DE102013213054A1 - Angle of rotation sensor device with redundant sensor units for determining a unique angle signal - Google Patents

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Joachim Hannappel
Csaba Györi
Jörg Dammköhler
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Drehwinkelsensorvorrichtung (1), insbesondere zum Erfassen des Rotorwinkels eines elektrischen Motors, aufweisend ein Gehäuse zum Aufnehmen von integrierten Schaltkreisen, eine Sensoreinheit (3) zum Erfassen des Rotationswinkels, und eine Auswerteeinheit (2) zum Auswerten der von der Sensoreinheit erzeugten Signale. Es sind mindestens zwei Sensoreinheiten (3, 4) im Gehäuse angeordnet, die unabhängig voneinander den Rotationswinkel erfassen, wobei mittels mindestens einer zweiten Sensoreinheit (4) ein eindeutiges Messsignal im Bereich von 0° bis 360° des Rotorwinkels erzeugbar ist.The invention relates to a rotation angle sensor device (1), in particular for detecting the rotor angle of an electric motor, comprising a housing for receiving integrated circuits, a sensor unit (3) for detecting the rotation angle, and an evaluation unit (2) for evaluating the signals generated by the sensor unit signals. At least two sensor units (3, 4) are arranged in the housing, which detect the rotation angle independently of one another, wherein a clear measuring signal in the range of 0 ° to 360 ° of the rotor angle can be generated by means of at least one second sensor unit (4).

Description

Die Erfindung betrifft eine Drehwinkelsensorvorrichtung, insbesondere zum Erfassen des Rotorwinkels eines elektrischen Motors, mit einem Gehäuse zum Aufnehmen von integrierten Schaltkreisen, einer Sensoreinheit zum Erfassen des Rotorwinkels, und einer Auswerteeinheit zum Auswerten der von der Sensoreinheit erzeugten Signale. The invention relates to a rotation angle sensor device, in particular for detecting the rotor angle of an electric motor, comprising a housing for receiving integrated circuits, a sensor unit for detecting the rotor angle, and an evaluation unit for evaluating the signals generated by the sensor unit.

Bei elektrisch unterstützten Lenkungen beispielsweise in einem Kraftfahrzeug wird ein elektrischer Motor zur Unterstützung der Lenkbewegungen des Lenkrades verwendet. Diese Systeme werden als EPS (Electric Power Steering) bezeichnet. In electrically assisted steering systems, for example in a motor vehicle, an electric motor is used to assist the steering movements of the steering wheel. These systems are referred to as EPS (Electric Power Steering).

EPS-Systeme weisen eine Steuereinheit auf, die als ECU (Electronic Control Unit) bezeichnet wird. Die ECU und/oder der Lenkmotor selbst enthalten Drehwinkelsensoren, um die aktuelle Position des Rotors zum Stator des Motors zu bestimmen. Diese Informationen werden für die korrekte Ansteuerung des Lenkmotors genutzt, die in Abhängigkeit von dem Handlenkmoment des Fahrers und weiterer Fahrzeug-Parameter, wie z. B. der Fahrzeuggeschwindigkeit, dem Lenkwinkel, berechnet wird. Gleichzeitig besteht auch die Möglichkeit, aus der Winkelinformation des Rotors, die Information über die Anzahl der Rotor- bzw. Motorumdrehungen, das Gesamtübersetzungsverhältnisses des Lenksystems, den Lenkwinkel des Fahrzeugs zu berechnen und bereitzustellen.EPS systems have a control unit called the ECU (Electronic Control Unit). The ECU and / or the steering motor itself contain rotation angle sensors to determine the current position of the rotor to the stator of the motor. This information is used for the correct control of the steering motor, which depends on the manual steering torque of the driver and other vehicle parameters such. B. the vehicle speed, the steering angle is calculated. At the same time, it is also possible to calculate and provide information about the number of rotor revolutions, the overall transmission ratio of the steering system, the steering angle of the vehicle from the angle information of the rotor.

Für Drehwinkelsensoren werden häufig Sensoren basierend auf den AMR-Effekt eingesetzt, wobei AMR-Effekt für anisotropen magnetoresistiver Effekt steht. Der AMR-Effekt beruht auf der Abhängigkeit des elektrischen Widerstands eines Stromleiters vom Winkel zwischen einem Stromfluss im Stromleiter und der Magnetisierungsrichtung eines Magneten. Der Magnet ist beispielsweise als Winkelgeber auf einem Rotor montiert, wogegen der Stromleiter benachbart dazu angeordnet ist. Der elektrische Widerstandswert lässt sich durch eine relativ einfache Beziehung beschreiben. Danach hat der Widerstand ein Maximum, wenn das Magnetfeld in Stromrichtung oder entgegen der Stromrichtung anliegt. Bei Drehung der Magnetisierung um 90° hat der Widerstand ein Minimum. Dazwischen folgt der Verlauf einer Kosinus-Funktion des Winkels zwischen Strom und Magnetisierung.For rotational angle sensors, sensors based on the AMR effect are frequently used, with the AMR effect standing for anisotropic magnetoresistive effect. The AMR effect is based on the dependence of the electrical resistance of a conductor on the angle between a current flow in the conductor and the magnetization direction of a magnet. The magnet is mounted, for example, as an angle encoder on a rotor, whereas the current conductor is arranged adjacent thereto. The electrical resistance value can be described by a relatively simple relationship. Thereafter, the resistance has a maximum when the magnetic field in the current direction or against the current direction is applied. When the magnetization is rotated by 90 °, the resistance has a minimum. In between, the course of a cosine function follows the angle between current and magnetization.

Üblicherweise werden in einem AMR-Sensorchip zwei Gruppen von Widerständen eingebracht, die zu zwei Wheatstone-Brücken verschaltet sind. Die beiden Gruppen sind räumlich in einem Winkel von 45° zueinander angeordnet, so dass das Ausgangssignal der ersten Brücke z.B. einen kosinusförmigen Verlauf des Winkels zwischen dem externen Magnetfeld und dem Sensor-Chip aufweist, wogegen die Ausgangsspannung der zweiten Gruppe hingegen einen sinusförmigen Verlauf zeigt.Usually, two groups of resistors are introduced in an AMR sensor chip, which are connected to form two Wheatstone bridges. The two groups are spatially arranged at an angle of 45 ° to each other so that the output of the first bridge is e.g. a cosinusoidal course of the angle between the external magnetic field and the sensor chip, whereas the output voltage of the second group, however, shows a sinusoidal course.

AMR-Sensoren zeichnen sich u. a. aus durch eine hohe Messgenauigkeit, was dadurch begründet ist, dass AMR-Winkelsensoren einen Messbereich von 180° aufweisen und dadurch implizit eine um den Faktor 2 höhere Messgenauigkeit aufweisen. Weitere Vorteile eines AMR Sensorchips sind Unempfindlichkeit gegenüber Schwankungen des Magnetfeldes des Sensor-Magneten, da nur die Feldrichtung, nicht jedoch die Feldstärke ausgewertet wird, Langzeitstabilität, Robustheit, und geringer Platzbedarf.AMR sensors are u. a. due to a high measuring accuracy, which is due to the fact that AMR angle sensors have a measuring range of 180 ° and thereby implicitly have a higher measuring accuracy by a factor of 2. Other advantages of an AMR sensor chip are insensitivity to fluctuations in the magnetic field of the sensor magnet, since only the field direction, but not the field strength is evaluated, long-term stability, robustness, and small footprint.

Aufgrund der Sinus- bzw. Kosinusfunktion sowie durch die Winkelbeziehung zwischen dem Magnetfeld und der Stromrichtung weisen AMR-Sensoren einen Messbereich von 180° auf. Dies bedeutet, dass eine mechanische Drehung des Rotors eines Lenkmotors um 360° in zwei Perioden eines AMR-Signals abgebildet wird. Um daher eine eindeutige Beziehung zwischen dem AMR-Sensorsignal und dem Drehwinkel des Rotors angeben zu können, werden Motoren mit geradzahligen Polpaarzahlen verwendet. Bei solchen Motoren korreliert der Winkel der Motoransteuerung eindeutig dem Winkel des Motorwinkelsensors, welcher aus den kosinus- bzw. sinusförmigen Ausgangsspannungen des AMR-Sensors berechnet wird, so dass der jeweilige Drehwinkel eines Polpaares eindeutig bestimmbar ist. Werden jedoch Motoren mit ungeradzahlige Polpaarzahlen verwendet, so geht diese eindeutige Beziehung verloren und es kommt zu Mehrdeutigkeiten bei der Ansteuerung des Motors. Due to the sine or cosine function as well as the angular relationship between the magnetic field and the current direction, AMR sensors have a measuring range of 180 °. This means that a mechanical rotation of the rotor of a steering motor is imaged by 360 ° in two periods of an AMR signal. Therefore, in order to be able to specify a unique relationship between the AMR sensor signal and the rotational angle of the rotor, even-numbered pole pair motors are used. In such motors, the angle of the motor control clearly correlates to the angle of the motor angle sensor, which is calculated from the cosine or sinusoidal output voltages of the AMR sensor, so that the respective rotation angle of a pole pair is uniquely determined. However, if motors with odd-numbered pole pairs are used, this clear relationship is lost and ambiguities in the control of the motor occur.

Es ist jedoch wünschenswert, auch Motoren mit ungeradzahligen Polpaaren einzusetzen, da diese Motoren sich durch eine geringere Vibration und Geräuschentwicklung auszeichnen und ein verbessertes Leistungsvermögen haben. However, it is desirable to also use motors with odd pole pairs, as these motors are characterized by a lower vibration and noise and have improved performance.

Darüber hinaus werden durch die ISO-Norm 26262 höhere Anforderungen an die funktionale Sicherheit von Kraftfahrzeugen gestellt, so dass ein Drehwinkelsensor für den Einsatz in Kraftfahrzeugen eine erhöhte Sicherheit gegen Ausfall aufweisen muss. In addition, the ISO standard 26262 places greater demands on the functional safety of motor vehicles, so that a rotary angle sensor for use in motor vehicles must have increased safety against failure.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Drehwinkelsensorvorrichtung aufzuzeigen, der vielseitig einsetzbar ist und eine erhöhte Zuverlässigkeit aufweist. The invention has for its object to provide a rotation angle sensor device that is versatile and has increased reliability.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch eine Drehwinkelvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Außerdem wird die Aufgabe erfindungsgemäß mit einer elektrischen Antriebsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Varianten der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.The object is achieved according to the invention by a rotary angle device with the features of claim 1. In addition, the object is achieved with an electric drive device with the features of claim 7. Advantageous embodiments, developments and variants of the invention are indicated in the subclaims.

Bei der erfindungsgemäßen Drehwinkelsensorvorrichtung wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass mindestens zwei Sensoreinheiten im Gehäuse angeordnet sind, das bevorzugterweise als Chip- bzw. IC-Gehäuse ausgebildet ist, die unabhängig voneinander den Rotorwinkel erfassen, wobei mittels mindestens einer zweiten Sensoreinheit ein eindeutiges Messsignal im Bereich von 0° bis 360° des Rotorwinkels erzeugbar ist. Der Erfindung liegt der Grundgedanke zu Grunde mittels Verwendung eines zweiten Sensors mit einem Messbereich von 0° bis 360° eine eindeutige Auswertung bzw. Deutung anderer Sensorsignale durchführen zu können. Die Verwendung von mindestens zwei Sensoreinheiten verringert die Ausfallwahrscheinlichkeit der Vorrichtung und erhöht zugleich die Genauigkeit der Messsignale.In the rotary angle sensor device according to the invention, the object is achieved in that at least two sensor units are arranged in the housing, which is preferably designed as a chip or IC housing, independently detect the rotor angle, wherein by means of at least one second sensor unit a unique measurement signal in Range of 0 ° to 360 ° of the rotor angle can be generated. The basic idea of the invention is to be able to carry out a clear evaluation or interpretation of other sensor signals by using a second sensor with a measuring range of 0 ° to 360 °. The use of at least two sensor units reduces the probability of failure of the device and at the same time increases the accuracy of the measurement signals.

In einer Ausgestaltung sieht die Erfindung vor, dass die zweite Sensoreinheit zwei Hallsensorelemente aufweist, wobei die Hallsensorelemente in einer Ebene um 90° versetzt zueinander angeordnet sind. In one embodiment, the invention provides that the second sensor unit has two Hall sensor elements, wherein the Hall sensor elements are arranged offset in a plane by 90 ° to each other.

Es ist besonders zweckmäßig, dass die Hallsensorelemente in dem Auswertechip integriert ausgebildet sind. It is particularly expedient that the Hall sensor elements are integrated in the evaluation chip.

Weiterhin zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass die erste Sensoreinheit als magnetoresistive, insbesondere anisotrope magnetoresistive Sensoreinheit ausgebildet ist und dadurch die Vorteile eines AMR-basierenden Messsystems erhalten bleiben.Furthermore, the invention is characterized in that the first sensor unit is designed as a magnetoresistive, in particular anisotropic, magnetoresistive sensor unit and thereby preserves the advantages of an AMR-based measuring system.

Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Drehwinkelsensorvorrichtung, bei der ein AMR-Sensorchip und ein Auswertechip mit integrierten Hallsensorelementen im Gehäuse angeordnet sind. Die erste Sensoreinheit, die zweite Sensoreinheit und die Auswerteeinheit oder zumindest Teile davon sind als Chips ausgebildet und innerhalb eines Chip-Gehäuses integriert ausgebildet. Die Drehwinkelsensorvorrichtung kann auf diese Weise als ein einzelnes elektronisches Bauteil ausgeführt und besonders einfach in bestehende Antriebsvorrichtungen oder dgl. integriert werden.Particularly preferred is an embodiment of the inventive rotation angle sensor device in which an AMR sensor chip and an evaluation chip with integrated Hall sensor elements are arranged in the housing. The first sensor unit, the second sensor unit and the evaluation unit or at least parts thereof are formed as chips and integrated within a chip housing. The rotation angle sensor device can thus be implemented as a single electronic component and particularly easily integrated into existing drive devices or the like.

In einer Weiterbildung sieht die Erfindung vor, dass das Messsignal der ersten Sensoreinheit unabhängig vom Messsignal der zweiten Sensoreinheit, beispielsweise an eine ECU einer mit einem Elektromotor betriebenen Servolenkungsvorrichtung, übermittelt wird, um auf diese Weise eine vollständige Redundanz der Sensorsignale zu erhalten.In a further development, the invention provides that the measurement signal of the first sensor unit is transmitted independently of the measurement signal of the second sensor unit, for example to an ECU of a power steering device operated with an electric motor, in order to obtain a complete redundancy of the sensor signals in this way.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine elektrische Antriebsvorrichtung, insbesondere für eine Lenkhilfe eines Kraftfahrzeugs, mit einem elektrischen Motor zum Aufbringen eines unterstützenden Drehmoments und mit einer Drehwinkelsensorvorrichtung gemäß der Erfindung, wobei der elektrische Motor eine ungeradzahlige Polpaarzahl aufweist.Another aspect of the invention relates to an electric drive device, in particular for a steering aid of a motor vehicle, having an electric motor for applying a supporting torque and having a rotation angle sensor device according to the invention, wherein the electric motor has an odd number of pole pairs.

Die Erfindung ist nachstehend anhand einer Zeichnung beispielhaft erläutert. Diese zeigt in The invention is explained below by way of example with reference to a drawing. This shows in

1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Drehwinkelsensorvorrichtung; 1 a schematic representation of an embodiment of a rotation angle sensor device according to the invention;

2 eine Schaltkreisdarstellung der erfindungsgemäßen Drehwinkelsensorvorrichtung; 2 a circuit diagram of the rotation angle sensor device according to the invention;

3 eine Schaltkreisdarstellung der Drehwinkelsensorvorrichtung gemäß dem Stand der Technik. 3 a circuit diagram of the rotation angle sensor device according to the prior art.

1 zeigt eine Drehwinkelsensorvorrichtung 1 insbesondere zum Erfassen eines Rotorwinkels eines elektrischen Motors. 1 shows a rotation angle sensor device 1 in particular for detecting a rotor angle of an electric motor.

Die Drehwinkelsensorvorrichtung 1 weist ein Gehäuse 5 zum Aufnehmen von integrierten Schaltkreisen, eine Sensoreinheit 3 zum Erfassen des Rotorwinkels und eine Auswerteeinheit 2 zum Auswerten der von der Sensoreinheit 3 erzeugten Signale auf. Ferner weist die Drehwinkelsensorvorrichtung 1 eine zweite Sensoreinheit 4 auf, die im Gehäuse 5 angeordnet ist und unabhängig von der ersten Sensoreinheit 3 den Rotorwinkel erfasst. Mittels der zweiten Sensoreinheit 4 ist ein eindeutiges Messsignal im Bereich von 0° bis 360° des Rotorwinkels erzeugbar. Das Gehäuse 5 ist als IC-Gehäuse und die Auswerte- sowie die Sensoreinheiten 2, 3, 4 sind als Chips ausgebildet.The rotation angle sensor device 1 has a housing 5 for receiving integrated circuits, a sensor unit 3 for detecting the rotor angle and an evaluation unit 2 for evaluating the of the sensor unit 3 generated signals. Furthermore, the rotation angle sensor device 1 a second sensor unit 4 on that in the case 5 is arranged and independent of the first sensor unit 3 detects the rotor angle. By means of the second sensor unit 4 is a clear measurement signal in the range of 0 ° to 360 ° of the rotor angle generated. The housing 5 is as an IC housing and the evaluation and the sensor units 2 . 3 . 4 are designed as chips.

Die Drehwinkelsensorvorrichtung 1 ist insbesondere für den Einsatz in einer elektrischen Lenkhilfe eines Kraftfahrzeugs mit einer elektrischen Antriebsvorrichtung geeignet. Denkbar ist aber auch die Verwendung der Drehwinkelsensorvorrichtung 1 im Zusammenhang mit anderen Anwendungen, in denen die Erfassung des Rotorwinkels des elektrischen Motors notwendig ist.The rotation angle sensor device 1 is particularly suitable for use in an electric power steering of a motor vehicle with an electric drive device. However, it is also conceivable to use the rotation angle sensor device 1 in connection with other applications in which the detection of the rotor angle of the electric motor is necessary.

Das Gehäuse 5 ist aus einem elektrisch nichtleitenden Material, beispielsweise Kunststoff, hergestellt. Innerhalb des Gehäuses 5 sind der Sensorchip und der Auswertechipangeordnet, die Verbindung zwischen den Chips und den Anschluss-Kontakten des IC-Gehäuses geschieht z. B. durch Bondverbindungen. So ist die Drehwinkelsensorvorrichtung 1 beispielsweise einfach auf einer Leiterplatine zu integrieren. Eine solche Leiterplatine könnte an einer Stirnseite des Motors angeordnet, so dass die Drehwinkelsensorvorrichtung 1 mit dem Magnetfeld eines Signalgebers auf dem Rotor zusammenwirken kann. The housing 5 is made of an electrically non-conductive material, such as plastic. Inside the case 5 are the sensor chip and the evaluation chip arranged, the connection between the chips and the terminal contacts of the IC package happens z. B. by bonds. Such is the rotation angle sensor device 1 for example, easy to integrate on a printed circuit board. Such a printed circuit board could be arranged on an end face of the motor, so that the rotation angle sensor device 1 can interact with the magnetic field of a signal generator on the rotor.

Die erste Sensoreinheit 3 ist als AMR-Sensorchip 3 und die Auswerteeinheit 2 als Auswertechip 2 ausgebildet, wobei die zweite Sensoreinheit 4 in dem Auswertechip 2 integriert ausgebildet ist. The first sensor unit 3 is as an AMR sensor chip 3 and the evaluation unit 2 as an evaluation chip 2 formed, wherein the second sensor unit 4 in the evaluation chip 2 is integrated.

Der AMR-Sensorchip 3 ist im IC-Gehäuse benachbart zur Auswerteeinheit 2 angeordnet und mittels mehrerer Bonddrähten 7 mit der Auswerteinheit 2 elektrisch verbunden. Der AMR-Sensorchip 3 weist zwei Gruppen von Widerständen 30, 31 auf, über die das Drehwinkelsignal jeweils mit einem Kosinus- und Sinus-Verlauf erzeugbar ist, vgl. 2.The AMR sensor chip 3 is in the IC housing adjacent to the evaluation unit 2 arranged and by means of several bonding wires 7 with the evaluation unit 2 electrically connected. The AMR sensor chip 3 has two groups of resistors 30 . 31 on, over which the rotation angle signal can be generated in each case with a cosine and sine curve, cf. 2 ,

Die zweite Sensoreinheit 4 weist zwei Hallsensorelemente 8, 9 auf, die in einer Ebene des Auswertechips 2 um 90° versetzt zueinander angeordnet sind, um auf diese Weise eine vertikale Hallsensoreinheit 4 zu bilden. Das vertikale Hallsensorelement 4 ist empfindlich auf ein Magnetfeld, das parallel zur Ebene der Hallsensorelemente 8, 9 verläuft. Ein üblicher Hallsensor hingegen misst die vertikale Komponente eines Magnetfeldes. Da die Magnetfeldanordnung in der Drehwinkelsensoreinrichtung 1 für die Detektion mittels einer anisotropen magnetoresistiven AMR-Sensoreinheit 3 ausgelegt ist, ist es erforderlich, dass die zweite Sensoreinheit 4 für die Messung dieser Magnetfeldanordnung ausgelegt ist. Die zweite Sensoreinheit ist weist ein in eine n-dotierten Wanne eingebettetes p-dotiertes Substrat auf. Alternativ ist es denkbar, die Sensoreinheit mit einem in einer p-dotierten Wanne eingebettetes n-dotiertes Substrat auszuführen. The second sensor unit 4 has two Hall sensor elements 8th . 9 on that in a plane of the evaluation chip 2 offset by 90 ° to each other, so as to form a vertical Hall sensor unit 4 to build. The vertical Hall sensor element 4 is sensitive to a magnetic field that is parallel to the plane of the Hall sensor elements 8th . 9 runs. A conventional Hall sensor, however, measures the vertical component of a magnetic field. Since the magnetic field arrangement in the rotation angle sensor device 1 for detection by means of an anisotropic magnetoresistive AMR sensor unit 3 is designed, it is necessary that the second sensor unit 4 is designed for the measurement of this magnetic field arrangement. The second sensor unit has a p-doped substrate embedded in an n-doped well. Alternatively, it is conceivable to design the sensor unit with an n-doped substrate embedded in a p-doped well.

Erfindungsgemäß wird die Mehrdeutigkeit der Drehwinkelmessung durch die Verwendung der zweiten redundanten Sensoreinheit 4 gelöst, dessen Sensorsignal in einem Bereich von 360° einen eindeutigen Kurvenverlauf zeigt. Durch einen Vergleich des Sensorsignals der zweiten Sensoreinheit kann damit bestimmt werden, in welcher Umdrehungsperiode das Sensorsignal der ersten Sensoreinheit 3 gerade erfasst wurde. Damit ist es möglich eine AMR-basierende Drehwinkelsensorvorrichtung auch für die Messung des Drehwinkels bei Motoren mit ungeradzahliger Polpaarzahl einzusetzen. Durch das Signal der zweiten Sensoreinheit 4 ergibt sich beispielsweise bei einem 5-poligen Rotor ein eindeutiges Sensorsignal, unabhängig davon, ob sich der Rotor in der 1. oder in der 3. Polpaarposition auf einem Kreisumlauf befindet. Die erste Sensoreinheit 3 bzw. des AMR-Sensorchips hingegen weist den Vorteil der höheren Messgenauigkeit im Vergleich zur zweiten Sensoreinheit auf, so dass der exakte Drehwinkel des Rotors zuverlässig ermittelt werden kann. Ferner stehen durch die Kombination der Signale einer AMR-Sensoreinheit 3 mit denen von vertikalen Hallsensorelementen 5, 6 stehen zwei unabhängige Winkelinformationen zur Verfügung. Hierdurch wird die funktionale Sicherheit deutlich erhöht. According to the invention, the ambiguity of the angle of rotation measurement is determined by the use of the second redundant sensor unit 4 solved, the sensor signal in a range of 360 ° shows a clear curve. By comparing the sensor signal of the second sensor unit can thus be determined in which revolution period, the sensor signal of the first sensor unit 3 was just recorded. This makes it possible to use an AMR-based rotation angle sensor device also for the measurement of the rotation angle in motors with odd number pole pair. By the signal of the second sensor unit 4 For example, in the case of a 5-pole rotor, a clear sensor signal results, irrespective of whether the rotor is in the 1 , or in the 3 , Pole pair position is located on a circular circuit. The first sensor unit 3 or the AMR sensor chip, on the other hand, has the advantage of higher measurement accuracy compared to the second sensor unit, so that the exact rotational angle of the rotor can be reliably determined. Furthermore, stand by the combination of the signals of an AMR sensor unit 3 with those of vertical Hall sensor elements 5 . 6 Two independent angle information are available. As a result, the functional safety is significantly increased.

Wie in 2 dargestellt, wird das Messsignal bzw. Sensorsignal der ersten Sensoreinheit 3 unabhängig vom Messsignal der zweiten Sensoreinheit 4 auf unterschiedlichen Signalpfaden übermittelt. Die Sensoreinheiten 3, 4 sind jeweils mit einem Verstärker 10, 11 gekoppelt, welche die Sensorsignale verstärken. Ferner wird das Sensorsignal der ersten Sensoreinheit 3 mittels einer Spannungsüberwachungseinheit 12 verifiziert. Das Ergebnis der Verifizierung wird an die Auswerteeinheit 2 übermittelt. Die Sensoreinheiten 3, 4 und weisen jeweils vollständig voneinander unabhängige Signalpfade 13, 14 auf, die erst in einer Signalverwertungseinheit 100 zusammenlaufen, bspw. eine ECU einer mit einem Elektromotor betriebenen Servolenkungsvorrichtung. Sie sind voneinander entkoppelt und jeweils unabhängig voneinander mit der Signalverwertungseinheit 100 verbunden.As in 2 is shown, the measurement signal or sensor signal of the first sensor unit 3 independent of the measuring signal of the second sensor unit 4 transmitted on different signal paths. The sensor units 3 . 4 are each with an amplifier 10 . 11 coupled, which amplify the sensor signals. Further, the sensor signal of the first sensor unit 3 by means of a voltage monitoring unit 12 Verified. The result of the verification is sent to the evaluation unit 2 transmitted. The sensor units 3 . 4 and each have completely independent signal paths 13 . 14 on, the first in a signal processing unit 100 converge, for example, an ECU of a powered with an electric motor power steering device. They are decoupled from each other and each independently with the signal processing unit 100 connected.

Im Vergleich dazu ist, wie in 3 dargestellt, nur eine Sensoreinheit 3b, bspw. ein AMR-Sensor, vorgesehen, wobei dessen Signal über zwei unterschiedliche Verstärker 10b, 11b dupliziert wird. Der Verstärker 11b gibt dann ein fiktives zweites Sensorsignal 8b, 9b aus. Dies hat zwar den Vorteil, dass bei einem Ausfall eines der Verstärker 10b, 11b das Sensorsignal weiterhin über den anderen Verstärker 10b, 11b verfügbar ist. Ein Ausfall der Sensoreinheit 3b kann das System jedoch nicht auffangen. Des Weiteren ist die Anwendung des Systems auf Motoren mit geradzahliger Polpaarzahl beschränkt.By comparison, as in 3 shown, only one sensor unit 3b , For example, an AMR sensor provided with its signal via two different amplifier 10b . 11b is duplicated. The amplifier 11b then gives a fictitious second sensor signal 8b . 9b out. Although this has the advantage that in case of failure of one of the amplifiers 10b . 11b the sensor signal continues via the other amplifier 10b . 11b is available. A failure of the sensor unit 3b however, the system can not catch it. Furthermore, the application of the system is limited to motors with even number of pole pairs.

Claims (9)

Drehwinkelsensorvorrichtung (1), insbesondere zum Erfassen eines Rotorwinkels eines elektrischen Motors, aufweisend – ein Gehäuse zum Aufnehmen von integrierten Schaltkreisen, – eine Sensoreinheit (3) zum Erfassen des Rotorwinkels, und – eine Auswerteeinheit (2) zum Auswerten der von der Sensoreinheit erzeugten Signale, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens zwei Sensoreinheiten (3, 4) im Gehäuse angeordnet sind, die unabhängig voneinander den Rotorwinkel erfassen, wobei mittels mindestens einer zweiten Sensoreinheit (4) ein eindeutiges Messsignal im Bereich von 0° bis 360° des Rotorwinkels erzeugbar ist.Rotation angle sensor device ( 1 ), in particular for detecting a rotor angle of an electric motor, comprising - a housing for accommodating integrated circuits, - a sensor unit ( 3 ) for detecting the rotor angle, and - an evaluation unit ( 2 ) for evaluating the signals generated by the sensor unit, characterized in that the at least two sensor units ( 3 . 4 ) are arranged in the housing, which independently detect the rotor angle, wherein by means of at least one second sensor unit ( 4 ) A unique measurement signal in the range of 0 ° to 360 ° of the rotor angle can be generated. Drehwinkelsensorvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Sensoreinheit (4) zwei Hallsensorelemente aufweist, wobei die Hallsensorelemente in einer Ebene um 90° versetzt zueinander angeordnet sind.Rotation angle sensor device ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the second sensor unit ( 4 ) has two Hall sensor elements, wherein the Hall sensor elements are arranged in a plane offset by 90 ° to each other. Drehwinkelsensorvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hallsensorelemente (4) in der Auswerteeinheit (2) integriert ausgebildet sind. Angle of rotation sensor device according to one of the preceding claims, characterized in that the Hall sensor elements ( 4 ) in the evaluation unit ( 2 ) are integrated. Drehwinkelsensorvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine erste Sensoreinheit (3) als magnetoresistive, insbesondere anisotrope magnetoresistive Sensoreinheit ausgebildet ist.Angle of rotation sensor device according to one of the preceding claims, characterized in that at least one first sensor unit ( 3 ) is designed as a magnetoresistive, in particular anisotropic magnetoresistive sensor unit. Drehwinkelsensorvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein AMR-Sensorchip (3) und ein Auswertechip mit integrierten Hallsensorelementen (4) im Gehäuse angeordnet sind. Angle of rotation sensor device according to one of the preceding claims, characterized in that an AMR sensor chip ( 3 ) and an evaluation chip with integrated Hall sensor elements ( 4 ) are arranged in the housing. Drehwinkelsensorvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Messsignal der ersten Sensoreinheit (3) unabhängig vom Messsignal der zweiten Sensoreinheit übermittelt wird.Angle of rotation sensor device according to one of the preceding claims, characterized in that the measurement signal of the first sensor unit ( 3 ) is transmitted independently of the measurement signal of the second sensor unit. Elektrische Antriebsvorrichtung, insbesondere für eine Lenkhilfe eines Kraftfahrzeugs, mit einem elektrischen Motor zum Aufbringen eines unterstützenden Drehmoments und mit einer Drehwinkelsensorvorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche.Electric drive device, in particular for a steering aid of a motor vehicle, having an electric motor for applying a supporting torque and having a rotation angle sensor device ( 1 ) according to any one of the preceding claims. Elektrische Antriebsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Motor eine ungeradzahlige Polpaarzahl aufweist.Electric drive device according to claim 6, characterized in that the electric motor has an odd number of pole pairs. Lenkhilfe eines Kraftfahrzeugs mit einer elektrischen Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 und 8.Power steering of a motor vehicle with an electric drive device according to one of claims 7 and 8.
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19539458A1 (en) * 1995-10-24 1997-04-30 Bosch Gmbh Robert Self-testing Hall sensor, e.g for vehicle steering angle monitor
JPH11237395A (en) * 1998-02-23 1999-08-31 Honda Motor Co Ltd Rotary sensor and magnetic detection ic for rotary sensor
EP1547907B1 (en) * 2003-12-22 2006-08-23 Ford Global Technologies, LLC, A subsidary of Ford Motor Company Steering angle sensor and method for examining a steering angle sensor on the presence of a malfunctioning
EP2053363A2 (en) * 2007-10-24 2009-04-29 Continental Automotive GmbH Device for calculating the revolutions of a shaft
US20100109654A1 (en) * 2006-10-04 2010-05-06 Erwin Schneider Method for Manufacturing a Mounting Element with an Angle Sensor
EP2050658B1 (en) * 2007-10-17 2012-02-01 Continental Automotive GmbH Steering system

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19539458A1 (en) * 1995-10-24 1997-04-30 Bosch Gmbh Robert Self-testing Hall sensor, e.g for vehicle steering angle monitor
JPH11237395A (en) * 1998-02-23 1999-08-31 Honda Motor Co Ltd Rotary sensor and magnetic detection ic for rotary sensor
EP1547907B1 (en) * 2003-12-22 2006-08-23 Ford Global Technologies, LLC, A subsidary of Ford Motor Company Steering angle sensor and method for examining a steering angle sensor on the presence of a malfunctioning
US20100109654A1 (en) * 2006-10-04 2010-05-06 Erwin Schneider Method for Manufacturing a Mounting Element with an Angle Sensor
EP2050658B1 (en) * 2007-10-17 2012-02-01 Continental Automotive GmbH Steering system
EP2053363A2 (en) * 2007-10-24 2009-04-29 Continental Automotive GmbH Device for calculating the revolutions of a shaft

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
NXP Semiconductors N.V.: KMA220 Dual channel programmable angle sensor. Rev. 2. Eindhoven, Niederlande, 9 April 2013 (KMA220). - Firmenschrift. http://www.nxp.com/documents/data_sheet/KMA220.pdf [abgerufen am 18.12.2013] *
Sick-Stegmann: Hiperface Beschreibung. Donaueschingen, 03.05 (8 010 701/03-05 MD/1/XXXX). Seite 11. - Firmenschrift. http://www.stegmann.com/product/servo/datasheets/1045.pdf [abgerufen am 07.11.2013]
Sick-Stegmann: Hiperface Beschreibung. Donaueschingen, 03.05 (8 010 701/03-05 MD/1/XXXX). Seite 11. - Firmenschrift. http://www.stegmann.com/product/servo/datasheets/1045.pdf [abgerufen am 07.11.2013] *

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