DE102022211548A1

DE102022211548A1 - Magnetfeldbasierte positionsbestimmungsvorrichtung und verfahren zur magnetfeldbasierten positionsbestimmung

Info

Publication number: DE102022211548A1
Application number: DE102022211548.1A
Authority: DE
Inventors: Richard Heinz; Stephan Leisenheimer
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2022-10-31
Filing date: 2022-10-31
Publication date: 2024-05-02
Also published as: US20240142273A1; CN117948871A

Abstract

Hierin beschrieben ist eine magnetfeldbasierte Positionsbestimmungsvorrichtung (100) mit einer Sensorvorrichtung (120) mit mindestens zwei, im Abstand dx, voneinander beabstandet angeordneten Magnetfeldsensoren (121, 122), und mit einem relativ zur Sensorvorrichtung (120) beweglichen Magneten (110). Jeder der beiden Magnetfeldsensoren (121, 122) ausgestaltet ist, um das vom Magneten (110) ausgehende Magnetfeld in zumindest einer ersten Raumrichtung und einer unterschiedlichen zweiten Raumrichtung zu messen und basierend hierauf jeweils einen Magnetfeldvektor-Winkel α, β zu ermitteln, wobei der erste Magnetfeldsensor (121) einen ersten Magnetfeldvektor-Winkel α ermittelt und wobei der zweite Magnetfeldsensor (122) einen zweiten Magnetfeldvektor-Winkel β ermittelt. Die Sensorvorrichtung (120) ist ausgestaltet, um basierend auf den ermittelten Magnetfeldvektor-Winkeln α, β und dem Abstand dxder beiden Magnetfeldsensoren (121, 122) zueinander die aktuelle Position des Magneten (110) relativ zur Sensorvorrichtung (120) zu bestimmen (position = f (α, β, dx)).

Description

Das hierin beschriebene innovative Konzept betrifft eine Positionsbestimmungsvorrichtung sowie ein Verfahren zur Positionsbestimmung mittels Magnetfeldsensoren. Die Vorrichtung sowie das Verfahren können im industriellen Umfeld oder auch im Heimanwenderbereich zum Einsatz kommen.
Ein bekanntes Beispiel für eine magnetfeldbasierte Positionsbestimmung ist die Messung einer Linearbewegung bzw. einer Linearposition. Dabei wird ein Magnet entlang eines Linearpfads an einem Magnetfeldsensor vorbeibewegt, der basierend auf dem gemessenen Magnetfeld die aktuelle Position des Magneten bestimmt. Das Magnetfeld ist ein Vektorfeld, weshalb es sich anbietet, die Positionsbestimmung des Magneten über eine Messung des sogenannten Magnetfeldvektor-Winkels zu realisieren. Dies bezeichnet den Winkel, in dem der Magnetfeldvektoren auf den Magnetfeldsensor auftreffen. Je nach Position des Magneten treffen die Magnetfeldvektoren in unterschiedlichen Magnetfeldvektor-Winkeln auf den Magnetfeldsensor auf.
Ein Vorteil derartiger Vorrichtungen besteht darin, dass die Messung des Magnetfeldwinkels nur vom Auftreffwinkel der Magnetfeldvektoren, nicht jedoch von der absoluten Feldstärke des Magneten abhängig ist. Diese Form der magnetfeldbasierten Positionsbestimmung ist daher sehr robust und unanfällig gegenüber Magnetfeldschwankungen, d.h. Änderungen der Magnetfeldstärke oder der Sensitivität des Magnetfeldsensors haben keine Auswirkung auf die Messergebnisse.
Der entlang des Linearpfads bewegliche Magnet bewegt sich in einem bestimmten Abstand am Magnetfeldsensor vorbei. Dieser Abstand wird auch als Luftspalt bzw. Airgap bezeichnet. Im Gegensatz zur Magnetfeldstärke führt eine Variation des Airgaps hingegen sehr wohl zu verfälschten Messergebnissen, was zu Ungenauigkeiten in der Positionsbestimmung führen kann. Der Airgap sollte daher möglichst unveränderlich sein. Je nach Anwendungsfall ist dies aber nicht immer möglich, z.B. aufgrund von konstruktionsbedingten Toleranzen oder von Ungenauigkeiten beim Ein- und Ausbau durch den Endanwender.
Ein praxisnahes Beispiel wäre die Brühgruppe eines Kaffeeautomaten. Die Brühgruppe kann sich während der Kaffeezubereitung auf und ab bewegen. Ein an der Brühgruppe montierter Magnet bewegt sich dabei an einem unbeweglich montierten Magnetfeldsensor vorbei. Der Magnetfeldsensor und der an der Brühgruppe montierte Magnet weisen dabei einen vorgegebenen Abstand zueinander auf. Der Anwender kann nun die Brühgruppe, beispielsweise zum Zwecke der Reinigung, aus der Maschine entnehmen. Wenn der Anwender anschließend die Brühgruppe nicht wieder ganz exakt einsetzt, kann es zu Ausrichtungsfehlern kommen, sodass der Abstand zwischen dem Magneten und dem Magnetfeldsensor im Vergleich zum vorherigen Zustand abweicht. Dies führt zu Abweichungen in der Positionsbestimmung der Brühgruppe, was im besten Fall zu Aromaeinbußen im aufgebrühten Kaffee, im schlechtesten Falle jedoch zum Ausfall des Kaffeeautomaten führen kann.
Es wäre daher wünschenswert bestehende magnetfeldbasierte Positionsbestimmungsvorrichtungen dahingehend zu verbessern, dass sie robuster gegenüber Veränderungen des Airgaps sind und dadurch zuverlässigere Messergebnisse liefern.
Dies kann erreicht werden mit einer magnetfeldbasierten Positionsbestimmungsvorrichtung sowie mit einem entsprechenden Verfahren zur magnetfeldbasierten Positionsbestimmung gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Weitere Ausführungsformen und vorteilhafte Aspekte der magnetfeldbasierten Positionsbestimmungsvorrichtung sowie des entsprechenden Verfahrens sind in den jeweils abhängigen Patentansprüchen genannt.
Gemäß dem hierin beschriebenen innovativen Konzepts wird eine magnetfeldbasierte Positionsbestimmungsvorrichtung vorgeschlagen, die unter anderem eine Sensorvorrichtung mit mindestens zwei, im Abstand d, voneinander beabstandet angeordneten Magnetfeldsensoren aufweist. Außerdem weist die Positionsbestimmungsvorrichtung einen relativ zur Sensorvorrichtung beweglichen Magneten auf. Jeder der beiden Magnetfeldsensoren ist dazu ausgestaltet, um das vom Magneten ausgehende Magnetfeld in zumindest einer ersten Raumrichtung (z.B. z-Richtung) und einer unterschiedlichen zweiten Raumrichtung (z.B. x-Richtung) zu messen und basierend hierauf jeweils einen Magnetfeldvektor-Winkel zu ermitteln, wobei der erste Magnetfeldsensor einen ersten Magnetfeldvektor-Winkel α ermittelt und wobei der zweite Magnetfeldsensor einen zweiten Magnetfeldvektor-Winkel β ermittelt. Die Sensorvorrichtung ist dazu ausgestaltet, um basierend auf den ermittelten Magnetfeldvektor-Winkeln α, β und dem Abstand d der beiden Magnetfeldsensoren zueinander die aktuelle Position des Magneten relativ zur Sensorvorrichtung zu bestimmen (position = f (α, β, d)).
Das hierin beschriebene innovative Konzept schlägt außerdem ein entsprechendes Verfahren zur Positionsbestimmung mittels einer magnetfeldbasierten Positionsbestimmungsvorrichtung vor. Das Verfahren weist dabei unter anderem einen Schritt des Bereitstellens einer Sensorvorrichtung mit mindestens zwei, im Abstand d, voneinander beabstandet angeordneten Magnetfeldsensoren auf. Ein weiterer Schritt beinhaltet das Bereitstellen eines relativ zur Sensorvorrichtung beweglichen Magneten. Verfahrensgemäß wird mittels der einzelnen Magnetfeldsensoren das vom Magneten ausgehenden Magnetfeld gemessen, und zwar in jeweils zumindest einer ersten Raumrichtung (z.B. z-Richtung) und einer davon unterschiedlichen zweiten Raumrichtung (z.B. x-Richtung). Basierend auf diesem Messergebnis wird dann jeweils ein Magnetfeldvektor-Winkel ermittelt, wobei ein erster Magnetfeldvektor-Winkel α mittels des ersten Magnetfeldsensors ermittelt wird, und wobei ein zweiter Magnetfeldvektor-Winkel β mittels des zweiten Magnetfeldsensors ermittelt wird. Die aktuelle Position des Magneten relativ zur Sensorvorrichtung wird dann basierend auf den ermittelten Magnetfeldvektor-Winkeln α, β und dem Abstand d der beiden Magnetfeldsensoren zueinander bestimmt (position = f (α, β, d)).
Einige Ausführungsbeispiele sind exemplarisch in der Zeichnung dargestellt und werden nachstehend erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische seitliche Ansicht einer konventionellen magnetfeldbasierten Positionsbestimmungsvorrichtung,
2A eine schematische Draufsicht auf eine konventionelle magnetfeldbasierte Positionsbestimmungsvorrichtung,
2B ein schematisches Diagramm zur Darstellung der Magnetfeldstärken, wie sie mittels der in 2A gezeigten Positionsbestimmungsvorrichtung gemessen werden,
2C den bei der Messung entstehenden Messfehler, der vom Airgap zwischen dem Magneten und der Sensorvorrichtung aus 2A abhängt,
3A, 3B jeweils schematische seitliche Ansichten einer magnetfeldbasierten Positionsbestimmungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel,
4 ein schematisches Diagramm zur Darstellung des Airgap-unabhängigen Messfehlers bei einem Pitch von 10 mm,
5 ein schematisches Diagramm zur Darstellung des Airgap-unabhängigen Messfehlers bei einem Pitch von 2 mm, und
6 ein schematisches Blockdiagramm eines Verfahrens gemäß dem hierin beschriebenen innovativen Konzept.

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele mit Bezug auf die Figuren näher beschrieben, wobei Elemente mit derselben oder ähnlichen Funktion mit denselben Bezugszeichen versehen sind.
Verfahrensschritte, die im Rahmen der vorliegenden Offenbarung abgebildet bzw. beschrieben sind, können auch in einer anderen als der abgebildeten beziehungsweise beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden. Außerdem sind Verfahrensschritte, die ein bestimmtes Merkmal einer Vorrichtung betreffen mit ebendiesem Merkmal der Vorrichtung austauschbar, was ebenso anders herum gilt.
1 zeigt zunächst einführend das Grundkonzept einer konventionellen magnetfeldbasierten Positionsbestimmungsvorrichtung mit einem Magneten 10 und einem davon (z.B. in z-Richtung) beabstandeten Magnetfeldsensor 20. Der Magnet 10 kann relativ zum Magnetfeldsensor 20 entlang eines Linearpfads 30 (z.B. in x-Richtung) hin und her bewegt werden.
Der Magnetfeldsensor 20 misst das vom Magneten 10 ausgehende Magnetfeld. Das Magnetfeld ist ein Vektorfeld, wobei die Magnetfeldlinien bzw. die Magnetfeldvektoren in Form von Strichlinien dargestellt sind. Die Magnetfeldvektoren treffen in einem bestimmten Winkel α auf dem Magnetfeldsensor 20 auf, wobei dieser Winkel α vom Magnetfeldsensor 20 gemessen werden kann. Der Winkel α wird hierin auch als Magnetfeldvektor-Winkel bezeichnet, und dessen Berechnung wird später näher beschrieben.
Wie nun in 1 zu sehen ist, kann der Abstand (z.B. in z-Richtung) zwischen dem Magneten 10 und dem Magnetfeldsensor 20 variieren, was anhand des Doppelpfeils 40 angedeutet ist. Wie eingangs erwähnt wurde, wird dieser Abstand zwischen dem Magneten 10 und dem Magnetfeldsensor 20 auch als Luftspalt oder Airgap bezeichnet.
Eine Veränderung des Airgaps führt nun dazu, dass die Magnetfeldlinien bzw. die Magnetfeldvektoren in unterschiedlichen Winkeln α auf dem Magnetfeldsensor 20 auftreffen. In der in 1 gezeigten Position des Magneten 10 treffen die Magnetfeldvektoren in einem bestimmten Winkel α₂ auf dem Magnetfeldsensor 20 auf. Wird nun der Airgap verkleinert, d.h. rückt der Magnet 10 näher an den Magnetfeldsensor 20 heran, so verschieben sich mit dem Magneten 10 auch dessen Magnetfeldlinien bzw. Magnetfeldvektoren. In dem hier gezeigten Beispiel würden dann die oberen Magnetfeldlinien unter dem eingezeichneten Winkel α₁ auf dem Magnetfeldsensor 20 auftreffen, wobei gilt α₁ < α₂. Das heißt, eine Veränderung des Airgaps (dargestellt durch den Doppelpfeil 40) führt zu einer entsprechenden Verschiebung der den Magnetfeldsensor 20 durchdingenden Magnetfeldlinien (dargestellt durch den Doppelpfeil 50).
In der Praxis führt dies zu teils nicht unerheblichen Abweichungen der Messergebnisse. Unter Bezugnahme auf die 2A bis 2C wird ein Beispiel diskutiert, dass die Abhängigkeit der Messdaten vom Airgap verdeutlichen soll.
In 2A ist ein Messaufbau mit einem Magneten 10 und einem Magnetfeldsensor 20 gezeigt. Der Magnet 10 ist entlang der x-Achse zwischen 0 mm und 15 mm entlang eines Linearpfads 30 relativ zum Magnetfeldsensor 20 beweglich. Der Magnet 10 ist dabei in z-Richtung vom Magnetfeldsensor 20 beabstandet. Diese Beabstandung in z-Richtung entspricht dem zuvor diskutierten Airgap.
Der Magnetfeldsensor 20 misst nun über den gesamten Verfahrweg (z.B. zwischen 0 mm und 15 mm) das vom Magneten 10 ausgehende Magnetfeld in x-Richtung (Bx), in y-Richtung (By) sowie in z-Richtung (Bz). 2B zeigt die gemessenen Magnetfelder Bx, By, Bz bei unterschiedlichen Airgaps. Die Kurve 11 zeigt den Verlauf der in z-Richtung gemessenen Feldstärke Bz über den Verfahrweg (0 mm bis 15 mm) bei einem Airgap von 11,5 mm.
Die Kurve 12 zeigt im Vergleich hierzu den Verlauf der in z-Richtung gemessenen Feldstärke Bz über den Verfahrweg (0 mm bis 15 mm) bei einem Airgap von 10 mm. Da der Magnet 10 hier näher am Magnetfeldsensor 20 ist, wird über den gesamten Verfahrweg eine im Vergleich zur Kurve 11 erhöhte Magnetfeldstärke Bz gemessen.
Die Kurve 13 zeigt im Vergleich hierzu den Verlauf der in z-Richtung gemessenen Feldstärke Bz über den Verfahrweg (0 mm bis 15 mm) bei einem Airgap von 13 mm. Da der Magnet 10 hier weiter vom Magnetfeldsensor 20 entfernt ist, wird über den gesamten Verfahrweg eine im Vergleich zur Kurve 11 reduzierte Magnetfeldstärke Bz gemessen.
Analog hierzu verhält sich auch der Verlauf der in x-Richtung gemessenen Magnetfeldstärke Bx. So zeigt die Kurve 14 beispielsweise den Verlauf der in x-Richtung gemessenen Feldstärke Bx über den Verfahrweg (0 mm bis 15 mm) bei einem Airgap von 11,5 mm.
Die Kurve 15 zeigt im Vergleich hierzu den Verlauf der in x-Richtung gemessenen Feldstärke Bx über den Verfahrweg (0 mm bis 15 mm) bei einem Airgap von 10 mm. Da der Magnet 10 hier näher am Magnetfeldsensor 20 ist, wird über den gesamten Verfahrweg eine im Vergleich zur Kurve 14 erhöhte Magnetfeldstärke Bx gemessen.
Die Kurve 16 zeigt im Vergleich hierzu den Verlauf der in x-Richtung gemessenen Feldstärke Bx über den Verfahrweg (0 mm bis 15 mm) bei einem Airgap von 13 mm. Da der Magnet 10 hier weiter vom Magnetfeldsensor 20 entfernt ist, wird über den gesamten Verfahrweg eine im Vergleich zur Kurve 14 reduzierte Magnetfeldstärke Bx gemessen.
Die Kurve 17 bildet den Verlauf der in y-Richtung gemessenen Magnetfeldstärke By ab. Da sich der Magnet 10 nicht in y-Richtung bewegt, ändert sich die Magnetfeldstärke By nicht bzw. bleibt gleich. Die Magnetfeldstärke in y-Richtung kann daher unberücksichtigt bleiben bzw. zu Null gesetzt werden.
Die in x-Richtung gemessene Magnetfeldstärke Bx und die in z-Richtung gemessene Magnetfeldstärke Bz können nun mittels entsprechender trigonometrischer Funktionen miteinander verknüpft werden, um hierüber den Magnetfeldvektor-Winkel α zu berechnen. Die genaue Berechnung des Magnetfeldvektor-Winkels α wird nachfolgend noch näher beschrieben.
In dem in 2C abgebildeten Diagramm sind nun die berechneten Magnetfeldvektor-Winkel α eingezeichnet. Auf der y-Achse sind die über die Magnetfeldstärke Bx, Bz berechneten Magnetfeldvektor-Winkel α angegeben, die auf eine entsprechende Linearposition des Magneten (x-Achse) gemapped sind. Das heißt, jeder Wert des berechneten Magnetfeldvektor-Winkels α entspricht genau einem Wert, der die aktuelle Ist-Position des Magneten 10 relativ zum Magnetfeldsensor 20 angibt.
Die Kurve 21 zeigt den Verlauf des berechneten Magnetfeldvektor-Winkels α über den gesamten Verfahrweg bei dem zuvor (2B) erwähnten Airgap von 11,5 mm. Die Kurve 22 zeigt den Verlauf des Magnetfeldvektor-Winkels α bei dem größeren Airgap von 13,5 mm. Die Kurve 23 zeigt den Verlauf des Magnetfeldvektor-Winkels α bei dem kleineren Airgap von 10 mm.
Wie zu sehen ist, entspricht beispielsweise ein Magnetfeldvektor-Winkel von α = 0° einer Linearposition von 0. Hier liegen alle drei Kurven 21, 22, 23 auf demselben Punkt, was u.a. dadurch zu erklären ist, dass der Magnet 10 dem Magnetfeldsensor 20 genau gegenübersteht, sodass die Magnetfeldvektoren den Magnetfeldsensor 20 im Wesentlichen senkrecht durchsetzen.
Je weiter sich der Magnet 10 vom Magnetfeldsensor 20 wegbewegt, desto mehr weichen die Messergebnisse voneinander ab. So entspricht beispielsweise bei einem Airgap von 11,5 mm ein berechneter Magnetfeldvektor-Winkel α = 30° einer aktuellen Ist-Position des Magneten 10 von ca. 5 mm (siehe Kurve 21). Bei einem größeren Airgap, hier 13,5 mm, entspricht derselbe Magnetfeldvektor-Winkel α = 30° jedoch einer aktuellen Ist-Position des Magneten 10 von ca. 5,7 mm (siehe Kurve 22). Bei einem kleineren Airgap, hier 10 mm, entspricht derselbe Magnetfeldvektor-Winkel α = 30° wiederum einer aktuellen Ist-Position des Magneten 10 von ca. 4,4 mm (siehe Kurve 23).
Daraus ist zu erkennen, dass unterschiedliche Airgaps mit einer Differenz von nur wenigen Millimetern (z.B. ± 1,5 mm) bereits zu Messabweichungen im Bereich von ca. 10% führen. Da die Position des Magneten 10 basierend auf dem gemessenen Magnetfeldvektor-Winkel α bestimmt wird, weicht demnach auch die gemessene Position des Magneten 10 um ca. 10% von der tatsächlichen Ist-Position des Magneten 10 ab.
Zur Lösung dieses Problems wird gemäß dem hierin beschriebenen innovativen Konzept eine magnetfeldbasierte Positionsbestimmungsvorrichtung sowie ein Verfahren zur Positionsbestimmung mittels einer solchen magnetfeldbasierten Positionsbestimmungsvorrichtung vorgeschlagen.
Die 3A und 3B zeigen ein nicht-limitierendes Ausführungsbeispiel einer solchen magnetfeldbasierten Positionsbestimmungsvorrichtung 100. Die magnetfeldbasierte Positionsbestimmungsvorrichtung 100 ist vom Aufbau her ähnlich zu der unter Bezugnahme auf 1 beschriebenen Positionsbestimmungsvorrichtung.
Ein wesentlicher Unterschied besteht jedoch darin, dass hier zwei Magnetfeldsensoren 121, 122 vorgesehen sind. Genauer gesagt, weist die magnetfeldbasierte Positionsbestimmungsvorrichtung 100 eine Sensorvorrichtung 120 mit einem ersten Magnetfeldsensor 121 und einem zweiten Magnetfeldsensor 122 auf.
Die beiden Magnetfeldsensoren 121, 122 können auf einem gemeinsamen Substrat 150 angeordnet sein. Bei dem Substrat 150 kann es sich beispielsweise um eine Leiterplatte, z.B. in Form eines PCBs (PCB: Printed Circuit Board - Bedruckte Leiterplatte), handeln. In diesem Falle könnten die beiden Magnetfeldsensoren 121, 122 als diskrete Komponenten aufgebaut sein. Alternativ wäre es denkbar, dass das Substrat 150 in Form eines Halbleitersubstrats, z.B. als ein Silizium-Substrat, ausgestaltet ist. In diesem Falle könnten die beiden Magnetfeldsensoren 121, 122 monolithisch in dem Halbleitersubstrat integriert sein.
Die Magnetfeldsensoren 121, 122 sind im Abstand d_x zueinander beabstandet angeordnet. Dieser Abstand d_x zwischen den beiden Magnetfeldsensoren 121, 122 wird auch als Pitch bezeichnet. Der Abstand d_x entspricht einer, in Bezug auf die Substratebene, lateralen Beabstandung, d.h. die beiden Magnetfeldsensoren 121, 122 sind auf dem Substrat 150 seitlich bzw. lateral voneinander beabstandet. In den 3A und 3B ist beispielhaft ein Koordinatensystem eingezeichnet. Die beiden Magnetfeldsensoren 121, 122 sind hier in x-Richtung, d.h. horizontal, voneinander beabstandet.
Die magnetfeldbasierte Positionsbestimmungsvorrichtung 100 weist einen Magneten 110 auf, der relativ zu den beiden Magnetfeldsensoren 121, 122 beweglich ist. Der Magnet 110 kann beispielsweise entlang eines Linearpfads 130 beweglich sein, d.h. der Magnet 110 kann sich linear, vorzugsweise vor und zurück, bewegen. Der Magnet 110 kann also eine Linearbewegung ausführen, die unter anderem dadurch gekennzeichnet ist, dass sich ein Objekt (hier: der Magnet 110) geradlinig auf kürzestem Wege zwischen zwei Punkten bewegt. Die Linearbewegung kann beispielsweise in genau einer Raumrichtung stattfinden. Es wäre aber ebenso denkbar, dass sich der Magnet 110 auf einer Kreisbahn, oder aber auch auf einer beliebigen räumlichen Bahn, an den beiden Magnetfeldsensoren 121, 122 vorbeibewegt. Wichtig hierbei ist lediglich, dass die Magnetfeldlinien des Magneten 110 die beiden Magnetfeldsensoren 121, 122 durchsetzen.
Wie in den 3A und 3B gezeigt ist, kann sich der Magnet 110 beispielsweise linear über beide Magnetfeldsensoren 121, 122 hinweg bewegen. Gemäß dem hier beispielhaft eingezeichneten Koordinatensystem kann sich der Magnet 110 beispielsweise in x-Richtung bewegen. Damit sich der Magnet 110 über beide Magnetfeldsensoren 121, 122 hinwegbewegen kann, können die beiden Magnetfeldsensoren 121, 122 in derselben Richtung voneinander beabstandet sein, in der sich auch der Magnet 110 bewegt. Das heißt, die beiden Magnetfeldsensoren 121, 122 können ebenfalls in x-Richtung voneinander beabstandet sein.
In einer Richtung senkrecht zum Linearpfad 130 bzw. zur Bewegungsrichtung des Magneten 110 kann der Magnet 110 räumlich von den beiden Magnetfeldsensoren 121, 122 beabstandet sein. In dem hier gezeigten Beispiel kann der Magnet 110 demnach in z-Richtung, d.h. vertikal, von den beiden Magnetfeldsensoren 121, 122 beabstandet sein. Dieser Abstand d_z entspräche dem zuvor beschriebenen Luftspalt bzw. Airgap 160 zwischen dem Magneten 110 und den Magnetfeldsensoren 121, 122. Auch hier kann der Magnet 110, beispielsweise aufgrund von Montagetoleranzen, einen veränderlichen Airgap 160 aufweisen, was anhand des Pfeils mit dem Bezugszeichen 140 symbolisiert ist.
Jeder der beiden Magnetfeldsensoren 121, 122 kann ausgestaltet sein, um das vom Magneten 110 ausgehende Magnetfeld in mindestens zwei Raumrichtungen zu detektieren. Derartige Magnetfeldsensoren 121, 122 werden auch als 2D-Sensoren bezeichnet. Es wäre aber auch denkbar, dass die beiden Magnetfeldsensoren 121, 122 das Magnetfeld jeweils in allen drei Raumrichtungen messen können. Derartige Magnetfeldsensoren 121, 122 können wiederum als 3D-Sensoren bezeichnet werden.
Die Magnetfeldsensoren 121, 122 können beispielsweise als Hallsensoren, z.B. in Form von 3D-Hallsensoren, ausgestaltet sein. Alternativ wäre es denkbar, dass die beiden Sensoren als magnetoresistive Sensoren, die auch als xMR-Sensoren bezeichnet werden, ausgestaltet sind.
In 3A ist beispielhaft das Magnetfeld Bx parallel zur Bewegungsrichtung 130 des Magneten 110 sowie das Magnetfeld Bz senkrecht zur Bewegungsrichtung 130 des Magneten 110 gezeigt. Diese beiden Magnetfelder Bx, Bz erfahren eine messbare Änderung bei einer Bewegung des Magneten 110.
So kann beispielweise der erste Magnetfeldsensor 121, 122 ausgestaltet sein, um ein erstes Magnetfeld Bx1 parallel (z.B. in x-Richtung) zur Bewegungsrichtung 130 des Magneten 110, sowie ein zweites Magnetfeld Bz1 senkrecht (z.B. in z-Richtung) zur Bewegungsrichtung 130 des Magneten 110 zu messen.
Analog hierzu kann der zweite Magnetfeldsensor 122 ausgestaltet sein, um ein drittes Magnetfeld Bx2 parallel (z.B. in x-Richtung) zur Bewegungsrichtung 130 des Magneten 110, sowie ein viertes Magnetfeld Bz2 senkrecht (z.B. in z-Richtung) zur Bewegungsrichtung 130 des Magneten 110 zu messen.
Der erste Magnetfeldsensor 121 kann ausgestaltet sein, um basierend auf dem ersten Magnetfeld Bx1 und dem zweiten Magnetfeld Bz1 einen ersten Magnetfeldvektor-Winkel α zu berechnen. Hierfür kann der erste Magnetfeldsensor 121 die jeweils gemessenen Magnetfelder Bx1 und Bz1 über eine trigonometrische Funktion miteinander in Beziehung setzen. Beispielsweise kann der erste Magnetfeldvektor-Winkel α wie folgt unter Anwendung der Arcustangens-Funktion berechnet werden: $α = a t a n 2 (B x 1, B z 1)$
Selbiges gilt für den zweiten Magnetfeldsensor 122. Dieser kann ausgestaltet sein, um basierend auf dem dritten Magnetfeld Bx2 und dem vierten Magnetfeld Bz2 einen zweiten Magnetfeldvektor-Winkel β zu berechnen. Hierfür kann der zweite Magnetfeldsensor 122 die jeweils gemessenen Magnetfelder Bx2 und Bz2 über eine trigonometrische Funktion miteinander in Beziehung setzen. Beispielsweise kann der zweite Magnetfeldvektor-Winkel ,β wie folgt unter Anwendung der Arcustangens-Funktion berechnet werden: $β = a t a n 2 (B x 2, B z 2)$
Die beiden berechneten Magnetfeldvektor-Winkel α, β sind in 3B dargestellt. Hier ist zu erkennen, dass der erste Magnetfeldsensor 121 im Winkel er von den Magnetfeldlinien durchsetzt wird, und dass der zweite Magnetfeldsensor 122 im Winkel β von den Magnetfeldlinien durchsetzt wird. Wie eingangs erwähnt, handelt es sich bei einem Magnetfeld um ein Vektorfeld, sodass die Richtung der Magnetfeldlinien ermittelt werden kann. Aus diesem Grund werden diese Winkel α, β auch als Magnetfeldvektor-Winkel bezeichnet. Die jeweiligen Magnetfeldvektor-Winkel α, β geben demnach an, in welchem Winkel die Magnetfeldlinien den jeweiligen Magnetfeldsensor 121, 122 durchsetzen. Dies ändert sich in Abhängigkeit der Position des Magneten 110 relativ zu den Magnetfeldsensoren 121, 122.
Die magnetfeldbasierte Positionsbestimmungsvorrichtung 100 kann die aktuelle Ist-Position des beweglichen Magneten 110 basierend auf den beiden Magnetfeldvektor-Winkeln α, β bestimmen. Die Position des Magneten 110 kann dabei ermittelt werden als Funktion der beiden Magnetfeldvektorwinkel α, β gemäß: $p o s i t i o n = f (α, β)$
Gemäß dem hierin beschriebenen innovativen Konzept ist die magnetfeldbasierte Positionsbestimmungsvorrichtung 100 dazu ausgestaltet, um die aktuelle Ist-Position des beweglichen Magneten 110 basierend auf den beiden Magnetfeldvektor-Winkeln α, β und dem Pitch, d.h. dem Abstand d_x zwischen den beiden Magnetfeldsensoren 121, 122, zu bestimmen. Das heißt, die aktuelle Position des Magneten 110 kann bestimmt werden als eine Funktion der Magnetfeldvektor-Winkel α, β und des Pitches d_x, gemäß: $p o s i t i o n = f (α, β, d x)$
Das bedeutet, dass die Position des Magneten 110 unabhängig von dessen Magnetfeldstärke und/oder dessen Geometrie ermittelt werden kann. Vielmehr noch geht hier der vertikale Abstand d_z zwischen dem Magneten 110 und den Magnetfeldsensoren 121, 122 nicht in die Gleichung mit ein. Das heißt, die Position des Magneten 100 kann unabhängig vom Airgap 160 ermittelt werden.
Dies bietet in der Praxis entscheidende Vorteile, denn zum einen kann der Pitch zwischen zwei Magnetfeldsensoren 121, 122 sehr exakt gemessen werden, und zum anderen entfällt die Notwendigkeit einer Kalibrierung des eingestellten Airgaps 160.
Die aktuelle Ist-Position des Magneten 110 relativ zu den Magnetfeldsensoren 121, 122 der Sensoranordnung 120 kann nun beispielsweise mittels Triangulation ermittelt werden. Die Triangulation kann basierend auf den ermittelten Magnetfeldvektor-Winkeln α, β und dem Abstand d_x zwischen den Magnetfeldsensoren 121,122 ausgeführt werden.
Eine Möglichkeit zur Bestimmung der aktuellen Ist-Position basierend auf den Faktoren α, β und d_x wäre beispielsweise eine Berechnung nach folgender Vorschrift: $p o s i t i o n = \frac{d x}{2} \cdot \frac{α + β}{α - β}$
Das heißt, die aktuelle Ist-Position des Magneten 110 kann berechnet werden, indem die Hälfte des Pitches d_x multipliziert wird mit dem Ergebnis der Division aus der Summe der Magnetfeldvektor-Winkel α, β geteilt durch die Differenz der Magnetfeldvektor-Winkel α, β.
Gemäß dem hierein beschriebenen innovativen Konzept geht also zur Ermittlung der aktuellen Ist-Position des Magneten 110 unter anderem der Pitch d_x in die Gleichung mit ein. Der Pitch d_x kann beispielsweise zwischen 1 mm und 20 mm betragen. In einer denkbaren Ausgestaltung können der erste und der zweite Magnetfeldsensor 121, 122 beispielsweise als diskrete Bauteile bzw. Komponenten bereitgestellt sein, die auf einem Substrat (z.B. auf einem PCB) nebeneinander angeordnet sein können. In diesem Falle könnte der Pitch d_x, d.h. der Abstand zwischen den beiden Magnetfeldsensoren 121, 122, beispielsweise 5 mm bis 10 mm betragen.
In einer alternativen Ausgestaltung könnten die beiden Magnetfeldsensoren 121, 122 als integrierte Schaltungen ausgestaltet sein, die monolithisch in einem Halbleitersubstrat integriert sein können. In diesem Falle könnte der Pitch d_x, d.h. der Abstand zwischen den beiden Magnetfeldsensoren 121, 122, beispielsweise 1 mm bis 5 mm betragen.
Die 4 und 5 zeigen Simulationsergebnisse des innovativen Konzepts mit einem Pitch von d_x = 10 mm (4) und einem Pitch von d_x = 2 mm (5). In beiden Simulationen wurde ein Airgap von 10 mm, ein Airgap von 11,5 mm und ein Airgap von 13 mm simuliert. An der x-Achse ist die mittels des hierin beschriebenen Konzepts gemessene Position des Magneten 110 aufgetragen. An der y-Achse ist die tatsächliche Ist-Position des Magneten 110 aufgetragen.
Wie sowohl in 4 als auch in 5 zu erkennen ist, weichen die Messergebnisse der berechneten Position des Magneten 110 (x-Achse) nur marginal, d.h. um weniger als 1 %, von der tatsächlichen Ist-Position des Magneten 110 (y-Achse) ab. Es ist demnach also festzustellen, dass das hierin beschriebene innovative Konzept in einem weiten Bereich von unterschiedlichen Pitches bzw. Abständen d_x zwischen zwei Magnetfeldsensoren 121, 122 anwendbar ist. Vielmehr noch ist aber zu erkennen, dass sowohl bei einer hybriden Ausgestaltung als auch bei einer monolithischen Integration der Magnetfeldsensoren 121, 122 die Bestimmung der aktuellen Ist-Position des Magneten 110 weitestgehend unabhängig vom Airgap 160 zwischen dem Magneten 110 und den Magnetfeldsensoren 121, 122 der Sensoranordnung 120 ist.
Der Fehler ist zwar bei der monolithischen Integration (5) geringfügig größer im Vergleich zur hybriden Ausgestaltung (4). Allerdings können zwei innerhalb eines Chips integrierte Magnetfeldsensoren 121, 122 besonders vorteilhaft nicht nur zur hierin beschriebenen Kompensation des Airgaps 160, sondern auch optional zusätzlich zur Kompensation von Streufeldern, sowie zur Erzielung von Redundanz eingesetzt werden. Dies wäre eine praxisnahe Anwendung, um eine einzelne Hardware (d.h. die Sensoranordnung 120 mit den mindestens zwei Magnetfeldsensoren 121, 122) für verschiedene Anwendungsbereiche zu konfigurieren, indem beispielsweise die Mittel zur Evaluation der Messergebnisse angepasst werden.
6 zeigt letztlich noch ein schematisches Blockdiagram eines Verfahrens nach dem hierin offenbarten innovativen Konzept zur Positionsbestimmung mittels einer magnetfeldbasierten Positionsbestimmungsvorrichtung 100.
In Block 601 wird zunächst eine Sensorvorrichtung 120 mit mindestens zwei, im Abstand d_x, voneinander beabstandet angeordneten Magnetfeldsensoren 121, 122 bereitgestellt.
In Block 602 wird ein relativ zur Sensorvorrichtung 120 beweglicher Magnet 110 bereitgestellt.
In Block 603 wird das vom Magneten 110 ausgehende Magnetfeld gemessen, und zwar mittels der einzelnen Magnetfeldsensoren 121, 122 in jeweils zumindest einer ersten Raumrichtung (z.B. z-Richtung) und einer davon unterschiedlichen zweiten Raumrichtung (z.B. x-Richtung).
Anschließend wird in Block 604 jeweils ein Magnetfeldvektor-Winkel α, β basierend auf der Magnetfeldmessung ermittelt. Dabei wird ein erster Magnetfeldvektor-Winkel α mittels des ersten Magnetfeldsensors 121 ermittelt, und ein zweiter Magnetfeldvektor-Winkel β wird mittels des zweiten Magnetfeldsensors 122 ermittelt.
In Block 605 wird die aktuelle Position des Magneten 110 relativ zur Sensorvorrichtung 120 bestimmt, und zwar basierend auf den ermittelten Magnetfeldvektor-Winkeln α, β und dem Abstand d_x der beiden Magnetfeldsensoren 121, 122 zueinander.
Zusammenfassend können mit Ausführungsbeispielen des hierin beschriebenen innovativen Konzepts Airgap-unabhängige magnetfeldbasierte Linearpositionsmessungen realisiert werden.
In den hierin diskutierten Ausführungsbeispielen weist die Sensorvorrichtung 120 rein beispielhaft zwei Magnetfeldsensoren 121, 122 auf. Es ist aber auch denkbar, dass die Sensorvorrichtung 120 mehr als zwei Magnetfeldsensoren aufweist. Außerdem dient das in den Figuren eingezeichnete Koordinatensystem lediglich der beispielhaften Veranschaulichung der jeweiligen Raumrichtungen bzw. Orientierungen. Es versteht sich, dass bei einer entsprechenden Drehung des Koordinatensystems die x-, y- und z-Achsen vertauscht sein können, wobei die hierin offenbarte Beschreibung trotzdem uneingeschränkt gültig ist.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien des hierin beschriebenen innovativen Konzepts dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass das hierin beschriebene Konzept lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.
Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar.
Einige oder alle der Verfahrensschritte können durch einen Hardware-Apparat (oder unter Verwendung eines Hardware-Apparats), wie zum Beispiel einen Mikroprozessor, einen programmierbaren Computer oder einer elektronischen Schaltung durchgeführt werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen können einige oder mehrere der wichtigsten Verfahrensschritte durch einen solchen Apparat ausgeführt werden.
Je nach bestimmten Implementierungsanforderungen können Ausführungsbeispiele in Hardware oder in Software oder zumindest teilweise in Hardware oder zumindest teilweise in Software implementiert sein. Die Implementierung kann unter Verwendung eines digitalen Speichermediums, beispielsweise einer Floppy-Disk, einer DVD, einer BluRay Disc, einer CD, eines ROM, eines PROM, eines EPROM, eines EEPROM oder eines FLASH-Speichers, einer Festplatte oder eines anderen magnetischen oder optischen Speichers durchgeführt werden, auf dem elektronisch lesbare Steuersignale gespeichert sind, die mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenwirken können oder zusammenwirken, dass das jeweilige Verfahren durchgeführt wird. Deshalb kann das digitale Speichermedium computerlesbar sein.
Manche Ausführungsbeispiele umfassen also einen Datenträger, der elektronisch lesbare Steuersignale aufweist, die in der Lage sind, mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenzuwirken, dass eines der hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt wird.
Allgemein können Ausführungsbeispiele als Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode implementiert sein, wobei der Programmcode dahin gehend wirksam ist, eines der Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Computer abläuft.
Der Programmcode kann beispielsweise auch auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert sein.
Andere Ausführungsbeispiele umfassen das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren, wobei das Computerprogramm auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist. Mit anderen Worten ist ein Ausführungsbeispiel des hierin beschriebenen Verfahrens somit ein Computerprogramm, das einen Programmcode zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufweist, wenn das Computerprogramm auf einem Computer abläuft.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel des hierin beschriebenen Verfahrens ist somit ein Datenträger (oder ein digitales Speichermedium oder ein computerlesbares Medium), auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufgezeichnet ist. Der Datenträger oder das digitale Speichermedium oder das computerlesbare Medium sind typischerweise greifbar und/oder nicht flüchtig.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel des hierin beschriebenen Verfahrens ist somit ein Datenstrom oder eine Sequenz von Signalen, der bzw. die das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren darstellt bzw. darstellen. Der Datenstrom oder die Sequenz von Signalen kann bzw. können beispielsweise dahin gehend konfiguriert sein, über eine Datenkommunikationsverbindung, beispielsweise über das Internet, transferiert zu werden.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst eine Verarbeitungseinrichtung, beispielsweise einen Computer oder ein programmierbares Logikbauelement, die dahin gehend konfiguriert oder angepasst ist, eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst einen Computer, auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren installiert ist.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst eine Vorrichtung oder ein System, die bzw. das ausgelegt ist, um ein Computerprogramm zur Durchführung zumindest eines der hierin beschriebenen Verfahren zu einem Empfänger zu übertragen. Die Übertragung kann beispielsweise elektronisch oder optisch erfolgen. Der Empfänger kann beispielsweise ein Computer, ein Mobilgerät, ein Speichergerät oder eine ähnliche Vorrichtung sein. Die Vorrichtung oder das System kann beispielsweise einen Datei-Server zur Übertragung des Computerprogramms zu dem Empfänger umfassen.
Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein programmierbares Logikbauelement (beispielsweise ein feldprogrammierbares Gatterarray, ein FPGA) dazu verwendet werden, manche oder alle Funktionalitäten der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein feldprogrammierbares Gatterarray mit einem Mikroprozessor zusammenwirken, um eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Allgemein werden die Verfahren bei einigen Ausführungsbeispielen seitens einer beliebigen Hardwarevorrichtung durchgeführt. Diese kann eine universell einsetzbare Hardware wie ein Computerprozessor (CPU) sein oder für das Verfahren spezifische Hardware, wie beispielsweise ein ASIC.

Claims

Magnetfeld basierte Positionsbestimmungsvorrichtung (100), aufweisend: eine Sensorvorrichtung (120) mit mindestens zwei, im Abstand d_x, voneinander beabstandet angeordneten Magnetfeldsensoren (121, 122), einen relativ zur Sensorvorrichtung (120) beweglichen Magneten (110), wobei jeder der beiden Magnetfeldsensoren (121, 122) ausgestaltet ist, um das vom Magneten (110) ausgehende Magnetfeld in zumindest einer ersten Raumrichtung (z.B. z-Richtung) und einer unterschiedlichen zweiten Raumrichtung (z.B. x-Richtung) zu messen und basierend hierauf jeweils einen Magnetfeldvektor-Winkel α, β zu ermitteln, wobei der erste Magnetfeldsensor (121) einen ersten Magnetfeldvektor-Winkel α ermittelt und wobei der zweite Magnetfeldsensor (122) einen zweiten Magnetfeldvektor-Winkel β ermittelt, und wobei die Sensorvorrichtung (120) ausgestaltet ist, um basierend auf den ermittelten Magnetfeldvektor-Winkeln α, β und dem Abstand d_x der beiden Magnetfeldsensoren (121, 122) zueinander die aktuelle Position des Magneten (110) relativ zur Sensorvorrichtung (120) zu bestimmen (position = f (α, β, dx)).
Magnetfeldbasierte Positionsbestimmungsvorrichtung (100) nach Anspruch 1, wobei der Magnet (110) entlang der zweiten Raumrichtung (z.B. x-Richtung) beweglich ist, und wobei die Magnetfeldsensoren (121, 122) entlang der zweiten Raumrichtung (z.B. x-Richtung), im Abstand d_x, voneinander beabstandet sind.
Magnetfeld basierte Positionsbestimmungsvorrichtung (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Magnet (110) ausgestaltet ist, um eine Linearbewegung (130) relativ zur Sensorvorrichtung (120) auszuführen.
Magnetfeldbasierte Positionsbestimmungsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Magnet (110) in der ersten Raumrichtung (z.B. z-Richtung), im Abstand d_z, von der Sensorvorrichtung (120) beabstandet ist, und wobei die Sensorvorrichtung (120) ausgestaltet, um die aktuelle Position des Magneten (110) unabhängig vom Abstand d_z zwischen dem Magneten (110) und der Sensorvorrichtung (120) zu bestimmen.
Magnetfeldbasierte Positionsbestimmungsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sensorvorrichtung (120) ausgestaltet ist, um die aktuelle Position des Magneten (110) unabhängig von der Magnetfeldstärke des Magneten (110) und/oder der Geometrie des Magneten (110) zu bestimmen.
Magnetfeldbasierte Positionsbestimmungsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sensorvorrichtung (120) ausgestaltet ist, um die aktuelle Position des Magneten (110) mittels Triangulation, basierend auf den ermittelten Magnetfeldvektor-Winkeln α, β und dem Abstand d_x zwischen den Magnetfeldsensoren (121,122) zu bestimmen.
Magnetfeldbasierte Positionsbestimmungsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die aktuelle Position des Magneten (110) bestimmt wird, indem die Magnetfeldvektor-Winkel α, β und der Abstand d_x zwischen den beiden Magnetfeldsensoren (121, 122) wie folgt miteinander kombiniert werden: $p o s i t i o n = \frac{d}{2} \cdot \frac{α + β}{α - β}$
Magnetfeldbasierte Positionsbestimmungsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Magnetfeldsensor (121) ausgestaltet ist, um den ersten Magnetfeldvektor-Winkel α zu ermitteln, indem das vom ersten Magnetfeldsensor (121) in der ersten Raumrichtung (z.B. z-Richtung) gemessene Magnetfeld (Bz1) und das vom ersten Magnetfeldsensor (121) in der zweiten Raumrichtung (z.B. x-Richtung) gemessene Magnetfeld (Bx1) über eine trigonometrische Funktion miteinander in Beziehung gesetzt werden, und wobei der zweite Magnetfeldsensor (122) ausgestaltet ist, um den zweiten Magnetfeldvektor-Winkel β zu ermitteln, indem das vom zweiten Magnetfeldsensor (122) in der ersten Raumrichtung (z.B. z-Richtung) gemessene Magnetfeld (Bz2) und das vom zweiten Magnetfeldsensor (122) in der zweiten Raumrichtung (z.B. x-Richtung) gemessene Magnetfeld (Bx2) über eine trigonometrische Funktion miteinander in Beziehung gesetzt werden.
Magnetfeld basierte Positionsbestimmungsvorrichtung (100) nach Anspruch 8, wobei die trigonometrische Funktion der Arcustangens ist, sodass gilt $α = a t a n 2 (B x_{s e n s o r 1}, B z_{s e n s o r 1})$
$β = a t a n 2 (B x_{s e n s o r 2}, B z_{s e n s o r 2}) .$
Magnetfeldbasierte Positionsbestimmungsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Magnetfeldsensoren (121, 122) als diskrete Komponenten aufgebaut sind, die im Sinne einer hybriden Integration auf einem Substrat (150) angeordnet sind.
Magnetfeldbasierte Positionsbestimmungsvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Magnetfeldsensoren (121, 122) monolithisch in einem gemeinsamen Chipsubstrat integriert sind.
Magnetfeldbasierte Positionsbestimmungsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Magnetfeldsensoren (121, 122) in Form von zweidimensional oder dreidimensional messenden Hallsensoren ausgestaltet sind.
Magnetfeldbasierte Positionsbestimmungsvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Magnetfeldsensoren (121, 122) in Form von magnetoresistiven xMR-Sensoren ausgestaltet sind.
Verfahren zur Positionsbestimmung mittels einer magnetfeldbasierten Positionsbestimmungsvorrichtung (100), wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Bereitstellen einer Sensorvorrichtung (120) mit mindestens zwei, im Abstand d_x, voneinander beabstandet angeordneten Magnetfeldsensoren (121, 122), Bereitstellen eines relativ zur Sensorvorrichtung (120) beweglichen Magneten (110), Messen, mittels der einzelnen Magnetfeldsensoren (121, 122), des vom Magneten (110) ausgehenden Magnetfelds in jeweils zumindest einer ersten Raumrichtung (z.B. z-Richtung) und einer davon unterschiedlichen zweiten Raumrichtung (z.B. x-Richtung), und Ermitteln von jeweils einem Magnetfeldvektor-Winkel α, β basierend auf dieser Messung, wobei ein erster Magnetfeldvektor-Winkel α mittels des ersten Magnetfeldsensors (121) ermittelt wird, und wobei ein zweiter Magnetfeldvektor-Winkel β mittels des zweiten Magnetfeldsensors (122) ermittelt wird, und Bestimmen der aktuellen Position des Magneten (110) relativ zur Sensorvorrichtung (120) basierend auf den ermittelten Magnetfeldvektor-Winkeln α, β und dem Abstand d_x der beiden Magnetfeldsensoren (121, 122) zueinander (position= f (α, β, dx)).
Computerprogramm mit einem Programmcode zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 14, wenn das Programm auf einem Computer abläuft.