DE102016124952B4 - Magnetisches Winkelerfassungssystem und Betriebsverfahren - Google Patents

Abstract

Magnetisches Winkelerfassungssystem zum Detektieren eines Drehwinkels einer Magnetfeldquelle, wobei die Magnetfeldquelle drehbar um eine Drehachse angeordnet ist,- bei dem das magnetische Winkelerfassungssystem mindestens zwei Magnetfelderfassungselemente umfasst, die sich in oder auf einer Ebene befinden;- bei dem die mindestens zwei Magnetfelderfassungselemente nicht auf einer einzelnen Geraden durch die Drehachse angeordnet sind;- bei dem die mindestens zwei Magnetfelderfassungselemente Ausgangssignale bereitstellen, die Funktionen derselben Magnetfeldkomponente sind, die parallel zu der Drehachse verläuft;- umfassend eine Verarbeitungseinheit, die eingerichtet ist, den Drehwinkel aus einem Winkel zwischen einem Zeiger und einer Referenzrichtung zu bestimmen, wobei der Zeiger basierend auf den Ausgangssignalen der mindestens zwei Magnetfelderfassungselemente bestimmt wird und- bei dem die Verarbeitungseinheit eingerichtet ist zum- Bestimmen einer ersten Lage wo das detektierte Magnetfeld im Wesentlichen basierend auf einer ersten Gruppe von zwei der mindestens zwei Felderfassungselemente verschwindet,- Bestimmen einer zweiten Lage wo das detektierte Magnetfeld im Wesentlichen basierend auf einer zweiten Gruppe von zwei der mindestens zwei Felderfassungselemente verschwindet,- Bestimmen des Zeigers basierend auf der ersten Lage und/oder basierend auf der zweiten Lage.

Description

• Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen eine magnetische Winkelsensoranordnung, die das Bestimmen einer Drehposition oder Bewegung einer Welle ermöglicht.
• Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, bestehende Winkelerfassungssysteme und bekannte Betriebsverfahren Winkelerfassungssysteme für zu verbessern.
• Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
• Die hierin vorgeschlagenen Beispiele können insbesondere auf mindestens einer der folgenden Lösungen basieren. Insbesondere können Kombinationen der folgenden Merkmale benutzt werden, um ein gewünschtes Ergebnis zu erreichen. Die Merkmale des Verfahrens könnten mit (einem) beliebigen Merkmal(en) der Vorrichtung, der Einrichtung oder des Systems oder umgekehrt kombiniert werden.
• Ein magnetisches Winkelerfassungssystem zum Detektieren eines Drehwinkels einer Magnetfeldquelle ist bereitgestellt, wobei die Magnetfeldquelle drehbar um eine Drehachse angeordnet ist,
• - wobei das magnetische Winkelerfassungssystem mindestens zwei Magnetfelderfassungselemente umfasst, die sich in/auf einer Ebene befinden;
• - wobei die mindestens zwei Magnetfelderfassungselemente nicht auf einer einzelnen Geraden durch die Drehachse angeordnet sind;
• - wobei die mindestens zwei Magnetfelderfassungselemente Ausgangssignale bereitstellen, die Funktionen derselben Magnetfeldkomponente sind, die parallel zu der Drehachse verläuft;
• - umfassend eine Verarbeitungseinheit, die eingerichtet ist, den Drehwinkel aus einem Winkel zwischen einem Zeiger und einer Referenzrichtung zu bestimmen, wobei der Zeiger basierend auf den Ausgangssignalen der mindestens zwei Magnetfelderfassungselemente bestimmt wird und
• - bei dem die Verarbeitungseinheit eingerichtet ist zum
  • - Bestimmen einer ersten Lage wo das detektierte Magnetfeld im Wesentlichen basierend auf einer ersten Gruppe von zwei der mindestens zwei Felderfassungselemente verschwindet,
  • - Bestimmen einer zweiten Lage wo das detektierte Magnetfeld im Wesentlichen basierend auf einer zweiten Gruppe von zwei der mindestens zwei Felderfassungselemente verschwindet,
  • - Bestimmen des Zeigers basierend auf der ersten Lage und/oder basierend auf der zweiten Lage.
• Es ist anzumerken, dass jedes Magnetfelderfassungselement einen oder mehrere Sensoren umfassen kann. Beispielsweise kann ein einzelnes Magnetfelderfassungselement vier Hall-Platten in einer 2x2-Anordnung umfassen, die angrenzend aneinander angeordnet sind. Die 2x2-Anordnung kann verwendet werden, um Versatzfehler aufzuheben oder um sie parallelzuschalten, um ihren Innenwiderstand zu reduzieren und ihr Signal-Rausch-Verhältnis zu verbessern. Die 2x2-Anordnung wird als ein einzelnes Magnetfelderfassungselement betrachtet, da die mehreren Sensoren im Wesentlichen an einer einzigen Lage angeordnet sind.
• Es ist ferner anzumerken, dass die mindestens zwei Magnetfelderfassungselemente auf einem einzelnen Halbleiterchip (auch als Halbleitersubstrat oder (Silizium-)Chip bezeichnet) angeordnet sein können. Es ist jedoch auch möglich, dass die mindestens zwei Magnetfelderfassungselemente auf unterschiedlichen Halbleiterchips angeordnet sind. Der hierin vorgestellte Ansatz kann daher für axiale und außeraxiale Winkelsensorsysteme verwendet werden.
• Es ist auch anzumerken, dass die mindestens zwei Magnetfelderfassungselemente eine im Wesentlichen lineare Kennlinie aufweisen können, d. h. das Ausgangssignal des Magnetfelderfassungselements ist eine im Wesentlichen lineare Funktion der detektierten Magnetfeldkomponente. Beispielsweise kann eine Abweichung von der linearen Kennlinie im gesamten Drehwinkel unter 2 % sein.
• Die mindestens zwei Magnetfelderfassungselemente können insbesondere auf einer einzelnen Geraden angeordnet sein, die nicht durch die Drehachse verläuft; diese einzelne Gerade kann insbesondere einen Abstand von mindestens 0,5 mm zu der Drehachse aufweisen.
• Die Verarbeitungseinheit kann mindestens eines der Folgenden umfassen: einen Prozessor, einen Mikrocontroller, einen festverdrahteten Schaltkreis, eine ASIC, ein FPGA, eine Logikvorrichtung.
• In einer Ausführungsform wird der Zeiger basierend auf mindestens zwei Punkten bestimmt, an denen die Magnetfeldkomponente, die senkrecht zu der Ebene ist, Null oder im Wesentlichen Null ist, wobei mindestens einer der mindestens zwei Punkte über eine Interpolation entlang einer Geraden bestimmt wird, die zwei der mindestens zwei Magnetfelderfassungselemente schneidet.
• Jeder der mindestens zwei Punkte kann eine Lage in einem kartesischen Koordinatensystem (x, y, z) sein, an der Bz=0, wobei die x-y-Ebene der Ebene entspricht, in der (oder auf der) die mindestens zwei Magnetfelderfassungselemente angeordnet sind und die z-Achse parallel zu der Drehachse ist. Die Interpolation kann ein Bestimmen des Punkts auf der Geraden zwischen den Lagen der beiden Magnetfelderfassungselemente oder hinter einem der Magnetfelderfassungselemente umfassen.
• Es ist anzumerken, dass ein derartiger Punkt für Bz=0 wie oben beschrieben bestimmt werden kann und ein zweiter Punkt für Bz=0 die die x-y-Ebene schneidende Drehachse sein kann.
• Zudem können mindestens zwei Punkte für Bz=0 wie oben erläutert bestimmt werden und diese beiden Punkte definieren den Zeiger, d. h. eine Gerade, die die Referenzrichtung schneidet, wobei dieser Schnittpunkt den Drehwinkel definiert.
• In einer Ausführungsform
• - umfassen die mindestens zwei Magnetfelderfassungselemente zwei Magnetfelderfassungselemente,
• - der Zeiger weist eine erste Koordinate und eine zweite Koordinate auf, wobei die erste Koordinate eine erste gewichtete Summe der Ausgangssignale der beiden Magnetfelderfassungselemente umfasst und die zweite Koordinate eine zweite gewichtete Summe der Ausgangssignale der beiden Magnetfelderfassungselemente umfasst.
• Mindestens eine der gewichteten Summen kann eine gewichtete Differenz sein. Wenn zwei Magnetfelderfassungselemente vorhanden sind, die Ausgangssignale So1 und So2 bereitstellen, kann die erste gewichtete Summe der Ausgangssignale Folgendes betragen $$c0\pm \left(abs\left(c1\right)\cdot So1+abs\left(c2\right)\cdot So2\right).$$

  
• Die zweite gewichtete Summe der Ausgangssignale kann Folgendes betragen $$c3\pm \left(abs\left(c4\right)\cdot So1+abs\left(c5\right)\cdot So2\right),$$

  

  wobei abs(k) den Absolutwert von k bereitstellt und wobei c0, c1, c2, c3, c4 und c5 Zahlen sind.
• In einer Ausführungsform ist die Funktion eine lineare Funktion oder eine im Wesentlichen lineare Funktion.
• Die lineare Funktion kann eine beliebige Funktion sein. $$f\left(x\right)=c0+c1\cdot x,$$

  

  wobei c0, c1 von x unabhängige Zahlen sind.
• Es ist anzumerken, dass ein Sensorelement zumindest eine kleine Menge an Nichtlinearität aufweisen kann, was gemäß einem zusätzlichen Ausdruck wie c2 · x² betragen würde; eine derartige Nichtlinearität kann jedoch weniger als 2 % oder insbesondere weniger als 5 % des linearen Teils betragen. Somit ist eine geeignete Approximation die lineare Funktion ohne den nichtlinearen Teil.
• In einer Ausführungsform ist die die mindestens zwei Magnetfelderfassungselemente umfassende Ebene eine Ebene, die im Wesentlichen senkrecht zu der Drehachse ist.
• In einer Ausführungsform ist die die mindestens zwei Magnetfelderfassungselemente umfassende Ebene eine Ebene eines Halbleiterchips.
• Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Magnetfelderfassungselement mindestens eines der Folgenden: eine Hall-Platte oder einen MAG-FET.
• Gemäß einer Ausführungsform befinden sich die mindestens zwei Magnetfelderfassungselemente an mindestens zwei unterschiedlichen Positionen in/auf der Ebene.
• Jedes der Magnetfelderfassungselemente kann sich an einer anderen Position als jedes andere Magnetfelderfassungselement befinden. Die mindestens zwei Magnetfelderfassungselemente können derart angeordnet sein, dass sich ein Abstand von mindestens 0,5 mm zwischen jeden beliebigen zwei Magnetfelderfassungselementen befindet.
• In einer Ausführungsform
• - umfassen die mindestens zwei Magnetfelderfassungselemente vier Magnetfelderfassungselemente.
• - der Zeiger weist eine erste Koordinate und eine zweite Koordinate auf, wobei die erste Koordinate proportional zu dem Produkt einer Differenz zwischen Ausgangssignalen des ersten Felderfassungselements und des zweiten Felderfassungselements und einer Differenz zwischen den Ausgangssignalen des dritten Felderfassungselements und des vierten Felderfassungselements ist.
• In diesem Fall kann die erste Koordinate proportional sein zu $$\left(\text{B2}-\text{B1}\right)\cdot \left(\text{B4}-\text{B3}\right),$$

  

  wobei B1 das Ausgangssignal des ersten Felderfassungselements ist, B2 das Ausgangssignal des zweiten Felderfassungselements ist, B3 das Ausgangssignal des dritten Felderfassungselements ist und B4 das Ausgangssignal des vierten Felderfassungselements ist.
• Die erste Lage und die zweite Lage sind Punkte, durch die z. B. eine Gerade verläuft. Die Gerade schneidet die Referenzrichtung in einem Winkel, der als der Drehwinkel oder zumindest als proportional zu dem Drehwinkel angesehen werden kann.
• In einer Ausführungsform umfassen die mindestens zwei Magnetfelderfassungselemente drei Magnetfelderfassungselemente und wobei sich ein Magnetfelderfassungselement an einer Lage befindet, an der sich die Drehachse mit der Ebene schneidet.
• Zudem wird ein Verfahren zum Detektieren eines Drehwinkels einer Magnetfeldquelle bereitgestellt,
• - wobei die Magnetfeldquelle drehbar um eine Drehachse angeordnet ist,
• - wobei sich mindestens zwei Magnetfelderfassungselemente in/auf einer Ebene befinden;
• - wobei die mindestens zwei Magnetfelderfassungselemente nicht auf einer einzelnen Geraden durch die Drehachse angeordnet sind;
• - wobei die mindestens zwei Magnetfelderfassungselemente Ausgangssignale bereitstellen, die Funktionen derselben Magnetfeldkomponente sind, die parallel zu der Drehachse verläuft;
• - wobei das Verfahren Folgendes umfasst:
  • - Bestimmen des Drehwinkels aus einem Winkel zwischen einem Zeiger und einer Referenzrichtung, wobei der Zeiger basierend auf den Ausgangssignalen der mindestens zwei Magnetfelderfassungselemente bestimmt wird,
  • - Bestimmen einer ersten Lage wo das detektierte Magnetfeld im Wesentlichen basierend auf einer ersten Gruppe von zwei der mindestens zwei Felderfassungselemente verschwindet,
  • - Bestimmen einer zweiten Lage wo das detektierte Magnetfeld im Wesentlichen basierend auf einer zweiten Gruppe von zwei der mindestens zwei Felderfassungselemente verschwindet,
  • - Bestimmen des Zeigers basierend auf der ersten Lage und/oder basierend auf der zweiten Lage.
• In einer Ausführungsform wird der Zeiger basierend auf mindestens zwei Punkten bestimmt, an denen die Magnetfeldkomponente, die sich senkrecht zu der Ebene befindet, Null oder im Wesentlichen Null ist, wobei mindestens einer der mindestens zwei Punkte über eine Interpolation entlang einer Geraden bestimmt wird, die zwei der mindestens zwei Magnetfelderfassungselemente schneidet.
• Die oben in Bezug auf das Winkelsystem beschriebenen Schritte sind entsprechend auch für das Verfahren anwendbar.
• Ein Computerprogrammprodukt ist bereitgestellt, das direkt in einen Speicher einer digitalen Verarbeitungsvorrichtung ladbar ist, wobei das Computerprogrammprodukt Softwarecodeteile zum Durchführen der hierin beschriebenen Schritte des Verfahrens umfasst.
• Ein computerlesbares Medium wird vorgeschlagen, das computerausführbare Anweisungen aufweist, die dazu eingerichtet sind, ein Computersystem zum Durchführen der Schritte des hierin beschriebenen Verfahrens zu veranlassen.
• Ausführungsformen werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen gezeigt und veranschaulicht. Die Zeichnungen dienen dazu, das Grundprinzip zu veranschaulichen, so dass nur für das Verständnis der Grundprinzipien notwendige Aspekte veranschaulicht werden. Die Zeichnungen sind nicht maßstabsgetreu. In den Zeichnungen bezeichnen dieselben Bezugszeichen gleiche Merkmale.
• 1 zeigt eine beispielhafte Anordnung einer Winkelsensorvorrichtung, die einen Winkel einer Welle bestimmt, wobei der Winkel zum Bestimmen einer Bewegung und/oder einer Position der Welle verwendet werden kann;
• 2 zeigt eine beispielhafte x-y-Ebene mit vier Hall-Platten, die auf der Hauptoberfläche eines Halbleiterchips angeordnet sind, wobei die durch die Hall-Platten erhaltenen Signale verwendet werden, um zwei Punkte zu interpolieren, an denen Bz=0, wobei der Drehwinkel basierend auf den beiden Punkten bestimmt wird;
• 3 zeigt eine beispielhafte x-y-Ebene mit vier Hall-Platten, die auf der Hauptoberfläche eines Halbleiterchips angeordnet sind, wobei die durch die Hall-Platten erhaltenen Signale verwendet werden, um vier Punkte zu interpolieren, an denen Bz=0, wobei der Drehwinkel basierend auf den vier Punkten bestimmt wird;
• 4 zeigt eine beispielhafte x-y-Ebene mit vier Hall-Platten, die auf der Hauptoberfläche eines Halbleiterchips angeordnet sind, wobei die durch die Hall-Platten erhaltenen Signale verwendet werden, um sechs Punkte zu interpolieren, an denen Bz=0, wobei der Drehwinkel basierend auf den sechs Punkten bestimmt wird;
• 5 zeigt eine beispielhafte x-y-Ebene mit vier Hall-Platten, wobei die ersten zwei Hall-Platten auf einer ersten Geraden parallel zu einer y-Achse angeordnet sind und die zweiten zwei Hall-Platten auf einer zweiten Geraden parallel zu der y-Achse angeordnet sind, wobei auf jeder Geraden ein Punkt interpoliert wird, an dem Bz=0, und der Drehwinkel basierend auf einer Geraden bestimmt wird, die die beiden Punkte verbindet;
• 6 zeigt eine beispielhafte x-y-Ebene mit drei Hall-Platten, wobei die ersten zwei Hall-Platten auf einer Geraden parallel zu einer y-Achse angeordnet sind und die dritte Hall-Platte auf einem Schnittpunkt der x-y-Ebene mit der Drehachse angeordnet ist, wobei auf der Geraden ein Punkt interpoliert wird, an dem Bz=0, und der Drehwinkel basierend auf einer Geraden bestimmt wird, die den Punkt und die Lage der dritten Hall-Platte verbindet;
• Hierin beschriebene Beispiele betreffen insbesondere magnetische Winkelsensoren, wobei ein Permanentmagnet an einer drehbaren Welle angebracht ist und ein Magnetfeldsensor auf oder abseits der Drehachse und angrenzend an den Magneten platziert ist. Der magnetische Winkelsensor detektiert das drehbare Magnetfeld, das in axiale Richtung zeigt, und inferiert daraus die Drehposition der Welle. Der Magnet kann homogen in diametraler Richtung magnetisiert sein, kann jedoch auch inhomogen magnetisiert sein, z. B. in Bogenform, oder eine Hälfte des Magneten kann in axialer Richtung und die andere Hälfte des Magneten kann in entgegengesetzter Richtung magnetisiert sein. Der Magnet kann zudem mehrere unverbundene Teile umfassen, die zusammengeklebt sind, oder er kann auf andere Weise zusammengefügt sein.
• 1 zeigt eine beispielhafte Anordnung: Eine Welle 101 ist drehbar um eine Drehachse 106 angeordnet. Ein Magnet 102, z. B. ein Permanentmagnet, ist mit der Welle 101 verbunden, z. B. daran befestigt. Der Magnet 102 zeigt eine diametrale Magnetisierung 103. Ein Siliziumchip 105 umfassend mehrere Magnetfeldsensoren 104 ist in der Nähe des Magneten 102 angeordnet, in diesem Beispiel unter dem Magneten 102. Jeder Magnetfeldsensor kann auch als Erfassungselement bezeichnet sein.
• Eine z-Komponente wird als eine Komponente parallel zu der Drehachse der Welle (oder entlang der Welle selbst) bezeichnet, wobei eine x-y-Ebene senkrecht zu der Drehachse der Welle angeordnet ist. Die x-y-z-Komponenten erstrecken sich über ein kartesisches Koordinatensystem.
• Somit ist die Drehachse 106 parallel zu der z-Achse und die Magnetfeldsensoren 104 sind in der x-y-Ebene angeordnet. Ein axialer Magnetfeldsensor spricht insbesondere auf eine z-Komponente eines Magnetfelds an, das durch den Magneten 102 emittiert wird.
• Unterschiedliche Sensoren können verwendet werden, z. B. ein anisotroper Magnetowiderstand (AMR - Anisotropic Magneto-Resistor), ein Riesenmagnetowiderstand (GMR - Giant Magneto-Resistor), ein Tunnelmagnetowiderstand (TMR - Tunneling Magneto-Resistor), Halleffektvorrichtungen (z. B. Hall-Platten, vertikale Halleffektvorrichtungen) oder MAG-FETs (z. B. Split-Drain-MAG-FETs).
• Beispiele, auf die hierin Bezug genommen wird, betreffen insbesondere Magnetfeldsensoren, die die z-Komponente des Magnetfelds detektieren. Somit kann der Magnetfeldsensor eine Hall-Platte (auch als HHall bezeichnet) und/oder einen MAG-FET umfassen.
• In einem bekannten Ansatz sind mehrere Hall-Platten auf einer Erfassungsebene angeordnet, d. h. auf einer Oberfläche eines Halbleiterchips, senkrecht zu der Drehachse. Die Hall-Platten sind um ein Zentrum angeordnet, in dem die Drehachse die Ebene schneidet. Die Signale der Hall-Platten werden derart kombiniert, dass sie die Steigung der axialen Magnetfeldkomponente in zwei (vorzugsweise) orthogonalen Richtungen abgreift.
• Die kartesischen Koordinaten (x, y, z) werden mit z parallel zu der Drehachse und sich über die Erfassungsebene erstreckenden x- und y-Achsen verwendet, die die Hall-Platten umfasst, die die Magnetfeldkomponenten dBz/dx und dBz/dy, d. h. Gradienten (= räumliche Ableitungen der vertikalen Magnetfeldkomponete Bz), abgreifen.
• Ein derartiges Sensorsystem dient als ein Vektorgradiometer, wobei der Begriff „Vektor“ anzeigt, dass zwei Gradienten d/dx und d/dy detektiert werden. Um den Gradienten dBz/dx zu detektieren, können zwei Hall-Platten auf einer Linie parallel zu der x-Achse angeordnet sein, wobei sie durch einen kleinen Abstand delta_x beabstandet sind. Hierdurch kann das Sensorsystem bestimmen $$\left(\text{Bz}\left(\text{x0}+\text{delta\_x}\right)-\text{Bz}\left(\text{x0}\right)\right)/\text{delta\_x}\text{,}$$

  

  was eine geeignete Approximation für dBz(x0)/dx sein kann, solange delta x klein ist, so dass die Bz(x)-Abhängigkeit linear approximiert werden kann (d. h. solange die Krümmung dieser Funktion vernachlässigt werden kann).
• Sensorsysteme dieser Art können gefunden werden in [M. Metz, et al.: Contactless Angle Measurement Using Four Hall Devices on Single Chip, 1997 International Conference on Solid-State Sensors and Actuators, Chicago, June 16-19, 1997, IEEE], [U. Ausserlechner: A theory of magnetic angle sensors with hall plates and without fluxguides, Progress In Electromagnetics Research B, Vol. 49, 77-106, 2013] oder [Takahashi, et al.: Development of a High Precision Angle Sensor, NTN TECHNICAL REVIEW No. 73, pages 98 to 103, 2005].
• Ein Winkeldetektierungsschema ist insbesondere in Abschnitt 2.3 von [Takahashi et al.] beschrieben. In dieser Referenz wird ein Ansatz zum Detektieren von Lagen auf der Erfassungsebene vorgeschlagen, wobei die Magnetfeldkomponente Bz verschwindet. Aus diesen Lagen kann die Drehposition des Magneten (und somit der Welle) bestimmt werden. Bezug wird zudem genommen auf Anhang D von [U. Ausserlechner].
• Die vertikale Magnetfeldkomponente Bz ist eine Funktion einer lateralen Position (x, y) auf dem Halbleiterchip. Es ist eine Kurve (annähernd eine Gerade) vorhanden, wo diese vertikale Magnetfeldkomponente verschwindet, d. h. wo Bz(x,y)=0.
• Diese Kurve verläuft durch den Punkt in der (x,y)-Ebene, an dem die Drehachse die (x,y)-Ebene schneidet. Das Koordinatensystem kann derart verschoben werden, dass sich dieser Schnittpunkt im Ursprung (x,y) = (0,0) befindet. In dem Sensorsystem ist eine erhebliche Anzahl an Sensorelementen entlang eines geschlossenen Pfads platziert, der den Ursprung (0,0) einkreist. Somit gibt es stets zwei Punkte, an denen sich der geschlossene Pfad mit der Bz(x,y)=0-Kurve schneidet. Diese beiden Punkte definieren eine Richtung, die der Drehposition des Magneten entspricht.
• Wird der Sensor lateral verschoben, verschiebt sich auch die Bz(x,y)=0-Kurve auf dem Chip. Wenn die Sensorelemente um einen Versatz d aus dem Ursprung (0,0) verschoben werden, können schwerwiegende Probleme bei dem Sensorsystem auftreten. Wenn der Halbleiterchip (auf dem sich die Sensorelemente befinden) um mehr als den Versatz d von der Drehachse in eine Richtung orthogonal zu der Bz(x,y)=0-Kurve verschoben wird, schneidet die Bz(x,y)=0-Kurve nicht mehr den geschlossenen Pfad und es sind keine zwei Sensorelemente verfügbar, die Bz=0 noch detektieren könnten. Somit schlägt ein Bestimmen einer Drehposition des Magneten durch das Sensorsystem fehl.
• Zum Beispiel: Wenn der Chip kleiner als 1 mm ist, ist der Versatz d kleiner als 0,5 mm; bei dem Sensorsystem treten Probleme auf, wenn der Chip um 0,5 mm oder mehr von der Drehachse verschoben wird.
• Ein ähnliches Problem tritt auf, wenn eine homogene magnetische Störung Bz auf das Feld des Magneten aufgebracht wird. Hierdurch wird der von dem Magneten emittierte Bz(x,y)-Berg in Richtung des Sensorsystems bewegt (nach oben oder unten verschoben), wodurch die Bz(x,y)=0-Kurve lateral verschoben wird. Wenn die externe Störung größer als das Feld des Magneten ist, wird die Bz(x,y)=0-Kurve aus dem geschlossenen Pfad der Sensorelemente heraus verschoben. In einem solchen Fall können die Sensorelemente keine Lagen mit Bz=0 detektieren und ein Bestimmen der Drehposition des Magneten durch das Sensorsystem schlägt fehl.
• Hierin beschriebene Beispiele schlagen insbesondere einen Ansatz zum Bestimmen des Drehwinkels aus einem Satz an gemessenen Magnetfeldwerten an flexiblen Lagen vor.
• In einer beispielhaften Ausführungsform wird ein linearer Sensor verwendet, der ein Ausgangssignal bereitstellt, das eine lineare Funktion des angelegten Magnetfelds ist. Ein derartiger linearer Sensor kann eine Hall-Platte, auch als HHall bezeichnet, sein. In einem solchen Fall ist es nicht erforderlich, eine große Anzahl an Sensorelementen entlang eines geschlossenen Pfads um die Drehachse anzuordnen. Stattdessen können nur wenige Sensorelemente verwendet werden und eine Interpolation kann durchgeführt werden, wenn ein Nullwert (oder ein Minimum) der Magnetfeldkomponente Bz detektiert wird.
• 2 zeigt eine beispielhafte x-y-Ebene mit vier Hall-Platten 201 bis 204, die auf der Hauptoberfläche eines Halbleiterchips (auch als Halbleitersubstrat oder (Silizium-)Chip bezeichnet) angeordnet sind. Der Halbleiterchip entspricht dem in 1 gezeigten Siliziumchip 105.
• Die Hall-Platten 201 und 202 messen beide die Magnetfeldkomponete Bz. Die Form eines Magnetfelds eines diametral magnetisierten kleinen Magneten (von zylindrischer oder Blockform) ist in 2 des oben genannten [U. Ausserlechner] gezeigt. Somit ist diese Form des Bz(x,y)-Feldes nahe der Drehachse ähnlich einer Ebene.
• Somit kann das Magnetfeld durch beliebige zwei Punkte auf der x-y-Ebene, d. h. entlang einer Geraden 205 durch die Hall-Platten 201 und 202, linear bestimmt (extrapoliert oder interpoliert) werden. Das Bz-Feld verschwindet (d. h. Bz=0) an irgendeinem Punkt auf der Geraden 205. Dies ist beispielhaft in 2 an einem Punkt 207 gezeigt. Die von den Hall-Platten 201 und 202 vorgenommenen Messungen werden daher für ein lineares Bestimmen des Punkts 207, an dem Bz=0, verwendet. Der Punkt 207 kann sich auf der Geraden 205 zwischen den beiden Hall-Platten 201 und 202 oder außerhalb der beiden befinden.
• Dementsprechend messen die Hall-Platten 203 und 204 die Magnetfeldkomponete Bz. Diese Messungen werden für ein lineares Bestimmen (d. h. Inter- oder Extrapolieren) eines Punkts 208 auf einer Geraden 206, an dem Bz=0, verwendet.
• Als nächstes wird durch die beiden Punkte 207 und 208 eine Gerade 209 definiert, die die Gerade durch beide Nullwerte Bz=0 ist. Ein Winkel 210 zwischen der Geraden 209 und der x-Achse kann als eine Drehposition des Magneten ausgelegt werden.
• Es ist anzumerken, dass die Positionen der Hall-Platten 201 bis 204 flexibel sind: Jede Position kann geeignet sein, solange sich die vier Hall-Platten 201 bis 204 nicht auf einer einzigen Geraden befinden.
• 3 zeigt eine beispielhafte x-y-Ebene mit den vier in 2 eingeführten Hall-Platten 201 bis 204. Zusätzlich zu 2 zeigt 3 eine Gerade 301, die die Hall-Platten 202 und 204 schneidet. Die Messungen der Hall-Platten 202 und 204 können für ein lineares Bestimmen eines Punkts 303 auf der Geraden 301, an dem Bz=0, verwendet werden. Zudem ist eine Gerade 302 gezeigt, die die Hall-Platten 201 und 203 schneidet. Die Messungen der Hall-Platten 201 und 203 können für ein lineares Bestimmen eines Punkts 304 auf der Geraden 302, an dem Bz=0, verwendet werden. Die Punkte 303 und 304 befinden sich auch auf der Geraden 209.
• 4 zeigt eine beispielhafte x-y-Ebene mit den vier in 2 und 3 eingeführten Hall-Platten 201 bis 204. Zusätzlich zu 3 zeigt 4 eine Gerade 401, die die Hall-Platten 201 und 204 schneidet. Die Messungen der Hall-Platten 201 und 204 können für ein lineares Bestimmen eines Punkts 403 auf der Geraden 401, an dem Bz=0, verwendet werden. Zudem ist eine Gerade 402 gezeigt, die die Hall-Platten 202 und 203 schneidet. Die Messungen der Hall-Platten 202 und 203 können für ein lineares Bestimmen eines Punkts 404 auf der Geraden 402, an dem Bz=0, verwendet werden. Die Punkte 403 und 404 befinden sich auch auf der Geraden 209.
• Somit können insgesamt die sechs Nullpositionen 207, 208, 303, 304, 403 und 404 mit Bz=0 basierend auf den Messungen der vier Hall-Platten 201 bis 204 bestimmt werden. Die Nullpositionen liegen auf der Geraden 209 oder zumindest (sehr) nahe an dieser. Je nach Magnet und Abstand zwischen Magnet und Chipoberfläche entspricht die Bz(x,y)=0-Kurve mehr oder weniger genau einer Geraden.
• Das Erfassungssystem kann mindestens eine der folgenden Funktionalitäten bereitstellen:
1. (1) Sämtliche oder eine Auswahl der sechs Nullpositionen können verwendet werden, um die Drehposition zu bestimmen. Wenn beispielsweise mindestens eine Nullposition weit von dem Schwerpunkt der verbleibenden Nullpositionen entfernt ist, kann die mindestens eine (weit entfernte) Nullposition als ungültig betrachtet werden, und sie kann für eine weitere Verarbeitung ausgeschlossen (nicht verwendet) werden.
2. (2) Dann kann das Erfassungssystem eine Linie der kleinsten quadratischen Fehler durch alle verbleibenden Nullpositionen ziehen. Wenn mehr als zwei Nullpositionen verbleiben, kann das Erfassungssystem alternativ dazu Polynome höherer Ordnung durch die gültigen Nullpositionen interpolieren. Beispielsweise kann das Erfassungssystem mit mehr als zwei gültigen Nullpositionen ein Polynom zweiter Ordnung y = c0 + c1 · x + c2 · x² an die Nullpositionen anpassen, wobei c0, c1 und c2 Koeffizienten sind, die derart ausgewählt sind, dass das Polynom y durch die gültigen Nullpositionen oder nahezu durch diese im Sinne eines kleinsten quadratischen Fehlers verläuft.
3. (3) Als nächstes kann das Erfassungssystem eine Tangente basierend auf dem Polynom in einem vorbestimmten Punkt (z. B. im Ursprung (x,y)=(0,0)) oder in dem Schwerpunkt aller Nulllagen berechnen.
4. (4) Schließlich kann das Erfassungssystem den Winkel zwischen der Tangente und einer Referenzrichtung berechnen, wobei der Winkel dem Drehwinkel entspricht.
• Es ist anzumerken, dass der Drehwinkel bis zu ganzzahligen Vielfachen von 180° nicht eindeutig ist, da die Tangente einen Winkel φ, jedoch auch einen Winkel φ+180° definiert, da ein Einheitsvektor entlang der Tangente in zwei gegensätzliche Richtungen weisen kann.
• Das Polynom y trennt die (x,y)-Ebene in zwei unverbundene Gebiete: In dem ersten Gebiet sind alle erfassten Bz-Felder positiv und in dem zweiten Gebiet sind alle erfassten Bz-Gebiete negativ. Das Erfassungssystem kann diese Trennungslinie und die beiden Gebiete bestimmen und diese Informationen verwenden, um zwischen φ und φ+180° zu unterscheiden. Beispielsweise kann das Erfassungssystem einen Einheitsvektor senkrecht zu der Tangente definieren, der von dem ersten Gebiet mit positiven Bz-Feldern weg zu dem zweiten mit negativen Bz-Feldern hin weist. Es kann dann den Einheitsvektor im Uhrzeigersinn um 90° drehen und die Ausrichtung des Vektors als die Drehposition des Magneten definieren.
• Beispielhafte Ausführungsform:
• 5 zeigt eine beispielhafte x-y-Ebene mit vier Hall-Platten 501 bis 504, die auf der Hauptoberfläche eines Halbleiterchips angeordnet sind. Der Halbleiterchip entspricht dem in 1 gezeigten Siliziumchip 105.
• Es ist auch möglich, dass die vier Hall-Platten in mindestens zwei (insbesondere in vier) Gehäusen (z. B. ein Gehäuse pro Hall-Platte) angeordnet sind, wobei die mindestens zwei Gehäuse auf einem Substrat oder einem Träger angeordnet sind. In einem solchen Fall können die Hall-Platten einen deutlichen Abstand voneinander (z. B. 3 cm) aufweisen. Es ist auch möglich, dass das Substrat oder der Träger eine Öffnung umfasst und die Welle derart angeordnet ist, dass sie sich in dieser Öffnung dreht. Der Magnet kann ferner ein Ringmagnet sein, der die Welle umgibt. Der Magnet kann auf einer Oberseite des Halbleiterchips derart angeordnet sein, dass sich die Hall-Platten bei Ansicht von oben direkt unter dem Ringmagneten befinden.
• Die Hall-Platten 501 und 502 messen beide die Magnetfeldkomponete Bz. Diese Messungen werden für ein lineares Bestimmen eines Punkts 507 auf einer Geraden 505, an dem Bz=0, verwendet.
• Die Hall-Platten 503 und 504 messen beide die Magnetfeldkomponete Bz. Diese Messungen werden für ein lineares Bestimmen eines Punkts 508 auf einer Geraden 506, an dem Bz=0, verwendet.
• Die Punkte 507 und 508 definieren eine Gerade 509, die durch den Ursprung (0,0) der x-y-Ebene verläuft. Ein Winkel 510 zwischen der Geraden 509 und der x-Achse kann als eine Drehposition (Winkel) des Magneten ausgelegt werden.
• Die Geraden 505 und 506 sind parallel zur y-Achse.
• Folgende Abkürzungen werden verwendet:

B1

ist das magnetische Bz-Feld an der Lage der Hall-Platte 501,

B2

ist das magnetische Bz-Feld an der Lage der Hall-Platte 502,

B3

ist das magnetische Bz-Feld an der Lage der Hall-Platte 503,

B4

ist das magnetische Bz-Feld an der Lage der Hall-Platte 504,

y1

ist der Abstand der Hall-Platten 501, 502 von der x-Achse,

y2

ist der Abstand der Hall-Platten 503, 504 von der x-Achse,

x1

ist der Abstand der Hall-Platten 501, 502 von der y-Achse, und

x2

ist der Abstand der Hall-Platten 503, 504 von der y-Achse.

• Auf der Geraden 505 gilt Folgendes: $$Bz\left(y\right)=B2+\left(y+y1\right)\cdot \frac{B1-B2}{2\cdot y1}$$

  
• An dem Punkt 507 beträgt die y-Koordinate y120, d. h. $$Bz\left(y120\right)=0$$

  

  somit $$0=2\cdot y1\cdot B2+y120\cdot B1-y120\cdot B2+y1\cdot B1-y1\cdot B2$$

  

  $$0=y1\cdot B2+y120\cdot B1-y120\cdot B2+y1\cdot B1$$

  

  $$y120\cdot \left(B2-B1\right)=y1\cdot \left(B1+B2\right)$$

  

  $$y120=y1\cdot \frac{B1+B2}{B2-B1}.$$

  
• Dasselbe gilt entsprechend für die Gerade 506 und den Punkt 508, für den die y-Koordinate y340 beträgt: $$Bz\left(y340\right)=0$$

  

  somit $$y340=y2\cdot \frac{B3+B4}{B4-B3}.$$

  
• Der Drehwinkel 510 (nachfolgend mit θ abgekürzt) kann wie folgt bestimmt werden: $$\text{tan }\theta =\frac{y340-y120}{x1+x2}$$

  

  somit $$\text{tan }\theta =\frac{\text{y2}\cdot \left(\text{B3}+\text{B4}\right)\cdot \left(\text{B2}-\text{B1}\right)-\text{y1}\cdot \left(\text{B1}+\text{B2}\right)\cdot \left(\text{B4}-\text{B3}\right)}{\left(\text{x1}+\text{x2}\right)\left(\text{B2}-\text{B1}\right)\cdot \left(\text{B4}-\text{B3}\right)}$$

  

  und $$\begin{array}{c}\theta ={\text{arctan}}_2\{\text{y2}\cdot \left(\text{B3}+\text{B4}\right)\cdot \left(\text{B2}-\text{B1}\right)-\text{y1}\cdot \left(\text{B1}+\text{B2}\right)\cdot \left(\text{B4}-\text{B3}\right);\left(\text{x1}+\text{x2}\right)\\ \cdot \left(\text{B2}-\text{B1}\right)\cdot \left(\text{B4}-\text{B3}\right)\}\end{array}$$

  
• Die Arkus₂-Berechnung basiert auf einem Zeiger mit zwei Koordinaten, d. h. die erste Koordinate ist $$\text{y2}\cdot \left(\text{B3}+\text{B4}\right)\cdot \left(\text{B2}-\text{B1}\right)-\text{y1}\cdot \left(\text{B1}+\text{B2}\right)\cdot \left(\text{B4}-\text{B3}\right)$$

  

  und die zweite Koordinate ist $$\left(\text{x1}+\text{x2}\right)\cdot \left(\text{B2}-\text{B1}\right)\cdot \left(\text{B4}-\text{B3}\right).$$

  
• Der Arkus₂ stellt dann den Winkel zwischen dem Zeiger und einer Referenzrichtung in der Richtung der ersten Koordinate bereit.
• Es ist anzumerken, dass die Arkusfunktion über 360° nicht ohne Ambiguität ist. Die Arkusfunktion gilt nur im Bereich von -90° bis +90°. In den verwendeten Beispielen kann ein Bereich von -180° bis +180° bevorzugt sein. Dies kann über die Funktion Arkus₂(x,y) erreicht werden, was identisch zu Arkus(y/x) ist, wenn x≥0. Wenn jedoch x<0, trifft Folgendes zu: $${\text{arctan}}_2\left(x,y\right)=\text{arctan}\frac{y}{x}-\pi ,$$

  

  was in Radians (rad) angegeben ist.
• Es ist anzumerken, dass es ausreichen kann, dass das Erfassungssystem nur an zwei Lagen Sensorelemente derart aufweist, dass diese auf einer Geraden liegen, die nicht durch die Drehachse verläuft. In einem solchen Fall kann das Erfassungssystem einen Vektor von dem Punkt, in dem die Drehachse die Chipoberfläche schneidet, zu dem Punkt auf der Geraden, an dem Bz=0, bestimmen. Der Winkel zwischen dem Vektor und einer Referenzrichtung kann als der Drehwinkel bestimmt werden.
• Damit ein derartiges Erfassungssystem auch robust gegen einen Winkelfehler sein kann, wenn der Magnet und/oder das Sensorelement von der Drehachse verschoben sind und/oder wenn ein homogenes Hintergrundmagnetfeld entlang der empfindlichen Richtung der Sensorelemente vorhanden ist, kann ein drittes Sensorelement an dem Punkt platziert werden, an dem die Drehachse die Chipoberfläche schneidet.
• 6 zeigt ein derartiges Szenario: Eine beispielhafte x-y-Ebene mit drei Hall-Platten 601 bis 603 ist auf der Hauptoberfläche eines Halbleiterchips angeordnet. Der Halbleiterchip entspricht dem in 1 gezeigten Siliziumchip 105. Die Hall-Platte 603 befindet sich im Ursprung (0,0) der x-y-Ebene, der auch der Punkt ist, an dem die Drehachse die Oberfläche des Halbleiterchips schneidet. Alle Hall-Platten 601 bis 603 messen die Magnetfeldkomponete Bz.
• Die Hall-Platten 601 und 602 liegen auf einer Geraden 607. Die Messungen der Hall-Platten 601 und 602 werden für ein lineares Bestimmen eines Punkts 604 auf der Geraden 607, an dem Bz=0, verwendet.
• Der Punkt 604 und die Hall-Platte 603 liegen auf einer Geraden 605. Ein Winkel 606 zwischen der Geraden 605 und der x-Achse kann als eine Drehposition (Winkel) des Magneten ausgelegt werden.
• Die Gerade 607 ist parallel zur y-Achse. Folgende Abkürzungen werden verwendet:

B0

ist das magnetische Bz-Feld an der Lage der Hall-Platte 603,

B1

ist das magnetische Bz-Feld an der Lage der Hall-Platte 601,

B2

ist das magnetische Bz-Feld an der Lage der Hall-Platte 602,

y1

ist der Abstand der Hall-Platten 601, 602 von der x-Achse, und

x1

ist der Abstand der Hall-Platten 601, 602 von der y-Achse.

• In diesem Fall werden homogene Hintergrundmagnetfelder in B1-B0 und B2-B0 aufgehoben.
• An dem Punkt 604 beträgt die y-Koordinate y120, d. h. $$Bz\left(y120\right)=0$$

  

  somit $$y120=y1\cdot \frac{\left(\text{B1}-\text{B0}\right)+\left(\text{B2}-\text{B0}\right)}{\left(\text{B2}-\text{B0}\right)-\left(\text{B1}-\text{B0}\right)}$$

  

  $$\text{y120}=\text{y1}\cdot \frac{\text{B1}+\text{B2}-2\cdot \text{B0}}{\text{B2}-\text{B1}}$$

  
• Der Drehwinkel 606 (nachfolgend mit θ abgekürzt) kann wie folgt bestimmt werden: $$\text{tan }\theta =\frac{y120}{x1}$$

  

  somit $$\text{tan }\theta =\frac{\text{y1}\cdot \left(\text{B1}+\text{B2}-2\cdot \text{B0}\right)}{\left(\text{B2}-\text{B1}\right)\cdot \text{x1}}$$

  

  $$\theta ={\text{arctan}}_2\left\{\text{y1}\cdot \left(\text{B1}+\text{B2}-2\cdot \text{B0}\right);\left(\text{B2}-\text{B1}\right)\cdot \text{x1}\right\}.$$

  
• Die Arkus₂-Berechnung basiert auf einem Zeiger mit zwei Koordinaten, d. h. die erste Koordinate ist $$\text{y}1\cdot \left(\text{B1}+\text{B2}-2\cdot \text{B0}\right)$$

  

  und die zweite Koordinate ist $$\left(\text{B2}-\text{B1}\right)\cdot \text{x1}\text{.}$$

  
• Der Arkus₂ stellt dann den Winkel zwischen dem Zeiger und einer Referenzrichtung in der Richtung der ersten Koordinate bereit.
• Es ist anzumerken, dass der B0-Ausdruck derart aufgehoben werden kann, dass der Drehwinkel Folgendes beträgt $$\theta ={\text{arctan}}_2\left\{\text{y1}\cdot \left(\text{B1}+\text{B2}\right);\left(\text{B2}-\text{B1}\right)\cdot \text{x1}\right\}.$$

  
• Dies trifft insbesondere zu, wenn kein Störfeld kompensiert (oder zumindest teilweise reduziert) werden muss. Mit anderen Worten, der B0-Ausdruck „-2B0“ wird für ein (zumindest teilweises) Kompensieren von Störfeldern verwendet.
• Es ist anzumerken, dass in den hierin beschriebenen Beispielen Hall-Platten verwendet werden, die die Magnetfeldkomponente Bz detektieren. Jedoch kann jede Art von Magnetfeldsensorelement verwendet werden, das ein Ausgangssignal ausgibt, das linearproportional zu einer Magnetfeldkomponente ist. Somit können z. B. MAG-FETs verwendet werden. Es ist auch möglich, andere Magnetfeldkomponenten wie das Bx-Feld oder das By-Feld oder eine beliebige Kombination daraus zu verwenden. $$c0\pm \left(abs\left(c1\right)\cdot So1+abs\left(c2\right)\cdot So2\right).c3\pm \left(abs\left(c4\right)\cdot So1+abs\left(c5\right)\cdot So2\right),f\left(x\right)$$

  

  $$c3\pm \left(abs\left(c4\right)\cdot So1+abs\left(c5\right)\cdot So2\right),f\left(x\right)=c0+c1\cdot x,\left(\text{B2}-\text{B1}\right)\cdot \left(\text{B4}-\text{B3}\right),\text{In}$$

  

  $$\begin{array}{c}f\left(x\right)=c0+c1\cdot x,\left(\text{B2}-\text{B1}\right)\cdot \left(\text{B4}-\text{B3}\right),\text{In}\\ =c0+c1\cdot x,\left(\text{B2}-\text{B1}\right)\cdot \left(\text{B4}-\text{B3}\right),\text{In}\end{array}$$

  

  $$\left(\text{B2}-\text{B1}\right)\cdot \left(\text{B4}-\text{B3}\right),\text{In}$$

  
• Auf beispielhaftem Wege und nicht durch Beschränkung können derartige computerlesbare Speichermedien RAM, ROM, EEPROM, CD-ROM oder andere optische Plattenspeicher, magnetische Plattenspeicher oder andere magnetische Speichervorrichtungen, Flash-Speicher oder jegliches anderes Medium, das zum Speichern gewünschten Programmcodes in der Form von Anweisungen oder Datenstrukturen verwendet werden kann und auf das von einem Computer zugegriffen werden kann, umfassen. Ebenfalls ist jede Verbindung genau als ein computerlesbares Medium, d. h. als ein computerlesbares Übertragungsmedium, bezeichnet. Wenn zum Beispiel Anweisungen von einer Website, einem Server oder anderen abgesetzten Quellen unter Verwendung von Koaxialkabeln, Glasfaserkabeln, verdrillten Paaren, digitalen Teilnehmerleitungen (DSL) oder drahtlosen Technologien, wie etwa Infrarot, Funk, und Mikrowellen übertragen werden, dann sind Koaxialkabel, Glasfaserkabel, verdrillte Paare, DSL oder drahtlose Technologien, wie etwa Infrarot, Funk und Mikrowellen in der Definition von Medium eingeschlossen. Es versteht sich allerdings, dass computerlesbare Speichermedien und Datenspeichermedien keine Verbindungen, Trägerwellen, Signale oder andere transiente Medien beinhalten, sondern stattdessen auf nicht-transiente, greifbare Speichermedien abzielen. Disk und Disc beinhalten, so wie sie hier verwendet werden, eine Compact Disc (CD), eine Laser Disc, eine optische Disc, eine Digital Versatile Disc (DVD), eine Floppy-Disk und eine Blu-ray Disc, wobei Disks Daten gewöhnlicherweise magnetisch reproduzieren, wohingegen Discs Daten optisch mit Lasern reproduzieren. Kombinationen des Obigen sollten ebenfalls innerhalb des Wesens von computerlesbaren Medien eingeschlossen sein.
• Anweisungen können von einem oder mehreren Prozessoren ausgeführt werden, wie etwa von einer oder mehreren zentralen Recheneinheiten (CPUs - Central Processing Units), Digitalen Signalprozessoren (DSPs), Allzweck-Mikroprozessoren, anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen (ASICs - Application Specific Integrated Circuits), feldprogrammierbaren Logikgattern (FPGAs - Field Programmable Logic Arrays), oder anderen äquivalenten integrierten oder diskreten Logikschaltungen. Demnach kann sich der Ausdruck „Prozessor“, so wie er hier verwendet wird, auf irgendeine der vorhergehenden Strukturen oder eine beliebige andere für Implementation der hier beschriebenen Techniken geeignete Struktur beziehen. Zusätzlich kann die hier beschriebene Funktionalität in manchen Aspekten innerhalb dedizierter Hardware- und/oder Software-Module bereitgestellt sein, die ausgelegt sind zum Codieren und Decodieren oder in einem kombinierten Codec realisiert sind. Auch könnten die Techniken vollständig in einer oder mehreren Schaltungen oder Logikelementen implementiert sein.
• Die Techniken dieser Offenbarung können in einer breiten Vielfalt von Geräten und Vorrichtungen implementiert werden, einschließlich einem drahtlosen Handapparat, einer integrierten Schaltung (IC) oder einem Satz von ICs (z. B. einem Chip-Set). Verschiedene Komponenten, Module oder Einheiten werden in dieser Offenbarung beschrieben, um funktionale Aspekte von Vorrichtungen zu betonen, die dafür ausgelegt sind, die offenbarten Techniken durchzuführen, aber nicht notwendigerweise eine Realisierung durch verschiedene Hardwareeinheiten erfordern. Eher können, wie oben beschrieben, verschiedene Einheiten in einer einzigen Hardwareeinheit kombiniert oder durch eine Ansammlung von interoperativen Hardwareeinheiten bereitgestellt werden, einschließlich, wie oben beschrieben, eines oder mehrerer Prozessoren zusammen mit geeigneter Software und/oder Firmware.
• Obwohl verschiedene beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung offenbart wurden, wird es Fachleuten unmittelbar einleuchten, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, die einige der Vorteile der Erfindung erreichen werden, ohne vom Wesen und Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Es wird für einen Fachmann offensichtlich sein, dass andere Komponenten, die die gleichen Funktionen durchführen, geeignet ersetzt werden können. Es sollte erwähnt werden, dass Merkmale, die mit Bezugnahme auf eine spezielle Figur erklärt wurden, mit Merkmalen anderer Figuren kombiniert werden können, selbst in jenen Fällen, in denen dies nicht ausdrücklich erwähnt wurde. Ferner können die Verfahren der Erfindung entweder in reinen Softwareimplementierungen unter Verwendung der passenden Prozessoranweisungen oder in Hybridimplementierungen, die eine Kombination von Hardwarelogik und Softwarelogik benutzen, um dieselben Ergebnisse zu erzielen, erreicht werden. Solche Modifikationen des erfindungsgemäßen Konzepts sollen durch die angehängten Ansprüche abgedeckt sein.

Claims (14)

1. Magnetisches Winkelerfassungssystem zum Detektieren eines Drehwinkels einer Magnetfeldquelle, wobei die Magnetfeldquelle drehbar um eine Drehachse angeordnet ist, - bei dem das magnetische Winkelerfassungssystem mindestens zwei Magnetfelderfassungselemente umfasst, die sich in oder auf einer Ebene befinden; - bei dem die mindestens zwei Magnetfelderfassungselemente nicht auf einer einzelnen Geraden durch die Drehachse angeordnet sind; - bei dem die mindestens zwei Magnetfelderfassungselemente Ausgangssignale bereitstellen, die Funktionen derselben Magnetfeldkomponente sind, die parallel zu der Drehachse verläuft; - umfassend eine Verarbeitungseinheit, die eingerichtet ist, den Drehwinkel aus einem Winkel zwischen einem Zeiger und einer Referenzrichtung zu bestimmen, wobei der Zeiger basierend auf den Ausgangssignalen der mindestens zwei Magnetfelderfassungselemente bestimmt wird und - bei dem die Verarbeitungseinheit eingerichtet ist zum - Bestimmen einer ersten Lage wo das detektierte Magnetfeld im Wesentlichen basierend auf einer ersten Gruppe von zwei der mindestens zwei Felderfassungselemente verschwindet, - Bestimmen einer zweiten Lage wo das detektierte Magnetfeld im Wesentlichen basierend auf einer zweiten Gruppe von zwei der mindestens zwei Felderfassungselemente verschwindet, - Bestimmen des Zeigers basierend auf der ersten Lage und/oder basierend auf der zweiten Lage.
2. Magnetisches Winkelsystem nach Anspruch 1, bei dem der Zeiger basierend auf mindestens zwei Punkten bestimmt wird, an denen die Magnetfeldkomponente, die senkrecht zu der Ebene verläuft, Null oder im Wesentlichen Null ist, wobei mindestens einer der mindestens zwei Punkte über eine Interpolation entlang einer Geraden bestimmt wird, die zwei der mindestens zwei Magnetfelderfassungselemente schneidet.
3. Magnetisches Winkelsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, - bei dem die mindestens zwei Magnetfelderfassungselemente zwei Magnetfelderfassungselemente umfassen, - bei dem der Zeiger eine erste Koordinate und eine zweite Koordinate aufweist, wobei die erste Koordinate eine erste gewichtete Summe der Ausgangssignale der beiden Magnetfelderfassungselemente umfasst und die zweite Koordinate eine zweite gewichtete Summe der Ausgangssignale der beiden Magnetfelderfassungselemente umfasst.
4. Magnetisches Winkelsystem nach Anspruch 3, bei dem die Funktion eine lineare Funktion oder eine im Wesentlichen lineare Funktion ist.
5. Magnetisches Winkelsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die die mindestens zwei Magnetfelderfassungselemente umfassende Ebene eine Ebene ist, die im Wesentlichen senkrecht zu der Drehachse ist.
6. Magnetisches Winkelsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die die mindestens zwei Magnetfelderfassungselemente umfassende Ebene eine Ebene eines Halbleiterchips ist.
7. Magnetisches Winkelsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Magnetfelderfassungselement mindestens eines der Folgenden umfasst: eine Hall-Platte oder einen MAG-FET.
8. Magnetisches Winkelsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem sich die mindestens zwei Magnetfelderfassungselemente an mindestens zwei unterschiedlichen Positionen in oder auf der Ebene befinden.
9. Magnetisches Winkelsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, - bei dem die mindestens zwei Magnetfelderfassungselemente vier Magnetfelderfassungselemente umfassen, - bei dem der Zeiger eine erste Koordinate und eine zweite Koordinate aufweist, wobei die erste Koordinate proportional zu dem Produkt einer Differenz zwischen Ausgangssignalen des ersten Felderfassungselements und des zweiten Felderfassungselements und einer Differenz zwischen den Ausgangssignalen des dritten Felderfassungselements und des vierten Felderfassungselements ist.
10. Magnetisches Winkelsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die mindestens zwei Magnetfelderfassungselemente drei Magnetfelderfassungselemente umfassen und bei dem sich ein Magnetfelderfassungselement an einer Lage befindet, an der sich die Drehachse mit der Ebene schneidet.
11. Verfahren zum Detektieren eines Drehwinkels einer Magnetfeldquelle, - wobei die Magnetfeldquelle drehbar um eine Drehachse angeordnet ist, - wobei sich mindestens zwei Magnetfelderfassungselemente in oder auf einer Ebene befinden; - wobei die mindestens zwei Magnetfelderfassungselemente nicht auf einer einzelnen Geraden durch die Drehachse angeordnet sind; - wobei die mindestens zwei Magnetfelderfassungselemente Ausgangssignale bereitstellen, die Funktionen derselben Magnetfeldkomponente sind, die parallel zu der Drehachse verläuft; - wobei das Verfahren Folgendes umfasst: - Bestimmen des Drehwinkels aus einem Winkel zwischen einem Zeiger und einer Referenzrichtung, wobei der Zeiger basierend auf den Ausgangssignalen der mindestens zwei Magnetfelderfassungselemente bestimmt wird, - Bestimmen einer ersten Lage wo das detektierte Magnetfeld im Wesentlichen basierend auf einer ersten Gruppe von zwei der mindestens zwei Felderfassungselemente verschwindet, - Bestimmen einer zweiten Lage wo das detektierte Magnetfeld im Wesentlichen basierend auf einer zweiten Gruppe von zwei der mindestens zwei Felderfassungselemente verschwindet, - Bestimmen des Zeigers basierend auf der ersten Lage und/oder basierend auf der zweiten Lage.
12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem der Zeiger basierend auf mindestens zwei Punkten bestimmt wird, an denen die Magnetfeldkomponente, die sich senkrecht zu der Ebene befindet, Null oder im Wesentlichen Null ist, wobei mindestens einer der mindestens zwei Punkte über eine Interpolation entlang einer Geraden bestimmt wird, die zwei der mindestens zwei Magnetfelderfassungselemente schneidet.
13. Computerprogrammprodukt, das direkt in einen Speicher einer digitalen Verarbeitungsvorrichtung ladbar ist, das Softwarecodeteile zum Durchführen der Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 11 oder 12 umfasst.
14. Computerlesbares Medium mit computerausführbaren Anweisungen, die dazu eingerichtet sind, ein Computersystem zum Durchführen der Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 11 oder 12 zu veranlassen.

Images