WO2008148698A1 - Sensor array, measurement system, and measurement method - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a sensor arrangement for use with a sector-shaped magnetized magnetic source, a measuring system and a measuring method.
- Sensor arrays comprising magnetic field sensors for measuring a magnetic field intensity may be used to determine an angular deviation of a magnetic source with respect to the position or orientation of the magnetic field sensors.
- magnetic sources are often used diametrically magnetized and rotatably mounted magnetic sources.
- the magnetic field sensors may be arranged along a circular circumference and provide over this circumference sensor signals which form approximately a sinusoidal curve, depending on the position and orientation of the magnetic source.
- sensor signals from magnetic field sensors which are approximately at a right angle with respect to the circular circumference can be evaluated. In this way, based on the measured sensor signals, a rotation angle of the magnetic source can be determined within a full revolution of 360 °.
- the angle of rotation thus determined is usually provided as a binary coded signal with a specific resolution. In some applications, however, it may be sufficient to determine a rotation angle of a magnetic source in a partial area of a full revolution, for example in an angular segment. However, since a determination of the angle of rotation is usually carried out with a resolution which relates to one full revolution, the relative resolution, based on the smaller angular range, is reduced. In other words, full digital resolution is not used in providing the digital angle value.
- the number of magnetic field sensors can be increased.
- a word width of the digitally provided one may also be used
- Angle value can be increased. However, this increases the complexity of the sensor arrangement. Furthermore, such a customized sensor arrangement would each be set to a predetermined angular range.
- the object of the invention is to specify a sensor arrangement and a measuring system with which a rotation angle of a magnetic source with high resolution can be determined. It is also an object of the invention to specify a measuring method with which a rotation angle of a magnetic source with high resolution can be determined.
- An exemplary embodiment of a sensor assembly is provided for use with a sector-magnetized magnetic source having a number of pole pairs.
- the sensor arrangement comprises a first, a second, a third and a fourth magnetic field sensor, which are arranged along a circular circumference.
- the magnetic field sensors are each set up to emit a sensor signal as a function of a magnetic field intensity, which is brought about in particular by the sector-shaped magnetized magnet source.
- a selection device is coupled to the magnetic field sensors and configured to derive a first and a second intermediate signal as a function of at least two selected sensor signals from the sensor signals output by the magnetic field sensors.
- the at least two sensor signals are selected as a function of the number of pole pairs of the magnetic source.
- the sensor arrangement further has an evaluation device that is coupled to the selection device and configured to determine a rotation angle as a function of the first and second intermediate signal and the number of pole pairs.
- an angle value or a rotation angle of the magnetic source for one of The pole pair number dependent angular range can be determined with high resolution.
- the pole pair number or a signal corresponding to the pole pair number can be supplied to the sensor arrangement, for example via a control input.
- the magnetic field sensors are arranged in a circular segment along the circular circumference with a respective angular spacing of substantially 45 °.
- the sensor arrangement can be used both with a magnetic source having a pole pair number of 1, that is to say with a diametrically magnetized magnet, and with magnet sources having pole pair numbers greater than 1, which have more than two magnetic sectors. In the latter case, the sensor arrangement can be used to determine a rotation angle in an angular range determined by the number of pole pairs.
- the sensor arrangement can thus be adapted in a simple manner to different angular ranges or different pole pair numbers.
- the sensor arrangement additionally has a fifth, a sixth, a seventh and an eighth magnetic field sensor which, together with the first, second, third and fourth magnetic field sensor, are arranged uniformly along the circular circumference.
- the first to eighth magnetic field sensors each have an inter-angle distance of substantially 45 °.
- the fifth to eighth magnetic field sensors are also set up to emit a sensor signal as a function of a magnetic field intensity. Accordingly, the selector is for deriving the first and second intermediate signals Also coupled with the fifth, sixth, seventh and eighth magnetic field sensor. Due to the further magnetic field sensors, the accuracy in determining the angle of rotation can be additionally improved for certain number of pole pairs.
- a measuring system comprises a set of at least four, for example, but also eight magnetic field sensors, which are arranged along a circular circumference and are each set up to emit a sensor signal as a function of a magnetic field intensity. Furthermore, a sector-shaped magnetized magnet source is provided in the system, which has a pole pair number and is rotatably mounted over the circular circumference.
- the measuring system further comprises a calculating means which is set up to select at least two sensor signals from the sensor signals emitted by the magnetic field sensors as a function of the number of pole pairs and to determine a rotational angle of the magnetic source as a function of the pole pair number and the at least two selected sensor signals.
- the magnetic field sensors are arranged uniformly along the circular circumference.
- a rotation angle of the magnetic source can be determined with high accuracy in an angular range determined by the number of pole pairs.
- the determination of the angle of rotation can take place in the sensor arrangement and in the measuring system by means of an angular function from the selected sensor signals or the intermediate signals.
- dividing means may be provided for dividing by the number of pole pairs for determining the angle of rotation.
- a first, a second, a third and a fourth magnetic field sensor are provided, which are arranged along a circular circumference and each output a sensor signal as a function of a magnetic field intensity.
- a sector-shaped magnetized magnet source is provided, which has a pole pair number and is rotatably mounted over the circular circumference. Depending on the number of pole pairs, at least two sensor signals are selected from the emitted sensor signals. A rotation angle of the magnetic source is determined as a function of the selected sensor signals and the number of pole pairs.
- the magnetic source with the number of pole pairs can be selected according to a desired angular range for which a rotation angle of the magnetic source is to be determined. Accordingly, corresponding to the selected number of pole pairs of the magnetic source corresponding sensor signals are selected by the magnetic field sensors for further processing. Thus, the rotation angle can be individually adjusted to the number of pole pairs with a high resolution. Compared to a diametrically magnetized magnetic source with a number of pole pairs of 1 results in a magnetic source having a Polpociere greater than 1, at the same rotational speed, a sinusoidal course of the magnetic field intensity at one of the magnetic field sensors with a Polpocress correspondingly higher frequency.
- a mechanical angle of rotation of the magnetic source in a pole pair number corresponding to higher electrical angle results in the magnetic field sensor.
- the sensor signals are selected such that they have an electrical angular distance of substantially 90 ° to each other.
- the angle of rotation can be determined, for example, by means of an angle function, such as an inverse tangent or an arctangent function. Accordingly, it is also possible, for different pole pair numbers, to respectively determine or select those magnetic field sensors which are suitable for outputting sensor signals with the electrical angular spacing of substantially 90 °.
- eight magnetic field sensors distributed uniformly over the circumference can be provided, the sensor signals of which can be used to determine the rotational angle.
- FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of a sensor arrangement
- FIG. 2 shows a second exemplary embodiment of a sensor arrangement
- FIG. 3 shows a third exemplary embodiment of a sensor arrangement
- FIG. 4 shows an exemplary diagram with vectors of intermediate signals for calculating the angle of rotation
- FIG. 5 shows an exemplary diagram for profiles of sensor signals for different pole pair numbers
- FIG. 6 shows a first embodiment of a magnetic source with correspondingly arranged magnetic field sensors
- Figure 7 shows a second embodiment of a magnetic source with correspondingly arranged magnetic field sensors.
- FIG. 1 shows an exemplary embodiment of a sensor arrangement which can be used with a sector-shaped magnetized magnetic source (not shown here).
- the sensor arrangement has a set of eight magnetic field sensors MS1 to MS8 and a selector SEL, which is coupled on the input side with the magnetic field sensors MS1 to MS8 and on the output side with an evaluation circuit EV.
- the magnetic field sensors MS1 to MS8 which for example each have a Hall sensor, respective sensor signals H1 to H8 are emitted during operation, the value of which depends on a magnetic field intensity at the position of the magnetic field sensor.
- the magnetic field sensors MS1 to MS8 are arranged uniformly along a circular circumference CIR, so that a respective intermediate angle between the magnetic field sensors is essentially 45 °. This is exemplified in the drawing, for example, for the angle between the seventh magnetic field sensor MS7 and the eighth magnetic field sensor MS8. provides.
- the circular circumference CIR or the arrangement of the magnetic field sensors MS1 to MS8 preferably form a non-curved plane.
- the selector SEL has a control input CIN, via which a control word or control signal can be supplied, which expresses a pole pair number of the magnetic source to be used.
- the selection device SEL is set up to select at least two sensor signals from the sensor signals H1 to H8 output by the magnetic field sensors MS1 to MS8 and to derive from the selected sensor signals a first and a second intermediate signal OPP, ADJ which are output on the output side to the evaluation circuit EV.
- the intermediate signals OPP, ADJ represent two vectors, which are substantially perpendicular to one another and whose sum form an angle to a reference coordinate system, from which a rotational angle ⁇ of a magnetic source used can be derived. This can be done, for example, via simple trigonometric functions such as, for example, an arctangent function.
- the rotation angle ⁇ is output at an output OUT.
- the magnetic source is preferably mounted rotatably about the center of the circular circumference CIR and forms with the sensor arrangement a corresponding measuring system.
- the fifth, sixth, seventh and eighth magnetic field sensors MS5 to MS8 may also be omitted, with the position of the first four magnetic field sensors MS1 to MS4 remaining unchanged. In this case too, depending on the number of pole pairs, Select chende sensor signals from the available sensor signals Hl to H4 to derive therefrom the intermediate signals OPP, ADJ.
- the first and second intermediate signals OPP, ADJ can be derived by addition and / or subtraction of the selected sensor signals in the selection device.
- FIG. 2 shows a further exemplary embodiment of a sensor arrangement for determining a rotation angle of a sector-magnetized magnet source.
- the selection device SEL comprises a differential amplifier or operational amplifier OP1 to OP8 for each of the eight magnetic field sensors MS1 to MS8.
- the operational amplifiers OP1 to 0P8 in each case a first input E +, which is a non-inverting input, is connected to a reference potential terminal GND.
- a respective second input E- which accordingly is an inverting input, is coupled to an associated magnetic field sensor.
- Inverting and non-inverting input E-, E + of the operational amplifiers OP1 to 0P8 can also be interchanged in other embodiments.
- the arrangement of the magnetic field sensors MS1 to MS8 along the circular circumference CIR is not shown in this embodiment for reasons of clarity.
- the operational amplifiers OP1 to 0P8 also each have a non-inverting and an inverting output 0+, O-, at which, for example, a positive or negative or inverted current can be delivered.
- Each of the outputs of the operational amplifiers OPl to 0P8 is ü
- One of the switches Sil to S84 is selectively coupled to a first and a second input AIN1, AIN2 of an analog-to-digital converter AD1.
- the switch position of the switches Sil to S84 is controlled by a control circuit CTL, which has the control input CIN.
- the analog-to-digital converter AD1 is coupled to the evaluation circuit EV for the transmission of the first and second intermediate signals OPP, ADJ in digital form.
- the sensor signal of the first magnetic field sensor MS1 which is present as an analog current or voltage signal, can be amplified via the first operational amplifier OP1 to form a further analog current signal, which is present at the corresponding outputs O +, O- in inverted or non-inverted form.
- the inverted, amplified current signal can be supplied to the first input AIN1 of the analog-to-digital converter AD1 from the output 0- of the operational amplifier OP1 via the switch Sil.
- this current can also be supplied via the switch S12 to the second input AIN2.
- a current at the noninverting output O + of the operational amplifier OP1 can alternatively be routed via the switches S13, S14 to the first or the second input AIN1, AIN2 of the analog / digital converter AD1.
- the amplified sensor signal can be applied to the first or the second input AIN1, AIN2 both in inverted and non-inverted form.
- all switches assigned to an operational amplifier for example for the operational amplifier OP1, the switches Sil to S14, are switched to a nonconducting state and thus no speaking sensor signal, here the affected magnetic field sensor MSl, is given to the analog-to-digital converter ADl.
- the mode of operation of the remaining switches S21 to S84 for the remaining operational amplifiers OP2 to OP8 corresponds to the above-described mode of operation.
- a summation of non-inverted and inverted sensor signals of the individual magnetic field sensors MS1 to MS8 can take place at the first and second inputs AIN1, AIN2 of the analog-to-digital converter AD1.
- a respective addition and / or subtraction of the sensor signals can be carried out, wherein not all sensor signals have to be included in the respective result of the signal addition and subtraction.
- Corresponding control signals for the control of the individual switches Sil to S84 can be derived from the control circuit CTL as a function of a signal at the control input CIN, which in a corresponding form comprises information about the pole pair number of a magnet used or intended for use.
- those magnetic field sensors are selected which have an angular distance of substantially 90 ° with respect to an electrical characteristic of a sinusoidal sensor signal, one of each for the first intermediate signal and the other for 90 ° ° shifted, used for the second intermediate signal.
- Sensor signals from other magnetic field sensors which have an electrical angular distance of substantially 180 ° alswei- That which corresponds to an inversion of the corresponding sensor signal can just be used in accordance with this inverted sign inversion for the respective intermediate signal in order to increase the signal strength of the resulting intermediate signal.
- the sensor signal of a first magnetic field sensor is used in non-inverted form for the derivation of the intermediate signal and the sensor signal of a second magnetic field sensor, which has an electrical angular distance of 180 ° to the first magnetic field sensor, in an inverted form.
- the physical position of the magnetic field sensors MS1 to MS8, from which the sensor signals are output according to the electrical angular distance, depends on the pole pair number.
- the embodiment of a sensor arrangement shown in FIG. 2 can in turn be used together with a corresponding magnetic source as the measuring system.
- FIG. 3 shows a further exemplary embodiment of a sensor arrangement, which is similar in particular to the arrangement of the magnetic field sensors MS1 to MS8 of the sensor arrangement of FIG.
- the sensor signals H1 to H8 are fed to an analog-to-digital converter AD2, whose output is digitally coupled to the selector SEL.
- Sensor signals H1 to H8 are converted in the analog-to-digital converter AD2 into digital sensor signals, the analogue Digital conversion in various embodiments can be carried out both in parallel and in series. A combination of parallel and serial analog-to-digital conversion can also be implemented. Likewise, the digital sensor signals can be transmitted in serial or parallel form to the selector SEL. In parallel conversion or transmission higher processing speeds can be achieved and accordingly higher speeds of a magnetic source can be processed. However, serial conversion or transmission can reduce the circuit complexity. A corresponding embodiment depends on the respective requirements.
- the selection device SEL is set up to derive the first and second intermediate signals OPP, ADJ from the digital sensor signals as a function of a control signal at the control input CIN and to output them to the evaluation circuit EV.
- an additional or subtractive combination of selected digital sensor signals can again be made in the selection device SEL in order to be able to derive the corresponding intermediate signals OPP, ADJ.
- the exemplary embodiment of a sensor arrangement shown in FIG. 3 can also be used together with a sector-shaped magnetized magnet source in a measuring system for determining a rotation angle of the magnetic source.
- sinusoidal sensor signals whose frequency depends inter alia on a rotational speed of a magnetic source used but also on the number of pole pairs, are produced at the magnetic field sensors MS1 to MS8. Since the first and second intermediate signals OPP, ADJ are selected from selected sensor signals of the available sensor signals Hl to H8 are derived, the intermediate signals OPP, ADJ preferably each have a sinusoidal shape. Because of the angular relationships, the respective values of the intermediate signals OPP, ADJ can be understood as amounts of mutually perpendicular vectors whose vector sum represents an electrical rotation angle of the magnetic source.
- FIG. 4 shows an exemplary diagram with corresponding vectors of the intermediate signals OPP, ADJ.
- the first intermediate signal OPP is drawn as a vector on the high-value axis or y-axis
- the second intermediate signal ADJ is drawn as a vector on the right-value axis or x-axis.
- the sum of the vectors OPP, ADJ results in a resultant vector RES whose angle ⁇ to the right-hand value axis corresponds to the electrical angle of the generating magnetic source.
- the angle ⁇ can be determined from the first and second intermediate signal OPP, ADJ via simple angle functions. For example, between the angle ⁇ and values opp, adj of the intermediate signals OPP, ADJ, which may also become negative, the relationship exists
- angle ⁇ which can for example assume values of -180 ° to + 180 ° or from 0 ° to 360 ° in degree, the absolute mechanical angle of the magnetic source with respect to the circular arrangement of the magnetic field sensors MS1 to MS8 in Determine the dependence of the number of pole pairs.
- the angle ⁇ can also be given in corresponding ranges in radians, - ⁇ to + ⁇ , or 0 to 2 ⁇ .
- the absolute mechanical angle ⁇ is given by dividing the electrical angle ⁇ by the number of pole pairs. Accordingly, no division would be necessary for a two-pole, diametrically magnetized magnet with a pole pair number of 1. For a four-pole magnet with a pole pair number of 2, the electrical angle value ⁇ would have to be divided by 2 to obtain the rotation angle ⁇ of the magnetic source.
- the evaluation circuit EV in one of the exemplary embodiments shown in FIGS. 1 to 3 has a dividing means which is intended to divide the electrically determined angle ⁇ by the number of pole pairs.
- FIG. 5 shows an exemplary signal diagram with sensor signals that can be generated by magnetic sources with different pole pair numbers.
- the angle values given at the top of the diagram correspond to a mechanical angle of rotation of the respective magnetic source.
- the uppermost signal diagram represents the course of sensor signals for a diametrically magnetized, two-pole magnet with a corresponding number of pole pairs of 1.
- a mechanical angle of rotation corresponds to an electrical angle. rically determinable angle.
- the sensor signals of the magnetic field sensors are used for one of the intermediate signals at the positions designated 0 ° and 180 °, denoted by sin for the positive component of the intermediate signal and -sin for the portion of the intermediate signal to be inverted.
- the second intermediate signal is determined from the sensor signals of the magnetic field sensors located at the positions designated by 90 ° and 270 °.
- the corresponding angle value from the intermediate signals OPP, ADJ can be determined by the method described with reference to FIG.
- the positions of the magnetic field sensors of the sensor signal shifted by 90 ° are identified in this case by -cos and cos, wherein the position marked by -cos enters the second intermediate signal in an inverted form.
- a DC component possibly contained in the sensor signals can be compensated or eliminated.
- Such a DC component can be generated, for example, by a third-order magnetic DC field which is essentially uniformly applied to all magnetic field sensors. ren acts and changes the magnetic field intensity generated by the rotatable magnetic source evenly.
- the middle signal diagram shows a progression of the sensor signals for a four-pole magnet source with a pole pair number of 2. It can be seen that for this case an electrical angle of 90 ° corresponds to a mechanical rotation angle of the magnetic source of 45 °.
- the first intermediate signal from the sensor signals of the magnetic field sensors which are denoted by sin and -sin, can be derived, while the second intermediate signal from the sensor signals at the positions with cos and cos are indicated.
- the lower signal diagram shows the course of sensor signals when using a six-pole sector-shaped magnetized magnet source with a number of pole pairs of 3. Accordingly, it follows again that the electrical angle of the number of pole pairs corresponding to, that is three times greater than the mechanical rotation angle of the magnetic source. In other words, the mechanical rotation angle is obtained by dividing the determined electrical rotation angle by the number of pole pairs of 3.
- the derivative of the second intermediate signal in each case reversely polarized sensor signals in comparison to bipolar magnetic source.
- the selector SEL is in each case configured to make this selection and combination as a function of the number of pole pairs.
- n as an integer value, the first and second intermediate signals OPP, ADJ can be determined, for example, according to Table 1 as a function of the number of pole pairs.
- the selector SEL may be arranged to derive the first and second odd pole pair number intermediate signals as a function of two or four sensor signals, the sensor signals being from that of the magnetic field sensors MSl are issued to MS8, which are arranged at a respective angular distance of substantially 90 °.
- the first and second intermediate signals OPP, ADJ may be derived as a function of two or four or eight sensor signals, the sensor signals being output from those of the magnetic field sensors MS1 to MS8 arranged at a respective angular distance of substantially 45 ° are.
- the angle of rotation ⁇ can also be determined as a function of the dependencies just described.
- FIGS. 6 and 7 show exemplary embodiments of sector-shaped magnetized magnet sources MAG and corresponding magnetic field sensors, which are each used to derive the intermediate signals OPP, ADJ.
- FIG. 6 shows that a positive component for the first intermediate signal emerges from the magnetic field sensors MS1 and MS5, characterized by the inscription sin.
- the corresponding negative sensor signals which are to be inverted for the first intermediate signal are derived from the mag- from field sensors MS3 and MS7, accordingly characterized by -sin.
- the second intermediate signal results from the non-inverted sensor signals of the magnetic field sensors MS2 and MS6 and from the inverted sensor signals of the magnetic field sensors MS4 and MS8, characterized by cos or -cos.
- the illustration also shows that the sensor signals of the magnetic field sensors MS4, MS5, MS6, MS7 could also be discarded for a calculation of the rotation angle. However, their use can improve the signal quality of the intermediate signals OPP, ADJ.
- FIG. 7 shows an arrangement with a six-pole magnetic source MAG and corresponding magnetic field sensors MS1, MS3, MS5, MS7, whose sensor signals are used to derive the first and second intermediate signals OPP, ADJ.
- the arrangement or selection of the corresponding magnetic field sensors essentially corresponds to the principle illustrated in FIG. 5 for the lower diagram.
- a speed of an associated with the magnetic source arrangement can be determined with higher accuracy. This results from the fact that a corresponding higher number of zero crossings in the angle value of the rotational angle ⁇ can be detected for an increased number of pole pairs.
- a sensor arrangement according to one of the described exemplary embodiments can be easily adapted for different magazines. Net sources are produced with different Polprowhimpstra, without knowing from the outset the ultimate pole pair number of the magnetic source, since it can be set in a simple manner when commissioning the sensor array with a magnetic net source.
- the evaluation device EV or the calculating means is set up to output the electrical angle instead of the mechanical angle of rotation, which can result from dividing by the number of pole pairs.
- the dependence of the electrical angle and the mechanical angle on the number of pole pairs remains unchanged and can be taken into account in subsequent circuits which are connected to the output OUT, if appropriate.
- the significance of one bit of the binary data word can be adjusted as a function of the number of pole pairs of the magnet used in a downstream arrangement, so that the resolution of the binary data word is refined with the number of pole pairs.
- a higher number of magnetic field sensors for example 16 magnetic field sensors, may also be used, which are arranged uniformly along the circular circumference. This may result in further combination possibilities for the derivation of the first and second intermediate signal.
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Abstract
Disclosed is a sensor array for use with a magnetic source (MAG) that is magnetized in a sector-shaped manner and has a number of pairs of poles. Said sensor array comprises several magnetic field sensors (MS1-MS8) which are disposed along a circular circumference (CIR) and are each designed to emit a sensor signal (H1-H8) in accordance with a magnetic field intensity. A selection device that is coupled to the magnetic field sensors (MS1-MS8) is designed to derive, as a function of at least two sensor signals selected in accordance with the number of pairs of poles, a first and a second intermediate signal (OPP, ADJ) from the sensor signals (H1-H8) emitted by the magnetic field sensors (MS1 to MS8). The sensor array further comprises an evaluation device (EV) which is coupled to the selection device (SEL) and is designed to determine an angle of rotation (Φ) as a function of the first and second intermediate signal (OPP, ADJ) and the number of pairs of poles.
Description
Beschreibungdescription
Sensoranordnung, Messsystem und MessverfahrenSensor arrangement, measuring system and measuring method
Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung zur Verwendung mit einer sektorenförmig magnetisierten Magnetquelle, ein Messsystem sowie ein Messverfahren.The invention relates to a sensor arrangement for use with a sector-shaped magnetized magnetic source, a measuring system and a measuring method.
Sensoranordnungen, welche Magnetfeldsensoren zur Messung ei- ner magnetischen Feldintensität umfassen, können benutzt werden, um eine winkelmäßige Abweichung einer Magnetquelle in Bezug auf die Position oder Ausrichtung der Magnetfeldsensoren zu bestimmen. Als Magnetquellen werden dabei vielfach diametral magnetisierte und drehbar gelagerte Magnetquellen verwendet.Sensor arrays comprising magnetic field sensors for measuring a magnetic field intensity may be used to determine an angular deviation of a magnetic source with respect to the position or orientation of the magnetic field sensors. As magnetic sources are often used diametrically magnetized and rotatably mounted magnetic sources.
Die Magnetfeldsensoren können dabei beispielsweise entlang eines kreisförmigen Umfangs angeordnet sein und über diesen Umfang Sensorsignale bereitstellen, die ungefähr eine sinus- förmige Kurve bilden, abhängig von der Position und der Ausrichtung der Magnetquelle. Bei einem diametral magnetisierten Magneten lassen sich beispielsweise Sensorsignale von Magnetfeldsensoren auswerten, die in Bezug auf den kreisförmigen Umfang ungefähr in einem rechten Winkel angeordnet sind. Auf diese Weise lässt sich anhand der gemessenen Sensorsignale ein Drehwinkel der Magnetquelle innerhalb einer vollen Umdrehung von 360° bestimmen.For example, the magnetic field sensors may be arranged along a circular circumference and provide over this circumference sensor signals which form approximately a sinusoidal curve, depending on the position and orientation of the magnetic source. In a diametrically magnetized magnet, for example, sensor signals from magnetic field sensors which are approximately at a right angle with respect to the circular circumference can be evaluated. In this way, based on the measured sensor signals, a rotation angle of the magnetic source can be determined within a full revolution of 360 °.
Der so ermittelte Drehwinkel wird üblicherweise als binär ko- diertes Signal mit einer bestimmten Auflösung bereitgestellt.
In einigen Anwendungsfällen kann es jedoch ausreichend sein, einen Drehwinkel einer Magnetquelle in einem Teilbereich einer vollen Umdrehung, beispielsweise in einem Winkelsegment, zu bestimmen. Da eine Ermittlung des Drehwinkels aber übli- cherweise mit einer Auflösung durchgeführt wird, welche auf eine volle Umdrehung bezogen ist, ist die relative Auflösung, bezogen auf den kleineren Winkelbereich, reduziert. Anders ausgedrückt wird nicht die volle digitale Auflösung bei der Bereitstellung des digitalen Winkelwerts genutzt.The angle of rotation thus determined is usually provided as a binary coded signal with a specific resolution. In some applications, however, it may be sufficient to determine a rotation angle of a magnetic source in a partial area of a full revolution, for example in an angular segment. However, since a determination of the angle of rotation is usually carried out with a resolution which relates to one full revolution, the relative resolution, based on the smaller angular range, is reduced. In other words, full digital resolution is not used in providing the digital angle value.
Um die Auflösung der Sensoranordnung zu erhöhen, kann beispielsweise die Anzahl der Magnetfeldsensoren vergrößert werden. Alternativ kann, um die relative Auflösung in einem Winkelbereich an eine Auflösung für eine volle Umdrehung anzu- passen, auch eine Wortbreite des digital bereitgestelltenIn order to increase the resolution of the sensor arrangement, for example, the number of magnetic field sensors can be increased. Alternatively, in order to adjust the relative resolution in an angular range to a resolution for a full revolution, a word width of the digitally provided one may also be used
Winkelwerts erhöht werden. Dies erhöht aber den Aufwand der Sensoranordnung. Ferner wäre eine derartig angepasste Sensoranordnung jeweils auf einen vorbestimmten Winkelbereich festgelegt .Angle value can be increased. However, this increases the complexity of the sensor arrangement. Furthermore, such a customized sensor arrangement would each be set to a predetermined angular range.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Sensoranordnung und ein Messsystem anzugeben, mit denen sich ein Drehwinkel einer Magnetquelle mit hoher Auflösung ermitteln lässt. Es ist auch Aufgabe der Erfindung, ein Messverfahren anzugeben, mit dem sich ein Drehwinkel einer Magnetquelle mit hoher Auflösung ermitteln lässt.The object of the invention is to specify a sensor arrangement and a measuring system with which a rotation angle of a magnetic source with high resolution can be determined. It is also an object of the invention to specify a measuring method with which a rotation angle of a magnetic source with high resolution can be determined.
Diese Aufgabe wird mit den Gegenständen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Ausgestaltungsformen und Weiterbildun- gen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Eine beispielhafte Ausführungsform einer Sensoranordnung ist zur Verwendung mit einer sektorförmig magnetisierten Magnetquelle mit einer Polpaarzahl vorgesehen. Die Sensoranordnung weist einen ersten, einen zweiten, einen dritten und einen vierten Magnetfeldsensor auf, die entlang eines kreisförmigen Umfangs angeordnet sind. Die Magnetfeldsensoren sind jeweils dazu eingerichtet, ein Sensorsignal in Abhängigkeit einer magnetischen Feldintensität abzugeben, welche insbesondere von der sektorenförmig magnetisierten Magnetquelle bewirkt wird. Eine Auswahleinrichtung ist mit den Magnetfeldsensoren gekoppelt und eingerichtet zum Ableiten eines ersten und eines zweiten Zwischensignals als Funktion von wenigstens zwei ausgewählten Sensorsignalen aus den von den Magnetfeldsensoren abgegebenen Sensorsignalen. Dabei sind die wenigstens zwei Sensorsignale in Abhängigkeit der Polpaarzahl der Magnetquelle ausgewählt. Die Sensoranordnung weist ferner eine Auswerteeinrichtung auf, die mit der Auswahleinrichtung gekoppelt und eingerichtet ist zum Ermitteln eines Drehwinkels als Funktion des ersten und zweiten Zwischensignals und der Polpaarzahl.This object is achieved with the subjects of the independent claims. Embodiments and further developments of the invention are the subject of the subclaims. An exemplary embodiment of a sensor assembly is provided for use with a sector-magnetized magnetic source having a number of pole pairs. The sensor arrangement comprises a first, a second, a third and a fourth magnetic field sensor, which are arranged along a circular circumference. The magnetic field sensors are each set up to emit a sensor signal as a function of a magnetic field intensity, which is brought about in particular by the sector-shaped magnetized magnet source. A selection device is coupled to the magnetic field sensors and configured to derive a first and a second intermediate signal as a function of at least two selected sensor signals from the sensor signals output by the magnetic field sensors. The at least two sensor signals are selected as a function of the number of pole pairs of the magnetic source. The sensor arrangement further has an evaluation device that is coupled to the selection device and configured to determine a rotation angle as a function of the first and second intermediate signal and the number of pole pairs.
Durch die Verwendung einer sektorenförmig magnetisierten Magnetquelle, welche eine bestimmte Anzahl von Polpaaren, das heißt eine bestimmte Polpaarzahl aufweist, der speziellen Ausgestaltung der Sensoranordnung bezüglich der Magnetfeldsensoren und der Auswahlmöglichkeit der von den Magnetfeldsensoren abgegebenen Sensorsignale kann ein Winkelwert beziehungsweise ein Drehwinkel der Magnetquelle für einen von der Polpaarzahl abhängigen Winkelbereich mit hoher Auflösung be- stimmt werden. Die Polpaarzahl oder ein der Polpaarzahl entsprechendes Signal können der Sensoranordnung beispielsweise über einen Steuereingang zugeführt werden.
Beispielsweise sind die Magnetfeldsensoren in einem Kreissegment entlang des kreisförmigen Umfangs mit einem jeweiligen Winkelabstand von im Wesentlichen 45° angeordnet. Durch ent- sprechende Auswahl und Kombination der von den Magnetfeldsensoren abgegebenen Sensorsignale kann mit der Sensoranordnung für beliebige Magnetquellen mit jeweils unterschiedlichen Polpaarzahlen ein an die jeweilige Polpaarzahl angepasster Drehwinkel der jeweiligen Magnetquelle bestimmt werden.By using a sector-shaped magnetized magnetic source, which has a certain number of pole pairs, that is, a certain number of pole pairs, the special configuration of the sensor array with respect to the magnetic field sensors and the choice of the output from the magnetic field sensor signals, an angle value or a rotation angle of the magnetic source for one of The pole pair number dependent angular range can be determined with high resolution. The pole pair number or a signal corresponding to the pole pair number can be supplied to the sensor arrangement, for example via a control input. For example, the magnetic field sensors are arranged in a circular segment along the circular circumference with a respective angular spacing of substantially 45 °. By appropriate selection and combination of the sensor signals emitted by the magnetic field sensors, a rotational angle of the respective magnetic source adapted to the respective number of pole pairs can be determined with the sensor arrangement for any desired magnetic sources, each with different pole pair numbers.
Die Sensoranordnung lässt sich sowohl mit einer Magnetquelle mit einer Polpaarzahl von 1, das heißt mit einem diametral magnetisierten Magneten, als auch mit Magnetquellen mit Polpaarzahlen größer als 1 verwenden, die mehr als zwei magneti- sehe Sektoren aufweisen. In dem letztgenannten Fall lässt sich mit der Sensoranordnung ein Drehwinkel in einem durch die Polpaarzahl bestimmten Winkelbereich bestimmen. Die Sensoranordnung kann somit in einfacher Weise an verschiedene Winkelbereiche beziehungsweise verschiedene Polpaarzahlen an- gepasst werden.The sensor arrangement can be used both with a magnetic source having a pole pair number of 1, that is to say with a diametrically magnetized magnet, and with magnet sources having pole pair numbers greater than 1, which have more than two magnetic sectors. In the latter case, the sensor arrangement can be used to determine a rotation angle in an angular range determined by the number of pole pairs. The sensor arrangement can thus be adapted in a simple manner to different angular ranges or different pole pair numbers.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Sensoranordnung zusätzlich einen fünften, einen sechsten, einen siebten und einen achten Magnetfeldsensor auf, die gemeinsam mit dem ers- ten, zweiten, dritten und vierten Magnetfeldsensor gleichmäßig entlang des kreisförmigen Umfangs angeordnet sind. Anders ausgedrückt weisen der erste bis achte Magnetfeldsensor jeweils einen Zwischenwinkelabstand von im Wesentlichen 45° auf. Auch der fünfte bis achte Magnetfeldsensor sind einge- richtet, ein Sensorsignal in Abhängigkeit einer magnetischen Feldintensität abzugeben. Dementsprechend ist die Auswahleinrichtung zum Ableiten des ersten und zweiten Zwischensignals
auch mit dem fünften, sechsten, siebten und achten Magnetfeldsensor gekoppelt. Durch die weiteren Magnetfeldsensoren kann für bestimmte Polpaarzahlen die Genauigkeit bei der Bestimmung des Drehwinkels zusätzlich verbessert werden.In a further embodiment, the sensor arrangement additionally has a fifth, a sixth, a seventh and an eighth magnetic field sensor which, together with the first, second, third and fourth magnetic field sensor, are arranged uniformly along the circular circumference. In other words, the first to eighth magnetic field sensors each have an inter-angle distance of substantially 45 °. The fifth to eighth magnetic field sensors are also set up to emit a sensor signal as a function of a magnetic field intensity. Accordingly, the selector is for deriving the first and second intermediate signals Also coupled with the fifth, sixth, seventh and eighth magnetic field sensor. Due to the further magnetic field sensors, the accuracy in determining the angle of rotation can be additionally improved for certain number of pole pairs.
In einem Ausführungsbeispiel eines Messsystems umfasst dieses einen Satz von wenigstens vier, beispielsweise aber auch acht Magnetfeldsensoren, die entlang eines kreisförmigen Umfangs angeordnet sind und jeweils eingerichtet sind, ein Sensorsig- nal in Abhängigkeit einer magnetischen Feldintensität abzugeben. Ferner ist in dem System eine sektorenförmig magne- tisierte Magnetquelle vorgesehen, welche eine Polpaarzahl aufweist und über dem kreisförmigen Umfang drehbar gelagert ist. Das Messsystem umfasst ferner ein Berechnungsmittel, das eingerichtet ist, wenigstens zwei Sensorsignale aus den von den Magnetfeldsensoren abgegebenen Sensorsignalen in Abhängigkeit der Polpaarzahl auszuwählen und einen Drehwinkel der Magnetquelle als Funktion der Polpaarzahl und der wenigstens zwei ausgewählten Sensorsignale zu bestimmen. Beispielsweise sind die Magnetfeldsensoren gleichmäßig entlang des kreisförmigen Umfangs angeordnet.In one exemplary embodiment of a measuring system, this comprises a set of at least four, for example, but also eight magnetic field sensors, which are arranged along a circular circumference and are each set up to emit a sensor signal as a function of a magnetic field intensity. Furthermore, a sector-shaped magnetized magnet source is provided in the system, which has a pole pair number and is rotatably mounted over the circular circumference. The measuring system further comprises a calculating means which is set up to select at least two sensor signals from the sensor signals emitted by the magnetic field sensors as a function of the number of pole pairs and to determine a rotational angle of the magnetic source as a function of the pole pair number and the at least two selected sensor signals. For example, the magnetic field sensors are arranged uniformly along the circular circumference.
In dem Messsystem kann ein Drehwinkel der Magnetquelle in einem durch die Polpaarzahl bestimmten Winkelbereich mit hoher Genauigkeit bestimmt werden.In the measuring system, a rotation angle of the magnetic source can be determined with high accuracy in an angular range determined by the number of pole pairs.
Das Ermitteln des Drehwinkels kann in der Sensoranordnung und in dem Messsystem mittels einer Winkelfunktion aus den ausgewählten Sensorsignalen beziehungsweise den Zwischensignalen erfolgen. Ferner können Divisionsmittel zum Teilen durch die Polpaarzahl für das Ermitteln des Drehwinkels vorgesehen sein .
In einem Ausführungsbeispiel für das Messverfahren werden ein erster, ein zweiter, ein dritter und ein vierter Magnetfeldsensor bereitgestellt, die entlang eines kreisförmigen Um- fangs angeordnet sind und jeweils ein Sensorsignal in Abhängigkeit einer magnetischen Feldintensität abgeben. Ferner wird eine sektorenförmig magnetisierte Magnetquelle bereitgestellt, welche eine Polpaarzahl aufweist und über dem kreisförmigen Umfang drehbar gelagert ist. In Abhängigkeit der Polpaarzahl werden aus den abgegebenen Sensorsignalen wenigstens zwei Sensorsignale ausgewählt. Ein Drehwinkel der Magnetquelle wird als Funktion der ausgewählten Sensorsignale und der Polpaarzahl ermittelt.The determination of the angle of rotation can take place in the sensor arrangement and in the measuring system by means of an angular function from the selected sensor signals or the intermediate signals. Furthermore, dividing means may be provided for dividing by the number of pole pairs for determining the angle of rotation. In one exemplary embodiment of the measuring method, a first, a second, a third and a fourth magnetic field sensor are provided, which are arranged along a circular circumference and each output a sensor signal as a function of a magnetic field intensity. Furthermore, a sector-shaped magnetized magnet source is provided, which has a pole pair number and is rotatably mounted over the circular circumference. Depending on the number of pole pairs, at least two sensor signals are selected from the emitted sensor signals. A rotation angle of the magnetic source is determined as a function of the selected sensor signals and the number of pole pairs.
Die Magnetquelle mit der Polpaarzahl lässt sich entsprechend eines gewünschten Winkelbereichs auswählen, für den ein Drehwinkel der Magnetquelle bestimmt werden soll. Dementsprechend werden in Abhängigkeit der gewählten Polpaarzahl der Magnetquelle entsprechende Sensorsignale von den Magnetfeldsensoren für eine Weiterverarbeitung ausgewählt. Somit lässt sich der Drehwinkel individuell angepasst an die Polpaarzahl mit einer hohen Auflösung bestimmen. Im Vergleich zu einer diametral magnetisierten Magnetquelle mit einer Polpaarzahl von 1 ergibt sich bei einer Magnetquelle, welche eine Polpaarzahl größer als 1 aufweist, bei gleicher Drehgeschwindigkeit ein sinusförmiger Verlauf der Magnetfeldintensität an einem der Magnetfeldsensoren mit einer der Polpaarzahl entsprechend höheren Frequenz. Anders ausgedrückt resultiert ein mechanischer Drehwinkel der Magnetquelle in einem der Polpaarzahl entsprechend höheren elektrischen Winkel an dem Magnetfeldsensor .
Beispielsweise werden die Sensorsignale derart ausgewählt, dass diese einen elektrischen Winkelabstand von im Wesentlichen 90° zueinander aufweisen. Über entsprechende trigonometrische Beziehungen kann der Drehwinkel beispielsweise über eine Winkelfunktion wie etwa eine inverse Tangens- oder eine Arkustangensfunktion ermittelt werden. Dementsprechend lassen sich auch für verschiedene Polpaarzahlen jeweils diejenigen Magnetfeldsensoren bestimmen beziehungsweise auswählen, welche geeignet sind, Sensorsignale mit dem elektrischen Winkel- abstand von im Wesentlichen 90° abzugeben.The magnetic source with the number of pole pairs can be selected according to a desired angular range for which a rotation angle of the magnetic source is to be determined. Accordingly, corresponding to the selected number of pole pairs of the magnetic source corresponding sensor signals are selected by the magnetic field sensors for further processing. Thus, the rotation angle can be individually adjusted to the number of pole pairs with a high resolution. Compared to a diametrically magnetized magnetic source with a number of pole pairs of 1 results in a magnetic source having a Polpaarzahl greater than 1, at the same rotational speed, a sinusoidal course of the magnetic field intensity at one of the magnetic field sensors with a Polpaarzahl correspondingly higher frequency. In other words, a mechanical angle of rotation of the magnetic source in a pole pair number corresponding to higher electrical angle results in the magnetic field sensor. For example, the sensor signals are selected such that they have an electrical angular distance of substantially 90 ° to each other. By way of corresponding trigonometric relationships, the angle of rotation can be determined, for example, by means of an angle function, such as an inverse tangent or an arctangent function. Accordingly, it is also possible, for different pole pair numbers, to respectively determine or select those magnetic field sensors which are suitable for outputting sensor signals with the electrical angular spacing of substantially 90 °.
Auch in dem Messverfahren können beispielsweise acht gleichmäßig über den Kreisumfang verteilte Magnetfeldsensoren vorgesehen werden, deren Sensorsignale zur Ermittlung des Dreh- winkeis herangezogen werden können.Also in the measuring method, for example, eight magnetic field sensors distributed uniformly over the circumference can be provided, the sensor signals of which can be used to determine the rotational angle.
Im Folgenden wird die Erfindung an mehreren Ausführungsbeispielen anhand der Figuren näher erläutert. Funktions- beziehungsweise wirkungsgleiche Elemente tragen dabei gleiche Be- zugszeichen.In the following, the invention will be explained in more detail with reference to the drawings. Functionally or functionally identical elements bear the same reference numerals.
Es zeigen:Show it:
Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Sensoranord- nung,FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of a sensor arrangement,
Figur 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Sensoranordnung,FIG. 2 shows a second exemplary embodiment of a sensor arrangement,
Figur 3 ein drittes Ausführungsbeispiel einer Sensoranordnung,
Figur 4 ein beispielhaftes Diagramm mit Vektoren von Zwischensignalen zur Berechnung des Drehwinkels,FIG. 3 shows a third exemplary embodiment of a sensor arrangement, FIG. 4 shows an exemplary diagram with vectors of intermediate signals for calculating the angle of rotation,
Figur 5 ein beispielhaftes Diagramm für Verläufe von Sen- sorsignalen für verschiedene Polpaarzahlen,FIG. 5 shows an exemplary diagram for profiles of sensor signals for different pole pair numbers,
Figur 6 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Magnetquelle mit entsprechend angeordneten Magnetfeldsensoren und6 shows a first embodiment of a magnetic source with correspondingly arranged magnetic field sensors and
Figur 7 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Magnetquelle mit entsprechend angeordneten Magnetfeldsensoren.Figure 7 shows a second embodiment of a magnetic source with correspondingly arranged magnetic field sensors.
Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Sensoranordnung, die sich mit einer hier nicht gezeigten sektorenförmig magne- tisierten Magnetquelle verwenden lässt. Die Sensoranordnung weist in diesem Ausführungsbeispiel einen Satz von acht Magnetfeldsensoren MSl bis MS8 sowie eine Auswahleinrichtung SEL auf, die eingangsseitig mit den Magnetfeldsensoren MSl bis MS8 und ausgangsseitig mit einer Auswerteschaltung EV gekoppelt ist. Von den Magnetfeldsensoren MSl bis MS8, die beispielsweise jeweils einen Hall-Sensor aufweisen, werden im Betrieb jeweilige Sensorsignale Hl bis H8 abgegeben, deren Wert von einer magnetischen Feldintensität an der Position des Magnetfeldsensors abhängt.FIG. 1 shows an exemplary embodiment of a sensor arrangement which can be used with a sector-shaped magnetized magnetic source (not shown here). In this exemplary embodiment, the sensor arrangement has a set of eight magnetic field sensors MS1 to MS8 and a selector SEL, which is coupled on the input side with the magnetic field sensors MS1 to MS8 and on the output side with an evaluation circuit EV. From the magnetic field sensors MS1 to MS8, which for example each have a Hall sensor, respective sensor signals H1 to H8 are emitted during operation, the value of which depends on a magnetic field intensity at the position of the magnetic field sensor.
Die Magnetfeldsensoren MSl bis MS8 sind gleichmäßig entlang eines kreisförmigen Umfangs CIR angeordnet, sodass ein jeweiliger Zwischenwinkel zwischen den Magnetfeldsensoren im We- sentlichen 45° beträgt. Dies ist in der Zeichnung beispielsweise für den Winkel zwischen dem siebten Magnetfeldsensor MS7 und dem achten Magnetfeldsensor MS8 exemplarisch darge-
stellt. Der kreisförmige Umfang CIR beziehungsweise die Anordnung der Magnetfeldsensoren MSl bis MS8 bilden vorzugsweise eine nicht gekrümmte Ebene.The magnetic field sensors MS1 to MS8 are arranged uniformly along a circular circumference CIR, so that a respective intermediate angle between the magnetic field sensors is essentially 45 °. This is exemplified in the drawing, for example, for the angle between the seventh magnetic field sensor MS7 and the eighth magnetic field sensor MS8. provides. The circular circumference CIR or the arrangement of the magnetic field sensors MS1 to MS8 preferably form a non-curved plane.
Die Auswahleinrichtung SEL weist einen Steuereingang CIN auf, über den ein Steuerwort oder Steuersignal zugeführt werden kann, welches eine Polpaarzahl der zu verwendenden Magnetquelle ausdrückt. Die Auswahleinrichtung SEL ist eingerichtet, wenigstens zwei Sensorsignale aus den von den Magnet- feldsensoren MSl bis MS8 abgegebenen Sensorsignalen Hl bis H8 auszuwählen und aus den ausgewählten Sensorsignalen ein erstes und ein zweites Zwischensignal OPP, ADJ abzuleiten, welche ausgangsseitig an die Auswerteschaltung EV abgegeben werden. Beispielsweise repräsentieren die Zwischensignale OPP, ADJ zwei Vektoren, welche im Wesentlichen senkrecht aufeinander stehen und deren Summe einen Winkel zu einem Bezugskoordinatensystem bilden, aus dem sich ein Drehwinkel Φ einer verwendeten Magnetquelle ableiten lässt. Dies kann beispielsweise über einfache trigonometrische Funktionen wie zum Bei- spiel eine Arkustangensfunktion erfolgen. Der Drehwinkel Φ wird an einem Ausgang OUT abgegeben.The selector SEL has a control input CIN, via which a control word or control signal can be supplied, which expresses a pole pair number of the magnetic source to be used. The selection device SEL is set up to select at least two sensor signals from the sensor signals H1 to H8 output by the magnetic field sensors MS1 to MS8 and to derive from the selected sensor signals a first and a second intermediate signal OPP, ADJ which are output on the output side to the evaluation circuit EV. For example, the intermediate signals OPP, ADJ represent two vectors, which are substantially perpendicular to one another and whose sum form an angle to a reference coordinate system, from which a rotational angle Φ of a magnetic source used can be derived. This can be done, for example, via simple trigonometric functions such as, for example, an arctangent function. The rotation angle Φ is output at an output OUT.
In einem Betrieb der Sensoranordnung ist die hier nicht gezeigte Magnetquelle vorzugsweise drehbar um den Mittelpunkt des kreisförmigen Umfangs CIR gelagert und bildet mit der Sensoranordnung ein entsprechendes Messsystem.In an operation of the sensor arrangement, the magnetic source, not shown here, is preferably mounted rotatably about the center of the circular circumference CIR and forms with the sensor arrangement a corresponding measuring system.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel können der fünfte, sechste, siebte und achte Magnetfeldsensor MS5 bis MS8 auch weggelassen werden, wobei die Position der ersten vier Magnetfeldsensoren MSl bis MS4 unverändert bleibt. Auch in diesem Fall lassen sich in Abhängigkeit der Polpaarzahl entspre-
chende Sensorsignale aus den zur Verfügung stehenden Sensorsignalen Hl bis H4 auswählen, um daraus die Zwischensignale OPP, ADJ abzuleiten.In a further embodiment, the fifth, sixth, seventh and eighth magnetic field sensors MS5 to MS8 may also be omitted, with the position of the first four magnetic field sensors MS1 to MS4 remaining unchanged. In this case too, depending on the number of pole pairs, Select chende sensor signals from the available sensor signals Hl to H4 to derive therefrom the intermediate signals OPP, ADJ.
Sowohl in der Ausführungsform mit vier Magnetfeldsensoren MSl bis MS4 als auch mit acht Magnetfeldsensoren MSl bis MS8 können das erste und das zweite Zwischensignal OPP, ADJ durch Addition und/oder Subtraktion der ausgewählten Sensorsignale in der Auswahleinrichtung abgeleitet werden.Both in the embodiment with four magnetic field sensors MS1 to MS4 and with eight magnetic field sensors MS1 to MS8, the first and second intermediate signals OPP, ADJ can be derived by addition and / or subtraction of the selected sensor signals in the selection device.
Figur 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Sensoranordnung für die Bestimmung eines Drehwinkels einer sekto- renförmig magnetisierten Magnetquelle. Die Auswahleinrichtung SEL umfasst hierbei für jeden der acht Magnetfeldsensoren MSl bis MS8 einen Differenzverstärker oder Operationsverstärker OPl bis OP8. Bei den Operationsverstärkern OPl bis 0P8 ist jeweils ein erster Eingang E+, der ein nicht invertierender Eingang ist, an einen Bezugspotentialanschluss GND angeschlossen. Ein jeweils zweiter Eingang E-, der dementspre- chend ein invertierender Eingang ist, ist mit einem zugehörigen Magnetfeldsensor gekoppelt. Invertierender und nicht invertierender Eingang E-, E+ der Operationsverstärker OPl bis 0P8 können in anderen Ausführungsformen auch vertauscht werden. Die Anordnung der Magnetfeldsensoren MSl bis MS8 entlang des kreisförmigen Umfangs CIR ist in diesem Ausführungsbeispiel aus Übersichtsgründen nicht dargestellt.FIG. 2 shows a further exemplary embodiment of a sensor arrangement for determining a rotation angle of a sector-magnetized magnet source. In this case, the selection device SEL comprises a differential amplifier or operational amplifier OP1 to OP8 for each of the eight magnetic field sensors MS1 to MS8. In the case of the operational amplifiers OP1 to 0P8, in each case a first input E +, which is a non-inverting input, is connected to a reference potential terminal GND. A respective second input E-, which accordingly is an inverting input, is coupled to an associated magnetic field sensor. Inverting and non-inverting input E-, E + of the operational amplifiers OP1 to 0P8 can also be interchanged in other embodiments. The arrangement of the magnetic field sensors MS1 to MS8 along the circular circumference CIR is not shown in this embodiment for reasons of clarity.
Die Operationsverstärker OPl bis 0P8 weisen zudem jeweils einen nichtinvertierenden und einen invertierenden Ausgang 0+, O- auf, an denen beispielsweise ein positiver beziehungsweise negativer oder invertierter Strom abgegeben werden kann. Jeder der Ausgänge der Operationsverstärker OPl bis 0P8 ist ü-
ber einen der Schalter Sil bis S84 selektiv mit einem ersten und einem zweiten Eingang AINl, AIN2 eines Analog-Digital- Umsetzers ADl gekoppelt. Die Schalterstellung der Schalter Sil bis S84 wird über eine Steuerschaltung CTL gesteuert, welche den Steuereingang CIN aufweist. Ausgangsseitig ist der Analog-Digital-Umsetzer ADl mit der Auswerteschaltung EV zur Übermittlung des ersten und zweiten Zwischensignals OPP, ADJ in digitaler Form gekoppelt.The operational amplifiers OP1 to 0P8 also each have a non-inverting and an inverting output 0+, O-, at which, for example, a positive or negative or inverted current can be delivered. Each of the outputs of the operational amplifiers OPl to 0P8 is ü One of the switches Sil to S84 is selectively coupled to a first and a second input AIN1, AIN2 of an analog-to-digital converter AD1. The switch position of the switches Sil to S84 is controlled by a control circuit CTL, which has the control input CIN. On the output side, the analog-to-digital converter AD1 is coupled to the evaluation circuit EV for the transmission of the first and second intermediate signals OPP, ADJ in digital form.
Beispielsweise kann das Sensorsignal des ersten Magnetfeldsensors MSl, welches als analoges Strom- oder Spannungssignal vorliegt, über den ersten Operationsverstärker OPl zu einem weiteren analogen Stromsignal verstärkt werden, welches an den entsprechenden Ausgängen O+, O- in invertierter oder nicht invertierter Form vorliegt. Dementsprechend kann vom Ausgang 0- des Operationsverstärkers OPl über den Schalter Sil das invertierte, verstärkte Stromsignal an den ersten Eingang AINl des Analog-Digital-Umsetzers ADl zugeführt werden. Alternativ lässt sich dieser Strom auch über den Schal- ter S12 an den zweiten Eingang AIN2 zuführen. In gleicherFor example, the sensor signal of the first magnetic field sensor MS1, which is present as an analog current or voltage signal, can be amplified via the first operational amplifier OP1 to form a further analog current signal, which is present at the corresponding outputs O +, O- in inverted or non-inverted form. Accordingly, the inverted, amplified current signal can be supplied to the first input AIN1 of the analog-to-digital converter AD1 from the output 0- of the operational amplifier OP1 via the switch Sil. Alternatively, this current can also be supplied via the switch S12 to the second input AIN2. In the same
Weise kann ein Strom am nicht invertierenden Ausgang 0+ des Operationsverstärkers OPl über die Schalter S13, S14 alternativ auf den ersten oder den zweiten Eingang AINl, AIN2 des Analog-Digital-Umsetzers ADl geführt werden.A current at the noninverting output O + of the operational amplifier OP1 can alternatively be routed via the switches S13, S14 to the first or the second input AIN1, AIN2 of the analog / digital converter AD1.
Anders ausgedrückt kann das verstärkte Sensorsignal sowohl in invertierter als auch in nicht invertierter Form jeweils an den ersten oder den zweiten Eingang AINl, AIN2 angelegt werden. Es ist jedoch auch möglich, dass alle einem Operations- Verstärker zugeordneten Schalter, beispielsweise für den Operationsverstärker OPl die Schalter Sil bis S14, in einen nicht leitenden Zustand geschaltet sind und dadurch kein ent-
sprechendes Sensorsignal, hier des betroffenen Magnetfeldsensors MSl, auf den Analog-Digital-Umsetzer ADl gegeben wird.In other words, the amplified sensor signal can be applied to the first or the second input AIN1, AIN2 both in inverted and non-inverted form. However, it is also possible that all switches assigned to an operational amplifier, for example for the operational amplifier OP1, the switches Sil to S14, are switched to a nonconducting state and thus no speaking sensor signal, here the affected magnetic field sensor MSl, is given to the analog-to-digital converter ADl.
Die Funktionsweise der übrigen Schalter S21 bis S84 für die verbleibenden Operationsverstärker OP2 bis OP8 entspricht der eben beschriebenen Funktionsweise. Somit kann am ersten und zweiten Eingang AINl, AIN2 des Analog-Digital-Umsetzers ADl jeweils eine Aufsummierung von nicht invertierten und invertierten Sensorsignalen der einzelnen Magnetfeldsensoren MSl bis MS8 erfolgen. Anders ausgedrückt kann durch die verschiedenen Schalterstellungen der Schalter Sil bis S84 eine jeweilige Addition und/oder Subtraktion der Sensorsignale durchgeführt werden, wobei nicht alle Sensorsignale in das jeweilige Ergebnis der Signal-Addition und -Subtraktion eingehen müs- sen.The mode of operation of the remaining switches S21 to S84 for the remaining operational amplifiers OP2 to OP8 corresponds to the above-described mode of operation. Thus, a summation of non-inverted and inverted sensor signals of the individual magnetic field sensors MS1 to MS8 can take place at the first and second inputs AIN1, AIN2 of the analog-to-digital converter AD1. In other words, due to the various switch positions of the switches S 1 to S 84, a respective addition and / or subtraction of the sensor signals can be carried out, wherein not all sensor signals have to be included in the respective result of the signal addition and subtraction.
Entsprechende Steuersignale für die Ansteuerung der einzelnen Schalter Sil bis S84 können von der Steuerschaltung CTL in Abhängigkeit eines Signals am Steuereingang CIN abgeleitet werden, welches in entsprechender Form eine Information über die Polpaarzahl eines verwendeten oder zur Verwendung vorgesehenen Magneten umfasst. Wie zuvor bereits erwähnt, werden dabei in Abhängigkeit der Polpaarzahl diejenigen Magnetfeldsensoren ausgewählt, die bezogen auf einen elektrischen Ver- lauf eines sinusförmigen Sensorsignals einen Winkelabstand von im Wesentlichen 90° zueinander aufweisen, wobei jeweils eines davon für das erste Zwischensignal und das andere, um 90° verschobene, für das zweite Zwischensignal verwendet werden .Corresponding control signals for the control of the individual switches Sil to S84 can be derived from the control circuit CTL as a function of a signal at the control input CIN, which in a corresponding form comprises information about the pole pair number of a magnet used or intended for use. As already mentioned above, depending on the number of pole pairs, those magnetic field sensors are selected which have an angular distance of substantially 90 ° with respect to an electrical characteristic of a sinusoidal sensor signal, one of each for the first intermediate signal and the other for 90 ° ° shifted, used for the second intermediate signal.
Sensorsignale von weiteren Magnetfeldsensoren, welche einen elektrischen Winkelabstand von im Wesentlichen 180° aufwei-
sen, was einer Invertierung des entsprechenden Sensorsignals entspricht, können eben entsprechend dieser Invertierung mit umgekehrtem Vorzeichen für das jeweilige Zwischensignal verwendet werden, um die Signalstärke des sich ergebenden Zwi- schensignals zu erhöhen. Beispielsweise wird also das Sensorsignal eines ersten Magnetfeldsensors in nicht invertierter Form für die Ableitung des Zwischensignals verwendet und das Sensorsignal eines zweiten Magnetfeldsensors, der zum ersten Magnetfeldsensor einen elektrischen Winkelabstand von 180° aufweist, in invertierter Form.Sensor signals from other magnetic field sensors, which have an electrical angular distance of substantially 180 ° aufwei- That which corresponds to an inversion of the corresponding sensor signal can just be used in accordance with this inverted sign inversion for the respective intermediate signal in order to increase the signal strength of the resulting intermediate signal. For example, therefore, the sensor signal of a first magnetic field sensor is used in non-inverted form for the derivation of the intermediate signal and the sensor signal of a second magnetic field sensor, which has an electrical angular distance of 180 ° to the first magnetic field sensor, in an inverted form.
Die physikalische Position der Magnetfeldsensoren MSl bis MS8, von denen die Sensorsignale entsprechend dem elektrischen Winkelabstand abgegeben werden, hängt von der Polpaar- zahl ab.The physical position of the magnetic field sensors MS1 to MS8, from which the sensor signals are output according to the electrical angular distance, depends on the pole pair number.
Die in Figur 2 dargestellte Ausführungsform einer Sensoranordnung kann wiederum zusammen mit einer entsprechenden Magnetquelle als Messsystem verwendet werden.The embodiment of a sensor arrangement shown in FIG. 2 can in turn be used together with a corresponding magnetic source as the measuring system.
Figur 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Sensoranordnung, die insbesondere bezüglich der Anordnung der Magnetfeldsensoren MSl bis MS8 der Sensoranordnung aus Figur 1 ähnlich ist. In Abweichung zu der Ausführungsform in Figur 1 werden bei dem Ausführungsbeispiel in Figur 3 die Sensorsignale Hl bis H8 auf einen Analog-Digital-Umsetzer AD2 geführt, der ausgangsseitig digital mit der Auswahleinrichtung SEL gekoppelt ist.FIG. 3 shows a further exemplary embodiment of a sensor arrangement, which is similar in particular to the arrangement of the magnetic field sensors MS1 to MS8 of the sensor arrangement of FIG. In contrast to the embodiment in FIG. 1, in the exemplary embodiment in FIG. 3, the sensor signals H1 to H8 are fed to an analog-to-digital converter AD2, whose output is digitally coupled to the selector SEL.
Die als analoge Strom- oder Spannungssignale vorliegendenThe present as analog current or voltage signals
Sensorsignale Hl bis H8 werden in dem Analog-Digital-Umsetzer AD2 in digitale Sensorsignale umgesetzt, wobei die Analog-
Digital-Wandlung in verschiedenen Ausführungsformen sowohl parallel als auch seriell durchgeführt werden kann. Auch eine Kombination aus paralleler und serieller Analog-Digital- Umsetzung kann implementiert werden. Ebenso können die digi- talen Sensorsignale in serieller oder paralleler Form an die Auswahleinrichtung SEL übertragen werden. Bei paralleler Wandlung beziehungsweise Übertragung können höhere Verarbeitungsgeschwindigkeiten erreicht und dementsprechend höhere Drehzahlen einer Magnetquelle verarbeitet werden. Serielle Wandlung beziehungsweise Übertragung kann jedoch den Schaltungsaufwand reduzieren. Eine entsprechende Ausgestaltung hängt von den jeweiligen Anforderungen ab.Sensor signals H1 to H8 are converted in the analog-to-digital converter AD2 into digital sensor signals, the analogue Digital conversion in various embodiments can be carried out both in parallel and in series. A combination of parallel and serial analog-to-digital conversion can also be implemented. Likewise, the digital sensor signals can be transmitted in serial or parallel form to the selector SEL. In parallel conversion or transmission higher processing speeds can be achieved and accordingly higher speeds of a magnetic source can be processed. However, serial conversion or transmission can reduce the circuit complexity. A corresponding embodiment depends on the respective requirements.
Die Auswahleinrichtung SEL ist eingerichtet, aus den digita- len Sensorsignalen in Abhängigkeit eines Steuersignals am Steuereingang CIN das erste und zweite Zwischensignal OPP, ADJ abzuleiten und an die Auswerteschaltung EV abzugeben. Dabei kann in der Auswahleinrichtung SEL wiederum eine additive oder subtraktive Verknüpfung ausgewählter digitaler Sensor- Signale vorgenommen werden, um die entsprechenden Zwischensignale OPP, ADJ ableiten zu können.The selection device SEL is set up to derive the first and second intermediate signals OPP, ADJ from the digital sensor signals as a function of a control signal at the control input CIN and to output them to the evaluation circuit EV. In this case, an additional or subtractive combination of selected digital sensor signals can again be made in the selection device SEL in order to be able to derive the corresponding intermediate signals OPP, ADJ.
Auch das in Figur 3 gezeigte Ausführungsbeispiel einer Sensoranordnung kann zusammen mit einer sektorenförmig magneti- sierten Magnetquelle in einem Messsystem zur Bestimmung eines Drehwinkels der Magnetquelle verwendet werden.The exemplary embodiment of a sensor arrangement shown in FIG. 3 can also be used together with a sector-shaped magnetized magnet source in a measuring system for determining a rotation angle of the magnetic source.
Wie bereits erwähnt, ergeben sich an den Magnetfeldsensoren MSl bis MS8 jeweils sinusförmige Sensorsignale, deren Fre- quenz unter anderem von einer Drehgeschwindigkeit einer verwendeten Magnetquelle aber auch von der Polpaarzahl abhängt. Da das erste und das zweite Zwischensignal OPP, ADJ aus aus-
gewählten Sensorsignalen der zur Verfügung stehenden Sensorsignale Hl bis H8 abgeleitet werden, weisen auch die Zwischensignale OPP, ADJ vorzugsweise jeweils einen sinusförmigen Verlauf auf. Die jeweiligen Werte der Zwischensignale OPP, ADJ können wegen der Winkelbeziehungen als Beträge von aufeinander senkrecht stehenden Vektoren verstanden werden, deren Vektorsumme einen elektrischen Drehwinkel der Magnetquelle repräsentiert.As already mentioned, sinusoidal sensor signals, whose frequency depends inter alia on a rotational speed of a magnetic source used but also on the number of pole pairs, are produced at the magnetic field sensors MS1 to MS8. Since the first and second intermediate signals OPP, ADJ are selected from selected sensor signals of the available sensor signals Hl to H8 are derived, the intermediate signals OPP, ADJ preferably each have a sinusoidal shape. Because of the angular relationships, the respective values of the intermediate signals OPP, ADJ can be understood as amounts of mutually perpendicular vectors whose vector sum represents an electrical rotation angle of the magnetic source.
Figur 4 zeigt ein beispielhaftes Diagramm mit entsprechenden Vektoren der Zwischensignale OPP, ADJ. Aus Übersichtsgründen ist dabei das erste Zwischensignal OPP als Vektor auf der Hochwertachse oder y-Achse eingezeichnet, während das zweite Zwischensignal ADJ als Vektor auf der Rechtswertachse oder x- Achse eingezeichnet ist. Die Summe der Vektoren OPP, ADJ ergibt einen resultierenden Vektor RES, dessen Winkel φ zur Rechtswertachse dem elektrischen Winkel der erzeugenden Magnetquelle entspricht.FIG. 4 shows an exemplary diagram with corresponding vectors of the intermediate signals OPP, ADJ. For reasons of clarity, the first intermediate signal OPP is drawn as a vector on the high-value axis or y-axis, while the second intermediate signal ADJ is drawn as a vector on the right-value axis or x-axis. The sum of the vectors OPP, ADJ results in a resultant vector RES whose angle φ to the right-hand value axis corresponds to the electrical angle of the generating magnetic source.
Der Winkel φ lässt sich über einfache Winkelfunktionen aus dem ersten und zweiten Zwischensignal OPP, ADJ ermitteln. Beispielsweise besteht zwischen dem Winkel φ und Werten opp, adj der Zwischensignale OPP, ADJ, welche auch negativ werden können, die BeziehungThe angle φ can be determined from the first and second intermediate signal OPP, ADJ via simple angle functions. For example, between the angle φ and values opp, adj of the intermediate signals OPP, ADJ, which may also become negative, the relationship exists
opp tan φ = —— adj f (1) opp tan φ = - adj f (1)
sodass sich für den Winkel φ ergibtso that the angle φ results
opp φ = arctan - ad^ . (2)
Aus dem so ermittelten Winkel φ, welcher beispielsweise Werte von -180° bis +180° beziehungsweise von 0° bis 360° im Gradmaß annehmen kann, lässt sich der absolute mechanische Winkel der Magnetquelle in Bezug auf die kreisförmig Anordnung der Magnetfeldsensoren MSl bis MS8 in Abhängigkeit der Polpaarzahl bestimmen. Der Winkel φ kann auch in entsprechenden Bereichen im Bogenmaß, -π bis +π, beziehungsweise 0 bis 2π angegeben werden.opp φ = arctan - a d ^. (2) From the thus determined angle φ, which can for example assume values of -180 ° to + 180 ° or from 0 ° to 360 ° in degree, the absolute mechanical angle of the magnetic source with respect to the circular arrangement of the magnetic field sensors MS1 to MS8 in Determine the dependence of the number of pole pairs. The angle φ can also be given in corresponding ranges in radians, -π to + π, or 0 to 2π.
Beispielsweise ergibt sich der absolute mechanische Winkel Φ durch Teilen des elektrischen Winkels φ durch die Polpaarzahl. Demgemäß wäre für einen zweipoligen, diametral magneti- sierten Magneten mit einer Polpaarzahl von 1 keine Teilung notwendig. Für einen vierpoligen Magneten mit einer Polpaarzahl von 2 müsste der elektrische Winkelwert φ durch 2 geteilt werden, um den Drehwinkel Φ der Magnetquelle zu erhalten. Beispielsweise weist die Auswerteschaltung EV in einem der in den Figuren 1 bis 3 gezeigten Ausführungsbeispiele ein Divisionsmittel auf, welches zum Teilen des elektrisch ermittelten Winkels φ durch die Polpaarzahl bestimmt ist.For example, the absolute mechanical angle Φ is given by dividing the electrical angle φ by the number of pole pairs. Accordingly, no division would be necessary for a two-pole, diametrically magnetized magnet with a pole pair number of 1. For a four-pole magnet with a pole pair number of 2, the electrical angle value φ would have to be divided by 2 to obtain the rotation angle Φ of the magnetic source. For example, the evaluation circuit EV in one of the exemplary embodiments shown in FIGS. 1 to 3 has a dividing means which is intended to divide the electrically determined angle φ by the number of pole pairs.
Figur 5 zeigt ein beispielhaftes Signaldiagramm mit Sensorsignalen, welche durch Magnetquellen mit unterschiedlichen Polpaarzahlen erzeugt werden können. Die am oberen Ende des Diagramms angegebenen Winkelwerte entsprechen einem mechanischen Drehwinkel der jeweiligen Magnetquelle.FIG. 5 shows an exemplary signal diagram with sensor signals that can be generated by magnetic sources with different pole pair numbers. The angle values given at the top of the diagram correspond to a mechanical angle of rotation of the respective magnetic source.
Das oberste Signaldiagramm stellt den Verlauf von Sensorsig- nalen für einen diametral magnetisierten, zweipoligen Magneten mit einer entsprechenden Polpaarzahl von 1 dar. Für diesen Fall entspricht ein mechanischer Drehwinkel einem elekt-
risch bestimmbaren Winkel. Um das erste und zweite Zwischensignal OPP, ADJ abzuleiten, werden für diesen Fall für eines der Zwischensignale die Sensorsignale der Magnetfeldsensoren an den mit 0° und 180° bezeichneten Positionen verwendet, ge- kennzeichnet mit sin für den positiven Anteil des Zwischensignals und mit -sin für den zu invertierenden Anteil des Zwischensignals. Das zweite Zwischensignal wird aus den Sensorsignalen der an den mit 90° und 270° bezeichneten Positionen liegenden Magnetfeldsensoren ermittelt. Wie aus den si- nusförmigen Verläufen ersichtlich, die in dem Diagramm dargestellt sind, weisen diese einen elektrischen Winkelabstand von 90° zueinander auf. Dementsprechend lässt sich beispielsweise mit dem bei Figur 4 beschriebenen Verfahren der entsprechende Winkelwert aus den Zwischensignalen OPP, ADJ er- mittein. Die Positionen der Magnetfeldsensoren des um 90° verschobenen Sensorsignals sind in diesem Fall mit -cos und cos gekennzeichnet, wobei das aus der mit -cos gekennzeichneten Position in invertierter Form in das zweite Zwischensignal eingeht.The uppermost signal diagram represents the course of sensor signals for a diametrically magnetized, two-pole magnet with a corresponding number of pole pairs of 1. In this case, a mechanical angle of rotation corresponds to an electrical angle. rically determinable angle. In order to derive the first and second intermediate signals OPP, ADJ, in this case the sensor signals of the magnetic field sensors are used for one of the intermediate signals at the positions designated 0 ° and 180 °, denoted by sin for the positive component of the intermediate signal and -sin for the portion of the intermediate signal to be inverted. The second intermediate signal is determined from the sensor signals of the magnetic field sensors located at the positions designated by 90 ° and 270 °. As can be seen from the sinusoidal progressions shown in the diagram, these have an electrical angular distance of 90 ° to one another. Accordingly, for example, the corresponding angle value from the intermediate signals OPP, ADJ can be determined by the method described with reference to FIG. The positions of the magnetic field sensors of the sensor signal shifted by 90 ° are identified in this case by -cos and cos, wherein the position marked by -cos enters the second intermediate signal in an inverted form.
Wahlweise kann auch jeweils nur eines der jeweiligen Sensorsignale verwendet werden. Durch die Verwendung von zwei oder vier Sensorsignalen zur Ableitung eines jeweiligen Zwischensignals kann jedoch die Signalqualität der Zwischensignale verbessert werden. Insbesondere kann durch die Differenzbildung zwischen einem nicht invertierten und einem invertierten Sensorsignal ein unter Umständen in den Sensorsignalen enthaltener Gleichanteil kompensiert beziehungsweise eliminiert werden. Ein derartiger Gleichanteil kann beispielsweise durch ein fremdinduziertes magnetisches Gleichfeld erzeugt werden, welches im Wesentlichen gleichmäßig auf alle Magnetfeldsenso-
ren wirkt und die von der drehbaren Magnetquelle erzeugte Magnetfeldintensität gleichmäßig verändert.Optionally, only one of the respective sensor signals can be used in each case. However, by using two or four sensor signals to derive a respective intermediate signal, the signal quality of the intermediate signals can be improved. In particular, by the difference between a non-inverted and an inverted sensor signal, a DC component possibly contained in the sensor signals can be compensated or eliminated. Such a DC component can be generated, for example, by a third-order magnetic DC field which is essentially uniformly applied to all magnetic field sensors. ren acts and changes the magnetic field intensity generated by the rotatable magnetic source evenly.
Das mittlere Signaldiagramm zeigt einen Verlauf der Sensor- signale für eine vierpolige Magnetquelle mit einer Polpaarzahl von 2. Dabei ist ersichtlich, dass für diesen Fall ein elektrischer Winkel von 90° einem mechanischen Drehwinkel der Magnetquelle von 45° entspricht. Ähnlich wie für die zweipolige Magnetquelle im oberen Diagramm beschrieben, kann das erste Zwischensignal aus den Sensorsignalen der Magnetfeldsensoren, welche mit sin und -sin bezeichnet sind, abgeleitet werden, während das zweite Zwischensignal aus den Sensorsignalen an den Positionen, die mit cos und -cos bezeichnet sind, hervorgeht.The middle signal diagram shows a progression of the sensor signals for a four-pole magnet source with a pole pair number of 2. It can be seen that for this case an electrical angle of 90 ° corresponds to a mechanical rotation angle of the magnetic source of 45 °. Similar to the two-pole magnetic source described in the upper diagram, the first intermediate signal from the sensor signals of the magnetic field sensors, which are denoted by sin and -sin, can be derived, while the second intermediate signal from the sensor signals at the positions with cos and cos are indicated.
Im unteren Signaldiagramm ist der Verlauf von Sensorsignalen bei Verwendung einer sechspoligen sektorenförmig magnetisier- ten Magnetquelle mit einer Polpaarzahl von 3 dargestellt. Dementsprechend ergibt sich wiederum, dass der elektrische Winkel der Polpaarzahl entsprechend, also drei Mal größer ist als der mechanische Drehwinkel der Magnetquelle. Anders ausgedrückt, ergibt sich der mechanische Drehwinkel durch Teilen des ermittelten elektrischen Drehwinkels durch die Polpaarzahl von 3. Obwohl im Vergleich zur zweipoligen Magnetquelle die gleichen Magnetfeldsensoren beziehungsweise deren Sensorsignale verwendet werden, erfolgt die Ableitung insbesondere des zweiten Zwischensignals mit jeweils umgekehrt polarisierten Sensorsignalen im Vergleich zur zweipoligen Magnetquelle.The lower signal diagram shows the course of sensor signals when using a six-pole sector-shaped magnetized magnet source with a number of pole pairs of 3. Accordingly, it follows again that the electrical angle of the number of pole pairs corresponding to, that is three times greater than the mechanical rotation angle of the magnetic source. In other words, the mechanical rotation angle is obtained by dividing the determined electrical rotation angle by the number of pole pairs of 3. Although the same magnetic field sensors or their sensor signals are used in comparison to the two-pole magnetic source, the derivative of the second intermediate signal, in each case reversely polarized sensor signals in comparison to bipolar magnetic source.
Für die Ableitung der Zwischensignale OPP, ADJ ist es notwendig, jeweils entsprechende Sensorsignale auszuwählen und vorzeichenrichtig, das heißt in invertierter oder nicht inver-
tierter Form, zusammenzuführen. Die Auswahleinrichtung SEL gemäß einem der dargestellten Ausführungsbeispiele ist jeweils dazu eingerichtet, diese Auswahl und Kombination in Abhängigkeit der Polpaarzahl vorzunehmen. Mit n als ganzzahligem Wert können das erste und zweite Zwischensignal OPP, ADJ beispielsweise gemäß Tabelle 1 in Abhängigkeit der Polpaarzahl ermittelt werden.For the derivation of the intermediate signals OPP, ADJ, it is necessary to select respective sensor signals and correct sign, that is in inverted or not inverted tated form, to merge. The selector SEL according to one of the illustrated embodiments is in each case configured to make this selection and combination as a function of the number of pole pairs. With n as an integer value, the first and second intermediate signals OPP, ADJ can be determined, for example, according to Table 1 as a function of the number of pole pairs.
Tabelle 1Table 1
Polpaarzahl Berechnung der Zwischensignale OPP, ADJNumber of pole pairs Calculation of the intermediate signals OPP, ADJ
4n+l OPP = Hl - H5 ADJ = H3 - H74n + l OPP = Hl - H5 ADJ = H3 - H7
4n+3 OPP = Hl - H5 ADJ =-H3 + H74n + 3 OPP = Hl - H5 ADJ = -H3 + H7
8n+2 OPP = Hl - H3 + H5 - - H7 ADJ = H2 - H4 + H6 -- H88n + 2 OPP = Hl - H3 + H5 - - H7 ADJ = H2 - H4 + H6 - H8
8n+6 OPP = Hl - H3 + H5 - - H7 ADJ =-H2 + H4 + H6 -h H88n + 6 OPP = Hl - H3 + H5 - - H7 ADJ = -H2 + H4 + H6 -h H8
Die in Tabelle 1 dargestellten Möglichkeiten zum Ableiten des ersten und zweiten Zwischensignals OPP, ADJ sind nicht ausschließlich und können durch andere Kombinationen der Sensorsignale ersetzt werden. Insbesondere können auch jeweils weniger Sensorsignale zur Ableitung der Zwischensignale OPP, ADJ herangezogen werden, wie oben erläutert.The possibilities shown in Table 1 for deriving the first and second intermediate signals OPP, ADJ are not exclusive and may be replaced by other combinations of the sensor signals. In particular, fewer sensor signals can also be used to derive the intermediate signals OPP, ADJ, as explained above.
Dementsprechend kann in einem Ausführungsbeispiel die Auswahleinrichtung SEL so eingerichtet sein, dass das erste und zweite Zwischensignal für eine ungerade Polpaarzahl als Funktion von zwei oder vier Sensorsignalen abgeleitet werden, wobei die Sensorsignale von demjenigen der Magnetfeldsensoren
MSl bis MS8 abgegeben werden, welche mit einem jeweiligen Winkelabstand von im Wesentlichen 90° angeordnet sind.Accordingly, in one embodiment, the selector SEL may be arranged to derive the first and second odd pole pair number intermediate signals as a function of two or four sensor signals, the sensor signals being from that of the magnetic field sensors MSl are issued to MS8, which are arranged at a respective angular distance of substantially 90 °.
Dementsprechend können für eine gerade Polpaarzahl das erste und zweite Zwischensignal OPP, ADJ als Funktion von zwei oder vier oder acht Sensorsignalen abgeleitet werden, wobei die Sensorsignale von denjenigen der Magnetfeldsensoren MSl bis MS8 abgegeben werden, welche mit einem jeweiligen Winkelabstand von im Wesentlichen 45° angeordnet sind.Accordingly, for an even pole pair number, the first and second intermediate signals OPP, ADJ may be derived as a function of two or four or eight sensor signals, the sensor signals being output from those of the magnetic field sensors MS1 to MS8 arranged at a respective angular distance of substantially 45 ° are.
Im gleichen Maße lässt sich demnach auch der Drehwinkel Φ als Funktion der eben beschriebenen Abhängigkeiten ermitteln.Accordingly, the angle of rotation Φ can also be determined as a function of the dependencies just described.
Die Anzahl der Polpaare beziehungsweise Pole der Magnetquelle kann theoretisch beliebig erhöht werden. Es kann jedoch erforderlich sein, die Zahl der Pole der Magnetquelle derart zu begrenzen, dass ein Abstand benachbarter Pole der Magnetquelle entlang des kreisförmigen Umfangs CIR nicht kleiner ist als ein Abstand zwischen der Magnetquelle als solcher und der kreisförmigen Anordnung der Magnetfeldsensoren. Die Figuren 6 und 7 zeigen Ausführungsbeispiele von sektorenförmig magneti- sierten Magnetquellen MAG und entsprechenden Magnetfeldsensoren, welche jeweils zur Ableitung der Zwischensignale OPP, ADJ verwendet werden.The number of pole pairs or poles of the magnetic source can theoretically be arbitrarily increased. However, it may be necessary to limit the number of poles of the magnetic source such that a distance of adjacent poles of the magnetic source along the circular circumference CIR is not smaller than a distance between the magnetic source per se and the circular arrangement of the magnetic field sensors. FIGS. 6 and 7 show exemplary embodiments of sector-shaped magnetized magnet sources MAG and corresponding magnetic field sensors, which are each used to derive the intermediate signals OPP, ADJ.
Mit Verweis auf Figur 5, insbesondere das mittlere Diagramm, zeigt Figur 6, dass ein positiver Anteil für das erste Zwischensignal aus den Magnetfeldsensoren MSl und MS5 hervorgeht, entsprechend gekennzeichnet durch die Beschriftung sin. Die entsprechenden negativen Sensorsignale, die für das erste Zwischensignal invertiert werden sollen, gehen aus den Mag-
netfeldsensoren MS3 und MS7 hervor, dementsprechend gekennzeichnet durch -sin.With reference to FIG. 5, in particular the middle diagram, FIG. 6 shows that a positive component for the first intermediate signal emerges from the magnetic field sensors MS1 and MS5, characterized by the inscription sin. The corresponding negative sensor signals which are to be inverted for the first intermediate signal are derived from the mag- from field sensors MS3 and MS7, accordingly characterized by -sin.
Das zweite Zwischensignal ergibt sich aus den nicht inver- tierten Sensorsignalen der Magnetfeldsensoren MS2 und MS6 sowie aus den invertierten Sensorsignalen der Magnetfeldsensoren MS4 und MS8, gekennzeichnet mit cos beziehungsweise -cos.The second intermediate signal results from the non-inverted sensor signals of the magnetic field sensors MS2 and MS6 and from the inverted sensor signals of the magnetic field sensors MS4 and MS8, characterized by cos or -cos.
Aus der Darstellung geht auch hervor, dass die Sensorsignale der Magnetfeldsensoren MS4, MS5, MS6, MS7 für eine Berechnung des Drehwinkels auch verworfen werden könnten. Ihre Verwendung kann jedoch die Signalqualität der Zwischensignale OPP, ADJ verbessern.The illustration also shows that the sensor signals of the magnetic field sensors MS4, MS5, MS6, MS7 could also be discarded for a calculation of the rotation angle. However, their use can improve the signal quality of the intermediate signals OPP, ADJ.
Figur 7 zeigt eine Anordnung mit einer sechspoligen Magnetquelle MAG und entsprechenden Magnetfeldsensoren MSl, MS3, MS5, MS7, deren Sensorsignale für die Ableitung des ersten und zweiten Zwischensignals OPP, ADJ verwendet werden. Die Anordnung beziehungsweise Auswahl der entsprechenden Magnet- feldsensoren entspricht dabei im Wesentlichen dem in Figur 5 für das untere Diagramm dargestellten Prinzip.FIG. 7 shows an arrangement with a six-pole magnetic source MAG and corresponding magnetic field sensors MS1, MS3, MS5, MS7, whose sensor signals are used to derive the first and second intermediate signals OPP, ADJ. The arrangement or selection of the corresponding magnetic field sensors essentially corresponds to the principle illustrated in FIG. 5 for the lower diagram.
In verschiedenen Ausführungsformen kann bei entsprechender Auswertung des ermittelten Drehwinkels für Polpaarzahlen grö- ßer als 1 eine Drehzahl einer mit der Magnetquelle verbundenen Anordnung mit höherer Genauigkeit bestimmt werden. Dies resultiert daraus, dass für eine erhöhte Polpaarzahl eine entsprechende höhere Anzahl an Nulldurchgängen im Winkelwert des Drehwinkels Φ detektiert werden kann.In various embodiments, with appropriate evaluation of the determined angle of rotation for Polpaarzahlen greater than 1, a speed of an associated with the magnetic source arrangement can be determined with higher accuracy. This results from the fact that a corresponding higher number of zero crossings in the angle value of the rotational angle Φ can be detected for an increased number of pole pairs.
Eine Sensoranordnung gemäß einem der beschriebenen Ausführungsbeispiele kann in einfacher Weise für verschiedene Mag-
netquellen mit unterschiedlichen Polpaarzahlen hergestellt werden, ohne von vornherein die letztendlich verwendete Polpaarzahl der Magnetquelle zu kennen, da diese in einfacher Weise bei Inbetriebnahme der Sensoranordnung mit einer Mag- netquelle eingestellt werden kann.A sensor arrangement according to one of the described exemplary embodiments can be easily adapted for different magazines. Net sources are produced with different Polpaarzahlen, without knowing from the outset the ultimate pole pair number of the magnetic source, since it can be set in a simple manner when commissioning the sensor array with a magnetic net source.
In verschiedenen Ausführungsformen ist die Auswerteeinrichtung EV beziehungsweise das Berechnungsmittel eingerichtet, anstelle des mechanischen Drehwinkels, der sich durch Teilen durch die Polpaarzahl ergeben kann, den elektrischen Winkel abzugeben. Die Abhängigkeit des elektrischen Winkels und des mechanischen Winkels von der Polpaarzahl bleibt jedoch unverändert und kann gegebenenfalls in nachfolgenden Schaltungen, die an den Ausgang OUT angeschlossen sind, entsprechend be- rücksichtigt werden.In various embodiments, the evaluation device EV or the calculating means is set up to output the electrical angle instead of the mechanical angle of rotation, which can result from dividing by the number of pole pairs. However, the dependence of the electrical angle and the mechanical angle on the number of pole pairs remains unchanged and can be taken into account in subsequent circuits which are connected to the output OUT, if appropriate.
Wenn der Drehwinkel φ beispielsweise als binäres Datenwort ausgegeben wird, kann in einer nachgeschalteten Anordnung die Wertigkeit eines Bits des binären Datenworts in Abhängigkeit der Polpaarzahl des verwendeten Magneten angepasst werden, sodass sich die Auflösung des binären Datenworts mit der Polpaarzahl verfeinert.If the rotation angle φ is output, for example, as a binary data word, the significance of one bit of the binary data word can be adjusted as a function of the number of pole pairs of the magnet used in a downstream arrangement, so that the resolution of the binary data word is refined with the number of pole pairs.
In weiteren Ausführungsformen können auch eine höhere Anzahl von Magnetfeldsensoren, beispielsweise 16 Magnetfeldsensoren, verwendet werden, die gleichmäßig entlang des kreisförmigen Umfangs angeordnet sind. Dadurch können sich weitere Kombinationsmöglichkeiten für die Ableitung des ersten und zweiten Zwischensignals ergeben.
In further embodiments, a higher number of magnetic field sensors, for example 16 magnetic field sensors, may also be used, which are arranged uniformly along the circular circumference. This may result in further combination possibilities for the derivation of the first and second intermediate signal.
Claims
1. Sensoranordnung zur Verwendung mit einer sektorenförmig magnetisierten Magnetquelle (MAG) mit einer Polpaarzahl, die Sensoranordnung aufweisend einen ersten, einen zweiten, einen dritten und einen vierten Magnetfeldsensor (MSl, MS2, MS3, MS4), die entlang eines kreisförmigen Umfangs (CIR) angeordnet sind und jeweils eingerichtet sind, ein Sensorsignal (Hl, H2, H3, H4) in Ab- hängigkeit einer magnetischen Feldintensität abzugeben; eine mit den Magnetfeldsensoren (MSl, MS2, MS3, MS4) gekoppelte Auswahleinrichtung (SEL) , die eingerichtet ist zum Ableiten eines ersten und eines zweiten Zwischensignals (OPP, ADJ) als Funktion von wenigstens zwei ausgewählten Sensorsig- nalen aus den von den Magnetfeldsensoren (MSl, MS2, MS3, MS4) abgegebenen Sensorsignalen (Hl, H2, H3, H4), die wenigstens zwei Sensorsignale ausgewählt in Abhängigkeit der Polpaarzahl; und eine mit der Auswahleinrichtung (SEL) gekoppelte Auswer- teeinrichtung (EV) , die eingerichtet ist zum Ermitteln eines Drehwinkels (Φ) als Funktion des ersten und zweiten Zwischensignals (OPP, ADJ) und der Polpaarzahl.A sensor arrangement for use with a sector-magnetized magnet source (MAG) having a pole pair number, the sensor arrangement comprising first, second, third and fourth magnetic field sensors (MS1, MS2, MS3, MS4) arranged along a circular circumference (CIR) are arranged and are each arranged to emit a sensor signal (Hl, H2, H3, H4) as a function of a magnetic field intensity; a selection device (SEL) coupled to the magnetic field sensors (MS1, MS2, MS3, MS4) and arranged to derive a first and a second intermediate signal (OPP, ADJ) as a function of at least two selected sensor signals from those of the magnetic field sensors ( MSl, MS2, MS3, MS4) emitted sensor signals (Hl, H2, H3, H4), the at least two sensor signals selected as a function of the number of pole pairs; and an evaluation device (EV) coupled to the selector (SEL) and configured to determine a rotation angle (Φ) as a function of the first and second intermediate signals (OPP, ADJ) and the number of pole pairs.
2. Sensoranordnung nach Anspruch 1, bei der die Magnetfeldsensoren (MSl, MS2, MS3, MS4) in einem Kreissegment entlang des kreisförmigen Umfangs (CIR) mit einem jeweiligen Winkelabstand von im Wesentlichen 45° angeordnet sind.2. Sensor arrangement according to claim 1, wherein the magnetic field sensors (MSl, MS2, MS3, MS4) are arranged in a circular segment along the circular circumference (CIR) with a respective angular distance of substantially 45 °.
3. Sensoranordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Auswerteeinrichtung (EV) mit der Auswahleinrich- tung (SEL) über wenigstens einen Analog-Digital-Umsetzer (ADl) gekoppelt ist.3. Sensor arrangement according to claim 1 or 2, wherein the evaluation device (EV) with the selection device (SEL) via at least one analog-to-digital converter (ADl) is coupled.
4. Sensoranordnung nach Anspruch 1 oder 2, - die wenigstens einen Analog-Digital-Umsetzer (AD2) aufweist, der eingerichtet ist zum Umsetzen der Sensorsignale, die als analoge Strom- oder Spannungssignale vorliegen, in digitale Sensorsignale; und bei der die Auswahleinrichtung (SEL) eingerichtet ist, das erste und zweite Zwischensignal (OPP, ADJ) als digitale Signale aus den digitalen Sensorsignalen abzuleiten.4. Sensor arrangement according to claim 1 or 2, - having at least one analog-to-digital converter (AD2), which is adapted to convert the sensor signals, which are present as analog current or voltage signals, into digital sensor signals; and wherein the selector (SEL) is arranged to derive the first and second intermediate signals (OPP, ADJ) as digital signals from the digital sensor signals.
5. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Auswahleinrichtung (SEL) eingerichtet ist, das erste und zweite Zwischensignal (OPP, ADJ) durch Addition und/oder Subtraktion der ausgewählten Sensorsignale abzuleiten .5. Sensor arrangement according to one of claims 1 to 4, wherein the selection means (SEL) is adapted to derive the first and second intermediate signal (OPP, ADJ) by adding and / or subtracting the selected sensor signals.
6. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die Auswerteeinrichtung (EV) eingerichtet ist, den Drehwinkel (Φ) mittels einer Winkelfunktion aus dem ersten und zweiten Zwischensignal (OPP, ADJ) zu ermitteln.6. Sensor arrangement according to one of claims 1 to 5, wherein the evaluation device (EV) is adapted to determine the rotation angle (Φ) by means of an angular function of the first and second intermediate signal (OPP, ADJ).
7. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der die Auswerteeinrichtung (EV) ein Divisionsmittel zum Teilen durch die Polpaarzahl aufweist.7. Sensor arrangement according to one of claims 1 to 6, wherein the evaluation device (EV) has a dividing means for dividing by the number of pole pairs.
8. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, aufweisend einen fünften, einen sechsten, einen siebten und einen achten Magnetfeldsensor (MS5, MS6, MS7, MS8), die gemeinsam mit dem ersten, zweiten, dritten und vierten Magnetfeldsensor (MSl, MS2, MS3, MS4) gleichmäßig entlang des kreisförmigen Umfangs (CIR) angeordnet sind und jeweils eingerichtet sind, ein Sensorsignal (H5, H6, H7, H8) in Abhängigkeit einer magnetischen Feldintensität abzugeben; und bei der die Auswahleinrichtung (SEL) zum Ableiten des ersten und zweiten Zwischensignals (OPP, ADJ) auch mit dem fünften, sechsten, siebten und achten Magnetfeldsensor (MS5, MS6, MS7, MS8) gekoppelt ist.8. Sensor arrangement according to one of claims 1 to 7, comprising a fifth, a sixth, a seventh and an eighth magnetic field sensor (MS5, MS6, MS7, MS8), which together with the first, second, third and fourth magnetic field sensor (MSL, MS2 , MS3, MS4) evenly along the circular circumference (CIR) are arranged and each adapted to emit a sensor signal (H5, H6, H7, H8) in response to a magnetic field intensity; and wherein the selector (SEL) for deriving the first and second intermediate signals (OPP, ADJ) is also coupled to the fifth, sixth, seventh and eighth magnetic field sensors (MS5, MS6, MS7, MS8).
9. Sensoranordnung nach Anspruch 8, bei der die Auswahleinrichtung (SEL) eingerichtet ist, das erste und zweite Zwischensignal (OPP, ADJ) derart abzuleiten, dass für eine ungerade Polpaarzahl das erste und zweite Zwischensignal (OPP, ADJ) als Funktion von zwei oder vier Sen- sorsignalen abgeleitet werden, wobei die Sensorsignale von denjenigen der Magnetfeldsensoren (MSl - MS8) abgegeben werden, welche mit einem jeweiligen Winkelabstand von im Wesentlichen 90° angeordnet sind; und für eine gerade Polpaarzahl das erste und zweite Zwi- schensignal (OPP, ADJ) als Funktion von zwei oder vier oder acht Sensorsignalen abgeleitet werden, wobei die Sensorsignale von denjenigen der Magnetfeldsensoren (MSl - MS8) abgegeben werden, welche mit einem jeweiligen Winkelabstand von im Wesentlichen 45° angeordnet sind.9. Sensor arrangement according to claim 8, wherein the selection device (SEL) is arranged to derive the first and second intermediate signal (OPP, ADJ) such that for an odd pole pair number the first and second intermediate signal (OPP, ADJ) as a function of two or four sensor signals are derived, the sensor signals being emitted by those of the magnetic field sensors (MS1 - MS8), which are arranged at a respective angular spacing of substantially 90 °; and for an even number of pole pairs, the first and second intermediate signals (OPP, ADJ) are derived as a function of two or four or eight sensor signals, the sensor signals being emitted by those of the magnetic field sensors (MS1 - MS8) which are at a respective angular distance of are arranged substantially 45 °.
10. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der wenigstens einer der Magnetfeldsensoren (MSl - MS8) einen Hallsensor aufweist.10. Sensor arrangement according to one of claims 1 to 9, wherein at least one of the magnetic field sensors (MSl - MS8) comprises a Hall sensor.
11. Messsystem, umfassend einen Satz von wenigstens vier Magnetfeldsensoren (MSl - MS8), die entlang eines kreisförmigen Umfangs (CIR) angeord- net sind und jeweils eingerichtet sind, ein Sensorsignal (Hl - H8) in Abhängigkeit einer magnetischen Feldintensität abzugeben; eine sektorenförmig magnetisierte Magnetquelle (MAG) , welche eine Polpaarzahl aufweist und über dem kreisförmigen Umfang (CIR) drehbar gelagert ist; und ein Berechnungsmittel (SEL, EV), das eingerichtet ist, wenigstens zwei Sensorsignale aus den von den Magnetfeldsensoren (MSl - MS8) abgegebenen Sensorsignalen (Hl - H8) in Ab- hängigkeit der Polpaarzahl auszuwählen und einen Drehwinkel (Φ) der Magnetquelle (MAG) als Funktion der Polpaarzahl und der wenigstens zwei ausgewählten Sensorsignale zu bestimmen.11. Measuring system comprising a set of at least four magnetic field sensors (MS1-MS8) arranged along a circular circumference (CIR). are net and are each set up to emit a sensor signal (Hl - H8) as a function of a magnetic field intensity; a sector-shaped magnetized magnetic source (MAG) having a pole pair number and rotatably supported over the circular periphery (CIR); and a calculation means (SEL, EV) which is set up to select at least two sensor signals from the sensor signals (Hl-H8) emitted by the magnetic field sensors (MS1-MS8) as a function of the number of pole pairs and a rotation angle (Φ) of the magnetic source (MAG ) as a function of the number of pole pairs and the at least two selected sensor signals.
12. Messsystem nach Anspruch 11, bei dem das Berechnungsmit- tel (SEL, EV) wenigstens einen Analog-Digital-Umsetzer (ADl, AD2) aufweist, der eingerichtet ist zum Umsetzen der Sensorsignale (Hl - H8), die als Strom- oder Spannungssignale vorliegen, in digitale Sensorsignale; und - eingerichtet ist, den Drehwinkel (Φ) aus den digitalen Sensorsignalen zu bestimmen.12. A measuring system according to claim 11, wherein the computation means (SEL, EV) comprises at least one analog-to-digital converter (AD1, AD2), which is arranged to convert the sensor signals (Hl - H8), which are current or Voltage signals are present in digital sensor signals; and - is arranged to determine the angle of rotation (Φ) from the digital sensor signals.
13. Messsystem nach Anspruch 11 oder 12, bei dem das Berechnungsmittel (SEL, EV) eingerichtet ist, den Drehwinkel (Φ) mittels einer Winkelfunktion aus den ausgewählten Sensorsignalen zu ermitteln.13. A measuring system according to claim 11 or 12, wherein the calculating means (SEL, EV) is adapted to determine the rotation angle (Φ) by means of an angular function of the selected sensor signals.
14. Messsystem nach einem der Ansprüche 11 bis 13, bei dem das Berechnungsmittel (SEL, EV) eingerichtet ist, den Drehwinkel (Φ) für eine ungerade Polpaarzahl als Funktion von zwei oder vier Sensorsignalen zu ermitteln, wobei die Sensorsignale von denjenigen der Magnetfeldsensoren (MSl - MS8) abgegeben werden, welche mit einem jeweiligen Winkelabstand von im Wesentlichen 90° angeordnet sind; und für eine gerade Polpaarzahl als Funktion von zwei oder vier oder acht Sensorsignalen zu ermitteln, wobei die Sensorsignale von denjenigen der Magnetfeldsensoren (MSl - MS8) abgegeben werden, welche mit einem jeweiligen Winkelabstand von im Wesentlichen 45° angeordnet sind.14. A measuring system according to any one of claims 11 to 13, wherein the calculating means (SEL, EV) is adapted to determine the rotation angle (Φ) for an odd pole pair as a function of two or four sensor signals, wherein the sensor signals of those of the magnetic field sensors (MS1 - MS8) are delivered, which are arranged at a respective angular distance of substantially 90 °; and to determine for an even number of pole pairs as a function of two or four or eight sensor signals, wherein the sensor signals are emitted by those of the magnetic field sensors (MS1 - MS8), which are arranged at a respective angular spacing of substantially 45 °.
15. Messverfahren, umfassend15. Measuring method, comprising
Bereitstellen eines ersten, eines zweiten, eines dritten und eines vierten Magnetfeldsensors (MSl, MS2, MS3, MS4), die entlang eines kreisförmigen Umfangs (CIR) angeordnet sind und jeweils ein Sensorsignal (Hl, H2, H3, H4) in Abhängigkeit ei- ner magnetischen Feldintensität abgeben;Providing a first, a second, a third and a fourth magnetic field sensor (MS1, MS2, MS3, MS4), which are arranged along a circular circumference (CIR) and in each case a sensor signal (H1, H2, H3, H4) as a function of a give magnetic field intensity;
Bereitstellen einer sektorenförmig magnetisierten Magnetquelle (MAG) , welche eine Polpaarzahl aufweist und über dem kreisförmigen Umfang (CIR) drehbar gelagert ist;Providing a sector magnetized magnet source (MAG) having a pole pair number and being rotatably mounted over the circular periphery (CIR);
Auswählen von wenigstens zwei Sensorsignalen aus den von den Magnetfeldsensoren (MSl, MS2, MS3, MS4) abgegebenen Sensorsignalen (Hl, H2, H3, H4) in Abhängigkeit der Polpaarzahl; undSelecting at least two sensor signals from the sensor signals (H1, H2, H3, H4) output by the magnetic field sensors (MS1, MS2, MS3, MS4) as a function of the number of pole pairs; and
Ermitteln eines Drehwinkels (Φ) der Magnetquelle (MAG) als Funktion der ausgewählten Sensorsignale und der Polpaar- zahl.Determining a rotation angle (Φ) of the magnetic source (MAG) as a function of the selected sensor signals and the pole pair number.
16. Messverfahren nach Anspruch 15, bei dem zumindest die ausgewählten Sensorsignale vor dem Ermitteln des Drehwinkels (Φ) analog-digital gewandelt werden.16. The measuring method according to claim 15, wherein at least the selected sensor signals are converted analog-digitally before the determination of the angle of rotation (Φ).
17. Messverfahren nach Anspruch 15 oder 16, bei dem das Ermitteln des Drehwinkels (Φ) umfasst: Ableiten eines ersten und eines zweiten Zwischensignals (OPP, ADJ) durch Addition und/oder Subtraktion der ausgewählten Sensorsignale; und17. The measuring method according to claim 15 or 16, wherein determining the angle of rotation (Φ) comprises: Deriving a first and a second intermediate signal (OPP, ADJ) by adding and / or subtracting the selected sensor signals; and
Ermitteln des Drehwinkels (Φ) mittels einer Winkelfunk- tion aus dem ersten und zweiten Zwischensignal (OPP, ADJ) .Determining the angle of rotation (Φ) by means of a Winkelfunk- tion from the first and second intermediate signal (OPP, ADJ).
18. Messverfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, ferner umfassend ein Bereitstellen eines fünften, eines sechsten, eines siebten und eines achten Magnetfeldsensors (MS5, MS6, MS7, MS8), die gemeinsam mit dem ersten, zweiten, dritten und einen vierten Magnetfeldsensor (MSl, MS2, MS3, MS4) gleichmäßig entlang des kreisförmigen Umfangs (CIR) angeordnet sind und jeweils eingerichtet sind, ein Sensorsignal (H5, H6, H7, H8) in Abhängigkeit einer magnetischen Feldin- tensität abzugeben, wobei das Auswählen der Sensorsignale auch aus den von dem fünften, sechsten, siebten und achten Magnetfeldsensor (MS5, MS6, MS7, MS8) abgegebenen Sensorsignalen erfolgt.18. The measuring method according to claim 15, further comprising providing fifth, sixth, seventh and eighth magnetic field sensors (MS5, MS6, MS7, MS8) in common with said first, second, third and fourth magnetic field sensors (MSl, MS2, MS3, MS4) are arranged uniformly along the circular circumference (CIR) and each adapted to emit a sensor signal (H5, H6, H7, H8) in response to a magnetic field intensity, wherein the selection of the sensor signals also from the sensor signals emitted by the fifth, sixth, seventh and eighth magnetic field sensor (MS5, MS6, MS7, MS8).
19. Messverfahren nach Anspruch 18, bei dem beim Ermitteln des Drehwinkels (Φ) der Drehwinkel (Φ) für eine ungerade Polpaarzahl als Funktion von zwei oder vier Sensorsignalen ermittelt wird, wobei die Sensorsignale von denjenigen der Magnetfeldsensoren (MSl - MS8) abgegeben werden, welche mit einem jeweiligen Winkelabstand von im Wesentlichen 90° angeordnet sind; und für eine gerade Polpaarzahl als Funktion von zwei oder vier oder acht Sensorsignalen ermittelt wird, wobei die Sensorsignale von denjenigen der Magnetfeldsensoren (MSl - MS8) abgegeben werden, welche mit einem jeweiligen Winkelabstand von im Wesentlichen 45° angeordnet sind. 19. The measuring method according to claim 18, wherein, when determining the angle of rotation (Φ), the angle of rotation (Φ) for an odd pole pair number is determined as a function of two or four sensor signals, the sensor signals being emitted by those of the magnetic field sensors (MS1-MS8), which are arranged at a respective angular distance of substantially 90 °; and is determined for an even number of pole pairs as a function of two or four or eight sensor signals, the sensor signals being emitted by those of the magnetic field sensors (MS1-MS8) arranged at a respective angular spacing of substantially 45 °.
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