CN117848390A - 用于决定编码器磁体旋转角度的装置和方法 - Google Patents

用于决定编码器磁体旋转角度的装置和方法 Download PDF

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CN117848390A CN202311283134.4A CN202311283134A CN117848390A CN 117848390 A CN117848390 A CN 117848390A CN 202311283134 A CN202311283134 A CN 202311283134A CN 117848390 A CN117848390 A CN 117848390A
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Abstract

一种决定编码器磁体旋转角度(α)的装置(10)，其中装置(10)包括编码器磁体(15)以及大于或等于二的数量n个磁体传感器(MS1、…、MSn)。编码器磁体(15)绕旋转轴(A1)可旋转地布置，用于产生磁场(B)。磁场(B)包括多个平面平行磁场平面(E)，其中这些平面平行磁场平面(E)的表面法线(nE)与旋转轴(A1)平行，且其中磁场(B)还包括多个布置于所述多个平面平行磁场平面(E)的多个磁场向量(vB,i)。这大于或等于二的数量n个磁体传感器(MS1、…、MSn)布置于这些平面平行磁场平面(E)的至少其中之一，其中第一磁场向量(vB,1)在第一磁体传感器(MS1)的位置处具有第一对准角度(θ1)，且其中n个磁体传感器中的另外n‑1个(MS2、…、MSn)布置在磁场(B)中的多个位置，这些位置的磁场向量(vB,2、…、vB,n)具有角度(θ2、…、θn)，其满足方程式：其中1<i≤n。

Description

用于决定编码器磁体旋转角度的装置和方法
本申请要求于2020年10月5日提交的德国专利申请DE 10 2022 125 701.0的优先权和权益。德国专利申请DE 10 2022 125 701.0通过引用将其全部内容并入本文。
技术领域
本发明涉及一种用于决定编码器磁体旋转角度的装置和方法。
背景技术
用于非接触式、无触点、无接触测量编码器磁体的旋转角度的磁性或磁体旋转传感器在现有技术中是已知的。这些旋转传感器检测编码器磁体围绕其旋转轴的角度，其中编码器磁场优选地由旋转的永磁体产生。编码器磁体的旋转的这种检测是通过测量编码器磁体的磁场方向来完成的。这种磁场方向的测量是递增、增量或与时间相关的。
为了测量磁场的对齐、对准，在编码器磁体的磁场中安置、布置了一个或多个旋转或磁体传感器。在磁场中，这些旋转传感器检测了(这些)旋转传感器所在的位置上磁场向量的对准角度。这些旋转传感器通常由几个各种各样的传感器元件组成。作为单个传感器元件，例如使用霍尔传感器(Hall sensor)、通道磁阻/隧道磁阻(TunnelMagnetoResistance,TMR)传感器、巨磁阻(Giant MagnetoResistance,GMR)传感器、各向异性磁阻(Anisotropic MagnetoResistance,AMR)传感器及/或磁通门传感器(fluxgatesensor)来检测磁场的对准角度。
在通过霍尔传感器、TMR传感器、GMR传感器、AMR传感器及/或磁通门传感器的磁场传感器的磁场对准角度的测量中，由于杂散磁场(通常也称为“干扰场”)的出现，测量质量的降低及/或磁场对准角度测量中的寄生效应可能会发生。举例而言，在现代机动车中，大量的高压或控制线路被铺设在有限空间中。强电磁场沿着这些线路产生，且这些强电磁场在测量磁场的对准角度时会成为干扰场。这些干扰场的寄生效应在TMR传感器、GMR传感器、AMR传感器(通常称为“xMR传感器”)及/或磁通门传感器中特别显著。
用于补偿霍尔传感器、xMR传感器及/或磁通门传感器中的这些干扰场的装置和方法是已知的。这些补偿的装置和方法通常是基于对磁场的x分量(Bx)和y分量(By)的分别采集，以便对干扰场进行数学补偿。另一方面，这些xMR传感器仅检测一个方向的磁场向量。基于对磁场的x分量和y分量的分别采集的数学补偿对这些xMR传感器而言是不可能的。然而，这种补偿可以例如通过适当定向的多维霍尔传感器来实现。因此，用于补偿霍尔传感器、xMR传感器及/或磁通门传感器中的干扰场的解决方案在现有技术中是已知的。然而，这些解决方案在技术上很复杂，也需要相当大的安装或施工空间。
DE 10 2014 109 693 A1描述了例如一种用于角度的非接触式、无触点、无接触测量的装置和方法。此装置包括具有多个极的永磁体，其中这些极的数量为四个或更多，且不能被三整除。在永磁体下方的平面中，至少三个第一横向霍尔传感器布置在圆形路径中。还描述了使用这些横向霍尔传感器计算旋转角度的方法。
发明内容
鉴于此背景技术，提供了一种用于决定编码器磁体旋转角度的装置和方法。此装置包括编码器磁体以及大于或等于二的数量n个磁体传感器。编码器磁体绕旋转轴可旋转地布置，或者被布置为绕旋转轴旋转，或者可绕旋转轴转动以产生磁场。
此磁场包括多个平面平行磁场平面，其中这些平面平行磁场平面的表面法线与编码器磁体的旋转轴平行，且其中此磁场还包括多个布置于这些平面平行磁场平面的多个磁场向量。这些大于或等于二的数量n个磁体传感器布置于这些平面平行磁场平面的至少其中之一，其中第一磁场向量在第一磁体传感器的位置处具有第一角度，其中这些磁体传感器中的另外n-1个布置在磁场中的多个位置，这些位置的磁场向量具有多个对准角度，其满足方程式：其中1<i≤n。
通过此装置的配置，可以可靠地决定编码器磁体旋转角度。此外，此装置的配置使得在决定编码器磁体旋转角度时可以减少干扰变量的影响。举例而言，此装置的配置可以减少杂散磁场的影响。
在一方面，在此装置中，这些磁场向量的对准角度是根据旋转轴或围绕旋转轴测量的，此旋转轴被布置为与编码器磁体的旋转轴平行。此外，这些对准角度在这些平面平行磁场平面的其中一个中延伸。
通过此装置的配置，可以减少在决定编码器磁体旋转角度时干扰变量的影响。举例而言，此装置的配置可以减少杂散磁场的影响。
在另一方面，此装置具有沿着恒定磁场强度的相应磁场向量布置的n个磁体传感器。
通过此装置的配置，可以减少在决定编码器磁体旋转角度时干扰变量的影响。举例而言，此装置的配置可以减少杂散磁场的影响。
在再另一方面，在此装置中，这n个磁体传感器布置在这些平面平行磁场平面的单一平面中。
通过此装置的配置，可以减少在决定编码器磁体旋转角度时干扰变量的影响。举例而言，此装置的配置可以减少杂散磁场的影响。此外，通过将这些磁体传感器布置在与平面平行的单一平面中，可以以高成本效益且机械稳定的方式布置这些磁体传感器，例如布置在单一基板上。
在另一方面，在此装置中，这n个磁体传感器布置在这些平面平行磁场平面的不同平面中。
通过此装置的配置，可以减少在决定编码器磁体旋转角度时干扰变量的影响。举例而言，通过配置此装置，可以减少杂散磁场的影响。此外，通过将这些磁体传感器布置在不同平面中，可以让这些磁体传感器彼此布置得更靠近且/或部分重叠。这样可以省去安装空间。
在另一方面，这些磁体传感器布置在磁场中的多个位置，在编码器磁体沿其旋转的轴线旋转或公转全程时，这些位置上在基准座标系的x方向上的磁场向量的振幅的最大值等于磁场向量在基准座标系的y方向上的磁场向量的振幅的最大值。
通过此装置的配置，可以减少在决定编码器磁体旋转角度时干扰变量的影响。
在另一方面，这些磁体传感器包括隧道磁阻元件、巨磁阻元件、一维霍尔传感器元件、各向异性磁阻元件、以及磁通门元件中的至少两个。
通过此装置的配置，可以通过至少两个隧道磁阻元件、至少两个巨磁阻元件、至少两个一维霍尔传感器元件、至少两个各向异性磁阻元件或至少两个磁通门元件减少在决定编码器磁体旋转角度时干扰变量的影响。举例而言，通过配置此装置，可以减少杂散磁场的影响。此外，使用至少两个传感器元件，每个传感器元件作为磁场传感器，使得可以获得两个测量信号，这两个信号能够决定x方向和y方向上的磁场。
在再另一方面，此装置包括大于或等于三的数量n个磁体传感器，其中这些大于或等于三的数量n个磁体传感器分别包括隧道磁阻元件、巨磁阻元件、一维霍尔传感器、各向异性磁阻元件以及磁通门元件中的至少一个。
通过将装置配置为具有大于或等于三的数量n个磁体传感器，每个磁体传感器包括隧道磁阻元件、巨磁阻元件、一维霍尔传感器元件、各向异性磁阻元件以及磁通门元件的至少一个，可以减少在决定编码器磁体旋转角度时干扰变量的影响。举例而言，通过配置此装置，可以减少杂散磁场的影响。此外，使用至少三个磁体传感器，每个磁体传感器元件具有一个磁体传感器元件，使得可以获得至少三个测量信号，这使得能够利用较少数量的磁体传感器元件(例如，仅三个磁体传感器元件)可靠地决定编码器磁体旋转角度。
在再一方面，编码器磁体包括条形磁体、圆形磁体、圆盘磁体、环形磁体以及磁轭/磁轭磁体(yoke magnet)中的其中之一。
在一种配置中，此装置可以在决定多个不同编码器磁体(例如条形磁体、圆形磁体、圆盘磁体、环形磁体以及磁轭/磁轭磁体)的编码器磁体旋转角度时减少干扰变量的影响。
在再一方面，一种建造用于决定编码器磁体旋转角度的装置的方法包括：产生磁场、在磁场中布置第一磁体传感器，其中第一磁场向量在第一磁体传感器的位置处具有第一对准角度，决定从磁体传感器输出的测量信号，在磁场中的多个位置布置另外数量n-1个磁体传感器，以及决定另外布置的这n-1个磁体传感器输出的测量信号。磁场包括多个平面平行磁场平面，其中这些平面平行磁场平面的表面法线与旋转轴平行，并且其中磁场还包括多个磁场向量。多个n-1个另外的磁体传感器地布置发生在磁场中的位置，这些位置的磁场向量的对准角度满足方程式：
其中1<i≤n。
在再一方面，公开了根据使用n个磁体传感器元件来决定编码器磁体的编码器磁体旋转角度的构造方法构造的装置或编码器磁体旋转角度决定装置的用途。
在再一方面，提供了一种用于决定编码器磁体旋转角度的装置和方法。此装置包括编码器磁体以及大于或等于二的数量n个磁阻元件。编码器磁体绕旋转轴可旋转地布置，或者被布置为绕旋转轴旋转，或者可绕旋转轴转动，以产生磁场。磁场包括多个平面平行磁场平面，其中这些平面平行磁场平面的表面法线与旋转轴平行，并且其中磁场还包括布置在这些平面平行磁场平面中的多个磁场向量。大于或等于二的数量n个磁阻元件被布置在这些平面平行磁场平面的至少其中之一中，其中在第一磁阻元件的位置处的第一磁场向量具有第一角度，并且其中这些磁阻元件中的另外n-1个磁阻元件被布置在磁场中的多个位置，这些位置的磁场向量所具有的对准角度满足方程式：
其中1<i≤n。
通过此装置的配置，可以可靠地决定编码器磁体旋转角度。此外，此装置的配置使得在决定编码器磁体旋转角度时可以减少干扰变量的影响。举例而言，此装置的配置可以减少杂散磁场的影响。
在一个方面中，围绕平行于旋转轴的旋转轴测量装置中的这些磁场向量的对准角度。此外，这些对准角度在这些平面平行磁场平面中的其中一个中延伸。
通过此装置的配置，可以减少在决定编码器磁体旋转角度时干扰变量的影响。举例而言，此装置的配置可以减少杂散磁场的影响。
在此装置的另一方面中，n个磁阻元件沿着恒定磁场强度的相应磁场向量布置。
通过此装置的配置，可以减少在决定编码器磁体旋转角度时干扰变量的影响。举例而言，通过此装置的配置，可以减少杂散磁场的影响。
在此装置的另一个方面中，n个磁阻元件被布置在这些平面平行磁场平面中的单一平面中。
通过此装置的配置，可以减少在决定编码器磁体旋转角度时干扰变量的影响。举例而言，通过配置此装置，可以减少杂散磁场的影响。此外，通过将这些磁阻元件布置在单一平面平行磁场平面中，可以以高成本效益且机械稳定的方式布置这些磁阻元件，例如布置在单一基板上。以这种方式，可以节省安装空间，并且可以轻易地建立这些磁阻元件彼此之间和/或与信号处理器之间的电接触。
在再一方面中，在此装置中，n个磁阻元件被布置在这些平面平行磁场平面中的相应不同平面中。
通过此装置的配置，可以减少在决定编码器磁体旋转角度时干扰变量的影响。举例而言，通过配置此装置，可以减少杂散磁场的影响。此外，通过将这些磁阻元件布置在不同的磁场平面中，可以将这些磁阻元件彼此布置得更靠近和/或部分重叠。这样可以节省安装空间。
在再一方面，磁阻元件包括磁性隧道电阻、巨磁阻和各向异性磁阻元件中的至少一个。
通过此装置的配置，可以在使用磁性隧道电阻、巨磁阻和各向异性磁阻元件来决定编码器磁体旋转角度时减少干扰变量的影响。举例而言，此装置的配置可以减少杂散磁场的影响。
在再一方面，编码器磁体包括条形磁体、圆盘磁体、环形磁体和磁轭/磁轭磁体中的至少一个。
通过此装置的配置，可以减少在决定多个不同编码器磁体(例如条形磁体、圆盘磁体、环形磁体和磁轭/磁轭磁体)的编码器磁体旋转角度时干扰变量的影响。
在再一方面，一种用于决定编码器磁体围绕旋转轴的编码器磁体旋转角度的方法包括：通过编码器磁体产生磁场；在磁场中布置第一磁阻元件；在磁场中的多个位置布置另外数量n-1个磁阻元件，且磁场具有的磁场向量的对准角度满足方程式：其中1<i≤n；测量从這n个磁阻元件输出的测量信号；以及根据测量的测量信号決定编码器磁体旋转角度。磁场包括多个平面平行磁场平面。这些平面平行磁场平面的表面法线平行于旋转轴。磁场还包括多个磁场向量。第一磁场向量在第一磁阻元件的位置处具有第一角度。
通过此方法的配置，可以可靠地决定编码器磁体旋转角度。此外，此方法的配置使得可以在编码器磁体旋转角度的决定中减少干扰变量的影响。举例而言，通过此方法的配置，可以减少杂散磁场的影响。此外，通过此方法的配置，可以在磁场中进一步布置n-1个磁阻元件，以减少在编码器磁体旋转角度的决定中干扰变量的影响。
在再一方面，公开了使用n个磁阻元件来决定编码器磁体的编码器磁体旋转角度的装置或方法的用途。
附图说明
图1a显示了使用n＝2个磁体传感器决定编码器磁体旋转角度的装置的第一配置的俯视图。
图1b显示了使用n＝2个磁体传感器决定编码器磁体旋转角度的装置的第一配置的侧视图。
图2显示了使用n＝3个磁体传感器决定编码器磁体旋转角度的装置的第二配置。
图3显示了用于决定编码器磁体旋转角度的装置的第三配置。
图4显示了用于决定编码器磁体旋转角度的装置的第四配置。
图5显示了一个工艺流程图，描绘了一种用于建造编码器磁体旋转角度决定装置的方法。
图6显示了一个工艺流程图，描绘了一种决定编码器磁体旋转角度的方法。
具体实施方式
现在将根据附图的基础描述本发明。应当理解，本文所描述的本发明的实施例和方面仅仅是示例，并且不以任何方式限制权利要求的保护范围。本发明由权利要求及其等同物限定。应当理解，在本发明的一个方面或实施例的特征可以与本发明的另一方面或其他方面和/或实施例相结合。
图1a显示了用于决定编码器磁体旋转角度α的装置10的第一配置的俯视图。装置10包括编码器磁体15和大于或等于两个(n≥2)的数量n个磁体传感器，分别为磁阻元件MS1、…、MSn。编码器磁体15包括条形磁体、圆形磁体、圆盘磁体、环形磁体和磁轭/磁轭磁体中的至少一个(通常称为“磁体形状”或“磁体设计”)。
在第一配置中，磁体传感器MS1、…、MSn包括隧道磁阻(TMR)元件、巨磁阻(GMR)元件、一维霍尔传感器元件(1D Hall sensor element)和各向异性磁阻(AMR)元件中的至少两个。当然，上述传感器元件的组合也是可能的，只要至少两个元件彼此组合即可。此外，对于本领域的技术人员来说显而易见的是，例如，在不脱离本发明的范围的情况下，两个一维霍尔传感器元件可以由一个二维霍尔传感器元件(2D Hall sensor element)代替。
编码器磁体15产生磁场B。编码器磁体15被布置为绕旋转轴A1旋转。旋转轴A1与基准坐标系的x轴和y轴正交。旋转轴A1与基准坐标系的z轴平行。x轴和y轴跨越一个基准坐标平面。
磁场B包括多个平面平行磁场平面E。这些平面平行磁场平面E与基准座标平面平行。每个平面平行磁场平面E具有与平面平行磁场平面正交的表面法线nE。这些平面平行磁场平面E的表面法线nE是彼此平行的平面。平面平行磁场平面E的表面法线nE平行于旋转轴A1。
磁场B包括多条磁场线。磁场B的强度和方向可以在磁场B中的任何点通过磁场向量vB，i来表示。磁场向量vB，i表示磁场B中任意位置(以下用计数变量“i”表示；见下文)的磁场B的强度和方向。磁场向量vB，i在平面平行磁场平面E中延伸。磁场向量vB，i布置在平面平行磁场平面E中。
每个磁场向量vB，i具有x分量vBx，i和y分量vBy,i。磁场向量vB，i的x分量vBx，i表示磁场B在基准座标系的x方向上的强度和方向。磁场矢量vB，i的y分量vBy，i表示磁场B在基准座标系的y方向上的强度和方向。
在磁场B中的位置处的磁场向量vB，i具有对准角度θn。对准角度θn表示磁场向量vB，i在磁场B中的位置处的对准。对准角度θn是相对于基准座标系的x轴定义的。磁场向量vB，i、…、vB，n的对准角度θn由平行于旋转轴A1布置的旋转轴测量。对准角度θn在这些平面平行磁场平面E中的一个平面中延伸。对准角度θn是关于平行于基准座标系的z轴延伸的轴线定义的。
为了决定编码器磁体15的编码器磁体旋转角度α，大于或等于二的数量n个磁体传感器MS1、…、MSn位于磁场B中。大于或等于二的数量n个磁体传感器MS1、…、MSn被布置在这些平面平行磁场平面E中的至少一个中。然而这些磁体传感器MS1、…、MSn不检测编码器磁体旋转角度α，而是检测磁场中这些磁体传感器MS1、…、MSn的位置处的对准角度θn。然而，通过检测对准角度θn的变化，可以间接检测编码器磁体旋转角度α的变化。
在再一方面，大于或等于二的数量n个磁体传感器MS1、…、MSn布置在基板20或印刷电路板(printed circuit board,PCB)上。在另一方面中，至少一个信号处理器25进一步布置在基板20上。基板20在与多个平面平行磁场平面E中的至少一个平面平行的磁场平面中延伸。大于或等于二的数量n个磁体传感器MS1、…、MSn彼此电连接和/或电连接到信号处理器25。信号处理器25可以接受来自磁体传感器MS1、…、MSn的测量信号，并计算编码器磁体旋转角度α的值。通过(预)配置磁体传感器MS1、…、MSn或通过转换从磁体传感器MS1、…、MSn接收的测量信号，例如，可以根据对准角度θn的修正从数学上确定编码器磁体旋转角度α的变化。此外，这使得编码器磁体旋转角度α的绝对值可以被决定。
第一磁体传感器MS1被布置在磁场B中的第一位置处。磁场B在第一位置处具有第一磁场向量vB，1。第一磁场矢量vB，1在第一位置处具有第一角度θ1。
为了在决定编码器磁体旋转角度α时减少干扰变量的影响，n-1数量个另外的磁体传感器MS2、…、MSn被布置在磁场B中的位置，这些位置的磁场向量vB，2、…、vB，n具有对准角度θ2、…、θn。这n-1数量个另外的磁体传感器MS2、…、MSn被布置在磁场B中的位置处，这些位置的对准角度θ2、…、θn满足方程式其中1<i≤n。
在上述方程式中，i表示计数变量，该计数变量大于1(一)并且小于或等于n，其大于或等于两个磁体传感器MS1、…、MSn的数目。因此，计数变量i用于表示第n个磁体传感器MS2、…、MSn的对准角度。举例而言，对于n＝5(n等于五)个磁体传感器MS1、MS2、MS3、MS4、MS5，第一对准角度由字符θ1表示，第二对准角度由字母θ2表示，第三对准角度由符号θ3表示，第四对准角度由文字θ4表示，第五对准角度由字符θ5表示。这里给出的n＝5(n等于五)个磁体传感器MS1、MS2、MS3、MS4、MS5的数量的示例并不限制本发明，并且仅用于说明计数变量i的使用方式。
在第一配置中，装置10包括例如数量为n＝2(n等于二)的磁体传感器MS1、MS2。第一磁体传感器MS1被布置在磁场B中的第一位置。第一磁场向量vB，1被定义在第一位置。在图1a所示的配置中，第一磁场向量vB，1的第一对准角θ1是相对于第一磁场向量vB，1中的x分量θ1＝120°的值。
第二磁体传感器MS2的布置位置可以使用上述方程式来决定。作为示例，第二对准角度θ2的计算如下所示。如前所述，图1a所示示例中的第一个对准角度的值为θ1＝120°。因此，对于第二对准角度θ2得出以下结果：
因此，第二磁体传感器MS2被布置在磁场B中的第二位置，在该第二位置处，第二磁场向量vB，2的第二对准角度θ2相对于第二磁场向量vB，2中的x分量具有θ2＝300°的值。因此，第二磁体传感器MS2将位于磁场B中的任意满足条件θ2＝300°的位置。这减少了在确定编码器磁体旋转角度α时干扰变量的影响。
在另一方面，n个磁体传感器MS1、…、MSn沿着恒定磁场强度的相应磁场向量vB，i布置。此外，在另一个方面中，n个磁体传感器MS1、…、MSn可以布置在这些平面平行磁场平面E中的单一平面中。或者，n个磁体传感器MS1…、MSn可以分别布置在这些平面平行磁场平面E的不同平面中。
图1b显示了用于决定编码器磁体旋转角度α的装置10的第一配置的侧视图。装置10包括编码器磁体15和数量大于或等于二的数量n(n≥2)个磁体传感器MS1、…、MSn。从图1b中可以看出，编码器磁体15被布置为围绕旋转轴线A1旋转。旋转轴A1与基准座标系的x轴和y轴正交。旋转轴A1与基准座标系的z轴平行。x轴和y轴跨越一个基准坐标平面。磁场B包括多个平面平行磁场平面E。这些平面平行磁场平面E与基准座标平面平行。
图2显示了用于决定编码器磁体旋转角度α的装置10的第二配置的俯视图。第二配置的装置10包括编码器磁体15和数量为n＝3(n等于三)的磁体传感器MS1、MS2和MS3。第一磁体传感器MS1具有第一对准角度θ1＝120°。
第二磁体传感器MS2和第三磁体传感器MS3的布置位置可以通过前面解释的方程式来确定。作为示例，第二对准角度θ2和第三对准角度θ3的计算如下所示。如前所述，图2所示配置中的第一对准角度θ1的值为θ1＝120°。因此，对于第二对准角度θ2，得出以下结果
以及对于第三对准角度θ3
因此，第二磁体传感器MS2被布置在磁场B中的第二位置，在第二位置处，第二磁场向量vB，2的第二对准角θ2相对于第二磁场向量vB，2中的x分量具有θ2＝240°的值。因此，第二磁体传感器MS2位于/将位于磁场B中满足条件θ2＝240°的任何位置。这减少了在决定编码器磁体旋转角度α时干扰变量的影响。
因此，第三磁体传感器MS3被布置在磁场B中的第三位置，在第三位置处，第三磁场向量vB，3的第三对准角θ3是相对于第三磁场向量vB、3的x分量的θ3＝360°的值。因此，第三磁体传感器MS3位于/将位于磁场B中满足该条件θ3＝360°的任何位置。这减少了在决定编码器磁体旋转角度α时干扰变量的影响。
图3显示了装置10的第三配置，其中圆形磁体用作编码器磁体15。此图示仅是示例性的；当然，也可以使用其他设计的磁体。装置10基本上对应于第二配置的装置10(参见上文)。为了在确定编码器磁体旋转角α时进一步减少干扰变量的影响，这些磁体传感器MS1、…、MSn，更优选地，磁体传感器MS1、…、MSn中的每一个，布置在磁场B中的位置处，编码器磁体15绕其旋转轴A1旋转全程(即α＝360°)时，在这些位置上在基准座标系的x方向上的磁场向量的振幅的最大值等于磁场向量在y方向上的振幅的大值。简言之，磁体传感器MS1、…、MSn被布置在磁场B中的位置(由计数变量“i”表示)，在这些位置满足以下方程式：
max(|vBx,i|)＝max(|vBy,i|)。
优选地，这些磁体传感器MS1、…、MSn全部布置在單一磁场平面E中。然而，这些磁体传感器MS1、…、MSn也可以布置在不同的平面平行磁场平面E内。
图4显示了装置10的第四配置，其中(类似于第三配置)使用圆形磁体作为编码器磁体15。此图示仅是示例性的；当然，也可以使用其他设计的磁体。装置10基本上与第二配置的装置10相同(见上文)，但是在该配置中，在磁场B中布置了大于或等于三的数量n个磁传感器MS1、…、MSn。正如在前面的配置中一样，在第四配置中，第一磁体传感器MS1首先被布置在磁场B中的第一位置处。然后，数量为n-1的另外的磁体传感器MS2、…、MSn被布置在磁场B中的多个位置处，这些位置的对准角θ2、…、θn满足以下等式其中1<i≤n
这里应该注意的是(与第一配置不同)总共至少三个磁体传感器MS1、…、MSn布置在磁场B中。
第四配置的这些至少三个磁传感器MS1、…、MSn因此包括(与第一配置不同)隧道磁阻元件、巨磁阻元件、一维霍尔传感器元件和各向异性磁阻元件中的至少一个。
因此，这些至少三个磁体传感器MS1、…、MSn中的每一个被布置为检测在磁体传感器MSi的相应位置处的磁场矢量vB、i的x分量或y分量。举例而言，在图4所示的第四配置的示例中，三个磁传感器MS1、…、MS3检测在各个位置处的磁场矢量vB、i的x分量。
图5示出了用于建造编码器磁体旋转角度决定装置10的方法200。方法200包括首先在步骤S200中通过编码器磁体15产生磁场B。
方法200包括在步骤S210中进一步将第一磁体传感器MS1布置在磁场B中，其中在第一磁体传感器MS1的第一位置处的第一磁场向量vB，1具有第一对准角度θ1。
方法200还包括在步骤S220中决定从第一磁体传感器MS1输出的测量信号。优选地，此测量信号是角度信号，通过此角度信号可以直接得出关于磁场B的方向的结果。然而，可替换地，此检测信号也可以是正弦或余弦输出信号，例如，通过信号处理器25从此正弦或余弦输出信号决定角度信息或角度信号。
方法200还包括在步骤S230中，将另外n-1个磁体传感器MS2、…、MSn布置在磁场B中的位置处，其磁场向量vB、2、…、vB、n具有的对准角θ2、…、θn满足方程式其中1<i≤n。
这里，n个磁体传感器MS1、…、MSn可以布置在这些平面平行磁场平面E中的单一平面中、多个平面平行磁场平面E中，或者个别布置在不同的平面平行磁场面E中。
另外，在这种情况下，MSn可以布置在磁场B中的位置处，在这些位置处，在编码器磁体15沿其旋转轴A1旋转全程时，这些位置在基准座标系的x方向上的磁场向量的振幅的最大值等于磁场向量在y方向上的振幅的大值。
n个磁体传感器MS1、…、MSn在此可以包括隧道磁阻元件、巨磁阻元件、一维霍尔传感器元件、各向异性磁阻元件和磁通门元件中的至少两个。或者，假设设备10包括大于或等于三个磁体传感器MS1、…、MSn，则这些磁体传感器MS1、…、MSn中的每一个可以分别包括隧道磁阻元件、巨磁阻元件、一维霍尔传感器元件、各向异性磁阻元件和磁通门元件中的至少一个。
方法200还包括在步骤S240中决定从n-1个进一步布置的磁体传感器MS2、…、MSn输出的测量信号，更具体地说，从n-1个进一步布置的磁传感器MS2、…、MSn中的每一个输出。测量信号的这种决定由此可以例如通过计算机模拟或用于决定的其他合适手段(实验室测试、计算等)来执行。
方法200还包括在步骤S250中检查是否已经布置了总数n个的磁体传感器MS1、…、MSn。
图6显示了用于决定编码器磁体15绕旋转轴A1的编码器磁体旋转角度α的方法100。方法100包括在步骤S100中通过编码器磁体15产生磁场B。
方法100包括在步骤S110中进一步将第一磁阻元件MS1布置在磁场B中，其中第一磁阻元件MS1所在的第一位置处的第一磁场矢量vB，1具有第一对准角θ1。
方法100还包括在步骤S120中，在磁场B中的位置处布置数量为n-1的磁阻元件MS2、…、MSn，这些位置的磁场向量vB，2、…、vB，n具有的对准角θ2、…、θn满足方程式其中1<i≤n。
方法100还包括在步骤S130中检查是否已经布置了总数为n个的磁阻元件MS1、…、MSn。假设已经布置了总数为n个的磁阻元件MS1、…、MSn的总数，则在步骤S140中测量从n个磁阻元件MS1、…、MSn输出的测量信号。除非已经布置了全部数量的n个磁阻元件MS1、…、MSn，否则再次执行步骤S120。
方法100还包括在步骤S150中根据测量的测量信号决定编码器磁体旋转角度α。编码器磁体旋转角度α的决定例如是使用信号处理器25来执行。
元件参考数字
10 装置
15 编码器磁体
20 基板(例如印刷电路板)
B 磁场
E 磁场平面
MS 磁体传感器或磁阻元件
α 编码器磁体旋转角度
θ 对准角度

Claims (20)

1.一种决定编码器磁体旋转角度(α)的装置(10)，其特征在于，其中所述装置(10)包括：
编码器磁体(15)，绕旋转轴(A1)可旋转地布置，用于产生磁场(B)，其中所述磁场(B)包括多个平面平行磁场平面(E)，其中所述多个平面平行磁场平面(E)的表面法线(nE)与所述旋转轴(A1)平行，其中所述磁场(B)还包括多个布置于所述多个平面平行磁场平面(E)的多个磁场向量(vB,i)；以及
大于或等于二的数量n个磁体传感器(MS1、…、MSn)，布置于所述多个平面平行磁场平面(E)的至少其中之一，其中第一磁场向量(vB,1)在第一磁体传感器(MS1)的位置处具有第一对准角度(θ1)，其中所述n个磁体传感器中的另外n-1个(MS2、…、MSn)布置在所述磁场(B)中的多个位置，所述多个位置的磁场向量(vB,2、…、vB,n)具有多个对准角度(θ2、…、θn)，其基本上满足方程式：
其中1<i≤n。
2.根据权利要求1所述的装置(10)，其特征在于，其中
所述多个磁场向量(vB,i、…、vB,n)的所述多个对准角度(θn)是相对于基准座标系的x轴所测量；
所述多个磁场向量(vB,i、…、vB,n)的所述多个对准角度(θn)是围绕旋转轴所测量，所述旋转轴被布置为和所述编码器磁体(15)的所述旋转轴(A1)平行；以及
所述多个对准角度(θn)在所述多个平面平行磁场平面(E)的其中一个中延伸。
3.根据权利要求1所述的装置(10)，其特征在于，其中
所述n个磁体传感器(MS1、…、MSn)沿着恒定磁场强度的相应磁场向量(vB,i)布置。
4.根据权利要求1所述的装置(10)，其特征在于，其中
所述n个磁体传感器(MS1、…、MSn)布置在所述多个平面平行磁场平面(E)的单一平面中。
5.根据权利要求1所述的装置(10)，其特征在于，其中
所述n个磁体传感器(MS1、…、MSn)布置在所述多个平面平行磁场平面(E)的不同平面中。
6.根据权利要求1所述的装置(10)，其特征在于，其中
所述n个磁体传感器(MS1、…、MSn)布置在所述磁场(B)中的多个位置，在所述编码器磁体(15)沿其旋转的轴线(A1)旋转全程时，所述多个位置上在基准座标系的x方向上的所述磁场向量的振幅的最大值等于所述磁场向量在y方向上的所述振幅的所述最大值。
7.根据权利要求1所述的装置(10)，其特征在于，其中
所述n个磁体传感器(MS1、…、MSn)包括隧道磁阻元件、巨磁阻元件、一维霍尔传感器元件、各向异性磁阻元件、以及磁通门元件中的至少两个。
8.根据权利要求1所述的装置(10)，其特征在于，其中所述装置(10)包括：
大于或等于三的数量n个磁体传感器(MS1、…、MSn)，其中所述大于或等于三的数量n个磁体传感器(MS1、…、MSn)分别包括隧道磁阻元件、巨磁阻元件、一维霍尔传感器元件、各向异性磁阻元件以及磁通门元件中的至少一个。
9.根据权利要求1所述的装置(10)，其特征在于，其中
所述编码器磁体(15)包括条形磁体、圆形磁体、圆盘磁体、环形磁体以及磁轭/磁轭磁体中的其中之一。
10.一种建造用于决定编码器磁体旋转角度的装置(10)的方法(200)，其特征在于，其中所述方法(200)包括：
通过所述编码器磁体(15)产生(S200)磁场(B)，其中所述磁场(B)包括多个平面平行磁场平面(E)，其中所述多个平面平行磁场平面(E)的表面法线(nE)与所述旋转轴(A1)平行，且其中所述磁场(B)还包括多个磁场向量(vB,i)；
在所述磁场(B)中布置(S210)第一磁体传感器(MS1)，其中第一磁场向量(vB,1)在第一磁体传感器(MS1)的位置处具有第一对准角度(θ1)；
决定(S220)从所述第一磁体传感器(MS1)输出的测量信号；
在磁场(B)中的多个位置布置(S230)另外数量n-1个所述磁体传感器(MS2、…、MSn)，且所述磁场(B)具有的磁场向量(vB,2、…、vB,n)的对准角度(θ2、…、θn)满足方程式：
其中1<i≤n；以及
决定(S240)从所述另外布置的n-1个磁体传感器(MS2、…、MSn)输出的测量信号。
11.使用根据权利要求1的装置(10)或根据权利要求10建造的决定编码器磁体旋转角度的装置(10)，其特征在于，所述装置(10)使用n个磁体传感器(MS1、…、MSn)决定编码器磁体(15)的编码器磁体旋转角度(α)。
12.一种决定编码器磁体旋转角度(α)的装置(10)，其特征在于，其中所述装置包括：
编码器磁体(15)，绕旋转轴(A1)可旋转地布置，用于产生磁场(B)，其中所述磁场(B)包括多个平面平行磁场平面(E)，其中所述多个平面平行磁场平面(E)的表面法线(nE)与所述旋转轴(A1)平行，其中所述磁场(B)还包括多个布置于所述多个平面平行磁场平面(E)的多个磁场向量(vB,i)；以及
大于或等于二的数量n个磁阻元件(MS1、…、MSn)，布置于所述多个平面平行磁场平面(E)的至少其中之一，其中第一磁场向量(vB,1)在第一磁阻元件(MS1)的位置处具有第一对准角度(θ1)，其中所述n个磁阻元件中的另外n-1个(MS2、…、MSn)布置在所述磁场(B)中的多个位置，所述多个位置的磁场向量(vB,2、…、vB,n)具有多个对准角度(θ2、…、θn)，其基本上满足方程式：
其中1<i≤n。
13.根据权利要求12所述的装置(10)，其特征在于，其中
所述多个磁场向量(vB,i、…、vB,n)的所述多个对准角度(θn)是相对于基准座标系的x轴所测量；
所述多个磁场向量(vB,i、…、vB,n)的所述多个对准角度(θn)是围绕旋转轴所测量，所述旋转轴被布置为和所述编码器磁体(15)的所述旋转轴(A1)平行；以及
所述多个对准角度(θn)在所述多个平面平行磁场平面(E)的其中一个中延伸。
14.根据权利要求12所述的装置(10)，其特征在于，其中
所述n个磁阻元件(MS1、…、MSn)沿着永磁场强度的相应磁场向量(vB,i)布置。
15.根据权利要求12所述的装置(10)，其特征在于，其中
所述n个磁阻元件(MS1、…、MSn)布置在所述多个平面平行磁场平面(E)的单一平面中。
16.根据权利要求12所述的装置(10)，其特征在于，其中
所述n个磁阻元件(MS1、…、MSn)布置在所述多个平面平行磁场平面(E)的不同平面中。
17.根据权利要求12所述的装置(10)，其特征在于，其中
所述n个词阻元件(MS1、…、MSn)包括磁性隧道电阻、巨磁阻以及各向异性磁阻元件的至少一个。
18.根据权利要求12所述的装置(10)，其特征在于，其中
所述编码器磁体(15)包括条形磁体、圆盘磁体、环形磁体以及磁轭/磁轭磁体中的其中之一。
19.一种用于决定编码器磁体(15)绕旋转轴(A1)的编码器磁体旋转角度(α)的方法(100)，其特征在于，所述方法包括：
通过所述编码器磁体(15)产生(S100)磁场(B)，其中所述磁场(B)包括多个平面平行磁场平面(E)，其中所述多个平面平行磁场平面(E)的表面法线(nE)与所述旋转轴(A1)平行，且其中所述磁场(B)还包括多个磁场向量(vB,i)；
在所述磁场(B)中布置(S110)第一磁阻元件(MS1)，其中第一磁场向量(vB,1)在第一磁阻元件(MS1)的位置处具有第一对准角度(θ1)；
在磁场(B)中的多个位置布置(S120)另外数量n-1个所述磁阻元件(MS2、…、MSn)，且所述磁场(B)具有的磁场向量(vB,2、…、vB,n)的对准角度(θ2、…、θn)满足方程式：
其中1<i≤n；
测量(S140)所述n个磁阻元件(MS1、…、MSn)输出的测量讯号；以及
从所述测量讯号决定(S150)所述编码器磁体旋转角度(α)。
20.使用根据权利要求12的装置(10)或根据权利要求19的方法(100)，其特征在于，通过n个磁阻元件(MS1、…、MSn)决定编码器磁体(15)的编码器磁体旋转角度(α)。
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