DE102018200289A1

DE102018200289A1 - Streufeldrobuste, verdrehungsempfindliche magnetische Drehzahlsensoren

Info

Publication number: DE102018200289A1
Application number: DE102018200289.4A
Authority: DE
Inventors: Gernot Binder
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2017-01-11
Filing date: 2018-01-10
Publication date: 2018-07-12
Also published as: US20180196080A1; CN108303562B; CN108303562A; US10274507B2; US9933448B1

Abstract

Es sind Magnetsensormodule, Systeme und Verfahren vorgesehen, die dazu konfiguriert sind, eine Drehung eines Objekts zu detektieren. Ein Magnetsensormodul umfasst einen axial polarisierten Back-Bias-Magneten, der um eine Mittelachse des in einer Sensorebene befindlichen axial polarisierten Back-Bias-Magneten herum ein radialsymmetrisches Bias-Magnetfeld erzeugt, und einen Magnetsensor, der eine Mehrzahl von Sensorelementen umfasst, die in der Sensorebene des Magnetsensors angeordnet sind und dazu konfiguriert sind, ansprechend auf ein Erfassen des radialsymmetrischen Bias-Magnetfeldes Messwerte zu erzeugen. Die Mehrzahl von Sensorelementen ist an einem Umfang eines Kreises in den gleichen Abstand aufweisenden Winkeln um die Mittelachse des axial polarisierten Back-Bias-Magneten herum angeordnet. Die Mehrzahl von Sensorelementen ist derart zu einer Mehrzahl von Paaren gruppiert, dass jedes Paar eine Empfindlichkeitsachse aufweist, die empfindlich bezüglich einer anderen in der Ebene liegenden Magnetfeldkomponente des radialsymmetrischen Bias-Magnetfeldes ist.

Description

Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf ein Erfassen einer Raddrehzahl, und insbesondere auf magnetische Drehzahlsensoren.
Um eine Raddrehzahl (z. B. bei einer Automobilanwendung) zu messen, wird üblicherweise ein ferromagnetisches Rad in Kombination mit einem magnetischen empfindlichen Sensor und einem an dem Sensor angebrachten Magneten verwendet. Der Sensor erzeugt Ausgangspulse. Eine Steuereinheit zählt die Pulse und ist in der Lage, die Raddrehzahl und den tatsächlichen Winkel des sich drehenden Rades zu berechnen.
Bei Nockenwellenerfassungsanwendungen kann eine Hall-Monozellenkonfiguration verwendet werden, die ein Ausgangsschalten an der Zahnkante eines Zahnrads ermöglicht. Ein z-magnetisierter Back-Bias-Sensor erzeugt in Kombination mit dem Bz-empfindlichen Monozellensensor ein sinusförmiges Signal, während sich das eisenhaltige Zielrad vor dem Sensor dreht. Die maximale Amplitude wird erzielt, wenn ein Zahn den Sensor passiert, während das minimale Signal erzielt wird, wenn der Sensor einer Kerbe des Zahnrads gegenüberliegt. Somit schaltet das Sensorbauelement an der Zahnkante.
Ein Vorteil einer Verwendung eines Hall-Monozellensensors besteht darin, dass der Sensor dahin gehend verdrehungsunempfindlich ist, dass der Sensor unabhängig von einer Anbringposition arbeitet, ungeachtet seiner Drehausrichtung um seine z-Achse herum. Somit kann während des Anbringens unter Verwendung einer Schraube ein Luftspalt zwischen dem Sensormodul und dem Rad eingestellt werden. Das heißt, ein Verdrehen des Sensormoduls unter Verwendung der Schraube stellt den Luftspalt ein, und die Drehausrichtung des Sensors kann unberücksichtigt bleiben. Demgemäß werden die Montagetoleranzen während des Anbringens des Sensors aufgrund der Verdrehungsunempfindlichkeit größer.
Negativ ist, dass Hall-Monozellensensoren einen Nachteil bezüglich der Streufeldrobustheit aufweisen. Streufelder sind Magnetfelder, die durch externe Einrichtungen, die sich in der näheren Umgebung des Sensors befinden, eingebracht werden. Beispielsweise Komponenten, die sich in einem Fahrzeug befinden (bei Hybridautos z. B. aufgrund von Stromschienen, die in der Nähe des Erfassungsbauelements hohe elektrische Ströme führen, oder aufgrund eines induktiven Batterieladens), oder ein Strom, der durch einen Schienenstrang eines Zugsystems fließt, der Magnetfelder erzeugt, kann eine Streufeldstörung bewirken.
Alternativ zu dem Hall-Monozellensensor können Differenzial-Hall-Messfühler verwendet werden, um die Streufeldrobustheit zu erhöhen. Bei einem Differenzial-Hall-Sensor sind zwei Hall-Platten voneinander beabstandet. Das Ausgangssignal wird berechnet, indem das Bz-Signal der ersten Hall-Platte von dem Bz-Signal der zweiten Hall-Platte subtrahiert wird, und ein homogenes Streufeld in der z-Richtung hebt sich aufgrund der Differenzialberechnung auf.
Das Hall-Differenzsignal weist sein Signalmaximum an der ansteigenden Kante eines Zahns des Rades auf, und sein Signalminimum an der abfallenden Kante eines Zahns des Rades. Somit schaltet im Gegensatz zu dem Hall-Monozellensensor der Ausgang des Differenzial-Hall-Sensors an der Zahnmitte und der Kerbenmitte.
Da sich jedoch der Umschaltpunkt unterscheidet, muss die elektronische Steuereinheit (ECU, Electronic Control Unit) eines Fahrzeugs neu konfiguriert werden, um den Schaltungspunkt anzupassen. Ferner besteht ein weiterer Nachteil des Differenzial-Hall-Sensors darin, dass er nicht verdrehungsunempfindlich ist. Ein Verdrehen des Sensormoduls um seine z-Achse führt zu einem abnehmenden Signal. Der schlimmste Fall ist ein Verdrehungswinkel von 90°, bei dem beide Hall-Platten dasselbe Bz-Feld erfassen. In diesem Fall steht kein Differenzsignal zur Verfügung, und der Sensor ist nicht in der Lage, einen Zahn oder eine Kerbe zu detektieren.
Deshalb kann eine verbesserte Vorrichtung wünschenswert sein, die u.a. verdrehungsintolerant ist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Magnetsensormodule und ein Verfahren mit verbesserten Charakteristika bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch Magnetsensormodule gemäß Anspruch 1 oder 24 und durch ein Verfahren gemäß Anspruch 23 gelöst.
Es werden Magnetsensormodule, Systeme und Verfahren bereitgestellt, die dazu konfiguriert sind, eine Drehung eines Objekts zu detektieren, und insbesondere eine Drehgeschwindigkeit eines Objekts zu detektieren.
Ausführungsbeispiele stellen ein Magnetsensormodul bereit, das Folgendes umfasst: einen axial polarisierten Back-Bias-Magneten, der um eine Mittelachse des in einer Sensorebene befindlichen axial polarisierten Back-Bias-Magneten herum ein radialsymmetrisches Bias-Magnetfeld erzeugt, und einen Magnetsensor, der eine Mehrzahl von Sensorelementen umfasst, die in der Sensorebene des Magnetsensors angeordnet sind und dazu konfiguriert sind, ansprechend auf ein Erfassen des radialsymmetrischen Bias-Magnetfeldes Messwerte zu erzeugen. Die Mehrzahl von Sensorelementen ist an einem Umfang eines Kreises in den gleichen Abstand aufweisenden Winkeln um die Mittelachse des axial polarisierten Back-Bias-Magneten herum angeordnet. Die Mehrzahl von Sensorelementen ist derart zu einer Mehrzahl von Paaren gruppiert, dass erste Sensorelemente eines ersten Paares von Sensorelementen einander gegenüberliegend an dem Umfang des Kreises angeordnet sind und eine erste Empfindlichkeitsachse aufweisen, die empfindlich bezüglich einer ersten in der Ebene liegenden Magnetfeldkomponente des radialsymmetrischen Bias-Magnetfeldes ist, und zweite Sensorelemente eines zweiten Paares von Sensorelementen einander gegenüberliegend an dem Umfang des Kreises angeordnet sind und eine zweite Empfindlichkeitsachse aufweisen, die empfindlich bezüglich einer zweiten in der Ebene liegenden Magnetfeldkomponente des radialsymmetrischen Bias-Magnetfeldes ist.
Ausführungsbeispiele stellen ferner ein Verfahren zum Messen einer Drehzahl eines Drehbauglieds anhand eines Magnetsensors bereit, wobei der Magnetsensor eine Mehrzahl von Sensorelementen umfasst, die in einer Sensorebene des Magnetsensors angeordnet sind und einem im Wesentlichen selben Arbeitspunkt eines durch einen axial polarisierten Back-Bias-Magneten erzeugten radialsymmetrischen Bias-Magnetfeldes ausgesetzt sind. Das Verfahren weist folgende Schritte auf: Erzeugen von Messwerten durch eine Mehrzahl von Sensorelementen ansprechend auf ein Erfassen des radialsymmetrischen Bias-Magnetfeldes, wobei Schwankungen der Messwerte der Mehrzahl von Sensorelementen durch eine Drehung des Drehbauglieds bewirkt werden; Erzeugen eines Messsignals unter Verwendung einer Differenzialberechnung, die dazu konfiguriert ist, auf der Basis der Messwerte Streufelder sowohl in einer Richtung einer ersten Empfindlichkeitsachse eines ersten Paares von Sensorelementen als auch in einer Richtung einer zweiten Empfindlichkeitsachse eines zweiten Paares von Sensorelementen aufzuheben; und Ausgeben des Messsignals. Das erste Paar von Sensorelementen ist empfindlich bezüglich einer ersten in der Ebene liegenden Magnetfeldkomponente des radialsymmetrischen Bias-Magnetfeldes in der Richtung der ersten Empfindlichkeitsachse, das zweite Paar von Sensorelementen ist empfindlich bezüglich einer zweiten in der Ebene liegenden Magnetfeldkomponente des radialsymmetrischen Bias-Magnetfeldes in der Richtung der zweiten Empfindlichkeitsachse, und das Messsignal schwankt auf der Basis einer Drehzahl des Drehbauglieds zwischen Maximal- und Minimalwerten.
Ausführungsbeispiele stellen ferner ein Magnetsensormodul bereit, das dazu konfiguriert ist, eine Drehung eines Objekts zu detektieren, und das folgende Merkmale aufweist: einen Magnetsensor, der eine Mehrzahl von Sensorelementen umfasst, die in einer Sensorebene des Magnetsensors angeordnet sind und dazu konfiguriert sind, ansprechend auf ein Erfassen eines zeitlich variierenden Magnetfeldes, das relativ zu der Drehung des Objekts variiert, Messwerte zu erzeugen. Die Mehrzahl von Sensorelementen ist in im Wesentlichen einen gleichen Abstand aufweisenden Winkeln an einem Umfang eines Kreises angeordnet, und die Mehrzahl von Sensorelementen ist derart zu einer Mehrzahl von Paaren gruppiert, dass jedes Paar eine Empfindlichkeitsachse aufweist, die empfindlich bezüglich einer in der Ebene liegenden Magnetfeldkomponente einer Mehrzahl von verschiedenen in der Ebene liegenden Magnetfeldkomponenten des zeitlich variierenden Magnetfeldes ist. Das Magnetsensormodul umfasst ferner eine Sensorschaltung, die dazu konfiguriert ist, die Messwerte von der Mehrzahl von Sensorelementen zu empfangen, zumindest ein Messsignal unter Verwendung einer Differenzialberechnung zu erzeugen, die dazu konfiguriert ist, Streufelder in jeder Richtung jeder der Mehrzahl von verschiedenen in der Ebene liegenden Magnetfeldkomponenten aufzuheben, und das zumindest eine Messsignal auszugeben.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1A und 1B ein Magnetfelderfassungsprinzip eines Zahnrads gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen;
2 eine Draufsicht auf eine Sensoranordnung gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen;
3 einen Back-Bias-Magneten, der ein axial polarisierter Zylinder gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen ist;
4 ein Drehzahlerfassungssystem gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen;
5A bis 5D Ausgangssignale einer Sensorschaltung eines in 4 gezeigten Sensors gegenüber einem Drehwinkel eines Zielrads gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen;
6 ein Sensorsystem gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen;
7 ein Sensormodul gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen;
8 eine Draufsicht auf das Sensormodul der FIG. 7 und Magnetfeldmuster, die in einer um das Sensormodul herum befindlichen Umgebung in einer Schleife gekoppelt sind, gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen;
9A bis 9D ein Ausgangssignal einer Sensorschaltung eines in 7 gezeigten Sensors gegenüber einem Drehwinkel eines Zielrads gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen; und
10 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Messen einer Drehzahl eines Drehbauglieds durch einen Magnetsensor gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen.

Im Folgenden werden mehrere Einzelheiten dargelegt, um eine gründlichere Erläuterung der exemplarischen Ausführungsbeispiele bereitzustellen. Jedoch wird Fachleuten einleuchten, dass Ausführungsbeispiele ohne diese spezifischen Einzelheiten praktiziert werden können. In anderen Fällen sind hinreichend bekannte Strukturen und Vorrichtungen in Blockdiagrammform oder in einer schematischen Ansicht statt im Detail gezeigt, um zu vermeiden, dass die Ausführungsbeispiele unklar werden. Außerdem können Merkmale der hiernach beschriebenen verschiedenen Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden, es sei denn, es ist spezifisch etwas anderes angegeben.
Ferner sind in der folgenden Beschreibung äquivalente oder ähnliche Elemente oder Elemente mit äquivalenter oder ähnlicher Funktionalität mit äquivalenten oder ähnlichen Bezugszeichen versehen. Da dieselben oder funktionell äquivalente Elemente in den Figuren dieselben Bezugszeichen erhalten, kann auf eine wiederholte Beschreibung für Elemente, die mit denselben Bezugszeichen versehen sind, verzichtet werden. Somit sind Beschreibungen, die für Elemente mit denselben oder ähnlichen Bezugszeichen bereitgestellt werden, untereinander austauschbar.
Es versteht sich, dass dann, wenn ein Element als mit einem anderen Element „verbunden“ oder „gekoppelt“ bezeichnet wird, es mit dem anderen Element direkt verbunden oder gekoppelt sein kann oder dass dazwischen liegende Elemente vorhanden sein können. Im Gegensatz dazu sind keine dazwischen liegenden Elemente vorhanden, wenn ein Element als mit einem anderen Element „direkt verbunden“ oder „direkt gekoppelt“ bezeichnet wird. Andere Worte, die zum Beschreiben der Beziehung zwischen Elementen verwendet werden, sollten ähnlich interpretiert werden (z. B. „zwischen“ im Gegensatz zu „direkt zwischen“, „benachbart“ im Gegensatz zu „direkt benachbart“ usw.).
Bei Ausführungsbeispielen, die hierin beschrieben oder in den Zeichnungen gezeigt sind, kann jegliche direkte elektrische Verbindung oder Kopplung, d. h. jegliche Verbindung oder Kopplung ohne zusätzliche dazwischen liegende Elemente, auch durch eine indirekte Verbindung oder Kopplung, d. h. eine Verbindung oder Kopplung mit einem oder mehreren zusätzlichen dazwischen liegenden Elementen, implementiert werden, oder umgekehrt, solange der allgemeine Zweck der Verbindung oder Kopplung, beispielsweise eine bestimmte Art von Signal zu senden oder eine bestimmte Art von Information zu übertragen, im Wesentlichen aufrechterhalten wird. Merkmale aus verschiedenen Ausführungsbeispielen können kombiniert werden, um weitere Ausführungsbeispiele zu bilden. Beispielsweise können Variationen oder Modifikationen, die in Bezug auf eines der Ausführungsbeispiele beschrieben werden, auch auf andere Ausführungsbeispiele anwendbar sein, wenn nichts Gegenteiliges angegeben ist.
Signalaufbereitung, wie sie hierin verwendet wird, bezieht sich auf ein Manipulieren eines analogen Signals derart, dass das Signal die Anforderungen einer nächsten Stufe zur Weiterverarbeitung erfüllt. Die Signalaufbereitung kann eine Umwandlung von analog zu digital (z. B. über einen Analog/Digital-Wandler), eine Verstärkung, ein Filtern, ein Umwandeln, ein Vormagnetisieren, eine Bereichsanpassung, eine Isolation und jegliche andere Prozesse umfassen, die erforderlich sind, um zu bewirken, dass eine Sensorausgabe zur Verarbeitung nach der Aufbereitung geeignet ist.
Ausführungsbeispiele beziehen sich auf Sensoren und Sensorsysteme und darauf, Informationen über Sensoren und Sensorsysteme zu erhalten. Ein Sensor kann auf eine Komponente Bezug nehmen, die eine zu messende physikalische Größe in ein elektrisches Signal umwandelt, beispielsweise ein Stromsignal oder ein Spannungssignal. Die physikalische Größe kann beispielsweise ein Magnetfeld, ein elektrisches Feld, einen Druck, eine Kraft, einen Strom oder eine Spannung umfassen, ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Ein Sensorbauelement gemäß der Beschreibung hierin kann ein Stromsensor, ein Gaußmeter, ein Winkelsensor, ein linearer Positionssensor, ein Drehzahlsensor und dergleichen sein.
Ein Magnetfeldsensor umfasst beispielsweise ein oder mehrere Magnetfeldsensorelemente, die eine oder mehrere Charakteristika eines Magnetfeldes (z. B. einen Betrag der Magnetfeldflussdichte, eine Feldstärke, einen Feldwinkel, eine Feldrichtung, eine Feldausrichtung usw.) messen, was einem Detektieren und/oder Messen des Magnetfeldmusters eines Elements entspricht, das das Magnetfeld erzeugt (z. B. ein Magnet, ein stromführender Leiter (z. B. ein Draht), die Erde oder eine andere Magnetfeldquelle).
Gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen sind sowohl ein Magnetfeldsensor als auch eine Sensorschaltung in demselben Chipgehäuse (z. B. einem mit Kunststoff ummantelten Gehäuse wie z. B. einem Gehäuse mit Drahtanschlüssen oder einem Gehäuse ohne Drahtanschlüsse, oder einem Oberflächenmontiertes-Bauelement-Gehäuse (SMD-Gehäuse, SMD = Surface Mounted Device) untergebracht (d. h. integriert). Dieses Chipgehäuse wird auch als Sensorgehäuse bezeichnet. Das Sensorgehäuse kann mit einem Back-Bias-Magneten kombiniert werden, um ein Sensormodul, ein Sensorbauelement oder dergleichen zu bilden.
Ein oder mehrere Magnetfeldsensorelemente oder, kurz gesagt, Magnetfeldsensoren, die in dem Sensorgehäuse enthalten sind, sind somit dem Magnetfeld ausgesetzt, und das durch jedes Magnetfeldsensorelement bereitgestellte Sensorsignal (z. B. Spannungssignal) ist z. B. proportional zu dem Betrag des Magnetfeldes. Ferner wird einleuchten, dass die Begriffe „Sensor“ und „Messfühler“ in der gesamten vorliegenden Beschreibung austauschbar verwendet werden können und die Begriffe „Sensorsignal“ und „Messwert“ in der gesamten vorliegenden Beschreibung austauschbar verwendet werden können.
Die Sensorschaltung kann als Signalverarbeitungsschaltung und/oder als Signalaufbereitungsschaltung bezeichnet werden, die das Signal (d. h. Sensorsignal) in Form von Rohmessdaten von dem Magnetfeldsensorelement empfängt und von dem Sensorsignal ein Messsignal ableitet, das das Magnetfeld darstellt. Die Sensorschaltung kann einen Digitalwandler (ADW, Analog-Digital-Wandler) umfassen, der das analoge Signal von dem einen oder den mehreren Sensorelementen in ein digitales Signal umwandelt. Die Sensorschaltung kann auch einen digitalen Signalprozessor (DSP) umfassen, der an dem digitalen Signal eine gewisse Verarbeitung vornimmt, was später zu erörtern sein wird. Deshalb weist das Sensorgehäuse eine Schaltung auf, die das kleine Signal des Magnetfeldsensors über eine Signalverarbeitung und/oder -aufbereitung aufbereitet und verstärkt.
Ein Sensorbauelement gemäß der Verwendung hierin kann sich auf ein Bauelement beziehen, das einen Sensor und eine Sensorschaltung, wie sie oben beschrieben wurden, umfasst. Ein Sensorbauelement kann an einem einzelnen Halbleiterstück (Die) (z. B. Siliziumstück oder -chip) integriert sein, obwohl bei anderen Ausführungsbeispielen eine Mehrzahl von Stücken zum Implementieren eines Sensorbauelements verwendet werden kann. Somit sind der Sensor und die Sensorschaltung entweder auf demselben Halbleiterstück oder auf mehreren Stücken in demselben Gehäuse angeordnet. Beispielsweise könnte sich der Sensor auf einem Stück befinden, und die Sensorschaltung auf einem anderen Stück befinden, so dass sie in dem Gehäuse elektrisch miteinander verbunden sind. In diesem Fall können die Stücke dasselbe oder unterschiedliche Halbleitermaterialien wie z. B. GaAs und Si aufweisen, oder der Sensor könnte auf ein Keramik- oder Glasplättchen, das kein Halbleiter ist, gesputtert sein.
Magnetfeldsensorelemente umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf, Hall-Platten, vertikale Hall-Effekt-Bauelemente oder magnetoresistive Sensoren, die oft als XMR-Sensoren bezeichnet werden, was ein Sammelbegriff für anisotrop magnetoresistiv (AMR), kolossal magnetoresistiv (GMR), Tunnel-magnetoresistiv (TMR) usw. ist.
1A und 1B veranschaulichen ein Magnetfelderfassungsprinzip eines Zahnrads 1, das gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen abwechselnde Zähne 2 und Kerben 3 aufweist. Insbesondere kann das Zahnrad 1 aus einem ferromagnetischen Material (z. B. Eisen) hergestellt sein, das Magnetfelder anzieht. Außerdem ist eine Sensoranordnung 4 dazu konfiguriert, ein durch einen axial polarisierten Back-Bias-Magneten 5 erzeugtes Magnetfeld zu erfassen, wobei die Sensoranordnung 4 und der Back-Bias-Magnet 5 ein Sensormodul 6 aufweisen. Die Sensoranordnung 4 kann hierin allgemein als Sensor bezeichnet werden und kann in einem Sensorgehäuse angeordnet sein. Der axial polarisierte Magnet 5 erzeugt ein radialsymmetrisches Bias-Magnetfeld in der Sensorgehäuseebene (d. h. Chipebene). Ein diametral polarisierter Zylinder kann als der axial polarisierte Magnet 5 verwendet werden. Das durch den axial polarisierten Magneten 5 erzeugte Magnetfeld beträgt in der Mitte des Magneten (d. h. an seiner Mittelachse) null und erhöht sich in einer radialen Richtung ausgehend von der Mittelachse (z. B. der z-Achse, wie gezeigt ist). Somit wird durch den Magneten 5 ein in der Ebene liegendes Magnetfeld erzeugt.
Hier ist bzw. sind die Sensorebene(n) der Sensorelemente in der Sensoranordnung 4 parallel zu den in der Ebene liegenden Komponenten des Magnetfeldes angeordnet. Die Sensorebenen, wie sie in 1A und 1B gezeigt sind, sind in der x- und der y-Richtung senkrecht zueinander ausgerichtet und stellen die Empfindlichkeitsachse der Sensorelemente derart dar, dass dies Sensorelemente bezüglich der in der Ebene liegenden Magnetfeldkomponente Bx (d. h. des Magnetfeldes in der x-Ebene) oder bezüglich der in der Ebene liegenden Magnetfeldkomponente By (d. h. des Magnetfeldes in der y-Ebene) der Sensoranordnung 4 empfindlich sind. Somit sind die Sensorelemente bezüglich des durch den Magneten 5 erzeugten radialsymmetrischen Bias-Magnetfeldes empfindlich.
1A zeigt einen Zahn 2 des Rades 1, der das Sensormodul 6 passiert. In diesem Fall werden die Magnetfeldlinien des durch den Back-Bias-Magneten 5 erzeugten radialsymmetrischen Bias-Magnetfeldes in der z-Richtung zu dem Zahn 2 hin gezogen. Somit werden die Magnetfeldlinien von der x- und der y-Achse (d. h. den Sensorebenen) weggezogen, und die erfasste Magnetfeldstärke in der x- und der y-Richtung ist derart verringert, dass in der Mitte des Zahns 2 eine minimale Feldstärke detektiert wird. Dies kann bei realen Anwendungen anders aussehen, wo das Minimum aufgrund von Montagetoleranzen evtl. nicht exakt in der Mitte auftritt, aber die minimale Feldstärke sollte im Wesentlichen in der Mitte des Zahns 2 detektiert werden.
Umgekehrt zeigt 1B eine Kerbe 3 des Rades 1, die das Sensormodul 6 passiert. In diesem Fall werden die Magnetfeldlinien des durch den Back-Bias-Magneten 5 erzeugten radialsymmetrischen Bias-Magnetfeldes nicht (oder weniger stark) in der z-Richtung hin zu der Kerbe 3 gezogen. Somit bleiben die Magnetfeldlinien relativ zu der x- und der y-Achse (d. h. den Sensorebenen) konzentriert, und die erfasste Magnetfeldstärke in der x- und der y-Richtung befinden sich in der Mitte der Kerbe 3 bei einem Maximum. Dies kann bei realen Anwendungen anders aussehen, wo das Maximum evtl. nicht exakt in der Mitte auftritt, aber die maximale Feldstärke sollte im Wesentlichen in der Mitte der Kerbe 3 detektiert werden.
Während sich das Rad 1 dreht, passieren die Zähne 2 und die Kerben 3 abwechselnd das Sensormodul 6, und die Sensorelemente in der Sensoranordnung 4 erfassen eine Änderung der Magnetfeldstärke der x-Achse und der y-Achse, die als Sinuswellenform (d. h. als Signalmodulation) variiert, deren Frequenz einer Drehgeschwindigkeit des Rades entspricht, die ferner einer Drehgeschwindigkeit einer Antriebswelle (z. B. Nockenwelle) entspricht, die die Drehung des Rades antreibt. Somit empfängt die Sensorschaltung der Sensoranordnung 4 Signale (d. h. Sensorsignale) von den Magnetfeldsensorelementen und leitet von den Sensorsignalen ein Messsignal ab, das das Magnetfeld als Signalmodulation darstellt. Das Messsignal kann anschließend als Ausgangssignal an eine externe Steuerung, Steuereinheit oder einen externen Prozessor (z. B. eine ECU) ausgegeben werden. Die externe Vorrichtung zählt die Pulse des Ausgangssignals und ist in der Lage, die Radgeschwindigkeit und einen tatsächlichen Winkel des sich drehenden Rads zu berechnen.
2 veranschaulicht eine Draufsicht auf die Sensoranordnung 4 gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen. Gemäß der Verwendung hierin kann die Sensoranordnung 4 auch als Sensorchiplayout, als Einzelchipsensor oder Magnetsensor bezeichnet werden und umfasst zumindest vier Magnetfeldsensorelemente 10L, 10R, 10U und 10D (die kollektiv als Sensorelemente 10 bezeichnet werden) und eine Sensorschaltung 8. Die Sensorelemente 10 sind an einem Umfang eines Kreises 12 mit gleicher Beabstandung voneinander angeordnet. Somit sind die Sensorelemente 10 räumlich gleichmäßig um eine Mittelachse 11 des Kreises 12 derart verteilt, dass alle Sensorelemente 10 im Wesentlichen demselben (aufgrund typischer Montagetoleranzen von 3%) oder genau demselben Magnetfeldarbeitspunkt ausgesetzt sind. Wie oben angegeben wurde, beträgt das durch den axial polarisierten Magneten 5 erzeugte radialsymmetrische Magnetfeld in der Mitte des Magneten (d. h. an seiner Mittelachse) beispielsweise null und erhöht sich in einer radialen Richtung ausgehend von der Mittelachse (z. B. von der gezeigten z-Achse). Somit ist der Mittelpunkt des Kreises 12 so angeordnet, dass er mit der Mittelachse des Magneten 5 zusammenfällt, so dass jedes Sensorelement 10 im Wesentlichen demselben (aufgrund typischer Montagetoleranzen von 3%) oder genau demselben Magnetfeldarbeitspunkt ausgesetzt ist.
Die Sensorelemente 10 können beispielsweise Einachsen- oder Mehrachsen- XMR-Sensorelemente sein, die eine für den Geschwindigkeitssensor verwendete Erfassungsachse aufweisen, die mit einer der in der Ebene liegenden Magnetfeldkomponenten Bx oder By ausgerichtet ist. Wie oben unter Bezugnahme auf 1A und 1B auf ähnliche Weise beschrieben wurde, wird für dieses Beispiel angenommen, dass der Back-Bias-Magnet 5 ein radialsymmetrisches Bias-Magnetfeld erzeugt. Außerdem weist die Transferfunktion des Sensors eine hohe lineare Bandbreite (+/-25 mT) auf und ist in einem weiten Bereich unabhängig von Bias-Feldern. Das heißt, jedes Sensorelement 10 ist empfindlich bezüglich einer ersten magnetischen in der Ebene liegenden Feldkomponente (z. B. einer Bx-Komponente) und ist gleichzeitig unabhängig von (oder unempfindlich bezüglich) einer zweiten magnetischen in der Ebene liegenden Feldkomponente (z. B. einer By-Komponente).
Die Pfeile an jedem Sensorelement 10 geben eine Richtung der Referenzschicht des Sensorelements 10 an, das eine Referenzrichtung aufweist, derart, dass die Referenzrichtung der Sensorelemente 10L, 10R dieselbe ist und die Referenzrichtung der Sensorelemente 10U, 10D dieselbe ist. Somit weisen die Sensorelemente 10L und 10R dieselbe Referenzrichtung auf, und die Sensorelemente 10U und 10D weisen ebenfalls dieselbe Referenzrichtung auf. Außerdem ist das Vorzeichen der paarigen Referenzrichtungen auch umkehrbar. Dies bedeutet, dass bei einem anderen Ausführungsbeispiel die Sensorelemente 10L und 10R auch bezüglich der -Bx-Richtung empfindlich sein können, während die Sensorelemente 10U und 10D bezüglich der -By-Richtung empfindlich sein können. Falls das Magnetfeld exakt in dieselbe Richtung zeigt wie die Referenzrichtung, so liegt der Widerstand des XMR-Sensorelements demgemäß bei einem Maximum, und falls das Magnetfeld genau in die zur Referenzrichtung entgegengesetzte Richtung zeigt, liegt der Widerstand des XMR-Sensorelements bei einem Minimum.
Gemäß diesem Beispiel können die gegenüberliegend angeordneten Sensorelemente 10L und 10R eine Erfassungsachse in der x-Richtung aufweisen, die zum Erfassen der in der Ebene liegenden Magnetfeldkomponente Bx konfiguriert ist (d. h. bezüglich Magnetfeldern in der x-Ebene empfindlich ist). Desgleichen können die gegenüberliegend angeordneten Sensorelemente 10U und 10D eine Erfassungsachse in der y-Richtung aufweisen, die zum Erfassen der in der Ebene liegenden Magnetfeldkomponente By konfiguriert ist (d. h. bezüglich Magnetfeldern in der y-Ebene empfindlich ist).
Das Sensorsignal jedes Sensorelements wird der Sensorschaltung 8 bereitgestellt, die ein Ausgangssignal unter Verwendung einer Differenzialberechnung berechnet, die die homogenen Streufelder in der x- und der y-Richtung ausgleicht, und außerhalb der Ebene liegende Magnetfeldkomponenten beeinflussen das Ausgangssignal (d. h. die Sensorausgabe) nicht. Das Ausgangssignal R_aus wird beispielsweise durch die folgende Gleichung berechnet: $R_{AUS} = R_{LINKS} - R_{RECHTS} - (R_{OBEN} - R_{UNTEN})$
oder $V_{AUS} = V_{LINKS} - V_{RECHTS} - (V_{OBEN} - V_{UNTEN})$
Hier entspricht R_LINKS einem Widerstandswert des Sensorelements 10L, R_RECHTS entspricht einem Widerstandswert des Sensorelements 10R, R_OBEN entspricht einem Widerstandswert des Sensorelements 10U, und R_UNTEN entspricht einem Widerstandswert des Sensorelements 10D. Ferner entspricht V_LINKS einem Spannungswert des Sensorelements 10L, V_RECHTS entspricht einem Spannungswert des Sensorelements 10R, V_OBEN entspricht einem Spannungswert des Sensorelements 10U, und V_UNTEN entspricht einem Spannungswert des Sensorelements 10D. Die Gleichungen (1) und (2) können wie folgt verallgemeinert werden: ${SE}_{AUS} = {SE}_{A} - {SE}_{B} - ({SE}_{C} - {SE}_{D})$
wobei SE einem Sensorelement entspricht und SE_A und SE_B einem ersten Paar von gegenüberliegend angeordneten Sensorelementen entsprechen und SE_C und SE_D einem zweiten Paar von gegenüberliegend angeordneten Sensorelementen entsprechen.
Da die Sensorelemente 10 XMR-Sensorelemente sind, ändern sich die Widerstandswerte je nach der Magnetfeldstärke in der Richtung der Erfassungsachse, und die Widerstandswerte der XMR-Sensorelemente können durch die Sensorschaltung 8 detektiert werden oder können aus dem Sensorelement als Spannungswert ausgegeben werden, der für den Widerstandswert repräsentativ ist (d. h. der Spannungswert ändert sich mit sich änderndem Widerstandswert). In dem ersteren Fall wird der Widerstandswert als Sensorsignal ausgegeben, und in dem letzteren Fall wird der Spannungswert als Sensorsignal ausgegeben, jedoch ist das Sensorsignal nicht hierauf beschränkt. Somit heben sich externe Streufelder in der Sensorebene aufgrund der Differenzialrechnung auf, und außerhalb der Ebene liegende Magnetfeldkomponenten beeinflussen die Sensorausgabe nicht.
Alternativ dazu können die Sensorelemente 10 beispielsweise vertikale Hall-Sensorelemente (z. B. Hall-Platten) sein, die eine für den Geschwindigkeitssensor verwendete Erfassungsachse aufweisen, die mit einer der in der Ebene liegenden Magnetfeldkomponenten Bx oder By ausgerichtet ist. Bei vertikalen Hall-Sensorelementen ändern sich durch die Sensorelemente 10 ausgegebene Spannungswerte je nach der Magnetfeldstärke in der Richtung der Erfassungsachse. Somit heben sich externe Streufelder in der Sensorebene aufgrund der Differenzialrechnung auf, und außerhalb der Ebene liegende Magnetfeldkomponenten beeinflussen die Sensorausgabe nicht.
Somit können die Sensorelemente 10 ein beliebiges Sensorelement sein, das bezüglich eines Magnetfeldes in einer in der Ebene liegenden Richtung empfindlich ist und somit in der Lage ist, ein solches Magnetfeld zu detektieren. Beispielsweise können die gegenüberliegend angeordneten Sensorelemente 10L und 10R eine in der x-Richtung ausgerichtete Erfassungsachse aufweisen, die zum Erfassen der in der Ebene liegenden Magnetfeldkomponente Bx konfiguriert ist (d. h. bezüglich Magnetfeldern in der x-Ebene empfindlich ist). Desgleichen können die gegenüberliegend angeordneten Sensorelemente 10U und 10D eine in der y-Richtung ausgerichtete Erfassungsachse aufweisen, die zum Erfassen der in der Ebene liegenden Magnetfeldkomponente By konfiguriert ist (d. h. bezüglich Magnetfeldern in der y-Ebene empfindlich ist).
Außerdem umfasst das Sendormodul 6 einen axial polarisierten Zylindermagneten, dessen Mittelachse zu dem Rad 1 zeigt und mit der Mittelachse 11 zusammenfällt. Somit erzeugt der Magnet in der Sensorebene ein radialsymmetrisches Bias-Magnetfeld, so dass jedes Sensorelement 10 im Wesentlichen demselben (aufgrund typischer Montagetoleranzen von 3%) oder genau demselben Magnetfeldarbeitspunkt ausgesetzt ist. Der Magnet kann eine beliebige Gestalt aufweisen, die ein radialsymmetrisches Magnetfeld erzeugt (z. B. Zylinder, Würfel usw.).
Beispielsweise veranschaulicht 3 einen Back-Bias-Magneten 15, der ein axial polarisierter Zylinder gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen ist. 3 zeigt ferner die in der Ebene liegende Magnetfeldverteilung in der Sensorebene. Das Magnetfeld beträgt in der Mitte der Ebene null und erhöht sich in der radialen Richtung. Aufgrund der radialsymmetrischen Feldverteilung sind somit alle vier Sensorelemente 10 im Wesentlichen demselben (aufgrund typischer Montagetoleranzen von 3%) oder genau demselben Magnetfeldarbeitspunkt ausgesetzt.
4 veranschaulicht ein Geschwindigkeitserfassungssystem 400, das ein Sensormodul 16 gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen umfasst. Insbesondere ist ein Teil des Rades 1 mit einem zwischen dem Rad 1 und dem Sensormodul 16 befindlichen und insbesondere zwischen dem Rad 1 und der Sensoranordnung 4 befindlichen Luftspalt 17 gezeigt. Die Sensoranordnung 4 ist derart an dem zylindrischen Back-Bias-Magneten 15 angeordnet oder derart mit demselben gekoppelt, dass der Mittelpunkt zwischen den Sensorelementen 10 (z. B. der Mitte 11 des Kreises 12) auf dem Mittelpunkt (d. h. der Mittelachse) des Magneten 15 ausgerichtet ist. Wie oben beschrieben wurde, umfasst die Sensoranordnung 4 (d. h. der Sensor) magnetische Sensorelemente 10 und eine IC (integrierte Schaltung, integrated circuit) zur Signalaufbereitung.
5A-5D veranschaulichen Ausgangssignale einer Sensorschaltung eines in 4 gezeigten Sensors gegenüber einem Drehwinkel eines Zielrads gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen. Die x-Achse beispielsweise veranschaulicht einen Drehwinkel des Zielrads, wobei eine Teildrehung des Zielrads von 0° zu 45° veranschaulicht ist. 5B und 5D sind normierte Darstellungen ihrer in 5A bzw. 5C gezeigten Gegengraphen.
Insbesondere sind die in 5A und 5B veranschaulichten Ausgangssignale Differenzsensorsignale nach einem Anwenden einer der Gleichungen (1) oder (2) auf die Sensorsignale der Sensorelemente 10 mit einem Luftspalt von 0,5 mm. Die Gestalt des Zielrads (Zahn 2 und Kerben 3) wird durch eine rechteckförmige Funktion in jedem Graphen dargestellt. Unterschiedliche Verdrehungswinkel (0°, 45° und 90°) des Sensormoduls 16 um seine z-Achse herum sind auf jedem Graph aufgetragen. Die Drehung des Zielrads beginnt beispielsweise bei 0° (auf dieser Stufe liegt der Sensor einer Kerbe 3 gegenüber), bei 22,5° liegt der Sensor der Mitte des Zahns 2 gegenüber, und bei 45° liegt der Sensor einer anderen Kerbe 3 gegenüber.
Wie man erkennen kann, weist die Verdrehung des Sensormoduls 16 wenig Wirkung auf die Ausgangssignale aus. Insbesondere moduliert die Drehung des Zielrads das Magnetfeld, und eine klare Signaländerung (Modulation) in Abhängigkeit von dem Raddrehungswinkel ist in den in 5A und 5B gezeigten Graphen veranschaulicht. Jedoch überlappen sich die normierten Kurven für die verschiedenen Verdrehungswinkel in 5B nahezu. Aus dieser Beobachtung kann geschlossen werden, dass die Verdrehung des Sensormoduls 16 um seine z-Achse fast keine Wirkung auf das Ausgangssignal aufweist.
Wie in 5B erkennbar ist, die die normierten Differenzsignale der 5A zeigt, schaltet ferner das Ausgangsschaltverhalten an der Zahnkante um, wo das Ausgangssignal die x-Achse in dem Graphen kreuzt. Alternativ dazu kann der Sensor dazu programmiert sein, bei einem willkürlichen Schwellenpegel des Ausgangssignals zu schalten. Beispielsweise bei 70% des Signalpegels. Somit ist es nicht notwendig, dass der Sensor exakt an dem Schnittpunkt mit der x-Achse schaltet.
Desgleichen sind die in 5C und 5D veranschaulichten Ausgangssignale Differenzsensorsignale nach Anwenden der Gleichungen (1) oder (2) auf die Sensorsignale der Sensorelemente 10 mit einem Luftspalt von 2,5 mm. Wiederum sind unterschiedliche Verdrehungswinkel (0°, 45° und 90°) des Sensormoduls 16 um seine z-Achse herum auf jedem Graph aufgetragen. Die Drehung des Zielrads beginnt beispielsweise bei 0° (auf dieser Stufe liegt der Sensor einer Kerbe 3 gegenüber), bei 22,5° liegt der Sensor der Mitte des Zahns 2 gegenüber, und bei 45° liegt der Sensor einer anderen Kerbe 3 gegenüber.
Trotz der Zunahme des Luftspalts im Vergleich zu dem in den 5A und 5B verwendeten Luftspalt hat die Verdrehung des Sensormoduls 16 eine geringe Auswirkung auf die Ausgangssignale. Dieses Phänomen wird von den nahezu überlappenden (normierten) Kurven für die in 5D gezeigten unterschiedlichen Verdrehungswinkel beobachtet.
Wie in 5D erkennbar ist, die die normierten Differenzsignale der 5C zeigt, schaltet ferner das Ausgangsschaltverhalten an der Zahnkante um, wo das Ausgangssignal die x-Achse in dem Graphen kreuzt. Alternativ dazu kann der Sensor dazu programmiert sein, bei einem willkürlichen Schwellenpegel des Ausgangssignals zu schalten. Beispielsweise bei 70% des Signalpegels. Somit ist es nicht notwendig, dass der Sensor exakt an dem Schnittpunkt mit der x-Achse schaltet.
Angesichts der 5A bis 5D kann das Ausgangssignal unabhängig von dem Anbringwinkel (d. h. unabhängig von einem Verdrehungswinkel um seine z-Achse herum) sein. Die Sensoranordnung 4 kann aufgrund einer Differenzialsignalberechnung, die homogene Streufelder in beiden in der Ebene liegenden Richtungen (d. h. der x- und der y-Ebene) aufhebt, robust gegenüber Streufeldern sein, und außerhalb der Ebene liegende Magnetfeldkomponenten beeinflussen das Ausgangssignal nicht. Das Ausgangssignal der Sensorschaltung 8 erfüllt das Ausgangsschalten an der Zahnkante. Somit besteht kein Bedarf daran, während der Installation eine externe Steuereinheit (z. B. eine ECU) neu zu konfigurieren. Ferner ist ein einfacher axial polarisierter zylindrischer Back-Bias-Magnet ausreichend. Demgemäß bieten die beschriebenen Ausführungsbeispiele ein streufeldrobustes, verdrehungsunempfindliches Erfassen des Rades und beinhalten eine kostengünstige Lösung eines magnetischen Back-Bias (z. B. eines gesinterten Ferrit-Zylindermagneten). Alternativ dazu können auch andere Arten von Magneten (z. B. Seltenerdmagnet) als Back-Bias-Magnet geeignet sein.
Es sei angemerkt, dass, obwohl sich die Ausführungsbeispiele auf vier Sensorelemente 10 beziehen, jegliche geradzahlige Anzahl N von Sensorelementen aus vier oder mehr implementiert werden kann, so dass gegenüberliegend angeordnete Sensorelemente (d. h. jedes gegenüberliegend angeordnete Sensorelementepaar wie beispielsweise die Sensorelemente 10R und 10L oder die Sensorelemente 10U und 10D) dieselbe Referenzrichtung aufweisen, die parallel zu einer radialen Richtung ist, die die Mittelachse 11 des Kreises 12 schneidet, und dass die N Sensorelemente in den gleichen Abstand aufweisenden Winkeln um den Kreis 12 herum ausgerichtet sind.
6 veranschaulicht ein alternatives Ausführungsbeispiel des in 4 gezeigten Sensorsystems 600. Insbesondere zeigt 6 ein Sensorsystem 600, das ein magnetisiertes Codierrad 61 umfasst, das aus sich abwechselnden Nordpolsegmenten 62 und Südpolsegmenten 63 besteht. Demgemäß stellen die Nordpolsegmente 62 und die Südpolsegmente 63 Zähne und Kerben eines oben beschriebenen Zahn- und Kerben-Rades dar. Die Sensorelemente 10 der Sensoranordnung 4, wie sie unter Bezugnahme auf 2 beschrieben sind, sind empfindlich bezüglich Magnetfeldern, die durch die Nordpolsegmente 62 und die Südpolsegmente 63 des Rades 61 beeinflusst werden. Da das Magnetfeld hier aktiv durch das Rad 61 erzeugt wird, kann auf einen Back-Bias-Magneten verzichtet werden. Somit erzeugt die Sensorschaltung 8 der Sensoranordnung 4 eine Sensorausgabe, die der Drehzahl des Rades 61 entspricht, indem sie die Änderung des abwechselnden Magnetfeldes detektiert.
Die Sensorschaltung 8 kann das Sensorausgangssignal (d. h. das Differenzsignal) an einen externen Prozessor oder eine externe Steuerungseinheit wie beispielsweise eine ECU zum Zweck einer Geschwindigkeitsberechnung und -bestimmung senden, der bzw. die wiederum eine Geschwindigkeitsmessung einem Nutzer oder einer anderen Verarbeitungs- oder Ausgabekomponente wie z. B. einem Display bereitstellen kann. Alternativ dazu kann die Sensorschaltung 8 umgangen werden, und der externe Prozessor oder die externe Steuerungseinheit kann die Sensorsignale von den Sensorelementen 10 empfangen, um das Differenzsignal zu berechnen und aus dem Differenzsignal eine Raddrehzahl zu berechnen.
7 veranschaulicht ein Sensormodul 70 gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen. Insbesondere zeigt 7 einen differenziellen lateralen Hall-Sensor und eine magnetische Back-Bias-Schaltung, die eine verdrehungsunempfindliche und streufeldrobuste Erfassung des Zielrads (z. B. eines Zahnrads) ermöglicht.
Das Sensormodul 70 umfasst ein Sensorgehäuse 71, von dem aus sich ein Leitungsrahmen 72 erstreckt, einen Back-Bias-Magneten 74, der sich auf einer Rückseite des Sensorgehäuses 71 befindet und in der (in der Ebene liegenden) x-Richtung magnetisiert ist, einen ersten Magnetkreis 76a und einen zweiten Magnetkreis 76b.
Das Sensorgehäuse 71 umfasst ein erstes laterales Hall-Sensorelement (z. B. eine Hall-Platte) 73a, ein zweites laterales Hall-Sensorelement (z. B. eine Hall-Platte) 73b und eine (nicht gezeigte) Sensorschaltung. Das erste laterale Hall-Sensorelement 73a und das zweite laterale Hall-Sensorelement 73b (die üblicherweise als Sensorelemente 73 bezeichnet werden) weisen eine parallel zu der z-Achse ausgerichtete Empfindlichkeitsachse auf, die eine außerhalb der Ebene liegende Komponente des Sensorgehäuses 71 ist, und sind bezüglich der Magnetfeldkomponente Bz (d. h. des Magnetfeldes in der z-Ebene) empfindlich. Hier bezieht sich eine Rückseite des Sensorgehäuses 71 auf die Seite, die am weitesten von dem Zielrad entfernt ist, und eine Vorderseite des Sensorgehäuses 71 ist dem Zielrad in der z-Richtung zugewandt.
Der Back-Bias-Magnet 74 ist in der x-Richtung magnetisiert, parallel zu der in der Ebene liegenden Komponente des Sensorgehäuses 71. Der Back-Bias-Magnet 74 kann beispielsweise ein Block- oder Zylindermagnet sein, der zwischen den ersten Magnetkreis 76a und den zweiten Magnetkreis 76b platziert ist, und kann mit der Rückseite des Sensorgehäuses 71 gekoppelt sein.
Der erste Magnetkreis 76a und der zweite Magnetkreis 76b befinden sich an gegenüberliegenden Polen des Magneten 74 und sind aus einem Material (z. B. Eisen) hergestellt, das in der Lage ist, das durch den Magneten 74 erzeugte Magnetfeld umzulenken. Insbesondere veranschaulicht 8 eine Draufsicht auf das Sensormodul 70, die Magnetfeldmuster zeigt, die in der um das Sensormodul 70 herum befindlichen Umgebung in einer Schleife 77 gekoppelt sind. Während der Magnet 74 in der x-Richtung magnetisiert wird, beginnt das B-Magnetfeld (Flusslinien) in einer x-Richtung an einem Punkt 77a, ein Teil des B-Magnetfeldes wird an Punkten 77b und 77c durch den zweiten Magnetkreis 76b derart umgelenkt, dass das B-Magnetfeld antiparallel zu der x-Richtung durch die (in der Ebene liegende) x-Ebene des Sensorgehäuses 71 an einem Punkt 77d gelenkt wird, und ein Teil des B-Magnetfeldes wird durch den ersten Magnetkreis 76a an den Punkten 77e und 77f erneut derart umgelenkt, dass das B-Magnetfeld in die x-Richtung zurückgelenkt wird.
Bei Abwesenheit des eisenhaltigen Zielrads (oder vor einer Kerbe) tritt das B-Magnetfeld aus dem zweiten Magnetkreis 76b aus und koppelt sich erneut direkt in den ersten Magnetkreis 76a ein. Somit liegt an der Sensorposition (d. h. an den Sensorelementen 73) ein starkes negatives Bx-Feld und kaum ein Bz- oder By-Feld vor. Somit sind die Bz-empfindlichen Hall-Platten geringen Bz-Feldern ausgesetzt, wobei eine kleine Verschiebung vorliegt. Das Bz-Feld an dem ersten lateralen Hall-Sensorelement 73a und dem zweiten lateralen Hall-Sensorelement 73b werden mit entgegengesetztem Vorzeichen gemessen. Beispielsweise kann das durch das erste laterale Hall-Sensorelement 73a erzeugte Sensorsignal einen geringen Wert aufweisen (der z. B. -8 mT entspricht), und das durch das zweite laterale Hall-Sensorelement 73b erzeugte Sensorsignal kann ein geringer Wert mit entgegengesetztem Vorzeichen (das z. B. +8 mT entspricht) sein. Somit sind die Absolutwerte der Sensorsignale gleich.
Umgekehrt wird bei Vorliegen des Rades (oder vor einem Zahn) das Magnetfeld in der z-Richtung hin zu dem Zielrad gezogen. Das Bz-Feld an dem ersten lateralen Hall-Sensorelement 73a und dem zweiten lateralen Hall-Sensorelement 73b nimmt aufgrund der Zunahme der Bz-Feldstärke mit entgegengesetzten Vorzeichen zu. Das heißt, während das durch das erste laterale Hall-Sensorelement 73a erzeugte Sensorsignal negativer wird (z. B. -11 mT entspricht), wird das durch das zweite laterale Hall-Sensorelement 73b erzeugte Sensorsignal in demselben Maße positiver (z. B. entsprechend +11 mT). Somit sind die Absolutwerte der Sensorsignale gleich.
Auf diese Weise kann durch die Sensorschaltung eine Signalmodulation erhalten werden, während sich das Rad vor dem Sensormodul 70 dreht. Die Modulation ist immer vorhanden, unabhängig von dem Anbringwinkel (d. h. z. B. der Sensordrehung um seine z-Achse herum), und ist robust gegenüber Streufeldern, während sie durch die differenzielle Konfiguration der Sensorelemente 73 aufgehoben werden. Es ist zu beachten, dass es vorzuziehen sein kann, dass der Mittelpunkt zwischen den Sensorelementen 73 an einem lateralen Mittelpunkt des Magneten 74 platziert werden sollte, so dass die entgegengesetzte Vorzeichen aufweisenden (Absolut-) Werte der Sensorsignale gleich gehalten werden.
9A-9D veranschaulichen Ausgangssignale einer Sensorschaltung eines in 7 gezeigten Sensors gegenüber einem Drehwinkel eines Zielrads gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen. Die x-Achse beispielsweise veranschaulicht einen Drehwinkel des Zielrads, wobei eine Teildrehung des Zielrads von 0° zu 45° veranschaulicht ist. 9B und 9D sind normierte Darstellungen ihrer in 9A bzw. 9C gezeigten Gegengraphen.
Insbesondere sind die in 9A und 9B veranschaulichten Ausgangssignale Differenzsensorsignale nach einem Anwenden einer Differenzialgleichung (z. B. BzLINKS (73a) - BzRECHTS (73b)) auf die Sensorsignale der Sensorelemente mit einem Luftspalt von 0,5 mm. Die Gestalt des Zielrads (Zahn 2 und Kerben 3) wird durch eine rechteckförmige Funktion in jedem Graphen dargestellt. Unterschiedliche Verdrehungswinkel (0° und 90°) des Sensormoduls 70 um seine z-Achse herum sind auf jedem Graph aufgetragen. Die Drehung des Zielrads beginnt beispielsweise bei 0° (auf dieser Stufe liegt der Sensor einer Kerbe 3 gegenüber), bei 22,5° liegt der Sensor der Mitte des Zahns 2 gegenüber, und bei 45° liegt der Sensor einer anderen Kerbe 3 gegenüber.
Wie man erkennen kann, weist die Verdrehung des Sensormoduls 70 wenig Wirkung auf die Ausgangssignale aus. Insbesondere moduliert die Drehung des Zielrads das Magnetfeld, und eine klare Signaländerung (Modulation) in Abhängigkeit von dem Raddrehungswinkel ist in den in 9A und 9B gezeigten Graphen veranschaulicht. Jedoch überlappen sich die normierten Kurven für die verschiedenen Verdrehungswinkel in 9B nahezu. Aus dieser Beobachtung kann geschlossen werden, dass die Verdrehung des Sensormoduls 70 um seine z-Achse fast keine Wirkung auf das Ausgangssignal aufweist.
Wie in 9B erkennbar ist, die die normierten Differenzsignale der 9A zeigt, schaltet ferner das Ausgangsschaltverhalten an der Zahnkante um, wo das Ausgangssignal die x-Achse in dem Graphen kreuzt. Alternativ dazu kann der Sensor dazu programmiert sein, bei einem willkürlichen Schwellenpegel des Ausgangssignals zu schalten. Beispielsweise bei 70% des Signalpegels. Somit ist es nicht notwendig, dass der Sensor exakt an dem Schnittpunkt mit der x-Achse schaltet.
Desgleichen sind die in 9C und 9D veranschaulichten Ausgangssignale Differenzsensorsignale nach Anwenden einer Differenzialgleichung (z. B. BzLINKS (73a)-BzRECHTS (73b)) auf die Sensorsignale der Sensorelemente mit einem Luftspalt von 2,5 mm. Wiederum sind unterschiedliche Verdrehungswinkel (0° und 90°) des Sensormoduls 70 um seine z-Achse herum auf jedem Graph aufgetragen. Die Drehung des Zielrads beginnt beispielsweise bei 0° (auf dieser Stufe liegt der Sensor einer Kerbe 3 gegenüber), bei 22,5° liegt der Sensor der Mitte des Zahns 2 gegenüber, und bei 45° liegt der Sensor einer anderen Kerbe 3 gegenüber.
Trotz der Zunahme des Luftspalts im Vergleich zu dem in den 9A und 9B verwendeten Luftspalt hat die Verdrehung des Sensormoduls 70 eine geringe Auswirkung auf die Ausgangssignale. Dieses Phänomen wird von den nahezu überlappenden (normierten) Kurven für die in 9D gezeigten unterschiedlichen Verdrehungswinkel beobachtet.
Wie in 9D erkennbar ist, die die normierten Differenzsignale der 9C zeigt, schaltet ferner das Ausgangsschaltverhalten an der Zahnkante um, wo das Ausgangssignal die x-Achse in dem Graphen kreuzt. Alternativ dazu kann der Sensor dazu programmiert sein, bei einem willkürlichen Schwellenpegel des Ausgangssignals zu schalten. Beispielsweise bei 70% des Signalpegels. Somit ist es nicht notwendig, dass der Sensor exakt an dem Schnittpunkt mit der x-Achse schaltet.
Die Sensorschaltung kann das Sensorausgangssignal (d. h. das Differenzsignal) an einen externen Prozessor oder eine externe Steuerungseinheit wie beispielsweise eine ECU zum Zweck einer Geschwindigkeitsberechnung und -bestimmung senden, der bzw. die wiederum eine Geschwindigkeitsmessung einem Nutzer oder einer anderen Komponente bereitstellen kann. Alternativ dazu kann die Sensorschaltung umgangen werden, und der externe Prozessor oder die externe Steuerungseinheit kann die Sensorsignale von den Sensorelementen 73 empfangen, um das Differenzsignal zu berechnen und aus dem Differenzsignal eine Raddrehzahl zu berechnen.
10 veranschaulicht ein Flussdiagramm eines Verfahrens 1000 zum Messen einer Drehzahl eines Drehbauglieds durch einen Magnetsensor gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen. Wie oben erwähnt wurde, umfasst der Magnetsensor eine Mehrzahl von Sensorelementen, die in einer Sensorebene des Magnetsensors angeordnet sind und einem im Wesentlichen selben Arbeitspunkt eines durch einen axial polarisierten Back-Bias-Magneten erzeugten radialsymmetrischen Bias-Magnetfeldes ausgesetzt sind. Das Verfahren umfasst ein Erzeugen von Messwerten durch eine Mehrzahl von Sensorelementen ansprechend auf ein Erfassen des radialsymmetrischen Bias-Magnetfeldes (Vorgang 5). Die Variationen der Messwerte der Mehrzahl von Sensorelementen werden durch eine Drehung des Drehbauglieds bewirkt. Das Verfahren umfasst ferner ein Erzeugen eines Messsignals unter Verwendung einer Differenzialberechnung, wobei die Messwerte Eingaben in die Differenzberechnung sind (Vorgang 10). Die durch einen Prozessor durchgeführte Differenzialberechnung ist dazu konfiguriert, auf der Basis der Messwerte Streufelder sowohl in einer Richtung einer ersten Empfindlichkeitsachse eines ersten Paares von Sensorelementen als auch in einer Richtung einer zweiten Empfindlichkeitsachse eines zweiten Paares von Sensorelementen aufzuheben. Das erste Paar von Sensorelementen ist empfindlich bezüglich einer ersten in der Ebene liegenden Magnetfeldkomponente des radialsymmetrischen Bias-Magnetfeldes in der Richtung der ersten Empfindlichkeitsachse, und das zweite Paar von Sensorelementen ist empfindlich bezüglich einer zweiten in der Ebene liegenden Magnetfeldkomponente des radialsymmetrischen Bias-Magnetfeldes in der Richtung der zweiten Empfindlichkeitsachse. Demgemäß schwankt das Messsignal auf der Basis einer Drehzahl des Drehbauglieds zwischen Maximal- und Minimalwerten. Letztlich umfasst das Verfahren ein Ausgeben des Messsignals an eine externe Vorrichtung (Vorgang 15) wie z. B. eine ECU zur Weiterverarbeitung. Das Messsignal kann durch eine Übertragung entlang einer verdrahteten Verbindung oder einer drahtlosen Verbindung ausgegeben werden.
Angesichts des Obigen können Montagetoleranzen größer gestaltet werden, indem die oben beschriebenen Sensormodule aufgrund ihrer Verdrehungsunempfindlichkeit und Streufeldrobustheit implementiert werden.
Obwohl die obigen Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit einem Detektieren eines Rades oder einer Nockenwellengeschwindigkeit beschrieben sind, kann der Sensor zum Detektieren der Drehzahl eines beliebigen Drehbauglieds oder Objekts verwendet werden, das sinusförmige Schwankungen in einem Magnetfeld erzeugt, während es sich dreht, und das durch einen Sensor erfasst werden kann. Beispielsweise kann eine Kombination eines eisenhaltigen Rades und eines Back-Bias-Magneten verwendet werden, um ein zeitlich variierendes Magnetfeld zu erzeugen. Alternativ dazu kann ein aktives Codierrad (ohne einen Back-Bias-Magneten) dazu verwendet werden, ein zeitlich variierendes Magnetfeld zu erzeugen.
Obwohl außerdem verschiedene Ausführungsbeispiele beschrieben wurden, wird gewöhnlichen Fachleuten einleuchten, dass innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung viele weitere Ausführungsbeispiele und Implementierungen möglich sind. Demgemäß soll die Erfindung lediglich angesichts der angehängten Patentansprüche und ihrer Äquivalente eingeschränkt werden. Bezüglich der verschiedenen Funktionen, die die oben beschriebenen Komponenten oder Strukturen (Anordnungen, Bauelemente, Schaltungen, Systeme usw.) erfüllen, sollen die Begriffe (einschließlich einer Bezugnahme auf eine „Einrichtung“), die zum Beschreibung derartiger Komponenten verwendet werden, jeglicher Komponente oder Struktur entsprechen, die die angegebene Funktion der beschriebenen Komponente erfüllt (d. h. die funktionell äquivalent ist), auch wenn sie nicht strukturell äquivalent zu der offenbarten Struktur ist, die die Funktion bei den exemplarischen Implementierungen der hierin veranschaulichten Erfindung erfüllt, wenn nichts anderes angegeben ist.
Ferner sind die folgenden Patentansprüche hiermit in die ausführliche Beschreibung aufgenommen, wobei jeder Patentanspruch als separates exemplarisches Ausführungsbeispiel für sich alleine steht. Obwohl jeder Patentanspruch als separates exemplarisches Ausführungsbeispiel für sich alleine stehen kann, ist zu beachten, dass - obwohl ein abhängiger Patentanspruch in den Patentansprüchen auf eine spezifische Kombination mit einem oder mehreren anderen Patentansprüchen Bezug nehmen kann - andere exemplarische Ausführungsbeispiele auch eine Kombination des abhängigen Patentanspruchs mit dem Gegenstand jedes anderen abhängigen oder unabhängigen Patentanspruchs umfassen können. Derartige Kombination sind hierin vorgeschlagen, es sei denn, es ist angegeben, dass eine spezifische Kombination nicht beabsichtigt ist. Ferner ist beabsichtigt, auch Merkmale eines Patentanspruchs in einen beliebigen anderen unabhängigen Patentanspruch aufzunehmen, selbst wenn dieser Patentanspruch nicht direkt von dem unabhängigen Patentanspruch abhängig gemacht wird.
Ferner ist zu beachten, dass Verfahren, die in der Spezifikation oder in den Patentansprüchen offenbart sind, durch eine Vorrichtung implementiert werden können, die eine Einrichtung zum Durchführen jeder der jeweiligen Handlungen dieser Verfahren aufweist.
Ferner versteht es sich, dass die Offenbarung mehrerer Handlungen oder Funktionen, die in der Spezifikation oder in den Patentansprüchen offenbart sind, nicht dahin gehend auszulegen sind, dass sie in der spezifischen Reihenfolge vorliegen. Deshalb beschränkt die Offenbarung mehrerer Handlungen oder Funktionen diese nicht auf eine bestimmte Reihenfolge, es sei denn, derartige Handlungen oder Funktionen sind aus technischen Gründen nicht austauschbar. Ferner kann bei manchen Ausführungsbeispielen eine einzelne Handlung mehrere Teilhandlungen umfassen oder in mehrere Teilhandlungen unterteilt werden. Derartige Teilhandlungen können in der Offenbarung dieser einzelnen Handlung enthalten und ein Bestandteil derselben sein, wenn dies nicht explizit ausgeschlossen ist.

Claims

Magnetsensormodul (6; 16; 70), das zum Detektieren einer Drehung eines Objekts konfiguriert ist und folgende Merkmale aufweist: einen axial polarisierten Back-Bias-Magneten (5; 15), der um eine Mittelachse des in einer Sensorebene befindlichen axial polarisierten Back-Bias-Magneten herum ein radialsymmetrisches Bias-Magnetfeld erzeugt; einen Magnetsensor, der eine Mehrzahl von Sensorelementen (10L, 10R, 10U, 10D) umfasst, die in der Sensorebene des Magnetsensors angeordnet sind und dazu konfiguriert sind, ansprechend auf ein Erfassen des radialsymmetrischen Bias-Magnetfeldes Messwerte zu erzeugen, wobei die Mehrzahl von Sensorelementen an einem Umfang eines Kreises (12) in im Wesentlichen den gleichen Abstand aufweisenden Winkeln um die Mittelachse des axial polarisierten Back-Bias-Magneten herum angeordnet ist, wobei die Mehrzahl von Sensorelementen zu einer Mehrzahl von Paaren gruppiert ist, wobei erste Sensorelemente eines ersten Paares von Sensorelementen einander gegenüberliegend an dem Umfang des Kreises angeordnet sind und eine erste Empfindlichkeitsachse aufweisen, die empfindlich bezüglich einer ersten in der Ebene liegenden Magnetfeldkomponente (Bx) des radialsymmetrischen Bias-Magnetfeldes ist, und wobei zweite Sensorelemente eines zweiten Paares von Sensorelementen einander gegenüberliegend an dem Umfang des Kreises angeordnet sind und eine zweite Empfindlichkeitsachse aufweisen, die empfindlich bezüglich einer zweiten in der Ebene liegenden Magnetfeldkomponente (By) des radialsymmetrischen Bias-Magnetfeldes ist.
Magnetsensormodul (6; 16; 70) gemäß Anspruch 1, bei dem die erste Empfindlichkeitsachse senkrecht zu der zweiten Empfindlichkeitsachse ist.
Magnetsensormodul (6; 16; 70) gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem die erste Empfindlichkeitsachse und die zweite Empfindlichkeitsachse die Mittelachse des axial polarisierten Back-Bias-Magneten (5; 15) schneiden und senkrecht zu derselben sind.
Magnetsensormodul (6; 16; 70) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem jedes der Mehrzahl von Sensorelementen (10) einem im Wesentlichen selben Arbeitspunkt des radialsymmetrischen Bias-Magnetfeldes ausgesetzt ist.
Magnetsensormodul (6; 16; 70) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem: sich die durch die ersten Sensorelemente erzeugten Messwerte auf ein Detektieren einer Änderung einer Magnetfeldstärke des radialsymmetrischen Bias-Magnetfeldes in einer ersten Richtung der ersten Empfindlichkeitsachse hin ändern, und sich die durch die zweiten Sensorelemente erzeugten Messwerte auf ein Detektieren einer Änderung der Magnetfeldstärke des radialsymmetrischen Bias-Magnetfeldes in einer zweiten Richtung der zweiten Empfindlichkeitsachse hin ändern.
Magnetsensormodul (6; 16; 70) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der axial polarisierte Back-Bias-Magnet (5; 15) derart konfiguriert ist, dass sich die erste und die zweite in der Ebene liegende Magnetfeldkomponente (Bx, By) gemäß einer Drehung eines Drehbauglieds, das abwechselnde erste Abschnitte und zweite Abschnitte aufweist, ändern, wobei die erste und die zweite in der Ebene liegende Magnetfeldkomponente (Bx, By) stärker sind, wenn sie in der Nähe eines der ersten Abschnitte liegen, und schwächer sind, wenn sie in der Nähe eines der zweiten Abschnitte liegen.
Magnetsensormodul (6; 16; 70) gemäß Anspruch 6, bei dem das Drehbauglied ein Zahnrad (1) ist und die ersten Abschnitte Kerben (3) und die zweiten Abschnitte Zähne (2) des Zahnrads sind.
Magnetsensormodul (6; 16; 70) gemäß Anspruch 6 oder 7, bei dem das radialsymmetrische Bias-Magnetfeld an der Mittelachse des axial polarisierten Back-Bias-Magneten (5; 15) null ist und in einer radialen Richtung in der Sensorebene ausgehend von der Mittelachse zunimmt.
Magnetsensormodul (6; 16; 70) gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8, bei dem die durch die Mehrzahl von Sensorelementen (10) erzeugten Messwerte auf der Basis einer Drehgeschwindigkeit des Drehbauglieds zwischen Maximal- und Minimalwerten schwanken.
Magnetsensormodul (6; 16; 70) gemäß einem der Ansprüche 6 bis 9, bei dem das Drehbauglied sinusförmige Schwankungen bei den ersten und den zweiten in der Ebene liegenden Magnetfeldkomponenten (Bx, By) des radialsymmetrischen Bias-Magnetfeldes bewirkt, während sich das Drehbauglied dreht.
Magnetsensormodul (6; 16; 70) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem der axial polarisierte Back-Bias-Magnet (5; 15) ein axial polarisierter Zylindermagnet ist.
Magnetsensormodul (6; 16; 70) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem der Magnetsensor ferner eine Sensorschaltung (8) aufweist, die dazu konfiguriert ist, die Messwerte von der Mehrzahl von Sensorelementen (10) zu empfangen und ein Messsignal unter Verwendung einer Differenzialberechnung zu erzeugen, die dazu konfiguriert ist, Streufelder sowohl in einer Richtung der ersten Empfindlichkeitsachse als auch in einer Richtung der zweiten Empfindlichkeitsachse auf der Basis der empfangenen Messwerte aufzuheben.
Magnetsensormodul (6; 16; 70) gemäß Anspruch 12, bei dem die Sensorschaltung (8) dazu konfiguriert ist, die Streufelder in der Richtung der ersten Empfindlichkeitsachse unter Verwendung der Differenzialberechnung und der empfangenen Messwerte des ersten Paares von Sensorelementen (10L, 10R) aufzuheben und die Streufelder in der Richtung der zweiten Empfindlichkeitsachse unter Verwendung der Differenzialberechnung und der empfangenen Messwerte des zweiten Paares von Sensorelementen (10U, 10D) aufzuheben.
Magnetsensormodul (6; 16; 70) gemäß Anspruch 12 oder 13, bei dem die Sensorschaltung (8) dazu konfiguriert ist, die Differenzialberechnung anzuwenden: ${SE}_{AUS} = {SE}_{A} - {SE}_{B} - ({SE}_{C} - {SE}_{D}),$
wobei SE_A and SE_B den durch das erste Paar von Sensorelementen (10L, 10R) erzeugten Messwerten entsprechen, SE_C und SE_D den durch das zweite Paar von Sensorelementen (10U, 10D) erzeugten Messwerten entsprechen, und SE_AUS das Messsignal ist.
Magnetsensormodul (6; 16; 70) gemäß einem der Ansprüche 12 bis 14, bei dem die Sensorschaltung (8) dazu konfiguriert ist, das Messsignal an eine externe Vorrichtung auszugeben.
Magnetsensormodul (6; 16; 70) gemäß einem der Ansprüche 12 bis 15, bei dem der axial polarisierte Back-Bias-Magnet (5; 15) derart konfiguriert ist, dass sich die erste und die zweite in der Ebene liegende Magnetfeldkomponente (Bx, By) gemäß einer Drehung eines Drehbauglieds, das abwechselnde erste Abschnitte und zweite Abschnitte aufweist, ändern, wobei die erste und die zweite in der Ebene liegende Magnetfeldkomponente (Bx, By) stärker sind, wenn sie in der Nähe eines der ersten Abschnitte liegen, und schwächer sind, wenn sie in der Nähe eines der zweiten Abschnitte liegen.
Magnetsensormodul (6; 16; 70) gemäß Anspruch 16, bei dem das Drehbauglied ein Zahnrad (1) ist und die ersten Abschnitte Kerben (3) und die zweiten Abschnitte Zähne (2) des Zahnrads sind.
Magnetsensormodul (6; 16; 70) gemäß Anspruch 16 oder 17, bei dem die durch die Mehrzahl von Sensorelementen (10) erzeugten Messwerte auf der Basis einer Drehgeschwindigkeit des Drehbauglieds zwischen Maximal- und Minimalwerten schwanken.
Magnetsensormodul (6; 16; 70) gemäß einem der Ansprüche 16 bis 18, bei dem das Drehbauglied sinusförmige Schwankungen bei den ersten und den zweiten in der Ebene liegenden Magnetfeldkomponenten (Bx, By) des radialsymmetrischen Bias-Magnetfeldes bewirkt, während sich das Drehbauglied dreht.
Magnetsensormodul (6; 16; 70) gemäß einem der Ansprüche 16 bis 19, bei dem das durch die Sensorschaltung (8) erzeugte Messsignal auf der Basis einer Drehzahl des Drehbauglieds zwischen Maximal- und Minimalwerten schwankt.
Magnetsensormodul (6; 16; 70) gemäß einem der Ansprüche 16 bis 20, bei dem eine Frequenz des Messsignals proportional zu einer Drehzahl des Drehbauglieds ist.
Magnetsensormodul (6; 16; 70) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 21, wobei das Magnetsensormodul bezüglich einer Verdrehung um die Mittelachse des axial polarisierten Back-Bias-Magneten (5; 15) herum unempfindlich ist.
Ein Verfahren zum Messen einer Drehzahl eines Drehbauglieds anhand eines Magnetsensors, wobei der Magnetsensor eine Mehrzahl von Sensorelementen (10) umfasst, die in einer Sensorebene des Magnetsensors angeordnet sind und einem im Wesentlichen selben Arbeitspunkt eines durch einen axial polarisierten Back-Bias-Magneten erzeugten radialsymmetrischen Bias-Magnetfeldes ausgesetzt sind, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Erzeugen von Messwerten durch eine Mehrzahl von Sensorelementen ansprechend auf ein Erfassen des radialsymmetrischen Bias-Magnetfeldes, wobei Schwankungen der Messwerte der Mehrzahl von Sensorelementen durch eine Drehung des Drehbauglieds bewirkt werden; Erzeugen eines Messsignals unter Verwendung einer Differenzialberechnung, die dazu konfiguriert ist, auf der Basis der Messwerte Streufelder sowohl in einer Richtung einer ersten Empfindlichkeitsachse eines ersten Paares von Sensorelementen (10L, 10R) als auch in einer Richtung einer zweiten Empfindlichkeitsachse eines zweiten Paares von Sensorelementen (10U, 10D) aufzuheben, wobei das erste Paar von Sensorelementen empfindlich bezüglich einer ersten in der Ebene liegenden Magnetfeldkomponente (Bx) des radialsymmetrischen Bias-Magnetfeldes in der Richtung der ersten Empfindlichkeitsachse ist, wobei das zweite Paar von Sensorelementen empfindlich bezüglich einer zweiten in der Ebene liegenden Magnetfeldkomponente (By) des radialsymmetrischen Bias-Magnetfeldes in der Richtung der zweiten Empfindlichkeitsachse ist, und wobei das Messsignal auf der Basis einer Drehzahl des Drehbauglieds zwischen Maximal- und Minimalwerten schwankt; und Ausgeben des Messsignals.
Magnetsensormodul (6; 16; 70), das dazu konfiguriert ist, eine Drehung eines Objekts zu detektieren, und das folgende Merkmale aufweist: einen Magnetsensor, der eine Mehrzahl von Sensorelementen (10L, 10R, 10U, 10D) umfasst, die in einer Sensorebene des Magnetsensors angeordnet sind und dazu konfiguriert sind, ansprechend auf ein Erfassen eines zeitlich variierenden Magnetfeldes, das relativ zu der Drehung des Objekts variiert, Messwerte zu erzeugen; wobei die Mehrzahl von Sensorelementen in im Wesentlichen den gleichen Abstand aufweisenden Winkeln an einem Umfang eines Kreises (12) angeordnet ist, und wobei die Mehrzahl von Sensorelementen derart zu einer Mehrzahl von Paaren gruppiert ist, dass jedes Paar eine Empfindlichkeitsachse aufweist, die empfindlich bezüglich einer in der Ebene liegenden Magnetfeldkomponente (Bx) einer Mehrzahl von verschiedenen in der Ebene liegenden Magnetfeldkomponenten (Bx, By) des zeitlich variierenden Magnetfeldes ist; und eine Sensorschaltung (8), die dazu konfiguriert ist, die Messwerte von der Mehrzahl von Sensorelementen (10) zu empfangen, zumindest ein Messsignal unter Verwendung einer Differenzialberechnung zu erzeugen, die dazu konfiguriert ist, Streufelder in jeder Richtung jeder der Mehrzahl von verschiedenen in der Ebene liegenden Magnetfeldkomponenten aufzuheben, und das zumindest eine Messsignal auszugeben.