DE102016114173A1

DE102016114173A1 - Magnetoresistiver winkelsensor mit linearen sensorelementen

Info

Publication number: DE102016114173A1
Application number: DE102016114173.9A
Authority: DE
Inventors: Franz Jost
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2015-08-24
Filing date: 2016-08-01
Publication date: 2017-03-02
Also published as: US9816838B2; US20170059363A1

Abstract

Ein Magnetsensor kann ein erstes lineares Ausgangssensorelement umfassen, das ausgebildet ist zum Erfassen einer ersten Komponente eines externen Magnetfeldes, die einer ersten Achse zugeordnet ist. Das erste lineare Ausgangssensorelement kann eine erste Ausgangsspannung bereitstellen, die der ersten Komponente des externen Magnetfeldes entspricht. Der Magnetsensor kann auch ein zweites lineares Ausgangssensorelement umfassen, das ausgebildet ist zum Erfassen einer zweiten Komponente des externen Magnetfeldes, die einer zweiten Achse zugeordnet ist. Die zweite Achse kann im Wesentlichen orthogonal zu der ersten Achse sein. Das zweite lineare Ausgangssensorelement kann eine zweite Ausgangsspannung bereitstellen, die der zweiten Komponente des externen Magnetfeldes entspricht. Die erste Ausgangsspannung und die zweite Ausgangsspannung können bereitgestellt sein, um einen dem externen Magnetfeld zugeordneten Winkel zu bestimmen, der einer Ebene entspricht, die die erste Achse und die zweite Achse umfasst.

Description

HINTERGRUND
Ein magnetischer Winkelsensor kann verwendet werden, um eine absolute Orientierung eines Magnetfeldes (z. B. zwischen Null Grad und dreihundertsechzig Grad) zu bestimmen. Ein magnetischer Winkelsensor kann die Riesenmagnetowiderstandstechnologie (GMR-Technologie; GMR = giant magnetoresistance), die Anisotroper-Magnetowiderstands-Technologie (AMR-Technologie; AMR = anisotropic magnetoresistance), die Tunnelmagnetowiderstandstechnologie (TMR-Technologie; TMR = tunnel magnetoresistance) oder dergleichen verwenden.
ZUSAMMENFASSUNG
Es besteht ein Bedarf zum Bereitstellen eines verbesserten Konzeptes für einen Magnetsensor, ein Verfahren und eine Vorrichtung.
Ein solcher Bedarf kann durch den Gegenstand eines der Ansprüche erfüllt werden.
Gemäß einigen möglichen Implementierungen kann ein Magnetsensor umfassen: ein erstes lineares Ausgangssensorelement, das ausgebildet ist zum: Erfassen einer ersten Komponente eines externen Magnetfeldes, wobei die erste Komponente des externen Magnetfeldes einer ersten Achse zugeordnet sein kann, und Bereitstellen einer ersten Ausgangsspannung, die der ersten Komponente des externen Magnetfeldes entspricht; und ein zweites lineares Ausgangssensorelement, das ausgebildet ist zum: Erfassen einer zweiten Komponente des externen Magnetfeldes, wobei die zweite Komponente des externen Magnetfeldes einer zweiten Achse zugeordnet sein kann, wobei die zweite Achse im Wesentlichen orthogonal zu der ersten Achse sein kann, und Bereitstellen einer zweiten Ausgangsspannung, die der zweiten Komponente des externen Magnetfeldes entspricht, wobei die erste Ausgangsspannung und die zweite Ausgangsspannung bereitgestellt sein können, um einen Winkel zu bestimmen, der dem externen Magnetfeld zugeordnet ist, wobei der Winkel einer Ebene entspricht, die die erste Achse und die zweite Achse umfasst.
Optional umfasst der Magnetsensor ferner ein drittes lineares Ausgangssensorelement, das ausgebildet ist zum Erfassen einer dritten Komponente des externen Magnetfeldes, wobei die dritte Komponente des externen Magnetfeldes einer dritten Achse zugeordnet ist, wobei die dritte Achse im Wesentlichen orthogonal zu der ersten Achse und im Wesentlichen orthogonal zu der zweiten Achse ist; und Bereitstellen einer dritten Ausgangsspannung, die der dritten Komponente des externen Magnetfeldes entspricht, wobei die dritte Ausgangsspannung bereitgestellt ist, um einen dem externen Magnetfeld zugeordneten, anderen Winkel zu bestimmen, wobei der andere Winkel einer Ebene entspricht, die die erste Achse und die dritte Achse umfasst, oder wobei der andere Winkel einer Ebene entspricht, die die zweite Achse und die dritte Achse umfasst.
Wiederum optional sind die erste Ausgangsspannung, die zweite Ausgangsspannung und die dritte Ausgangsspannung bereitgestellt, um eine Position zu bestimmen, die dem externen Magnetfeld zugeordnet ist.
Optional befinden sich das erste lineare Ausgangssensorelement, das zweite lineare Ausgangssensorelement und das dritte lineare Ausgangssensorelement auf einer einzelnen integrierten Schaltung.
Wiederum optional weist die einzelne integrierte Schaltung eine Länge von ungefähr zehn Mikrometer pro Seite der integrierten Schaltung auf.
Optional erfassen das erste lineare Ausgangssensorelement, das zweite lineare Ausgangssensorelement und das dritte lineare Ausgangssensorelement die jeweilige erste, zweite und dritte Komponente des externen Magnetfeldes basierend auf einem Tunnelmagnetowiderstandseffekt (TMR-Effekt), einem Riesenmagnetowiderstandseffekt (GMR-Effekt) oder einem anisotropen Magnetowiderstandseffekt (AMR-Effekt).
Wiederum optional wird der Winkel bestimmt durch ein Teilen der zweiten Ausgangsspannung durch die erste Ausgangsspannung zum Bestimmen eines Wertes, und ein Berechnen einer inversen Tangente des Wertes zum Bestimmen des Winkels.
Gemäß einigen möglichen Implementierungen kann ein Verfahren umfassen: Erfassen einer ersten Komponente eines Magnetfeldes durch ein erstes lineares Ausgangselement, wobei die erste Komponente des Magnetfeldes einer ersten Richtung zugeordnet sein kann; Ausgeben einer ersten Spannung, die der ersten Komponente des Magnetfeldes entspricht, durch das erste lineare Ausgangselement; Erfassen einer zweiten Komponente des Magnetfeldes durch ein zweites lineares Ausgangselement, wobei die zweite Komponente des Magnetfeldes einer zweiten Richtung zugeordnet sein kann, wobei die zweite Richtung ungefähr neunzig Grad in Bezug auf die erste Richtung sein kann; und Ausgeben einer zweiten Spannung, die der zweiten Komponente des Magnetfeldes entspricht, durch das zweite lineare Ausgangselement, wobei die erste Spannung und die zweite Spannung bereitgestellt sein können, um einen dem Magnetfeld zugeordneten, ersten Winkel zu berechnen, wobei der erste Winkel einer Ebene zugeordnet sein kann, die der ersten Richtung und der zweiten Richtung zugeordnet ist.
Optional umfasst das Verfahren ferner ein Erfassen einer dritten Komponente des Magnetfeldes durch ein drittes lineares Ausgangselement, wobei die dritte Komponente des Magnetfeldes einer dritten Richtung zugeordnet ist, wobei die dritte Richtung ungefähr neunzig Grad in Bezug auf die erste Richtung und ungefähr neunzig Grad in Bezug auf die zweite Richtung ist, und ein Ausgeben einer dritten Spannung, die der dritten Komponente des Magnetfeldes entspricht, durch das dritte lineare Ausgangselement, wobei die dritte Spannung bereitgestellt ist, um einen zweiten Winkel zu berechnen, der dem Magnetfeld zugeordnet ist, wobei der zweite Winkel einer Ebene zugeordnet ist, die der ersten Richtung und der dritten Richtung zugeordnet ist, und wobei die dritte Spannung bereitgestellt ist, um einen dritten Winkel zu berechnen, der dem Magnetfeld zugeordnet ist, wobei der dritte Winkel einer Ebene zugeordnet ist, die der zweiten Richtung und der dritten Richtung zugeordnet ist.
Wiederum optional wird der erste Winkel bestimmt durch ein Teilen der zweiten Spannung durch die erste Spannung zum Bestimmen eines ersten Wertes, und ein Berechnen einer inversen Tangente des ersten Wertes zum Bestimmen des Winkels, wobei der zweite Winkel bestimmt wird durch ein Teilen der dritten Spannung durch die erste Spannung zum Bestimmen eines zweiten Wertes, und ein Berechnen einer inversen Tangente des zweiten Wertes zum Bestimmen des zweiten Winkels, und wobei der dritte Winkel bestimmt wird durch ein Teilen der dritten Spannung durch die zweite Spannung zum Bestimmen eines dritten Wertes, und ein Berechnen einer inversen Tangente des dritten Wertes zum Bestimmen des dritten Winkels.
Optional sind die erste Spannung, die zweite Spannung und die dritte Spannung bereitgestellt, um eine Position zu bestimmen, die einem Magneten zugeordnet ist, der das Magnetfeld erzeugt.
Wiederum optional ist der erste Winkel größer als oder gleich Null Grad und weniger als oder gleich dreihundertsechzig Grad.
Optional erfassen das erste lineare Ausgangselement, das zweite lineare Ausgangselement und das dritte lineare Ausgangselement die jeweilige erste, zweite und dritte Komponente des Magnetfeldes basierend auf einem Tunnelmagnetowiderstandseffekt (TMR-Effekt), einem Riesenmagnetowiderstandseffekt (GMR-Effekt) oder einem anisotropen Magnetowiderstandseffekt (AMR-Effekt).
Wiederum optional wird der erste Winkel verwendet, um eine Winkelgeschwindigkeit zu messen, die dem Magnetfeld zugeordnet ist.
Gemäß einigen möglichen Implementierungen kann eine Vorrichtung umfassen: ein erstes lineares Sensorelement, das ausgebildet ist zum: Erfassen einer ersten Komponente eines externen Magnetfeldes, wobei die erste Komponente des externen Magnetfeldes einer ersten Achse entspricht, und Bereitstellen einer ersten Spannung, die der ersten Komponente des externen Magnetfeldes entspricht; und ein zweites lineares Sensorelement, das ausgebildet ist zum: Erfassen einer zweiten Komponente des externen Magnetfeldes, wobei die zweite Komponente des externen Magnetfeldes einer zweiten Achse entspricht, wobei die zweite Achse ungefähr orthogonal zu der erste Achse ist, und Bereitstellen einer zweiten Spannung, die der zweiten Komponente des externen Magnetfeldes entspricht; und ein drittes lineares Sensorelement, das ausgebildet ist zum: Erfassen einer dritten Komponente des externen Magnetfeldes, wobei die dritte Komponente des externen Magnetfeldes einer dritten Achse entspricht, wobei die dritte Achse ungefähr orthogonal zu sowohl der ersten Achse als auch der zweiten Achse ist, und Bereitstellen einer dritten Spannung, die der dritten Komponente des externen Magnetfeldes entspricht, wobei die erste Spannung, die zweite Spannung und die dritte Spannung bereitgestellt sein können, um zumindest zwei Winkel oder eine Position, die dem externen Magnetfeld zugeordnet ist, zu bestimmen.
Optional umfassen die zumindest zwei Winkel zumindest zwei von einem ersten Winkel, der einer Ebene entspricht, die die erste Achse und die zweite Achse umfasst; einem zweiten Winkel, der einer Ebene entspricht, die die erste Achse und die dritte Achse umfasst; oder einem dritten Winkel, der einer Ebene entspricht, die die zweite Achse und die dritte Achse umfasst.
Wiederum optional wird der erste Winkel bestimmt durch ein Teilen der zweiten Spannung durch die erste Spannung zum Bestimmen eines ersten Wertes, und ein Berechnen einer inversen Tangente des ersten Wertes zum Bestimmen des ersten Winkels, wobei der zweite Winkel bestimmt wird durch ein Teilen der dritten Spannung durch die erste Spannung zum Bestimmen eines zweiten Wertes, und ein Berechnen einer inversen Tangente des zweiten Wertes zum Bestimmen des zweiten Winkels, und wobei der dritte Winkel bestimmt wird durch ein Teilen der dritten Spannung durch die zweite Spannung zum Bestimmen eines dritten Wertes, und ein Berechnen einer inversen Tangente des dritten Wertes zum Bestimmen des dritten Winkels.
Optional befinden sich das erste lineare Sensorelement, das zweite lineare Ausgangssensorelement und das dritte lineare Sensorelement auf einer einzelnen integrierten Schaltung.
Wiederum optional erfassen das erste lineare Sensorelement, das zweite lineare Sensorelement und das dritte lineare Sensorelement die jeweilige erste, zweite und dritte Komponente des externen Magnetfeldes basierend auf einem Tunnelmagnetowiderstandseffekt (TMR-Effekt), einem Riesenmagnetowiderstandseffekt (GMR-Effekt) oder einem anisotropen Magnetowiderstandseffekt (AMR-Effekt).
Optional sind die erste Spannung, die zweite Spannung und die dritte Spannung bereitgestellt, um eine Position zu bestimmen, die einem Magneten zugeordnet ist, der das externe Magnetfeld erzeugt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Diagramm einer Übersicht einer hierin beschriebenen beispielhaften Implementierung;
2 ist ein Diagramm einer beispielhaften Umgebung, in der hierin beschriebene Systeme und/oder Verfahren implementiert sind;
3 ist ein Diagramm von beispielhaften Komponenten eines magnetischen Winkelsensors von 2;
4 ist ein Diagramm einer beispielhaften Übertragungskennlinie, die einem linearen Sensorelement des magnetischen Winkelsensors von 2 zugeordnet ist;
5 ist ein Diagramm einer beispielhaften Anordnung eines linearen Sensorelements des magnetischen Winkelsensors von 2;
6A und 6B sind Diagramme einer beispielhaften Implementierung, die einem Bestimmen von einem oder mehreren Winkeln basierend auf zwei oder mehr Ausgangsspannungen, die durch lineare Sensorelemente des magnetischen Winkelsensors von 2 bereitgestellt sind, zugeordnet ist; und
7 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Prozesses zum Erfassen von Komponenten eines externen Magnetfeldes unter Verwendung linearer Sensorelemente, und zum Ausgeben von Spannungen, die den Komponenten des externen Magnetfeldes entsprechen, zur Verwendung bei einem Bestimmen eines Winkels, der dem externen Magnetfeld zugeordnet ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgende detaillierte Beschreibung von beispielhaften Implementierungen bezieht sich auf die beiliegenden Zeichnungen. Die gleichen Bezugszeichen in unterschiedlichen Zeichnungen können die gleichen oder ähnliche Elemente identifizieren.
Ein magnetischer Winkelsensor (hierin als ein Winkelsensor bezeichnet) kann ausgebildet sein zum Verwenden eines magnetoresistiven Effekts (z. B. AMR, GNR, TMR etc.) um einen Winkel (z. B. eine Richtung) eines durch einen Magneten erzeugten externen Magnetfeldes zu erfassen. Eine solche Winkelmessung kann bei einer Vielzahl von Anwendungen nützlich sein, z. B. einer automotiven Anwendung, einer industriellen Anwendung, einer mechanischen Anwendung oder dergleichen. Ein oder mehrere sinusförmige Sensorelemente des magnetischen Winkelsensors können ausgebildet sein zum Bereitstellen von Spannungssignalen, die sinusförmig proportional zu dem Winkel des externen Magnetfeldes sind, als Ausgänge. Hier kann der Winkel des externen Magnetfeldes basierend auf der sinusförmigen Beziehung zwischen den Spannungssignalen und dem erfassten externen Magnetfeld hergeleitet werden.
Allerdings kann es wünschenswert sein, ein oder mehrere lineare Sensorelemente (z. B. anstatt der sinusförmigen Sensorelemente) in den magnetischen Winkelsensor einzuschließen. Zum Beispiel kann ein lineares Sensorelement (z. B. unter Verwendung der TMR-Technologie) fähig sein zum Erfassen eines breiteren Bereichs von magnetischen Feldstärken als ein sinusförmiges Sensorelement, derart dass jegliches Magnetfeld gemessen werden kann (z. B. ein schwaches natürliches Magnetfeld, ein schwaches erzeugtes Magnetfeld, ein starkes natürliches Magnetfeld, ein starkes erzeugtes Magnetfeld etc.).
Bei einigen Implementierungen kann ein lineares Sensorelement ein Sensorelement umfassen, das empfindlich ist für eine einzelne Komponente des externen Magnetfeldes (z. B. eine X-Komponente, eine Y-Komponente, eine Z-Komponente etc.). Das lineare Sensorelement kann fähig sein zum Bereitstellen einer Ausgangsspannung, die linear proportional zu der Komponente des externen Magnetfeldes ist, für die das lineare Sensorelement empfindlich ist. Zum Beispiel kann ein lineares Sensorelement, das in einer X-Richtung empfindlich ist, nur eine X-Komponente des externen Magnetfeldes erfassen und kann eine entsprechende erste Spannung ausgeben. Als ein anderes Beispiel kann ein lineares Sensorelement, das in einer Y-Richtung empfindlich ist, nur eine Y-Komponente des externen Magnetfeldes erfassen und kann eine entsprechende zweite Spannung ausgeben.
Als ein zusätzliches Beispiel kann ein lineares Sensorelement, das in einer Z-Richtung empfindlich ist, nur eine Z-Komponente des externen Magnetfeldes erfassen und kann eine entsprechende dritte Spannung ausgeben.
Hierin beschriebene Implementierungen können es erlauben, dass ein oder mehrere Winkel, die einem an einen magnetischen Winkelsensor angelegten Magnetfeld zugeordnet sind, bestimmt werden basierend auf zwei oder mehr Ausgangsspannungen, die durch eine Menge von linearen Sensorelementen des Winkelsensors bereitgestellt sind. Bei einigen Implementierungen kann das Verwenden der Menge von linearen Sensorelementen es erlauben, dass ein Magnetfeld (z. B. ein natürliches Magnetfeld, ein erzeugtes Magnetfeld etc.) von jeglicher Stärke erfasst wird, z. B. ein schwaches Magnetfeld oder ein starkes Magnetfeld.
1 ist ein Diagramm einer Übersicht einer hierin beschriebenen beispielhaften Implementierung 100. Zum Zweck der beispielhaften Implementierung 100 wird angenommen, dass ein Winkelsensor positioniert ist, um ein durch einen Magneten erzeugtes, externes Magnetfeld (z. B. He) zu detektieren. Ferner wird angenommen, dass der Magnet fähig ist zum Bewegen in und/oder Rotieren um eine X-Richtung, eine Y-Richtung und/oder eine Z-Richtung, und fähig ist zum Rotieren (z. B. um eine Achse, die der X-Richtung, der Y-Richtung und/oder der Z-Richtung entspricht).
Wie in 1 gezeigt, kann der Winkelsensor eine Menge von linearen Sensorelementen umfassen. Zum Beispiel kann der Winkelsensor ein erstes lineares Sensorelement, das ausgebildet ist zum Erfassen einer Komponente des externen Magnetfeldes in der X-Richtung (z. B. He_x), ein zweites lineares Sensorelement, das ausgebildet ist zum Erfassen einer Komponente des externen Magnetfeldes in der Y-Richtung (z. B. He_y) und/oder ein drittes lineares Sensorelement, das ausgebildet ist zum Erfassen einer Komponente des externen Magnetfeldes in der Z-Richtung (z. B. He_z), umfassen. Bei einigen Implementierungen kann der Winkelsensor zwei lineare Sensorelemente umfassen. Bei einigen Implementierungen kann der Winkelsensor drei lineare Sensorelemente umfassen.
Wie in 1 ferner gezeigt, können die linearen Sensorelemente des Winkelsensors an eine dem Winkelsensor zugeordnete Steuerung Ausgangssignale bereitstellen, die den erfassten Komponenten des externen Magnetfeldes entsprechen. Zum Beispiel kann das erste lineare Sensorelement eine Ausgangsspannung bereitstellen, die der He_x entspricht, das zweite lineare Sensorelement kann eine Ausgangsspannung bereitstellen, die der He_y entspricht, und das dritte Sensorelement kann eine Ausgangsspannung bereitstellen, die der He_z entspricht. Wie oben beschrieben, können die Ausgangsspannungen der linearen Sensorelemente auf die entsprechenden erfassten Komponenten des externen Magnetfeldes linear bezogen sein.
Wie ferner gezeigt kann die Steuerung die durch die linearen Sensorelemente bereitgestellten Ausgangssignale empfangen und kann eine Menge von Winkeln basierend auf den Ausgangssignalen bestimmen. Bei einigen Implementierungen kann die Menge von Winkeln verwendet werden, um eine Position des Magneten in Relation zu dem Winkelsensor zu identifizieren, z. B. eine lineare Position, eine Position auf einer zweidimensionalen Ebene, eine Position in einem dreidimensionalen Raum, einen Rotationswinkel oder dergleichen. Auf diese Weise können ein oder mehrere Winkel, die einem an einen Winkelsensor angelegten Magnetfeld zugeordnet sind, basierend auf zwei oder mehr Ausgangsspannungen, die durch eine Menge von linearen Sensorelementen des Winkelsensors bereitgestellt sind, bestimmt werden.
Bei einigen Implementierungen kann das Verwenden der Menge von linearen Sensorelementen es erlauben, dass ein breiter Bereich von Magnetfeldern erfasst wird (z. B. ein schwaches natürliches Magnetfeld, ein starkes erzeugtes Magnetfeld).
2 ist ein Diagramm einer beispielhaften Umgebung 200, in der hierin beschriebene Systeme und/oder Verfahren implementiert sein können. Wie in 2 gezeigt, kann die Umgebung 200 einen Magneten 210, einen Winkelsensor 200 und eine Steuerung 230 umfassen. Der Winkelsensor 220 kann mit der Steuerung 230 über eine verdrahtete Verbindung, eine drahtlose Verbindung oder eine Kombination von verdrahteten und drahtlosen Verbindungen verbunden sein. Bei einigen Implementierungen kann der Winkelsensor 220 die Steuerung 230 umfassen. Der Magnet 210 kann einen oder mehrere Magneten umfassen. Bei einigen Implementierungen kann der Magnet 210 ein magnetisches Polrad (z. B. mit zumindest zwei alternierenden Polen, z. B. einem Nordpol und einem Südpol), einen Dipolmagneten (z. B. einen Dipolstabmagneten, einen kreisförmigen Dipolmagneten, einen elliptischen Dipolmagneten etc.), einen Permanentmagneten, einen Elektromagneten, einen magnetischen Maßstab, ein Magnetband oder dergleichen umfassen. Zum Beispiel kann der Magnet 210 einen Dipolmagneten umfassen, wie in 2 gezeigt. Der Magnet 210 kann aus einem ferromagnetischen Material bestehen und kann ein Magnetfeld erzeugen. Der Magnet 210 kann ferner ein Seltenerdmagnet sein, der aufgrund einer intrinsisch hohen Magnetfeldstärke von Seltenerdmagneten von Vorteil sein kann. Bei einigen Implementierungen kann der Magnet 210 an einem Objekt befestigt oder mit demselben gekoppelt sein, für das eine Position (z. B. eine lineare Position, eine Position auf einer zweidimensionalen Ebene, eine Position in einem dreidimensionalen Raum, ein Rotationswinkel etc.) gemessen werden soll.
Der Winkelsensor 220 kann eine oder mehrere Vorrichtungen zum Detektieren von Stärken von Komponenten eines Magnetfeldes basierend auf einem magnetoresistiven Effekt umfassen. Bei einigen Implementierungen können die Stärken des Magnetfeldes verwendet werden, um eine Richtung des Magnetfeldes (z. B. einen Magnetfeldwinkel in Bezug auf eine Referenzrichtung) zu bestimmen. Zum Beispiel kann der Winkelsensor 220 eine oder mehrere Schaltungen (z. B. eine oder mehrere integrierte Schaltungen) umfassen. Zusätzlich oder alternativ kann der Winkelsensor 220 einen magnetischen Winkelsensor, einen magnetischen Positionssensor oder dergleichen umfassen. Der Winkelsensor 220 kann an einer Stelle relativ zu dem Magneten 210 positioniert sein, derart, dass der Winkelsensor 220 eine Stärke eines durch den Magneten 210 erzeugten Magnetfeldes detektieren kann. Bei einigen Implementierungen kann der Winkelsensor 220 einen Magnetowiderstand basierend auf einem anisotropen Magnetowiderstandseffekt (AMR-Effekt), einem Riesenmagnetowiderstandseffekt (GMR-Effekt), einem Tunnelmagnetowiderstandseffekt (TMR-Effekt) oder dergleichen messen.
Bei einigen Implementierungen kann der Winkelsensor 220 zwei oder mehr lineare Ausgangssensorelemente umfassen, die ausgebildet sind zum Detektieren einer Stärke einer Komponente eines externen Magnetfeldes, das durch den Magneten 210 an den Winkelsensor 220 angelegt ist. Zum Beispiel kann der Winkelsensor 220 eine erste Sensorbrücke, die ausgebildet ist zum Detektieren einer Stärke einer X-Komponente des durch den Magneten 210 angelegten externen Magnetfeldes, eine zweite Sensorbrücke, die ausgebildet ist zum Detektieren einer Stärke einer Y-Komponente des durch den Magneten 210 angelegten, externen Magnetfeldes, und/oder einer dritten Sensorbrücke, die ausgebildet ist zum Detektieren einer Stärke einer Z-Komponente des durch den Magneten 210 angelegten externen Magnetfeldes, umfassen. Bei einigen Implementierungen kann jedes lineare Ausgangssensorelement ausgebildet sein zum Ausgeben eines Ausgangssignals, das der detektierten Stärke der Komponente des externen Magnetfeldes entspricht, wobei ein Spannungspegel des Ausgangssignals auf die Stärke der detektierten Komponente des externen Magnetfeldes linear bezogen sein kann. Bei einigen Implementierungen können die zwei oder die mehreren Ausgangssignale, die durch die zwei oder die mehreren linearen Sensorelemente des Winkelsensors 220 bereitgestellt sind, verwendet werden (z. B. durch den Winkelsensor 220 und/oder die Steuerung 230), um eine Position des Magneten 210 in Relation zu dem Winkelsensor 220 zu bestimmen, z. B. eine lineare Position, eine Position auf einer zweidimensionalen Ebene, eine Position in einem dreidimensionalen Raum, einen Rotationswinkel (z. B. einen Winkel größer als oder gleich Null Grad und kleiner als oder gleich dreihundertsechzig Grad) oder dergleichen.
Bei einigen Implementierungen kann der Winkelsensor 220 eine integrierte Schaltung umfassen. Bei einigen Implementierungen kann die integrierte Schaltung zwei Sensorbrücken umfassen, die einem Detektieren von zwei Komponenten des externen Magnetfeldes zugeordnet sind. Bei einigen Implementierungen kann die integrierte Schaltung drei Sensorbrücken umfassen, die einem Detektieren von drei Komponenten des externen Magnetfeldes zugeordnet sind. Bei einigen Implementierungen können die Sensorbrücken auf einer einzelnen integrierten Schaltung enthalten sein, die ungefähr weniger als oder gleich zehn Mikrometer pro Seite ist. Bei einigen Implementierungen kann die integrierte Schaltung eine integrierte Steuerung 230 umfassen (z. B. derart, dass ein Ausgang des Winkelsensors 220 eine Information sein kann, die eine Position des Magneten 210 beschreibt). Zusätzliche Einzelheiten betreffend den Winkelsensor 220 sind nachstehend ausführlicher beschrieben.
Die Steuerung 230 kann eine oder mehrere Vorrichtung umfassen, die einem Bestimmen einer Position des Magneten 210 relativ zu dem Winkelsensor 220 und einem Bereitstellen einer Information, die der Position des Magneten 210 zugeordnet sind, umfassen (z. B. für eine Verwendung beim Steuern eines Systems, für eine Verwendung beim Identifizieren der Position des Magneten 210 etc.). Zum Beispiel kann die Steuerung 230 eine oder mehrere Schaltungen (z. B. eine integrierte Schaltung, eine Steuerschaltung, eine Rückkopplungsschaltung etc.) umfassen. Die Steuerung 230 kann einen Eingang von einem oder mehreren Sensoren, z. B. einem oder mehreren Winkelsensoren 220, empfangen, kann den Eingang (z. B. unter Verwendung eines analogen Signalprozessors, eines digitalen Signalprozesses etc.) verarbeiten und kann einen Ausgang basierend auf dem Eingang bereitstellen. Zum Beispiel kann die Steuerung 230 ein oder mehrere Eingangssignale von dem Winkelsensor 220 empfangen und kann das eine oder die mehreren Eingangssignale verwenden, um ein Ausgangssignal zu erzeugen.
Die Anzahl und Anordnung von in 2 gezeigten Bauelementen und Komponenten sind als ein Beispiel bereitgestellt. In der Praxis kann es zusätzliche Bauelemente und/oder Komponenten, weniger Bauelemente und/oder Komponenten, unterschiedliche Bauelemente und/oder Komponenten oder unterschiedlich angeordnete Bauelemente und/oder Komponenten als die in 2 Gezeigten geben. Ferner können zwei oder mehr Bauelemente und/oder Komponenten, die in 2 gezeigt sind, innerhalb eines einzelnen Bauelements und/oder einer einzelnen Komponente implementiert sein, oder ein einzelnes Bauelement und/oder eine einzelne Komponente, die in 2 gezeigt sind, können als mehrere, verteilte Bauelemente und/oder Komponenten implementiert sein. Zusätzlich oder alternativ kann eine Menge von Bauelementen (z. B. ein oder mehrere Bauelemente) und/oder eine Menge von Komponenten (z. B. ein oder mehrere Komponenten) der Umgebung 200 eine oder mehrere Funktionen ausführen, die als durch eine andere Menge von Bauelementen und/oder eine andere Menge von Komponenten der Umgebung 200 ausgeführt beschrieben sind.
3 ist ein Diagramm von beispielhaften Elementen des Winkelsensors 220 von 2. Wie in 3 gezeigt, kann der Winkelsensor 220 bei einigen Implementierungen ein lineares Sensorelement 310, das einer ersten Empfindlichkeitsrichtung zugeordnet ist (hierin als ein lineares Element X 310 bezeichnet), ein lineares Sensorelement 320, das einer zweiten Empfindlichkeitsrichtung zugeordnet ist (hierin als lineares Element Y 320 bezeichnet), und/oder ein lineares Sensorelement 330, das einer dritten Empfindlichkeitsrichtung zugeordnet ist (hierin als lineares Element Z 330 bezeichnet) umfassen. Bei einigen Implementierungen können die erste Empfindlichkeitsrichtung, die zweite Empfindlichkeitsrichtung und die dritte Empfindlichkeitsrichtung orthogonal (z. B. bei 90 Grad, bei im Wesentlichen 90 Grad, z. B. ±1 Grad, ±5 Grad etc.) zueinander sein. Bei einigen Implementierungen kann zum Beispiel die erste Empfindlichkeitsrichtung einer X-Richtung entsprechen, die zweite Empfindlichkeitsrichtung kann einer Y-Richtung entsprechen und die dritte Empfindlichkeitsrichtung kann einer Z-Richtung entsprechen.
Das lineare Element X 310 kann ein Element umfassen, das ausgebildet ist zum Bereitstellen eines Ausgangssignals basierend auf einer Stärke einer ersten Komponente eines externen Magnetfeldes, das an den Winkelsensor 220 angelegt ist, z. B. einer X-Komponente des externen Magnetfeldes. Wie gezeigt, kann zum Beispiel das lineare Element X 310 eine Brücke (z. B. eine Wheatstone-Brücke etc.) aufweisen, die eine Menge von vier Widerständen 340 umfasst. Jeder Widerstand 340 kann zum Beispiel ein magnetoresistives Element (z. B. einen Magnetwiderstand) mit einem elektrischen Widerstandswert umfassen, der von einer Stärke einer Komponente eines externen Magnetfeldes, das an den Widerstand 340 angelegt ist, abhängt.
Bei einigen Implementierungen kann das lineare Element X 310 nur für die X-Komponente des externen Magnetfeldes empfindlich sein. Anders ausgedrückt, das lineare Element X 310 und/oder die Widerstände 340 des linearen Elementes X 310 können ausgebildet sein, derart, dass die durch das lineare Element X 310 bereitgestellte Ausgangsspannung (z. B. Vx) basierend nur auf Änderungen der X-Komponente des externen Magnetfeldes variiert. Bei einigen Implementierungen kann das lineare Element X 310 (z. B. als die Ausgangsspannung des linearen Elements X 310) einen linearen Ausgang erzeugen, der der X-Komponente des externen Magnetfeldes entspricht. Anders ausgedrückt, der Ausgang des linearen Elements X 310 kann auf die X-Komponente des externen Magnetfeldes linear bezogen sein.
Das lineare Element Y 320 kann ein Element umfassen, das ausgebildet ist zum Bereitstellen eines Ausgangssignals basierend auf einer Stärke einer zweiten Komponente des an den Winkelsensor 220 angelegten, externen Magnetfeldes, z. B. einer Y-Komponente des externen Magnetfeldes, einer Komponente orthogonal zu der ersten Komponente des ersten Magnetfeldes oder dergleichen. Wie gezeigt, kann zum Beispiel das lineare Element Y 320 eine Brücke (z. B. eine Wheatstone-Brücke) umfassen, die eine Menge von vier Widerständen 340 umfasst. Bei einigen Implementierungen kann das lineare Element Y 320 nur für die Y-Komponente des externen Magnetfeldes empfindlich sein. Anders ausgedrückt, das lineare Element Y 320 und/oder die Widerstände 340 des linearen Elements Y 320 können ausgebildet sein, derart, dass die durch das lineare Element Y 320 bereitgestellte Ausgangsspannung (z. B. Vy) basierend nur auf Änderungen der Y-Komponente des externen Magnetfeldes variiert. Bei einigen Implementierungen kann das lineare Element Y 320 (z. B. als die Ausgangsspannung des linearen Elements Y 320) einen linearen Ausgang erzeugen, der der Y-Komponente des externen Magnetfeldes entspricht. Anders ausgedrückt, der Ausgang des linearen Elements Y 320 kann auf die Y-Komponente des externen Magnetfeldes linear bezogen sein.
Das lineare Element Z 330 kann ein Element umfassen, das ausgebildet ist zum Bereitstellen eines Ausgangssignals basierend auf einer Stärke einer dritten Komponente des an den Winkelsensor 220 angelegten, externen Magnetfeldes, z. B. einer Z-Komponente, einer Komponente orthogonal zu der ersten Komponente des externen Magnetfeldes oder orthogonal zu der zweiten Komponente des externen Magnetfeldes oder dergleichen. Wie gezeigt, kann zum Beispiel das lineare Element Z 330 eine Brücke (z. B. eine Wheatstone-Brücke) umfassen, die eine Menge von vier Widerständen 340 umfasst. Bei einigen Implementierungen kann das lineare Element X 330 nur für die Z-Komponente des externen Magnetfeldes empfindlich sein. Anders ausgedrückt, das lineare Element Z 330 und/oder die Widerstände 340 des linearen Elements Z 330 können ausgebildet sein, derart, dass die durch das lineare Element Z 330 bereitgestellte Ausgangsspannung (z. B. Vz) basierend nur auf Änderungen der Z-Komponente des externen Magnetfeldes variiert. Bei einigen Implementierungen kann das lineare Element Z 330 (z. B. als die Ausgangsspannung des linearen Elements Z 330) einen linearen Ausgang erzeugen, der der Z-Komponente des externen Magnetfeldes entspricht. Anders ausgedrückt, der Ausgang des linearen Elements Z 330 kann auf die Z-Komponente des externen Magnetfeldes linear bezogen sein.
Wie gezeigt, können das lineare Element X 310, das lineare Element Y 320 und das lineare Element Z 330 mit einer Leistungsversorgung gekoppelt sein und können ein Eingangsspannungssignal empfangen (als Vcc gezeigt). Wie ferner gezeigt, können das lineare Element X 310, das lineare Element Y 320 und das lineare Element Z 330 das Eingangsspannungssignal Vcc in Relation zu einem Referenzspannungssignal (z. B. einem Masse-Spannungssignal, gezeigt als GND) empfangen. Bei einigen Implementierungen können das lineare Element X 310, das lineare Element Y 320 und/oder das lineare Element Z 330 mit einer einzelnen Leistungsversorgung oder unterschiedlichen Leistungsversorgungen gekoppelt sein.
Zusätzlich oder alternativ können das lineare Element X 310, das lineare Element Y 320 und das lineare Element Z 330 die jeweiligen Eingangsspannungssignale in Relation zu einem einzelnen Referenzspannungssignal oder unterschiedlichen Referenzspannungssignalen empfangen.
Wie oben beschrieben, können bei einigen Implementierungen die Ausgänge des linearen Elements X 310, des linearen Elements Y 320 und des linearen Sensorelements Z 330 jeweils auf die X-Komponente des externen Magnetfeldes, die Y-Komponente des externen Magnetfeldes und die Z-Komponente des externen Magnetfeldes linear bezogen sein.
Bei einigen Implementierungen kann ein Ausgang, der einem ersten linearen Sensorelement zugeordnet ist, als eine Versorgungsspannung für ein anderes lineares Sensorelement verwendet werden, um eine Empfindlichkeit zu erhöhen, die dem Bestimmen der Position des Magneten 210 zugeordnet ist. Zum Beispiel kann eine Ausgangsspannung des linearen Elements X 310 als eine Versorgungsspannung für das lineare Element Y 320 verwendet werden, um die Empfindlichkeit um einen Faktor zwei zu erhöhen. Hier kann eine Ausgangsspannung des linearen Elements X 310 von einer Versorgungsspannung an das lineare Element X 310 linear abhängen. Wenn die Ausgangsspannung des linearen Elements X 310 als eine Versorgungsspannung des linearen Elements Y 320 verwendet wird, kann sich, da die Ausgangsspannung des linearen Elements Y 320 von der Versorgungsspannung des linearen Elements Y 320 (d. h. der Ausgangsspannung des linearen Elements Y 310) linear abhängt, die Empfindlichkeit des Winkelsensors 220 als solche um einen Faktor zwei erhöhen (z. B. kann sich der Betrag der Änderung des Winkels, die durch den Winkelsensor 220 detektiert werden kann, verdoppeln). Diese Prozedur kann auch auf das lineare Element Z 330 und/oder zusätzliche Sensorelemente erweitert werden (eine Verwendung eines Mikrocontrollers kann in einem solchen Fall erforderlich sein).
4 ist ein Diagramm einer beispielhaften Übertragungskennlinie, die einem linearen Sensorelement 400 des Winkelsensors 220 zugeordnet ist. Bei einigen Implementierungen kann das lineare Sensorelement 400 dem linearen Element X 310, dem linearen Element Y 320 und/oder dem linearen Element Z 330 entsprechen. Wie 4 gezeigt und wie vorstehend beschrieben, kann ein Bereich von möglichen Ausgangsspannungen, die durch das lineare Sensorelement 400 bereitgestellt sein können, auf einen Bereich einer magnetischen Feldstärke linear bezogen sein, die durch das lineare Sensorelement 400 detektiert werden kann. Wie gezeigt, können durch das lineare Sensorelement 400 bereitgestellte Ausgangsspannungen von zum Beispiel ungefähr –180 Millivolt/Volt (mV/V) bis ungefähr 180 mV/V für magnetische Feldstärken in einem Bereich von ungefähr –30 Oersted (Oe) bis ungefähr 30 Oe reichen. Bei einigen Implementierungen kann das lineare Sensorelement 400 als solches einen breiten linearen Bereich aufweisen, derart, dass das lineare Sensorelement 400 fähig ist zum Erfassen eines breiten Bereichs von magnetischen Feldstärken.
Wie durch 4 gezeigt, kann bei einigen Implementierungen die Komponente der externen Magnetfeldstärke eine positive Magnetfeldstärke, eine negative Magnetfeldstärke oder eine Null-Magnetfeldstärke sein. Als solches kann die durch das lineare Sensorelement 400 bereitgestellte entsprechende Ausgangsspannung auch eine positive Spannung, eine negative Spannung oder eine Nullspannung sein. Bei einigen Implementierungen kann die Ausgangsspannung des linearen Sensorelements 400 durch eine Versatzspannung beeinträchtigt sein (z. B. einen Versatz, der aufgrund einer Toleranz und/oder eines Temperaturdrifts, der den Widerständen 340 zugeordnet ist, auftritt).
Bei einigen Implementierungen kann die lineare Beziehung zwischen dem Ausgangsspannungsbereich und dem magnetischen Feldstärkenbereich anders sein als das in 4 Gezeigte. Zum Beispiel kann der Ausgangsspannungsbereich größer oder kleiner sein, der magnetische Feldstärkenbereich kann größer oder kleiner sein, die Steigung der linearen Beziehung kann größer, geringer, negativ, positiv oder dergleichen sein. Bei einigen Implementierungen kann das lineare Sensorelement 400 die Komponente der externen Magnetfeldstärke basierend auf einem TMR-Effekt erfassen. Bei solchen Implementierungen kann die durch das lineare Sensorelement 400 bereitgestellte Ausgangsspannung verarbeitet werden ohne ein Mitteln, eine Verstärkung oder andere Anpassungen der Ausgangsspannung (z. B. kann das Spannungssignal direkt von einem Analog-Digital-Wandler, der dem Winkelsensor 220 zugeordnet ist, zum Verarbeiten an die Steuerung 230 ohne eine Verstärkung bereitgestellt werden).
Ferner kann eine Verwendung von linearen TMR-Sensorelementen 400 Kosten reduzieren, die dem Herstellen, Installieren und/oder Betreiben des Winkelsensors 220 zugeordnet sind, z. B. monetäre Kosten, Kosten hinsichtlich einer Größe des Winkelsensors 220, Kosten hinsichtlich eines Leistungsversorgens des Winkelsensors 220 oder dergleichen. Zusätzlich oder alternativ kann das lineare Sensorelement 400 die Komponente des externen Magnetfeldes basierend auf einem anderen Typ von Magnetowiderstandseffekt, z. B. AMR oder GMR, erfassen. Bei einigen Implementierungen kann der Winkelsensor 220 drei lineare Sensorelemente 400 (z. B. das lineare Element X 310, das lineare Element Y 320 und das lineare Element Z 330) umfassen. Bei einigen Implementierungen kann der Winkelsensor 220 zum Beispiel das lineare Element X 310, das lineare Element Y 320 und das lineare Element Z 330 auf einer einzelnen integrierten Schaltung mit einer Länge von ungefähr 10 Mikrometer pro Seite der integrierten Schaltung umfassen. Bei einigen Implementierungen kann der Winkelsensor 220 das lineare Element X 310, das lineare Element Y 320, das lineare Element Z 330 auf einer einzelnen integrierten Schaltung mit einer Länge von weniger als 10 Mikrometer pro Seite umfassen.
5 ist ein Diagramm einer beispielhaften Anordnung 500 des linearen Elements X 310, des linearen Elements Y 320 und des linearen Elements Z 330 des Winkelsensors 220. Wie in 5 gezeigt, kann jedes lineare Sensorelement positioniert sein, derart, dass eine Empfindlichkeitsrichtung des linearen Sensorelements auf einer Ebene liegt, die der Empfindlichkeitsrichtung entspricht. Zum Beispiel kann das lineare Element X 310 auf einer X-Y-Ebene liegen und kann positioniert sein, derart, dass die Empfindlichkeitsrichtung des linearen Elements X 310 in der X-Richtung liegt. Als ein anderes Beispiel kann das lineare Element Y 320 auf einer Y-Z-Ebene liegen und kann positioniert sein, derart, dass die Empfindlichkeitsrichtung des linearen Elements Y 320 in der Y-Richtung liegt. Als ein zusätzliches Beispiel kann das lineare Element Z 330 in einer X-Z-Ebene liegen und kann positioniert sein, derart, dass die Empfindlichkeitsrichtung des linearen Elements Z 330 in der Z-Richtung liegt. Bei einigen Implementierungen, wie in 5 gezeigt, können das lineare Element X 310, das lineare Element Y 320 und/oder das lineare Element Z 330 geometrisch getrennt sein. Zusätzlich oder alternativ können das lineare Element X 310, das lineare Element Y 320 und/oder das lineare Element Z 330 positioniert sein, um die jeweiligen Komponenten des externen Magnetfeldes an einem einzelnen Punkt zu messen (z. B. kann der Winkelsensor 220 ein dreidimensionaler Sensor sein).
Bei einigen Implementierungen kann der Winkelsensor 220 nur zwei lineare Sensorelemente umfassen (z. B. kann der Winkelsensor 220 ein zweidimensionaler Sensor sein). Zum Beispiel kann der Winkelsensor 220 nur das lineare Element X 310 und das lineare Element Y 320, nur das lineare Element X 310 und das lineare Element Z 330 oder nur das lineare Element Y 320 und das lineare Element Z 330 umfassen. Bei einigen Implementierungen können sich lineare Sensorelemente des Winkelsensors 220 auf einer einzelnen integrierten Schaltung oder auf mehreren integrierten Schaltungen befinden.
Bei einigen Implementierungen können die durch das lineare Element X 310, das lineare Element Y 320 und/oder das lineare Element Z 330 bereitgestellten Ausgangssignale (z. B. Spannungen) verwendet werden (z. B. durch einen Winkelsensor und/oder die Steuerung 230), um eine Menge von Winkeln zu bestimmen, die dem externen Magnetfeld entsprechen, wie nachstehend ausführlicher beschrieben.
Die Anzahl von Elementen, die Anordnungen von Elementen und die Fähigkeiten von Elementen, die in 3, 4 und 5 gezeigt sind, sind lediglich als Beispiele bereitgestellt. In der Praxis kann der Winkelsensor 220 zusätzliche Elemente, weniger Elemente, unterschiedliche Elemente, unterschiedlich angeordnete Elemente oder Elemente mit unterschiedlichen Fähigkeiten als diejenigen umfassen, die in 3, 4 und 5 gezeigt sind. Zusätzlich oder alternativ kann eine Menge von Elementen (z. B. ein oder mehrere Elemente) des Winkelsensors 220 eine oder mehrere Funktionen ausführen, die als durch eine andere Menge von Elementen des Winkelsensors 220 ausgeführt beschrieben sind.
6A und 6B sind Diagramme einer beispielhaften Implementierung 600, die einem Bestimmen von einem oder mehreren Winkeln basierend auf zwei oder mehr Ausgangsspannungen, die durch die linearen Sensorelemente 400 des Winkelsensors 220 bereitgestellt sind, zugeordnet ist. Für die Zwecke der beispielhaften Implementierung 600 wird angenommen, dass der Winkelsensor 220 positioniert ist, um ein durch den Magneten 210 angelegtes, externes Magnetfeld zu erfassen. Ferner wird angenommen, dass der Magnet 210 fähig ist zum Bewegen in und/oder Rotieren um eine X-Richtung, eine Y-Richtung und/oder eine Z-Richtung, und fähig ist zum Rotieren um eine Achse (z. B. eine Achse, die der X-Richtung entspricht, eine Achse, die der Y-Richtung entspricht, eine Achse, die der Z-Richtung entspricht etc.).
Wie in 6A gezeigt, beschreibt ein erster Winkel (z. B. α_xy) eine Richtung eines externen Magnetfeldes (z. B. He) in Bezug auf eine erste Ebene (z. B. eine X-Y-Ebene), ein zweiter Winkel (z. B. α_xz) beschreibt eine Richtung des externen Magnetfeldes in Bezug auf eine zweite Ebene (z. B. eine X-Z-Ebene) und ein dritter Winkel (z. B. α_yz) beschreibt eine Richtung des externen Magnetfeldes in Bezug auf eine dritte Ebene (z. B. eine Y-Z-Ebene). Hier können α_xy, α_xz und/oder α_yz verwendet werden, um eine Position des Magneten 210 in Relation zu dem Winkelsensor 220 zu identifizieren. Als solches kann es wünschenswert sein, α_xy, α_xz oder α_yz zu bestimmen. Bei einigen Implementierungen können α_xy, α_xz und/oder α_yz basierend auf Komponenten des an den Winkelsensor 220 angelegten externen Magnetfeldes bestimmt werden. Zum Beispiel kann das an den Winkelsensor 220 angelegte externe Magnetfeld als eine Menge von drei Komponenten beschrieben werden, umfassend eine X-Komponente (z. B. He_x), eine Y-Komponente (z. B. He_y) und eine Z-Komponente (z. B. He_z). Hier können α_xy, α_xz und/oder α_yz basierend auf den Komponenten des externen Magnetfeldes bestimmt werden. Wie zum Beispiel durch 6A gezeigt, können α_xy, α_xz und α_yz basierend auf den folgenden Gleichungen bestimmt werden: α_xy = arctan(He_y/He_x) (1) α_xz = arctan(He_z/He_x) (2) α_yz = arctan(He_z/He_y) (3)
Als solches können Messungen, die He_x, He_y und/oder He_z identifizieren, erlauben, dass α_xy, α_xz und/oder α_yz bestimmt werden. Bei einigen Implementierungen können, wie oben beschrieben, He_x, He_y und He_z linear bezogen sein auf die Ausgangsspannungen V_x, V_y und V_z, die jeweils durch das lineare Element X 310, das lineare Element Y 320 und das lineare Element Z 330 bereitgestellt sind. Daher können α_xy, α_xz und/oder α_yz basierend auf V_x, V_y und V_z bestimmt werden. Zum Beispiel kann α_xy basierend auf der folgenden Gleichung bestimmt werden: α_xy = arctan(V_y/V_x) = arctan(He × (S + S_xy) × sin(α_xy + β_xy) + V_oy) (He × S × cos(α_xy) + V_ox) (4) wobei S ein bekannter Empfindlichkeitsparameter ist, der dem linearen Element X 310, dem linearen Element Y 320 und dem linearen Element Z 330 zugeordnet ist, S_xy eine Empfindlichkeitsdifferenz zwischen dem linearen Element X 310 und dem linearen Element Y 320 ist, β_xy ein Nicht-Orthogonalitätsparameter ist, der dem linearen Element X 310 und dem linearen Element Y 320 zugeordnet ist (z. B. ein Parameter, der eine reale Winkelverschiebung zwischen dem linearen Element X 310 und dem linearen Element Y 320 repräsentiert, da ein Winkel zwischen dem linearen Element X 310 und dem linearen Element Y 320 von neunzig Grad zum Beispiel aufgrund einer Befestigungstoleranz abweichen kann), V_oy eine Versatzspannung ist, die dem linearen Element Y 320 zugeordnet ist, und V_ox eine Versatzspannung ist, die dem linearen Element X 310 zugeordnet ist.
Als ein anderes Beispiel kann α_xz basierend auf der folgenden Gleichung bestimmt werden: α_xz = arctan(V_z/V_x) = arctan(He × (S + S_xz) × sin(α_xz + β_xz) + V_oz) (He × S × cos(α_xz) + V_ox) (5) wobei S_xz eine Empfindlichkeitsdifferenz zwischen dem linearen Element X 310 und dem linearen Element Z 330 ist, β_xz ein Nicht-Orthogonalitätsparameter ist, der dem linearen Element X 310 und dem linearen Element Z 330 zugeordnet ist (z. B. ein Parameter, der eine reale Winkelverschiebung zwischen dem linearen Element X 310 und dem linearen Element Z 330 repräsentiert, da ein Winkel zwischen dem linearen Element X 310 und dem linearen Element Z 330 von neunzig Grad zum Beispiel aufgrund einer Befestigungstoleranz abweichen kann), und V_oz eine dem linearen Element Z 330 zugeordnete Versatzspannung ist.
Als ein anderes Beispiel kann α_yz basierend auf der folgenden Gleichung bestimmt werden: α_xz = arctan(V_z/V_x) = arctan(He × (S + S_xz) × sin(α_xz + β_xz) + V_oz) (He × S × cos(α_xz) + V_ox) (6) wobei S_yz eine Empfindlichkeitsdifferenz zwischen dem linearen Element Y 320 und dem linearen Element Z 330 ist und β_yz ein Nicht-Orthogonalitätsparameter ist, der dem linearen Element Y 320 und dem linearen Element Z 330 zugeordnet ist (z. B. ein Parameter, der eine reale Winkelverschiebung zwischen dem linearen Element Y 320 und dem linearen Element Z 330 repräsentiert, da ein Winkel zwischen dem linearen Element Y 320 und dem linearen Element Z 330 von neunzig Grad zum Beispiel aufgrund einer Befestigungstoleranz abweichen kann).
Bei einigen Implementierungen können S_xy, S_xz, S_yz, V_ox, V_oy, V_oz, β_xy, β_xz und β_yz gestrichen werden (z. B. wenn bekannt), derart, dass Gleichungen (1), (2) und (3) jeweils gleichwertig sind zu Gleichungen (4), (5) und (6): arctan(V_y/V_x) = arctan(He_y/He_x) = α_xy (7) arctan(V_z/V_x) = arctan(He_z/He_x) = α_xz (8) arctan(V_z/V_y) = arctan(He_z/He_y) = α_yz (9)
Als solches können α_xy, α_xz und/oder α_yz basierend auf den Ausgangsspannungen V_x, V_y und V_z bestimmt werden, die durch das lineare Element X 310, das lineare Element Y 320 und das lineare Element Z 330 bereitgestellt sind.
6B ist ein Diagramm eines Beispiels einer Art, auf die α_xy, α_xz und/oder α_yz basierend auf Ausgangsspannungen des linearen Elements X 310, des linearen Elements Y 320 und des linearen Elements Z 330 bestimmt werden können. Wie in 6B gezeigt, kann das lineare Element X 310 die an den Winkelsensor 220 angelegte He_x erfassen und kann die Ausgangsspannung V_x an die Steuerung 230 bereitstellen. Wie gezeigt, kann in ähnlicher Weise das lineare Element Y 320 die He_y erfassen, die an den Winkelsensor 200 angelegt wird, und kann die Ausgangsspannung V_y an die Steuerung 230 bereitstellen. Wie ferner gezeigt, kann das lineare Element Z 330 die an den Winkelsensor 220 angelegte He_z erfassen und kann die Ausgangsspannung V_z an die Steuerung 230 bereitstellen.
Wie gezeigt, kann die Steuerung 230 V_x, V_y und V_z empfangen und kann α_xy, α_xz und/oder α_yz jeweils basierend auf Gleichung (7), (8) und (9) berechnen. Hier kann eine Position (z. B. eine lineare Position, eine Position auf einer zweidimensionalen Ebene, eine Position in einer dreidimensionalen Ebene, einen Rotationswinkel etc.) des Magneten 210 in Relation zu dem Winkelsensor 220 basierend auf den Winkeln, die von den durch die Menge von linearen Sensorelementen bereitgestellten Ausgangsspannungen hergeleitet sind, bestimmt werden. Bei einigen Implementierungen kann die Steuerung 230 auch eine Winkelgeschwindigkeit (z. B. eine Rotationsgeschwindigkeit) bestimmen, die dem Magneten 210 zugeordnet ist.
Wie oben angezeigt, sind 6A und 6B lediglich als ein Beispiel bereitgestellt. Andere Beispiele sind möglich und können sich von dem, was in Bezug auf 6A und 6B beschrieben ist, unterscheiden. Während 6A und 6B unter Verwendung einer bestimmten Menge von Gleichungen beschrieben sind, kann bei einigen Implementierungen zum Beispiel eine unterschiedliche Menge von Gleichungen verwendet werden, um die Menge von oben beschriebenen Winkeln und/oder eine unterschiedliche Menge von Winkeln basierend auf den Ausgangsspannungen der linearen Sensorelemente auf ähnliche Weise zu bestimmen.
7 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Prozesses 700 zum Erfassen von Komponenten eines externen Magnetfeldes unter Verwendung linearer Sensorelemente, und zum Ausgeben von Spannungen, die den Komponenten des externen Magnetfeldes entsprechen, zum Verwenden bei einem Bestimmen eines Winkels, der dem externen Magnetfeld zugeordnet ist. Bei einigen Implementierungen können ein oder mehrere Prozessblöcke von 7 durch zwei oder mehr lineare Ausgangssensorelemente des Winkelsensors 220 ausgeführt werden.
Wie in 7 gezeigt, kann der Prozess 700 ein Erfassen einer ersten Komponente eines externen Magnetfeldes (Block 710) umfassen. Zum Beispiel kann das lineare Element X 310 eine erste Komponente eines externen Magnetfeldes erfassen, z. B. eine X-Komponente des externen Magnetfeldes, wie oben beschrieben.
Wie in 7 ferner gezeigt, kann der Prozess 700 ein Ausgeben einer ersten Spannung umfassen, die der ersten Komponente des externen Magnetfeldes entspricht (Block 720). Zum Beispiel kann das lineare Element X 310 eine erste Spannung ausgeben, die der ersten Komponente des externen Magnetfeldes entspricht, wie oben beschrieben.
Wie in 7 ferner gezeigt, kann der Prozess 700 ein Erfassen einer zweiten Komponente des externen Magnetfeldes umfassen (Block 730). Zum Beispiel kann das lineare Element Y 320 eine zweite Komponente des externen Magnetfeldes erfassen, z. B. eine Y-Komponente des externen Magnetfeldes, wie oben beschrieben.
Wie ferner in 7 gezeigt, kann der Prozess 700 ein Ausgeben einer zweiten Spannung umfassen, die der zweiten Komponente des externen Magnetfeldes entspricht (Block 740). Zum Beispiel kann das lineare Element Y 320 eine zweite Spannung ausgeben, die der zweiten Komponente des externen Magnetfeldes entspricht, wie oben beschrieben.
Wie in 7 ferner gezeigt, kann der Prozess 700 ein Erfassen einer dritten Komponente des externen Magnetfeldes umfassen (Block 750). Zum Beispiel kann das lineare Element Z 330 eine dritte Komponente des externen Magnetfeldes erfassen, z. B. eine Z-Komponente des externen Magnetfeldes, wie oben beschrieben.
Wie in 7 ferner gezeigt, kann der Prozess 700 ein Ausgeben einer dritten Spannung umfassen, die der dritten Komponente des externen Magnetfeldes entspricht (Block 760). Zum Beispiel kann das lineare Element Z 330 eine dritte Spannung ausgeben, die der dritten Komponente des externen Magnetfeldes entspricht, wie oben beschrieben.
Bei einigen Implementierungen können die erste Spannung, die zweite Spannung und/oder die dritte Spannung verwendet werden, um eine Position (z. B. einen oder mehrere Winkel, eine lineare Position, eine Position auf einer zweidimensionalen Ebene, eine Position in einem dreidimensionalen Raum) des Magneten 210 zu bestimmen, der das externe Magnetfeld erzeugt, wie oben beschrieben.
Hierin beschriebene Implementierungen können das Bestimmen von einem oder mehreren Winkeln, die einem an einen Winkelsensor angelegten Magnetfeld zugeordnet sind, basierend auf zwei oder mehr Ausgangsspannungen, die durch eine Menge von linearen Sensorelementen des Winkelsensors bereitgestellt sind, erleichtern. Bei einigen Implementierungen kann ein Verwenden der Menge von linearen Sensorelementen es erlauben, dass ein Magnetfeld von jeglicher Stärke erfasst wird, z. B. ein schwaches Magnetfeld oder ein starkes Magnetfeld.
Die vorstehende Offenbarung stellt eine Veranschaulichung und Beschreibung bereit, soll aber nicht vollständig sein oder die Implementierungen auf die bestimmte offenbarte Form begrenzen.
Modifikationen und Variationen sind unter Berücksichtigung der obigen Offenbarung möglich und können aus der Praxis der Implementierungen gewonnen werden. Zum Beispiel können bei einigen Implementierungen hierin beschriebene Implementierungen auf einen dualen MR-Sensor erweitert werden, der einer funktionalen Sicherheitsanwendung zugeordnet ist. Zum Beispiel kann eine erste Winkelmessung basierend auf sinusförmigen Ausgängen eines Winkelsensors unter Verwendung eines traditionellen Sättigungsansatzes ausgeführt werden. Eine zweite Winkelmessung kann durch den Winkelsensor 220 ausgeführt werden, wie hierin beschrieben. Hier kann eine Kombination der zwei Winkelmessansätze (z. B. dem Sättigungsansatz und dem hierin beschriebenen linearen Ansatz) eine Sensorvielfalt zum Verwenden in einer Sicherheitsanwendung, z. B. einer funktionalen Sicherheitsanwendung mit automotivem Sicherheitsintegritätslevel (ASIL; ASIL = Automotive Safety Integrity Level), bereitstellen. Bei einigen Implementierungen können der erste Winkelsensor und der Winkelsensor 220 als ein Paar von integrierten Sensoren, nebeneinanderliegenden integrierten Schaltungen, gestapelten integrierten Schaltungen, einem Paar von Chips, die durch eine gedruckte Schaltungsplatine (PCB; PCB = printed circuit board) getrennt sind, oder dergleichen implementiert sein. Obgleich bestimmte Kombinationen von Merkmalen in den Ansprüchen wiedergegeben und/oder in der Beschreibung offenbart sind, sollen diese Kombinationen die Offenbarung möglicher Implementierungen nicht begrenzen. Tatsächlich können viele dieser Merkmale auf eine Art und Weise kombiniert werden, die in den Ansprüchen nicht eigens wiedergegeben und/oder in der Beschreibung offenbart ist. Obwohl jeder nachfolgend aufgeführte abhängige Anspruch direkt von nur einem Anspruch abhängen kann, umfasst die Offenbarung möglicher Implementierungen jeden abhängigen Anspruch in Kombination mit jedem anderen Anspruch in dem Anspruchssatz. Kein hierin verwendetes Element, Schritt oder Anweisung sollte als entscheidend oder wesentlich ausgelegt werden, sofern es nicht explizit als solches beschrieben ist. Ferner sollen gemäß hiesiger Verwendung die Artikel „ein, eine” ein oder mehrere Elemente umfassen und können synonym mit „ein oder mehrere” verwendet werden. Ferner sollen gemäß hiesiger Verwendung die Begriffe „Gruppe” und „Menge” einen oder mehrere Gegenstände (z. B. zugehörige Gegenstände, nicht zugehörige Gegenstände, eine Kombination von zugehörigen Gegenständen und nicht zugehörigen Gegenständen etc.) umfassen, und können synonym mit „ein oder mehrere” verwendet werden. In den Fällen, in denen nur ein Gegenstand beabsichtigt ist, wird der Begriff „ein” oder eine ähnliche Sprache verwendet. Ferner sollen gemäß hiesiger Verwendung die Begriffe „aufweist”, „aufweisen”, „aufweisend” oder dergleichen offene Begriffe sein. Ferner soll der Ausdruck „basierend auf” bedeuten „basierend, zumindest teilweise, auf”, sofern nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben ist.

Claims

Ein Magnetsensor, umfassend: ein erstes lineares Ausgangssensorelement, das ausgebildet ist zum: Erfassen einer ersten Komponente eines externen Magnetfeldes, wobei die erste Komponente des externen Magnetfeldes einer ersten Achse zugeordnet ist, und Bereitstellen einer ersten Ausgangsspannung, die der ersten Komponente des externen Magnetfeldes entspricht; und ein zweites lineares Ausgangssensorelement, das ausgebildet ist zum: Erfassen einer zweiten Komponente des externen Magnetfeldes, wobei die zweite Komponente des externen Magnetfeldes einer zweiten Achse zugeordnet ist, wobei die zweite Achse im Wesentlichen orthogonal zu der ersten Achse ist, und Bereitstellen einer zweiten Ausgangsspannung, die der zweiten Komponente des externen Magnetfeldes entspricht, wobei die erste Ausgangsspannung und die zweite Ausgangsspannung bereitgestellt sind, um einen dem externen Magnetfeld zugeordneten Winkel zu bestimmen, wobei der Winkel einer Ebene entspricht, die die erste Achse und die zweite Achse umfasst.
Der Magnetsensor gemäß Anspruch 1, ferner umfassend: ein drittes lineares Ausgangssensorelement, das ausgebildet ist zum: Erfassen einer dritten Komponente des externen Magnetfeldes, wobei die dritte Komponente des externen Magnetfeldes einer dritten Achse zugeordnet ist, wobei die dritte Achse im Wesentlichen orthogonal zu der ersten Achse und im Wesentlichen orthogonal zu der zweiten Achse ist; und Bereitstellen einer dritten Ausgangsspannung, die der dritten Komponente des externen Magnetfeldes entspricht, wobei die dritte Ausgangsspannung bereitgestellt ist, um einen dem externen Magnetfeld zugeordneten, anderen Winkel zu bestimmen, wobei der andere Winkel einer Ebene entspricht, die die erste Achse und die dritte Achse umfasst, oder wobei der andere Winkel einer Ebene entspricht, die die zweite Achse und die dritte Achse umfasst.
Der Magnetsensor gemäß Anspruch 2, wobei die erste Ausgangsspannung, die zweite Ausgangsspannung und die dritte Ausgangsspannung bereitgestellt sind, um eine dem externen Magnetfeld zugeordnete Position zu bestimmen.
Der Magnetsensor gemäß Anspruch 2 oder 3, wobei sich das erste lineare Ausgangssensorelement, das zweite lineare Ausgangssensorelement und das dritte lineare Ausgangssensorelement auf einer einzelnen integrierten Schaltung befinden.
Der Magnetsensor gemäß Anspruch 4, wobei die einzelne integrierte Schaltung eine Länge von ungefähr 10 Mikrometer pro Seite der integrierten Schaltung aufweist.
Der Magnetsensor gemäß einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei das erste lineare Ausgangssensorelement, das zweite lineare Ausgangssensorelement und das dritte lineare Ausgangssensorelement die jeweilige erste, zweite und dritte Komponente des externen Magnetfeldes basierend auf einem Tunnelmagnetowiderstands-, TMR-, Effekt, einem Riesenmagnetowiderstands-, GMR-, Effekt oder einem anisotropen Magnetowiderstands-, AMR-, Effekt, erfassen.
Der Magnetsensor gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Winkel bestimmt wird durch ein Teilen der zweiten Ausgangsspannung durch die erste Ausgangsspannung zum Bestimmen eines Wertes, und ein Berechnen einer inversen Tangente des Wertes zum Bestimmen des Winkels.
Ein Verfahren, umfassend: Erfassen einer ersten Komponente eines Magnetfeldes durch ein erstes lineares Ausgangselement, wobei die erste Komponente des Magnetfeldes einer ersten Richtung zugeordnet ist; Ausgeben einer ersten Spannung, die der ersten Komponente des Magnetfeldes entspricht, durch das erste lineare Ausgangselement; Erfassen einer zweiten Komponente des Magnetfeldes durch eine zweite lineare Ausgangskomponente, wobei die zweite Komponente des Magnetfeldes einer zweiten Richtung zugeordnet ist, wobei die zweite Richtung ungefähr neunzig Grad in Bezug auf die erste Richtung ist; und Ausgeben einer zweiten Spannung, die der zweiten Komponente des Magnetfeldes entspricht, durch das zweite lineare Ausgangselement, wobei die erste Spannung und die zweite Spannung bereitgestellt sind, um einen dem Magnetfeld zugeordneten, ersten Winkel zu berechnen, wobei der erste Winkel einer Ebene zugeordnet ist, die der ersten Richtung und der zweiten Richtung zugeordnet ist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 8, ferner umfassend: Erfassen einer dritten Komponente des Magnetfeldes durch ein drittes lineares Ausgangselement, wobei die dritte Komponente des Magnetfeldes einer dritten Richtung zugeordnet ist, wobei die dritte Richtung ungefähr neunzig Grad in Bezug auf die erste Richtung und ungefähr neunzig Grad in Bezug auf die zweite Richtung ist, und Ausgeben einer dritten Spannung, die der dritten Komponente des Magnetfeldes entspricht, durch das dritte lineare Ausgangselement, wobei die dritte Spannung bereitgestellt ist, um einen dem Magnetfeld zugeordneten, zweiten Winkel zu berechnen, wobei der zweite Winkel einer Ebene zugeordnet ist, die der ersten Richtung und der dritten Richtung zugeordnet ist, und wobei die dritte Spannung bereitgestellt ist, um einen dem Magnetfeld zugeordneten, dritten Winkel zu berechnen, wobei der dritte Winkel einer Ebene zugeordnet ist, die der zweiten Richtung und der dritten Richtung zugeordnet ist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei der erste Winkel bestimmt wird durch ein Teilen der zweiten Spannung durch die erste Spannung zum Bestimmen eines ersten Wertes, und ein Berechnen einer inversen Tangente des ersten Wertes zum Bestimmen des Winkels, wobei der zweite Winkel bestimmt wird durch ein Teilen der dritten Spannung durch die erste Spannung zum Bestimmen eines zweiten Wertes, und ein Berechnen einer inversen Tangente des zweiten Wertes zum Bestimmen des zweiten Winkels, und wobei der dritte Winkel bestimmt wird durch ein Teilen der dritten Spannung durch die zweite Spannung zum Bestimmen eines dritten Wertes, und ein Berechnen einer inversen Tangente des dritten Wertes zum Bestimmen des dritten Winkels.
Das Verfahren gemäß Anspruch 9 oder 10, wobei die erste Spannung, die zweite Spannung und die dritte Spannung bereitgestellt werden, um eine Position zu bestimmen, die einem Magneten zugeordnet ist, der das Magnetfeld erzeugt.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei der erste Winkel größer als oder gleich Null Grad ist und kleiner als oder gleich dreihundertsechzig Grad ist.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei das erste lineare Ausgangselement, das zweite lineare Ausgangselement und das dritte lineare Ausgangselement die jeweilige erste, zweite und dritte Komponente des Magnetfeldes basierend auf einem Tunnelmagnetowiderstands-, TMR-, Effekt, einem Riesenmagnetowiderstands-, GMR-, Effekt oder einem anisotropen Magnetowiderstands-, AMR-, Effekt erfassen.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8 bis 13, wobei der erste Winkel verwendet wird, um eine dem Magnetfeld zugeordnete Winkelgeschwindigkeit zu berechnen.
Eine Vorrichtung, umfassend: ein erstes lineares Sensorelement, das ausgebildet ist zum: Erfassen einer ersten Komponente eines externen Magnetfeldes, wobei die erste Komponente des externen Magnetfeldes einer ersten Achse entspricht, Bereitstellen einer ersten Spannung, die der ersten Komponente des externen Magnetfeldes entspricht; ein zweites lineares Sensorelement, das ausgebildet ist zum: Erfassen einer zweiten Komponente des externen Magnetfeldes, wobei die zweite Komponente des externen Magnetfeldes einer zweiten Achse entspricht, wobei die zweite Achse ungefähr orthogonal zu der ersten Achse ist, und Bereitstellen einer zweiten Spannung, die der zweiten Komponente des externen Magnetfeldes entspricht; und ein drittes lineares Sensorelement, das ausgebildet ist zum: Erfassen einer dritten Komponente des externen Magnetfeldes, wobei die dritte Komponente des externen Magnetfeldes einer dritten Achse entspricht, wobei die dritte Achse ungefähr orthogonal zu sowohl der ersten Achse als auch der zweiten Achse ist, und Bereitstellen einer dritten Spannung, die der dritten Komponente des externen Magnetfeldes entspricht, wobei die erste Spannung, die zweite Spannung und die dritte Spannung bereitgestellt sind, um zumindest zwei Winkel oder eine Position, die dem externen Magnetfeld zugeordnet ist, zu bestimmen.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 15, wobei die zumindest zwei Winkel zumindest zwei von: einem ersten Winkel, der einer Ebene entspricht, die die erste Achse und die zweite Achse umfasst; einem zweiten Winkel, der einer Ebene entspricht, die die erste Achse und die dritte Achse umfasst; oder einem dritten Winkel, der einer Ebene entspricht, die die zweite Achse und die dritte Achse umfasst, umfassen.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 16, wobei der erste Winkel bestimmt wird durch ein Teilen der zweiten Spannung durch die erste Spannung zum Bestimmen eines ersten Wertes, und ein Berechnen einer inversen Tangente des ersten Wertes zum Bestimmen des ersten Winkels, wobei der zweite Winkel bestimmt wird durch ein Teilen der dritten Spannung durch die erste Spannung zum Bestimmen eines zweiten Wertes, und ein Berechnen einer inversen Tangente des zweiten Wertes zum Bestimmen des zweiten Winkels, und wobei der dritte Winkel bestimmt wird durch ein Teilen der dritten Spannung durch die zweite Spannung zum Bestimmen eines dritten Wertes, und ein Berechnen einer inversen Tangente des dritten Wertes zum Bestimmen des dritten Winkels.
Die Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei das erste lineare Sensorelement, das zweite lineare Sensorelement und das dritte lineare Sensorelement sich auf einer einzelnen integrierten Schaltung befinden.
Die Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 15 bis 18, wobei das erste lineare Sensorelement, das zweite lineare Sensorelement und das dritte lineare Sensorelement die jeweilige erste, zweite und dritte Komponente des externen Magnetfeldes basierend auf einem Tunnelmagnetowiderstands-, TMR-, Effekt, einem Riesenmagnetowiderstands-, GMR-, Effekt oder einem anisotropen Magnetowiderstands-, AMR-, Effekt erfassen.
Die Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 15 bis 19, wobei die erste Spannung, die zweite Spannung und die dritte Spannung bereitgestellt sind, um eine Position zu bestimmen, die einem Magneten zugeordnet ist, der das externe Magnetfeld erzeugt.