磁性角度传感器设备及操作的方法技术

本公开提出一种磁性角度传感器设备，包括：可围绕旋转轴线旋转的轴、磁场源(其中该磁场源连接到该轴)、第一磁性角度传感器和第二磁性角度传感器，其中第一磁性角度传感器基于施加到第一磁性角度传感器的第一径向磁场确定表示第一角度的第一信号，其中第二磁性角度传感器基于施加到第二磁性角度传感器的第二径向磁场确定表示第二角度的第二信号，以及其中基于第一信号和第二信号确定组合的旋转角度。而且，提供了一种用于操作这种设备的方法、相应的计算机程序产品和相应的计算机可读介质。

Magnetic angle sensor equipment and operation method

This disclosure provides a magnetic angle sensor device, including: rotation around an axis of rotation of the shaft, a magnetic field source (including the magnetic field source is connected to the shaft), a first magnetic angle sensor and second magnetic angle sensor, wherein the first magnetic angle sensor first radial magnetic field applied to the first magnetic angle sensor is determined based on the first signal of the first the angle, including second magnetic angle sensor is applied to the second radial magnetic field of second magnetic angle sensor is determined based on the said second signal second angles, and the rotation angle based on determining the combined first signal and second signal. Furthermore, a method for operating such a device, a corresponding computer program product, and a corresponding computer readable medium are provided.

【技术实现步骤摘要】
磁性角度传感器设备及操作的方法
技术介绍
本专利技术的实施例涉及允许确定轴的旋转位置或运动的磁性角度传感器布置。
技术实现思路
第一实施例涉及一种磁性角度传感器装置设备，包括：-围绕旋转轴线可旋转的轴；-磁场源，其中该磁场源连接到该轴，-第一磁性角度传感器和第二磁性角度传感器，-其中第一磁性角度传感器基于被施加到第一磁性角度传感器的第一径向磁场，确定表示第一角度的第一信号，-其中第二磁性角度传感器基于被施加到第二磁性角度传感器的第二径向磁场，确定表示第二角度的第二信号，-其中基于第一信号和第二信号确定组合的旋转角度。第二实施例涉及一种用于确定轴的组合的旋转角度的方法，-其中提供磁性角度传感器设备，包括：-围绕旋转轴线可旋转的轴；-磁场源，其中该磁场源连接到该轴，-第一磁性角度传感器和第二磁性角度传感器，-包括以下步骤：-由第一磁性角度传感器基于被施加到第一磁性角度传感器的第一径向磁场，确定表示第一角度的第一信号，-由第二磁性角度传感器基于被施加到第二磁性角度传感器的第二径向磁场，确定表示第二角度的第二信号，-基于第一信号和第二信号确定组合的旋转角度。第三实施例涉及一种可直接加载到数字处理设备的存储器中的计算机程序产品，包括用于执行本文描述的方法的步骤的软件代码部分。第四实施例涉及计算机可读介质，例如任何类型的存储，其具有适于使计算机系统执行如本文描述的方法的计算机可执行指令。附图说明参考附图示出并说明实施例。附图用于说明书基本原理，从而只说明了用于理解基本原理所需的方面。附图不按比例绘制。在附图中，相同的附图标记指代相同的特征。图1示出了包括围绕旋转轴线旋转的轴的传感器系统的示例性实施例，其中磁铁附接到该轴并在被布置在旋转轴线上的三个磁性角度传感器上方旋转；图2示出了包括径向磁化磁铁和磁性角度传感器的示意图，其示出了磁性目标场矢量和干扰场矢量；图3示出了围绕旋转轴线可旋转地布置的径向磁化磁铁；图4示出了图3的磁铁，其中两个角度传感器被置于旋转轴线上距磁铁不同距离处；图5示出了从指示由于干扰场的旋转角度误差的不同角度的图4的角度传感器；图6示出了双传感器封装的示例性布置。具体实施方式本文描述的示例具体涉及磁性角度传感器，其中永磁铁被附接到可旋转轴，磁场传感器被置于旋转轴线上并且与该磁铁相邻。磁性角度传感器检测沿直径方向指向的可旋转磁场，以及据此推断轴的旋转位置。可以使用各种传感器，例如各向异性磁电阻器(AMR)、巨磁电阻器(GMR)、隧道磁电阻器(TMR)、霍尔效应器件(例如霍尔板、垂直霍尔效应器件)或MAG-FET(磁场效应晶体管，例如，分裂漏极MAG-FET)。已知解决方案的缺点在于这些解决方案对磁干扰非常敏感：如果磁铁在传感器元件处产生例如45mT的磁场，则例如总计3mT的磁干扰(在最坏的情况下，方向与轴垂直且与磁铁的磁场正交)将导致总计arctan(3/45)＝3.8°的误差，这通常是不可接受的。本文提供的解决方案使用若干角度传感器，并且将这些角度传感器的输出进行组合，以推论出对于外部干扰场鲁棒的角度估计。这在诸如交通工具或汽车的恶劣环境中特别有利，其中在这些恶劣环境中，由供电轨产生的外部磁场会影响磁性角度测量的准确性。这在混合动力汽车或电动汽车中变得尤其成问题，混合动力汽车或电动汽车包括在传感器系统附近或邻近处承载高电流的多根电缆。图2示出了包括径向磁化磁铁201和磁性角度传感器202的示意图。磁铁201具有磁性目标场矢量203；此外，存在干扰场矢量204。干扰场矢量204与磁铁201的目标场矢量203叠加，并在磁性角度传感器202上产生角度误差。图1示出了包括围绕旋转轴线107旋转的轴108的示例性布置。磁铁109附接至轴108的底部，其中该磁铁在x方向上具有磁化110。三个角度传感器101、102和103被布置在模具主体111内，该模具主体111被布置在磁铁109的下方。磁铁109与模具主体111之间的距离可以位于1mm至3mm之间的范围内。角度传感器101至103中的每一个传感器分别包括传感器元件104至106。角度传感器101至103经由接合线115被电连接到引线113a、113b，其中，模具主体111经由引线113a、113b被连接到印刷电路板114。磁性角度传感器101至103是“垂直角度传感器”类型，这意味着这些传感器对轴的旋转角度做出响应，其中磁场分量影响与旋转轴线垂直的各个角度传感器的感应平面。磁性角度传感器101至103被布置成彼此堆叠，使得其传感器元件104至106的重心基本位于旋转轴线107上，并且它们位于距磁铁109三个不同距离处(即，在不同的z位置处)。角度传感器101和角度传感器102由间隔元件112分隔，其中角度传感器102位于芯片焊盘113c的顶部。角度传感器103安装在芯片焊盘113c下方，其中传感器元件105、106被布置在角度传感器102、103的相对侧上。角度传感器101检测角度角度传感器101的传感器元件104处于轴向位置z1。角度传感器102检测角度角度传感器102的传感器元件105处于轴向位置z2。角度传感器103检测角度角度传感器103的传感器元件106处于轴向位置z3。注意，每个角度传感器101至103可以包括至少一个传感器元件104至106。注意，每个角度传感器可以包括两个垂直霍尔器件(也称为垂直霍尔效应器件)。在示例性实施例中，第一垂直霍尔器件被定向为使得其仅在第一方向上(例如，在x方向上，而在y方向和z方向上的磁场分量不由第一垂直霍尔器件检测)检测磁场分量。第二垂直霍尔器件被定向为使得其仅在与第一方向不同的第二方向上(例如，在y方向上，而在x方向和z方向上的磁场分量不由第二垂直霍尔器件检测)检测磁场分量。角度传感器确定与磁场Bx和By的arctan(反正切)(即arctan2(Bx，By))相对应的信号。这等于具有消失的Bz分量的磁场与正x轴之间的角度。如果磁场的Bz分量被设为零，则可以获得与z轴平行的、垂直于旋转轴线的磁场的投影。该投影也称为径向(diametric)磁场。可以选择每个角度传感器可包括两个磁阻电阻器的惠斯登桥。一个桥提供与径向磁场和x轴之间角度的正弦成比例的信号。另一个桥提供与该角度的余弦成比例的信号。角度传感器可以由此提供与该正弦和余弦的arctan(即arctan2(cos，sin))相对应的信号。每个桥包括惠斯登桥布置中的四个电阻器。在使用GMR或TMR的情况下，正弦桥的主对角线的电阻器包括在正y方向中被磁化的钉扎层。正弦桥的次对角线的电阻器包括在负y方向中被磁化的钉扎层。余弦桥的主对角线的电阻器包括在正x方向中被磁化的钉扎层，以及余弦桥的次对角线的电阻器包括在负x方向中被磁化的钉扎层。在使用AMR传感器的情况下，桥的信号与和成比例，其中是径向磁场分量与正x轴之间的角度。余弦桥的电阻显示沿着主对角线在x方向上的电流，以及沿着次对角线在y方向上的电流(正或负在这种情况下并不重要)。正弦桥的电阻器显示沿着主对角线在x方向加上45度(顺时针方向)上的电流，以及沿着次对角线在x方向减去45度(逆时针方向)上的电流。由可旋转磁铁109在旋转轴线107上轴向位置z1处产生的径向磁场总计B1，该径向磁场包括分量Bx1和By1(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁性角度传感器设备，包括：‑围绕旋转轴线可旋转的轴，‑磁场源，其中所述磁场源被连接到所述轴，‑第一磁性角度传感器和第二磁性角度传感器，‑其中所述第一磁性角度传感器基于被施加到所述第一磁性角度传感器的第一径向磁场，确定表示第一角度的第一信号，‑其中所述第二磁性角度传感器基于被施加到所述第二磁性角度传感器的第二径向磁场，确定表示第二角度的第二信号，‑其中组合的旋转角度基于所述第一信号和所述第二信号而被确定。

【技术特征摘要】
2016.09.28 DE 102016118384.91.一种磁性角度传感器设备，包括：-围绕旋转轴线可旋转的轴，-磁场源，其中所述磁场源被连接到所述轴，-第一磁性角度传感器和第二磁性角度传感器，-其中所述第一磁性角度传感器基于被施加到所述第一磁性角度传感器的第一径向磁场，确定表示第一角度的第一信号，-其中所述第二磁性角度传感器基于被施加到所述第二磁性角度传感器的第二径向磁场，确定表示第二角度的第二信号，-其中组合的旋转角度基于所述第一信号和所述第二信号而被确定。2.根据权利要求1所述的设备，-其中所述第一磁性角度传感器确定表示所述第一径向磁场与第一参考方向之间的所述第一角度的所述第一信号，所述第一径向磁场被施加到所述第一磁性角度传感器，-其中所述第二磁性角度传感器确定表示所述第二径向磁场与第二参考方向之间的所述第二角度的所述第二信号，所述第二径向磁场被施加到所述第二磁性角度传感器。3.根据权利要求2所述的设备，其中所述第一参考方向与所述第二参考方向相同。4.根据权利要求1所述的设备，-还包括第三磁性角度传感器，-其中所述第三磁性角度传感器基于被施加到所述第三磁性角度传感器的第三径向磁场，确定表示第三角度的第三信号，-其中所述组合的旋转角度基于所述第一信号、所述第二信号和所述第三信号而被确定。5.根据权利要求4所述的设备，其中，所述第三磁性角度传感器确定表示所述第三径向磁场与第三参考方向之间的所述第三角度的所述第三信号，所述第三径向磁场被施加到所述第三磁性角度传感器。6.根据权利要求5所述的设备，其中以下各项中的至少两项相同：-所述第一参考方向，-所述第二参考方向，-所述第三参考方向。7.根据权利要求1所述的设备，其中所述磁场源包括至少一个永磁铁。8.根据权利要求1所述的设备，其中所述磁性角度传感器位于距所述磁场源不同的z位置处，其中每个z位置被定义为从所述磁性角度传感器的所述位置垂落投影到所述旋转轴线上的垂直位置。9.根据权利要求1所述的设备，其中所述磁性角度传感器中的每一个磁性角度传感器包括至少一个磁性传感器元件，所述至少一个磁性传感器元件被基本上布置在所述旋转轴线上，或者特别地与所述旋转轴线间隔小于1mm。10.根据权利要求1所述的设备，其中所述磁性角度传感器中的每一个磁性角度传感器包括至少两个磁性传感器元件，所述至少两个磁性传感器元件被布置为使得所述径向场矢量在所述旋转轴线上的所述角度被测量。11.根据权利要求1所述的设备，其中所述两个磁性角度传感器中的每一个磁性角度传感器包括磁性传感器元件，其中每个磁性角度传感器的至少一个磁性传感器元件被布置在距所述磁场源不同距离处。12.根据权利要求1所述的设备，其中所述信号中的任一信号包括两个信号分量，所述两个信号分量特别地是正弦信号分量和余弦信号分量。13.根据权利要求1所述的设备，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：U·奥塞勒克纳，W·格拉尼格，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE