方面的位置传感器设备，可相对于所述磁源移动，或者反之亦然。

在实施例中，磁源是永磁体，可绕旋转轴旋转；并且位置传感器设备安装在非零径向距离处，并且被定向使得第一方向与具有在旋转轴上的中心的假想圆相切。

此类位置传感器系统通常被称为“角位置传感器系统”。

磁体可以是轴向或直径或径向磁化的环形磁体或盘形磁体，更具体地，轴向或直径两极环形磁体或盘形磁体，或具有多于两个极的轴向或径向磁化的环形磁体或盘形磁体，例如至少四个极或至少六个极、或至少八个极。

在实施例中，磁源是细长结构，包括在纵向方向上延伸的多个交变磁极；并且位置传感器设备可在纵向方向上移动，在距磁源的非零距离处。

优选地，距离基本上是恒定的。优选地，传感器设备被定向为其第一方向(X)平行于磁源的纵向方向上。

此类位置传感器系统通常被称为“线性位置传感器系统”。优选地，在此情况下，位置传感器设备进一步被配置用于以本领域已知的方式将至少第一角度θ1转换为第一线性位置。

在实施例中，磁位置传感器系统进一步包括第二处理器(例如ECU)，该第二处理器通信地连接到位置传感器设备，并且被配置用于执行以下操作中的一个：i)接收第一角度、第一和与第二和，并且基于第一和与第二和的比率确定第二角度，并且比较第一角度和第二角度以检测误差；ii)接收第一角度和第二角度，并且比较第一角度和第二角度以检测误差；iii)接收第一角度和指示误差的诊断信号。

在该实施例中，第一处理器和第二处理器可以协作以检测是否发生了误差，和/或在系统级采取适当的动作。通过在两个不同的处理器上执行某些功能，可以进一步提高检测误差的概率。

根据第三方面，本发明还提供了一种确定位置传感器设备相对于磁源的位置的方法，包括以下步骤：a)确定第一传感器位置处的第一磁场分量和第二磁场分量，第一磁场分量被定向在第一方向，第二磁场分量被定向在与第一方向垂直的第二方向上；b)确定与第一传感器位置间隔的第二传感器位置处的第三磁场分量和第四磁场分量，第三磁场分量被定向在第一方向，第四磁场分量被定向在第二方向；c)确定第一磁场分量和第三磁场分量之间的第一差，并且确定第二磁场分量和第四磁场分量之间的第二差，并且基于第一差和第二差的比率确定第一角度，并输出第一角度；d)确定第一磁场分量和第三磁场分量的第一和，并且确定第二磁场分量和第四磁场分量的第二和，并且可选地将第一和与第二和输出或传送到第二处理器；e)基于第一和与第二和的比率确定第二角度，并且可选地输出或传送第二角度；f)比较第一角度和第二角度，并且可选地基于比较的结果输出诊断信号。

这些步骤由角位置传感器系统执行，这些步骤中的部分或全部可由位置传感器设备内的处理单元执行。更具体地，步骤e)和f)可由第二处理器执行，该第二处理器通信地连接到位置传感器设备本身，但在物理上位于位置传感器设备本身外部。

在实施例中，该系统进一步包括连接到位置传感器设备的第二处理器，并且该方法进一步包括以下步骤：由第二处理器接收第一角度；以及执行以下操作中的一个：i)接收第一角度并接收第一和与第二和，并且基于第一和与第二和的比率确定第二角度，并且比较第一角度和第二角度以检测误差；ii)接收第一角度，并且接收第二角度，并且比较第一角度和第二角度以检测误差；iii)接收第一角度，并且接收指示误差的诊断信号。

如权利要求中所提到的，这些步骤可由第二处理器执行，例如由磁传感器设备外部的ECU执行。

在实施例中，比较第一角度和第二角度的步骤包括：测试第一角度和第二角度之间的差是否是在预定义范围内的值。

预定义范围可以是[90°±ε]的范围，或者是[-90°±ε]的范围。

ε的值可取决于最大允许的外部磁场而选择，但通常值小于10°，或小于5°，或小于2.0°，或小于1.0°，或小于0.5°。

在所附独立和从属权利要求中阐述了本发明的特定和优选方面。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与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那样。

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是可在本发明的实施例中使用的传感器结构的示意性框图。传感器结构包括沿X轴位于第一位置X1的第一传感器和沿X轴位于第二位置X2的第二传感器，每个传感器包括集成磁集中器(IMC)和布置在IMC的相对侧上的一对的两个水平霍尔元件。

图2是作为图1的变体的传感器结构的示意性框图。

图3(a)和图3(b)分别在前视图和俯视图中示出了本发明提出的角磁位置传感器系统的第一示例。图3(c)至图3(e)是可在图3(b)的传感器设备中使用的传感器结构的示意性框图。图3(f)是示出图3(b)的传感器设备可以使用的公式的表格。

图4(a)和图4(b)分别在前视图和俯视图中示出了本发明提出的角磁位置传感器系统的第二示例。图4(c)和图4(d)是可在图4(b)的传感器设备中使用的传感器结构的示意性框图。图4(e)是示出图4(b)的传感器设备可以使用的公式的表格。

图5(a)至图5(c)分别在前视图、俯视图和侧视图中示出了本发明提出的角磁位置传感器系统的第三示例。图5(d)至图5(f)是可在图5(b)的传感器设备中使用的传感器结构的示意性框图。图5(g)是示出图5(b)的传感器设备可以使用的公式的表格。

图6示出了本发明提出的确定两个角度并生成诊断信号的方法的流程图。可由如图3(b)至图5(b)所示的位置传感器设备执行一些或全部步骤；或者，一些步骤可以由连接到位置传感器设备的第二处理器执行。

图7至图9示出了图6的方法的具体示例，示出了可由根据本发明的位置传感器系统的位置传感器设备执行的步骤。

图10至图12示出了可用于上文所描述的位置传感器设备中的电路的电气框图。

图13(a)至图13(c)示出了若干电路拓扑，这些电路拓扑可用于读出和可选地处理由两组磁传感器元件提供的信号，如可在本发明的实施例中所使用的。

各附图仅是示意性而非限制性的。在附图中，出于说明性目的，要素中的一些要素的尺寸可被放大且未按比例绘制。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，相同的附图标记指代相同或相似的要素。

具体实施方式

将参照具体实施例并且参考某些附图来描述本发明，但是本发明不限于此而仅由权利要求书来限定。

说明书中和权利要求书中的术语第一、第二等用于在类似的要素之间进行区分，而不一定用于描述时间上、空间上、等级上或以任何其他方式的顺序。应理解，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、下方等等是用于描述性目的并且不一定用于描述相对位置。应理解，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取向不同的取向进行操作。

要注意，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“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构成的设备。它意味着对于本发明，该设备的仅有的相关组件是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所描述的特定的特征、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指代同一实施例，而是可以指代同一实施例。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，应当理解，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，该公开方法不应被解释为反映要求保护的发明要求比每一项权利要求中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，发明性方面存在于比单个前述公开的实施例的全部特征更少的特征中。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，但是如本领域技术人员将理解的那样，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，应当理解，可以在没有这些具体细节的情况下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，除非另有明确提到，否则术语“磁传感器设备”或“传感器设备”指的是包括至少一个“磁传感器”或至少一个磁“传感器元件”的设备，优选地集成在半导体衬底中。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。传感器设备优选地包含半导体衬底。

在本文档中，术语“传感器元件”或“磁传感器元件”或“磁传感器”可以指能够测量磁量的组件或组件组或子电路或结构，诸如例如，磁阻元件、GMR元件、XMR元件、水平霍尔板、垂直霍尔板、包含至少一个(但优选地为四个)磁阻元件的惠斯通电桥等或其组合。

在本发明的某些实施例中，术语“磁传感器”或“磁传感器结构”可以指包括一个或多个集成磁集中器(IMC)(也称为集成磁通集中器)和布置在IMC外周附近的一个或多个水平霍尔元件的布置，例如，具有两个彼此间隔180°的水平霍尔元件的盘形IMC(例如，如图1所示)，或具有四个相互间隔90°的水平霍尔元件的IMC(例如，如图2所示)。

在本文档中，表述“磁场向量的平面内分量”和“磁场向量在传感器平面内的投影”含义相同。如果传感器设备是或包括半导体衬底，则这也意味着“磁场分量平行于半导体平面”。

在本文档中，表述“向量的平面外分量”和“向量的Z分量”以及“向量在垂直于传感器平面的轴上的投影”含义相同。

本发明的实施例通常使用正交坐标系来描述，该正交坐标系固定到传感器设备并且具有三个轴X、Y、Z，其中X轴和Y轴平行于衬底，并且Z轴垂直于衬底。此外，X轴在线性位置传感器的情形中优选地按“平行于相对移动的方向”取向，或者在弯曲的移动轨迹的情形中优选地按“与移动轨迹相切”取向，或者在包括可旋转的磁体的角位置传感器系统的情形中优选地按“周向方向”(即，与具有位于旋转轴上的中心的假想圆相切)取向。在角位置传感器系统的情形中，其它轴(Y或Z)中的一个轴优选地按平行于磁体的旋转轴取向。例如，在图3(a)和图4(a)中，Z轴平行于磁体的旋转轴，而在图5(a)中，Y轴平行于旋转轴。

在本文档中，表述“空间导数”或“导数”或“空间梯度”或“梯度”被用作同义词。在本发明的上下文中，梯度通常被确定为在X方向上间隔开的两个位置处测量的两个值之间的差。理论上，梯度被计算为两个值之间的差除以传感器位置之间的距离“dx”，但实际上，除以“dx”的除法通常被省略，因为无论如何，所测得的信号都需要被缩放。因此，在本发明的上下文中，磁场差(ΔBx)和磁场梯度dBx/dx可互换使用。

在本文档中，术语“磁场分量By的幅度”意指“在整个360°旋转上By信号的绝对值的最大值”，并且Bx和Bz也是如此。

在本申请中，水平霍尔板通常由H1、H2等表示，来自这些水平霍尔板的信号通常由h1、h2等表示；垂直霍尔板通常由V1、V2等表示；并且来自这些垂直霍尔板的信号通常由v1、v2等表示。

在本发明的上下文中，公式arctan(x/y)、atan2(x,y)、arccot(y/x)被认为是等效的。

本发明一般涉及线性或角磁位置传感器系统，该系统包括传感器设备和磁源，例如永久磁体，例如轴向或直径或径向磁化的环形或盘形磁体，例如轴向或直径磁化的两极环形或盘形磁体，或者具有多于两个极的轴向或径向磁化的环形或盘形磁体，例如至少四个极或至少六个极或至少八个极。本发明还涉及线性位置传感器系统，该系统包括传感器设备和以细长磁结构的形式的磁源，该细长磁结构包括多个交变极。更具体地，本发明涉及磁传感器方法和系统，该方法和系统对外部干扰场具有稳健性，并且具有误差检测能力。

参考附图。

图1示出传感器结构，该传感器结构包括位于X轴上的第一位置X1处的第一传感器S1和位于所述X轴上的、与X1间隔开的第二位置X2处的第二传感器S2。第一传感器S1和第二传感器S2中的每一个都包括盘形集成磁集中器(IMC)和布置在X轴上、位于IMC的相对侧上的两个水平霍尔元件。第一传感器S1包括被配置用于提供第一信号h1的第一水平霍尔元件H1和被配置用于提供第二信号h2的第二水平霍尔元件H2。第二传感器S2包括被配置用于提供第三信号h3的第三水平霍尔元件H3和被配置用于提供第四信号h4的第四水平霍尔元件H4。

为了理解本发明，只需知道第一传感器S1的信号h1和信号h2可以组合以确定平面内磁场分量Bx1(平行于传感器衬底)和平面外磁场分量Bz1(垂直于传感器衬底)。更具体地，平面内磁场分量Bx1可以通过信号的减法来计算，而平面外磁场分量Bz1可以通过信号的求和来计算。这可以在数学上被表达如下：

Bx1＝(h2-h1) [1]

Bz1＝(h2+h1) [2]

类似地，可以确定第二传感器位置X2处的平面内磁场分量Bx2和平面外磁场分量Bz2，例如根据以下公式：

Bx2＝(h4-h3) [3]

Bz2＝(h4+h3) [4]

并且从这些值可以确定平面内磁场梯度ΔBx和平面外磁场梯度ΔBz，例如根据以下公式：

ΔBx＝Bx2-Bx1 [5]

ΔBz＝Bz2-Bz1 [6]

值ΔBx也可以称为dBx/dx，并且值ΔBz也可以称为dBz/dx。如上文所提到的，缩放因子“dx”通常被省略，因为它是恒定的，并且值无论如何都需要被缩放。出于该原因，在本申请中，术语“磁场梯度”和“磁场差”的含义相同。

众所周知，梯度信号ΔBx、ΔBz对外部干扰场高度不敏感。

应注意，具有以距离ΔX间隔的两个传感器结构、其中每个传感器结构包括一个水平霍尔元件和一个垂直霍尔元件(其最大灵敏度轴被定向在X方向)的传感器设备(图1中未示出，但参见例如图3(e)和图5(f))也能够测量Bx1、Bx2、Bz1、Bz2。

图2示出了包括两个传感器S1、S2的传感器结构，每个传感器都具有IMC结构和四个水平霍尔元件，如可在本发明的实施例中使用的。该传感器结构是图1的传感器结构的变体，主要区别是每个传感器包括被布置在集成磁集中器IMC的外周附近的四个水平霍尔元件，而不是只有两个。四个霍尔元件以90°的倍数间隔。每个传感器的霍尔元件中的两个霍尔元件位于X轴上，另外两个元件位于垂直于X轴的Y轴上。

该传感器结构还能够测量第一传感器位置X1处的磁场分量By1，并且测量第二传感器位置X2处的磁场分量By2，两者都被定向在Y方向，垂直于X方向和Z方向。By1和By2的值可根据以下公式计算：

By1＝(h3-h4) [7]

By2＝(h7-h8) [8]

并且从这些值可以确定沿着X轴的另一个平面内磁场梯度ΔBy，有时也表示为“dBy/dx”，例如根据以下公式：

ΔBy＝By2-By1 [9]

应注意，具有以距离ΔX间隔的两个传感器结构、其中每个传感器结构包括两个垂直霍尔元件(一个最大灵敏度轴被定向在X方向，并且一个最大灵敏度轴被定向在Y方向)的传感器设备(图2中未示出，但参见例如图4(d))也能够测量第一传感器位置处的Bx1、By1和第二传感器位置处的Bx2、By2，从而能够确定磁场梯度ΔBx、ΔBy。

图3(a)和图3(b)分别在前视图和俯视图中示出了角磁位置传感器系统300。系统300包括圆柱形磁体301和传感器设备302。磁体可以是轴向或直径磁化的两极环形磁体或盘形磁体，或者具有至少四个或至少六个或至少八个极的轴向或径向磁化的多极环形磁体或盘形磁体。在示出的示例中，磁体可绕旋转轴A旋转。传感器设备安装在相对于磁体的“离轴”位置。传感器设备包括两个传感器，这两个传感器位于距旋转轴A的径向距离Rs处和距磁体的轴向距离“g”处。

磁体可具有的直径为4.0mm至20mm，例如约10mm或约12mm。径向距离Rs可以是磁体的外半径Ro的30％到70％，或40％到60％。轴向距离“g”可为0.5mm至5.0mm，例如约2.0mm，但本发明不限于此，并且也可使用其他值。

图3(c)至图3(e)是可在图3(b)的传感器设备302中使用的传感器结构的示意性框图。图3(c)的传感器结构在图1中示出。图3(d)的传感器结构在图2中示出。上文将图3(e)的传感器结构描述为图1的传感器结构的替代。然而，需要指出的是，本发明不限于这些传感器结构，并且还可以使用其他传感器结构，例如，包括两个传感器的传感器结构，每个传感器包括水平霍尔元件和至少一个磁阻(MR)元件。

第一传感器和第二传感器可以间隔开距离“dx”，“dx”的范围为1.0mm至3.0mm，或1.5mm至2.5mm，例如等于约1.8mm，或约2.0mm，或约2.2mm。

图3(f)是示出图3(b)的传感器设备可以使用的公式的表格。

已知，传感器设备302相对于磁体301的角位置θ可以根据以下公式：θ＝atan2(ΔBx,ΔBz)被确定为ΔBx和ΔBz的比率的反正切，并且已知该值对外部干扰场高度不敏感。传感器设备302可以被配置用于提供该值作为第一角度值：

θ1＝atan2(ΔBx,ΔBz) [10]

然而，仅此角度值不允许检测误差，例如检测传感器元件中的一个是否有缺陷，和/或其偏置是否有缺陷，和/或其读出电路是否有缺陷。

为了提供能够以对外部干扰场高度不敏感的方式测量角位置、但进一步能够检测误差的角度传感器系统，发明人想到了计算Bx值的第一和，以及Bz值的第二和，以及基于第一和与第二和的比率确定第二角度θ2，例如，根据以下公式：

∑Bx＝(Bx1+Bx2) [11]

∑Bz＝(Bz1+Bz2) [12]

θ2＝atan2(∑Bx,∑Bz) [13]

使用对外部干扰场敏感的值(和)来评估不得不对外部干扰场高度不敏感的传感器设备的正确运行是违反直觉的。还应注意，第一角度θ1和第二角度θ2不相同，因此使用该第二角度θ2来检查第一角度θ1的误差不是微不足道的。

尽管存在这些障碍，但还是进行了实验，并且结果证明：

i)在外部干扰场不存在的情况下，如果所有传感器元件正确工作，则角度值θ1和θ2相差约90°；

ii)在中等或相对较弱的外部干扰场存在的情况下，如果所有传感器元件正确工作，则角度值θ1和θ2相差在[90°±ε]范围内的值，其中ε小于10°，或小于5°，或小于2°，或小于1.0°，或小于0.5°；

iii)不考虑外部干扰场，如果传感器元件中的一个有缺陷，则角度值θ1和θ2相差超出范围[90°±τ]的值，其中τ小于10°，或小于5°，或小于2°，或小于1.0°，或小于0.5°。

可取决于外部干扰场的预期幅度选择(多个)公差裕度。应注意，公差裕度τ可能等于或大于公差裕度ε。在选择τ大于ε的情况下，传感器设备可输出警告，这可能意味着缺陷或异常高的外部干扰场，或故障。

考虑到在实践中，角度传感器系统通常设计为(磁体的磁场强度、距磁体的距离)使得外部干扰场的大小具有的幅度通常小于磁体引起的磁场分量的10％，这些实验表明，即使在中等外部干扰场存在的情况下，有可能通过比较第一角度和第二角度来检测误差。这是本发明的基本原理中的一个原理。

回到图3(f)，现在可以理解，“示例1”的公式和图3(c)的传感器结构可用于计算两个角度值θ1和θ2，该两个角度值中的一个(即θ1)对外部干扰场高度不敏感，另一个(即θ2)取决于外部干扰场，但如上文所解释的，令人惊讶的是，它被发现是足够准确的以用于检测误差，例如，检测传感器元件中的一个是否有缺陷。本实施例的优点是不需要添加物理传感器元件，但是可以通过以不同的方式处理从已经存在的传感器元件获得的信号来获得诊断信息。

类似地，图3(f)“示例3”的公式和图3(e)的传感器结构可用于计算两个角度值θ1和θ2，并且用于检测误差，例如检测传感器元件中的一个是否有缺陷。

类似地，图3(f)“示例2”的公式和图3(d)的传感器结构可用于计算两个角度值θ1和θ2，并检测误差，例如检测传感器元件中的一个是否有缺陷，但与图3(c)的传感器结构相比，出于冗余目的，增加了四个物理传感器元件，即：图3(d)的H3、H4、H7、H8。

应注意，虽然有可能在传感器设备302内计算角度θ1和θ2二者，并且有可能在传感器设备302内比较这些值，并且有可能提供指示误差的诊断信号，但这对本发明起效并非绝对必须的。实际上，在本发明的一些实施例中，传感器设备302被配置用于计算并提供两个角度θ1和θ2，但是比较是在传感器设备302的外部执行的，例如在另一个处理单元中，例如在连接到传感器设备302的电子控制单元(ECU)中(例如，参见图10到图12)。在本发明的一些实施例中，传感器设备302提供第一角度θ1以及第一和∑Bx与第二和∑Bz，并且第二角度θ2可以在传感器设备302的外部计算，并且第一角度和第二角度的比较可以在传感器设备302的外部执行。这将进一步详细讨论。

在图3(a)和图3(b)的变体中，传感器设备302未被布置在径向距离Rs基本上等于Rs＝Ro/2(在盘形磁体的情况下)或Rs＝(Ri+Ro)/2(在环形磁体的情况下)(Ri是内半径，Ro是外半径)处，而是被定位在靠近旋转轴或进一步远离旋转轴的径向距离Rs处。在这种情况下，可根据以下公式计算第一角度和第二角度：

θ1＝atan2(L*ΔBx,ΔBz) [10b]

θ2＝atan2(M*∑Bx,∑Bz) [13b]

其中L和M是预定义常数，它们可在设计或模拟期间确定，或在校准期间确定，并存储在传感器设备的非易失性存储器中。

图4(a)和图4(b)分别在前视图和俯视图中示出了另一个角磁位置传感器系统400，包括磁体401和传感器设备402。同样，磁体相对于传感器设备是可移动的，或者反之亦然。传感器系统400可以被视为图3(a)的传感器系统300的变体，并且上文已经描述的大部分加以必要的修改在这里也适用。主要区别在于：

i)传感器设备402位于比磁体的外半径Ro大的径向距离Rs处，并且位于底表面和顶表面之间的轴向位置处，优选地基本上是磁体401的高度的一半；

ii)传感器设备402被配置用于测量两个平面内梯度ΔBx和ΔBy，并根据以下公式计算第一角度θ1：

θ1＝atan2(ΔBx,ΔBy) [14]

iii)传感器设备402被配置用于测量第一和∑Bx与第二和∑By，例如根据以下公式：

∑Bx＝(Bx1+Bx2) [15]

∑By＝(By1+By2) [16]

θ2＝atan2(∑Bx,∑By) [17]

图4(c)和图4(d)是可在传感器设备402中使用的传感器结构的示意性框图。图4(c)的传感器结构在图2中示出。图4(d)的传感器结构包括两个传感器，每个传感器具有两个垂直霍尔板，一个垂直霍尔板定向为其最大灵敏度轴在Y方向，一个垂直霍尔板定向为其最大灵敏度轴在X方向。需要指出的是，也可以使用能够测量Bx和By的其他传感器结构，例如包括磁阻(MR)元件(例如GMR元件或XMR元件)的传感器结构。

图4(e)是示出传感器设备402可以使用的公式的表格。更具体地，“示例1”的公式可与图4(c)的传感器结构结合使用，并且“示例2”的公式可与图4(d)的传感器结构结合使用，以计算两个角度值θ1和θ2并且检测误差，例如基于角度θ1和θ2之间的角度差来检测传感器元件中的一个是否有缺陷，例如通过测试值(θ1-θ2)是否落在范围(90°±ε)内和/或范围(90°±τ)外，其中ε和τ是预定义的阈值。如上文所提到的，ε和τ可以相等，或者可以不同。

如上文所提及的，有可能在传感器设备402内部或外部计算角度θ1和θ2，和/或在传感器设备402内部或外部比较值θ1和θ2。

在图4(a)和图4(b)中，传感器设备位于圆柱形磁体401的底表面和顶表面基本上一半的轴向位置处，但如果磁体轴向地向上或向下移动，本发明也将起效。在这种情况下，可以使用以下公式：

θ1＝atan2(L*ΔBx,ΔBy) [14b]

θ2＝atan2(M*∑Bx,∑By) [17b]

其中L和M是预定义常数，它们可在设计或模拟期间确定，或在校准期间确定，并存储在传感器设备的非易失性存储器中。

图5(a)至图5(c)分别在前视图、俯视图和侧视图中示出了角磁位置传感器系统500，包括磁体501和传感器设备502。传感器系统500可被视为图3(a)的传感器系统300的变体，或图4(a)的传感器系统400的变体，其中传感器设备绕X轴旋转90°。上文已经描述的大部分加以必要的修改后在此处也适用。

图5(d)至图5(f)是可在传感器设备502中使用的传感器结构的示意性框图。可以使用图3(c)至图3(e)中所示的相同传感器结构。

图5(g)是示出图5(b)的传感器设备可以使用的公式的表格。可以使用图3(f)中所示的相同公式。

虽然没有明确示出，但上文所描述的原理针对线性位置传感器系统也起效。在此种情况下，磁体优选地为具有多个交变磁极的细长结构，并且传感器设备将进一步被配置用于以已知方式将角位置值θ1转换为线性位置值X。传感器元件可以基本上被布置在沿细长方向延伸的磁结构的对称平面中。

图6示出了确定两个角度θ1和θ2以及例如通过生成诊断信号(例如有效性信号或误差信号)来检测误差的方法600的流程图。方法600包括以下步骤：

a)确定第一传感器位置(例如X1)处的第一磁场分量(例如Bx1)和第二磁场分量(例如By1或Bz1)，第一磁场分量被定向在第一方向(例如X，与相对移动的方向相切)，第二磁场分量(例如By1或Bz1)被定向在垂直于第一方向的第二方向(例如Y或Z)(601)；

b)确定与第一传感器位置(例如X1)间隔(例如以距离ΔX)的第二传感器位置(例如X2)处的第三磁场分量(例如Bx2)和第四磁场分量(例如By2或Bz2)，第三磁场分量(例如Bx2)被定向在第一方向(例如X)，第四磁场分量(例如By2或Bz2)被定向在第二方向(例如Y或Z)(602)；

c)确定第一磁场分量(例如Bx1)和第三磁场分量(例如Bx2)之间的第一差(例如ΔBx)，并且确定第二磁场分量(例如By1或Bz1)和第四磁场分量(例如By2或Bz2)之间的第二差(例如ΔBy或ΔBz)，并且基于第一差和第二差的比率确定第一角度(θ1)，并且输出第一角度(θ1)(603)；

d)确定第一磁场分量(例如Bx1)和第三磁场分量(例如Bx2)的第一和(例如∑Bx)，并且确定第二磁场分量(例如By1或Bz1)和第四磁场分量(例如By2或Bz2)的第二和(例如∑By或∑Bz)，并且可选地输出或传送第一和(例如∑Bx)与第二和(例如∑By或∑Bz)(604)；

e)基于第一和(例如∑Bx)与第二和(例如∑By或∑Bz)的比率确定第二角度(θ2)，并且可选地输出或传送第二角度(θ2)(605)；

f)比较第一角度(θ1)和第二角度(θ2)，并且基于比较的结果检测误差，并且可选地输出或传送相应的诊断信号(606)。

该方法可包括进一步的步骤，诸如在检测到误差的情况下提供声音信号(例如可听声音)或可见信号(例如光信号)。如果传感器设备连接到ECU，则ECU可以以本领域已知的方式采取适当的动作。

方法步骤601至606可单独由位置传感器设备执行，或部分地由位置传感器设备执行并且部分地由第二处理器执行，例如通信地连接到位置传感器设备的电子控制单元(ECU)。描述三个示例：

在实施例中，步骤a)到f)中的所有步骤都由位置传感器设备本身执行。在这种情况下，第一和与第二和不需要在步骤d)中输出，第二角度不需要在步骤e)中输出，但诊断信号必须在步骤f)中输出。在该实施例中，为了检测是否发生了误差，不需要在位置传感器设备的外部执行步骤。此类方法700在图7中示出，图7是图6的子集。

在实施例中，位置传感器系统包括所述第二处理器(例如ECU)，并且该第二控制器被配置用于接收第一角度和第二角度，并用于在步骤f)中比较它们。在该实施例中，位置传感器设备不必执行步骤f)，并且不必在步骤d)中输出第一和与第二和，而是必须在步骤e)中输出第二角度，以允许第二处理器执行比较。此类方法800在图8中示出，图8是图6的另一子集。

在实施例中，位置传感器系统包括所述第二处理器(例如ECU)，并且该第二控制器被配置用于在步骤d)中接收第一和与第二和，并用于在步骤e)中计算第二角度，以及用于在步骤f)中比较第一角度和第二角度，以检测是否发生了误差。在该实施例中，位置传感器设备不必执行步骤e)和f)，而是必须在步骤d)中输出第一和与第二和，以允许第二处理器计算第二角度。此类方法900在图9中示出，图9是图6的另一子集。

图10至图12示出了可用于上文所描述的位置传感器设备中的电路的电气框图。

图10示出了可用于上文所描述的位置传感器设备中的电路1010的电气框图。电路1010包括多个磁传感器元件H1到H4并且包括处理单元1030和非易失性存储器1031。该框图可用于例如具有能够确定磁场梯度dBx/dx和磁场梯度dBz/dx的传感器结构的传感器设备中，例如如图1或图3(c)或图3(e)或图4(d)或图5(d)或图5(f)所示出的。传感器元件可以是霍尔元件，例如垂直霍尔元件和/或水平霍尔元件、MR元件等。

处理单元1030可以被配置用于执行图6至图9所示的方法中的任何一个。传感器设备1010可以通过一个或多个导线或无线(例如经由射频链路RF或红外链路IR)连接到第二处理器1040，例如连接到电子控制单元1040(ECU)。取决于实现的方法，传感器设备1010可以输出以下值中的一个或多个：第一角度θ1、第二角度θ2、第一和∑Bx、第二和∑By或∑Bz、以及诊断信号“diag”；并且第二处理器1040(如果存在)可以被配置用于接收这些值中的一个或多个，并且可以被配置用于计算第二角度θ2和/或用于比较这两个角度，如上文所描述的。

第一角度θ1可以按上文所描述的方式确定，例如通过使用上文所描述的数学公式[1]到[17b]中的一些，或者使用查找表，可选地使用插值。如上文所解释的，第一角度θ1基于差信号的比率。减法可以在放大前或放大后在模拟域中执行，或者在数字域中执行。

处理单元1030可以包括数字处理器，数字处理器可以可选地包括或连接到非易失性存储器1031。该存储器可被配置用于存储一个或多个常数，例如预定义阈值ε、τ、L、M中的一个或多个。数字处理器1030可以是例如8位处理器或16位处理器。

虽然未明确示出，但电路1010可以进一步包括从由以下各项组成的组中选择的一个或多个组件或子电路：偏置源(例如，电流源、电压源)、放大器、差分放大器、模数转换器(ADC)等。ADC可具有至少8位或至少10位或至少12位或至少14位或至少16位的分辨率。

图11示出了可用于上文所描述的位置传感器设备中的电路1110的电气框图。电路1110可以被视为图10的电路的变体，并且上文已经描述的大部分加以必要修改后在这里也可适用。

图10的传感器设备和图11的传感器设备之间的主要区别是，电路1110包括八个磁传感器元件H1到H8，而不是只有四个，并且可以使用其他公式或(多个)查找表来计算第一角度和第二角度。该框图例如可用于具有如图2或图3(d)或图4(c)或图5(e)所示的传感器结构的传感器设备中。

图12示出了图11的电气框图的变体，其具有第一处理单元1230和第二处理单元1232并且具有八个传感器元件H1至H8。

第一处理单元可以被配置用于以与图10的电路相同的方式来确定第一角度θ1，例如使用公式[1]到[6]和[10]到[13]，例如根据图3(f)中“示例1”的公式。

第二处理单元1232可以被配置用于使用图3(f)中被示出为“示例2”的公式或使用图4(e)中被示出为“示例1”的公式来确定第二角度θ2。假使在设备1210内执行两个角度的比较，第一处理单元1230可以进一步被配置用于向第二处理单元1232提供第一角度值θ1以允许比较。

第一处理单元1230从八个传感器元件中的第一子集接收信号h1、h2、h5、h6，在八个传感器元件中的第一子集中这些信号被数字化。第二处理单元1232接收源自所有传感器元件H1到H8的信号。从传感器元件H3、H4、H7、H8接收信号的第二子集h3、h4、h7、h8，但是为了检测是否发生了误差，第二处理单元1232还需要信号的第一子集。这些信号可以直接从传感器元件接收，或者例如在数字化为值d1、d2、d5、d6之后通过第一处理单元1230间接接收。

图13(a)至图13(c)示出了可用于读出和可选地处理由上文所描述的传感器设备提供的信号的若干电路拓扑。

图13(a)示出了读出电路的框图，该读出电路包括多路复用器MUX、单个模数转换器ADC和单个数字处理器DSP。该框图可用于图10的电路中，并且其主要目的是检测与霍尔元件(换能器)及其偏置和读出电路系统有关的误差。该框图的主要目的是说明来自所有传感器元件的信号由单个ADC和单个信号处理器处理，例如，如也在图10和图11中示出的。

图13(c)示出了两个主要独立的读出电路的框图，每个读出电路包括模数转换器ADC和专用数字处理器DSP。上部子电路被配置用于对第一组传感器信号进行数字化和处理。下部子电路被配置用于对第二组传感器信号进行数字化和处理，但是第一处理器可以向第二处理器提供数据。该框图可在图12的电路中使用，其中例如，第一处理器DSP1可向第二处理器DSP1提供第一角度θ1以及以数字值d1、d2、d5、d6的形式的霍尔信号h1、h2、h5、h6的数字表示。此框图的主要目的是说明传感器信号中的每一个由单个ADC处理。

图13(b)示出了另一种解决方案的框图，该解决方案可被视为“中间解决方案”，其具有多路复用器、单个ADC和单个数字处理器DSP以及电路，该电路将源自第一组霍尔元件的数字化值发送到DSP中以供进一步处理，但是，它不将源自第二组霍尔元件的数字化值发送到DSP中，而是发送到能够计算上文所描述的第一和∑Bx、第二和∑By或∑Bz的数字电路和/或算术单元，并将该数据输出到外部处理器，例如到ECU。图13(b)的主要目的是示出有可能将ADC中的传感器值中的一些传感器值数字化，而无需在DSP内处理它们。

从图10到图13(c)所示的示例中，本领域的读者应该清楚，许多硬件实现是可能的。

本文描述的系统、方法和设备可能非常适合于工业、机器人或汽车应用，其中“功能安全”是重要的。

上文所描述的公式[10]、[13]、[14]、[17]和[10b]、[13b]、[14b]、[17b]适用于两极磁体，但本发明不限于此，并且还适用于具有至少四个极或至少六个极、或至少八个极等的磁体，在这种情况下，反正切函数提供θ/2或θ/3或θ/4等，其中θ表示机械旋转角度。

在未示出的图3(a)的变体中，传感器设备在X轴上旋转90°，以使其半导体衬底平行于旋转轴A。在这种情况下，可以使用图4(e)的公式，基于ΔBx、ΔBy、∑Bx、∑By，而不是ΔBx、ΔBz、∑Bx、∑Bz。

上文描述了用于基于作为两个差的比率的第一函数计算的第一角度和作为两个和的比率的第二函数计算的第二角度的比较的结果来检测误差的机制。可选地，可以执行附加测试以检测是否发生了误差。例如，在实施例中，处理单元还被配置用于将第三和(Sum3)确定为第一差(ΔBx)的平方与第二差(ΔBy；ΔBz)的平方的和，例如，根据以下公式：

Sum3＝sqr(ΔBx)+sqr(ΔBz) [18]

以及可选地输出该第三和；以及进一步被配置用于将第四和(Sum4)确定计算为第一和(∑Bx)的平方与第二和(∑By；∑Bz)的平方的和，例如，根据以下公式：

Sum4＝sqr(∑Bx)+sqr(∑Bz) [19]

以及可选地输出该第四和；以及进一步被配置用于使用预定义常数K4缩放第四和，该常数K4可在设计期间确定，或可在校准期间确定，并存储在传感器设备的非易失性存储器中；并且进一步被配置用于确定第三和(Sum3)与经缩放的第四和(Sum4)是否在最大±10％或最大±5％的预定义公差裕度内基本上相同，例如，通过将比率R计算为(Sum3)/(K4*Sum4)，并且通过测试该值是否在90％到100％的范围内，或在95％到105％的范围内。如果比率落在范围内，则这表示未检测到附加误差。如果比率落在范围外，则其表示检测到附加误差。与上文类似，公式[18]和[19]的计算可完全在传感器设备本身的内部计算，或部分在传感器设备本身的内部计算并且部分由连接到传感器设备但位于传感器设备外部的第二处理器(例如ECU)计算。当然，在这种情况下，传感器设备需要输出一个或多个中间值，以允许在传感器设备外部执行计算和/或比较。例如，第三和Sum3与第四和Sum4可以由传感器设备输出，并且可以由ECU执行利用因子K4的缩放以及Sum3和(K4*Sum4)的比较。

Claims (12)

1.一种位置传感器设备(302；402；502)，所述位置传感器设备包括：

-第一传感器(S1)，所述第一传感器(S1)被配置用于确定(601)第一传感器位置(X1)处的第一磁场分量(Bx1)和第二磁场分量(By1；Bz1)，所述第一磁场分量(Bx1)被定向在第一方向(X)，所述第二磁场分量被定向在垂直于所述第一方向(X)的第二方向(Y；Z)；以及

-第二传感器(S2)，所述第二传感器(S2)被配置用于确定(602)与所述第一传感器位置(X1)间隔(ΔX)的第二传感器位置(X2)处的第三磁场分量(Bx2)和第四磁场分量(By2；Bz2)，所述第三磁场分量(Bx2)被定向在所述第一方向(X)，所述第四磁场分量(By2；Bz2)被定向在所述第二方向(Y；Z)；

-处理单元(1030；1130；1230、1232)，所述处理单元(1030；1130；1230、1232)连接到所述第一传感器(S1)和所述第二传感器(S2)，

以及被配置用于确定(603)所述第一磁场分量(Bx1)和所述第三磁场分量(Bx2)之间的第一差(ΔBx)，并且用于确定所述第二磁场分量(By1；Bz1)和所述第四磁场分量(By2；Bz2)之间的第二差(ΔBy；ΔBz)，并且用于基于所述第一差(ΔBx)和所述第二差(ΔBy、ΔBz)的比率确定第一角度(θ1)，并且用于输出所述第一角度(θ1)；

其特征在于，

所述处理单元(1030；1130；1230、1232)进一步被配置用于执行以下操作中的一个：

i)确定(904)所述第一磁场分量和所述第三磁场分量的第一和(∑Bx)，并且确定所述第二磁场分量和所述第四磁场分量的第二和(∑By；∑Bz)，并且输出所述第一和与所述第二和，以允许外部处理器确定第二角度(θ2)并且比较所述第一角度和所述第二角度(θ1、θ2)以检测误差；

ii)确定(804)所述第一磁场分量和所述第三磁场分量的第一和(∑Bx)，并且确定所述第二磁场分量和所述第四磁场分量的第二和(∑By；∑Bz)，并且基于所述第一和(∑Bx)与所述第二和(∑By；∑Bz)的比率确定(805)第二角度(θ2)，并且输出所述第二角度(θ2)以允许外部处理器比较所述第一角度和所述第二角度(θ1、θ2)以检测误差；

iii)确定(704)所述第一磁场分量和所述第三磁场分量的第一和(∑Bx)，并且确定所述第二磁场分量和所述第四磁场分量的第二和(∑By；∑Bz)，并且基于所述第一和(∑Bx)与所述第二和(∑By；∑Bz)的比率确定(705)第二角度(θ2)，并且比较(706)所述第一角度(θ1)和所述第二角度(θ2)，并且基于所述比较的结果输出诊断信号。

2.根据权利要求1所述的位置传感器设备(302；402；502)，

其中，所述第一传感器(S1)包括第一集成磁集中器(IMC1)以及布置在所述第一IMC的相对侧上的第一水平霍尔元件和第二水平霍尔元件；以及

其中，所述第二传感器(S2)包括第二集成磁集中器(IMC2)以及布置在所述第二IMC的相对侧上的第三水平霍尔元件和第四水平霍尔元件。

3.根据权利要求2所述的位置传感器设备(302；402；502)，

其中，所述第一传感器(S1)进一步包括第五水平霍尔元件和第六水平霍尔元件(H3、H4)，所述第五水平霍尔元件和所述第六水平霍尔元件(H3、H4)与所述第一水平霍尔元件和所述第二水平霍尔元件(H1、H2)间隔90°；以及

其中，所述第二传感器(S2)进一步包括第七水平霍尔元件和第八水平霍尔元件(H7、H8)，所述第七水平霍尔元件和所述第八水平霍尔元件(H7、H8)与所述第三水平霍尔元件和所述第四水平霍尔元件(H5、H6)间隔90°。

4.根据权利要求1所述的位置传感器设备(302；402；502)，

其中，所述第一传感器(S1)包括第一水平霍尔元件(H1)和第一垂直霍尔元件(V2)；以及

其中，所述第二传感器(S2)包括第二水平霍尔元件(H3)和第二垂直霍尔元件(V4)。

5.根据权利要求1所述的位置传感器设备(302；402；502)，

其中，所述第一传感器(S1)包括第一垂直霍尔元件和第二垂直霍尔元件(V1、V2)；以及

其中，所述第二传感器(S2)包括第三垂直霍尔元件和第四垂直霍尔元件(V3、V4)。

6.一种磁位置传感器系统(300；400；500)，包括：

-磁源(301；401；501)，所述磁源(301；401；501)用于生成具有至少两极的磁场；

-根据权利要求1所述的位置传感器设备(302；402；502)，能相对于所述磁源移动，反之亦然。

7.根据权利要求6所述的磁位置传感器系统(300；400；500)，

其中，所述磁源(301；401；501)是永磁体，能绕旋转轴(A)旋转；以及

其中，所述位置传感器设备(302；402；502)安装在非零径向距离(Rs)处，并且被定向使得所述第一方向(X)与具有在所述旋转轴(A)上的中心的假想圆相切。

8.根据权利要求6所述的磁位置传感器系统，

其中，所述磁源为细长结构，包括在纵向方向上延伸的多个交变磁极；以及

其中，所述位置传感器设备(302；402；502)能在所述纵向方向上移动，在距所述磁源的非零距离处。

9.根据权利要求6所述的磁位置传感器系统(300；400；500)，

进一步包括第二处理器(ECU)，所述第二处理器(ECU)通信地连接到所述位置传感器设备(302；402；502)，并且被配置用于执行以下操作中的一个：

i)接收(603；604)所述第一角度(θ1)并且接收(604)所述第一和(∑Bx)与所述第二和(∑By；∑Bz)，并且基于所述第一和与所述第二和的比率确定(605)所述第二角度(θ2)，并且比较(606)所述第一角度和所述第二角度(θ1、θ2)以检测误差；

ii)接收(603)所述第一角度(θ1)，并且接收(605)所述第二角度(θ2)，并且比较(606)所述第一角度和所述第二角度(θ1、θ2)以检测误差；

iii)接收(603)所述第一角度(θ1)，并且接收(606)指示误差的诊断信号。

10.一种用于确定位置传感器设备(302；402；502)相对于磁源(301；401；501)的位置(θ1)的方法(600；700；800；900)，所述方法包括以下步骤：

a)确定(601；701；801；901)第一传感器位置(X1)处的第一磁场分量(Bx1)和第二磁场分量(By1；Bz1)，所述第一磁场分量被定向在第一方向(X)，所述第二磁场分量(By1；Bz1)被定向在垂直于所述第一方向(X)的第二方向(Y；Z)；

b)确定(602；702；802；902)与所述第一传感器位置(X1)间隔(ΔX)的第二传感器位置(X2)处的第三磁场分量(Bx2)和第四磁场分量(By2；Bz2)，所述第三磁场分量(Bx2)被定向在所述第一方向(X)，所述第四磁场分量(By2；Bz2)被定向在所述第二方向(Y或Z)；

c)确定(603；703；803；903)所述第一磁场分量(Bx1)和所述第三磁场分量(Bx2)之间的第一差(ΔBx)，并且确定所述第二磁场分量(By1；Bz1)和所述第四磁场分量(By2；Bz2)之间的第二差(ΔBy；ΔBz)，并且基于所述第一差和所述第二差的比率确定第一角度(θ1)，并且输出所述第一角度(θ1)；

d)确定(604；704；804；904)所述第一磁场分量(Bx1)和所述第三磁场分量(Bx2)的第一和(∑Bx)，并且确定所述第二磁场分量(By1；Bz1)和所述第四磁场分量(By2；Bz2)的第二和(∑By；∑Bz)，并且可选地将所述第一和(∑Bx)与所述第二和(∑By；∑Bz)输出或传送到第二处理器(ECU)；

e)基于所述第一和(∑Bx)与所述第二和(∑By；∑Bz)的比率确定(605、705)第二角度(θ2)，并且可选地输出或传送所述第二角度(θ2)；

f)比较(606；706)所述第一角度(θ1)和所述第二角度(θ2)，并且可选地基于所述比较的结果输出诊断信号。

11.根据权利要求10所述的方法，

其中，所述系统进一步包括连接到所述位置传感器设备的第二处理器(ECU)，以及

其中，所述方法进一步包括以下步骤：

-由所述第二处理器(ECU)接收(603；703；803；903)所述第一角度(θ1)；

以及以下步骤中的一个：

i)接收(603)所述第一角度(θ1)并且接收(604)所述第一和(∑Bx)与所述第二和(∑By；∑Bz)，并且基于所述第一和与所述第二和的比率确定(605)所述第二角度(θ2)，并且比较(606)所述第一角度和所述第二角度以检测误差；

ii)接收(603)所述第一角度(θ1)，并且接收(605)所述第二角度(θ2)，并且比较(606)所述第一角度和所述第二角度以检测误差；

iii)接收(603)所述第一角度(θ1)，并且接收(606)指示误差的诊断信号。

12.根据权利要求10所述的方法，

其中，比较所述第一角度和所述第二角度(θ1、θ2)的步骤包括：

测试所述第一角度和所述第二角度之间的差是否是在预定义范围内的值。

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