DE102014113374A1

DE102014113374A1 - Magnetpositionssensor und Erfassungsverfahren

Info

Publication number: DE102014113374A1
Application number: DE102014113374.9A
Authority: DE
Inventors: Udo Ausserlechner
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2014-09-17
Filing date: 2014-09-17
Publication date: 2016-03-17
Anticipated expiration: 2034-09-18
Also published as: CN105424065A; DE102014113374B4; CN105424065B; US9903741B2; US20160076910A1

Abstract

Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung betreffen einen Magnetpositionssensor (100; 200). Der Magnetpositionssensor (100; 200) weist eine Magnetfeldquelle (110; 210) mit mindestens einem auf einer ersten Oberfläche angeordneten ersten mehrpoligen Magnetstreifen (120-1; 220-1) und mit mindestens einem auf einer zweiten Oberfläche senkrecht zur ersten Oberfläche angeordneten zweiten mehrpoligen Magnetstreifen (120-2; 220-2) auf. Der erste und der zweite mehrpolige Magnetstreifen sind in einer festen relativen Position zueinander angeordnet und umfassen verschiedene Anzahlen von Magnetpolen (130; 132; 230; 232) entlang einer gemeinsamen Länge.

Description

Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung betreffen allgemein Sensoren und insbesondere Magnetpositionssensoren.
Hintergrund
In verschiedenen Anwendungen besteht eine Notwendigkeit für eine präzise, wiederholbare und zuverlässige Messung von linearer und/oder Drehbewegung und Position. Beispielsweise können Magnetsensoren für solche lineare und/oder Drehbewegung und Positionserfassung verwendet werden. Zu diesem Zweck können ein oder mehrere Permanentmagnete an einem Ziel angebracht werden, und das von dem einen oder den mehreren Permanentmagneten resultierende Magnetfeld kann von einem oder mehreren Magnetsensoren gemessen werden.
Einige Magnetpositionssensoren verwenden sogenannte mehrpolige Magnetstreifen (Multipolstreifen). Ein mehrpoliger Magnetstreifen liefert abwechselnde Nord- und Südpole über die Länge des Streifens. Ein resultierendes wechselndes Magnetfeld über die Länge des Streifens kann auch ermöglichen, dass ein Sensor seine Position entlang des Magnetstreifens liest und identifiziert. Beispielsweise können mehrpolige Permanentmagnetcodierer für die Raddrehzahlerfassung in Kraftfahrzeugsystemen verwendet werden.
Herkömmliche Lösungen für die Positionserfassung unter Verwendung von Magnetsensoren sind jedoch mit Nachteilen behaftet. Einige Lösungen besitzen nicht die Fähigkeit zum Erfassen der Position in mehreren Dimensionen. Andere sind nicht präzise und/oder erfordern mathematisch komplexe Berechnungen, die mit einem begrenzten Siliziumbereich schwierig auszuführen sind.
Deshalb besteht ein Bedarf nach verbesserten Magnetpositionssensoren, Erfassungssystemen und Verfahren.
Kurze Darstellung der Erfindung
Einige Vereinfachungen können in der folgenden kurzen Darstellung vorgenommen werden, die einige Aspekte der verschiedenen Ausführungsbeispiele hervorheben und einführen soll, jedoch sollen solche Vereinfachungen den Schutzbereich von Ausführungsformen nicht beschränken. Detaillierte Beschreibungen von bevorzugten Ausführungsbeispielen, die adäquat sind, damit der Durchschnittsfachmann die erfindungsgemäßen Konzepte herstellen und verwenden kann, folgen in späteren Abschnitten.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Magnetpositionssensor bereitgestellt. Der Magnetpositionssensor umfasst eine Magnetfeldquelle mit mindestens einem auf einer ersten Oberfläche angeordneten mehrpoligen Magnetstreifen (Multipolstreifen) und mit mindestens einem auf einer zweiten Oberfläche, die senkrecht zur ersten Oberfläche verläuft, angeordneten zweiten mehrpoligen Magnetstreifen (Multipolstreifen). Der erste und der zweite mehrpolige Magnetstreifen sind in einer festen relativen Position zueinander angeordnet. Sie umfassen verschiedene Anzahlen von Magnetpolen oder Polpaaren entlang einer gemeinsamen Länge entsprechend einem gemeinsamen Auslenkungs- oder Fahrweg.
Bei einigen Ausführungsformen erstreckt sich der erste mehrpolige Magnetstreifen in einer ersten Richtung, und der zweite mehrpolige Magnetstreifen erstreckt sich in einer zweiten Richtung parallel oder kollinear zu der ersten Richtung.
Bei einer Ausführungsform erstrecken sind der erste und der zweite mehrpolige Magnetstreifen beide linear auf oder in ihren jeweiligen Oberflächen. Hier können die erste und die zweite Oberfläche jeweils planare Oberflächen sein.
Bei einer weiteren Ausführungsform erstrecken sich sowohl der erste als auch der zweite mehrpolige Magnetstreifen kreisförmig. Hier kann mindestens eine der ersten oder der zweiten Oberfläche eine gekrümmte oder gebogene Oberfläche sein, zum Beispiel eine zylindrische Oberfläche.
Bei einigen Ausführungsformen besitzen die Magnetpole einer gleichen magnetischen Polarität (d.h. „Nord“ oder „Süd“) oder mindestens Polpaare des ersten und des zweiten mehrpoligen Magnetstreifens jeweilige gleiche geometrische Abmessungen. Auf diese Weise kann ein regelmäßiges periodisches Magnetfeld für den ersten bzw. den zweiten mehrpoligen Magnetstreifen erzielt werden. Aufgrund der verschiedenen Anzahlen von Magnetpolen oder Polpaaren entlang der gemeinsamen Länge sind die räumlichen Perioden der Magnetfelder des ersten und des zweiten mehrpoligen Magnetstreifens verschieden.
Bei einer Ausführungsform differieren die Anzahlen von Magnetpolpaaren entlang des Fahrwegs zwischen dem ersten und dem zweiten mehrpoligen Magnetstreifen um eins.
Bei einigen Ausführungsformen können der erste und/oder der zweite mehrpolige Magnetstreifen auf mindestens einem ferromagnetischen Substrat angeordnet sein. Zusätzlich oder alternativ können der erste und/oder der zweite mehrpolige Magnetstreifen zwischen zwei ferromagnetischen Abschirmungen angeordnet sein.
Bei einigen Ausführungsformen kann die Magnetfeldquelle, die den ersten und den zweiten mehrpoligen Magnetstreifen aufweist, relativ zu mindestens einem Magnetfeldsensor bewegt werden.
Bei einigen Ausführungsformen kann der Magnetpositionssensor weiterhin ein erstes Magnetfeldsensorelement aufweisen, das für eine erste Richtungskomponente eines Magnetfelds empfindlich ist, das von der Magnetfeldquelle generiert wird, die den ersten und zweiten mehrpoligen Streifen aufweist. Der Magnetpositionssensor kann weiterhin ein zweites Magnetfeldsensorelement aufweisen, das für eine zweite Richtungskomponente des Magnetfelds empfindlich ist, das von der Magnetfeldquelle generiert wird. Die erste und die zweite Magnetfeldrichtungskomponente können senkrecht zueinander verlaufen.
Bei einer Ausführungsform kann das erste Magnetfeldsensorelement an einem ersten Erfassungsort angeordnet sein, wo ein von dem zweiten mehrpoligen Streifen generiertes Magnetfeld eine vernachlässigbare erste Richtungskomponente besitzt. Das zweite Magnetfeldsensorelement kann an einem zweiten Erfassungsort angeordnet sein, wo das von dem ersten mehrpoligen Streifen generierte Magnetfeld eine vernachlässigbare zweite Richtungskomponente besitzt. Hier kann der Ausdruck „vernachlässigbar“ als unter einem vordefinierten Schwellwert oder als im Wesentlichen null verstanden werden. Bei einigen Ausführungsformen sind die Erfassungsorte für das erste und das zweite Magnetfeldsensorelement gleich.
Bei einigen Ausführungsformen verlaufen die erste und zweite Magnetfeldrichtungskomponente senkrecht zu einer relativen Bewegungsrichtung zwischen dem oder den Magnetfeldsensorelementen und der Magnetfeldquelle.
Bei einigen Ausführungsformen kann der Magnetpositionssensor weiterhin ein Prozessormodul aufweisen, das konfiguriert ist zum Bestimmen einer Position der Magnetfeldquelle, beispielsweise relativ zu einem Erfassungsort, auf der Basis eines Vergleichs oder einer Kombination von erfassten oder gemessenen ersten und zweiten Magnetfeldrichtungskomponenten.
Bei einigen Ausführungsformen können sich der oder die Erfassungsorte des oder der Magnetfeldsensorelemente an oder nahe bei einer Kreuzung einer ersten Symmetrieebene des ersten mehrpoligen Magnetstreifens und einer zweiten Symmetrieebene des zweiten mehrpoligen Magnetstreifens befinden. Dabei kann die erste Symmetrieebene senkrecht zur ersten Oberfläche und parallel oder konzentrisch zur zweiten Oberfläche verlaufen, während die zweite Symmetrieebene senkrecht zur zweiten Oberfläche und parallel oder konzentrisch zur ersten Oberfläche verlaufen kann.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Magnetpositionssensorsystem bereitgestellt. Das Magnetpositionssensorsystem weist eine Magnetfeldquelle mit mindestens einem ersten mehrpoligen Magnetstreifen auf, der auf einer ersten Oberfläche angeordnet ist und sich in einer ersten Richtung erstreckt. Die Magnetfeldquelle weist auch mindestens einen zweiten mehrpoligen Magnetstreifen auf, der auf einer zweiten Oberfläche senkrecht zur ersten Oberfläche angeordnet ist und sich in einer zweiten Richtung parallel zur ersten Richtung erstreckt. Der erste und der zweite mehrpolige Magnetstreifen umfassen verschiedene Anzahlen von Magnetpolen entlang einer gemeinsamen Länge. Der Magnetpositionssensor weist weiterhin ein Magnetfeldsensormodul an einem Erfassungsort auf. Das Magnetfeldsensormodul umfasst eine erste Magnetfeldsensoreinheit, die konfiguriert ist zum Messen einer ersten Richtungskomponente eines am Erfassungsort von der Magnetfeldquelle bewirkten Magnetfelds und eine zweite Magnetfeldsensoreinheit, die konfiguriert ist zum Messen einer zweiten Richtungskomponente des am Erfassungsort von der Magnetfeldquelle bewirkten Magnetfelds. Die erste und die zweite Richtungsmagnetfeldkomponente verlaufen senkrecht zueinander.
Bei einer Ausführungsform beispielsweise erstrecken sich zum Messen einer linearen Bewegung und/oder Position sowohl der erste als auch der zweite mehrpolige Magnetstreifen linear auf ihren jeweiligen Oberflächen. Bei einer weiteren Ausführungsform beispielsweise erstrecken sich zum Messen einer Drehbewegung und/oder Position sowohl der erste als auch der zweite mehrpolige Magnetstreifen kreisförmig. Hier können die detektierte erste und zweite Magnetfeldrichtungskomponente senkrecht zu einer Drehbewegung des ersten und des zweiten mehrpoligen Magnetstreifens verlaufen.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Erfassungsverfahren bereitgestellt. Das Verfahren weist das Bereitstellen eines überlagerten Magnetfelds auf durch Anordnen mindestens eines ersten mehrpoligen Magnetstreifens auf einer ersten Oberfläche und durch Anordnen mindestens eines zweiten mehrpoligen Magnetstreifens auf einer zweiten Oberfläche senkrecht zur ersten Oberfläche. Dabei sind der erste und der zweite mehrpolige Magnetstreifen mit verschiedenen Anzahlen von Magnetpolen oder Polpaaren entlang einer gemeinsamen Länge vorgesehen. Das Verfahren weist weiterhin das Messen einer ersten Komponente des überlagerten Magnetfelds an einem Erfassungsort und das Detektieren einer zweiten Komponente des überlagerten Magnetfelds am Erfassungsort auf.
Bei einigen Ausführungsformen weist das Bereitstellen des überlagerten Magnetfelds das Anordnen des ersten mehrpoligen Magnetstreifens an einer festen Position relativ zum zweiten mehrpoligen Magnetstreifen und das Bewegen des ersten und des zweiten mehrpoligen Magnetstreifens in einer gemeinsamen Richtung relativ zu dem oder den Erfassungsorten auf.
Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren weiterhin das Bestimmen eines Orts des ersten und/oder des zweiten mehrpoligen Magnetstreifens relativ zum Erfassungsort durch Kombinieren oder Vergleichen der gemessenen ersten und zweiten Magnetfeldkomponente oder durch Kombinieren von Signalen, die die Messungen anzeigen.
Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Messen der ersten und/oder der zweiten Komponente das Messen der ersten und/oder zweiten Komponente an oder zumindest bei einer Kreuzung einer ersten Symmetrieebene des ersten mehrpoligen Magnetstreifens und einer zweiten Symmetrieebene des zweiten mehrpoligen Magnetstreifens.
Einige Ausführungsformen umfassen eine digitale Schaltungsanordnung, die innerhalb einer Magnetpositionssensoreinrichtung installiert ist, zum Durchführen der jeweiligen oben erwähnten Verfahren. Eine derartige digitale Steuerschaltungsanordnung, zum Beispiel ein digitaler Signalprozessor (DSP), ein feldprogrammierbares Gatearray (FPGA), eine applikationsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) oder ein Allzweckprozessor, müssen entsprechend programmiert werden. Somit stellen noch weitere Ausführungsformen auch ein Computerprogramm mit einem Programmcode zum Ausführen von Ausführungsformen des Verfahrens bereit, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer programmierbaren Hardwarevorrichtung ausgeführt wird.
Kurze Beschreibung der Figuren
Einige Ausführungsformen von Einrichtungen und/oder Verfahren werden unten lediglich beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren beschrieben. Es zeigen
1 schematisch einige Teile eines Magnetpositionssensorsystems gemäß einer ersten Ausführungsform;
2 einige Teile eines Magnetpositionssensorsystems gemäß einer zweiten Ausführungsform;
3 einen beispielhaften Verlauf der Magnetfeldstärke über einem Drehwinkel;
4 schematisch ein abgeschirmtes Magnetpositionssensorsystem und
5 ein Flussdiagramm eines beispielhaften Erfassungsverfahrens.
Beschreibung von Ausführungsformen
Es werden nun unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen, in denen einige Ausführungsbeispiele dargestellt sind, verschiedene Ausführungsbeispiele ausführlicher beschrieben.
Während Ausführungsformen zu verschiedene Modifikationen und alternativen Formen fähig sind, werden dementsprechend Ausführungsformen beispielhaft und in Zeichnungen gezeigt und werden hier ausführlich beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass Ausführungsbeispiele nicht auf die offenbarten bestimmten Formen beschränkt sein sollen, im Gegenteil sollen Ausführungsformen alle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen abdecken, die in den Schutzbereich der Ansprüche fallen. Gleiche Zahlen beziehen sich in der Beschreibung der Figuren durchweg auf gleiche Elemente. Es versteht sich, dass hier zwar zum Beschreiben verschiedener Elemente die Ausdrücke erster, zweiter usw. verwendet werden können, diese Elemente jedoch nicht durch diese Ausdrücke begrenzt werden sollten. Diese Ausdrücke werden nur verwendet, um ein Element von einem anderen zu unterscheiden. Beispielsweise könnte ein erstes Element als ein zweites Element bezeichnet werden und analog könnte ein zweites Element als ein erstes Element bezeichnet werden, ohne vom Schutzbereich von Ausführungsbeispielen abzuweichen. Wie hierin verwendet, beinhaltet der Ausdruck „und/oder“ beliebige und alle Kombinationen aus einem oder mehreren der assoziierten aufgeführten Elemente.
Es versteht sich, dass, wenn ein Element als mit einem anderen Element „verbunden“ oder „gekoppelt“ bezeichnet wird, es direkt mit dem anderen Element verbunden oder gekoppelt sein kann oder dazwischenliegende Elemente vorliegen können. Wenn im Gegensatz ein Element als mit einem anderen Element „direkt verbunden“ oder „direkt gekoppelt“ bezeichnet wird, liegen keine dazwischenliegenden Elemente vor. Andere Wörter, mit denen die Beziehung zwischen Elementen beschrieben wird, sollten auf ähnliche Weise ausgelegt werden (z.B. „zwischen“ gegenüber „direkt zwischen“, „bei“ gegenüber „direkt bei“ usw.).
Die hierin verwendete Terminologie dient nur dem Zweck des Beschreibens bestimmter Ausführungsformen und soll Ausführungsformen nicht beschränken. Wie hierin verwendet, sollen die Singularformen „ein/eine/einer“ und „der/die/das“ auch die Pluralformen aufweisen, sofern der Kontext nicht deutlich etwas anderes angibt. Es versteht sich weiterhin, dass die Ausdrücke „umfasst“, „umfassend“, „aufweist“ und/oder „aufweisend“, wenn sie hierin verwendet werden, das Vorliegen angegebener Merkmale, ganzer Zahlen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Komponenten spezifizieren, das Vorliegen oder das Hinzufügen eines oder mehrerer anderer Merkmale, ganzer Zahlen, Schritte, Operationen, Elemente, Komponenten und/oder einer Gruppe davon jedoch nicht ausschließen.
Es sei auch angemerkt, dass in einigen alternativen Implementierungen die erwähnten Funktionen/Handlungen außerhalb der in den Figuren erwähnten Reihenfolge auftreten können. Beispielsweise können in einer Reihenfolge gezeigte Figuren tatsächlich im Wesentlichen gleichzeitig ausgeführt werden oder können manchmal in der umgekehrten Reihenfolge ausgeführt werden, je nach der involvierten Funktionalität oder den involvierten Handlungen.
Sofern nicht anderweitig definiert, besitzen alle Ausdrücke (einschließlich technischer und wissenschaftlicher Ausdrücke), die hierin verwendet werden, die gleich Bedeutung, wie sie üblicherweise vom Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet, zu dem Ausführungsbeispiele gehören, verstanden wird. Es ist weiterhin zu verstehen, dass Ausdrücke, z.B. jene in üblicherweise verwendeten Wörterbüchern definierten, so ausgelegt werden sollten, dass sie eine Bedeutung besitzen, die mit ihrer Bedeutung im Kontext des relevanten Stands der Technik übereinstimmt, und nicht in einem idealisierten oder überformalen Sinne ausgelegt werden, sofern nicht hier ausdrücklich definiert.
Abschnitte von Ausführungsbeispielen und einer entsprechenden detaillierten Beschreibung können bezüglich Software oder Algorithmen und symbolischen Darstellungen einer Operation von Datenbits innerhalb eines Computerspeichers dargelegt werden. Diese Beschreibungen und Darlegungen sind diejenigen, über die Durchschnittsfachleute effektiv das Wesen ihrer Arbeit anderen Fachleuten übermitteln. Ein Algorithmus, wie der Ausdruck hier verwendet wird und wie er allgemein verwendet wird, wird als eine in sich stimmige Sequenz von Schritten verstanden, die zu einem gewünschten Ergebnis führen. Diese Schritte sind jene, die physikalische Manipulationen von physikalischen Größen erfordern. Diese Größen liegen üblicherweise, wenngleich nicht notwendigerweise, in der Form optischer, elektrischer oder magnetischer Signale vor, die gespeichert, transferiert, kombiniert, verglichen und anderweitig manipuliert werden können.
Es hat sich gelegentlich als zweckmäßig erwiesen, hauptsächlich aus Gründen des üblichen Gebrauchs, diese Signale als Bits, Werte, Elemente, Symbole, Zeichen, Ausdrücke, Zahlen und dergleichen zu bezeichnen.
In der folgenden Beschreibung werden veranschaulichende Ausführungsformen unter Bezugnahme auf Handlungen und symbolische Darstellungen von Operationen (z.B. in Form von Flussdiagrammen) beschrieben, die als Programmmodule oder als Funktionsprozesse implementiert werden können, die Routinen, Programme, Objekte, Komponenten, Datenstrukturen usw. aufweisen, die bestimmte Aufgaben ausführen oder bestimmte abstrakte Datentypen implementieren oder implementiert werden können unter Verwendung von existierender Hardware an existierenden Netzwerkelementen oder Steuerknoten. Solche existierende Hardware kann eine oder mehrere CPUs (Central Processing Units), digitale Signalprozessoren (DSPs), applikationsspezifische integrierte Schaltungen, feldprogrammierbare Gatearrays (FPGAs), Computer oder dergleichen aufweisen.
Sofern nicht spezifisch anderweitig angegeben oder aus der Erörterung offensichtlich ist, beziehen sich Ausdrücke wie etwa „Verarbeiten“ oder „Berechnen“ oder „Kalkulieren“ oder „Bestimmen“ oder „Anzeigen“ oder dergleichen auf die Handlung und Prozesse eines Computersystems oder einer ähnlichen elektronischen Rechenvorrichtung, die Daten, die als physikalische, elektronische Größen innerhalb von Registern und Speichern des Computersystems dargestellt sind, manipuliert und in andere Daten transformiert, die analog als physikalische Größen innerhalb der Computersystemspeicher oder -register oder anderer solcher Informationsablage-, Übertragungs- oder Displayvorrichtungen dargestellt sind.
Wie hierin offenbart, kann der Ausdruck „Ablagemedium“, „Ablageeinheit“ oder „computerlesbares Ablagemedium“ eine oder mehrere Vorrichtungen zum Speichern von Daten darstellen, einschließlich Festwertspeicher (ROM), Direktzugriffsspeicher (RAM), magnetischer RAM, Kernspeicher, magnetische Plattenablagemedien, optische Ablagemedien, Flash-Speicher-Vorrichtungen und/oder andere dingliche maschinenlesbare Medien zum Speichern von Informationen. Der Ausdruck „computerlesbares Medium“ kann unter anderem tragbare oder feste Ablagevorrichtungen, optische Ablagevorrichtungen und verschiedene andere Medien beinhalten, die eine oder mehrere Anweisungen und/oder Daten speichern, enthalten oder führen können.
Weiterhin können Ausführungsbeispiele oder zumindest Teile davon durch Hardware, Software, Firmware, Middleware, Microcode, Hardwarebeschreibungssprachen oder eine beliebige Kombination davon implementiert werden. Bei Implementierung in Software, Firmware, Middleware oder Microcode können der Programmcode oder Codesegmente, die die notwendigen Aufgaben ausführen sollen, in einem maschinen- oder computerlesbaren Medium wie etwa einem computerlesbaren Ablagemedium gespeichert werden. Bei Implementieren in Software führen ein oder mehrere Prozessoren die erforderlichen Aufgaben aus.
Ein Codesegment kann eine Prozedur, eine Funktion, ein Unterprogramm, ein Programm, eine Routine, eine Unterroutine, ein Modul, ein Softwarepaket, eine Klasse oder beliebige Kombination von Anweisungen, Datenstrukturen oder Programmaussagen darstellen. Ein Codesegment kann an ein anderes Codesegment oder eine Hardwareschaltung gekoppelt werden durch Weiterleiten und/oder Empfang von Informationen, Daten, Argumenten, Parametern und Speicherinhalten. Informationen, Argumente, Parameter, Daten usw. können über beliebige geeignete Mittel weitergeleitet, weitergegeben oder übertragen werden, einschließlich gemeinsamer Speichermessung, Nachrichtenweiterleitung, Token-Weiterleitung, Netzwerkübertragung usw.
1 zeigt schematisch Teile eines Magnetpositionssensors 100.
Der Magnetpositionssensor 100 weist eine Magnetfeldquelle 110 auf, die mindestens einen auf einer ersten Oberfläche angeordneten ersten mehrpoligen Magnetstreifen (Multipolstreifen) 120-1 umfasst und mindestens einen auf einer zweiten Oberfläche, die senkrecht zur ersten Oberfläche verläuft, angeordneten zweiten mehrpoligen Magnetstreifen (Multipolstreifen) 120-2 umfasst. In der dargestellten beispielhaften Implementierung entspricht die erste Oberfläche einer x-z-Ebene (y = konstant) parallel zu der Ebene, die durch die x- und z-Achse eines kartesischen Koordinatensystems aufgespannt wird, während die zweite Oberfläche einer x-y-Ebene (z = konstant) parallel zu der Ebene entspricht, die von der x- und y-Achse des kartesischen Koordinatensystems aufgespannt wird. Gemäß Ausführungsformen sind der erste mehrpolige Magnetstreifen 120-1 und der zweite mehrpolige Magnetstreifen 120-2 an einer festen relativen Position zueinander angeordnet oder installiert und umfassen verschiedene Anzahlen von Magnetpolen 130-1, 132-1, 130-2, 132-2 oder Polpaare entlang einer gemeinsamen Länge entsprechend einem gemeinsamen Auslenkungs- oder Fahrweg. Hier bezeichnen die Bezugszeichen 130-1 und 130-2 jeweilige magnetische Nordpole, während die Bezugszeichen 132-1 und 132-2 jeweilige magnetische Südpole bezeichnen. Dazu kann sich eine Anzahl kleiner Permanentmagnete entlang ihrer jeweiligen linearen Erstreckung befinden. Je höher die Anzahl, umso höher kann eine potentielle Auflösung des Magnetpositionssensors 100 sein.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel von 1 kann die Magnetfeldquelle 110, die den ersten und den zweiten mehrpoligen Magnetstreifen 120-1 und 120-2 aufweist, relativ zu mindestens einem Magnetfeldsensor 140 linear bewegt werden, der konfiguriert ist zum Erfassen verschiedener Magnetfeldkomponenten eines durch den ersten und den zweiten mehrpoligen Magnetstreifen 120-1 und 120-2 generierten überlagerten Magnetfelds. Ein möglicher Ort des Magnetfeldsensors 140 kann sich bei oder mindestens nahe einer Kreuzung 150 einer ersten Symmetrieebene SE1 des ersten mehrpoligen Magnetstreifens 120-1 und einer zweiten Symmetrieebene SE2 des zweiten mehrpoligen Magnetstreifens 120-2 befinden, d.h. der x-Achse in dem Ausführungsbeispiel von 1. Dabei verläuft die erste Symmetrieebene SE1 (z.B. die Ebene z = 0) senkrecht zur ersten Oberfläche des ersten mehrpoligen Magnetstreifens 120-1 und parallel zur zweiten Oberfläche des zweiten mehrpoligen Magnetstreifens 120-2, während die zweite Symmetrieebene SE2 (z.B. die Ebene y = 0) senkrecht zur zweiten Oberfläche des zweiten mehrpoligen Magnetstreifens 120-2 und parallel zur ersten Oberfläche des ersten mehrpoligen Magnetstreifens 120-1 verläuft. Die Kreuzungslinie von SE1 und SE2 (z.B. die x-Achse mit y = z = 0) entspricht der Bewegungsrichtung der Magnetfeldquelle 110.
Bei der beispielhaften Implementierung von 1 erstrecken sich beide mehrpoligen Magnetstreifen 120-1 und 120-2 linear (gerade) und parallel in x-Richtung. Insbesondere besitzt der erste mehrpolige Magnetstreifen 120-1 eine Haupterstreckung in einer ersten Richtung parallel zur x-Achse, und der zweite mehrpolige Magnetstreifen 120-2 besitzt eine Haupterstreckung in einer zweiten Richtung parallel zu der ersten Richtung, somit ebenfalls also parallel zur x-Achse. Die planaren Oberflächen, in denen die mehrpoligen Magnetstreifen 120-1 und 120-2 angeordnet sind, beispielsweise die x-z-Ebene (y = konstant) für den Streifen 120-1 und die x-y-Ebene (z = konstant) für den Streifen 120-2, verlaufen zumindest im Wesentlichen senkrecht zueinander. Der Fachmann versteht, dass geringfügige Abweichungen von der Rechtwinkligkeit aufgrund typischer Herstellungstoleranzen auftreten können. Geometrische Abmessungen für die mehrpoligen Magnetstreifen 120-1 und 120-2 können von der Anwendung des Magnetpositionssensors 100 abhängen. Bei einigen Anwendungen jedoch könnte ihre jeweilige Länge in der x-Richtung mehrere cm betragen, während ihre jeweilige Breite und Höhe im mm-Bereich liegen könnten, als Beispiel. Bei einigen Ausführungsformen können die mehrpoligen Magnetstreifen 120-1 und 120-2 in enger Nähe zueinander angeordnet sein.
Die mehrpoligen Streifen 120-1 und 120-2, die sich beide in x-Richtung erstrecken, generieren beide jeweils ein Magnetfeld B mit der folgenden räumlichen Charakteristik: B_x ~ sin(2πx/λ) B_y ~ cos(2πx/λ) B_z ~ cos(2πx/λ)
Hier bezeichnen B_x, B_y und B_z die jeweiligen orthogonalen Komponenten des Magnetfelds B in der x-, y- und z-Richtung, und λ bezeichnet die räumliche Periodenlänge (oder Wellenlänge) der jeweiligen Magnetfeldrichtungskomponenten B_x, B_y und B_z. Dabei hängt λ von den jeweiligen Magnetpolmustern ab, d.h. den geometrischen Abmessungen der jeweiligen Pole 130, 132.
In der x-z-Ebene (z.B. durch y = 0 definiert) und als Symmetrieebene SE2 im unteren Abschnitt von 1 bezeichnet, verschwindet die durch den mehrpoligen Magnetstreifen 120-2 verursachte B_y-Feldkomponente im Wesentlichen für alle Positionen von x und z. Idealerweise kann somit eine in der x-z-Ebene SE2 gemessene B_y-Feldkomponente eindeutig mit dem mehrpoligen Magnetstreifen 120-1 assoziiert sein. In der x-y-Ebene (z.B. durch z = 0 definiert) und als Symmetrieebene SE1 im unteren Abschnitt von 1 bezeichnet, verschwindet die durch den mehrpoligen Magnetstreifen 120-1 bewirkte B_z-Feldkomponente im Wesentlichen für alle Positionen von x und y. Idealerweise kann somit eine in der x-y-Ebene SE1 gemessene B_z-Feldkomponente eindeutig mit dem mehrpoligen Magnetstreifen 120-2 assoziiert werden. Mit anderen Worten können an einer Kreuzung von SE1 und SE2, zum Beispiel entsprechend der x-Achse, gemessene B_y-Feldkomponenten mit dem ersten mehrpoligen Magnetstreifen 120-1 assoziiert werden, während B_z-Feldkomponenten mit dem zweiten mehrpoligen Magnetstreifen 120-2 assoziiert werden können. Aus diesem Grund kann die Kreuzung der Symmetrieebenen SE1 und SE2 als ein bevorzugter Ort für den Magnetfeldsensor 140 angesehen werden.
Falls in der x-Richtung ein Weg einer Auslenkungslänge L_x definiert ist, entlang dem die Magnetfeldkomponenten der mehrpoligen Magnetstreifen 120-1 und/oder 120-2 deutlich mit einer x-Position verknüpft sein sollten, kann dies erzielt werden, indem der erste mehrpolige Magnetstreifen 120-1 mit einer Anzahl p₁ identischer Polpaare in L_x versehen wird, wohingegen der zweite mehrpolige Magnetstreifen 120-2 eine andere Anzahl p₂ identisch Polpaare entlang L_x besitzen kann. Man beachte, dass die Auslenkungslänge L_x (z.B. 10 cm) kürzer oder gleich einer Gesamtlänge der mehrpoligen Magnetstreifen sein kann (z.B. 12 cm). Somit können bei einigen Ausführungsformen Magnetpole mit der gleichen magnetischen Polarität oder zumindest die Polpaare des ersten mehrpoligen Magnetstreifens 120-1 im Wesentlichen gleiche geometrische Abmessungen besitzen. Analog können Magnetpole mit der gleichen magnetischen Polarität oder zumindest die Polpaare des zweiten mehrpoligen Magnetstreifens 120-2 im Wesentlichen gleiche geometrische Abmessungen besitzen. Dies weist auch eine beispielhafte Konfiguration auf, wo alle Nordpole eines mehrpoligen Magnetstreifens eine größere geometrische Abmessung als alle Südpole des gleichen mehrpoligen Magnetstreifens oder umgekehrt besitzen können. Zwischen benachbarten Polen oder Polpaaren kann es ein kleines unmagnetisches Gebiet geben, das durch Herstellungsbeschränkungen oder absichtlich zum Auslegen glatterer Übergänge bewirkt werden kann.
Eine eindeutige Assoziation zwischen der x-Position und dem resultierenden Magnetfeld im Intervall 0 ≤ x ≤ L_x kann erzielt werden, falls der Betrag |p₁ – p₂| = 1, das heißt, die mehrpoligen Magnetstreifen 120-1, 120-2 besitzen jeweilige Anzahlen von Polpaaren, die z.B. um 1 differieren. Somit können die Anzahlen von Magnetpolpaaren pro Länge L_x zwischen dem ersten und zweiten mehrpoligen Magnetstreifen 120-1, 120-2 um 1 differieren. Solche mehrpoligen Magnetstreifen gemäß der vorliegenden Offenbarung können auch als orthogonale, nichtvergleichbare mehrpolige Magnetstreifen bezeichnet werden.
Bei einigen Ausführungsformen kann die oben erwähnte lineare Auslenkung x der Magnetfeldquelle 110 (den ersten und den zweiten mehrpoligen Magnetstreifen 120-1 und 120-2 aufweisend) relativ zum Magnetfeldsensor 140 auch zu einem Kreisbogen verwandelt werden. Dieser Kreisbogen kann auch geschlossen sein, so dass wir anstelle der linearen mehrpoligen Magnetstreifen 120-1, 120-2 mehrpolige Magnetringe oder mehrpolige Magnetscheiben/-räder erhalten. Somit können sich bei einigen Ausführungsformen der erste und der zweite mehrpolige Magnetstreifen beide kreisförmig erstrecken. Eine entsprechende beispielhafte Implementierung ist in 2 schematisch dargestellt.
Das beispielhafte Magnetpositionssensorsystem 200 von 2 enthält eine Magnetfeldquelle 210, die einen ersten kreisförmigen mehrpoligen Magnetstreifen 220-1 umfasst und auf einer zylindrischen ersten Oberfläche 225-1 angeordnet ist. Der erste kreisförmige mehrpolige Magnetstreifen 220-1 wird unten auch als ein mehrpoliger Magnetring bezeichnet. Die Magnetfeldquelle 210 umfasst auch einen zweiten kreisförmigen mehrpoligen Magnetstreifen, der auf einer scheibenartigen zweiten Oberfläche 225-2 angeordnet ist, die parallel zur ersten Oberfläche 225-1 verläuft. Der zweite kreisförmige mehrpolige Magnetstreifen 220-2 wird ebenfalls als eine mehrpolige Magnetscheibe oder ein mehrpoliges Magnetrad 220-2 bezeichnet. In dem dargestellten Beispiel entspricht die erste Oberfläche 225-1 einer Hautoberfläche eines Zylinders mit einer Längserstreckung in z-Richtung. Die z-Achse definiert eine Drehachse für das Magnetpositionssensorsystem, das in Kraftfahrzeugsystemen zur Positions- und Geschwindigkeitserfassung verwendet werden kann. Die zweite Oberfläche 225-2 entspricht der x-y-Ebene, die von der x- und y-Achse eines kartesischen Koordinatensystems aufgespannt wird, wobei seine z-Achse die Drehachse ist. Der erste mehrpolige Magnetring 220-1 und die konzentrische zweite mehrpolige Magnetscheibe 220-2 erstrecken sich kreisförmig in einer festen relativen Position zueinander und umfassen verschiedene Anzahlen von Magnetpolen 230-1, 232-1, 230-2, 232-2 oder Polpaaren entlang ihrer jeweiligen Umfänge. Somit bezeichnen die Bezugszeichen 230-1 und 230-2 jeweilige magnetische Nordpole, während die Bezugszeichen 232-1 und 232-2 jeweilige magnetische Südpole bezeichnen.
Bei einigen Ausführungsformen können der erste mehrpolige Magnetring 220-1 und die zweite mehrpolige Magnetscheibe 220-2 an einer Welle fixiert sein, deren Winkelposition oder -geschwindigkeit in ein elektronisches Signal umgewandelt werden sollte. Auch kleine oder mittelgroße Antriebe können diese Codierer zum Steuern der Drehung der Welle verwenden. Dazu befindet sich eine Anzahl kleiner Permanentmagnete entlang ihrem jeweiligen Umfang. Sie erzeugen ein jeweiliges Magnetfeld, das bezüglich des Drehwinkels periodisch ist. Wenn sich die Welle dreht, passiert das (überlagerte) Magnetfeld der Magnetfeldquelle 210 ein Magnetfeldsensormodul 240. Das Sensormodul 240 kann offensichtliche Schwingungen der ersten und zweiten Magnetfeldrichtungskomponente in digitale Impulse eines elektronischen Ausgangssignals umwandeln, das dann einem Prozessormodul 250 zugeführt wird, das konfiguriert ist zum Bestimmen einer Position (Winkelposition) der Welle oder der Magnetfeldquelle 210 relativ zum Erfassungsort des Sensormoduls 240. Dadurch kann die Position auf der Basis einer Kombination aus der detektierten ersten und zweiten Magnetfeldkomponente bestimmt werden.
Somit kann bei einigen Ausführungsformen die Magnetfeldquelle 210, die den ersten und den zweiten kreisförmigen mehrpoligen Magnetstreifen 220-1 und 220-2 aufweist, relativ zu mindestens einem Magnetfeldsensor 240 gedreht oder drehbar bewegt werden. Hier bildet die z-Achse eine gemeinsame Drehachse. Ein bevorzugter Ort des Magnetfeldsensors 240 kann sich an oder zumindest bei der (kreisförmigen) Kreuzungslinie einer dritten Oberfläche (Symmetrieoberfläche oder -ebene des Rings 220-1) befinden, die parallel zur x-y-Ebene verläuft und sich durch die (axiale) Mitte des Rings 220-1 erstreckt, und einer vierten Oberfläche (Symmetrieoberfläche der Scheibe 2220-2), die die Hautoberfläche eines Zylinders ist, der koaxial mit der Scheibe 220-2 verläuft (d.h. gleiche Symmetrieachse) und einen Abstand R4 = Quadratwurzel (Ri·Ro) definiert, wobei Ri und Ro der Innen- und Außenradius der Scheibe 220-2 sind. Dadurch definiert R4 die radiale Mitte der Scheibe 220-2. Wieder verläuft die (z.B. planare) dritte Oberfläche oder die Symmetrieebene des Rings 220-1 senkrecht zu der (z.B. zylindrischen) ersten Oberfläche des ersten kreisförmigen mehrpoligen Magnetstreifens 220-1 und parallel zu der (z.B. planaren) zweiten Oberfläche des zweiten kreisförmigen mehrpoligen Magnetstreifens 220-2, während die (z.B. zylindrische) vierte Oberfläche oder die Symmetrieoberfläche des zweiten kreisförmigen mehrpoligen Magnetstreifens 220-2 senkrecht zu der (z.B. planaren) zweiten Oberfläche des zweiten kreisförmigen mehrpoligen Magnetstreifens 220-2 und parallel oder konzentrisch zu der (z.B. zylindrischen) ersten Oberfläche des ersten kreisförmigen mehrpoligen Magnetstreifens 220-1 verläuft. Die kreisförmige Kreuzungslinie der Symmetrieoberflächen entspricht der kreisförmigen Bewegungsrichtung der beispielhaften Magnetfeldquelle 210.
Bei der dargestellten beispielhaften Implementierung von 2 erstrecken sich beide kreisförmige mehrpolige Magnetstreifen 220-1 und 220-2 kreisförmig und parallel (konzentrisch) in Umfangs- oder Tangentialrichtung um die gekrümmte oder zylindrische Oberfläche 225-1 herum. Insbesondere besitzt der erste kreisförmige mehrpolige Magnetstreifen 220-1 eine Haupterstreckung in einer ersten Richtung parallel zur Umfangsrichtung, und der zweite kreisförmige mehrpolige Magnetstreifen 220-2 besitzt eine Haupterstreckung in einer zweiten Richtung parallel zur ersten Richtung, somit also parallel zur Umfangsrichtung. Die geraden Richtungen innerhalb der Oberflächen, in denen die kreisförmigen mehrpoligen Magnetstreifen 220-1 und 220-2 angeordnet sind, beispielsweise die z-Richtung innerhalb der zylindrischen Oberfläche 225-1 für den Streifen 220-1 und die radiale Richtung innerhalb der x-y-Ebene für den Streifen 220-2, verlaufen zumindest im Wesentlichen senkrecht zueinander.
In der zylindrischen Symmetrieoberfläche der mehrpoligen Magnetscheibe 220-2 (durch den Radius r = R4 definiert) verschwindet die B_r-Feldkomponente der mehrpoligen Magnetscheibe 220-2 im Wesentlichen für alle Positionen auf der zylindrischen Symmetrieoberfläche. Eine in der zylindrischen Symmetrieoberfläche gemessene B_r-Feldkomponente kann sowie eindeutig mit dem mehrpoligen Magnetring 220-1 assoziiert werden. In der Symmetrieebene des mehrpoligen Magnetrings z = (z_max + z_min)/2, wobei z_min und z_max jeweils eine untere und obere z-Position des mehrpoligen Magnetrings 220-1 sind, verschwindet die B_z-Feldkomponente des mehrpoligen Magnetrings 220-1 im Wesentlichen für alle Positionen von x und y. Eine in der Symmetrieebene z = (z_max + z_min)/2 gemessene B_z-Feldkomponente kann somit eindeutig mit der mehrpoligen Magnetscheibe 220-2 assoziiert werden. Mit anderen Worten können idealerweise an oder bei einer Kreuzung der zylindrischen Symmetrieoberfläche der mehrpoligen Magnetscheibe 220-2 und der Symmetrieebene des mehrpoligen Magnetrings 220-1 B_r-Feldkomponenten mit dem ersten mehrpoligen Magnetring 220-1 und B_z-Feldkomponenten mit der zweiten mehrpoligen Magnetscheibe 220-2 assoziiert werden.
Falls in Umfangsrichtung ein kreisförmiger Auslenkungsweg entsprechend einem größten Drehwinkel 4 definiert ist, entlang dessen die Magnetfelder der kreisförmigen mehrpoligen Magnetstreifen 220-1 und/oder 220-2 deutlich mit einem Drehwinkel ϕ verknüpft sein sollten, kann dies erreicht werden, indem der erste kreisförmige mehrpolige Magnetstreifen 220-1 mit einer Anzahl p₁ identischer Polpaare entlang seinem Umfang herum entsprechend dem größten Drehwinkel 4 bereitgestellt wird, wohingegen der zweite kreisförmige mehrpolige Magnetstreifen 220-2 eine andere Anzahl p₂ identischer Polpaare entlang seinem Umfang entsprechend dem größten Drehwinkel 4 aufweist. Man beachte, dass der zulässige größte Drehwinkel 4 (z.B. 115°) kleiner oder gleich 360° sein kann. Unter zulässigem größtem Drehwinkel wird ein Winkelbereich verstanden, für den das Sensorsystem den Drehwinkel eindeutig bestimmen kann. Für beispielsweise einen Scheibenwischer kann es ausreichen, einen zulässigen größten Drehwinkel von 115° vorzusehen, wohingegen für einen Elektroantrieb man üblicherweise einen zulässigen größten Drehwinkel benötigt, der die volle Umdrehung abdeckt, d.h. 360°. Bei einigen Ausführungsformen können Magnetpole mit der gleichen magnetischen Polarität oder mindestens die Polpaare des ersten kreisförmigen mehrpoligen Magnetstreifens 220-1 im Wesentlichen gleiche geometrische Abmessungen besitzen. Analog können Magnetpole mit der gleichen magnetischen Polarität oder mindestens die Polpaare des zweiten kreisförmigen mehrpoligen Magnetstreifens 220-2 im Wesentlichen gleiche geometrische Abmessungen besitzten. Eine eindeutige Assoziation zwischen dem Drehwinkel ϕ und dem resultierenden Magnetfeld im Intervall 0 ≤ ϕ ≤ 4 kann erreicht werden, falls der Betrag |p₁ – p₂| = 1, das heißt, die kreisförmigen mehrpoligen Magnetstreifen 220-1, 220-2 besitzen jeweilige Anzahlen von Polpaaren, die entlang dem größten Drehwinkel 4 zum Beispiel um 1 differieren. Somit kann die Anzahl von Magnetpolpaaren pro Drehwinkel 4 zwischen dem ersten und dem zweiten kreisförmigen mehrpoligen Magnetstreifen 220-1, 220-2 um eins differieren.
In dem dargestellten Beispiel von 2 besitzen der mehrpolige Magnetring 220-1 und die mehrpolige Magnetscheibe 220-2 eine jeweilige Dicke (oder Höhe) von 1 mm und eine jeweilige Breite von 6 mm. Der Innendurchmesser des Rings 220-1 beträgt 28 mm, der Innendurchmesser der Scheibe 220-2 beträgt 30 mm. Der Ring 220-1 besitzt 9 gleich große Polpaare entlang seinem Umfang. Die Scheibe 220-2 besitzt 10 gleich große Polpaare entlang ihrem Umfang. Die Unterseite der mehrpoligen Magnetscheibe ist in der x-y-Ebene angeordnet, das heißt z = 0. Wenn solche beispielhaften Abmessungen und ein beispielhafter Magnetfeldsensorort in einem radialen Abstand von r = 18 mm und eine axiale Position bei z = 4 mm gegeben sind, d.h. innerhalb der zylindrischen ersten Oberfläche 225-1, ist eine beispielhafte Abhängigkeit zwischen einem durch die Magnetfeldquelle 210 (die den mehrpoligen Magnetfing 220-1 und die mehrpolige Magnetscheibe 220-2 aufweist) generierten Magnetfeld und einem Drehwinkel der Magnetfeldquelle 210 in 3 gezeigt. Die Magnetfeldkomponenten entlang einem größten Drehwinkel 4 = 360° entsprechen zwei Sinuskurven von unterschiedlichen räumlichen Wellenlängen λ. Die am Sensorort r = 18 mm und z = 4 mm messbare B_r-Feldkomponente ist mit dem Bezugszeichen 310 bezeichnet, während die am Sensorort messbare B_z-Feldkomponente mit dem Bezugszeichen 320 bezeichnet ist. Es ist ersichtlich, dass die räumliche Wellenlänge λ für die von der mehrpoligen Magnetscheibe 220-2 herrührende B_z-Feldkomponente 320 geringfügig kürzer ist.
Das beispielhafte Magnetfeldsensormodul 240, das als ein integrierter Sensorchip implementiert sein kann, als Beispiel, kann mindestens zwei Sensoreinheiten für die beiden Kurven 310 bzw. 320 aufweisen, und ein Prozessormodul 250, das konfiguriert ist zum Bestimmen einer Winkelposition oder eines Drehwinkels ϕ der Magnetfeldquelle 210 relativ zu dem oder den Erfassungsorten von einer oder mehreren Sensoreinheiten 240 auf der Basis einer Kombination aus der detektierten/gemessenen ersten und zweiten Magnetfeldkomponente B_r(ϕ) und B_z(ϕ). Beispielsweise kann jede Winkelposition ϕ einer eindeutigen Phasenbeziehung zwischen der erfassten ersten und zweiten sinusförmigen Magnetfeldkomponente B_r(ϕ) und B_z(ϕ) entsprechen. Die verschiedenen Sensoreinheiten können einen Verlauf, z.B. eine Halbperiode oder eine Vollperiode, der ersten und zweiten sinusförmigen Magnetfeldkomponente B_r bzw. B_z messen. Die resultierenden Sinuskurven können angepasst werden und somit kann eine Phasenabweichung zwischen den gemessenen Kurven bestimmt werden. Bei einer Ausführungsform kann die Winkelposition ϕ auf der Basis eines Nach schlagens in einer Nachschlagetabelle (LUT – Look-Up-Table) mit gespeicherten ϕ-zu-Magnetfeldkomponenten-Beziehungen bestimmt werden. Diese LUT kann mit Hilfe einer Speichervorrichtung gespeichert werden.
Anstelle dieser beiden Komponenten 310, 320 senkrecht zur Bewegung (Drehbewegung) der Magnetfeldquelle 210 kann das Magnetfeldsensormodul 240 auch zwei beliebige andere Komponenten detektieren und sie in B_r, B_z umwandeln, vorausgesetzt beide Komponenten sind nicht parallel oder antiparallel.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung kann somit ein Magnetpositionssensorsystem eine Magnetfeldquelle 110 oder 210 mit mindestens einem ersten mehrpoligen Magnetstreifen, der linear oder kreisförmig auf einer ersten Oberfläche angeordnet ist und sich in einer ersten Richtung erstreckt und mindestens einen zweiten mehrpoligen Magnetstreifen, der linear oder kreisförmig auf einer zweiten Oberfläche senkrecht zur ersten Oberfläche angeordnet ist und sich in einer zweiten Richtung parallel zur ersten Richtung erstreckt, aufweisen. Der erste und der zweite lineare oder kreisförmige mehrpolige Magnetstreifen umfassen verschiedene Anzahlen von Magnetpolen oder Polpaaren entlang einer vordefinierten Auslenkungslänge, die in der Regel gleich dem größten Fahrweg ist. Das Magnetpositionssensorsystem enthält weiterhin ein an einem Erfassungsort installiertes Magnetfeldsensormodul 240. Das Magnetfeldsensormodul 240 enthält eine erste Magnetfeldsensoreinheit, die konfiguriert ist zum Detektieren einer ersten Komponente (z.B. B_r oder B_y) eines am Erfassungsort von der Magnetfeldquelle bewirkten Magnetfelds. Das Magnetfeldsensormodul 240 weist weiterhin eine zweite Magnetfeldsensoreinheit auf, die konfiguriert ist zum Detektieren einer zweiten Komponente (z.B. B_z) des am Erfassungsort durch die Magnetfeldquelle 110 oder 210 bewirkten Magnetfelds. Die erste und die zweite Magnetfeldkomponente verlaufen bevorzugt senkrecht zueinander.
Da das einfache oder mehrfache Differenzieren einer Sinusfunktion wieder eine Sinusfunktion (mit möglicherweise verschobener Phase) ergibt, kann ein Sensorsystem gemäß der vorliegenden Offenbarung auch arbeiten, falls eine oder mehrere Sensoreinheiten Gradienten jener Magnetfeldkomponenten detektieren, die senkrecht zur Bewegungsrichtung verlaufen. Beispielsweise kann der Gradient entlang der Bewegungsrichtung definiert sein, wohingegen die Magnetfeldkomponente senkrecht zur Bewegungsrichtung verläuft. Ein derartiges Gradientensystem kann homogene störende Magnetfelder aus der Bestimmung der Position x oder ϕ der Magnetfeldquelle 110 oder 210 eliminieren und kann somit robuster sein.
Bei einigen Ausführungsformen können die permanentmagnetischen mehrpoligen Streifen 120, 220 auf unmagnetischen Substrat- oder Trägerscheiben/-ringen/-rahmen montiert sein. Das unmagnetische Substrat- oder Trägermaterial kann eine relative magnetische Permeabilität μ_r § 1 besitzen. Bei einer Ausführungsform jedoch kann ein Substrat oder Träger für den ersten und/oder den zweiten mehrpoligen Magnetstreifen ferromagnetisches Material mit einer relativen magnetischen Permeabilität μ_r > 300, insbesondere μ_r > 1500 und besonders bevorzugt μ_r > 4000, umfassen. Das ferromagnetische Substrat kann

(i) die Magnetfelder des ersten und/oder des zweiten mehrpoligen Magnetstreifens verstärken und
(ii) magnetische Störung abschirmen, die von außerhalb des Sensorsystems kommt.

Mehrpolige Magnetstreifen gemäß Ausführungsformen können viele mögliche Formen besitzen. Insbesondere brauchen jeweilige Nord- und Südpole nicht notwendigerweise präzise die gleiche Größe zu besitzen. Zusätzlich oder alternativ kann es unmagnetisierte Bereiche zwischen benachbarten Polpaaren oder zwischen benachbarten Nord- und Südpolen eines Polpaars geben. Anstelle eines mehrpoligen Magnetstreifens können auch mehrere individuelle Magnete auf einem Substrat oder Träger mit abwechselnder Polarität montiert sein. Bei solchen Ausführungsformen ist die Anordnung nicht länger ein homogener Streifen, kann aber zum Beispiel aus verschiedenen Teilen zusammengeklebt sein.
Zusätzlich oder alternativ können Außenkonturen der mehrpoligen Magnetstreifen wellenförmig oder in einem Zickzackmuster ausgebildet sein. Solche strukturellen Modifikationen können verwendet werden, um einen räumlichen Bereich zu vergrößern, wo ein mehrpoliger Magnetstreifen eine gewisse Magnetfeldkomponente nicht bewirkt, um beispielsweise den räumlichen Bereich zu vergrößern, wo der mehrpolige Magnetstreifen 120-1 keine B_y-Komponente bewirkt. Aufgrund von Herstellungstoleranzen wird möglicherweise nicht garantiert, dass ein Magnetfeldsensormodul 140, 240 präzise auf oder an der Kreuzung der jeweiligen Symmetrieebenen (oder -oberflächen) des ersten und zweiten mehrpoligen Magnetstreifens zum Liegen kommt. Deshalb können solche Modifikationen der mehrpoligen Magnetstreifen vorteilhaft sein, da sie zu immer noch kleinen und vernachlässigbaren Magnetfeldkomponenten selbst für geringfügige Abweichungen des Orts des Magnetfeldsensormoduls von der Kreuzung der Symmetrieoberflächen oder -ebenen führen können. Eine solche Abweichung kann beispielsweise im Bereich 0,5 bis 1,5 mm liegen. Zum Beispiel könnte der mehrpolige Magnetstreifen 120-1 ein vernachlässigbar kleines B_y-Feld in einem Bereich weniger als etwa 1 mm weg von der Kreuzung von SE1 und SE2 erzeugen, und der Streifen 120-2 könnte ein vernachlässigbar kleines B_z-Feld im gleichen räumlichen Bereich erzeugen.
Ein Vorteil von Magnetanordnungen gemäß der vorliegenden Offenbarung kann darin bestehen, dass durch mehrpolige Magnetstreifen bewirkte Magnetfelder nicht zu weit in den Raum reichen. Zum Beispiel kann ein Magnetfeld in einem Raum von nur etwa dem 1- bis 2-fachen der räumlichen Wellenlänge λ fokussieren. Auf diese Weise werden andere umgebende Teile möglicherweise weniger gestört, und sie können – falls sie weichmagnetisch sind (z.B. μ_r > 300) – Messungen signifikant weniger stören als große Magnete, deren Feld weit in den Raum reicht.
Eine weitere Charakteristik von Magnetanordnungen gemäß der vorliegenden Offenbarung kann darin bestehen, dass mehrpolige Magnetstreifen effektiv gegenüber magnetischer Störung von außerhalb mit Hilfe ihres jeweiligen weichmagnetischen Substratmaterials und/oder mit Hilfe zusätzlicher weichmagnetischer Abschirmungen abgeschirmt werden können. Ein Ausführungsbeispiel ist in 4 skizziert.
4 zeigt eine Schnittansicht eines Magnetsensorsystems 400 zum Detektieren einer Drehbewegung und/oder Position. Das Magnetsensorsystem 400 weist eine Magnetfeldquelle 410 auf, die einen ersten kreisförmigen mehrpoligen Magnetstreifen 420-1 umfasst, der auf einer sich horizontal oder axial erstreckenden Oberfläche 427 eines ersten Substrats oder Trägers 425-1 angeordnet ist. Die Magnetfeldquelle 410 umfasst auch einen zweiten kreisförmigen mehrpoligen Magnetstreifen 420-2, der auf einer sich radial erstreckenden Oberfläche eines zweiten Substrats oder Trägers 425-2 angeordnet ist. Axiale und radiale Richtungen sind bezüglich der Drehachse 450 definiert. Somit sind die beiden sich kreisförmig erstreckenden mehrpoligen Magnetstreifen 420-1 und 420-2 im Wesentlichen senkrecht zueinander installiert. Das erste Substrat 425-1 umfasst ebenfalls einen sich radial erstreckenden Abschnitt 426, der an den sich axial erstreckenden Abschnitt 427 gekoppelt ist. Ein Magnetfeldsensormodul 440 ist axial zwischen den jeweiligen radialen äußeren Abschnitten des ersten und des zweiten Substrats 425-1 und 425-2 möglicherweise nahe einer Kreuzung der jeweiligen Symmetrieebenen SE1 und SE2 der mehrpoligen Magnetstreifen 420-1 und 420-2 angeordnet. Der Fachmann versteht, dass das erste und das zweite Substrat 425-1, 425-2 als ferromagnetische Abschirmung für das Sensormodul 440, den ersten und/oder den zweiten mehrpoligen Magnetstreifen 420-1, 420-2 wirken können, falls die Substrate ferromagnetisches Material umfassen.
In Ausführungsformen können die mehrpoligen Magnetstreifen aus einem homogenen üblichen Magnetmaterial bestehen, das die senkrechten Oberflächen bedeckt und mit unterschiedlichen Polmustern magnetisiert ist. Es kann jedoch einfacher sein, die mehrpoligen Magnetstreifen separat herzustellen, beispielsweise auf separaten Substraten. Danach können die mehrpoligen Magnetstreifen aneinander fixiert werden, beispielsweise mit Hilfe von Schrauben, Verstemmen, Kleben, Schweißen, Falzen usw. Die mehrpoligen Magnetstreifen können, wenn sie montiert sind, voneinander beabstandet sein. Bei einigen Ausführungsformen können sie jedoch auch einander berühren, das heißt, sie können in direktem Kontakt stehen.
Insbesondere bei einer separaten Baugruppe können die verschiedenen mehrpoligen Magnetstreifen ein oder mehrere verschiedene Materialien umfassen. Bei einem Beispiel könnte ein erster mehrpoliger Magnetstreifen ein kunststoffgebundenes Ferritmaterial umfassen, während ein zweiter erster mehrpoliger Magnetstreifen ein kunststoffgebundenes Seltenerdmaterial umfassen könnte. Auf diese Weise kann die Magnetfeldkomponente vergrößert werden, die von einem Magnetfeldsensor mit schwächerer oder schlechter Empfindlichkeit detektiert wird. Beispielsweise könnte eine erste Magnetfeldkomponente von einem vertikalen Hall-Sensor detektiert werden. Dabei ist ein vertikaler Hall-Sensor ein Magnetfeldsensor, der für ein Magnetfeld empfindlich ist, das parallel zur Oberfläche eines Halbleiterchips verläuft. Eine zweite Magnetfeldkomponente könnte von einer Hall-Platte detektiert werden.
Üblicherweise besitzt der vertikale Hall-Sensor eine schlechtere Empfindlichkeit. Deshalb kann die durch den vertikalen Hall-Sensor zu detektierende Magnetfeldkomponente aus einem stärkeren Magnetmaterial generiert werden.
Anstatt stärkere oder schwächere Magnetmaterialien zu verwenden, kann auch eine Dicke und/oder eine Breite der mehrpoligen Magnetstreifen variiert werden. Eine weitere Option würde darin bestehen, den Abstand zwischen einer Magnetfeldsensoreinheit oder einem Magnetfeldsensorelement und ihrem/seinem assoziierten mehrpoligen Magnetstreifen zu variieren. Das heißt, die Magnetfeldsensoreinheiten am Erfassungsort können näher an einem der mindestens zwei mehrpoligen Magnetstreifen angeordnet werden.
Die Größe der Magnetpole der mehrpoligen Magnetstreifen sollte weder zu klein noch zu groß sein. Falls sie zu klein ist, könnte das resultierende Magnetfeld in einem gegebenen Abstand von den mehrpoligen Magnetstreifen zu klein sein, was zu potentiellen Detektions-/Messungenauigkeiten führt. Falls die Größe der Pole in der Bewegungsrichtung zu groß ist, sind die Magnetcharakteristika über der Bewegungsrichtung möglicherweise nicht ausreichend sinusförmig, sondern von rechteckiger oder dreieckiger Gestalt – was wieder zu potentiellen Detektions-/Messungenauigkeiten bezüglich Bewegung und/oder Position führt. Somit könnte ein guter Ansatz darin bestehen, zwischen den beiden Extremen einen Kompromiss zu finden. Die Größe eines Pols kann in Abhängigkeit vom Abstand zwischen Sensoreinheit und den jeweiligen mehrpoligen Magnetstreifen gewählt werden.
Der Fachmann versteht, dass die hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele der Magnetpositionssensorvorrichtungen zum Ausführen eines entsprechenden Erfassungsverfahrens verwendet werden können. Ein schematisches Flussdiagramm eines beispielhaften Erfassungsverfahrens 500 ist in 5 dargestellt.
Das Verfahren 500 beinhaltet eine Handlung 510 des Bereitstellens eines überlagerten Magnetfelds durch Anordnen 512 mindestens eines ersten mehrpoligen Magnetstreifens auf einer ersten Oberfläche und durch Anordnen 514 mindestens eines zweiten mehrpoligen Magnetstreifens auf einer zweiten Oberfläche senkrecht zur ersten Oberfläche. Dadurch werden der erste und der zweite mehrpolige Magnetstreifen mit verschiedenen Anzahlen von Magnetpolen oder Polpaaren (z.B. pro definierter Auslenkungslänge) vorgesehen. Das Verfahren 500 beinhaltet weiterhin das Erfassen 522 einer ersten Komponente des überlagerten Magnetfelds an einem Erfassungsort und das Erfassen 524 einer zweiten Komponente des überlagerten Magnetfelds am Erfassungsort.
Wie oben erläutert wurde, kann das Bereitstellen 510 des überlagerten Magnetfelds das Anordnen des ersten mehrpoligen Magnetstreifens in einer festen Position relativ zum zweiten mehrpoligen Magnetstreifen umfassen. Der erste und der zweite mehrpolige Magnetstreifen können dann in einer gemeinsamen Richtung relativ zum Erfassungsort bewegt werden, wo ein Magnetfeldsensormodul installiert ist.
Das Verfahren 500 kann weiterhin eine Handlung 530 des Bestimmens eines Orts des ersten und/oder des zweiten mehrpoligen Magnetstreifens, das heißt der Magnetfeldquelle, relativ zum Erfassungsort durch Kombinieren und/oder Vergleichen der detektierten ersten und zweiten Magnetfeldkomponente aufweisen. Idealerweise werden die erste und/oder zweite Komponente nahe einer Kreuzung jeweiliger Symmetrieebenen des ersten und des zweiten mehrpoligen Magnetstreifens detektiert.
Zusammenfassend schlagen hierin beschriebene Ausführungsformen eine Permanentmagnetanordnung vor, die ein Magnetfeld entlang eines Wegs erzeugt. Das Magnetfeld kann von einem Magnetsensorsystem detektiert werden, das zumindest nahe dem Weg angeordnet ist. Auf dieser Basis kann eine Position oder Bewegung der Magnetfeldquelle detektiert werden.
Die Beschreibung und Zeichnungen veranschaulichen lediglich die Prinzipien von Ausführungsformen der Erfindung. Es versteht sich somit, dass der Fachmann in der Lage sein wird, sich verschiedene Anordnungen auszudenken, die, wenngleich hier nicht explizit beschrieben oder gezeigt, die Prinzipien von Ausführungsbeispielen verkörpern. Weiterhin sollen alle hier aufgeführten Beispiele im Prinzip ausdrücklich nur für pädagogische Zwecke gedacht sein, um den Leser beim Verstehen der Prinzipien der Erfindung und der Konzepte, die der oder die Erfinder zur Förderung der Technik beigetragen haben, zu unterstützen und sind so auszulegen, dass sie ohne Begrenzung auf solche spezifische aufgeführten Beispiele und Bedingungen sind. Zudem sollen alle Feststellungen hierin, die Prinzipien, Aspekte und Ausführungsformen der Erfindung aufführen, sowie spezifische Beispiele davon Äquivalente davon einschließen.
Der Fachmann versteht, dass alle Blockdiagramme hierin Konzeptansichten von veranschaulichender Hardware oder Schaltungsanordnung darstellen, die die Prinzipien der Erfindung verkörpern. Analog versteht sich, dass alle Flussdiagramme, Flussbilder, Zustandsübergangsdiagramme, Pseudocodes und dergleichen verschiedene Prozesse darstellen, die im Wesentlichen in einem computerlesbaren Medium dargestellt und so von einem Computer oder Prozessor ausgeführt werden können, ob ein derartiger Computer explizit gezeigt oder nicht gezeigt ist.
Zudem sind die folgenden Ansprüche hiermit in die detaillierte Beschreibung aufgenommen, wobei jeder Anspruch als eine separate Ausführungsform für sich selber stehen kann. Wenngleich jeder Anspruch als eine separate Ausführungsform für sich selber stehen kann, ist anzumerken, dass – wenngleich sich ein abhängiger Anspruch in den Ansprüchen auf eine spezifische Kombination mit einem oder mehreren anderen Ansprüchen beziehen kann – andere Ausführungsformen ebenfalls eine Kombination des abhängigen Anspruchs mit dem Gegenstand jedes anderen abhängigen Anspruchs aufweisen kann. Solche Kombinationen werden hier vorgeschlagen, sofern nicht angegeben ist, dass eine spezifische Kombination nicht beabsichtigt ist. Zudem sollen auch Merkmale eines Anspruchs zu einem beliebigen anderen unabhängigen Anspruch aufgewiesen sein, selbst falls dieser Anspruch nicht direkt von dem unabhängigen Anspruch abhängig gemacht ist.
Weiterhin versteht sich, dass die Offenbarung von mehreren Handlungen oder Funktionen, die in der Patentschrift oder den Ansprüchen offenbart sind, nicht so ausgelegt werden soll, als wenn sie innerhalb der spezifischen Reihenfolge ist. Deshalb beschränkt die Offenbarung mehrerer Schritte oder Funktionen diese nicht auf eine bestimmte Reihenfolge, sofern nicht solche Schritte oder Funktionen aus technischen Gründen vertauscht werden können. Weiterhin kann bei einigen Ausführungsformen ein einzelner Schritt mehrere Teilschritte aufweisen oder in diese zerlegt werden. Solche Teilschritte können aufgewiesen werden und Teil der Offenbarung dieses einzelnen Schritts sein, sofern nicht explizit ausgeschlossen.

Claims

Magnetpositionssensor (100; 200), der Folgendes umfasst: eine Magnetfeldquelle (110; 210) mit mindestens einem auf einer ersten Oberfläche angeordneten ersten mehrpoligen Magnetstreifen (120-1; 220-1) und mindestens einem auf einer zweiten Oberfläche, die senkrecht zu der ersten Oberfläche verläuft, angeordneten zweiten mehrpoligen Magnetstreifen (120-2; 220-2); wobei der erste und der zweite mehrpolige Magnetstreifen in einer festen relativen Position zueinander angeordnet sind und verschiedene Anzahlen von Magnetpolen (130; 132; 230; 232) entlang einer gemeinsamen Länge umfassen.
Magnetpositionssensor (100; 200) nach Anspruch 1, wobei sich der erste mehrpolige Magnetstreifen (120-1; 220-1) in einer ersten Richtung erstreckt und wobei sich der zweite mehrpolige Magnetstreifen (120-2; 220-2) in einer zweiten Richtung parallel zur ersten Richtung erstreckt.
Magnetpositionssensor (100; 200) nach Anspruch 1, wobei sich der erste und der zweite mehrpolige Magnetstreifen (120-1; 220-1; 120-2; 220-2) beide linear oder kreisförmig erstrecken.
Magnetpositionssensor (100; 200) nach Anspruch 1, wobei die Anzahl von Magnetpolpaaren der gleichen Polarität zwischen dem ersten bzw. dem zweiten mehrpoligen Magnetstreifen (120-1; 220-1; 120-2; 220-2) die gleichen geometrischen Abmessungen aufweisen.
Magnetpositionssensor (100; 200) nach Anspruch 1, wobei die Anzahlen von Magnetpolpaaren zwischen dem ersten und dem zweiten mehrpoligen Magnetstreifen (120-1; 220-1; 120-2; 220-2) entlang der gemeinsamen Länge um eins differieren.
Magnetpositionssensor (100; 200) nach Anspruch 1, wobei die Magnetfeldquelle (110; 210), die den ersten und den zweiten mehrpoligen Magnetstreifen (120-1; 220-1; 120-2; 220-2) umfasst, und der mindestens eine Magnetfeldsensor (140; 240) relativ zueinander bewegt werden können.
Magnetpositionssensor (100; 200) nach Anspruch 1, wobei der erste und/oder der zweite mehrpolige Magnetstreifen (120-1; 220-1; 120-2; 220-2) auf mindestens einem ferromagnetischen Substrat angeordnet sind.
Magnetpositionssensor (100; 200) nach Anspruch 1, wobei der erste und/oder der zweite mehrpolige Magnetstreifen (120-1; 220-1; 120-2; 220-2) zwischen zwei ferromagnetischen Abschirmungen angeordnet sind.
Magnetpositionssensor (100; 200) nach Anspruch 1, der weiterhin Folgendes umfasst: ein erstes Magnetfeldsensorelement, das für eine erste Richtungskomponente eines durch die Magnetfeldquelle (110; 210) generierten Magnetfelds empfindlich ist; und ein zweites Magnetfeldsensorelement, das für eine zweite Richtungskomponente des von der Magnetfeldquelle (110; 210) generierten Magnetfelds empfindlich ist, wobei die erste und die zweite Richtungskomponente senkrecht zueinander verlaufen.
Magnetpositionssensor (100; 200) nach Anspruch 9, wobei das erste Magnetfeldsensorelement an einem ersten Erfassungsort angeordnet ist, wo ein von dem ersten mehrpoligen Streifen (120-1; 220-1) generiertes Magnetfeld eine vernachlässigbare erste Richtungskomponente besitzt, und wobei das zweite Magnetfeldsensorelement an einem zweiten Erfassungsort angeordnet ist, wo das von dem zweiten mehrpoligen Streifen (120-2; 220-2) generierte Magnetfeld eine vernachlässigbare zweite Richtungskomponente besitzt.
Magnetpositionssensor (100; 200) nach Anspruch 9, weiterhin umfassend: ein Prozessormodul (250), das konfiguriert ist zum Bestimmen einer Position der Magnetfeldquelle (110; 210) relativ zu einem Erfassungsort auf der Basis einer Kombination der detektierten ersten und zweiten Magnetfeldkomponente.
Magnetpositionssensor (100; 200) nach Anspruch 9, wobei die detektierte erste und zweite Magnetfeldkomponente senkrecht zu einer relativen Bewegungsrichtung zwischen dem Erfassungsort und der Magnetfeldquelle (110; 210) verlaufen.
Magnetpositionssensor (100; 200) nach Anspruch 9, wobei der Erfassungsort sich an oder zumindest bei einer Kreuzung einer ersten Symmetrieebene (SE1) des ersten mehrpoligen Magnetstreifens (120-1; 220-1) und einer zweiten Symmetrieebene (SE2) des zweiten mehrpoligen Magnetstreifens (120-2; 220-2) befindet.
Magnetpositionssensorsystem (100; 200), das Folgendes umfasst: eine Magnetfeldquelle (110; 210) mit mindestens einem auf einer ersten Oberfläche angeordneten und sich in einer ersten Richtung erstreckenden ersten mehrpoligen Magnetstreifen (120-1; 220-1) und mindestens einem in einer festen relativen Position zum ersten mehrpoligen Magnetstreifen (120-1; 220-1) auf einer zweiten Oberfläche senkrecht zur ersten Oberfläche angeordnetem und sich in einer zweiten Richtung parallel zur ersten Richtung erstreckenden zweiten mehrpoligen Magnetstreifen (120-2; 220-2), wobei der erste und der zweite mehrpolige Magnetstreifen verschiedene Anzahlen von Magnetpolen oder Polpaaren entlang einer gemeinsamen Länge umfassen und ein Magnetfeldsensormodul (140; 240) an einem Erfassungsort, umfassend eine erste Magnetfeldsensoreinheit, die konfiguriert ist zum Messen einer ersten Komponente eines an dem Erfassungsort von der Magnetfeldquelle (110; 210) verursachten Magnetfelds und eine zweite Magnetfeldsensoreinheit, die konfiguriert ist zum Messen einer zweiten Komponente des an dem Erfassungsort von der Magnetfeldquelle (110; 210) verursachten Magnetfelds, wobei die erste und die zweite Magnetfeldkomponente senkrecht zueinander verlaufen.
Magnetpositionssensorsystem (100; 200) nach Anspruch 14, wobei sich der erste und der zweite mehrpolige Magnetstreifen (120-1; 220-1; 120-2; 220-2) beide linear oder kreisförmig erstrecken.
Magnetpositionssensorsystem (100; 200) nach Anspruch 14, wobei die detektierte erste und zweite Magnetfeldkomponente senkrecht zu einer Bewegungsrichtung des ersten und des zweiten mehrpoligen Magnetstreifens (120-1; 220-1; 120-2; 220-2) verlaufen.
Erfassungsverfahren (500), das Folgendes umfasst: Bereitstellen (510) eines überlagerten Magnetfelds durch Anordnen (512) mindestens eines ersten mehrpoligen Magnetstreifens (120-1; 220-1) auf einer ersten Oberfläche, Anordnen (514) mindestens eines zweiten mehrpoligen Magnetstreifens (120-2; 220-2) in einer festen relativen Position zum ersten mehrpoligen Magnetstreifen (120-1; 220-1) auf einer zweiten Oberfläche senkrecht zur ersten Oberfläche, wobei der erste und der zweite mehrpolige Magnetstreifen (120-1; 220-1; 120-2; 220-2) mit verschiedenen Anzahlen von Magnetpolen entlang einer gemeinsamen Länge vorgesehen sind; Detektieren (522) einer ersten Komponente des überlagerten Magnetfelds an einem Erfassungsort und Detektieren (524) einer zweiten Komponente des überlagerten Magnetfelds am Erfassungsort.
Verfahren (500) nach Anspruch 17, wobei das Bereitstellen (510) des überlagerten Magnetfelds umfasst Bewegen des ersten und des zweiten mehrpoligen Magnetstreifens in einer gemeinsamen Richtung relativ zum Erfassungsort.
Verfahren (500) nach Anspruch 17, das weiterhin Folgendes umfasst: Bestimmen eines Orts des ersten und/oder des zweiten mehrpoligen Magnetstreifens relativ zu einem oder mehreren Erfassungsorten durch Kombinieren der detektierten ersten und zweiten Magnetfeldkomponente.
Verfahren (500) nach Anspruch 17, wobei das Detektieren der ersten und/oder zweiten Komponente das Detektieren der ersten und/oder zweiten Komponente an oder zumindest bei einer Kreuzung einer ersten Symmetrieoberfläche (SE1) des ersten mehrpoligen Magnetstreifens (120-1; 220-1) und einer zweiten Symmetrieoberfläche (SE2) des zweiten mehrpoligen Magnetstreifens (120-2; 220-2) umfasst.