DE102016102978B4 - Magnetischer Positionssensor - Google Patents

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Abstract

Vorrichtung (100), die umfasst: – ein permanentmagnetisches Material (111), das sich entlang eines Pfads (181, 191) erstreckt, – einen ersten Winkelmagnetfeldsensor (101, 102), der eingerichtet ist, um mindestens ein erstes Signal (201, 202) auszugeben und der beabstandet zum Material (111) angeordnet ist, – einen zweiten Winkelmagnetfeldsensor (101, 102), der eingerichtet ist, um mindestens ein zweites Signal (201, 202) auszugeben und der beabstandet zum Material (111) und zum ersten Winkelmagnetfeldsensor (101, 102) angeordnet ist, – eine Auswerteeinheit (177), die eingerichtet ist, um basierend auf dem mindestens einen ersten Signal (201, 202) und dem mindestens einen zweiten Signal (201, 202) eine Relativpositionierung (109) des ersten Winkelmagnetfeldsensors (101, 102) und des zweiten Winkelmagnetfeldsensors (101, 102) gegenüber dem Material (111) parallel zu dem Pfad (181, 191) zu bestimmen, wobei die Magnetisierung (112) des Materials (111) eine Periodenlänge (115) aufweist, die entlang des Pfads (181, 191) variiert, wobei der erste Winkelmagnetfeldsensor (101, 102) und der zweite Winkelmagnetfeldsensor (101, 102) parallel zu einem weiteren Pfad (182) relativ bewegbar gegenüber dem Material (111) angeordnet sind, wobei eine Entfernung (151) zwischen dem ersten Winkelmagnetfeldsensor (101, 102) und dem zweiten Winkelmagnetfeldsensor (101, 102) parallel zu dem weiteren Pfad (182) größer als das Minimum der Periodenlänge (115) ist, bevorzugt mindestens doppelt so groß ist wie das Minimum der Periodenlänge (115) ist, besonders bevorzugt mindestens vierfach so groß ist wie das Minimum der Periodenlänge (115).

Description

  • Verschiedene Ausführungsformen betreffen eine Vorrichtung, die ein permanentmagnetisches Material, einen ersten Winkelmagnetfeldsensor und einen zweiten Winkelmagnetfeldsensor umfasst. Die Magnetisierung des Materials weist eine Periodenlänge auf, die entlang eines Pfads variiert. Verschiedene Ausführungsformen betreffen ein entsprechendes Verfahren.
  • HINTERGRUND
  • In verschiedenen Anwendungen kann es erstrebenswert sein, die Relativpositionierung zwischen zueinander beweglichen Teilen durch einen magnetischen Positionssensor zu bestimmen. Ein Beispiel betrifft Sensorik im Bereich von Getrieben oder von Antriebswellen. Eine solche Sensorik kann zum Beispiel eingerichtet sein, um die Relativpositionierung einer rotierenden Welle zu bestimmen. Ein Beispiel für solche Techniken ist zum Beispiel aus US 8 736 257 B2 bekannt.
  • DE 199 10 636 A1 offenbart ein Längenmesssystem bestehend aus einem oder mehreren magnetischen Maßstäben und mehreren Magnetfeldsensoren, die in Meßrichtung relativ zu den Maßstäben verschiebbar sind. Die Magnetisierung der Maßstäbe liegt in einer Ebene, die senkrecht auf der Messrichtung steht, wobei die Richtung der Magnetisierung entlang der Messrichtung gedreht ist und die Position dem Winkel der Magnetisierung entspricht. Der Winkel der Magnetisierung vergrößert sich kontinuierlich mit dem Fortschreiten der Messrichtung.
  • DE 10 2006 060 622 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Stellungserfassung eines sich bewegenden Bauteils mit mindestens einem mit dem Bauteil mitbewegenden Geber, welcher mit mindestens einem die Stellung des Gebers erfassenden Sensor zusammenwirkt. Der Geber weist über seinen Bewegungsbereich vom Sensor erfassbare Marken auf, die in Abhängigkeit von ihrer Lageposition unterschiedliche Größen aufweisen.
  • DE 10 2007 008 870 A1 offenbart eine Anordnung zur Absolutbestimmung der Linearposition oder der durch einen Winkel ausgedrückten Drehposition zweier zueinander verschiebbarer oder drehbarer Körper. Ein erster Körper weist einen Maßstab mit einer Anzahl von in Messrichtung in ihrer Polung alternierenden magnetischen Segmenten auf. Ein zweiter Körper weist mindestens zwei voneinander beabstandete magnetfeldempfindliche Sensoren auf. Die Längen der magnetischen Segmente der unterschiedlichen Gruppen sind in Messrichtung verschieden voneinander. Die Dicke der magnetischen Segmente des Maßstabs ist umso größer, je geringer ihre Länge in Messrichtung ist.
  • DE 10 2005 046 822 A1 offenbart eine Messvorrichtung zur Messung der Absolutposition mindestens zweier relativ zueinander verschiebbarer oder drehbarer Körper. Ein erster Körper weist einen permanentmagnetischen Encoder mit einer Anzahl von in Messrichtung in ihrer Polung alternierenden magnetischen Segmenten und einen zweiten Körper mit mindestens zwei voneinander beabstandeten magnetfeldempfindlichen Sensorelementen auf. Die Länge der Segmente ist in Messrichtung unterschiedlich.
  • DE 10 2014 116 844 A1 offenbart ein Magnetfeld-Winkel-Erfassungssystem, welches eingerichtet ist, um eine Drehposition einer Magnetfeldquelle um eine Drehachse zu bestimmen. Dabei ist eine Anzahl von Sensorvorrichtungen vorgesehen, die in einem Kreis konzentrisch zur Drehachse angeordnet sind. Jede Sensorvorrichtung umfasst eine Magnetfeld-Erfassungsvorrichtung betreffend einen Winkel zwischen der Bezugsrichtung und dem Magnetfeld. Ein Signal wird bereitgestellt, das eine Drehposition der Magnetfeldquelle um die Drehachse anzeigt, wobei das Signal durch Kombinieren der Signale von den Magnetfeld-Erfassungs-vorrichtungen der Anzahl von Sensorvorrichtungen bestimmt wird.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Häufig kann es erstrebenswert sein, die Relativpositionierung zwischen relativ zueinander beweglichen Teilen durch einen magnetischen Positionssensor besonders genau zu bestimmen. In verschiedenen Anwendungen kann es alternativ oder zusätzlich erstrebenswert sein, entsprechende Vorrichtungen vergleichsweise platzsparende und/oder kostengünstig zu implementieren.
  • Diese Aufgabe wird von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Die abhängigen Patentansprüche definieren Ausführungsformen.
  • Eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1 und 2 umfasst insbesondere ein permanentmagnetisches Material. Das Material erstreckt sich entlang eines Pfads. Die Vorrichtung umfasst auch einen ersten Winkelmagnetfeldsensor. Der erste Winkelmagnetfeldsensor ist eingerichtet, um mindestens ein erstes Signal auszugeben. Der erste Winkelmagnetfeldsensor ist beabstandet zum Material angeordnet. Die Vorrichtung umfasst auch einen zweiten Winkelmagnetfeldsensor. Der zweite Winkelmagnetfeldsensor ist eingerichtet, um mindestens ein zweites Signal auszugeben. Der zweite Winkelmagnetfeldsensor ist beabstandet zum Material angeordnet. Der zweite Winkelmagnetfeldsensor ist auch beabstandet zum ersten Winkelmagnetfeldsensor angeordnet. Die Vorrichtung umfasst auch eine Auswerteeinheit. Die Auswerteeinheit ist eingerichtet, um basierend auf dem mindestens einen ersten Signal und dem mindestens einen zweiten Signal eine Relativpositionierung des ersten Winkelmagnetfeldsensors und des zweiten Winkelmagnetfeldsensors gegenüber dem Material parallel zu dem Pfad zu bestimmen. Die Magnetisierung des Materials weist eine Periodenlänge auf, die entlang des Pfads variiert.
  • Ein Verfahren gemäß Patentansprüchen 23 und 24 umfasst insbesondere das Empfangen mindestens eines ersten Signals von einem ersten Winkelmagnetfeldsensor. Der erste Winkelmagnetfeldsensor ist beabstandet zu einem permanentmagnetischen Material angeordnet. Das Verfahren umfasst weiterhin das Empfangen mindestens eines zweiten Signals von einem zweiten Winkelmagnetfeldsensor. Der zweite Winkelmagnetfeldsensor ist beabstandet zum Material angeordnet. Der zweite Winkelmagnetfeldsensor ist auch beabstandet zum ersten Winkelmagnetfeldsensor angeordnet. Das Material erstreckt sich entlang eines Pfads. Das Verfahren umfasst weiterhin das Bestimmen einer Relativpositionierung basierend auf dem mindestens einen ersten Signal und dem mindestens einen zweiten Signal. Die Relativpositionierung ist zwischen dem ersten Winkelmagnetfeldsensor und dem zweiten Winkelmagnetfeldsensor gegenüber dem Material parallel zum Pfad definiert. Die Magnetisierung des Materials weist eine Periodenlänge auf, die entlang des Pfads variiert.
  • Die oben dargelegten Merkmale und Merkmale, die nachfolgend beschrieben werden, können nicht nur in den entsprechenden explizit dargelegten Kombinationen verwendet werden, sondern auch in weiteren Kombinationen oder isoliert, ohne den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
  • Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden.
  • 1A illustriert schematisch eine Vorrichtung gemäß verschiedener Ausführungsformen, bei welcher sich ein permanentmagnetisches Material entlang eines geraden Pfads erstreckt und die einen ersten Winkelmagnetfeldsensor und einen zweiten Winkelmagnetfeldsensor, die beabstandet zueinander und weiterhin beabstandet zu dem Material angeordnet sind, umfasst.
  • 1B illustriert schematisch das Streumagnetfeld der Vorrichtung gemäß 1A für verschiedene Positionen entlang eines weiteren Pfads, der parallel zu dem geraden Pfad verläuft.
  • 1C illustriert schematisch die Magnetisierung des permanentmagnetischen Materials der Vorrichtung gemäß 1A, wobei die Orientierung der Magnetisierung des Materials entlang des Pfads mit einer Periodenlänge rotiert.
  • 2A illustriert schematisch eine Vorrichtung gemäß verschiedener Ausführungsformen, bei welcher sich das permanentmagnetischen Material entlang eines kreisförmigen Pfads erstreckt, wobei eine Rotationsachse eines Trägers, auf welchem das Material angeordnet ist, exzentrisch gegenüber einem Zentrum des kreisförmigen Pfads angeordnet ist.
  • 2B illustriert schematisch eine Vorrichtung gemäß verschiedener Ausführungsformen, bei welcher sich das permanentmagnetischen Material entlang eines kreisförmigen Pfads erstreckt, wobei die Rotationsachse des Trägers, auf welchem das Material angeordnet ist, konzentrisch mit dem Zentrum des kreisförmigen Pfads angeordnet ist.
  • 2C illustriert schematisch eine Vorrichtung gemäß verschiedener Ausführungsformen, bei welcher sich das permanentmagnetischen Material entlang eines ellipsenförmigen Pfads erstreckt.
  • 3A illustriert schematisch eine Vorrichtung gemäß verschiedener Ausführungsformen, bei welcher sich das permanentmagnetische Material entlang eines kreisförmigen Pfads erstreckt, wobei das Material auf einem kreisscheibenförmigen Träger angeordnet ist, wobei der erste Winkelmagnetfeldsensor und der zweite Winkelmagnetfeldsensor jeweils in Axialrichtung von einem Umfang des kreisscheibenförmigen Trägers beabstandet angeordnet sind.
  • 3B illustriert schematisch eine Vorrichtung gemäß verschiedener Ausführungsformen, bei welcher sich das permanentmagnetische Material entlang eines kreisförmigen Pfads erstreckt, wobei das Material auf einem kreisscheibenförmigen Träger angeordnet ist, wobei der erste Winkelmagnetfeldsensor und der zweite Winkelmagnetfeldsensor jeweils in Axialrichtung von einem Umfang des kreisscheibenförmigen Trägers beabstandet angeordnet sind.
  • 4 illustriert schematisch eine Vorrichtung gemäß verschiedener Ausführungsformen, bei welcher sich das permanentmagnetische Material entlang eines kreisförmigen Pfads erstreckt, wobei das Material auf einem zylinderförmigen Träger angeordnet ist, wobei der erste Winkelmagnetfeldsensor und der zweite Winkelmagnetfeldsensor jeweils in Radialrichtung beabstandet von der Mantelfläche des zylinderförmigen Trägers angeordnet sind.
  • 5 illustriert schematisch eine Vorrichtung gemäß verschiedener Ausführungsformen, bei welcher sich das permanentmagnetische Material entlang eines kreisförmigen Pfads erstreckt.
  • 6 illustriert schematisch die Variation des Streumagnetfelds der Magnetisierung des Materials entlang des weiteren Pfads als Funktion der Relativpositionierung für das Szenario der 5.
  • 7 illustriert schematisch ein erstes Signal des ersten Winkelmagnetfeldsensors, welches indikativ für den Winkel des Streumagnetfelds der Magnetisierung des Materials an der Position des ersten Winkelmagnetfeldsensors ist, und ein zweites Signal des zweiten Winkelmagnetfeldsensors, welches indikativ für den Winkel der Streumagnetfelds der Magnetisierung des Materials an der Position des zweiten Winkelmagnetfeldsensors ist, als Funktion der Relativpositionierung für das Szenario der 5.
  • 8 illustriert schematisch eine Differenz zwischen dem ersten Signal und dem zweiten Signal für einen bestimmten Abstand zwischen dem ersten Winkelmagnetfeldsensor und dem zweiten Winkelmagnetfeldsensor als Funktion der Relativpositionierung für das Szenario der 5.
  • 9 illustriert schematisch eine Differenz zwischen dem ersten Signal und dem zweiten Signal für einen bestimmten Abstand zwischen dem ersten Winkelmagnetfeldsensor und dem zweiten Winkelmagnetfeldsensor als Funktion der Relativpositionierung für das Szenario der 5.
  • 10 illustriert schematisch eine Differenz zwischen dem ersten Signal und dem zweiten Signal für einen bestimmten Abstand zwischen dem ersten Winkelmagnetfeldsensor und dem zweiten Winkelmagnetfeldsensor als Funktion der Relativpositionierung für das Szenario der 5.
  • 11 illustriert schematisch eine Differenz zwischen dem ersten Signal und dem zweiten Signal für einen bestimmten Abstand zwischen dem ersten Winkelmagnetfeldsensor und dem zweiten Winkelmagnetfeldsensor als Funktion der Relativpositionierung für das Szenario der 5.
  • 12 illustriert schematisch eine Differenz zwischen dem ersten Signal und dem zweiten Signal für einen bestimmten Abstand zwischen dem ersten Winkelmagnetfeldsensor und dem zweiten Winkelmagnetfeldsensor als Funktion der Relativpositionierung für das Szenario der 5.
  • 13 illustriert schematisch eine Differenz zwischen dem ersten Signal und dem zweiten Signal für einen bestimmten Abstand zwischen dem ersten Winkelmagnetfeldsensor und dem zweiten Winkelmagnetfeldsensor als Funktion der Relativpositionierung für das Szenario der 5.
  • 14 illustriert schematisch die Stärke der Variation der Differenz zwischen dem ersten Signal und dem zweiten Signal als Funktion des Abstands zwischen dem ersten Winkelmagnetfeldsensor und dem zweiten Winkelmagnetfeldsensor für das Szenario der 5.
  • 15 illustriert schematisch eine Differenz zwischen dem ersten Signal und dem zweiten Signal für einen bestimmten Abstand zwischen dem ersten Winkelmagnetfeldsensor und dem zweiten Winkelmagnetfeldsensor als Funktion der Relativpositionierung für das Szenario der 5, wobei die Differenz abschnittsweise eine eindeutige und zweideutige Abhängigkeit von der Relativpositionierung aufweist.
  • 16 illustriert schematisch eine Differenz zwischen dem ersten Signal und dem zweiten Signal für einen bestimmten Abstand zwischen dem ersten Winkelmagnetfeldsensor und dem zweiten Winkelmagnetfeldsensor als Funktion der Relativpositionierung für das Szenario der 5, wobei die Differenz eine zweideutige Abhängigkeit von der Relativpositionierung aufweist.
  • 17 illustriert schematisch eine Vorrichtung gemäß verschiedener Ausführungsformen, bei welcher sich das permanentmagnetische Material entlang eines kreisförmigen Pfads erstreckt.
  • 18 illustriert schematisch eine Differenz zwischen dem ersten Signal und dem zweiten Signal für einen bestimmten Abstand zwischen dem ersten Winkelmagnetfeldsensor und dem zweiten Winkelmagnetfeldsensor als Funktion der Relativpositionierung für das Szenario der 17, wobei die Differenz in einem Bereich eine eindeutige Abhängigkeit von der Relativpositionierung aufweist.
  • 19A illustriert schematisch eine Vorrichtung gemäß verschiedener Ausführungsformen.
  • 19B illustriert schematisch ein Bauelement-Gehäuse und mehrere Substratteile, auf welchen die Winkelmagnetfeldsensoren angeordnet sind.
  • 20 illustriert schematisch die Variation der Periodenlänge der Magnetisierung des Materials für verschiedene Positionen entlang des Pfads.
  • 21 illustriert schematisch die Variation der Abmessung eines Spalts senkrecht zum Pfad und zwischen dem Material und den Winkelmagnetfeldsensoren als Funktion der Periodenlänge.
  • 22 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß verschiedener Ausführungsformen.
  • 23 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß verschiedener Ausführungsformen.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Elemente. Die Figuren sind schematische Repräsentationen verschiedener Ausführungsformen der Erfindung. In den Figuren dargestellte Elemente sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu dargestellt. Vielmehr sind die verschiedenen in den Figuren dargestellten Elemente derart wiedergegeben, dass ihre Funktion und genereller Zweck dem Fachmann verständlich wird. In den Figuren dargestellte Verbindungen und Kopplungen zwischen funktionellen Einheiten und Elementen können auch als indirekte Verbindung oder Kopplung implementiert werden. Eine Verbindung oder Kopplung kann drahtgebunden oder drahtlos implementiert sein. Funktionale Einheiten können als Hardware, Software oder eine Kombination aus Hardware und Software implementiert werden.
  • Verschiedene Beispiele betreffen Techniken, um eine Relativpositionierung zwischen – einerseits – einem ersten Winkelmagnetfeldsensor und einem zweiten Winkelmagnetfeldsensor und – andererseits – einem permanentmagnetischen Material zu bestimmen. Verschiedene Beispiele betreffen einen entsprechende Vorrichtungen und Verfahren, die zur Implementierung eines magnetischen Positionssensors verwendet werden können.
  • Die hierin beschriebenen Techniken zum Implementieren eines Positionssensors können es ermöglichen, eine Relativpositionierung zwischen zwei Teilen besonders genau zu bestimmen. Es kann alternativ oder zusätzlich möglich sein, die Relativpositionierung mit vergleichsweise geringem Aufwand an Hardware und / oder Software zu implementieren. Außerdem kann es alternativ oder zusätzlich möglich sein, die Relativpositionierung mit vergleichsweise geringem Bauraum zu bestimmen. Auch ist die Erfassung der Relativpositionierung weitgehend robust gegenüber von aussen einwirkenden Störmagnetfeldern.
  • Es können verschiedene Winkelmagnetfeldsensoren verwendet werden, zum Beispiel Hall-Effekt-basierte oder GMR-basierte (engl. giant magnetoresistance), AMR-basierte (engl. anisotropic magnetoresistance) oder TMR-basierte (engl. tunnel magnetoresistance) Winkelmagnetfeldsensoren. Die Winkelmagnetfeldsensoren können eingerichtet sein, um jeweils ein Signal auszugeben, welches indikativ für den Winkel des Magnetfelds gegenüber einer Referenzrichtung ist. Die Winkelmagnetfeldsensoren können eine Sensitivität aufweisen, die in einer Ebene definiert ist. Es können auch Winkelmagnetfeldsensoren verwendet werden, die eine out-of-plane Sensitivität aufweisen, bspw. Hallplatten in Verbindung mit Vertikal-Hall-Effekt-basierten Sensoren. Beispiele für Winkelmagnetfeldsensoren, die im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, sind zum Beispiel: TLE5010 (Bj. 2015) oder TLE5012 (Bj. 2015) der Infineon Technologies AG.
  • Die Winkelmagnetfeldsensoren können unterschiedliche relative Anordnungen zueinander aufweisen. Zum Beispiel können die Winkelmagnetfeldsensoren sensitive Ebenen aufweisen, die aneinander ausgerichtet sind. Es wäre möglich, dass die Winkelmagnetfeldsensoren parallel zueinander angeordnet sind oder einen Winkel miteinander einschließen.
  • Das Material erstreckt sich entlang eines Pfads. Dabei können in verschiedenen Beispielen der erste Winkelmagnetfeldsensor und der zweite Winkelmagnetfeldsensor relativ in Bezug auf das Material beweglich angeordnet sein. Derart kann eine Relativpositionierung zwischen den Winkelmagnetfeldsensoren und dem Material eingestellt werden. Insbesondere kann die Relativpositionierung eine Komponente parallel zum Pfad aufweist. Es ist dann möglich, dass die Relativpositionierung parallel zu dem Pfad bestimmt wird.
  • Zum Beispiel wäre es möglich, dass der erste Winkelmagnetfeldsensor und der zweite Winkelmagnetfeldsensor als Stator ausgebildet sind und das Material beweglich angeordnet ist. Alternativ wäre es auch möglich, dass das Material als Stator ausgebildet ist und der erste Winkelmagnetfeldsensor und der zweite Winkelmagnetfeldsensor beweglich angeordnet sind. In verschiedenen Beispielen ist es auch möglich, dass sowohl der erste Winkelmagnetfeldsensor und der zweite Winkelmagnetfeldsensor, als auch das Material beweglich angeordnet sind.
  • Verschiedene Beispiele betreffen Techniken, um die Relativpositionierung mittels Messen eines Streumagnetfelds des permanentmagnetischen Materials zu bestimmen. Dabei kann zum Beispiel ein Winkel und optional eine Amplitude des Streumagnetfelds gemessen werden. Deshalb ist es in verschiedenen Beispielen möglich, die Relativpositionierung kontaktfrei zu bestimmen.
  • Eine entsprechende Vorrichtung oder ein entsprechendes Verfahren können in unterschiedlichsten Anwendungen eingesetzt werden. Beispielhafte Anwendungen umfassen: Bestimmen der Drehrate einer rotierenden Welle; Bestimmen des Drehwinkels einer rotierenden Welle; Bestimmen der Geschwindigkeit eines beweglichen Teils; Bestimmen der Position eines beweglichen Teils. Beispielsweise können die hierin beschriebenen Techniken im Bereich der Motorsteuerung eines Kraftfahrzeugs eingesetzt werden. Es wäre auch möglich, dass die hierin beschriebenen Techniken im Bereich der Getriebesteuerung eines Kraftfahrzeugs eingesetzt werden. Es wäre auch möglich, dass die hierin beschriebenen Techniken im Bereich der Traktionskontrolle für Räder eines Kraftfahrzeugs eingesetzt werden.
  • Verschiedene Beispiele beruhen auf einer spezifischen Ausgestaltung der Orientierung und/oder Amplitude der Magnetisierung des Materials entlang des Pfads. Durch die spezifische Ausgestaltung der Magnetisierung kann es möglich sein, dass das entsprechende Streumagnetfeld unterschiedliche Relativpositionierungen im Bereich der Winkelmagnetfeldsensoren eindeutig oder zumindest zweideutig codiert. Dadurch kann es möglich sein, besonders genau und einfach auf die Relativpositionierung zurück zu schließen.
  • In verschiedenen Beispielen weist die Magnetisierung des Materials eine örtliche Periodenlänge auf, die entlang des Pfads variiert. Dies kann bedeuten, dass die Magnetisierung als Funktion der Position entlang des Pfads eine veränderliche Orientierung und/oder Amplitude aufweist. Dabei kann die Orientierung und/oder Amplitude als Funktion der Position entlang des Pfads mit der Periodenlänge oszillieren. Durch das Vorsehen der Periodenlänge, die entlang des Pfads variiert, kann eine besonders genaue Codierung der Relativpositionierung im Bereich der Winkelmagnetfeldsensoren durch das Streumagnetfeld erreicht werden.
  • Es können unterschiedlichste permanentmagnetische Materialien verwendet werden. Das Material kann magnetische Domänen ausbilden (Multipolmagnet). In einem Beispiel kann ein Multipol-Streifen verwendet werden. Zum Beispiel kann das Material ferromagnetische Einschlüsse umfassen. Die Magnetisierung des Materials kann durch geeignetes Aufmagnetisieren aufgeprägten werden. Dazu kann z.B. ein magnetischer Schreibkopf in die Nähe des Materials gebracht werden. Durch das Aufmagnetisieren können unterschiedliche Ortsabhängigkeiten der Magnetisierung implementiert werden.
  • In verschiedenen Beispielen werden Techniken beschrieben, um die Relativpositionierung zwischen dem Material und dem ersten Winkelmagnetfeldsensor und dem zweiten Winkelmagnetfeldsensor zu bestimmen. Mittels der hierin beschriebenen Techniken kann ein linearer Positionssensor implementiert werden oder ein Rotations-Positionssensor.
  • 1A illustriert eine Vorrichtung 100, die ein permanentmagnetisches Material 111 umfasst. Zum Beispiel kann das permanentmagnetische Material 111 ein Multipolmagnet sein. Der Multipolmagnet kann zum Beispiel eine Vielzahl von magnetischen Domänen 121–126 mit alternierender Polarität, d.h. nach oben/nach unten ausgerichtet bzw. Nordpol/Südpol, aufweisen. Dies bedeutet, dass die Magnetisierung 112 des Materials 111 entlang des Pfads 181 variiert. Insbesondere variiert die z-Komponente 192 der Magnetisierung 112. In dem Beispiel der 1A rotiert insbesondere die Orientierung der Magnetisierung 112 entlang des Pfads 181 mit einer Periodenlänge 115. Die Rotation kann z.B. sprunghaft oder kontinuierlich sein. Die magnetischen Domänen 121–126 erstrecken sich entlang der Ausdehnung des Materials 111, das heißt entlang eines Pfads 181 (in 1A entlang der X-Achse 191). Die Dicke des Materials 111 senkrecht zu dem Pfad 181, d.h. entlang der Y-Achse 193 (senkrecht zur Zeichenebene der 1A) kann konstant sein oder als Funktion der Position entlang des Pfads 181 variieren.
  • In dem Beispiel der 1A ist das Material 111 auf einem Träger 110 angeordnet. Der Träger 110 kann zum Beispiel ein dünnes Stahlband oder eine Metallfolie sein. Zum Beispiel könnte der Träger 110 ferromagnetisches Material umfassen. Derart kann die Feldstärke eines Streumagnetfelds 113 des Materials 111 (in 1A nur schematisch und ausschnittsweise dargestellt) verstärkt werden. In dem Beispiel der 1A ist der Träger 110 auf eine Unterseite des Materials 111 angeordnet.
  • 1A zeigt eine Messposition. In der Messposition befindet sich auf der Oberseite des Materials 111, durch einen Spalt 152 beabstandet, ein Bauteil 193A. Das Bauteil 193A umfasst einen ersten Winkelmagnetfeldsensor 101 und einen zweiten Winkelmagnetfeldsensor 102. Der Spalt 152-1 zwischen dem Material 111 und dem ersten Winkelmagnetfeldsensor 101 und der Spalt 152-2 zwischen dem Material 111 und dem zweiten Winkelmagnetfeldsensor 102 sind in 1A auch dargestellt. Der Spalt 152-1, sowie der Spalt 152-2 sind jeweils senkrecht zum Pfad 181 definiert, d.h. entlang der Z-Achse 192. Aus 1A ist ersichtlich, dass der erste Winkelmagnetfeldsensor 101 beabstandet zu Material 111 und zum zweiten Winkelmagnetfeldsensor 102 angeordnet ist; entsprechend ist der zweite Winkelmagnetfeldsensor 102 beabstandet zu Material 111 und zum ersten Winkelmagnetfeldsensor 101 angeordnet. Der Abstand 151 zwischen dem ersten Winkelmagnetfeldsensor 101 und dem zweiten Winkelmagnetfeldsensor 102 entlang des weiteren Pfads 182 ist in 1A illustriert.
  • Die Winkelmagnetfeldsensoren 101, 102 sind entlang eines weiteren Pfads 182 relativ gegenüber dem Material 111 beweglich; in verschiedenen Beispielen ist es möglich, dass das Material 111 und/oder das Bauteil 193A bzw. die Winkelsensoren 101, 102 als Stator ausgebildet sind. Zum Beispiel wäre es möglich, dass das Material 111 entlang des Pfads 181 bewegt wird, d.h. entlang der X-Achse 191. Nachfolgend wird die Bewegungsrichtung jeweils als Achse 191 bezeichnet. Die Winkelmagnetfeldsensoren 101, 102 und das Material 111 sind jeweils entlang Achse 192 beabstandet. Dadurch kann eine Relativpositionierung 109 zwischen dem Bauteil 193A und dem Material 111 eingestellt werden. In dem Beispiel der 1A sind der Pfad 181 und der Pfad 182 parallel zueinander angeordnet; im Allgemeinen können die Pfade 181, 182 jedoch auch einen Winkel miteinander einschließen. Wenn die Pfade 181, 182 parallel zueinander ausgerichtet sind, bleibt der Spalt 152, 152-1, 152-2 für unterschiedliche Relativpositionierungen 109 im Wesentlichen konstant.
  • Nachfolgend werden Techniken beschrieben, welche es ermöglichen, die Relativpositionierung 109 (zwischen dem Bauteil 193A, d.h. den Winkelmagnetfeldsensoren 101, 102, und dem Material 111 zu bestimmen.
  • 1B illustriert Aspekte in Bezug auf das Streumagnetfeld 113 der Magnetisierung 111 des Materials 111. In 1B ist jeweils eine Komponente des Streumagnetfelds 113 entlang der X-Achse 191 (in 1B als Bx bezeichnet) und eine Komponente des Streumagnetfelds 113 entlang der Z-Achse 192 (in 1B als Bz bezeichnet) dargestellt. Diese Komponenten des Streumagnetfelds 113 sind für unterschiedliche Abmessungen der Spalte 151-1, 152-2 illustriert (durchgezogene und gestrichelte Linien 182 in 1B).
  • Aus 1B ist ersichtlich, dass die jeweiligen Komponenten 191, 192 des Streumagnetfelds 113 mit einer Periodenlänge 115 oszilliert, die der Periodenlänge 115 entspricht, mit welcher die Magnetisierung 111 zwischen den verschiedenen Domänen 121–129 oszilliert. Für kleinere (größere) Abmessungen der Spalte 151-1, 151-2 werden dabei kantigere (glattere) Verläufe des Streumagnetfelds 113 erhalten.
  • In dem Szenario der 1B ist die Amplitude des Streumagnetfelds 113 normiert dargestellt. Typischerweise nimmt die Amplitude des Streumagnetfelds 113 für größere Abstände zum Material 111 ab; d.h. je größer die Abmessung des Spalts 152, 152-1, 152-2, desto geringer typischerweise die Amplitude. Außerdem wird typischerweise für größere (kleinere) Periodenlängen 115 eine größere (kleinere) Amplitude des Streumagnetfelds 113 erhalten.
  • In den 1A und 1B ist die Magnetisierung 111 schematisch dargestellt. Insbesondere sind in diesen Beispielen scharf definierte Domänenwände zwischen angrenzenden Domänen 121–129 dargestellt. Dies entspricht einer stufenförmigen Variation der Magnetisierung 112 des Materials 111 entlang des Pfads 181. In verschiedenen Beispielen ist es jedoch möglich, dass die Magnetisierung 112 des Materials 111 entlang des Pfads 181 kontinuierlich variiert.
  • In 1C sind Aspekte in Bezug auf die Variation der Magnetisierung 112 des Materials 111 entlang des Pfads 181 beschrieben. In dem Beispiel der 1C rotiert die Orientierung der Magnetisierung 112 entlang des Pfads 181 mit der Periodenlänge 115. Die Amplitude der Magnetisierung 112 ist im Wesentlichen konstant, bspw. gleich der Sättigungsmagnetisierung oder der Remanenzmagnetisierung. Zum Beispiel kann die Magnetisierung durch eine Halbach-Form beschrieben werden. Siehe etwa K. Halbach “Design of permanent multipole magnets with oriented rare earth cobalt material” in Nuclear Instruments and Methods, 169 (1980) 1–10.
  • Die verschiedenen, in Bezug auf die 1B und 1C beschriebenen Aspekte können in den verschiedenen hierin offenbarten Beispielen ausgenutzt werden, um die Relativpositionierung 109 zu bestimmen. Dazu kann beispielsweise die Variation der Magnetisierung 111 entlang des Pfads 181 durch geeignetes Aufmagnetisieren derart eingestellt werden, dass das Streumagnetfeld 113 die Relativpositionierung 109 eindeutig oder zweideutig codiert. Zum Beispiel wäre es möglich, dass die Variation der Magnetisierung 111 entlang des Pfads 181 derart eingestellt wird, dass eine Differenz des Streumagnetfelds 113 zwischen zwei verschiedenen Punkten entlang des weiteren Pfads 182 die Relativpositionierung 109 eindeutig oder zweideutig codiert.
  • Wieder Bezug nehmend auf 1A ist ersichtlich, dass die Periodenlänge 115 in diesem Beispiel monoton entlang der X-Achse 191, d.h. entlang des Pfads 181, zunimmt. Beispielsweise wäre es möglich, dass die Periodenlänge 115 zwischen gegenüberliegenden Enden des Materials 111 monoton zunimmt. In weiteren Beispielen wäre es zum Beispiel möglich, dass die Periodenlänge 115 zumindest über eine gewisse Entfernung monoton zunimmt: zum Beispiel wäre es möglich, dass die Periodenlänge 115 entlang des Pfads 181 über mindestens drei Perioden, d.h. Domänen 121–129, monoton ansteigt, bevorzugt über mindestens fünf Perioden, besonders bevorzugt über mindestens acht Perioden.
  • Z.B. kann die Periodenlänge zwischen sich zwei oder mehr benachbarten sich wiederholenden Orientierungen und / oder Amplituden der Magnetisierung definiert sein. Zur Definition der Periodenlänge sei gesagt, dass im strengen mathematischen Sinn eine Periode nur für eine exakte Wiederholung des Funktionsverlaufs an unendlich vielen verschobenen Positionen gilt: f(x + p) = f(x) wobei p die Periodenlänge längs des Pfads ist, der Pfad sich hier in x-Richtung erstrecken möge, und f eine oder mehrere Komponenten des Magnetisierungsvektors im Material darstellt. Wird die Periodenlänge längs des Pfades variiert – also p = p(x) – so bedeutet eine solche Periodizität folglich: f(x + p(x)) = f(x). In 1A ist die Dicke der Magnetpole in z-Richtung konstant und die Breite der Magnetpole in y-Richtung beliebig, also entweder konstant oder ansteigend oder allgemein veränderlich. D.h. die Geometrie des Magnetmaterials in den Richtungen senkrecht zum Pfad ist kein Kriterium für Periodizität.
  • Nachfolgend wird die Funktionsweise der Vorrichtung 100 zum Bestimmen der Relativpositionierung 109 beschrieben. Dabei wird durch die Winkelmagnetfeldsensoren 101, 102 die Projektion des Streumagnetfelds 113 in die XZ-Ebene gemessen; diese Projektion rotiert in der XZ-Ebene als Funktion der Position des Materials 111 entlang des Pfads 181 bzw. der Relativpositionierung 109. Dies bedeutet, dass ein Plot des Vektor {BX, BZ} mit einem Ende, das im Ursprung der (BX, BZ)-Ebene fixiert ist, einer Bewegung der Spitze dieses Vektor auf einem Kreis entspricht, der im Ursprung zentriert ist. Wenn die Position der Winkelmagnetfeldsensoren 101, 102, d.h. des Abtastpunkts, mit konstanter Abmessung des Spalts 152, 152-1, 152-2 entlang des weiteren Pfads 182, d.h. entlang der X-Achse 191 hin zu den größeren Domänen 121–126 (in 1A in positiver Richtung der X-Achse 191) bewegt wird, nimmt die Länge des Vektor während der Rotation zu, sodass sich die Spitze des Detektors {BX, BZ} auf einer Spirale bewegt. Dieser Effekt tritt aufgrund der größeren Amplitude des Streumagnetfelds 113 bei größeren Periodenlängen 115 auf. Für eine Bewegung über einen einzelnen Nordpol und den benachbart angrenzenden Südpol, dreht sich der Vektor um den Ursprung in der (BX, BZ)-Ebene um eine volle Umdrehung. Für sieben aufeinanderfolgende Nord/Südpole dreht sich der Vektor sieben Mal um den Ursprung, wobei sich die Länge des Vektors stetig vergrößert; dadurch bewegt sich die Spitze des Vektor entlang eines spiralförmigen Pfads.
  • Der Winkel zwischen dem {BX, BZ}-Vektor und einer Referenzrichtung in der (BX, BZ)-Ebene, beispielsweise der Richtung, die durch {1, 0} definiert ist, kann dann durch die Winkelmagnetfeldsensoren 101, 102 bestimmt werden. Je nach Typ der Winkelmagnetfeldsensoren 101, 102 ist dann die Hauptfläche bzw. die sensitive Ebene der Winkelmagnetfeldsensoren 101, 102 parallel zu der XZ-Ebene.
  • Angenommen, die Periodenlänge 115 würde als Funktion der Position entlang des Pfads 181 nicht variieren (in 1A nicht dargestellt): in einem solchen Fall würden die Winkelmagnetfeldsensoren 101, 102 linear variierende Winkel detektieren, wenn das Bauteil 193A entlang des Pfads 182 in verschiedene Relativpositionierungen 109 bewegt wird und/oder wenn das Material 111 entlang des Pfads 181 in verschiedene Relativpositionierungen 109 bewegt wird. Dabei würden die Winkel, die durch die Winkelmagnetfeldsensoren 101, 102 detektiert werden würden, eine konstante Differenz aufweisen. Die Differenz wäre gegeben durch δ = 360°s/(2L), (1) wobei s den Abstand 151 bezeichnet und L die Länge der verschiedenen Nord- und Südpole 121–129 bezeichnet.
  • In dem in 1A dargestellten Fall variiert jedoch die Periodenlänge 115 monoton als Funktion der Position entlang des Pfads 181. In einem solchen Fall variiert die Differenz zwischen den durch die Winkelmagnetfeldsensoren 101, 102 gemessenen Winkel entsprechend als Funktion der Relativpositionierung 109: δ = 360°s/(Ln + Lm), (2) wobei Ln und Lm die Längen benachbarter Pole längs des Pfades bezeichnen, die der Mitte zwischen beiden Winkelmagnetfeldsensoren 101, 102 am nächsten liegen Dies bedeutet, dass die Differenz der durch die beiden Winkelmagnetfeldsensoren 101, 102 gemessenen Winkel eine eindeutige Funktion der Relativpositionierung 109 ist. Deshalb kann das System 100 gemäß 1 als linearer Positionssensor betrieben werden.
  • In dem Beispiel der 1A ist der Pfad 181 gerade und das Material 111 ist auf einem geraden, länglichen Träger 110 angeordnet, der sich parallel zu dem Pfad 181 erstreckt. Es sind auch andere Geometrie des Pfads 181 möglich.
  • In 2A sind Aspekte in Bezug auf einen kreisförmigen Pfad 181 illustriert. Zum Beispiel könnte das Material 181 in dem Beispiel der 2A auf einem zylinderförmigen Träger angeordnet sein (der Träger ist in 2A nicht dargestellt). In dem Beispiel der 2A wird ein Rotationssensor durch die Vorrichtung 100 implementiert. In dem Beispiel der 2A wird dazu das Material 111 (in 2A nicht dargestellt) samt Träger um eine Rotationsachse 119 (in 2A senkrecht zur Zeichenebene orientiert) in verschiedene Relativpositionierungen 109 rotiert. In dem Beispiel der 2A ist die Rotationsachse 119 beabstandet bzw. exzentrisch in Bezug auf einen Mittelpunkt des kreisförmigen Pfads 181 angeordnet. Dadurch wird erreicht, dass als Funktion der Relativpositionierung 109 die Abmessung des Spalts 152, 152-1, 152-2 zwischen dem Material 111 bzw. dem Pfad 181 und den Winkelmagnetfeldsensoren 101, 102 variiert. Zum Beispiel kann es möglich sein, dass die Exzentrität der Rotationsachse 119 derart gewählt ist, dass die Variation des Abstands 152, 152-1, 152-2 Veränderungen in der Amplitude des Streumagnetfelds 113 an der Position der Winkelmagnetfeldsensoren 101, 102 aufgrund der veränderlichen Periodenlänge 115 kompensiert. In anderen Worten kann es also möglich sein, dass der Abstand 152, 152-1, 152-2 als Funktion der Relativpositionierung 109 entsprechend der Variation der Periodenlänge 115 variiert. Derart kann eine Variation in der Amplitude des Streumagnetfelds 113 als Funktion der Relativpositionierung 109 reduziert werden; dadurch kann ein besonders genaues Bestimmen der Relativpositionierung 109 ermöglicht werden.
  • In anderen Beispielen ist es aber möglich, dass der Abstand 152, 152-1, 152-2 als Funktion der Relativpositionierung 109 konstant bleibt. Ein solches Beispiel ist in Bezug auf 2B (bzw. in Bezug auf 1) dargestellt. In dem Beispiel der 2B ist die Rotationsachse 119 konzentrisch in Bezug auf den Mittelpunkt des kreisförmigen Pfads 181 angeordnet.
  • In Bezug auf 2C sind Aspekte in Bezug auf einen Pfad 181 dargestellt, der elliptisch ist. In dem Beispiel der 2C ist die Rotationsachse 119 im Zentrum des ellipsenförmigen Pfads 181 angeordnet. In dem Beispiel der 2C variiert der Abstand 152, 152-1, 152-2 als Funktion der Relativpositionierung 109. Der Pfad kann auch eikonal sein, wobei dann die beiden Bereiche höchster Krümmung unterschiedliche Krümmung zeigen. Elliptische und eikonale Pfade können kombiniert werden mit beliebigen Positionen der Rotationsachse, um dadurch geeignete Abstandsvariation versus Rotationswinkel einzustellen, sodass die Amplitude des Streumagnetfelds 113 möglichst konstant für alle Relativpositionen 109 wird.
  • 3A illustriert Aspekte in Bezug auf einen kreisscheibenförmigen Träger 110. In dem Beispiel der 3A ist der Pfad 181 kreisförmig. Das Material 111 ist auf einem kreisscheibenförmigen Träger 110 angeordnet. Der erste Winkelmagnetfeldsensor 101 und der zweite Winkelmagnetfeldsensor 102 sind jeweils in Axialrichtung 192 von dem Umfang des kreisscheibenförmigen Trägers 110 beabstandet angeordnet. In dem Beispiel der 3A ist der Pfad 182 nicht exakt parallel zu dem Pfad 181. Insbesondere ist in dem Beispiel der 3A der weitere Pfad 182 gerade, während der Pfad 181 kreisförmig ist. Dennoch weisen die Winkelmagnetfeldsensoren 101, 102 einen Abstand 151 zueinander auf, der eine Komponente parallel zur Bewegungsrichtung aufweist, in 3A der Azimutrichtung 191. In dem Beispiel der 3A können die Winkelmagnetfeldsensoren 101, 102 eine Rotationslage der Projektion des Streumagnetfelds 113 in eine Ebene, die parallel zur Rotationsachse und parallel zum Pfad 182 ist, messen. Bezogen auf das Substrat des Bauteils 193A messen beide Winkelmagnetfeldsensoren 101, 102 einen out-of-plane Winkel. Zum Beispiel könnte ein solches Szenario durch eine Kombination von Hallplatten und Vertikaler-Hall-Effekt-basierten Sensoren implementiert werden.
  • 3B entspricht grundsätzlich der 3A, wobei in dem Beispiel der 3B die Winkelmagnetfeldsensoren 101, 102 um eine Rotationsrichtung parallel zum weiteren Pfad 182 rotiert sind und eine Projektion des Streumagnetfelds 113 in einer Ebene, die parallel zur Rotationsachse und parallel zum Pfad 182 ist, messen. Eine solche Geometrie kann mit herkömmlichen Winkelmagnetfeldsensoren implementiert werden, die eine in-plane Sensitivität aufweisen. Bezogen auf das Bauteils 193A messen beide Winkelmagnetfeldsensoren 101, 102 einen in-plane Winkel.
  • 4 illustriert Aspekte in Bezug auf einen zylinderförmigen Träger 110. In dem Beispiel der 4 ist das Material 111 nahe der Mantelfläche des Trägers 110 angeordnet. Die Winkelmagnetfeldsensoren 101, 102 sind jeweils in Radialrichtung 192 gegenüber dem Material 111 beabstandet. In dem Beispiel der 4 weisen die Winkelmagnetfeldsensoren 101, 102 eine größere radiale Entfernung von der Rotationsachse 119 auf, als das Material 111 (anders als in 3A und 3B). In dem Beispiel der 4 ist der Abstand 152, 152-1, 152-2 als Funktion der Relativpositionierung 109 konstant. Durch geeignete Gestaltung des Trägers 110 könnte auch ein nichtkonstanter Abstand implementiert werden.
  • In dem Beispiel der 4 ist Spalt 152, 152-1, 152-2 in radialer Richtung ausgedehnt; während in dem Beispiel der 3A, 3B der Spalt 152, 152-1, 152-2 in axialer Richtung ausgedehnt ist.
  • Je nach Anwendung kann eines der Szenarien der 1, 3A, 3B oder 4 zu bevorzugen sein. Beispielsweise kann durch geeignete Wahl der geometrischen Form des Materials der benötigten Bauraum reduziert werden. Ist das Material auf einer drehbar gelagerten Welle angebracht, so ist die Anordnung laut 3A, 3B robuster gegen radiale Lagerluft, wohingegen die Anordnung laut 4 robuster gegen axiales Lagerspiel ist. Robust bedeutet dabei, dass trotz Lagerspiel die Winkelpositionsmessung nur mit geringen Fehlern behaftet ist.
  • 5 illustriert Aspekte in Bezug auf die Magnetisierung 112 des Materials 111, welches entlang eines kreisförmigen Pfads 181 angeordnet ist. In dem Beispiel der 5 ist ein Querschnitt durch das Material 111 in der Ebene der Achsen 191, 192 dargestellt. 5 zeigt somit eine Ansicht in Achsenrichtung auf eine Anordnung von 4. In 5 ist auch die Rotationsachse 119 dargestellt, die senkrecht zur Zeichenebene steht. In 5 ist aus Gründen der Einfachheit nur der erste Winkelmagnetfeldsensor 101 dargestellt; der zweite Winkelmagnetfeldsensor 102 ist nicht dargestellt.
  • In dem Beispiel der 5 weist das Material 111 folgende Abmessungen auf: innerer Durchmesser 25 mm; äußere Durchmesser 22 mm; Remanenzfeldstärke 500 mT; Richtung der Magnetisierung in den Polen 121–129 jeweils radial einwärts oder radial auswärts gerichtet; Größe des Pols 121 17°; Größe des Pols 122 17,6085°; Größe des Pols 123 18,2387°; Größe des Pols 124 18,8915°; Größe des Pols 125 19,5676°; Größe des Pols 126 20,268°; Größe des Pols 127 21,7448°; Größe des Pols 128 22,523°; Größe des Pols 129 23,3282°; die Größe der nachfolgenden Pole nimmt wieder entsprechend ab.
  • Es wird ein Rotationswinkel Phi definiert. Der Winkel Phi entspricht einer bestimmten Relativpositionierung 109. In der in 5 dargestellten ersten Messposition befindet sich der erste Winkelmagnetfeldsensor bei der Position X = 14,5 mm und Y = 0 mm, das heißt ist bei der Rotationsposition Phi = 0 positioniert ist. Der sensitive Punkt des ersten Winkelmagnetfeldsensors 101 ist deshalb 2 mm gegenüber dem Material 111 beabstandet angeordnet, was dem Spalt 152-1 entspricht. In der zweiten Messposition der 5 ist der erste Winkelmagnetfeldsensor 101 unter dem Winkel Phi = 60° angeordnet; der Abstand beträgt auch 2 mm, was dem Spalt 152-1 entspricht. Deshalb sind die Pfade 181, 182 parallel zueinander.
  • Der Winkelmagnetfeldsensor 101 detektiert ein Signal, das indikativ für den Winkel Phi1‘ zwischen der radialen und azimutalen Komponente des Streumagnetfelds 113 (BR, BPsi) ist, sodass gilt Phi1' = arctan2(BR, BPsi) (3)
  • Die Relativpositionierung 109, Phi – z.B. definiert in Bezug auf den ersten Sensor 101 – wird basierend auf dem Winkel Phi1' bestimmt. In einem einfachen Szenario gilt: Phi = Phi1'. Es ist aber auch möglich, dass Phi eine Funktion von Phi‘ ist, also Phi = f(Phi1').
  • Z.B. kann Phi eine Funktion der Messwerte beider Winkelmagnetfeldsensoren 101, 102 sein, d.h. Phi = f(Phi1‘, Phi2‘). (4)
  • Insbesondere kann die Relativpositionierung 109, Phi als Funktion der Differenz der Messwerte bestimmt werden: Phi = f(Phi1‘ – Phi2‘). (5)
  • Zum Beispiel eine numerische oder analytische Berechnung durchgeführt werden oder eine Nachschlagetabelle verwendet werden. In der Nachschlagetabelle kann für verschiedene Werte von Phi' jeweils ein Wert von Phi hinterlegt sein. Es kann auch eine Kombination aus einer Nachschlagetabelle und einer Berechnung verwendet werden; ein solcher Fall kann zum Beispiel insbesondere anzustreben sein, falls systematische Abweichungen vorliegen.
  • Ein Winkelmagnetfeldsensor kann den Winkel des Streumagnetfelds 0...360° als Signal ausgeben. Z.B. kann eine Auswerteeinheit zwei Winkel subtrahieren und einen 360°-Überlauf korrigieren. Ein Winkelmagnetfeldsensor kann Berechnungen tätigen. So kann z.B. basierend auf mehreren Messgrößen, beispielsweise Sinus + Cosinus, der Winkel berechnet werden; z.B. mittels Arkustangens. In weiteren Beispielen ist es möglich, dass der Winkelmagnetfeldsensor Sinus- und Cosinus-Signalpaare ausgibt und eine Auswerteeinheit diese dann zur Verrechnung verwendet. Wenn die Signalpaare (C1, S1) und (C2, S2) für sinus/cosinus von zwei Winkelmagnetfeldsensoren sind, dann lässt sich ein Differenzwinkel wie folgt ausrechnen, ohne Überlaufproblematik: arcsin(C1·S2 – C2·S1). Eine Kleinwinkelnäherung kann angewendet werden.
  • 6 illustriert die Komponenten des Streumagnetfelds 113 entlang des Pfads 182 für verschiedene Relativpositionierungen 109.
  • Aus 6 ist ersichtlich, dass die Komponenten des Streumagnetfelds 113 beide Sinus-förmig sind und vergleichbare Amplituden aufweisen. Aus 6 ist weiterhin ersichtlich, dass die beiden Komponenten des Streumagnetfelds 113 einen Phasenversatz von 90° aufweisen. Aus 6 ist auch ersichtlich, dass die Amplitude des Streumagnetfelds 113 als Funktion der Position entlang des weiteren Pfads 182 variiert. Die Amplitude nimmt ein Minimum im Bereich von Phi = 270° an (durch einen vertikalen Pfeil gekennzeichnet), da dort der kleinste Pol 121 bzw. die kürzeste Periodenlänge 115 angeordnet ist. Im Bereich von Phi = 90° weisen die Komponenten des Streumagnetfelds 113 die größten Amplituden auf (durch einen vertikalen Pfeil gekennzeichnet), da dort der größte Pol 129 angeordnet ist bzw. die längste Periodenlänge 115.
  • Im Beispiel der 7 ist das erste Signal 201 des ersten Winkelmagnetfeldsensors 101 (durchgezogene Linie) und das zweite Signal 202 des zweiten Winkelmagnetfeldsensors 102 (gestrichelte Linie) für verschiedene Relativpositionierungen 109 dargestellt. Die Winkelmagnetfeldsensoren 101, 102 messen eine Orientierung des Streumagnetfelds 113; deshalb ist die Variation der Amplituden des Streumagnetfelds 113 in erster Näherung nicht relevant.
  • Dem Beispiel der 7 legt das Material 111 aus 5 zugrunde; in dem Beispiel der 7 ist der erste Winkelmagnetfeldsensor 101 zunächst bei Phi = –20,5° angeordnet und der zweite Winkelmagnetfeldsensor 102 bei Phi = +20,5°. Deshalb weisen die Winkelmagnetfeldsensoren 101, 102 im Beispiel der 7 einen Abstand 151 delta-phim von 41° zueinander auf. Der erste Winkelmagnetfeldsensor 101 detektiert phi1' = arctan2(BR, Bpsi) und der zweite Winkelmagnetfeldsensor 102 detektiert phi2' = arctan2(BR, Bpsi), jeweils an den entsprechenden Positionen. Unterschiedliche Relativpositionierungen 109 in 7 entsprechen dann einem Rotieren des Materials 111 um die Rotationsachse 119 und / oder einem Rotieren der Winkelmagnetfeldsensoren 101, 102 um die Rotationsachse 119.
  • Aus 7 ist ersichtlich, dass die beiden Winkelmagnetfeldsensoren 101, 102 nahe der Relativpositionierung 109 phi = 0° und phi = 180° gleiche Werte detektieren, während der zweite Winkelmagnetfeldsensor 102 dem ersten Winkelmagnetfeldsensor 101 nahe der Relativpositionierung 109 phi = 90° voraus ist und dem ersten Winkelmagnetfeldsensor 101 nahe der Relativpositionierung 109 phi = 270° hinterher läuft.
  • 8 illustriert die Differenz 203 des ersten Signals 201 und des zweiten Signals 202 aus 7 (durchgezogene Linie), d.h. phi1‘ – phi2‘. Aus 8 ist ersichtlich, dass die Differenz 203 annähernd eine Dreiecksform aufweist, wobei höherfrequente Oszillationen überlagert sind. Diese Oszillationen werden durch Abweichungen der Abhängigkeiten der Komponenten des Streumagnetfelds 113 von der perfekten Sinusform aufgrund der endlichen Abmessungen des Spalts 152, 152-1, 152-2 verursacht (vergleiche 1B). Typischerweise erzeugen magnetische Multipolstreifen mit homogener Magnetisierung in allen Domänen und alternierende Vorzeichen der Magnetisierung in benachbarten Domänen, d.h. magnetische Multipolstreifen mit einer rechtecksförmigen Ortsabhängigkeit der Magnetisierung, perfekt harmonische Streufelder nur bei großen Entfernungen zu dem Material. Bei kleineren Abständen 152, 152-1, 152-2 werden keine rein Sinus-förmigen Verläufe der Streufeldkomponenten als Funktion des Orts mehr erreicht wie in 1B gezeigt. In dem Beispiel der 5 und 8 ist die Abmessung des Spalts 152, 152-1, 152-2 im Bereich der größten Domäne 129 kleiner als die Hälfte der Ausdehnung dieser Domäne 129. Dies bewirkt Abweichungen vom reinen Sinus-förmigen Verlauf und bewirkt die wellenförmig Kurve gemäß 8.
  • In 8 ist auch das Differenzsignal 203 für einen größeren Abstand 152, 152-1, 152-2 von 3.5 mm dargestellt (gestrichelte Linie). Der Abstand 151 zwischen den Winkelmagnetfeldsensoren 101, 102 beträgt weiterhin 41°. Aufgrund der größeren Abmessung des Spalts 152, 152-1, 152-2 werden kleinere Amplituden zwischen 15,6 mT und 28,2 mT, je nach Relativpositionierung 109, gemessen. Aufgrund des größeren Spalts 152, 152-1, 152-2 weist das Differenzsignal 203 einen glatteren Verlauf auf. Dadurch kann der Fehler beim Bestimmen der Relativpositionierung 109 reduziert werden.
  • Ein weiterer Ansatz, um die Welligkeit des Differenzsignals 203 zu reduzieren, ist das Verwenden einer geglätteten Abhängigkeit der Magnetisierung 112 von der Position entlang des Pfads 181 (Magnetisierungsmuster). Zum Beispiel kann anstatt einer rechtecksförmigen Magnetisierung als Funktion des Orts entlang des Pfads 181 eine Halbach-Magnetisierung verwendet werden. Diese ist durch die folgende Formel definiert: M → = Mscos(p3Ψ)n →R + Mssin(p3Ψ)n →Ψ = Mscos((p3 + 1)Ψ)n →x + Mssin((p3 + 1)Ψ)n →y (6) wobei M → die Magnetisierung 112 beschreibt, Ms die Sättigungsmagnetisierung, p3 die Anzahl der Pol-Paare ist, und (R, Ψ) die radiale und azimutale Position beschreibt. n →R, n →Ψ sind Einheitsvektoren in Radialrichtung und Azimutalrichtung. n →x, n →y sind Einheitsvektoren in x, y Richtung eines kartesischen Koordinatensystems, dessen Zentrum statisch bei der Rotationsachse 119 liegt, die gleichzeitig die Symmetrieachse ausbildet. Wenn p3 einen konstanten Wert annimmt, sind alle Pole 121–129 gleich groß. Wenn p3 eine Abhängigkeit von Ψ aufweist, variieren die Pole 121–129 in der Größe entlang der Azimutrichtung. Z.B. könnte im Bereich von –90° < Ψ < 90° monoton zunehmen und im Bereich von 90° < Ψ < 270° monoton abnehmen, um Pole der Größe entsprechend 5 zu erhalten.
  • 9 zeigt das Differenzsignal 203 für einen Abstand 151 zwischen den Winkelmagnetfeldsensoren 101, 102 von 180° für eine Abmessung des Spalts 152, 152-1, 152-2 von 2 mm (durchgezogene Linie) und 3,5 mm (gestrichelte Linie).
  • 10 zeigt das Differenzsignal 203 für einen Abstand 151 zwischen den Winkelmagnetfeldsensoren 101, 102 von 90° für eine Abmessung des Spalts 152, 152-1, 152-2 von 2 mm (durchgezogene Linie) und 3,5 mm (gestrichelte Linie).
  • 11 zeigt das Differenzsignal 203 für einen Abstand 151 zwischen den Winkelmagnetfeldsensoren 101, 102 von 20° für eine Abmessung des Spalts 152, 152-1, 152-2 von 2 mm (durchgezogene Linie) und 3,5 mm (gestrichelte Linie).
  • 12 zeigt das Differenzsignal 203 für einen Abstand 151 zwischen den Winkelmagnetfeldsensoren 101,102 von 10° für eine Abmessung des Spalts 152, 152-1, 152-2 von 2 mm (durchgezogene Linie) und 3,5 mm (gestrichelte Linie).
  • 13 zeigt das Differenzsignal 203 für einen Abstand 151 zwischen den Winkelmagnetfeldsensoren 101,102 von 5° für eine Abmessung des Spalts 152, 152-1, 152-2 von 2 mm (durchgezogene Linie) und 3,5 mm (gestrichelte Linie).
  • Aus einem Vergleich der 9–13 ist ersichtlich, dass die Welligkeit variiert. Für vergleichsweise geringe Abstände 151, zum Beispiel < 15° (vergleiche 12, 13), werden große überlagerte Oszillationen auch bei vergleichsweise großer Dimensionierung des Spalts 152, 152-1, 152-2 beobachtet. Z.B. kann es daher erstrebenswert sein, dass der Abstand 151 zwischen den Winkelmagnetfeldsesensoren 101, 102 parallel zu dem weiteren Pfad 182 größer als ein Minimum der Periodenlänge 115 ist. Hier kann z.B. eine Projektion des Abstands 151 zwischen den Winkelmagnetfeldsensoren 101, 102 auf den Pfad 181 betrachtet werden. Bevorzugt ist der Abstand 115 mindestens doppelt oder viermal so groß. Dadurch kann die Welligkeit reduziert werden; dadurch kann der Fehler beim Bestimmen der Relativpositionierung 109 reduziert werden.
  • 14 illustriert die Stärke der Variation (den Hub) zwischen einem Minimum und dem Maximum des Differenzsignals 203, d.h., max(phi1‘ – phi2‘) – min(phi1‘ – phi2‘). Aus 15 ist ersichtlich, dass der Hub abhängig von dem Abstand 151 zwischen den Winkelmagnetfeldsensoren 101, 102 ist. Deshalb kann es grundsätzlich erstrebenswert sein, vergleichsweise große Abstände 151 zu implementieren.
  • 15 illustriert Aspekte in Bezug auf das Bestimmen der Relativpositionierung 109. In 15 weisen die Winkelmagnetfeldsensoren 101, 102 einen Abstand 151 von 90° zueinander auf (vgl. 10). Die Abmessung des Spalts 152, 152-1, 152-2 beträgt 3,5 mm.
  • In 15 ist das erste Signal 201 und das zweite Signal 202 dargestellt (rechte Achse), wie es jeweils von den Winkelmagnetfeldsensoren 101, 102 für verschiedene Relativpositionen 109 gemessen wird. Basierend auf dem ersten Signal 201 und dem zweiten Signal 202 kann dann das Differenzsignal 203 bestimmt werden. Das Differenzsignals 203 ist indikativ für die Differenz zwischen den Winkeln des Streumagnetfelds 113 an den Positionen der Winkelmagnetfeldsensoren 101, 102. Es ist möglich, basierend auf dem Differenzsignals 203 z.B. mittels einer Nachschlagetabelle auf die Relativpositionierung 109 zurück zu schließen.
  • Aus 15 ist ersichtlich, dass die Zuordnung zwischen dem Differenzsignals 203 und der Relativpositionierung 109 nicht eindeutig ist. Insbesondere ist die Zuordnung zwischen dem Differenzsignals 203 und der Relativpositionierung 109 zweideutig. Es ist möglich zwischen den zwei alternativen Möglichkeiten für die Relativpositionierung 109 zu unterscheiden, indem berücksichtigt wird, dass phi1‘ eine ungerade Funktion in Bezug auf phi = 90° ist. Wenn z.B. das Differenzsignal phi1‘ – phi2‘ = 360° beträgt, entspricht das zwei Phi-Werten: 71,75° und 108,25°. Beide sind symmetrisch in Bezug auf 90°. Es ist möglich zwischen diesen beiden Werten zu unterschieden, indem phi1‘ betrachtet wird. Dies ist der Fall, da phi1‘ ein ungerade Funktion in Bezug auf phi = 90° ist. Dies bedeutet, dass vorliegend gilt: Phi1‘ = 28,4° für Phi = 71,75° und Phi1‘ = 331,5° für Phi=108,25°. Derart ist es möglich, zwischen den beiden Relativpositionierungen 109 zu unterscheiden
  • 16 ist eine Vergrößerung eines Ausschnitts der 15. Aus 16 ist ersichtlich, dass für bestimmte Relativpositionierungen 109 (durch die vertikalen Pfeile in 16 illustriert) keine Auflösung der Zweideutigkeit wie obenstehend beschrieben ist möglich ist. phi1‘ – phi2‘ = 338° gilt bei den Relativpositionierungen 109 phi = 45° und phi = 135°: beide Male gilt phi1 = 315°. Eine entsprechende Situation tritt auf für die relativ Positionierungen 109 bei phi = 3° und phi = 177°. Im Bereiche von 0° < phi < 180° gibt es noch einmal die gleiche Anzahl von entsprechenden Situationen.
  • Um diese Zweideutigkeit aufzulösen, sind unterschiedlichste Techniken denkbar. Zum Beispiel wäre es möglich, einen kurzfristigen Verlauf der Signale 201, 202 zu berücksichtigen, um bestimmte Werte zu plausibilisieren. Es wäre auch möglich, einen dritten Winkelmagnetfeldsensor vorzusehen, der gegenüber den Winkelmagnetfeldsensoren 201, 202 beabstandet ist. Es wäre möglich, dass diese dritte Winkelmagnetfeldsensor zum Auflösen der Zweideutigkeit wie oben stehend beschrieben eingesetzt wird. Zum Beispiel könnte der dritte Winkelmagnetfeldsensor gleiche Abstände gegenüber dem ersten Winkelmagnetfeldsensor 101 und dem zweiten Winkelmagnetfeldsensor 102 aufweisen. Zum Beispiel könnte der dritte Winkelmagnetfeldsensor einen Abstand von 90° gegenüber dem zweiten Winkelmagnetfeldsensor 102 aufweisen; der zweite Winkelmagnetfeldsensor 102 könnte wiederum einen Abstand 151 von 90° gegenüber dem ersten Winkelmagnetfeldsensor 101 aufweisen. Es ist dann möglich, die Differenzsignale von Paaren dieser Sensoren zu überlagern, d.h. zum Beispiel phi3‘ – phi2‘ und phi2‘ – phi1‘. Beide Kurven sind typischerweise identisch, jedoch gegeneinander verschoben. Dieser Versatz kann ausgenutzt werden, um die Zweideutigkeit aufzulösen.
  • 17 illustriert eine weitere Implementierung der Vorrichtung 100. In dem Beispiel der 17 weisen die Pole 121–129 monoton zunehmende Abmessungen über die gesamte Länge des Pfads 181 auf. Dies bedeutet, dass die Periodenlänge 115 über die gesamte Länge des Pfads 181 monoton ansteigt. Beginnend bei dem Pol 121, fortschreitend im Gegenuhrzeigersinn, ist die Größe der Pole: Pol 121: 17°; Pol 122: 17,3187°; 17,6434°; 17,9742°; 18,3111°; 18,6544°; 19,0042°; 19,3604°; 19,7234°; 20,0932°; 20,4699°; 20,8536°; 21,2446°; 21,6429°; 22,0486°; 22,4620°; Pol 128: 22,8831°; Pol 129: 23,3121°.
  • 18 illustriert das erste Signal 201 (durchgezogene Linie) und das zweite Signal 202 (gestrichelte Linie), sowie das Differenzsignal 203 (gestrichelt-gepunktete Linie) für das Beispiel der 17. In 18 ist der Abstand 151 der Winkelmagnetfeldsensoren 101, 102 gleich 41°. Die Abmessung des Spalts 152, 152-1, 152-2 beträgt 2 mm.
  • Aus 18 ist ersichtlich, dass die Kurve des Differenzsignals 203 in einem größeren Bereich der Relativpositionierung 109 eine positive Steigung aufweist, im Vergleich zu dem Bereich der Relativpositionierung 109 mit negativer Steigung. In einem solchen Fall wäre es zum Beispiel möglich, die Vorrichtung 100 nur im Bereich der positiven Steigung zu betreiben, um eine Zweideutigkeit zwischen dem Differenzsignal 203 und der Relativpositionierung 109 zu vermeiden.
  • In weiteren Beispielen wäre es auch möglich, mehrere magnetische Materialien entlang unterschiedlicher Pfade 181 zu verwenden, um die Zweideutigkeit aufzulösen. Zum Beispiel wäre es möglich, zwei Multipol-Ringe zu verwenden, die um 180° gegeneinander rotiert sind. Dann könnte die erste Umdrehung mit dem ersten Multipol-Ring gemessen werden und die zweite Umdrehung mit dem zweiten Multipol-Ring gemessen werden. Die beiden Multipol-Ringe sollten einen genügend großen Abstand zueinander aufweisen, sodass Interferenzen der Streumagnetfelder vermieden werden können.
  • 19A illustriert Aspekte in Bezug auf eine Vorrichtung 100, die den ersten Winkelmagnetfeldsensor 101, den zweiten Winkelmagnetfeldsensor 102 und das Material 111 umfasst. Aus 19A ist ersichtlich, dass eine Auswerteeinheit 177 eingerichtet ist, um das erste Signal 201 von dem ersten Winkelmagnetfeldsensor 101 zu empfangen und um das zweite Signal 202 von dem zweiten Winkelmagnetfeldsensor 102 zu empfangen. Die Auswerteeinheit 177 kann dann eingerichtet sein, um basierend auf dem ersten Signal 201 und basierend auf dem zweiten Signal 202 die Relativpositionierung 109 der Winkelmagnetfeldsensoren 101, 102 gegenüber dem Material 111 zu bestimmen. Es kann vorteilhaft sein, jeweils zwei Signale von Winkelmagnetfeldsensor 101 und von Winkelmagnetfeldsensor 102 der Auswerteeinheit 177 zuzuführen. Beispielsweise kann Winkelmagnetfeldsensor 101 ein Cosinussignal und ein Sinussignal der Auswerteeinheit 177 zuführen, ohne dass Winkelmagnetfeldsensor 101 den Winkel arctan2(Cosinussignal, Sinussignal) berechnen muss und somit Rechenzeit und Leistungsverbrauch sinkt.
  • In dem Beispiel der 19A sind die Auswerteeinheit 177 und die Winkelmagnetfeldsensoren 101, 102 an einem Rahmen 179 befestigt, der als Stator ausgebildet ist. Die Relativpositionierung 109 wird daher durch Bewegen des Materials 111 entlang des Pfads 181 erzielt. In anderen Beispielen wäre es aber auch möglich, dass alternativ oder zusätzlich zu der Bewegung des Materials 111 auch eine synchrone Bewegung der Winkelmagnetfeldsensoren 101, 102 entlang des Pfads 182 stattfindet.
  • 19B illustriert die Anordnung der Winkelmagnetfeldsensoren 101, 102 auf einem Halbleitersubstrat 194, welches wiederum auf einem Leadframe 197 angeordnet ist, der zum Beispiel eine Wärmekopplung mit einem PCB-Board 198 gewährleistet. Der Halbleiterchip 100 befindet sich in einem Gehäuse 195, das zum Beispiel mittels Spritzguss-Technik erzeugt werden kann. Ein Anschlussbeinchen 196 stellt eine Verbindung mit Bonddrähten 199 her und verbindet damit die Winkelmagnetfeldsensoren 101, 102 mit dem PCB-Board 198. Das gesamte PCB-Board 198 ist wiederum in einem äußeren Bauteilgehäuse 193A angeordnet.
  • In dem Beispiel der 19B sind die Winkelmagnetfeldsensoren 101, 102 auf demselben Halbleitersubstrat 194 und damit in demselben Bauelement-Gehäuse 195 angeordnet. Weiterhin sind die Winkelmagnetfeldsensoren 101, 102 auf demselben PCB-Board 198 angeordnet. In verschiedenen Beispielen wäre es auch möglich, dass die Winkelmagnetfeldsensoren 101, 102 auf verschiedenen Halbleitersubstraten 197 (d.h. verschiedenen Chips) angeordnet sind und/oder auf verschiedenen PCB-Boards 198 angeordnet sind und/oder in verschiedenen Gehäusen 195, 193A angeordnet sind.
  • Bei der Verwendung nur eines Bauelement-Gehäuses 193A, 195 kann eine einfache und platzsparende Implementierung gewährleistet werden. Bei der Verwendung getrennter Bauelement-Gehäuse 193A, 195 kann ein größerer Abstand 151 zwischen den Winkelmagnetfeldsensoren 101, 102 und damit ein glattes Differenzsignal 203 gewährleistet werden (vgl. 8–13). Entsprechendes gilt für die Verwendung getrennter oder gemeinsamer Substratteile 194, 197, 198.
  • Zum Beispiel kann der Abstand 151 zwischen den Winkelmagnetfeldsensoren 101, 102 im Bereich von 1 bis 3 mm liegen. Sofern ein großes Die-Paddle 197 verwendet wird, können zum Beispiel Abstände 151 von bis zu 15 mm mit ein und demselben Gehäuse 195 und verschiedenen Substraten 194, 197 erreicht werden.
  • Zusammenfassend wurden voranstehend Techniken beschrieben, welche es ermöglichen, einen magnetischen Positionssensor mit einer hohen Genauigkeit und mit begrenzter Komplexität der verwendeten Hardware zu implementieren.
  • Die verschiedenen Techniken wurden anhand von spezifischen Beispielen beschrieben, die jedoch nicht limitierend sind. So können zum Beispiel unterschiedlichste Abhängigkeiten der Periodenlänge 115 von der Position entlang des Pfads 181 implementiert werden, vergleiche 20.
  • 20 illustriert Aspekte in Bezug auf die Variation der Periodenlänge 115. In 20 sind beispielhaft vier Abhängigkeiten der Periodenlänge 115 von der Position entlang des Pfads 181 dargestellt (durchgezogene Linie; gestrichelte Linie; gepunktete Linie; gepunktet-gestrichelte Linie). Aus 20 ist ersichtlich, dass es in verschiedenen Beispielen möglich ist, dass die Periodenlänge 115 entlang des gesamten Pfads 181, das heißt zwischen Startpunkt und Endpunkt des Pfads 181, monoton zunimmt oder abnimmt. Es wäre aber auch möglich, dass die Periodenlänge 115 nur in einzelnen Teilbereichen des Pfads 181 gleiche Vorzeichen der Steigung aufweist (gepunktete Linie in 20).
  • Aus 20 ist auch ersichtlich, dass die Periodenlänge 115 im Bereich der Winkelmagnetfeldsensoren 101, 102 für verschiedene Relativpositionierungen 109 variieren kann. Dies ist der Fall, da die Bewegung entlang des Pfads 181 erfolgen kann.
  • In 20 ist die Abhängigkeit der Periodenlänge 115 von der Position entlang des Pfads 181 qualitativ dargestellt. Quantitativ kann eine Veränderung der Periodenlänge 115 entlang des Pfads 181 um einen Faktor 1,05–3 erstrebenswert sein. Es ist also möglich, dass das Verhältnis zwischen dem Maximum 115A der Periodenlänge 115 und dem Minimum 115B der Periodenlänge 115 im Bereich von 1,05–3 liegt. Derart kann eine gute Abwägung zwischen einer großen Amplitude des Differenzsignals 203 einerseits, und einer begrenzten Schwankung der Amplitude des Streumagnetfelds 113 andererseits erzielt werden. Dadurch kann die Relativpositionierung 109 mit einer großen Genauigkeit bestimmt werden.
  • Verschiedene voranstehend beschriebene Beispiele wurden für Fälle diskutiert, bei denen die Abmessung der Spalte 152-1, 152-2 zwischen dem Material 111 und den Winkelmagnetfeldsensoren 101, 102 auch bei Bewegung und für verschiedene Relativpositionierung 109 konstant bleibt. Es ist aber auch möglich, dass die Abmessung der Spalte 152-1, 152-2 eine Abhängigkeit von der Relativpositionierung 109 aufweist. Ein solches Szenario ist in 21 dargestellt.
  • In 21 ist ein Szenario dargestellt, bei dem die Abmessung des jeweiligen Spalts 152-1, 152-2 mit der Periodenlänge 115 der Magnetisierung 112 im jeweils benachbarten Bereich des Materials 111 korreliert.
  • Während voranstehend verschiedene Beispiele beschrieben wurden, bei denen die Abmessungen der Spalte 152-1, 152-2 zwischen dem Material 111 und den Winkelmagnetfeldsensoren 101, 102 gleich sind; es ist jedoch auch möglich, dass die Spalte 152-1, 152-2 unterschiedliche Abmessungen aufweisen. Da die Signale 201, 202 indikativ für die Orientierung des Streumagnetfelds 113 sind, kann auch in solchen Szenarien die Relativpositionierung 109 bestimmt werden. Eine unter Umständen abweichende Amplitude kann kompensiert werden.
  • In 21 ist die Abmessung der Spalte 152-1, 152-2 in Bezug auf die Periodenlänge 115 qualitativ dargestellt. Quantitativ können die Abmessung der Spalte 152-1, 152-2 und die Periodenlänge 115 z.B. dieselbe Größenordnung aufweisen. Beispielsweise könnten der erste Spalt 152-1 und/oder der zweite Spalt 152-2 eine Abmessung im Bereich vom 0,1-Fachen bis 2-Fachen des Mittelwerts 115C der Periodenlänge 115 aufweisen. Mittels einer solchen Dimensionieren kann einerseits eine ausreichend große Amplitude des Streumagnetfelds 113 erreicht werden; dadurch wird ein gutes Signal-zu-Rausch-Verhältnis gewährleistet. Andererseits können nicht-harmonische Beiträge zur Ortsabhängigkeit des Streumagnetfelds – vgl. 8–13 – reduziert werden. Derart kann eine besonders hohe Genauigkeit beim Bestimmen der Relativpositionierung 109 erreicht werden.
  • 22 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß verschiedener Ausführungsformen. Zunächst wird in Schritt 1001 das erste Signal 201 von dem ersten Winkelmagnetfeldsensor 101 empfangen. Das erste Signal 201 ist indikativ für einen ersten Winkel des Streumagnetfelds 113 an dem Ort des ersten Winkelmagnetfeldsensors 101.
  • Dann wird in Schritt 1002 das zweite Signal 202 von dem zweiten Winkelmagnetfeldsensor 102 empfangen. Das zweite Signal 202 ist indikativ für den zweiten Winkel des Streumagnetfelds 113 an dem Ort des zweiten Winkelmagnetfeldsensors 102.
  • In Schritt 1003 wird die Relativpositionierung 109 basierend auf dem ersten Signal 201 und basierend auf dem zweiten Signal 202 bestimmt. Zum Beispiel kann in Schritt 1003 das Differenzsignal 203 zwischen dem ersten Signal 201 und dem zweiten Signal 202 durch Differenzbildung bestimmt werden. Zum Beispiel kann in Schritt 1003 eine Nachschlagetabelle verwendet werden, um basierend auf dem Differenzsignal 203 die Relativpositionierung 109 zu ermitteln.
  • 23 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß verschiedener Ausführungsformen. Zunächst wird in Schritt 1011 das permanentmagnetische Material 111 in eine Messposition bewegt. Die Messposition kann einer bestimmten Relativpositionierung 109 zwischen den Winkelmagnetfeldsensoren 101, 102 und dem Material 111 entsprechen. In Schritt 1012 wird der Streumagnetfeld 113 erzeugt.
  • In Schritt 1013 wird mindestens ein erstes Signal gemessen, das indikativ für den ersten Winkel des Streumagnetfelds 113 an einem ersten Ort ist. Dazu kann zum Beispiel der erste Winkelmagnetfeldsensor 101 verwendet werden. In Schritt 1014 wird der zweite Winkel des Streumagnetfelds 113 an einem zweiten Ort gemessen, der beabstandet von dem ersten Ort ist. Zum Beispiel kann der zweite Winkel des Streumagnetfelds 113 durch den zweiten Winkelmagnetfeldsensor 102 basierend auf mindestens einem zweiten Signal gemessen werden.
  • In Schritt 1015 erfolgt das Bestimmen der Messposition basierend auf dem ersten Winkel und dem zweiten Winkel.
  • Selbstverständlich können die Merkmale der vorab beschriebenen Ausführungsformen und Aspekte der Erfindung miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale nicht nur in den beschriebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder für sich genommen verwendet werden, ohne das Gebiet der Erfindung zu verlassen.

Claims (24)

  1. Vorrichtung (100), die umfasst: – ein permanentmagnetisches Material (111), das sich entlang eines Pfads (181, 191) erstreckt, – einen ersten Winkelmagnetfeldsensor (101, 102), der eingerichtet ist, um mindestens ein erstes Signal (201, 202) auszugeben und der beabstandet zum Material (111) angeordnet ist, – einen zweiten Winkelmagnetfeldsensor (101, 102), der eingerichtet ist, um mindestens ein zweites Signal (201, 202) auszugeben und der beabstandet zum Material (111) und zum ersten Winkelmagnetfeldsensor (101, 102) angeordnet ist, – eine Auswerteeinheit (177), die eingerichtet ist, um basierend auf dem mindestens einen ersten Signal (201, 202) und dem mindestens einen zweiten Signal (201, 202) eine Relativpositionierung (109) des ersten Winkelmagnetfeldsensors (101, 102) und des zweiten Winkelmagnetfeldsensors (101, 102) gegenüber dem Material (111) parallel zu dem Pfad (181, 191) zu bestimmen, wobei die Magnetisierung (112) des Materials (111) eine Periodenlänge (115) aufweist, die entlang des Pfads (181, 191) variiert, wobei der erste Winkelmagnetfeldsensor (101, 102) und der zweite Winkelmagnetfeldsensor (101, 102) parallel zu einem weiteren Pfad (182) relativ bewegbar gegenüber dem Material (111) angeordnet sind, wobei eine Entfernung (151) zwischen dem ersten Winkelmagnetfeldsensor (101, 102) und dem zweiten Winkelmagnetfeldsensor (101, 102) parallel zu dem weiteren Pfad (182) größer als das Minimum der Periodenlänge (115) ist, bevorzugt mindestens doppelt so groß ist wie das Minimum der Periodenlänge (115) ist, besonders bevorzugt mindestens vierfach so groß ist wie das Minimum der Periodenlänge (115).
  2. Vorrichtung (100), die umfasst: – ein permanentmagnetisches Material (111), das sich entlang eines Pfads (181, 191) erstreckt, – einen ersten Winkelmagnetfeldsensor (101, 102), der eingerichtet ist, um mindestens ein erstes Signal (201, 202) auszugeben und der beabstandet zum Material (111) angeordnet ist, – einen zweiten Winkelmagnetfeldsensor (101, 102), der eingerichtet ist, um mindestens ein zweites Signal (201, 202) auszugeben und der beabstandet zum Material (111) und zum ersten Winkelmagnetfeldsensor (101, 102) angeordnet ist, – eine Auswerteeinheit (177), die eingerichtet ist, um basierend auf dem mindestens einen ersten Signal (201, 202) und dem mindestens einen zweiten Signal (201, 202) eine Relativpositionierung (109) des ersten Winkelmagnetfeldsensors (101, 102) und des zweiten Winkelmagnetfeldsensors (101, 102) gegenüber dem Material (111) parallel zu dem Pfad (181, 191) zu bestimmen, wobei die Magnetisierung (112) des Materials (111) eine Periodenlänge (115) aufweist, die entlang des Pfads (181, 191) variiert, wobei die Abmessung eines ersten Spalts (152-1, 152-2) senkrecht zum Pfad (181, 191) zwischen dem Material (111) und dem ersten Winkelmagnetfeldsensor (101, 102) bei einer ersten Relativpositionierung (109) einen ersten Wert aufweist und bei einer zweiten Relativpositionierung (109) einen zweiten Wert aufweist, der größer als der erste Wert ist, wobei die erste Relativpositionierung (109) einer Anordnung des ersten Winkelmagnetfeldsensors (101, 102) benachbart zu dem Material (111) im Bereich einer ersten Periodenlänge (115) entspricht, wobei die zweite Relativpositionierung (109) einer Anordnung des ersten Winkelmagnetfeldsensors (101, 102) benachbart zu dem Material (111) im Bereich einer zweiten Periodenlänge (115) entspricht, die größer als die erste Periodenlänge (115) ist.
  3. Vorrichtung (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Orientierung der Magnetisierung (112) des Materials (111) entlang des Pfads (181, 191) mit der Periodenlänge (115) rotiert.
  4. Vorrichtung (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Periodenlänge (115) entlang des Pfads (181, 191) über mindestens drei Perioden monoton ansteigt oder absteigt, bevorzugt über mindestens fünf Perioden, besonders bevorzugt über mindestens acht Perioden.
  5. Vorrichtung (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei ein Maß für eine Differenz zwischen der Orientierung des Streumagnetfelds (113) der Magnetisierung (112) an der Position des ersten Winkelmagnetfeldsensors (101, 102) und der Orientierung des Streumagnetfelds (113) der Magnetisierung (112) an der Position des zweiten Winkelmagnetfeldsensors (101, 102) eine eindeutige oder zweideutige Abhängigkeit von der relativen Positionierung aufweist.
  6. Vorrichtung (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Auswerteeinheit (177) eingerichtet ist, um die Relativpositionierung (109) basierend auf einer Differenz zwischen dem mindestens einen ersten Signal (201, 202) und dem mindestens einen zweiten Signal (201, 202) zu bestimmen.
  7. Vorrichtung (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei der Pfad (181, 191) gerade ist und wobei das Material (111) auf einem geraden Träger (110) angeordnet ist, der sich parallel zu dem Pfad (181, 191) erstreckt.
  8. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1–6, wobei der Pfad (181, 191) kreisförmig ist, wobei das Material (111) nahe der Mantelfläche eines zylinderförmigen Trägers (110) angeordnet ist, wobei der erste Winkelmagnetfeldsensor (101, 102) und der zweite Winkelmagnetfeldsensor (101, 102) jeweils in Radialrichtung von der Mantelfläche des zylinderförmigen Trägers (110) beabstandet angeordnet sind.
  9. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1–6, wobei der Pfad (181, 191) kreisförmig ist, wobei das Material (111) auf einem kreisscheibenförmigen Träger (110) angeordnet ist, wobei der erste Winkelmagnetfeldsensor (101, 102) und der zweite Winkelmagnetfeldsensor (101, 102) jeweils in Axialrichtung von einem Umfang des kreisscheibenförmigen Trägers (110) beabstandet angeordnet sind.
  10. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1–6, 8 oder 9, wobei der Pfad (181, 191) kreisförmig ist, wobei das Material (111) auf einem Träger (110) angeordnet ist, wobei der Träger (110) um eine Rotationsachse drehbar in Bezug auf den ersten Winkelmagnetfeldsensor (101, 102) und den zweiten Winkelmagnetfeldsensor (101, 102) angeordnet ist, um die Relativpositionierung (109) zu variieren, wobei die Rotationsachse exzentrisch in Bezug auf einen Mittelpunkt des kreisförmigen Pfads (181, 191) angeordnet ist.
  11. Vorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1–6, wobei der Pfad (181, 191) elliptisch ist.
  12. Vorrichtung (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, die weiterhin umfasst: – einen Rahmen (179), der als Stator der Vorrichtung (100) ausgebildet ist, – einen Träger (110), auf welchem das Material (111) angeordnet ist, wobei entweder der erste Winkelmagnetfeldsensor (101, 102) und der zweite Winkelmagnetfeldsensor (101, 102) oder der Träger (110) mit dem Material (111) ortsfest mit dem Rahmen (179) gekoppelt sind.
  13. Vorrichtung (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei ein Verhältnis zwischen dem Maximum (115A) der Periodenlänge (115) und dem Minimum (115B) der Periodenlänge (115) im Bereich von 1,05–3 liegt.
  14. Vorrichtung (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Abmessung eines ersten Spalts (152-1, 152-2) senkrecht zum Pfad (181, 191) zwischen dem Material (111) und dem ersten Winkelmagnetfeldsensor (101, 102) und die Abmessung eines zweiten Spalts (152-1, 152-2) senkrecht zum Pfad und zwischen dem Material (111) und dem zweiten Winkelmagnetfeldsensor (101, 102) als Funktion der Relativpositionierung (109) entsprechend einer Variation der Periodenlänge (115) variieren.
  15. Vorrichtung (100) nach Anspruch 1, wobei die Abmessung eines ersten Spalts (152-1, 152-2) senkrecht zum Pfad (181, 191) zwischen dem Material (111) und dem ersten Winkelmagnetfeldsensor (101, 102) und die Abmessung eines zweiten Spalts (152-1, 152-2) senkrecht zum Pfad (181, 191) zwischen dem Material (111) und dem zweiten Winkelmagnetfeldsensor (101, 102) als Funktion der Relativpositionierung (109) konstant bleibt.
  16. Vorrichtung (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Abmessung eines ersten Spalts (152-1, 152-2) senkrecht zum Pfad (181, 191) und zwischen dem Material (111) und dem ersten Winkelmagnetfeldsensor (101, 102) zumindest eines der folgenden Kriterien erfüllt: – im Bereich des 0,1-Fachen–2-Fachen eines Mittelwerts (115C) der Periodenlänge (115); – im Bereich des 0,2-Fachen–1-Fachen eines Mittelwerts (115C) der Periodenlänge (115); und/oder wobei die Abmessung eines zweiten Spalts (152-1, 152-2) senkrecht zum Pfad (181, 191) und zwischen dem Material (111) und dem zweiten Winkelmagnetfeldsensor (101, 102) zumindest eines der folgenden Kriterien erfüllt: – im Bereich des 0,1-Fachen–2-Fachen eines Mittelwerts (115C) der Periodenlänge (115); – im Bereich des 0,2-Fachen–1-Fachen eines Mittelwerts (115C) der Periodenlänge (115).
  17. Vorrichtung (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Magnetisierung (112) des Materials (111) entlang des Pfads (181, 191) aneinander angrenzende Nordpole (121–129) und Südpole (121–129) aufweist wobei die Orientierung der Magnetisierung (112) des Materials (111) in den Nordpolen (121–129) und Südpolen (121–129) eine Komponente (192, 193) senkrecht zum Pfad (181, 191) aufweist.
  18. Vorrichtung (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei eine Orientierung der Magnetisierung (112) des Materials (111) entlang des Pfads (181, 191) zickzack-förmig variiert.
  19. Vorrichtung (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei eine Komponente der Magnetisierung (112) des Materials (111) senkrecht des zum Pfad (181, 191) als Funktion der Position entlang des Pfads (181, 191) durch eine Halbach-Form beschrieben ist.
  20. Vorrichtung (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Orientierung der Magnetisierung (112) des Materials (111) entlang des Pfads (181, 191) stufenförmig oder kontinuierlich variiert.
  21. Vorrichtung (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, die weiterhin umfasst: – mindestens ein Bauelement-Gehäuse (193A, 195), wobei der erste Winkelmagnetfeldsensor und der zweite Winkelmagnetfeldsensor (101, 102) in dem mindestens einen Bauelement-Gehäuse (193A, 195) angeordnet sind.
  22. Vorrichtung (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, die weiterhin umfasst: – mindestens ein Substratteil (194, 197, 198), wobei der erste Winkelmagnetfeldsensor (101, 102) und der der zweite Winkelmagnetfeldsensor (101, 102) auf dem mindestens einen Substratteil angeordnet sind.
  23. Verfahren, das umfasst: – Empfangen mindestens eines ersten Signals (201, 202) von einem ersten Winkelmagnetfeldsensor (101, 102), der beabstandet zu einem permanentmagnetischen Material (111) angeordnet ist, – Empfangen mindestens eines zweiten Signals (201, 202) von einem zweiten Winkelmagnetfeldsensor (101, 102), der beabstandet zu dem Material (111) und dem ersten Winkelmagnetfeldsensor (101, 102) angeordnet ist, wobei sich das Material (111) entlang eines Pfads (181, 191) erstreckt, – basierend auf dem mindestens einen ersten Signal (201, 202) und dem mindestens einen zweiten Signal (201, 202): Bestimmen einer Relativpositionierung (109) des ersten Winkelmagnetfeldsensors (101, 102) und des zweiten Winkelmagnetfeldsensors (101, 102) gegenüber dem Material (111) parallel zu dem Pfad (181, 191), wobei die Magnetisierung (112) des Materials (111) eine Periodenlänge (115) aufweist, die entlang des Pfads (181, 191) variiert, wobei der erste Winkelmagnetfeldsensor (101, 102) und der zweite Winkelmagnetfeldsensor (101, 102) parallel zu einem weiteren Pfad (182) relativ bewegbar gegenüber dem Material (111) angeordnet sind, wobei eine Entfernung (151) zwischen dem ersten Winkelmagnetfeldsensor (101, 102) und dem zweiten Winkelmagnetfeldsensor (101, 102) parallel zu dem weiteren Pfad (182) größer als das Minimum der Periodenlänge (115) ist, bevorzugt mindestens doppelt so groß ist wie das Minimum der Periodenlänge (115) ist, besonders bevorzugt mindestens vierfach so groß ist wie das Minimum der Periodenlänge (115).
  24. Verfahren, das umfasst: – Empfangen mindestens eines ersten Signals (201, 202) von einem ersten Winkelmagnetfeldsensor (101, 102), der beabstandet zu einem permanentmagnetischen Material (111) angeordnet ist, – Empfangen mindestens eines zweiten Signals (201, 202) von einem zweiten Winkelmagnetfeldsensor (101, 102), der beabstandet zu dem Material (111) und dem ersten Winkelmagnetfeldsensor (101, 102) angeordnet ist, wobei sich das Material (111) entlang eines Pfads (181, 191) erstreckt, – basierend auf dem mindestens einen ersten Signal (201, 202) und dem mindestens einen zweiten Signal (201, 202): Bestimmen einer Relativpositionierung (109) des ersten Winkelmagnetfeldsensors (101, 102) und des zweiten Winkelmagnetfeldsensors (101, 102) gegenüber dem Material (111) parallel zu dem Pfad (181, 191), wobei die Magnetisierung (112) des Materials (111) eine Periodenlänge (115) aufweist, die entlang des Pfads (181, 191) variiert, wobei die Abmessung eines ersten Spalts (152-1, 152-2) senkrecht zum Pfad (181, 191) zwischen dem Material (111) und dem ersten Winkelmagnetfeldsensor (101, 102) bei einer ersten Relativpositionierung (109) einen ersten Wert aufweist und bei einer zweiten Relativpositionierung (109) einen zweiten Wert aufweist, der größer als der erste Wert ist, wobei die erste Relativpositionierung (109) einer Anordnung des ersten Winkelmagnetfeldsensors (101, 102) benachbart zu dem Material (111) im Bereich einer ersten Periodenlänge (115) entspricht, wobei die zweite Relativpositionierung (109) einer Anordnung des ersten Winkelmagnetfeldsensors (101, 102) benachbart zu dem Material (111) im Bereich einer zweiten Periodenlänge (115) entspricht, die größer als die erste Periodenlänge (115) ist.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019113969A1 (de) * 2019-05-24 2020-11-26 Continental Teves Ag & Co. Ohg Verfahren zum Erkennen einer Betätigung eines Pedals, Pedalanordnung und Bremssystem

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017222677A1 (de) * 2016-12-29 2018-07-05 Robert Bosch Gmbh Sensoreinrichtung
DE102017221753A1 (de) * 2017-12-04 2019-06-06 Mahle International Gmbh Antriebseinrichtung mit einer magnetischen Sensoreinrichtung
DE102017128869B3 (de) 2017-12-05 2019-05-29 Infineon Technologies Ag Magnetwinkelsensoranordnung und Verfahren zum Schätzen eines Rotationswinkels
US11469370B2 (en) * 2018-01-11 2022-10-11 Tdk Corporation Domain wall motion type magnetic recording element
US10989566B2 (en) 2018-04-09 2021-04-27 Infineon Technologies Ag Magnetic sensor system for measuring linear position
DE102019216988A1 (de) * 2019-11-05 2021-05-06 Vitesco Technologies GmbH Positionsmesssystem
DE102020121895A1 (de) * 2020-08-20 2022-02-24 Bourns, Inc. Sensor zum Erfassen einer Position
DE102022122599B3 (de) 2022-09-06 2024-02-15 Balluff Gmbh Verfahren zur Erfassung einer Position eines Ziels mittels eines linearen magnetischen Positionssensors
CN116989828B (zh) * 2023-09-28 2023-12-08 山西省机电设计研究院有限公司 大直径磁环编码器及磁环编码器绝对角度的检测方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19910636A1 (de) 1999-03-10 2000-09-14 Inst Mikrostrukturtechnologie Längenmeßsystem, bestehend aus einem oder mehreren magnetischen Maßstäben
DE102005046822A1 (de) 2004-09-30 2006-05-11 Continental Teves Ag & Co. Ohg Messvorrichtung zur Messung der Absolutposition mindestens zweier relativ zueinander verschiebbarer oder drehbarer Körper zueinander
DE102006060622A1 (de) 2006-12-21 2008-06-26 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung zur Stellungserfassung eines sich bewegenden Bauteils
DE102007008870A1 (de) 2007-02-21 2008-09-04 Hl-Planar Technik Gmbh Anordnung und Verfahren zur Absolutbestimmung der Linearposition oder der durch einen Winkel ausgedrückten Drehposition
US8736257B2 (en) 2008-09-08 2014-05-27 Infineon Technologies Ag Off-center angle measurement system
DE102014116844A1 (de) 2013-11-19 2015-06-03 Infineon Technologies Ag Außeraxiale Magnetfeld-Winkelsensoren

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030099067A1 (en) * 2001-11-20 2003-05-29 Farahat Waleed Ahmed Disc drive head positioned by multiple dipole Halbach motor
JP2007104738A (ja) * 2005-09-30 2007-04-19 Ebara Corp ブラシレス同期電動機及びその駆動制御装置
WO2008062778A1 (fr) * 2006-11-21 2008-05-29 Hitachi Metals, Ltd. Dispositif de détection d'angle de rotation, dispositif de rotation et procédé de détection d'angle de rotation
US9664748B2 (en) * 2013-06-20 2017-05-30 Allegro Microsystems, Llc Systems and methods for providing signal encoding representative of a signature region in a target

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19910636A1 (de) 1999-03-10 2000-09-14 Inst Mikrostrukturtechnologie Längenmeßsystem, bestehend aus einem oder mehreren magnetischen Maßstäben
DE102005046822A1 (de) 2004-09-30 2006-05-11 Continental Teves Ag & Co. Ohg Messvorrichtung zur Messung der Absolutposition mindestens zweier relativ zueinander verschiebbarer oder drehbarer Körper zueinander
DE102006060622A1 (de) 2006-12-21 2008-06-26 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung zur Stellungserfassung eines sich bewegenden Bauteils
DE102007008870A1 (de) 2007-02-21 2008-09-04 Hl-Planar Technik Gmbh Anordnung und Verfahren zur Absolutbestimmung der Linearposition oder der durch einen Winkel ausgedrückten Drehposition
US8736257B2 (en) 2008-09-08 2014-05-27 Infineon Technologies Ag Off-center angle measurement system
DE102014116844A1 (de) 2013-11-19 2015-06-03 Infineon Technologies Ag Außeraxiale Magnetfeld-Winkelsensoren

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019113969A1 (de) * 2019-05-24 2020-11-26 Continental Teves Ag & Co. Ohg Verfahren zum Erkennen einer Betätigung eines Pedals, Pedalanordnung und Bremssystem

Also Published As

Publication number Publication date
US10502588B2 (en) 2019-12-10
DE202016008494U1 (de) 2018-03-05
US20170241803A1 (en) 2017-08-24
DE102016102978A1 (de) 2017-08-24

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