DE102009038256B4 - Winkelpositionsmesssystem, Verfahren zum Messen einer Winkelposition und Drehmomentsensor - Google Patents

Winkelpositionsmesssystem, Verfahren zum Messen einer Winkelposition und Drehmomentsensor Download PDF

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Abstract

Winkelpositionsmesssystem (30), das folgende Merkmale aufweist: einen Kontinuierlich-Winkelposition-Sensor (34), der konfiguriert ist, um ein erstes Signal zu liefern, das eine kontinuierliche Winkelposition einer sich drehenden Welle (50) darstellt; einen Inkrementalwinkelpositionssensor (32), der konfiguriert ist, um ein zweites Signal zu liefern, das Inkrementalwinkelpositionen der sich drehenden Welle (50) darstellt; und eine Steuerung (36), die konfiguriert ist, um das erste Signal basierend auf dem zweiten Signal zu kalibrieren, um ein drittes Signal zu liefern, das eine kalibrierte kontinuierliche Winkelposition der sich drehenden Welle (50) darstellt.

Description

  • Für eine präzise Steuerung elektrisch kommutierter Maschinen und elektrischer Antriebe wird eine schnelle und genaue Messung der Winkelposition des Drehmotors oder der Antriebswelle benötigt. Ein herkömmlicher Ansatz zum Messen einer derartigen Winkelposition besteht darin, Inkrementalwinkelpositionssensoren zu verwenden, wie beispielsweise Sensoren vom Zahnrad- oder Polradtyp. Während Inkrementalsensoren typischerweise eine genaue Messung selbst bei hohen Geschwindigkeiten liefern, liefern dieselben lediglich diskrete (nicht kontinuierliche) Winkelmessungen. Ein anderer Ansatz besteht darin, magnetoresistive Winkelsensoren zu verwenden, wie beispielsweise Riesenmagnetowiderstands-(GMR-, giant magnetoresistive) und Anisotrop-Magnetowiderstands(AMR-, anisotropic magnetoresistive)Winkelsensoren, um die Winkelposition zu messen. Während derartige Winkelsensoren eine kontinuierliche Winkelmessung liefern, liefern dieselben typischerweise nicht die erforderliche Genauigkeit, insbesondere bei hohen Drehzahlen. Folglich betreffen für gewöhnlich eingesetzte Techniken häufig ein Verwenden optischer Codierer oder Synchro-Auflöser, die kompliziert und kostspielig sind, wenn auch eine genaue Winkelmessung liefern.
  • Aus der EP 1 830 155 A1 ist eine Vorrichtung zur Erfassung eines absoluten Drehwinkels bekannt, die einen ersten Rotor und einen zweiten Rotor, der mit einem Getriebe des ersten Rotors verbunden ist, aufweist. Der erste Rotor hält ein Ziel, das mit einer Eingangsachse verbunden ist und eine äußere Umfangsoberfläche aufweist, die magnetische Pole wechselnder Polarität aufweist. Der zweite Rotor weist einen Magneten an einem mittleren Abschnitt desselben auf. Erste und zweite Erfassungseinheiten sind vorgesehen, um Rotationswinkel der Rotoren und daraus einen absoluten Drehwinkel zu erfassen.
  • Die DE 103 09 060 A1 offenbart eine Einrichtung zur Erfassung von absoluten Werten von Lenkwinkeln während des Betriebs eines Kraftfahrzeugs. Die Einrichtung besteht aus mindestens zwei Messaufnehmern, wobei die Bewegungsrichtungen der von den Messaufnehmern zu lesenden Signalgeber orthogonal zueinander stehen.
  • Die DE 100 41 090 A1 offenbart ein Verfahren zur Selbstkalibrierung eines von einem Drehmoment- und Winkelmesser gemessenen Torsionswinkels. An einer Welle sind zwei Coderäder mit einem dazwischenliegenden Torsionselement angeordnet. Den beiden Coderädern sind Sensorelemente zugeordnet, um einen Drehwinkel der Welle zu erfassen. In einem Kalibrierschritt werden zunächst eine vorgegebene Anzahl von Winkelmessungen, wenn kein Drehmoment anliegt, durchgeführt, und im späteren Betrieb, wenn ein Drehmoment auf die Welle einwirkt, wird ein gemessener Torsionswinkel mit einem zugehörigen gespeicherten Torsionswinkelfehler korrigiert.
  • Die DE 198 35 694 A1 offenbart eine Sensoranordnung zur Erfassung des Drehwinkels und/oder des Drehmoments an rotierenden mechanischen Bauteilen, bei der zwischen Befestigungsstellen von zwei Winkelgebern ein Torsionsstab gebildet ist. Aus der Drehwinkeldifferenz von drehbaren Körpern, die an die Winkelgeber angekoppelt sind, ist die absolute Drehwinkelstellung des rotierenden Bauteils und das auf das rotierende Bauteil wirkende Drehmoment herleitbar.
  • In der DE 199 55 475 A1 ist eine Vorrichtung zur Drehmomentmessung mit zumindest zwei Drehwinkelsensoren bekannt, die jeweils ein von den Drehwinkeln abhängiges analoges Signal ausgeben. Ein Element mit bekannter Torsionselastizität ist zwischen die zumindest zwei Drehwinkelsensoren zwischengeschaltet und ein Subtrahierer empfängt die analogen Signale der Drehwinkelsensoren, um ein Differenzsignal zu bilden.
  • Die WO 2007/119701 A1 offenbart einen Drehwinkelsensor mit einem Wellenteil, das einen Torsionsbalken aufweist. Ein Drehwinkelerfassungsteil zum Erfassen eines Drehwinkels des Wellenteils und ein Drehmomenterfassungsteil zum Erfassen des Verdrillwinkels des Torsionsstabs sind vorgesehen.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Winkelpositionsmesssystem, ein Verfahren zum Messen einer Winkelposition einer sich drehenden Welle und einen Drehmomentsensor zum Messen eines Drehmoments an einer sich drehenden Welle mit verbesserten Charakteristika zu schaffen.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Weiterbildungen finden sich in abhängigen Ansprüchen.
  • Ein Ausführungsbeispiel sieht ein Winkelpositionsmesssystem vor, das einen Kontinuierlich-Winkelposition-Sensor aufweist, der konfiguriert ist, um ein erstes Signal zu liefern, das eine kontinuierliche Winkelposition einer sich drehenden Welle darstellt, einen Inkrementalwinkelpositionssensor, der konfiguriert ist, um ein zweites Signal zu liefern, das Inkrementalwinkelpositionen der sich drehenden Welle darstellt, und eine Steuerung umfasst, die konfiguriert ist, um das erste Signal basierend auf dem zweiten Signal zu kalibrieren, um ein drittes Signal zu liefern, das eine kalibrierte kontinuierliche Winkelposition der sich drehenden Welle darstellt.
  • Die zugehörigen Zeichnungen sind enthalten, um ein weitergehendes Verständnis von Ausführungsbeispielen zu liefern und sind in dieser Beschreibung inlegriert und bilden einen Teil derselben. Die Zeichnungen stellen Ausführungsbeispiele dar und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, Grundlagen von Ausführungsbeispielen zu erläutern. Andere Ausführungsbeispiele und viele der beabsichtigten Vorteile von Ausführungsbeispielen werden ohne weiteres ersichtlich, wenn dieselben durch Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung besser verständlich werden. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht zwangsläufig maßstabsgerecht relativ zueinander. Ähnliche Bezugszeichen bezeichnen entsprechende ähnliche Teile.
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
  • l eine Seitenansicht, die allgemein ein Winkelmesssystem gemäß einem Ausführungsbeispiel darstellt;
  • 2 eine Querschnittsansicht, die Abschnitte eines Radgeschwindigkeitssensors, der für eine Verwendung bei dem Winkelmesssystem von 1 geeignet ist, gemäß einem Ausführungsbeispiel darstellt;
  • 3 ein Diagramm, das ein Beispiel eines GMR-Sensors, der bei einem Zentrum einer Drehbewegung eines Magneten positioniert ist, gemäß einem Ausführungsbeispiel darstellt;
  • 4 ein Block- und Schemadiagramm, das allgemein einen GMR-Halbleiter-Winkelsensor und eine GMR-Widerstandskonfiguration gemäß einem Ausführungsbeispiel darstellt;
  • 5 einen Graphen, der Beispiele idealer Ausgangskurven, die durch den GMR-Winkelsensor von 4 geliefert werden, gemäß einem Ausführungsbeispiel darstellt;
  • 6 einen Graphen, der allgemein einen Positionsvektor, der auf den Ausgangskurven beruht, die durch 5 dargestellt sind, gemäß einem Ausführungsbeispiel darstellt;
  • 7 einen Graphen, der Beispiele der kontinuierlichen Winkelposition, die durch einen GMR-Winkelsensor gemessen wird, und der Inkrementalwinkelposition, die durch einen Radgeschwindigkeitssensor gemessen wird, gemäß einem Ausführungsbeispiel darstellt:
  • 8 einen Graphen, der ein Beispiel einer Fehlerkurve gemäß einem Ausführungsbeispiel darstellt;
  • 9 einen Graphen, der Beispiele von Veränderungen bei Winkelpositionen einer kontinuierlichen Winkelposition, die durch einen GMR-Sensor gemessen wird, relativ zu Veränderungen bei Inkrementalwinkelpositionen darstellt;
  • 10 ein Flussdiagramm, das eine Betriebs- und Kalibrierungsprozedur eines Winkelpositionssensors gemäß einem Ausführungsbeispiel darstellt;
  • 11 ein Block- und Schemadiagramm, das einen Drehmomentsensor gemäß einem Ausführungsbeispiel darstellt;
  • 12 ein Diagramm, das ein Beispiel eines GMR-Sensors, der von einer Mitte einer Drehbewegung eines Ringmagneten weg positioniert ist, gemäß einem Ausführungsbeispiel darstellt;
  • 13 ein Block- und Schemadiagramm, das einen Drehmomentsensor gemäß einem Ausführungsbeispiel darstellt;
  • 14 ein Block- und Schemadiagramm, das einen Drehmomentsensor gemäß einem Ausführungsbeispiel darstellt;
  • 15 ein Block- und Schemadiagramm, das einen Drehmomentsensor gemäß einem Ausführungsbeispiel darstellt; und
  • 16 ein Schemadiagramm, das ein Ausführungsbeispiel eines Magnetpolrades gemäß einem Ausführungsbeispiel darstellt.
  • In der folgenden detaillierten Beschreibung wird Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen genommen, die einen Teil derselben bilden und in denen veranschaulichend spezifische Ausführungsbeispiele gezeigt sind, in denen die Erfindung praktiziert werden kann. In dieser Hinsicht wird eine Richtungsterminologie, wie beispielsweise „oben”, „unten”, „vorne”, „hinten”, „Vorder-”, „Hinter-” etc., mit Bezug auf die Ausrichtung der beschriebenen Figur(en) verwendet. Weil Komponenten von Ausführungsbeispielen in einer Anzahl unterschiedlicher Ausrichtungen positioniert sein können, wird die Richtungsterminologie zu Veranschaulichungszwecken verwendet und ist in keiner Weise einschränkend. Es sollte klar sein, dass andere Ausführungsbeispiele genutzt und strukturelle oder logische Veränderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die folgende detaillierte Beschreibung ist deshalb nicht in einem einschränkenden Sinne aufzufassen und der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung ist durch die beigefügten Ansprüche definiert.
  • Die vorliegende Offenbarung beschreibt Ausführungsbeispiele eines Winkelmesssystems zum Messen einer Winkelposition einer sich drehenden Welle, das einen magnetoresistiven Winkelsensor (z. B. GMR, AMR) oder eine andere geeignete Art einer kontinuierlichen Winkelmessvorrichtung einsetzt, die eine Ausgabe liefert, die eine kontinuierliche Winkelposition der sich drehenden Welle darstellt, und die basierend auf einer Ausgabe eines Inkrementalpositionssensors kalibriert ist, wie beispielsweise eines Positionssensors vom Zahnrad- oder Polradtyp.
  • 1 stellt allgemein ein Ausführungsbeispiel eines Winkelmesssystems 30 gemäß der vorliegenden Offenbarung zum Messen der Winkelposition eines sich drehenden Bauglieds, wie beispielsweise einer sich drehenden Welle 50 dar. Bei der Welle 50 kann es sich um irgendeine Anzahl von sich drehenden Baugliedern handeln, wie beispielsweise eine Motorwelle oder eine Welle eines elektrischen Antriebs. Das Winkelmesssystem 30 umfasst einen Inkrementalwinkelpositionsgeschwindigkeitssensor 32, einen Kontinuierlich-Winkelposition-Sensor 34 und eine Steuerung 36. Gemäß einem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Inkrementalwinkelpositionssensor 32 um einen Radgeschwindigkeitssensor. Der Radgeschwindigkeitssensor 32 liefert ein Inkrementalwinkelpositionssignal 33 (z. B. ein analoges Signal), das Inkrementalwinkelpositionen der sich drehenden Welle 50 darstellt, und der Kontinuierlich-Winkelposition-Sensor 34 liefert ein Kontinuierlich-Winkelposition-Signal 35, das eine kontinuierliche Winkelposition der Welle 50 darstellt. Die Steuerung 36, wie es ausführlicher beschrieben wird, liefert ein korrigiertes oder kalibriertes Kontinuierlich-Winkelposition-Signal 37, das die kontinuierliche Winkelposition der sich drehenden Welle 50 basierend auf dem Inkrementalpositionssignal 33 und dem Kontinuierlich-Winkelposition-Signal 35 darstellt.
  • 2 stellt allgemein ein Ausführungsbeispiel des Radgeschwindigkeitssensors 32 von 1 dar. Der Radgeschwindigkeitssensor 32 umfasst ein Zahnrad 38 und einen Sensor 40, wobei der Sensor 40 ferner einen Magnetfeldsensor 42 und einen Pennanentmagneten 44 umfasst. Das Zahnrad 38 ist an der sich drehenden Welle 50 befestigt und konfiguriert, um sich mit der Welle 50 um eine Drehachse 52 zu drehen. Das Zahnrad 38 ist aus einem Magnetmaterial gebildet und umfasst eine Mehrzahl von Zähnen 46, die durch Zwischenräume 48 getrennt sind, die entlang dem Umfang desselben angeordnet sind. Gemäß einen Ausfürhrungsbeispiel weisen die Zähne 46 und die Zwischenräume 48 die gleiche Bogenlänge entlang dem Umfang des Zahnrads 38 auf; derart, dass Zahnflanken 49 an Übergängen zwischen den Zähnen 46 und den Zwischenräumen 48 in regelmäßigen Intervallen auftreten.
  • Die Welle 50 ist bezüglich des Zahnrads 38 indexiert, so dass jede Zahnflanke 49 eine spezifische oder bekannte Winkelposition der Welle 50 darstellt, wenn sich dieselbe dreht. Gemäß einer Implementierung umfasst das Zahnrad 38 beispielsweise 60 Zähne 46, derart, dass die Zahnflanken 49 alle 3 Grad um den Umfang des Zahnrads 38 herum auftreten. In einem derartigen Fall kann ein erster Zahn oder Indexzahn eine Winkelposition von 0 Grad darstellen, ein nächster Zahn 3 Grad, ein nächster Zahn 6 Grad und so weiter um die ganzen 360 Grad des Zahnrads 38 herum.
  • Der Magnetfeldsensor 42 und der Permanentmagnet 44 sind relativ zueinander bei einer festen Position angeordnet, wobei der Magnetfeldsensor 42 in der Nähe des Umfang des Zahnrads 38 positioniert ist. Der Permanentmagnet 44 liefert ein Sperrvorspannungsmagnetfeld, das dem Magnetfeldsensor 42 überlagert ist. Der Magnetfeldsensor 42 kann ein Hall-Element, ein Sensor vom Spulentyp, ein magnetoresistiver Sensor (z. B. ein Riesenmagnetowiderstandssensor (GMR-Sensor), ein Kolossal-Magnetowiderstandssensor (CMR-Sensor: CMR = colossal magnetoresistive)) oder irgendein anderer geeigneter Magnetfeldsensor sein.
  • In Betrieb dreht sich die Welle 50 um die Achse 52, laufen die Zähne 46 und die Zwischenräume 48 an dem Sensor 40 vorbei und erzeugen Variationen des Magnetfelds, das durch den Permanentmagneten 44 geliefert wird. Basierend auf den Magnetfeldvariationen erfasst der Magnetfeldsensor 42 die Zahnflanken 49, wenn dieselben durchlaufen, und liefert ein Inkrementalpositionssignal 33 (z. B. ein analoges Signal), das Inkrementalwinkelpositionen der sich drehenden Welle 50 basierend auf den erfassten Zahnflanken darstellt. Gemäß der oben beschriebenen Beispielimplementierung beispielsweise stellt jede Zahnflanke 49 eine bekannte Winkelposition der Welle 50 in Intervallen von 3 Grad dar. Das Signal 33 liefert gemäß einer derartigen Implementierung Winkelpositionsmessungen der Welle 50 an 120 diskreten Punkten, wenn sich die Welle 50 dreht.
  • Zahnräder können sehr präzise hergestellt werden. Gemäß einem Ausführungsbeispiel erreicht beispielsweise, wenn ein Zahnrad mit einem Durchmesser von 10 Zentimetern und 60 Zähnen eingesetzt wird, der Inkrernentalpositionssensor 32 eine Genauigkeit von 0,3 Grad. Die Präzision eines Zahnrads hängt von der Größe desselben ab. Je größer der Umfang desselben, desto mehr Zähne können eingesetzt werden, so dass Zahnflanken in kleineren Winkeln auftreten (z. B. 120 Zähne liefern Zahnflanken 49 in Intervallen von 1,5 Grad), wodurch die Präzision des Zahnrads und die Genauigkeit des Inkrementalpositionssensors erhöht sind. An sich liefert das Inkrementalpositionssignal 33 eine genaue Winkelposition der sich drehenden Welle 50, aber lediglich an den Inkrementalpositionen, die Positionen der Zahnflanken 49 entsprechen.
  • Obwohl hierin hauptsächlich hinsichtlich eines Geschwindigkeitssensors vom Zahnradtyp beschrieben und dargestellt, kann der Inkrementalwinkelpositionssensor 32 irgendeinen geeigneten Typ eines Inkrementalwinkelpositionssensors aufweisen. Wie es oben erwähnt wurde, kann der Radgeschwindigkeitssensor 32 beispielsweise bei einigen Ausführungsbeispielen einen Geschwindigkeitssensor vom Polradtyp aufweisen, wobei eine Reihe von abwechselnden magnetischen Polen (z. B. Nord-Süd-Nord-Süd) eingesetzt wird und durch den Sensor 40 anstelle des Zahns 46 erfasst wird.
  • Unter erneuter Bezugnahme auf 1 umfasst gemäß einem Ausführungsbeispiel der Kontinuierlich-Winkelposition-Sensor 34 einen magnetoresistiven Winkelsensor 62, der innerhalb eines Magnetfelds positioniert ist, das durch einen Permanentmagneten 64 geliefert wird, der an einem Ende der sich drehenden Welle 50 befestigt ist, wobei sich das Magnetfeld mit der Welle 50 um die Drehachse 52 dreht. 3 ist eine Endansicht, die Abschnitte des Winkelmesssystems 30 zeigt und einen magnetoresistiven Winkelsensor 62 darstellt, der innerhalb eines Magnetfelds 66 positioniert ist, das sich von einem Südpol 65 zu einem Nordpol 67 erstreckt. Obwohl derselbe als an einem Ende der Welle 50 positioniert dargestellt ist, kann der Permanentmagnet einen Ringmagneten aufweisen, der an einer Position entlang einer Länge der Welle 50 (d. h. nicht an einem Ende) befestigt ist, wobei der magnetoresistive Winkelsensor 62 innerhalb des Magnetfelds an einer Position radial weg von der Mitte der Drehachse 52 positioniert ist (siehe 12).
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist der magnetoresistive Winkelsensor 62 einen GMR-Winkelsensor 62 auf. Wie es durch 1 dargestellt ist, weist bei einem Ausführungsbeispiel der GMR-Winkelsensor 62 einen Halbleiterchip auf, der an einer gedruckten Schaltungsplatine 68 (PCB, printed circuit board) befestigt ist. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist eine Mikrosteuerung 36 mit dem GMR-Winkelsensor-Halbleiterchip 62 integriert. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die PCB 68, und somit der GMR-Winkelsensor 62, in einer Ebene parallel zu einer Oberfläche des Permanentmagneten 64 positioniert. Wie es unten ausführlicher beschrieben wird, liefert der GMR-Winkelsensor 62 ein Kontinuierlich-Winkelposition-Signal 35 (z. B. ein analoges Signal), das die kontinuierliche Winkelposition der sich drehenden Welle 50 darstellt.
  • 4 ist ein Block- und Schemadiagramm, das allgemein ein Ausführungsbeispiel des GMR-Winkelsensors 62 darstellt, wenn derselbe als ein Halbleiterchip konfiguriert ist. Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst der GMR-Winkelsensor 62 eine GMR-Widerstandsregion 72, die ein Paar von GMR-Sensorbrücken 74 und 76 aufweist, wobei die Sensorbrücke 74 durch 4 GMR-Widerstände 78a78d gebildet ist und die Sensorbrücke 76 durch 4 GMR-Widerstände 80a80d gebildet ist. Gemäß der Brückenimplementierung von 4 sind die GMR-Sensorbrücken 74 und 76 orthogonal zueinander angeordnet und sind jeweils konfiguriert, um eine x-Komponente beziehungsweise eine y-Komponente eines sich drehenden elektrischen Feldes zu erfassen, wie beispielsweise des Magnetfelds 66 von 3. Die Pfeile, die den GMR-Widerständen 78a78d und 80a80d zugeordnet sind, geben die Richtung des festen Magnetfeldabschnitts des Widerstands an.
  • Eine Versorgungsspannung VDD ist an einen Anschluss 82 angelegt, wobei Spannungssignale VX+ und VX– an Anschlüssen 84 und 86 der GMR-Sensorbrücke 74 geliefert werden und Spannungssignale VY+ und VY– an Anschlüssen 88 und 90 der GMR-Sensorbrücke 76 geliefert werden, die eine Winkelposition des Magnetfelds 66 relativ zu einem Referenzvektor bzw. Bezugsvektor (z. B. 0 Grad) darstellen. Ansprechend auf eine Bewegung des externen Magnetfelds, wie beispielsweise eine Drehbewegung des Magnetfelds 66, ändert einer oder ändern mehrere der GMR-Widerstände 78a78d und 80a80d die elektrischen Widerstandswerte derselben, wobei Veränderungen bei den Spannungssignalen VX+ und VX– an den Anschlüssen 84 und 86 und den Spannungssignalen VY+ und VY– an den Anschlüssen 88 und 90 bewirkt werden, die die Veränderungen bei der Position des Magnetfelds widerspiegeln.
  • 5 ist ein Graph 100, der „ideale” Ausgangssignale VX 102 und VY 104 darstellt, die durch den GMR-Winkelsensor 62 geliefert werden und die auf den Spannungssignalen VX+ und VX– bzw. den Spannungssignalen VY+ und VY– basieren, wenn sich das Magnetfeld 66 von 0–360 Grad dreht, wie es durch den Winkel α bei 106 angegeben ist. Wie es durch den Graphen 110 von 6 dargestellt ist, stellen die Ausgangssignale VX 102 bzw. VY 104 hier x- bzw. y-Komponenten eines Vektors 112 dar, der die Winkelposition des Magnetfelds 66 angibt. Bei einen Ausführungsbeispiel weisen die Ausgangssignale VX 102 und VY 104 das Signal 35 auf, das zu der Steuerung 36 geliefert wird und das die Winkelposition des Magnetfelds 66 und somit die Winkelposition der Welle 50 basierend auf der obigen Beziehung bestimmt.
  • Wie es oben erwähnt ist, stellt der Graph 100 die Ausgangssignale VX 102 und VY 104 unter idealen Bedingungen dar. Unter derartigen idealen Bedingungen weisen die GMR-Widerstände 78a78d und 80a80d jeweils ideale Charakteristika auf und sind die GMR-Sensorbrücken 90 und 92 perfekt orthogonal zueinander, beispielsweise derart, dass die Ausgangssignale VX 102 und VY 104 eine exakte Darstellung der Winkelposition des Magnetfeldes 66 liefern. Auf Grund von Herstellungstoleranzen jedoch gibt es inhärente Variationen zwischen den GMR-Widerständen 78a78d und 80a80d, die Amplituden- und Versatzvariationen zwischen Ausgangssignalen VX 122 und VY 124 bewirken. Zusätzlich ist es nicht wahrscheinlich, dass die Richtungen von festen Magnetfeldabschnitten der GMR-Widerstände 78a78d und 80a80d vollkommen orthogonal zueinander sind, was Phasenfehler zwischen den Ausgangssignalen VX 102 und VY 104 bewirkt, d. h. dieselben weisen einen anderen Phasenversatz als 90 Grad auf). Derartige Amplituden-, Versatz- und Phasenfehler wiederum bewirken Fehler bei der Winkelposition des Magnetfeldes, wie beispielsweise des Magnetfeldes 66, das durch den GMR-Winkelsensor 62 gemessen wird.
  • 7 ist ein Graph 120, der ein Beispiel der Winkelposition der sich drehenden Welle 50, die durch den GMR-Winkelsensor 62 gemessen wird, durch eine sinuswellenähnliche Kurve 122 relativ zu einer „bekannten” Winkelposition oder Referenzwinkelposition der sich drehenden Welle 50 dargestellt zeigt, die durch den Inkrementalwinkelpositionssensor 32 gemessen und durch eine geradlinige Kurve 122 dargestellt ist. Unter Idealbedingungen würde die Winkelposition, die durch den GMR-Winkelsensor gemessen wird (d. h. die Kurve 122), der geradlinigen Referenzwinkelkurve 124 folgen. Zumindest zum Teil auf Grund der oben beschriebenen Fehler im Hinblick auf die Ausgangssignale VX 102 und VY 104 jedoch variiert die Winkelposition der sich drehenden Welle 50, die durch den GMR-Winkelsensor 62 gemessen wird, von der tatsächlichen Position oder Referenzposition der sich drehenden Welle 50, die durch den Inkrementalwinkelpositionssensor 32 gemessen wird.
  • In 7 stellt jede der vertikalen gestrichelten Linien, wie beispielsweise diese, die bei 126 angegeben sind, eine Zahnflanke 49 des Zahnrads 38 und eine entsprechende Referenzwinkelposition der sich drehenden Welle 50 dar. Jeder der hervorgehobenen Punkte entlang der Kurve 122, wie beispielsweise die Punkte 128 und 130, gibt die Winkelposition der Welle 50 an, die durch den GMR-Winkelsensor 62 gemessen wird, wenn die Welle 50 sich bei der Referenzwinkelposition befindet, die der zugeordneten Zahnflanke entspricht. Der Fehler zwischen diesen Punkten, die durch den GMR-Winkelsensor 62 gemessen werden, und der Referenzwinkelposition, die durch den Inkrenientalpositionssensor 32 gemessen wird, ist durch die Pfeile bei 132 und 134 dargestellt.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel bestimmt die Steuerung 36 den Fehler zwischen jeder den diskreten oder Inkrementalreferenzwinkelmessungen der sich drehenden Welle 50, die durch den Inkrementalwinkelsensor 32 an jeder Zahnflanke 49 vorgenommen werden, und der entsprechenden Messung der Winkelposition durch den GMR-Winkelsensor 62 über eine vollständige Drehbewegung der Welle 50 hinweg. Gemäß einem Ausführungsbeispiel bestimmt die Steuerung 36 basierend auf diesen diskreten Fehlermesspunkten eine Fehlerkurve für den GMR-Winkelsensor 62 für eine vollständige Drehbewegung der Welle 50.
  • 8 ist ein Graph 140, der eine Fehlerkurve 142 darstellt, die durch die Steuerung 136 basierend auf dem Beispiel bestimmt ist, das durch den Graphen 120 von 7 dargestellt ist. Die hervorgehobenen Punkte, die durch Punkte 144 und 146 angegeben sind, stellen den Fehler zwischen der Winkelposition der Welle 50, die durch den GMR-Winkelsensor 62 gemessen wird, und den diskreten Referenzwinkelpositionsmessungen dar, die durch den Inkrementalwinkelpositionssensor 32 geliefert werden. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kalibriert die Steuerung 36 den GMR-Winkelsensor 62 kontinuierlich durch kontinuierliches Aktualisieren der Fehlerkurve während eines Betriebs des Winkelmesssystems 36. Bei einem Ausführungsbeispiel aktualisiert die Steuerung 36 die Fehlerkurve regelmäßig.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel setzt die Steuerung 36 Interpolationstechniken ein, um eine Kurve an die diskreten Fehlerpunkte anzupassen. Beispiele derartiger Interpolationstechniken umfassen eine stückweise lineare Interpolation, eine Polynominterpolation, eine Kleinstquadratanpassung-Polynominterpolation (Least-Squares-Fit-Polynominterpolation) oder irgendeine andere geeignete Interpolationstechnik. Bei einem Ausführungsbeispiel speichert die Steuerung 36 die Fehlerkurve in einem Speicher, wie beispielsweise einem Speicher 39.
  • Während des Betriebs bestimmt die Steuerung 36 die kontinuierliche Winkelposition der sich drehenden Welle 50, die durch den GMR-Winkelsensor 62 gemessen wird, basierend auf Ausgangssignalen VX 102 und VY 104, die über das Signal 35 empfangen werden, wie es beispielsweise durch die Kurve 122 von 7 dargestellt ist. Die Steuerung 36 subtrahiert dann die Fehlerkurve (z. B. die Fehlerkurve 142) von der kontinuierlichen Winkelpositionsmessung des GMR-Winkelsensors 62 (z. B. der Kurve 122), um ein Ausgangssignal 37 zu liefern, das eine korrigierte kontinuierliche Winkelpositionsmessung der sich drehenden Welle 50 darstellt. Im Wesentlichen kalibriert das Winkelmesssystem 30 den GMR-Winkelsensor 62 unter Verwendung des Inkrementalwinkelpositionssensors 32, um eine schnelle, genaue und kontinuierliche Winkelpositionsmessung der sich drehenden Welle 50 an dem Ausgangssignal 37 zu liefern. Durch Kalibrieren des GMR-Winkelsensors 62 auf diese Weise ist das Winkelmesssystem 30 zusätzlich in der Lage, Fehler bei der kontinuierlichen Winkelpositionsmessung des GMR-Winkelsensors 62, die sich aus Variationen bei einer Betriebstemperatur ergeben, oder alterungsbezogene Faktoren über die Lebensdauer des GMR-Winkelsensors 62 zu kompensieren.
  • Bei anderen Ausführungsbeispielen, wie es unten ausführlicher beschrieben wird, stellt die Steuerung 36 anstelle des Bestimmens einer Fehlerkurve über eine volle Drehbewegung der Welle 50 und eines Einstellens der vollständigen Winkelpositionsmesskurve (z. B. der Kurve 122), die durch den GMR-Winkelsensor 62 geliefert wird, jedes Segment der kontinuierlichen Winkelpositionsmesskurve, die zwischen aufeinander folgenden Zahnflanken 49 des Inkrementalwinkelpositionssensors 32 auftritt, getrennt ein oder kalibriert dasselbe. Bei dem oben beschriebenen Szenario beispielsweise, bei dem das Zahnrad 38 sechzig Zähne 46 aufweist, weist die kontinuierliche Winkelpositionsmesskurve (z. B. die Kurve 122) 120 Kurvensegmente auf, ein Kurvensegment zwischen jedem Paar von aufeinander folgenden Zahnflanken 49. Bei einem derartigen Szenario stellt die Steuerung 36 jedes der 120 Kurvensegmente einzeln ein oder kalibriert dasselbe, um den Fehler zwischen dem Kurvensegment und dem entsprechenden Segment der Referenzwinkelkurve (d. h. der geradlinigen Kurve 124) im Wesentlichen zu minimieren.
  • Wie es oben beschrieben wurde, gibt es auf Grund von Herstellungstoleranzen typischerweise Amplituden-, Versatz- und Phasenvariationen zwischen den Ausgangssignalen VX 102 und VY 104, die zu Fehlern bei der Winkelpositionsmessung führen, die durch den GMR-Winkelsensor 62 geliefert wird. Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind die Ausgangssignale VX 122 und VY 124 durch die folgenden Gleichungen definiert:
  • Gleichung I:
    • VX = AX·cos(α + φX) + OX; und
  • Gleichung II:
    • VY = AY·cos(α + φY) + OY; wobei:
  • AX
    = Amplitudenparameter des Signals VX;
    AY
    = Amplitudenparameter des Signals VY;
    OX
    = Versatzparameter des Signals VX;
    OY
    = Versatzparameter des Signals VY;
    φX
    = Phasenparameter des Signals VX; und
    φY
    = Phasenparameter des Signals VY.
  • Die Amplituden-, Versatz- und Phasenparameter AX, AY, OX, OY, φY und φX stellen zusammen GMR-Parameter dar, die Werte aufweisen, die eingestellt werden können, um den Signalverlauf der Ausgangssignale VX 122 und VY 124 zu modifizieren, um bei der Winkelposition, die durch den GMR-Winkelsensor 62 gemessen wird, Fehler zu korrigieren, die sich aus herstellungstechnischen und anderen Varianzen (z. B. Temperatur) ergeben.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel bestimmt die Steuerung 36 einen Satz von GMR-Parameterwerten für jedes Segment der kontinuierlichen Winkelpositionskurve, die durch den GMR-Winkelsensor 62 geliefert wird, der den Fehler zwischen dem Kurvensegment und dem entsprechenden Segment der Referenzwinkelkurve (d. h. der geradlinigen Kurve 124) im Wesentlichen minimiert. Bei einem Ausführungsbeispiel ist jeder Satz von GMR-Parameterwerten in dem Speicher 39 gespeichert und wird während eines Betriebs des Winkelmesssystems 30 durch die Steuerung 36 angewandt, um die Ausgangssignale VX 122 und VY 124 des entsprechenden Kurvensegments dynamisch einzustellen und dadurch das kontinuierliche Winkelpositionsmessungsausgangssignal 37 zu liefern.
  • Bei einem anderen Ausführungsbeispiel, wie es unten beschrieben ist, bestimmt die Steuerung 36 anstelle des Bestimmens von Sätzen von GMR-Parameterwerten einen Gewinnfaktor bzw. Verstärkungsfaktor, der aus den Ausgangssignalen VX 102 und VY 104 des GMR-Winkelsensors 62 bestimmt wird, für jedes Segment der kontinuierlichen Winkelpositionskurve und wendet denselben an.
  • 9 ist ein Graph 150, der ein Beispiel der Unterschiede von Zahnflanke zu Zahnflanke bei der Winkelposition darstellt, die durch den GMR-Winkelsensor 62 gemessen wird. In 9 sind die Zahnflanken 49 des Zahnrads 38 entlang der x-Achse angegeben und ist die Winkeldifferenz an der y-Achse dargestellt. Jeder fettgedruckte Punkt, wie beispielsweise Punkte 152 und 154, gibt die Differenz oder Veränderung bei der kontinuierlichen Winkelposition, die durch den GMR-Winkelsensor 62 gemessen wird, zwischen der entsprechenden Zahnflanke relativ zu der vorhergehenden Zahnflanke an. Die horizontale gestrichelte Linie bei 156 stellt die tatsächliche, oder Sollwinkeldifferenz von Zahnflanke zu Zahnflanke dar. Bei dem zuvor beschriebenen Szenario beispielsweise, bei dem das Zahnrad 38 sechzig Zähne 49 umfasst, beträgt der tatsächliche oder Sollwinkel 3 Grad.
  • Falls es keine Fehler bei der kontinuierlichen Winkelposition gäbe, die durch den GMR-Winkelsensor 62 gemessen wird, würden die fettgedruckten Punkte, einschließlich der Punkte 152 und 154, nicht von der gestrichelten Linie 156 abweichen. Falls es keine Fehler gäbe, würde zusätzlich jede der Linien zwischen den Datenpunkten und der vorhergehenden Zahnflanke, wie beispielsweise die Linien 162 und 164 von den Datenpunkten 152 und 154 zu den vorhergehenden Zahnflanken 166 und 168, den gestrichelten Linien 172 und 174 folgen und die gleiche Steigung wie dieselben aufweisen.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel bestimmt die Steuerung 36 einen Gewinnfaktor für jedes Segment von Zahnflanke zu Zahnflanke der kontinuierlichen Winkelpositionsmessung, die durch den GMR-Winkelsensor 62 geliefert wird, basierend auf der Differenz bei der Winkelposition des Segments relativ zu der Sollwinkeldifferenz 156. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Gewinnfaktor für jedes Segment von Zahnflanke zu Zahnflanke gleich dem Verhältnis der Sollwinkeldifferenz 156 zu der gemessenen Winkelpositionsdifferenz von Zahnflanke zu Zahnflanke. Wenn jeder der Gewinnfaktoren auf die kontinuierliche Winkelpositionsmessung angewandt wird, die durch den GMR-Winkelsensor 62 geliefert wird, ist an sich die Winkeldifferenz jedes Segments von Zahnflanke zu Zahnflanke gleich der Sollwinkeldifferenz.
  • Hinsichtlich des Segments der kontinuierlichen Winkelpositionsmessung, das zwischen den Zahnflanken 166 und 170 in 9 auftritt, ist beispielsweise der Gewinnfaktor gleich dem Verhältnis der Sollwinkeldifferenz 156 zu der Winkeldifferenz des Punkts 154 (d. h. ein Verhältnis von < 1). Wenn dieser Gewinnfaktor auf das entsprechende Segment der kontinuierlichen Winkelpositionsmessung angewandt wird, das zwischen den Zahnflanken 166 und 170 auftritt, ist die Steigung der Linie 162 verringert, um im Wesentlichen gleich dieser der Linie 172 zu sein, derart, dass die Linie 162 die Linie 172 überlagert und mit derselben übereinstimmt. Gleichermaßen ist bezüglich des Segments der kontinuierlichen Winkelpositionsmessung, das zwischen den Zahnflanken 168 und 172 auftritt, der Gewinnfaktor gleich dem Verhältnis der Sollwinkeldifferenz 156 zu der Winkeldifferenz des Punkts 154 (d. h. ein Verhältnis von > 1). Wenn dieser Gewinnfaktor auf das entsprechende Segment der kontinuierlichen Winkelpositionsmessung angewandt wird, das zwischen den Zahnflanken 168 und 172 auftritt, ist die Steigung der Linie 164 erhöht, um im Wesentlichen gleich dieser der Link 174 zu sein, derart, dass die Link 164 die Linie 174 überlagert und mit derselben übereinstimmt.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel bestimmt die Steuerring 36 einen Gewinnfaktor für jedes Segment der kontinuierlichen Winkelpositionskurve, die durch den GMR-Winkelsensor 62 geliefert wird. Bei einem Ausführungsbeispiel ist jeder Gewinnfaktor in dem Speicher 39 gespeichert und wird während des Betriebs des Winkelmesssystems 30 durch die Steuerung 36 angewandt, um die kontinuierliche Winkelausgangsmessung des GMR-Winkelsensors 62 dynamisch einzustellen und dadurch das kalibrierte Kontinuierlich-Winkelpositionsmessausgangssignal 37 zu liefern.
  • 10 ist ein Flussdiagramm, das allgemein ein Ausführungsbeispiel eines Prozesses 190 zum Liefern einer schnellen und genauen kontinuierlichen Winkelpositionsmessung einer sich drehenden Welle, wie beispielsweise der Welle 50 von 1, darstellt. Der Prozess 190 beginnt bei 192 durch ein Bestimmen einer Inkrementalwinkelmessung der sich drehenden Welle, wie beispielsweise durch eine Verwendung eines Geschwindigkeitssensors auf Basis eines Zahnrades oder Polrades, wie beispielsweise des Zahnradgeschwindigkeitssensors 32 von 1. Der Prozess 190 geht bei 194 mit einem Bestimmen einer kontinuierlichen Winkelpositionsmessung der sich drehenden Welle weiter, wie beispielsweise durch eine Verwendung eines GMR-Winkelsensors, wie beispielsweise des GMR-Winkelsensors 62 von 1.
  • Bei 196 wird die kontinuierliche Winkelpositionsmessung, die bei 194 bestimmt wird, auf Basis der Inkrementalwinkelpositionsmessung, die bei 192 bestimmt wird, eingestellt oder kalibriert, um eine kalibrierte kontinuierliche Winkelpositionsmessung zu liefern. Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst die Kalibrierung ein Bestimmen einer Fehlerkurve über eine vollständige Drehbewegung, wie es beispielsweise oben mit Bezug auf 7 und 8 beschrieben ist. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst die Kalibrierung ein Bestimmen von Sätzen von Werten von GMR-Parametern für Segmente der kontinuierlichen Winkelpositionsmessung, die zwischen aufeinander folgenden Inkrementalwinkelpositionsmessungen auftreten. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst die Kalibrierung ein Bestimmen von Gewinnfaktoren für Segmente der kontinuierlichen Winkelpositionsmessung, wie es beispielsweise oben mit Bezug auf 9 beschrieben ist.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel, wie es durch 11 dargestellt ist, ist ein Paar von Winkelmesssystemen 230a und 230b, wobei jedes dem Winkelmesssystem 30 ähnlich ist, konfiguriert, um ein Sensorsystem 200 zum Messen des Winkels und eines Betrages eines Drehmoments zu bilden, das an eine sich drehende Welle 250 angelegt ist. Die Welle 250 umfasst eine erste Welle 252 und eine zweite Welle 254, die miteinander über eine Drehmomentwelle 256 gekoppelt sind, wobei die Drehmomentwelle 256 eine Last zwischen der ersten und der zweiten Welle 252 und 254 überträgt und in der Lage ist, sich zu verdrehen oder zu biegen, um eine relative Winkelverlagerung der ersten und der zweiten Welle 252 und 254 zu ermöglichen, die proportional zu einen Betrag des Drehmoments ist, das an den Wellen platziert ist. Falls beispielsweise die erste Welle 252 eine Lenkwelle eines Fahrzeugs ist und die zweite Welle 254 eine Lenkgestängewelle ist, ist der Betrag der Winkelverlagerung zwischen der ersten und der zweiten Welle 252 und 254 proportional zu einem Betrag des Drehmoments, das an ein Lenkrad angelegt wird.
  • Wie es dargestellt ist, umfasst das erste Winkelmesssystem 230a einen Geschwindigkeitssensor 232a und einen Kontinuierlich-Winkelposition-Sensor 234a. Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst der Geschwindigkeitssensor 232a ein Zahnrad 238a und einen Magnetfeldsensor 240a (z. B. einen GMR-basierten Sensor), der ein Inkrementalwinkelpositionssignal 233a liefert. Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst der Kontinuierlich-Winkelposition-Sensor 234a einen GMR-Winkelsensorchip 262a, der innerhalb eines Magnetfelds eines Permanentringmagneten 264a positioniert ist, der umfangsmäßig um eine erste Welle 252 befestigt ist und ein Kontinuierlich-Winkelposition-Signal 235a liefert. 12 ist eine Querschnittsansicht, die Abschnitte des Sensorsystems 200 darstellt und den GMR-Winkelsensorchip 262a zeigt, der innerhalb eines Magnetfelds 266 positioniert ist, das sich von einem Südpol 265 zu einem Nordpol 267 des Permanentringmagneten 264a erstreckt.
  • Unter erneuter Bezugnahme auf 11 umfasst gleichermaßen das zweite Winkelmesssystem 230b einen Geschwindigkeitssensor 232b und einen Kontinuierlich-Winkelposition-Sensor 234b. Der Geschwindigkeitssensor 232b umfasst ein Zahnrad 238b und einen Magnetfeldsensor 240b, der ein Inkrementalwinkelpositionssignal 233b liefert. Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst der Kontinuierlich-Winkelposition-Sensor 234b einen GMR-Winkelsensorchip 262b, der innerhalb eines Magnetfelds eines Permanentringmagneten 264b positioniert ist, der umfangsmäßig um die zweite Welle 254 herum befestigt ist, und ein kontinuierliches Winkelpositionssignal 235b liefert.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel, wie es durch 11 dargestellt ist, verwenden das erste und das zweite Winkelmesssystem 230a und 230b eine Steuerung 236 gemeinschaftlich. Die Steuerung 236 empfängt das Inkrementalwinkelpositionssignal 233a von dem Radgeschwindigkeitssensor 232a und das Kontinuierlich-Winkelposition-Signal 235a von denn GMR-Winkelsensor 262a des Winkelmesssystems 230a und empfängt das Inkrementalwinkelpositionssignal 233b von dem Radgeschwindigkeitssensor 232b und das Kontinuierlich-Winkelposition-Signal 235b von dem GMR-Winkelsensor 262b des Winkelmesssystems 230b. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kalibriert die Steuerung 236 in einer Weise, die ähnlich der oben beschriebenen ist, das Kontinuierlich-Winkelposition-Signal 235a basierend auf dem Inkrementalpositionssignal 233a, um ein kalibriertes Kontinuierlich-Winkelposition-Signal für den GMR-Winkelsensor 262a zu bestimmen. Zusätzlich kalibriert die Steuerung 236 das Kontinuierlich-Winkelposition-Signal 235b basierend auf dem Inkrementalpositionssignal 233b, um ein kalibriertes Kontinuierlich-Winkelposition-Signal für den GMR-Winkelsensor 262b zu bestimmen.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel liefert die Steuerung 236 das kalibrierte Winkelpositionssignal des GMR-Winkelsensors 262a (oder des GMR-Winkelsensors 262a) als das Kontinuierliche-Winkelposition-Signal 237, das die Winkelposition der ersten Welle 252 (oder der zweiten Welle 254) angibt. Bei einem Ausführungsbeispiel bestimmt die Steuerung 236 eine Winkeldifferenz zwischen dem kalibrierten Kontinuierlich-Winkelposition-Signal des GMR-Winkelsensors 262a und dem kalibrierten Kontinuierlich-Winkelposition-Signal für den GMR-Winkelsensor 262b, wobei die Winkeldifferenz proportional zu einem Betrag und einer Richtung eines Drehmoments ist, das an die erste Welle 252 (oder an die zweite Welle 254) angelegt wird. Bei einem Ausführungsbeispiel liefert die Steuerung 236 einfach die Winkeldifferenz, die auch eine Verdrehungsrichtung der Drehmomentwelle 256 angibt, als ein Drehmomentsignal 270. Bei einem Ausführungsbeispiel bestimmt und liefert die Steuerung 236 das Drehmoment als das Drehmomentsignal 270 basierend auf der Winkeldifferenz und auf bekannten physikalischen Parametern der Drehmomentwelle 256 (z. B. Durchmesser, Materialeigenschaften), die in einem Speicher 239 gespeichert sind.
  • 13 stellt ein anderes Ausführungsbeispiel 200A des Sensorsystems 200 von 11 dar. Wie es dargestellt ist, umfasst das Winkelmesssystem 230b des Sensorsystems 200A lediglich den Kontinuierlich-Winkelposition-Sensor 234b und umfasst keinen Geschwindigkeits- oder Inkrementalwinkelpositionssensor 232b. Gemäß dem Ausführungsbeispiel von 13 kalibriert die Steuerung 236 sowohl das Kontinuierlich-Winkelposition-Signal 235a des GMR-Winkelsensors 262a als auch das Kontinuierlich-Winkelposition-Signal 235b des GMR-Winkelsensors 262b basierend auf dem Inkrementalwinkelpositionssignal 233a des Radgeschwindigkeits- oder Inkrementalwinkelpositionssensors 232a. Es ist zu beachten, dass die Steuerung 236 in der Lage ist, eine Kalibrierung des Kontinuierlich-Winkelposition-Sensors 234b, einschließlich des GMR-Winkelsensors 262b, lediglich dann durchzuführen, wenn es keinen Winkelversatz zwischen der ersten und der zweiten Welle 252 und 254 gibt (d. h. kein Drehmoment angelegt ist). Das Positionssignal 237 und das Drehmomentsignal 270 werden ähnlich dem oben beschriebenen Sensorsystem 200 von 11 bestimmt.
  • 14 stellt ein anderes Ausführungsbeispiel 200B des Sensorsystems 200 von 11 dar. Das Sensorsystem 200B ist mit dem Sensorsystem 200A von 13 abgesehen davon identisch, dass der Permanentringmagnet 264b des Winkelmesssystems 230b an einer hohlen Welle 280 befestigt ist, die mit der zweiten Welle 254 gekoppelt ist und sich mit derselben dreht. Die hohle Welle 280 erstreckt sich um und über eine Drehmomentwelle 256 und über einen Abschnitt der ersten Welle 252, so dass der Permanentringmagnet 264b und der GMR-Winkelsensor 262b des Kontinuierlich-Winkelposition-Sensors 234b in der Nähe des Winkelmesssystems 230a positioniert sind. Auf diese Weise weist das Sensorsystem 200B eine kompaktere Standfläche (Footprint) oder Modulstandfläche relativ zu den Sensorsystemen 200 und 200A von 11 und 13 auf.
  • 15 stellt ein anderes Ausführungsbeispiel 200C des Sensorsystems 200 von 11 dar, wobei das erste Winkelmesssystem 230a lediglich den Kontinuierlich-Winkelposition-Sensor 234a umfasst und das zweite Winkelmesssystem 230b lediglich den Radgeschwindigkeits- oder Inkrementalwinkelpositionssensor 232b umfasst. Gemäß dem Ausführungsbeispiel von 15 kalibriert die Steuerung 236 das Kontinuierlich-Winkelposition-Signal 235a basierend auf dem Inkrementalpositionssignal 233b, um das kalibrierte Kontinuierlich-Winkelposition-Signal 237 zu liefern, das die Winkelposition der ersten Welle 252 darstellt. Zusätzlich bestimmt die Steuerung 236 einen Winkelversatz zwischen der ersten Welle 252 und der zweiten Welle 254 basierend auf dem Positionssignal 237 (d. h. dem kalibrierten Kontinuierlich-Winkelposition-Signal 235a) und dem Inkrementalpositionssignal 233b. Erneut ist zu bemerken, dass die Steuerung 236 in der Lage ist, eine Kalibrierung des Kontinuierlich-Winkelposition-Sensors 234b, einschließlich des GMR-Winkelsensors 262b, lediglich dann durchzuführen, wenn es keinen Winkelversatz zwischen der ersten und der zweiten Welle 252 und 254 gibt (d. h. kein Drehmoment angelegt wird).
  • Wie bei dem Winkelmesssystem 30 ist zu beachten, dass die Inkrementalwinkelpositionssensoren 232a und 232b der durch 1115 dargestellten Drehmoment- und Winkelsensoren irgendeine geeignete Art eines Inkrementalwinkelpositionssensors aufweisen können. Bei einigen Ausführungsbeispielen können die Inkrementalwinkelpositionssensoren 232a und 232b beispielsweise einen Geschwindigkeitssensor vom Polradtyp nutzen, wobei eine Reihe von abwechselnden magnetischen Polen (z. B. Nord-Süd-Nord-Süd) eingesetzt und anstelle der Zähne 46 erfasst wird.
  • Wie es durch 16 dargestellt ist, setzen gemäß einem Ausführungsbeispiel der Radgeschwindigkeitssensor 32 und der Kontinuierlich-Winkelposition-Sensor 34 ein gemeinsames Magnetpolrad 300 ein, das an der sich drehenden Welle 50 befestigt ist, anstatt das Zahnrad (oder Polrad) 38 und den Magneten 64 (siehe 1) getrennt zu verwenden. Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst das Polrad 300 einen äußeren Magnetring 310, der abwechselnde Nord- und Südpole 312 und 314 aufweist, die entlang dem Umfang des Polrads 300 positioniert sind, und einen inneren Magnetring 320, der einen Nord- und einen Südpol 322 und 324 aufweist. Der äußere Magnetring 310 wird durch den Radgeschwindigkeitssensor 32 eingesetzt, um Inkrementalpositionen der Welle 50 zu bestimmen, wobei die Grenzen zwischen Nord- und Südpolen 312 und 314 den Zahnflanken 49 des Zahnrads 38 (siehe 2) ähnlich sind, und der Kontinuierlich-Winkelposition-Sensor 34 setzt den inneren Magnetring 320 auf eine Weise ähnlich dem Permanentmagneten 264a ein, der durch 12 dargestellt ist. Bei einem Ausführungsbeispiel ist ein ferromagnetischer Ring 330 zwischen dem äußeren und dem inneren Magnetring 310 und 320 positioniert, um den äußeren und den inneren Magnetring 310 und 320 voneinander abzuschirmen und zu ermöglichen, dass dieselben enger aneinander positioniert sein können.
  • Das gemeinschaftliche Verwenden des Polrads 300 auf diese Weise ermöglicht, dass die Winkelmessung 30 (siehe 1) größenmäßig kompakter sein kann. Es ist zu beachten, dass das gemeinsame Polrad 300 auch bei den Drehmoment- und Winkelsensorausführungsbeispielen eingesetzt werden kann, die oben durch 1115 dargestellt sind.

Claims (25)

  1. Winkelpositionsmesssystem (30), das folgende Merkmale aufweist: einen Kontinuierlich-Winkelposition-Sensor (34), der konfiguriert ist, um ein erstes Signal zu liefern, das eine kontinuierliche Winkelposition einer sich drehenden Welle (50) darstellt; einen Inkrementalwinkelpositionssensor (32), der konfiguriert ist, um ein zweites Signal zu liefern, das Inkrementalwinkelpositionen der sich drehenden Welle (50) darstellt; und eine Steuerung (36), die konfiguriert ist, um das erste Signal basierend auf dem zweiten Signal zu kalibrieren, um ein drittes Signal zu liefern, das eine kalibrierte kontinuierliche Winkelposition der sich drehenden Welle (50) darstellt.
  2. System (30) gemäß Anspruch 1, bei dem der Kontinuierlich-Winkelposition-Sensor (34) einen magnetoresistiven Winkelpositionssensor aufweist.
  3. System (30) gemäß Anspruch 2, bei dem der Kontinuierlich-Winkelposition-Sensor (34) einen Riesenmagnetowiderstandssensor aufweist.
  4. System (30) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Inkrementalwinkelpositionssensor (32) einen Radgeschwindigkeitssensor aufweist.
  5. System (30) gemäß Anspruch 4, bei dem der Radgeschwindigkeitssensor einen Radgeschwindigkeitssensor vom Zahnradtyp aufweist.
  6. System (30) gemäß Anspruch 4, bei dem der Radgeschwindigkeitssensor einen Radgeschwindigkeitssensor vom Polradtyp aufweist.
  7. System (30) gemäß Anspruch 6, bei dem der Radgeschwindigkeitssensor und der Kontinuierlich-Winkelposition-Sensor (34) jeweils einen mehrpoligen Magnetring umfassen, wobei die mehrpoligen Magnetringe an einem einzigen Polrad angeordnet sind, das an der sich drehenden Welle (50) befestigt ist.
  8. System (30) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Steuerung (36) konfiguriert ist, um das erste Signal während eines Betriebs des Systems (30) dynamisch zu kalibrieren.
  9. System (30) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die Steuerung (36), um das erste Signal zu kalibrieren, konfiguriert ist, um eine Winkeldifferenz zwischen jeder Inkrementalwinkelposition des zweiten Signals und einer entsprechenden kontinuierlichen Winkelposition des ersten Signals über eine vollständige Drehbewegung der sich drehenden Welle (50) hinweg zu bestimmen, um eine Fehlerkurve basierend auf den Winkeldifferenzen zu bestimmen und um die Fehlerkurve von dem ersten Signal zu subtrahieren, um das dritte Signal zu liefern.
  10. System (30) gemäß Anspruch 9, bei dem die Steuerung (36) konfiguriert ist, um die Fehlerkurve unter Verwendung von Interpolationstechniken aus den Winkeldifferenzen zu bestimmen.
  11. System (30) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem der Kontinuierlich-Winkelposition-Sensor (34) einen magnetoresistiven Winkelsensor aufweist, der einen Satz von Einstellungsparametern zum Einstellen des ersten Signals aufweist, und wobei die Steuerung (36) konfiguriert ist, um das erste Signal durch ein Bestimmen eines Satzes von Einstellungsparameterwerten für jedes Signalsegment des ersten Signals, das zwischen einem Paar von entsprechenden aufeinander folgenden Inkrementalwinkelpositionen des zweiten Signals auftritt, zu kalibrieren, der, wenn derselbe auf das Signalsegment angewandt wird, einen Fehler zwischen einem Signalsegment und einem Referenzwinkelsegment basierend auf den entsprechenden aufeinander folgenden Inkrementalwinkelpositionen des zweiten Signals im Wesentlichen minimiert, und um jeden Satz von Einstellungsparameterwerten auf das entsprechende Signalsegment des ersten Signals anzuwenden, um das dritte Signal zu liefern.
  12. System (30) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem die Steuerung (36) konfiguriert ist, um das erste Signal durch ein Bestimmen eines Gewinnfaktors für jedes Signalsegment des ersten Signals, das zwischen einem Paar von entsprechenden aufeinander folgenden Inkrementalwinkelpositionen des zweiten Signals auftritt, zu kalibrieren, wobei jeder Gewinnfaktor auf einer Differenz bei einer Winkelposition von einem Anfang bis zu einem Ende des entsprechenden Signalsegments relativ zu einer Differenz bei einer Winkelposition zwischen dem entsprechenden Paar von aufeinander folgenden Inkrementalwinkelpositionen beruht, und wobei die Steuerung (36) konfiguriert ist, um jeden Gewinnfaktor auf das entsprechende Signalsegment des ersten Signals anzuwenden, um das dritte Signal zu liefern.
  13. Verfahren (190) zum Messen einer Winkelposition einer sich drehenden Welle (50), das folgende Schritte aufweist: Bestimmen (192) einer kontinuierlichen Winkelposition der sich drehenden Welle (50) als ein erstes Signal; Bestimmen (194) einer Inkrementalwinkelposition der sich drehenden Welle (50) als ein zweites Signal; und Kalibrieren (196) des ersten Signals unter Verwendung des zweiten Signals, um ein drittes Signal zu liefern, das eine kalibrierte kontinuierliche Winkelposition der sich drehenden Welle (50) darstellt.
  14. Verfahren (190) gemäß Anspruch 13, bei dem das Bestimmen (192) der kontinuierlichen Winkelposition ein Verwenden eines magnetoresistiven Winkelsensors (34) umfasst, um die Winkelposition der sich drehenden Welle (50) zu messen.
  15. Verfahren (190) gemäß Anspruch 13 oder 14, bei dem das Bestimmen (194) der Inkrementalwinkelposition ein Verwenden eines Radgeschwindigkeitssensors umfasst, um Inkrementalwinkelpositionen der sich drehenden Welle (50) zu messen.
  16. Verfahren (190) gemäß einem der Ansprüche 13 bis 15, bei dem das Kalibrieren (196) des ersten Signals folgende Schritte umfasst: Bestimmen einer Winkeldifferenz zwischen jeder Inkrementalwinkelposition des zweiten Signals und einer entsprechenden kontinuierlichen Winkelposition des ersten Signals über eine volle Drehbewegung der sich drehenden Welle (50) hinweg; Bestimmen einer Fehlerkurve basierend auf den Winkeldifferenzen; und Subtrahieren der Fehlerkurve von dem ersten Signal, um das dritte Signal zu liefern.
  17. Verfahren (190) gemäß einem der Ansprüche 13 bis 15, bei dem der Kontinuierlich-Winkelposition-Sensor (34) einen magnetoresistiven Winkelsensor aufweist, der einen Satz von Einstellungsparametern zum Einstellen des ersten Signals aufweist, und wobei das Kalibrieren (196) des ersten Signals folgende Schritte umfasst: Bestimmen eines Satzes von Einstellungsparameterwerten für jedes Signalsegment des ersten Signals, das zwischen einem Paar von entsprechenden aufeinander folgenden Inkrementalwinkelpositionen des zweiten Signals auftritt, der, wenn derselbe auf das Signalsegment angewandt wird, einen Fehler zwischen einem Signalsegment und einem Referenzwinkelsegment basierend auf den entsprechenden aufeinander folgenden Inkrementalwinkelpositionen des zweiten Signals im Wesentlichen minimiert; und Anwenden jedes Satzes von Einstellungsparameterwerten auf das entsprechende Signalsegment des ersten Signals, um das dritte Signal zu liefern.
  18. Verfahren (190) gemäß einem der Ansprüche 13 bis 15, bei dem das Kalibrieren (196) des ersten Signals folgende Schritte umfasst: Bestimmen eines Gewinnfaktors für jedes Signalsegment des ersten Signals, das zwischen einem Paar von entsprechenden aufeinander folgenden Inkrementalwinkelpositionen des zweiten Signals auftritt, wobei jeder Gewinnfaktor auf einer Differenz einer Winkelposition von einem Anfang bis zu einem Ende des entsprechenden Signalsegments relativ zu einer Differenz einer Winkelposition zwischen dem entsprechenden Paar von aufeinander folgenden Inkrementalwinkelpositionen basiert; und Anwenden jedes Gewinnfaktors auf das entsprechende Signalsegment des ersten Signals, um das dritte Signal zu liefern.
  19. Drehmomentsensor (200), der folgende Merkmale aufweist: einen ersten magnetoresistiven Winkelsensor (234a), der angepasst ist, um ein erstes Kontinuierlich-Positionssignal zu liefern, das eine kontinuierliche Winkelposition eines ersten Endes einer sich drehenden Welle (252) darstellt; einen zweiten magnetoresistiven Winkelsensor (234b), der angepasst ist, um ein zweites Kontinuierlich-Positionssignal zu liefern, das eine kontinuierliche Winkelposition eines zweiten Endes der sich drehenden Welle (252) darstellt, wobei das erste und das zweite Ende der sich drehenden Welle (252) durch eine Drehmomentwelle (256) miteinander gekoppelt sind; zumindest einen Radgeschwindigkeitssensor (232a), der angepasst, um zumindest ein Inkrementalwinkelpositionssignal zu liefern, das Inkrementalwinkelpositionen der sich drehenden Welle (252) darstellt; und eine Steuerung (236), die konfiguriert ist, um das erste und das zweite Kontinuierlich-Positionssignal basierend auf dem zumindest einen Inkrementalwinkelpositionssignal zu kalibrieren, um ein erstes und ein zweites kalibrierte Kontinuierlich-Positionssignal zu bilden, um eine Winkeldifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Kontinuierlich-Positionssignal zu bestimmen, und um ein Drehmomentsignal (270) zu liefern, das ein Drehmoment an der Welle (252) basierend auf der Winkeldifferenz darstellt.
  20. Drehmomentsensor (200) gemäß Anspruch 19, bei dem der erste und der zweite magnetoresistive Winkelsensor Riesenmagnetowiderstandssensoren aufweisen.
  21. Drehmomentsensor (200) gemäß Anspruch 19 oder 20, der folgende Merkmale aufweist: einen ersten Radgeschwindigkeitssensor, der angepasst ist, um ein erstes Inkrementalwinkelpositionssignal zu liefern, das Inkrementalwinkelpositionen des ersten Endes der Welle darstellt; und einen zweiten Radgeschwindigkeitssensor, der angepasst ist, um ein zweites Inkrementalwinkelpositionssignal zu liefern, das Inkrementalwinkelpositionen des zweiten Endes der Welle darstellt, wobei die Steuerung (236) konfiguriert ist, um das erste Kontinuierlich-Positionssignal basierend auf dem ersten Inkrementalwinkelpositionssignal zu kalibrieren, um das kalibrierte erste Kontinuierlich-Positionssignal zu bilden, und um das zweite Kontinuierlich-Positionssignal basierend auf dem zweiten Inkrementalwinkelpositionssignal zu kalibrieren, um das kalibrierte zweite Kontinuierlich-Positionssignal zu bilden.
  22. Drehmomentsensor (200) gemäß einem der Ansprüche 19 oder 20, bei dem die Steuerung (236), um das erste und das zweite Kontinuierlich-Positionssignal zu kalibrieren, konfiguriert ist, um eine Winkeldifferenz zwischen jeder Inkrementalwinkelposition des zumindest einen Inkrementalwinkelpositionssignals und einer entsprechenden kontinuierlichen Winkelposition von jedem des ersten und des zweiten Kontinuierlich-Positionssignals über eine vollständige Drehbewegung der sich drehenden Welle hinweg zu bestimmen, eine erste Fehlerkurve basierend auf den Winkeldifferenzen, die dem ersten Kontinuierlich-Positionssignal zugeordnet sind, und eine zweite Fehlerkurve basierend auf den Winkeldifferenzen, die dem zweiten Kontinuierlich-Positionssignal zugeordnet sind, zu bestimmen, und um die erste Fehlerkurve von dem ersten Kontinuierlich-Positionssignal zu subtrahieren, um das kalibrierte erste Kontinuierlich-Positionssignal zu bilden, und um die zweite Fehlerkurve von dem zweiten Kontinuierlich-Positionssignal zu subtrahieren, um das zweite kalibrierte Kontinuierlich-Positionssignal zu bilden.
  23. Drehmomentsensor (200) gemäß einem der Ansprüche 19 oder 20, bei dem der erste und der zweite magnetoresistive Winkelsensor (234a, 234b) magnetoresistive Winkelsensoren aufweisen, die jeweils einen Satz von Einstellungsparametern zum jeweiligen Einstellen des ersten und des zweiten Kontinuierlich-Positionssignals aufweisen, und wobei die Steuerung (236), um das erste und das zweite Kontinuierlich-Positionssignal zu kalibrieren, konfiguriert ist zum: Bestimmen eines Satzes von Einstellungsparameterwerten für jedes Signalsegment des ersten und des zweiten Kontinuierlich-Positionssignals, das zwischen einem Paar von entsprechenden aufeinander folgenden Inkrementalwinkelpositionen des zumindest einen Inkrementalwinkelpositionssignals auftritt, der, wenn derselbe auf das Signalsegment angewandt wird, einen Fehler zwischen dem Signalsegment und einem Referenzwinkelsegment basierend auf dem entsprechenden Paar von aufeinander folgenden Inkrementalwinkelpositionen im Wesentlichen minimiert; und Anwenden jedes Satzes von Einstellungsparameterwerten auf das entsprechende Signalsegment, um das erste und das zweite kalibrierte Kontinuierlich-Positionssignal zu bilden.
  24. Drehmomentsensor (200) gemäß einem der Ansprüche 19 bis 23, bei dem die Steuerung (236) konfiguriert ist, um das erste und das zweite Kontinuierlich-Positionssignal durch ein Bestimmen eines Gewinnfaktors für jedes Signalsegment des ersten und des zweiten Kontinuierlich-Positionssignals zu kalibrieren, das zwischen entsprechenden Paaren von aufeinander folgenden Inkrementalwinkelpositionen des zumindest einen Inkrementalwinkelpositionssignals auftritt, wobei jeder Gewinnfaktor auf einer Differenz einer Winkelposition von einem Anfang bis zu einem Ende des entsprechenden Signalsegments relativ zu einer Differenz einer Winkelposition zwischen dem entsprechenden Paar von aufeinander folgenden Inkrementalwinkelpositionen beruht, und wobei die Steuerung (236) konfiguriert ist, um jeden Gewinnfaktor auf das entsprechende Signalsegment des ersten und des zweiten Kontinuierlich-Positionssignals anzuwenden, um das erste und das zweite kalibrierte Kontinuierlich-Positionssignal zu bilden.
  25. Drehmomentsensor (200) zum Messen eines Drehmoments an einer sich drehenden Welle, die ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist, die durch eine Drehmomentwelle verbunden sind, wobei der Drehmomentsensor folgende Merkmale aufweist: einen magnetoresistiven Winkelsensor, der angepasst ist, um ein Kontinuierlich-Positionssignal zu liefern, das eine kontinuierliche Winkelposition eines ersten Endes einer sich drehenden Welle darstellt; einen Radgeschwindigkeitssensor, der angepasst ist, um ein Inkrementalwinkelpositionssignal zu liefern, das Inkrementalwinkelpositionen des zweiten Endes der Welle darstellt; und eine Steuerung (236), die konfiguriert ist, um das Kontinuierlich-Positionssignal basierend auf dem Inkrementalwinkelpositionssignal zu kalibrieren, um einen Winkelversatz zwischen dem ersten und dem zweiten Ende basierend auf dem Kontinuierlich-Positionssignal und dem Inkrementalwinkelpositionssignal zu bestimmen, und um ein Drehmomentsignal (270) zu liefern, das ein Drehmoment an der Welle basierend auf dem Winkelversatz darstellt.
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Families Citing this family (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8857464B2 (en) * 2008-01-30 2014-10-14 Flowserve Management Company Valve actuators having magnetic angle sensors
US9606194B2 (en) 2008-09-08 2017-03-28 Infineon Technologies Ag Off-center angle measurement system
US8058866B2 (en) * 2008-09-08 2011-11-15 Infineon Technologies Ag Off-center angle measurement system
JP5401902B2 (ja) * 2008-10-03 2014-01-29 日本電産株式会社 motor
US7854069B2 (en) * 2009-09-29 2010-12-21 General Electric Company Azimuth angle measurement system and method for operating the same
DE102010020599A1 (de) 2010-05-14 2011-11-17 Trw Automotive Gmbh Sensor assembly for motor vehicle steering systems
DE102010033769A1 (de) * 2010-08-09 2012-02-09 Valeo Schalter Und Sensoren Gmbh Vorrichtung mit einem Drehmomentsensor und einem Drehwinkelsensor
US8952683B2 (en) 2012-07-25 2015-02-10 Infineon Technologies Ag Magnetic out-of-axis angle sensing principle
US9606190B2 (en) 2012-12-21 2017-03-28 Allegro Microsystems, Llc Magnetic field sensor arrangements and associated methods
US9417295B2 (en) * 2012-12-21 2016-08-16 Allegro Microsystems, Llc Circuits and methods for processing signals generated by a circular vertical hall (CVH) sensing element in the presence of a multi-pole magnet
DE102013224098A1 (de) * 2013-11-26 2015-05-28 Robert Bosch Gmbh Sensor arrangement for detecting angles of rotation on a rotating component in a vehicle
CN103768679B (zh) 2014-02-20 2016-08-24 江苏多维科技有限公司 精密注射器泵及其制造方法
DE102014003408B4 (de) * 2014-03-13 2017-11-23 Tdk-Micronas Gmbh Messvorrichtung zur Bestimmung einer Winkelposition
WO2015150190A1 (de) * 2014-04-04 2015-10-08 Robert Bosch Gmbh Verfahren, antriebssystem und fahrzeug
EP3132820A4 (de) * 2014-04-14 2017-12-13 Multidimension Technology Co., Ltd. Mikropumpe mit führungsschraube und magnetoresistivem sensor und herstellungsverfahren dafür
US9658083B1 (en) * 2014-08-05 2017-05-23 Hermetic Switch, Inc. Axial magnetic sensor
DE102014114135A1 (de) 2014-09-29 2016-03-31 Micronas Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Kalibrierung eines Winkel-Messsystems
US10024690B2 (en) * 2015-04-14 2018-07-17 Texas Instruments Incorporated Incremental rotary encoder using hall effect sensors and magnetic detents
JP6649018B2 (ja) * 2015-09-16 2020-02-19 日本電産サンキョー株式会社 ロータリエンコーダ、およびロータリエンコーダの絶対角度位置検出方法
DE102015115588B4 (de) * 2015-09-16 2019-12-24 Robert Bosch Automotive Steering Gmbh Rotor position detection device for an electrical machine
US10393555B2 (en) * 2016-12-14 2019-08-27 Infineon Technologies Ag Calibration of an angle sensor without a need for regular rotation
US10264341B2 (en) * 2017-01-20 2019-04-16 Bose Corporation Magnetic pivot sensor for headset microphone
US10598517B2 (en) * 2017-02-14 2020-03-24 Nidec Sankyo Corporation Rotary encoder
JP2018132360A (ja) * 2017-02-14 2018-08-23 日本電産サンキョー株式会社 ロータリエンコーダ及びその絶対角度位置検出方法
JP2018132353A (ja) * 2017-02-14 2018-08-23 日本電産サンキョー株式会社 ロータリエンコーダ及びその絶対角度位置検出方法
JP2018132356A (ja) * 2017-02-14 2018-08-23 日本電産サンキョー株式会社 ロータリエンコーダ
JP2018138819A (ja) * 2017-02-24 2018-09-06 アズビル株式会社 Rotation control device
EP3412908A1 (de) * 2017-06-09 2018-12-12 Nordex Energy GmbH System für eine windenergieanlage sowie verfahren zur montage und zum betreiben einer windenergieanlage
US10627459B2 (en) * 2017-07-17 2020-04-21 Texas Instruments Incorporated Anisotropic magneto-resistive (AMR) angle sensor die comprising a plurality of AMR angle sensors
DE102018113476A1 (de) * 2018-06-06 2019-12-12 Infineon Technologies Ag Vorrichtung und verfahren zur drehmomentmessung
JP2020003254A (ja) * 2018-06-26 2020-01-09 オムロン株式会社 位置検出装置
DE102019201676A1 (de) * 2019-02-08 2020-08-13 Zf Friedrichshafen Ag Anordnung Bestimmen eines Drehwinkels und elektrische Maschine

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19835694A1 (de) * 1998-08-07 2000-02-10 Bosch Gmbh Robert Sensoranordnung zur Erfassung eines Drehwinkels und/oder eines Drehmoments
DE19955475A1 (de) * 1999-11-18 2001-06-07 Bayerische Motoren Werke Ag Vorrichtung und Verfahren zur Drehmomentmessung
DE10041090A1 (de) * 2000-08-22 2002-03-07 Bosch Gmbh Robert Verfahren zur Selbstkalibrierung eines von einem Drehmoment- und Winkelmesser gemessenen Torsionswinkels
DE10309060A1 (de) * 2003-03-03 2004-09-16 Bayerische Motoren Werke Ag Einrichtung zur Drehwinkelmessung zur Erfassung von absoluten Werten von Lenkwinkeln
EP1830155A1 (de) * 2005-02-10 2007-09-05 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Vorrichtung zur drehwinkelerfassung und verfahren zur drehwinkelkorrektur
WO2007119701A1 (ja) * 2006-04-10 2007-10-25 Panasonic Corporation 回転角度検出装置

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6045804B2 (de) * 1978-02-28 1985-10-12 Nippon Electric Co
US6191579B1 (en) * 1998-12-01 2001-02-20 Visteon Global Technologies, Inc. Rotary position sensor with redundant sensing
CA2293857A1 (en) * 2000-01-04 2001-07-04 Hui Li Sensor for sensing absolute angular position of cylindrical object
DE10122277A1 (de) * 2001-05-08 2002-11-14 Faulhaber Gmbh & Co Kg Feinmec Winkelgeber
AU2003250275B2 (en) * 2002-07-26 2008-01-31 Robert Bosch Gmbh GMR sensor element and use thereof
JP2004239670A (ja) * 2003-02-04 2004-08-26 Tokai Rika Co Ltd Rotation angle detector
US7229746B2 (en) * 2003-04-02 2007-06-12 Delphi Technologies, Inc. Printed high strength permanent magnet targets for magnetic sensors
JP4668181B2 (ja) * 2003-06-11 2011-04-13 エヌテエヌ−エス.エヌ.エール.ルルモンNtn−S.N.R.Roulements 二進数列の判別によるステアリングホイールの絶対角度位置の判定
JP2005091137A (ja) * 2003-09-17 2005-04-07 Nsk Ltd 舵角センサ
FR2861459B1 (fr) * 2003-10-22 2006-02-24 Skf Ab Systeme de mesure de rotation haute resolution absolu multitour et roulement equipe d'un tel systeme.
DE102004029815A1 (de) * 2004-06-19 2006-01-05 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Anordnung zur Korrektur eines winkel- und/oder abstandsmessenden Sensorsystems
JP2008025456A (ja) * 2006-07-21 2008-02-07 Hitachi Ltd 位相角検出装置及び該位相角検出装置を用いた内燃機関のバルブタイミング制御装置
JP4991322B2 (ja) * 2006-10-30 2012-08-01 日立オートモティブシステムズ株式会社 Gmr素子を用いた変位センサ,gmr素子を用いた角度検出センサ及びそれらに用いる半導体装置
DE102007018758B4 (de) * 2007-01-08 2019-05-29 Asm Automation Sensorik Messtechnik Gmbh Winkelsensor
US7394247B1 (en) * 2007-07-26 2008-07-01 Magic Technologies, Inc. Magnetic field angle sensor with GMR or MTJ elements

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19835694A1 (de) * 1998-08-07 2000-02-10 Bosch Gmbh Robert Sensoranordnung zur Erfassung eines Drehwinkels und/oder eines Drehmoments
DE19955475A1 (de) * 1999-11-18 2001-06-07 Bayerische Motoren Werke Ag Vorrichtung und Verfahren zur Drehmomentmessung
DE10041090A1 (de) * 2000-08-22 2002-03-07 Bosch Gmbh Robert Verfahren zur Selbstkalibrierung eines von einem Drehmoment- und Winkelmesser gemessenen Torsionswinkels
DE10309060A1 (de) * 2003-03-03 2004-09-16 Bayerische Motoren Werke Ag Einrichtung zur Drehwinkelmessung zur Erfassung von absoluten Werten von Lenkwinkeln
EP1830155A1 (de) * 2005-02-10 2007-09-05 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Vorrichtung zur drehwinkelerfassung und verfahren zur drehwinkelkorrektur
WO2007119701A1 (ja) * 2006-04-10 2007-10-25 Panasonic Corporation 回転角度検出装置
US20090058405A1 (en) * 2006-04-10 2009-03-05 Kouji Oike Rotation angle sensor

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Publication number Publication date
US20100050731A1 (en) 2010-03-04
US8024956B2 (en) 2011-09-27
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