DE102020133041A1

DE102020133041A1 - Ein magnetoresistives Winkelsensorsystem und ein Fahrzeug umfassend ein magnetoresistives Winkelsensorsystem

Info

Publication number: DE102020133041A1
Application number: DE102020133041.3A
Authority: DE
Inventors: Joo Il Park; Sehwan KIM; Hyun Jeong Kim
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2020-12-10
Filing date: 2020-12-10
Publication date: 2022-06-15
Also published as: CN114623760A; US11719528B2; US20220187054A1

Abstract

Ein magnetoresistives, MR, Winkelsensorsystem zur Messung des Rotationswinkels einer Rotationskomponente in der Konfiguration außerhalb der Welle, OOS. Das MR-Winkelsensorsystem umfassend einen Magneten, der an der Rotationskomponente befestigt ist. Das MR-Winkelsensorsystem ferner umfassend einen magnetoresistiven, MR, Sensor. Eine sensible Ebene des MR-Sensors ist mit einem Versatz zu dem Zentrum des Magneten in einer Versatzrichtung angeordnet.

Description

Gebiet
Beispiele beziehen sich auf magnetoresistive Winkelsensorsysteme und Fahrzeuge, die das magnetoresistive Winkelsensorsystem aufweisen.
Hintergrund
Magnetoresistive (MR) Winkelsensorsysteme bieten ein breites Spektrum an Anwendungsmöglichkeiten. MR-Winkelsensorsysteme werden zum Beispiel in Automobilanwendungen eingesetzt. Ihre Einsatzgebiete reichen von Lenkwinkelanwendungen mit höchsten Anforderungen an die funktionale Sicherheit über Motoren für Scheibenwischer, Pumpen und Aktuatoren bis hin zu Elektromotoren im Allgemeinen. Sie können auch in Industrie- und Verbraucheranwendungen wie Robotik oder Kardanik eingesetzt werden.
MR-Winkelsensorsysteme basieren auf integrierten magnetoresistiven Technologien. Der Magnetowiderstand ist die Tendenz eines Materials, den Wert seines elektrischen Widerstands in einem von außen angelegten Magnetfeld zu ändern. Es gibt eine Reihe von Effekten, die als Magnetowiderstand bezeichnet werden können, z. B. AMR, anisotroper Magnetowiderstand; GMR, Riesenmagnetowiderstand; und TMR, Tunnelmagnetowiderstand. MR-Winkelsensorsysteme messen den Rotationswinkel einer Rotationskomponente. Ein MR-Winkelsensorsystem umfasst einen MR-Sensor, der den Rotationswinkel der Rotationskomponente mit einem daran befestigten Magneten durch Messung der Sinus- und Kosinuskomponenten eines durch den Magneten erzeugten Magnetfeldes erfasst. Die Messung des Magnetowiderstands, wenn der Magnet in einer EOS-Konfiguration (End of Shaft; Wellenende) an der Rotationskomponente befestigt ist, wird häufig zum Detektieren des Rotationswinkels verwendet. In der EOS-Konfiguration ist der Magnet an einem Ende einer Welle der Rotationskomponente befestigt und der MR-Sensor ist in der Nähe des Wellenendes der Rotationskomponente angeordnet. In einigen Anwendungen ist die Verwendung der EOS-Konfiguration nicht möglich, z. B. aufgrund gegebener geometrischer Einschränkungen hinsichtlich der Anordnung der verwendeten Komponenten. Eine weitere Möglichkeit ist die Messung des Magnetowiderstands in einer OOS-Konfiguration (out of shaft; außerhalb der Welle). In der OOS-Konfiguration kann der Magnet an der umgebenden Oberfläche der Rotationskomponente angeordnet sein und der MR-Sensor ist in der Nähe des Magneten angeordnet. Die Messung in dieser OOS-Konfiguration kann zu einer geringeren Messgenauigkeit führen, da der Aufbau nicht mehr symmetrisch ist. Während einige Anwendungen aus geometrischen Gründen OOS-Konfigurationen erfordern können, kann eine geringere Genauigkeit einer herkömmlichen OOS-Konfiguration die Verwendung der OOS-Konfiguration verhindern.
Zusammenfassung
Daher besteht der Bedarf, eine genauere Methode zur Messung des Rotationswinkels der Rotationskomponente in der OOS-Konfiguration bereitzustellen, die für viele Anwendungen geeignet ist.
Diesem Bedarf wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche Rechnung getragen.
Ein Beispiel betrifft ein magnetoresistives (MR) Winkelsensorsystem zur Messung des Rotationswinkels einer Rotationskomponente in der Konfiguration außerhalb der Welle, OOS. Das MR-Winkelsensorsystem umfasst einen Magneten, der an der Rotationskomponente befestigt ist, und einen magnetoresistiven Sensor. Eine empfindliche Ebene des MR-Sensors ist mit einem Versatz zu dem Zentrum des Magneten in einer Versatz-Richtung angeordnet. Durch die Positionierung der empfindlichen Ebene des MR-Sensors mit dem Versatz in der Versatzrichtung zum Zentrum des Magneten kann die Genauigkeit der Messung des Rotationswinkels der Rotationskomponente verbessert werden. Der Versatz kann ein Verhältnis der Magnetfeldkomponenten einer ersten und einer zweiten Richtung bestimmen, das zur Bestimmung des Rotationswinkels verwendet wird. Eine Differenz zwischen den Magnetfeldkomponenten in der ersten und der zweiten Richtung kann durch den Versatz kleiner werden, was die Möglichkeit bietet, den Rotationswinkel mit hoher Genauigkeit zu bestimmen.
Figurenliste
Nachfolgend werden einige Beispiele von Systemen ausschließlich beispielhaft und Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen

1a ein herkömmliches magnetoresistives, MR, Winkelsensorsystem in einer Wellenendekonfiguration und die Abhängigkeit einer Magnetfeldkomponente in einer ersten Richtung und einer zweiten Richtung von einem Rotationswinkel zeigt;
1b ein herkömmliches MR-Winkelsensorsystem in einer Konfiguration außerhalb der Welle, OOS, und die Abhängigkeit einer Magnetfeldkomponente in einer ersten Richtung und einer zweiten Richtung von einem Rotationswinkel zeigt;
1c ein herkömmliches MR-Winkelsensorsystem in einer OOS-Konfiguration, in der ein MR-Sensor und ein Magnet parallel angeordnet sind, und die Abhängigkeit einer Magnetfeldkomponente in einer ersten Richtung und einer zweiten Richtung von einem Rotationswinkel zeigt;
1d eine Abhängigkeit eines Fehlers des gemessenen Rotationswinkels von dem mechanischen Winkel in einem herkömmlichen System zeigt;
2a ein MR-Winkelsensorsystem in einer OOS-Konfiguration gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung und in einer Abhängigkeit einer Magnetfeldkomponente in einer ersten Richtung, einer zweiten Richtung und einer dritten Richtung von einem Rotationswinkel zeigt;
2b eine dreidimensionale Darstellung der Magnetfeldkomponenten und eine zweidimensionale Darstellung der Magnetfeldkomponente in der ersten Richtung und der zweiten Richtung in einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung zeigt;
2c dreidimensionale Darstellungen der Magnetfeldkomponenten und zweidimensionale Darstellungen der Magnetfeldkomponenten für verschiedene Versätze zeigt;
2d eine Abhängigkeit eines Verhältnisses einer Amplitude der Magnetfeldkomponenten in der ersten Richtung und der zweiten Richtung von einem Versatz zeigt;
3a ein MR-Winkelsensorsystem in einer OOS-Konfiguration gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung und einen Magneten des MR-Winkelsensorsystems gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt;
3b eine Abhängigkeit eines Verhältnisses einer Amplitude einer Magnetfeldkomponente in einer ersten Richtung und einer zweiten Richtung vom Versatz und die Abhängigkeit der Magnetfeldkomponenten von einem Rotationswinkel zeigt;
3c eine dreidimensionale Darstellung der Magnetfeldkomponente und eine zweidimensionale Darstellung der Magnetfeldkomponente in der ersten Richtung und der zweiten Richtung zeigt;
3d die Abhängigkeit eines magnetischen Winkels von einem mechanischen Winkel in der OOS-Konfiguration und die Abhängigkeit eines Fehlers des magnetischen Winkels von dem mechanischen Winkel in der OOS-Konfiguration zeigt;
4 einen Teil eines Fahrzeugs umfassend ein MR-Winkelsensorsystem in einer OOS-Konfiguration in einer SBW- (shift by wire) Anwendung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung zeigt.

Detaillierte Beschreibung
Einige Beispiele werden nun detaillierter Bezug nehmend auf die beiliegenden Figuren beschrieben. Weitere mögliche Beispiele sind jedoch nicht auf die Merkmale dieser detailliert beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Diese können Modifikationen der Merkmale sowie Entsprechungen und Alternativen zu den Merkmalen aufweisen. Ferner soll die Terminologie, die hierin verwendet wird, um bestimmte Beispiele zu beschreiben, nicht einschränkend für weitere mögliche Beispiele sein.
Gleiche oder ähnliche Bezugszeichen beziehen sich in der gesamten Beschreibung der Figuren auf gleiche oder ähnliche Elemente und/oder Merkmale, die identisch oder in modifizierter Form implementiert sein können, während sie die gleiche oder eine ähnliche Funktion bereitstellen. Die Stärken von Linien, Schichten und/oder Bereichen in den Figuren kann der Klarheit halber auch übertrieben sein.
Wenn zwei Elemente A und B unter Verwendung eines „oder“ kombiniert werden, ist dies so zu verstehen, dass alle möglichen Kombinationen offenbart sind, d. h. nur A, nur B, sowie A und B, sofern nicht im Einzelfall ausdrücklich anders definiert. Als eine alternative Formulierung für die gleichen Kombinationen kann „zumindest eines von A und B“ oder „A und/oder B“ verwendet werden. Das gilt äquivalent für Kombinationen von mehr als zwei Elementen.
Wenn eine Singularform, wie beispielsweise „ein, eine“ und „der, die, das“ verwendet wird und die Verwendung nur eines einzelnen Elements weder explizit noch implizit als verpflichtend definiert ist, können weitere Beispiele auch mehrere Elemente verwenden, um die gleiche Funktion zu implementieren. Wenn eine Funktion nachfolgend als unter Verwendung mehrerer Elemente implementiert beschrieben ist, können weitere Beispiele die gleiche Funktion unter Verwendung eines einzelnen Elements oder einer einzelnen Verarbeitungsentität implementieren. Es versteht sich weiterhin, dass die Begriffe „umfasst“, „umfassend“, „aufweist“ und/oder „aufweisend“ bei Gebrauch das Vorliegen der angegebenen Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Prozesse, Elemente, Komponenten und/oder einer Gruppe derselben beschreiben, dabei aber nicht das Vorliegen oder das Hinzufügen eines oder mehrerer anderer Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Prozesse, Elemente, Komponenten und/oder einer Gruppe derselben ausschließen.
1a zeigt in der linken Zeichnung ein herkömmliches magnetoresistives Winkelsensorsystem 100a in einer EOS-Konfiguration (End of Shaft). Das MR-Winkelsensorsystem 100a umfasst einen Magneten 101a, der scheibenförmig sein kann. Der Magnet 101a ist an einer Rotationskomponente 102a befestigt. Das Rotationsbauteil 102a kann die Form eines Zylinders haben. Die Rotationskomponente 102a kann eine sich in ihrer Längsrichtung erstreckende Welle aufweisen, die parallel zu einer Rotationsachse R der Rotationskomponente 102a liegt. In der EOS-Konfiguration ist der Magnet 101a an einem Ende der Welle der Rotationskomponente 102a angeordnet. Das MR-Winkelsensorsystem 100a umfasst ferner einen magnetoresistiven, MR, Sensor 103a zur Messung eines Rotationswinkels der Rotationskomponente 102a. Der MR-Sensor ist empfindlich für Magnetfeldkomponenten Bx in mindestens einer ersten Richtung x und für Magnetfeldkomponenten By in mindestens einer zweiten Richtung y, die senkrecht zur ersten Richtung x verläuft. Eine empfindliche Ebene des MR-Sensors 103a wird durch die erste Richtung x und die zweite Richtung y gebildet. Die Rotationsachse R kann senkrecht zur empfindlichen Ebene verlaufen. Die empfindliche Ebene des MR-Sensors kann in der EOS-Konfiguration unter dem Ende der Welle der Rotationskomponente 102a positioniert sein, wo der Magnet 101a an der Rotationskomponente 102a befestigt ist.
1a zeigt in dem rechten Diagramm eine Abhängigkeit der Magnetfeldkomponenten Bx in der ersten Richtung x und der Magnetfeldkomponenten By in der zweiten Richtung y vom Rotationswinkel ra. Die Magnetfeldkomponente Bx in der ersten Richtung x und die Magnetfeldkomponente By in der zweiten Richtung y, die im rechten Diagramm in 1a dargestellt sind, werden mit dem herkömmlichen MR-Winkelsensorsystem 100a in der EOS-Konfiguration gemessen, die in der linken Zeichnung von 1a dargestellt ist. Die erste Richtung x und die zweite Richtung y können senkrecht zu einer dritten Richtung z verlaufen, die parallel zur Welle und zur Rotationsachse R der Rotationskomponente 102a verlaufen kann. Wie im rechten Diagramm von 1a zu sehen ist, entspricht eine Amplitude der Magnetfeldkomponente Bx in der ersten Richtung x zumindest im Wesentlichen einer Amplitude der Magnetfeldkomponente By in der zweiten Richtung y.
Zur Berechnung des Rotationswinkels ra wird ein Kalibrierungsverfahren verwendet. Das Kalibrierungsverfahren verwendet die mit dem MR-Sensor103a gemessenen Magnetfeldkomponenten Bx, By, um den Rotationswinkel ra zu berechnen. Parameter, die die Winkelberechnung beeinflussen, sind Versatz, Amplitude und Nicht-Orthogonalität der Magnetfeldkomponenten Bx in der ersten Richtung x und der Magnetfeldkomponenten By in der zweiten Richtung y. Der Versatz ist ein konstanter, additiver oder subtraktiver Betrag oder systematischer Fehler eines Messwerts, in diesem Fall der Magnetfeldkomponenten Bx in der ersten Richtung und der Magnetfeldkomponenten By in der zweiten Richtung. Die Nichtorthogonalität ist eine Phasendifferenz der Magnetfeldkomponenten in der ersten Richtung x, die z. B. ein Kosinussignal aufweist, und in der zweiten Richtung y, die z. B. ein Sinussignal aufweist. Das Kalibrierungsverfahren kann eine Versatzkorrektur, eine Amplitudennormierung und eine Korrektur der Nichtorthogonalität umfassen. Die Versatzkorrektur verschiebt die Amplituden der Magnetfeldkomponente Bx in der ersten Richtung x und der Magnetfeldkomponenten By in der zweiten Richtung y relativ zu einer Ordinate um den Betrag des Versatzes. Die Amplitudennormierung korrigiert die Amplituden so, dass die Amplitude der Magnetfeldkomponenten Bx der ersten Richtung x und der Magnetfeldkomponenten By in der zweiten Richtung y zumindest im Wesentlichen den gleichen Betrag haben. Die Korrektur der Nichtorthogonalität korrigiert die Phasenverschiebung der Magnetfeldkomponenten Bx in der ersten Richtung x, zum Beispiel mit dem Kosinussignal, und der Magnetfeldkomponenten By in der zweiten Richtung y, zum Beispiel mit dem Sinussignal, auf mindestens im Wesentlichen 90°.
Da die Magnetfeldkomponenten Bx, By in der EOS-Konfiguration gleich groß sind, kann der gemessene Rotationswinkel ra der Rotationskomponente 102a unter Verwendung des Kalibrierungsverfahrens einen geringen Fehler aufweisen, was zu einer hohen Messgenauigkeit in der EOS-Konfiguration führt. Leider ist es nicht bei allen Anwendungen möglich, mit einem MR-Winkelsensorsystem 100a den Rotationswinkel in der EOS-Konfiguration zu messen.
1b zeigt in einer linken Zeichnung ein herkömmliches MR-Winkelsensorsystem 100b in einer OOS-Konfiguration. Der Magnet 101b in dieser OOS-Konfiguration unterscheidet sich von dem Magneten 101a in dem MR-Winkelsensorsystem 100a, das in der linken Zeichnung von 1a dargestellt ist, dadurch, dass der Magnet 101b ringförmig sein kann und an der umgebenden Oberfläche der Rotationskomponente 102b angeordnet ist. Der MR-Sensor 103b ist in der Nähe des Magneten 101b angeordnet.
In einem rechten Diagramm von 1b ist die Abhängigkeit einer Magnetfeldkomponente Bx in einer ersten Richtung x und einer Magnetfeldkomponente By in einer zweiten Richtung y von einem Rotationswinkel ra der Rotationskomponente 102b dargestellt. Die Magnetfeldkomponente Bx in der ersten Richtung x und die Magnetfeldkomponente By in der zweiten Richtung y, die in dem rechten Diagramm in 1b dargestellt sind, werden mit dem herkömmlichen MR-Winkelsensorsystem 100b in der OOS-Konfiguration gemessen. Im Gegensatz zur EOS-Konfiguration in dem rechten Diagramm von 1a zeigt die OOS-Konfiguration im rechten Diagramm von 1b, dass sich eine Amplitude der Magnetfeldkomponente Bx in der ersten Richtung x von einer Amplitude der Magnetfeldkomponente By in der zweiten Richtung y deutlich unterscheidet. In dieser OOS-Konfiguration kann eine der Amplituden der Magnetfeldkomponenten Bx in der ersten Richtung x und der Magnetfeldkomponenten By in der zweiten Richtung y kleiner werden als die andere.
1c zeigt in einer linken Zeichnung ein anderes herkömmliches MR-Winkelsensorsystem 100c in einer OOS-Konfiguration. Das in der linken Zeichnung von 1c gezeigte herkömmliche MR-Winkelsensorsystem 100c unterscheidet sich von dem in der linken Zeichnung von 1b gezeigten herkömmlichen MR-Winkelsensorsystem 100b dadurch, dass eine empfindliche Ebene eines MR-Sensors 103c sowie eine Leiterplatte (PCB; printed circuit board) parallel zu einem Magneten 101c angeordnet sind. Zwischen dem Magneten 101c und dem MR-Sensor 103c befindet sich ein Luftspalt für die Wellendrehung der Rotationskomponente 102c. Ansonsten entspricht das in der linken Zeichnung von 1c dargestellte herkömmliche MR-Winkelsensorsystem 100c zumindest im Wesentlichen dem in der linken Zeichnung von 1b dargestellten herkömmlichen MR-Winkelsensorsystem 100b.
In einem rechten Diagramm von 1c ist eine Abhängigkeit einer Magnetfeldkomponente Bx in einer ersten Richtung x und einer Magnetfeldkomponente By in einer zweiten Richtung y von einem Rotationswinkel ra der Rotationskomponente 102c dargestellt. Die Magnetfeldkomponente By in der ersten Richtung x und die Magnetfeldkomponenten By in der zweiten Richtung y werden mit dem herkömmlichen MR-Winkelsensorsystem 100c in der OOS-Konfiguration gemessen, die in der linken Zeichnung von 1c dargestellt ist. Im Gegensatz zu der EOS-Konfiguration in dem rechten Diagramm von 1a zeigt die OOS-Konfiguration im rechten Diagramm von 1c, dass sich eine Amplitude der Magnetfeldkomponente Bx in der ersten Richtung x von einer Amplitude der Magnetfeldkomponente By in der zweiten Richtung y deutlich unterscheidet, so ähnlich wie bei der Implementierung von 1b.
Das Kalibrierungsverfahren zur Berechnung des Rotationswinkels ra in der EOS-Konfiguration funktioniert in der OOS-Konfiguration nicht richtig, da eine der Magnetfeldkomponenten Bx, By in der OOS-Konfiguration kleiner werden kann als die andere. Die in dem Kalibrierungsverfahren verwendete Amplitudennormierung kann zu einem hohen Fehler für den gemessenen Rotationswinkel ra führen, wenn die Amplituden der Magnetfeldkomponenten Bx, By eine ungleiche Größe haben. Aufgrund dieses Verhältnisses der Amplitude der Magnetfeldkomponenten Bx, By in dieser OOS-Konfiguration kann es zu einer geringen Genauigkeit bei der Messung des Rotationswinkels ra kommen.
1d zeigt die geringe Genauigkeit der Messung des Rotationswinkels ra in der OOS-Konfiguration. 1d zeigt in einem linken oberen Diagramm eine Abhängigkeit der Magnetfeldkomponenten Bx, By und Bz vom Rotationswinkel ra, gemessen mit dem herkömmlichen MR-Winkelsensorsystem 100c, gezeigt in 1c. Die Amplituden der Magnetfeldkomponenten Bx, By und Bz unterscheiden sich deutlich voneinander. Herkömmlicherweise werden MR-Winkelsensorsysteme in einer gesättigten Feldzone betrieben. Während herkömmliche MR-Sensor-Kalibrierungsverfahren die Amplitude der MR-Sensorausgänge, Versatz und Orthogonalität kompensieren können, kann die herkömmliche Amplitudennormierung zu einem hohen Fehler für den gemessenen Rotationswinkel führen, wenn die Amplituden der Magnetfeldkomponenten Bx, By und Bz eine ungleiche Größe haben, da die Magnetfeldsensoren in einer gesättigten Feldzone betrieben werden. Daher funktionieren herkömmliche Kalibrierungsverfahren in einem MR-Winkelsensorsystem, wie es in 1c dargestellt ist, möglicherweise nicht richtig, da der Sensorausgang für die Magnetfeldkomponente Bx und die Magnetfeldkomponente By in einer gesättigten Zone möglicherweise nicht proportional zur angelegten B-Feldamplitude ist.
Das linke untere Diagramm in 1d zeigt einen solchen verzerrten MR-Sensorausgang TMRx, TMRy des herkömmlichen MR-Winkelsensorsystems 100c aus 1c in Abhängigkeit vom mechanischen Winkel. Der Ausgang des MR-Sensors TMRx, TMRy ist in der gesättigten Zone ungleich verzerrt, was zu ungleichen Amplituden der Magnetfeldkomponenten Bx, By und damit zu einem großen Fehler des gemessenen Rotationswinkels ra führt.
In einem rechten oberen Diagramm von 1d ist eine Abhängigkeit eines magnetischen Winkels von dem mechanischen Winkel der Rotationskomponente 102c bei Messung mit dem herkömmlichen MR-Winkelsensorsystem 100c von 1c dargestellt. Eine gestrichelte Linie 104 in der linken Zeichnung von 1c zeigt eine theoretische Abhängigkeit des gemessenen magnetischen Winkels von dem mechanischen Winkel der Rotationskomponente, die natürlich linear ist. Der magnetische Winkel oder Rotationswinkel definiert einen Winkel der Rotationskomponente 102c, der von dem MR-Winkelsensorsystem 100c gemessen wird. Der mechanische Winkel definiert einen mechanisch gemessenen Winkel der Rotationskomponente 102c. Eine durchgezogene Linie 105 zeigt die mit dem herkömmlichen MR-Winkelsensorsystem 100c gemessenen Werte. Die Differenz zwischen der gestrichelten Linie 104 und der durchgezogenen Linie 105 ist der Fehler des gemessenen Rotationswinkels, der erheblich ist und hauptsächlich durch den verzerrten Sensorausgang verursacht wird, der in der unteren linken Grafik von 1d dargestellt ist.
Das untere rechte Diagramm in 1d zeigt die Abhängigkeit des Fehlers E des gemessenen Rotationswinkels von einem mechanischen Winkel der Rotationskomponente. Aufgrund der Form der verzerrten Signale in der unteren linken Grafik ist der Fehler E bei den mechanischen Winkeln 45°, 135°, 225° und 315° maximal.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass herkömmliche MR-Sensorsysteme 100b, 100c bei der Messung des Rotationswinkels in der OOS-Konfiguration Nachteile aufweisen. Daher besteht ein Bedarf an einem MR-Winkelsensorsystem, das eine hohe Messgenauigkeit in der OOS-Konfiguration ermöglicht.
Diesem Bedürfnis entspricht das MR-Winkelsensorsystem 200, das in 2a dargestellt ist. 2a zeigt ein MR-Winkelsensorsystem 200 zur Messung eines Rotationswinkels einer Rotationskomponente 202 in einer OOS-Konfiguration gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung. Die Rotationskomponente 202 kann z. B. eine zylinderförmige Welle sein. Alternativ dazu kann die Rotationskomponente 202 irgendeine Form haben, die für eine bestimmte Anwendung erforderlich ist. Die Rotationskomponente 202 kann zum Beispiel die Form eines Quaders, Kegels, Kegelstumpfs, Prismas, einer Kugel oder Pyramide haben. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Rotationskomponente 202 eine Rotationsachse R auf, die parallel zu einer Längsrichtung der Rotationskomponente 202 verläuft.
Das MR-Winkelsensorsystem 200 umfasst einen Magneten 201, der an der Rotationskomponente 202 befestigt ist. Der Magnet 201 hat die Form eines Rings. Bei alternativen Ausführungsbeispielen kann der Magnet 201 irgendeine Form haben, die für die jeweilige Anwendung erforderlich ist. Der Magnet 201 kann zum Beispiel die Form eines Torus oder eines Hohlzylinders haben. Der Magnet 201 ist an der Außenoberfläche der Rotationskomponente 202 angeordnet. Der Magnet 201 kann eine Tiefe von 2 mm haben. Die Magnetpole des Magneten 201 können so ausgebildet sein, dass sie schwenkbar sind, zum Beispiel um die Rotationsachse. Eine Richtung zwischen den Magnetpolen des Magneten 201 kann im Wesentlichen senkrecht zur Rotationsachse R verlaufen, wodurch der Rotationswinkel mit hoher Genauigkeit gemessen werden kann.
Das MR-Winkelsensorsystem 200 umfasst außerdem einen MR-Sensor 203. Bei dem MR-Sensor 203 kann es sich um einen anisotropen Magnetowiderstandssensor, einen Riesenmagnetowiderstandssensor oder einen Tunnelmagnetowiderstandssensor handeln. Der MR-Sensor 203 ist so ausgebildet, dass er eine Magnetfeldkomponente in einer ersten Richtung x und in einer zweiten Richtung y misst, die senkrecht zur ersten Richtung x verläuft. Die erste x- und die zweite y-Richtung bilden eine empfindliche Ebene des MR-Sensors 203. Die empfindliche Ebene des MR-Sensors 203 ist mit einem Versatz 204 zu dem Zentrum des Magneten 201 in einer versetzten Richtung angeordnet. Eine derartige Positionierung des MR-Sensors 203 mit einem Versatz ungleich Null kann zu der gleichen Amplitude der Magnetfeldkomponenten in der ersten Richtung x und der zweiten Richtung y führen. Daher ist die Amplitudennormierung in dem Kalibrierungsverfahren nicht erforderlich und kann zu einem geringen Fehler für den gemessenen Rotationswinkel führen, wenn die Amplituden der Magnetfeldkomponenten der ersten Richtung x und der zweiten Richtung y die gleiche Größe haben. Dadurch kann eine höhere Genauigkeit des Kalibrierungsverfahrens und damit eine höhere Genauigkeit des gemessenen Rotationswinkels in der OOS-Konfiguration erreicht werden.
Die Versatzrichtung ist parallel zur Rotationsachse R der Rotationskomponente 202 im MR-Winkelsensorsystem 200 in 2a. Alternativ kann die Versatzrichtung auch senkrecht zur Rotationsachse R des Rotationsbauteils 202 verlaufen. In beiden Fällen kann der MR-Sensor 203 in der Lage sein, die Amplituden der Magnetfeldkomponenten Bx in der ersten Richtung x und der Magnetfeldkomponenten By in der zweiten Richtung y zu messen. In diesen Fällen kann eine Anordnung des MR-Sensors 203 relativ zum Magneten 201 bereitgestellt sein, die eine zuverlässige Messung des Rotationswinkels der Rotationskomponente 202 mit einer hohen Genauigkeit ermöglicht.
Die erste Richtung x und die zweite Richtung y können senkrecht zu einer Richtung zwischen den Magnetpolen des Magneten 201 verlaufen. Alternativ kann die erste Richtung x oder die zweite Richtung y auch parallel zur Richtung zwischen den Magnetpolen des Magneten 201 verlaufen. Diese Fälle stellen Optionen bereit, die empfindliche Ebene des MR-Sensors 203 relativ zu dem Magneten 201 zu definieren, um den Rotationswinkel mit hoher Genauigkeit zu messen.
Zwischen dem MR-Sensor 203 und dem Magneten 201 kann sich ein Luftspalt befinden, der in einer Richtung senkrecht zur Versatzrichtung verläuft. Der Luftspalt kann zum Beispiel höchstens 1 mm, höchstens 2 mm, höchstens 4 mm, höchstens 5 mm, höchstens 7 mm oder höchstens 10 mm betragen. Luftspalte mit diesen Größen ermöglichen eine genaue Messung der Magnetfeldkomponente in der ersten und der zweiten Richtung y.
Das MR-Winkelsensorsystem 200 kann ferner eine gedruckte Schaltungsplatine (PCB) umfassen. Der MR-Sensor 203 kann auf der PCB angeordnet sein.
Das MR-Winkelsensorsystem 200 kann ferner eine Schaltungsanordnung umfassen, die so ausgebildet ist, dass sie Informationen über die vom MR-Sensor 203 gemessenen Magnetfeldkomponenten empfängt und eine Richtung des Magneten auf der Grundlage der Informationen über die gemessenen Magnetfeldkomponenten bestimmt. Die Schaltungsanordnung kann eine Verarbeitungsschaltung umfassen. Die Verarbeitungsschaltung kann so ausgebildet sein, dass sie den Rotationswinkel aus den Magnetfeldkomponenten in der ersten x- und zweiten y-Richtung bestimmt. Dadurch kann der Rotationswinkel mit hoher Genauigkeit gemessen werden. Der MR-Sensor 101c, 102c, 103c kann als ein einziger Chip ausgeführt sein, der so ausgebildet ist, dass er den Rotationswinkel auf der Grundlage der Magnetfeldkomponenten Bx in der ersten Richtung x und der Magnetfeldkomponenten By in der zweiten Richtung y bestimmt. Die Berechnungen zur Ableitung des Winkels aus den gemessenen Feldkomponenten werden also innerhalb des Chips durchgeführt, der die Magnetfeldsensoren aufweist.
Alternativ kann der Rotationswinkel auch durch eine separate Schaltung oder Chip bestimmt werden. Eine solche separate Schaltung kann eine Schnittstelle zum Empfangen der gemessenen Amplituden der Magnetfeldkomponenten Bx in der ersten Richtung x und der Magnetfeldkomponenten By in der zweiten Richtung y von dem MR-Sensor 101c, 102c, 103c umfassen. Die separate Schaltung kann über eine Schnittstelle mit dem MR-Sensor 101c, 102c, 103c verbunden sein. Weiterhin kann der MR-Sensor 101c, 102c, 103c so ausgebildet sein, dass er den Rotationswinkel aus den gemessenen Amplituden der Magnetfeldkomponenten Bx in der ersten Richtung x und der Magnetfeldkomponenten By in der zweiten Richtung y bestimmt.
Ein rechtes Diagramm in 2a, die Zeichnungen von 2b, 2c und 2d zeigen die Magnetfeldkomponenten Bx, By, Bz, die mit dem MR-Winkelsensorsystem 200 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, gezeigt in der linken Zeichnung von 2a, gemessen wurden.
2a zeigt in einem rechten Diagramm die Abhängigkeit der Magnetfeldkomponente Bx in einer ersten Richtung x, der Magnetfeldkomponente By in einer zweiten Richtung y und der Magnetfeldkomponente Bz in einer dritten Richtung z von einem Rotationswinkel ra. Der Versatz 204 ungleich Null des MR-Sensors 203 vom Zentrum des Magneten 201, wie im linken Diagramm von 2a dargestellt, kann eine Magnetfeldkomponente Bx ungleich Null in der ersten x, die Magnetfeldkomponente By in der zweiten y und die Magnetfeldkomponente Bz in der dritten Richtung z erzeugen. Dabei wird der Versatz 204 ungleich Null des MR-Sensors 203 vom Zentrum des Magneten 201 mit dem Ziel gewählt, dass die Magnetfeldkomponenten Bx in der ersten Richtung x und die Magnetfeldkomponente By in der zweiten Richtung y zumindest im Wesentlichen die gleiche Größe haben. Dadurch kann eine höhere Genauigkeit des gemessenen Rotationswinkels erreicht werden.
Ein linkes Diagramm von 2b zeigt die gleichen Komponenten wie das rechte Diagramm von 2a in einer dreidimensionalen Darstellung ${\vec{B}}_{x y z} .$
Das linke Diagramm in 2b zeigt die Magnetfeldkomponente in der ersten Richtung x, in der zweiten Richtung y und in der dritten Richtung z. Diese Magnetfeldkomponenten können in dieser dreidimensionalen Darstellung ${\vec{B}}_{x y z} .$
eine ellipsenförmige Trajektorie bilden. Zusätzlich ist eine zweidimensionale Trajektorie ${\vec{B}}_{x y}$
der Magnetfeldkomponenten in der ersten x- und der zweiten y-Richtung im linken Diagramm von 2b dargestellt. Diese Trajektorie ${\vec{B}}_{x y z}$
kann eine geneigte elliptische Form haben. Die dreidimensionale Trajektorie ${\vec{B}}_{x y z}$
der Magnetfeldkomponenten in der ersten x-, der zweiten y- und der dritten Richtung z stellt die geneigte Ellipse in Bezug zu Magnetfeldkomponenten in der empfindlichen Ebene, die durch die erste x- und die zweite y-Richtung mit einem Versatz 204 ungleich Null gebildet wird, wenn der Magnet 201 eine volle Drehung hat.
2b zeigt eine weitere Darstellung der Magnetfeldkomponenten Bx, By, Bz, um den Versatz 204 ungleich Null des MR-Sensors 203 einfach und zuverlässig so wählen zu können, dass die Magnetfeldkomponenten Bx, By zumindest im Wesentlichen gleich groß sind. 2b zeigt in einem rechten Diagramm eine Draufsicht auf die in der linken Zeichnung von 2b gezeigte geneigte elliptische Trajektorie. Die ellipsenförmige Trajektorie ${\vec{B}}_{x y}$
wird in einer zweidimensionalen Darstellung der Magnetfeldkomponente in der ersten x- und der zweiten y-Richtung gezeigt. Die zweidimensionale Trajektorie ${\vec{B}}_{x y}$
der Magnetfeldkomponenten in der ersten x- und der zweiten y-Richtung und die dreidimensionale Trajektorie ${\vec{B}}_{x y z}$
der Magnetfeldkomponenten in der ersten x-, der zweiten y- und der dritten z-Richtung in 2b werden gemessen, wenn der Magnet 201 eine volle Drehung mit einem Versatz 204 ungleich Null hat.
2c zeigt die Magnetfeldkomponenten Bx, By, Bz für verschiedene Versätze 204, um das Ziel zu erreichen, die Magnetfeldkomponenten Bx, By zu finden, die zumindest im Wesentlichen gleich groß sind.
2c zeigt in einem oberen Teil Diagramme mit einer dreidimensionalen Darstellung ${\vec{B}}_{x y z}$
einer Magnetfeldkomponente in einer ersten Richtung x, einer zweiten Richtung y und einer dritten Richtung z für verschiedene Versätze. Die sechs oberen Diagramme in 2c entsprechen der Darstellung im linken Diagramm von 2b.
2c zeigt in einem Teil unten Diagramme, die eine zweidimensionale Darstellung ${\vec{B}}_{x y}$
einer Magnetfeldkomponente in der ersten Richtung x und der zweiten Richtung y für verschiedene Versätze 204 zeigen. 2c zeigt in einem unteren Teil Diagramme, die ein projiziertes Ellipsoid ${\vec{B}}_{x y z}$
der Magnetfeldkomponente in der ersten x-, der zweiten y- und der dritten Richtung z in die empfindliche Ebene des MR-Sensors 203 der Magnetfeldkomponente in der ersten Richtung x und der zweiten Richtung y für verschiedene Versatz-Werte 204 zeigen. Die neun Diagramme unten in 2c entsprechen der Darstellung des rechten Diagramms in 2b. Der Betrag der Neigung der ellipsenförmigen Traj ektorie kann durch den Versatz 204 gesteuert werden. So kann die Trajektorie ${\vec{B}}_{x y}$
der Magnetfeldkomponente kreisförmig statt ellipsenförmig sein, indem sie einen angemessenen Versatz 204 hat, wie im Diagramm in 2c unten zu sehen ist. Das Ziel, die Magnetfeldkomponenten Bx, By zu finden, die zumindest im Wesentlichen gleich groß sind, wird für den Versatz 204 mit der kreisförmigen Trajektorie ${\vec{B}}_{x y}$
der Magnetfeldkomponenten erreicht. Die Trajektorie der Magnetfeldkomponente ${\vec{B}}_{x y}$
mit dem Versatz 204 von 1 mm ist ein Kreis. Diese kreisförmige Trajektorie ${\vec{B}}_{x y}$
führt zu einer hohen Messgenauigkeit des Rotationswinkels ra in der OOS-Konfiguration.
2d zeigt eine weitere Darstellung, die es dem Benutzer ermöglicht, den Versatz 204 zu wählen, der die Bedingung erfüllt, dass die Magnetfeldkomponenten Bx, By zumindest im Wesentlichen gleich groß sind. 2d zeigt in einem linken Diagramm eine Abhängigkeit eines Verhältnisses dx/dy einer Amplitude der Magnetfeldkomponente in der ersten Richtung x und der zweiten Richtung y von einem Versatz 204. In diesem Diagramm ist ein Versatz 204, der die Bedingung erfüllt, dass die Amplitude der Magnetfeldkomponente in der ersten Richtung x zumindest im Wesentlichen der Amplitude der Magnetfeldkomponente in der zweiten Richtung y entspricht, mit 10 gekennzeichnet. Diese Bedingung ist erfüllt, wenn dx/dy zumindest im Wesentlichen 1 ist. Dieser Versatz 204 kann z. B. einen Wert von 0,91 mm haben. Die empfindliche Ebene des MR-Sensors 203 ist mit diesem Versatz 204 zur Mitte des Magneten 201 in einer versetzten Richtung positioniert. Diese Anordnung des MR-Sensors 203 mit dem Versatz 204 zu dem Magneten 201 kann es ermöglichen, den Rotationswinkel ra der Rotationskomponente 202 wie in der EOS-Konfiguration mit dem bestehenden typischen Kalibrierungsverfahren durch Erhalten hoher Genauigkeit zu messen. Der Versatz-Wert, der das Verhältnis der Amplitude der Magnetfeldkomponente in der ersten x- und der zweiten Richtung y zumindest im Wesentlichen eins macht, ist immer vorhanden. Der MR-Sensor 203 erfordert, dass das Amplitudenverhältnis diese Bedingung für eine hochgenaue Anwendung erfüllt.
2d zeigt in einem rechten Diagramm eine zweidimensionale Darstellung ${\vec{B}}_{x y}$
der Magnetfeldkomponente in der ersten Richtung x und in der zweiten Richtung y. Die Darstellung in dem rechten Diagramm von 2d entspricht der Darstellung in dem linken Diagramm von 2b und den neun Diagrammen in dem unteren Teil von 2c. Das rechte Diagramm von 2d zeigt die Abhängigkeit der Magnetfeldkomponente in der ersten Richtung x von der Magnetfeldkomponente in der zweiten Richtung y an dem Versatz 204, der im linken Diagramm von 2d markiert ist und die Bedingung erfüllt, dass die Amplitude der Magnetfeldkomponente in der ersten Richtung x zumindest im Wesentlichen der Amplitude der Magnetfeldkomponente in der zweiten Richtung y entspricht. Bei diesem Versatz hat das rechte Diagramm in 2d die Form eines Kreises.
Daher ist die Wahl des richtigen Versatzes in der OOS-Konfiguration wichtig, um die hohe Genauigkeit des gemessenen Rotationswinkels ra zu erreichen. In der OOS-Konfiguration kann ein Versatz ungleich Null zwischen dem MR-Sensor 203 und dem Magneten 201 angelegt werden, um Magnetfeldkomponenten ungleich Null in der ersten x- und der zweiten y-Richtung zu induzieren. Der MR-Sensor 203 ist mit einem von Null abweichenden Versatz zum Magneten 201 platziert, so dass das Verhältnis der Amplitude der Magnetfeldkomponente in der ersten Richtung x und in der zweiten Richtung y für eine hochgenaue Anwendung mindestens im Wesentlichen gleich 1 ist.
Alternativ kann der Versatz so gewählt werden, dass das Verhältnis der Amplitude der Magnetfeldkomponente in der ersten Richtung x und der Amplitude der Magnetfeldkomponente in der zweiten Richtung y an der Position des MR-Sensors 203 in einem der Bereiche 0,85 bis 1,15, 0,9 bis 1,1 oder 0,95 bis 1,05 liegt. In diesem Fall kann eine hohe Messgenauigkeit des MR-Sensors 203 erreicht werden. Ein Abbildungskalibrierungsverfahren kann mit einem nicht idealen Versatz angewandt werden, wodurch das Verhältnis der Amplitude der Magnetfeldkomponente in der ersten Richtung x und der zweiten Richtung y möglicherweise nicht 1 wird. Sie muss aber auch den Versatz ungleich Null haben.
Weitere Einzelheiten und Aspekte werden in Verbindung mit den vor- oder nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen erwähnt. Das in der linken Seite der Zeichnung von 2a gezeigte Beispiel kann ein oder mehrere optionale zusätzliche Merkmale umfassen.
3a zeigt in einer linken Zeichnung ein MR-Winkelsensorsystem 300 in einer OOS-Konfiguration gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung für eine OOS-Rotorpositionserfassungsanwendung. Die Rotorpositionserfassung ist ein System zur präzisen Messung der Rotorposition. Das MR-Winkelsensorsystem 300 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem MR-Winkelsensorsystem 200 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, das in der linken Zeichnung von 2a gezeigt ist, dadurch, dass der Magnet 301 ein Ringmagnet 301 ist, der ringförmig ist, wie in einer rechten Zeichnung von 3a gezeigt. Dabei ist das MR-Winkelsensorsystem 300 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel für die Erfassung der Rotorposition ausgebildet. Der Ringmagnet 301 kann einen Innendurchmesser von 5 mm und/oder einen Außendurchmesser von 10 mm haben. Der Magnet 301 kann eine magnetische Flussdichte von 1000 mT haben. Im Übrigen entspricht das MR-Winkelsensorsystem 300 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel dem MR-Winkelsensorsystem 200 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
3b, 3c und 3d zeigen, wie man den richtigen Versatz in diesem MR-Winkelsensorsystem 300 für die OOS-Rotorpositionserfassung wählt. 3b zeigt in einem linken Diagramm die Abhängigkeit eines Verhältnisses dx/dy einer Amplitude einer Magnetfeldkomponente Bx, By gegenüber einem Versatz 304, der mit dem MR-Winkelsensorsystem 300 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel gemessen wurde. In diesem Diagramm ist der Versatz, der die Bedingung erfüllt, dass die Amplitude der Magnetfeldkomponente Bx in der ersten Richtung x zumindest im Wesentlichen der Amplitude der Magnetfeldkomponente By in der zweiten Richtung y entspricht, mit 10 gekennzeichnet. Diese Bedingung ist erfüllt, wenn dx/dy zumindest im Wesentlichen 1 ist. Dieser Versatz 304 kann beispielsweise einen Wert von 0,91 mm haben.
3b zeigt in einem rechten Diagramm die Abhängigkeit einer Magnetfeldkomponente in einer ersten Richtung x, einer zweiten Richtung y und einer dritten Richtung z, die mit dem MR-Winkelsensorsystem 300 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel gemessen wurde, von einem Rotationswinkel. Wie in dem rechten Diagramm von 3b gezeigt ist entspricht die Amplitude der Magnetfeldkomponente Bx in der ersten Richtung x zumindest im Wesentlichen der Amplitude der Magnetfeldkomponente By in der zweiten Richtung y. Durch den gewählten Versatz wird also das Ziel erreicht, dass die Magnetfeldkomponenten Bx, By zumindest im Wesentlichen gleich groß sind. Daraus resultiert die hohe Messgenauigkeit des Rotationswinkels ra bei der OOS-Rotorpositionserfassung unter Verwendung des Kalibrierverfahrens.
3c zeigt in einem linken Diagramm eine dreidimensionale Darstellung der Magnetfeldkomponente in der ersten Richtung x, der zweiten Richtung y und einer dritten Richtung z, die mit dem MR-Winkelsensorsystem 300 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel gemessen wurde. Eine Trajektorie der Magnetfeldkomponenten in drei Dimensionen ${\vec{B}}_{x y z}$
hat die Form eines Ellipsoids, wie im linken Diagramm von 3c dargestellt. Das linke Diagramm in 3c zeigt auch eine kreisförmige Trajektorie ${\vec{B}}_{x y}$
der Magnetfeldkomponente in der ersten x- und der zweiten y-Richtung. Diese Trajektorie ist auch in einer zweidimensionalen Darstellung ${\vec{B}}_{x y}$
in einer Draufsicht in einem rechten Diagramm von 3c gezeigt. Das rechte Diagramm in 3c zeigt die Magnetfeldkomponente ${\vec{B}}_{x y}$
in der ersten Richtung x und der zweiten Richtung y, die mit dem MR-Winkelsensorsystem 300 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel gemessen wurde, die kreisförmig ist. Diese kreisförmige Trajektorie ${\vec{B}}_{x y}$
zeigt, dass die Magnetfeldkomponenten Bx, By zumindest im Wesentlichen gleich groß sind, was zu einer hohen Messgenauigkeit des Rotationswinkels ra bei der OOS-Rotorpositionserfassung führt.
3d zeigt den gemessenen Rotationswinkel mit einem optimalen Versatz 304 bei der OOS-Rotorpositionserfassung. Der optimale Versatz erreicht also das Ziel, dass die Magnetfeldkomponenten Bx, By zumindest im Wesentlichen gleich groß sind. 3d zeigt in einem linken Diagramm eine Abhängigkeit eines magnetischen Winkels oder Rotationswinkels von einem mechanischen Winkel 20 in der OOS-Konfiguration. Der magnetische Winkel wird mit dem MR-Winkelsensorsystem 300 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel gemessen. Wie im linken Diagramm von 3d zu sehen ist, ist die Abhängigkeit zwischen dem magnetischen Winkel und dem mechanischen Winkel 20 linear und hat keinen Versatz. Somit wird eine ordnungsgemäße Kalibrierung mit diesem Versatz 304 erreicht.
3d zeigt in einem rechten Diagramm eine Abhängigkeit eines Fehlers des magnetischen Winkels 30, der mit dem MR-Winkelsensorsystem 300 in der OOS-Konfiguration gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel gemessen wurde, von dem mechanischen Winkel. Wie im rechten Diagramm von 3d zu sehen ist, ist die Abhängigkeit des Fehlers des magnetischen Winkels vom mechanischen Winkel 30 polynomisch mit dem optimalen Versatz 304. So kann der MR-Sensor 303 eine hochgenaue Rotationswinkelmessung bei der OOS-Rotorpositionserfassung gemäß dieser Simulation erreichen, indem er nur eine geeignete Positionierung des Versatzes 304 hat.
Weitere Einzelheiten und Aspekte werden in Verbindung mit den vor- oder nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen erwähnt. Das in der linken Seite der Zeichnung von 3a gezeigte Beispiel kann ein oder mehrere optionale zusätzliche Merkmale umfassen.
4a zeigt einen Teil eines Fahrzeugs umfassend ein MR-Winkelsensorsystem 400 in einer OOS-SBW- (shift by wire) Anwendung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung. Shift-by-wire ist ein System, mit dem die Getriebemodi in einem Auto durch elektronische Steuerungen ohne irgendeine mechanische Verbindung zwischen Gangschalthebel und Getriebe geändert werden können. Dies kann den Platzbedarf für die Unterbringung der mechanischen Verbindungen zwischen dem Schalthebel und dem Getriebe verringern und ein müheloses Schalten per Knopfdruck oder über Knöpfe ermöglichen. Durch den Wegfall dieser Verbindung muss der Fahrer bei der Gangwahl möglicherweise keine Kraft mehr aufwenden. Das MR-Winkelsensorsystem 400 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von den MR-Winkelsensorsystemen 200, 300 gemäß dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel dadurch, dass es für SBW-Anwendungen ausgebildet ist. Außerdem umfasst das MR-Winkelsensorsystem 400 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel eine Rotationswelle, die die Rotationskomponente 402 bildet. Bei der Rotationswelle kann es sich um eine Nockenwelle, eine Kurbelwelle, eine Lenkwelle oder eine Welle eines Human Interface Controllers (Steuerung einer Menschliche-Schnittstelle) handeln. Dabei können verschiedene Rotationswellen, geeignet für unterschiedliche Anwendungen, bereitgestellt werden. Der Magnet 401 kann scheibenförmig sein und an einem Ende der Rotationswelle 402 angeordnet sein. Die Rotationsachse R der Rotationswelle kann parallel zur Längsrichtung der Rotationswelle verlaufen. Im Übrigen entspricht das MR-Winkelsensorsystem 400 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel dem MR-Winkelsensorsystem 200 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
Auch dieses MR-Winkelsensorsystem 400 benötigt den Versatz, um das Ziel zu erreichen, dass die Magnetfeldkomponenten Bx, By zumindest im Wesentlichen gleich groß sind. Daraus resultiert die hohe Messgenauigkeit des Rotationswinkels ra bei Verwendung des Kalibrierungsverfahrens im OOS SBW.
Weitere Einzelheiten und Aspekte werden in Verbindung mit den vor- oder nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen erwähnt. Das in 4a gezeigte Beispiel kann ein oder mehrere optionale zusätzliche Merkmale umfassen.
Die Aspekte und Merkmale, die im Zusammenhang mit einem bestimmten der vorherigen Beispiele beschrieben sind, können auch mit einem oder mehreren der weiteren Beispiele kombiniert werden, um ein identisches oder ähnliches Merkmal dieses weiteren Beispiels zu ersetzen oder um das Merkmal in das weitere Beispiel zusätzlich einzuführen.
Die folgenden Ansprüche werden hiermit in die detaillierte Beschreibung aufgenommen, wobei jeder Anspruch als getrenntes Beispiel für sich stehen kann. Ferner ist zu beachten, dass, obwohl ein abhängiger Anspruch sich in den Ansprüchen auf eine bestimmte Kombination mit einem oder mehreren anderen Ansprüchen bezieht, andere Beispiele auch eine Kombination des abhängigen Anspruchs mit dem Gegenstand jedes anderen abhängigen oder unabhängigen Anspruchs umfassen können. Solche Kombinationen werden hiermit explizit vorgeschlagen, sofern nicht im Einzelfall angegeben ist, dass eine bestimmte Kombination nicht beabsichtigt ist.

Claims

Ein magnetoresistives, MR, Winkelsensorsystem (200, 300, 400) zum Messen eines Rotationswinkels einer Rotationskomponente (202, 302, 402) in einer Konfiguration außerhalb der Welle, OOS, das MR-Winkelsensorsystem (200, 300, 400) umfassend: einen Magneten (201, 301, 401), der an der Rotationskomponente (202, 302, 402) befestigt ist, und einen magnetoresistiven, MR, Sensor (203, 303, 403), wobei eine sensible Ebene des MR-Sensors (203, 303, 403) mit einem Versatz zu der Mitte des Magneten (201, 301, 401) in einer Versatzrichtung positioniert ist.
Das MR-Winkelsensorsystem (200, 300, 400) gemäß Anspruch 1, wobei der MR-Sensor (203, 303, 403) für Magnetfeldkomponenten in mindestens einer ersten Richtung (x) und einer zweiten Richtung (y) senkrecht zur ersten Richtung (x) sensibel ist, wobei die erste (x) und zweite Richtung (y) die sensible Ebene des MR-Sensors (203, 303, 403) bilden.
Das MR-Winkelsensorsystem (200, 300, 400) gemäß Anspruch 2, wobei die erste Richtung (x) und die zweite Richtung (y) senkrecht zu einer Richtung zwischen den Magnetpolen des Magneten (201, 301, 401) verlaufen.
Das MR-Winkelsensorsystem (200, 300, 400) gemäß Anspruch 2, wobei die erste Richtung (x) oder die zweite Richtung (y) parallel zu einer Richtung zwischen den Magnetpolen des Magneten (201, 301, 401) ist.
Das MR-Winkelsensorsystem (200, 300, 400) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei der Versatz so gewählt ist, dass das Verhältnis der Amplitude der Magnetfeldkomponente (Bx) in der ersten Richtung (x) und der Amplitude der Magnetfeldkomponente (By) in der zweiten Richtung (y) in einem der Bereiche 0,85 bis 1,15; 0,9 bis 1,1 oder 0,95 bis 1,05 an der Position des MR-Sensors (203, 303, 403) liegt.
Das MR-Winkelsensorsystem (200, 300, 400) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Versatz so gewählt ist, dass die Amplitude der Magnetfeldkomponente (Bx) in der ersten Richtung (x) im Wesentlichen der Amplitude der Magnetfeldkomponente (By) in der zweiten Richtung (y) entspricht.
Das MR-Winkelsensorsystem (200, 300, 400) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Versatzrichtung parallel zu der Rotationsachse der Rotationskomponente (202, 302, 402) verläuft.
Das MR-Winkelsensorsystem (200, 300, 400) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Magnetpole des Magneten (201, 301, 401) schwenkbar ausgebildet sind.
Das MR-Winkelsensorsystem (200, 300, 400) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Richtung zwischen den Magnetpolen des Magneten (201, 301, 401) im Wesentlichen senkrecht zu der Rotationsachse verläuft.
Das MR-Winkelsensorsystem (200, 300, 400) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der MR-Sensor (203, 303, 403) einer ist aus einem anisotropen Magnetowiderstandssensor; einem Riesenmagnetowiderstandssensor; oder einem Tunnelmagnetowiderstandssensor.
Das MR-Winkelsensorsystem (200, 300, 400) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner eine Schaltungsanordnung umfasst, die so ausgebildet ist, dass sie Informationen über die vom MR-Sensor (203, 303, 403) gemessenen Magnetfeldkomponenten (Bx, By) empfängt und eine Richtung des Magneten (201, 301, 401) auf der Grundlage der Informationen über die gemessenen Magnetfeldkomponenten (Bx, By) bestimmt.
Das MR-Winkelsensorsystem (200, 300, 400) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend: eine Rotationswelle, die die Rotationskomponente (202, 302, 402) bildet.
Das MR-Winkelsensorsystem (200, 300, 400) gemäß Anspruch 12, wobei es sich bei der Rotationswelle (202, 302, 402) um eine Nockenwelle, eine Kurbelwelle, eine Lenkwelle oder eine Welle eines Human Interface Controllers handelt.
Ein Fahrzeug umfassend ein MR-Winkelsensorsystem (200, 300, 400) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.