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DE102022213659A1 - Method and position detection system for generating a robust position signal - Google Patents

Method and position detection system for generating a robust position signal Download PDF

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DE102022213659A1
DE102022213659A1 DE102022213659.4A DE102022213659A DE102022213659A1 DE 102022213659 A1 DE102022213659 A1 DE 102022213659A1 DE 102022213659 A DE102022213659 A DE 102022213659A DE 102022213659 A1 DE102022213659 A1 DE 102022213659A1
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DE
Germany
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magnetic
magnet
spatial coordinate
mag
angle
Prior art date
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Pending
Application number
DE102022213659.4A
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German (de)
Inventor
Stefan Herzog
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ZF Friedrichshafen AG
Original Assignee
ZF Friedrichshafen AG
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Publication date
Application filed by ZF Friedrichshafen AG filed Critical ZF Friedrichshafen AG
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen eines robusten Positionssignals zum Bestimmen einer Position eines beweglichen Elements, wobei das bewegliche Element in Bezug auf ein x,y,z- Koordinatensystem in der x-y-Ebene, angeordnet ist und in einer x-Richtung verfahrbar ist, umfassend
zumindest einen ersten Magneten (1), welcher eine Magnetisierung aufweist und der an oder in Bezug auf das bewegliche Element angeordnet ist und dem ein erstes Magnetfeld zugeordnet ist, und
zumindest einen Hallsensor, welcher relativ zu dem ersten Magneten (1) zum Erfassen des ersten Magnetfelds angeordnet ist und welcher dazu ausgebildet ist, ein Positionssignal, welches die Position des beweglichen Elements längs der x-Richtung repräsentiert, zu generieren.
Ferner betrifft die Erfindung ein Positionserfassungssystem und eine Verwendung.

Figure DE102022213659A1_0000
The invention relates to a method for generating a robust position signal for determining a position of a movable element, wherein the movable element is arranged in the xy plane with respect to an x,y,z coordinate system and is movable in an x-direction, comprising
at least one first magnet (1) which has a magnetization and which is arranged on or in relation to the movable element and to which a first magnetic field is assigned, and
at least one Hall sensor which is arranged relative to the first magnet (1) for detecting the first magnetic field and which is designed to generate a position signal which represents the position of the movable element along the x-direction.
Furthermore, the invention relates to a position detection system and a use.
Figure DE102022213659A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen eines robusten Positionssignals zum Bestimmen einer Position eines beweglichen Elements sowie ein Positionserfassungssystem und eine Verwendung.The invention relates to a method for generating a robust position signal for determining a position of a movable element as well as a position detection system and a use.

Magnetfeldsensoren können verwendet werden, um Magnetismus zu messen, wie zum Beispiel die Richtung, Stärke oder relative Änderung des Magnetfelds an einem bestimmten Ort. Solche Informationen können in einer Vielzahl von Anwendungen verwendet werden, wobei die erfassten Magnetfeldparameter verwendet werden können, um elektronische Systeme zu steuern.Magnetic field sensors can be used to measure magnetism, such as the direction, strength, or relative change of the magnetic field at a particular location. Such information can be used in a variety of applications, where the sensed magnetic field parameters can be used to control electronic systems.

Magnetsensoren umfassen zum Beispiel magnetoresistive Sensoren und Hall-Effekt-Sensoren (Hall-Sensoren). Ein Hallsensor ist ein Wandler, der seine Ausgangsspannung (Hall-Spannung) ansprechend auf ein Magnetfeld variiert. Er basiert auf dem Hall-Effekt, der die Lorentz-Kraft nutzt. Durch die Lorentz-Kraft lenkt sich bewegende Ladung in der Präsenz eines Magnetfeldes ab, das rechtwinkelig zu dem Stromfluss durch den Sensor oder die Hall-Platte ist. Dabei kann eine Hall-Platte ein dünnes Stück Halbleiter oder Metall sein. Die Ablenkung verursacht eine Ladungstrennung, die ein elektrisches Feld verursacht. Dieses elektrische Feld wirkt auf die Ladung in der entgegengesetzten Richtung in Bezug auf die Lorentz-Kraft. Beide Kräfte gleichen einander aus und schaffen eine Potentialdifferenz rechtwinkelig zu der Richtung des Stromflusses. Die Potentialdifferenz kann als sogenannte Hall-Spannung gemessen werden und variiert in einer linearen Beziehung mit dem Magnetfeld.Magnetic sensors include, for example, magnetoresistive sensors and Hall effect sensors (Hall sensors). A Hall sensor is a transducer that varies its output voltage (Hall voltage) in response to a magnetic field. It is based on the Hall effect, which uses the Lorentz force. The Lorentz force causes moving charge to deflect in the presence of a magnetic field that is perpendicular to the current flowing through the sensor or Hall plate. A Hall plate can be a thin piece of semiconductor or metal. The deflection causes charge separation, which creates an electric field. This electric field acts on the charge in the opposite direction to the Lorentz force. Both forces cancel each other out, creating a potential difference perpendicular to the direction of current flow. The potential difference can be measured as what is called the Hall voltage, and it varies in a linear relationship with the magnetic field.

Jedoch haben solche Hallsensoren einen Nachteil im Hinblick auf die Reichweite und Streufeld-Robustheit. Streufelder sind Magnetfelder, die durch magnetische raue Umgebungen oder andere externe Mittel eingeführt werden, die in der unmittelbaren Umgebung des Sensors angeordnet sind. Eine magnetische raue Umgebung kann durch große Stromdichten in der Nähe des Sensors (Hybridisierung von Fahrzeugen) oder elektrische Motoren neben dem Erfassungsort verursacht werden. Eine Streufeldstörung kann Ungenauigkeiten bei den Signalen verursachen, die durch den Sensor erzeugt werden, und kann das Gesamtverhalten des Sensorsystems beispielsweise hinsichtlich der Reichweite beeinträchtigen.However, such Hall sensors have a disadvantage in terms of range and stray field robustness. Stray fields are magnetic fields introduced by magnetic harsh environments or other external means located in the immediate vicinity of the sensor. A magnetic harsh environment can be caused by large current densities near the sensor (hybridization of vehicles) or electric motors next to the sensing location. Stray field disturbance can cause inaccuracies in the signals generated by the sensor and can affect the overall behavior of the sensor system, for example in terms of range.

Die DE 10 2012 205902 A1 offenbart einen Weggeber zum berührungslosen Messen einer Position eines Magneten relativ zu einem Referenzpunkt, welcher umfasst: den Magneten, der entlang einer Bewegungsachse verschiebbar ist, eine Vielzahl von in Reihe befindlichen Magnetfeldsensoren, die parallel zur Bewegungsachse angeordnet ist, und eine Berechnungseinheit für das Bilden eines Positionssignals, welches die Position des Magneten relativ zu dem Referenzpunkt angibt, wobei jeder Magnetfeldsensor einen Nullpunkt und einen Wegmessbereich aufweist und so ausgebildet ist, dass er ein Ausgangssignal ausgibt, das eine Position des Magneten relativ zum Nullpunkt des Magnetfeldsensors angibt, und die Genauigkeit, mit der das Ausgangssignal die Position des Magneten angibt, mit zunehmender Entfernung des Magneten vom Nullpunkt abnimmt, die Vielzahl der in Reihe befindlichen Magnetfeldsensoren so angeordnet ist, so dass sich die Wegmessbereiche von benachbarten Magnetfeldsensoren in einem Überlappungsbereich überlappen, und die Berechnungseinheit so ausgebildet ist, so dass, wenn die Position des Magneten in einem Überlappungsbereich enthalten ist, sie das Positionssignal anhand von Ausgangssignalen bildet, die von den Magnetfeldsensoren ausgegeben werden, deren Wegmessbereiche sich in dem Überlappungsbereich überlappen, und wenn die Position des Magneten nicht in einem Überlappungsbereich enthalten ist, sie das Positionssignal anhand des Ausgangssignals bildet, das von dem Magnetfeldsensor ausgegeben wird, in dessen Wegmessbereich sich der Magnet befindet, und der Überlappungsbereich zwischen zwei Wegmessbereichen von benachbarten Magnetfeldsensoren so gewählt ist, dass der Gesamtfehler des von der Berechnungseinheit gebildeten Positionssignals in diesem Überlappungsbereich kleiner als ein maximal tolerierbarer Fehler ist.The EN 10 2012 205902 A1 discloses a displacement sensor for contactlessly measuring a position of a magnet relative to a reference point, which comprises: the magnet, which is displaceable along a movement axis, a plurality of magnetic field sensors arranged in series, which are arranged parallel to the movement axis, and a calculation unit for forming a position signal which indicates the position of the magnet relative to the reference point, wherein each magnetic field sensor has a zero point and a displacement measuring range and is designed such that it outputs an output signal which indicates a position of the magnet relative to the zero point of the magnetic field sensor, and the accuracy with which the output signal indicates the position of the magnet decreases with increasing distance of the magnet from the zero point, the plurality of magnetic field sensors arranged in series are arranged such that the displacement measuring ranges of adjacent magnetic field sensors overlap in an overlap region, and the calculation unit is designed such that, when the position of the magnet is contained in an overlap region, it forms the position signal on the basis of output signals which are output by the Magnetic field sensors are output whose position measuring ranges overlap in the overlap region, and if the position of the magnet is not contained in an overlap region, it forms the position signal based on the output signal output by the magnetic field sensor in whose position measuring range the magnet is located, and the overlap region between two position measuring ranges of adjacent magnetic field sensors is selected such that the total error of the position signal formed by the calculation unit in this overlap region is smaller than a maximum tolerable error.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung ein Verfahren und ein Positionserfassungssystem zum Erzeugen eines streufeldrobusten Positionssignals eines beweglichen Elements mit möglichst hoher Reichweite anzugeben.It is therefore an object of the invention to provide a method and a position detection system for generating a stray field robust position signal of a movable element with the greatest possible range.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Positionserfassungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 9 und eine Verwendung mit den Merkmalen des Anspruchs 12.This object is achieved by a method having the features of claim 1 and a position detection system having the features of claim 9 and a use having the features of claim 12.

In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Maßnahmen aufgelistet, die geeignet miteinander kombiniert werden können, um weitere Vorteile zu erzielen.The subclaims list further advantageous measures which can be suitably combined with one another to achieve further advantages.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Erzeugen eines robusten Positionssignals zum Bestimmen einer Position eines beweglichen Elements, wobei das bewegliche Element in Bezug auf ein x,y,z- Koordinatensystem in der x-y-Ebene, angeordnet ist und in einer x-Richtung verfahrbar ist, umfassend zumindest einen ersten Magneten, welcher eine Magnetisierung aufweist und der an oder in Bezug auf das bewegliche Element angeordnet ist und dem ein erstes Magnetfeld zugeordnet ist, und
zumindest einen Hallsensor, welcher relativ zu dem zumindest einen ersten Magneten zum Erfassen des ersten Magnetfelds angeordnet ist und welcher dazu ausgebildet ist, ein Positionssignal, welches die Position des beweglichen Elements längs der x-Richtung repräsentiert, zu generieren,
umfassend der Schritte:

  • - Erfassen einer auf das x,y,z- Koordinatensystem abgestimmten ersten magnetischen Raumkoordinate, und einer zweiten magnetischen Raumkoordinate und einer dritten magnetischen Raumkoordinate, anhand einer magnetischen Flussdichte des ersten Magnetfeldes des zumindest einen ersten Magneten, wobei die zweite magnetische Raumkoordinate anhand einer entsprechenden Anordnung des Hallsensors und/oder des zumindest einen ersten Magneten erzeugt wird,
  • - Bestimmen eines ersten magnetischen Winkels anhand der ersten Raumkoordinate und der dritten Raumkoordinate und eines zweiten im Bereich von 180° gegenüber dem ersten magnetischen Winkel verschobenen zweiten magnetischen Winkels,
  • - Bereitstellen eines Schwellenwertes für den ersten magnetischen Winkel, welcher auf die Anordnung des zumindest einen ersten Magneten und den Hallsensor abgestimmt ist,
  • - Heranziehen des ersten magnetischen Winkels als Positionssignal wenn der erste magnetische Winkel unterhalb des Betrags des Schwellenwertes liegt, und
  • - wenn der erste magnetische Winkel oberhalb des Schwellenwertes liegt:
    • o Erhöhen des zweiten magnetischen Winkels um etwa 180°, wenn die zweite magnetische Raumkoordinate positiv ist und heranziehen des so erhöhten zweiten magnetischen Winkels als Positionssignal,
    • o Reduzieren des zweiten magnetischen Winkels um etwa 180°, wenn die zweite magnetische Raumkoordinate negativ ist und heranziehen des so reduzierten zweiten magnetischen Winkels als Positionssignal.
The object is achieved by a method for generating a robust position signal for determining a position of a movable element, wherein the movable element is arranged in relation to an x,y,z coordinate system in the xy plane and is movable in an x direction, comprising at least one first magnet which has a magnetization and which is arranged on or in relation to the movable element and to which a first magnetic field is assigned, and
at least one Hall sensor which is arranged relative to the at least one first magnet for detecting the first magnetic field and which is designed to generate a position signal which represents the position of the movable element along the x-direction,
comprising the steps:
  • - detecting a first magnetic spatial coordinate, which is coordinated with the x,y,z coordinate system, and a second magnetic spatial coordinate and a third magnetic spatial coordinate, based on a magnetic flux density of the first magnetic field of the at least one first magnet, wherein the second magnetic spatial coordinate is generated based on a corresponding arrangement of the Hall sensor and/or the at least one first magnet,
  • - determining a first magnetic angle based on the first spatial coordinate and the third spatial coordinate and a second magnetic angle shifted in the range of 180° with respect to the first magnetic angle,
  • - Providing a threshold value for the first magnetic angle, which is adapted to the arrangement of the at least one first magnet and the Hall sensor,
  • - Using the first magnetic angle as a position signal if the first magnetic angle is below the threshold value, and
  • - if the first magnetic angle is above the threshold:
    • o Increasing the second magnetic angle by approximately 180° if the second magnetic spatial coordinate is positive and using the thus increased second magnetic angle as a position signal,
    • o Reducing the second magnetic angle by approximately 180° if the second magnetic spatial coordinate is negative and using the reduced second magnetic angle as a position signal.

Insbesondere ist das x,y,z- Koordinatensystem ein kartesisches Koordinatensystem. Insbesondere dient das x,y,z- Koordinatensystem nur zur Beschreibung der relativen Koordinaten und der Raumkoordinaten zueinander; das Verfahren kann beispielsweise auf ein verdrehtes oder anderes Koordinatensystem angewandt werden. Somit kann auch die x-Richtung/z-Richtung als eine andere Richtung ausgebildet sein und dient hier nur dazu die einzelnen Komponenten in Bezug zueinander zu setzten und soll damit keine Einschränkung darstellen. Insbesondere weist der zumindest eine erste Magnet eine Magnetisierung in z-Richtung auf.
Dabei kann auch die Magnetisierung beispielsweise in einer anderen Richtung sein; so kann das Verfahren auch bei Magneten mit einer Magnetisierung beispielsweise in x-Richtung angewendet werden.
In particular, the x,y,z coordinate system is a Cartesian coordinate system. In particular, the x,y,z coordinate system only serves to describe the relative coordinates and the spatial coordinates to one another; the method can be applied, for example, to a rotated or different coordinate system. Thus, the x-direction/z-direction can also be designed as a different direction and only serves here to set the individual components in relation to one another and should therefore not represent a restriction. In particular, the at least one first magnet has a magnetization in the z-direction.
The magnetization can also be in a different direction, for example; the method can also be applied to magnets with magnetization in the x-direction, for example.

Insbesondere wird der zweite magnetische Winkel um genau 180° reduziert oder erhöht.In particular, the second magnetic angle is reduced or increased by exactly 180°.

Durch eine entsprechende Anordnung des Hallsensors in Bezug zu dem zumindest einen ersten Magneten weist die zweite magnetische Raumkoordinate einen Wert ungleich Null auf.By a corresponding arrangement of the Hall sensor in relation to the at least one first magnet, the second magnetic spatial coordinate has a value other than zero.

Dabei ist der Hallsensor, insbesondere ein 3D-Hallsensor, in z-Richtung gesehen ober/unterhalb des zumindest einen ersten Magneten angeordnet.The Hall sensor, in particular a 3D Hall sensor, is arranged above/below the at least one first magnet as seen in the z-direction.

Die Bewegungsrichtung (x-Richtung) des Elements entspricht dabei der Bewegungsrichtung zumindest einen ersten Magnets.The direction of movement (x-direction) of the element corresponds to the direction of movement of at least a first magnet.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird eine weitere, hier zweite Raumkoordinate, neben der zur Berechnung des magnetischen Winkels notwendigen ersten Raumkoordinate und dritten Raumkoordinate, genutzt, um die Reichweite zu vergrößern. Anhand von einem ersten magnetischen Winkel und einem um 180° verschobenen zweiten magnetischen Winkel, sowie einem Schwellenwert kann unter Berücksichtigung hinsichtlich eines positiven oder negativen Wertes der zweiten Raumkoordinate ein kombinierter magnetischer streufeldrobuster Winkel erzeugt werden, welcher eine höhere Reichweite aufweist. Dabei wird berücksichtigt, dass die zweite Raumkoordinate entlang der x-Richtung das Vorzeichen wechselt.The method according to the invention uses a further, here second, spatial coordinate, in addition to the first spatial coordinate and third spatial coordinate required to calculate the magnetic angle, to increase the range. Using a first magnetic angle and a second magnetic angle shifted by 180°, as well as a threshold value, a combined magnetic stray field robust angle can be generated, which has a greater range, taking into account a positive or negative value of the second spatial coordinate. This takes into account that the second spatial coordinate changes sign along the x-direction.

Insbesondere wird, wie beschrieben, die zweite Raumkoordinate genutzt, welche durch eine entsprechende Anordnung, insbesondere durch hier einer Verkippung der Magnetisierung, und/oder Verkippung des Magneten und/oder Verdrehung des Sensors einen Wert ungleich Null aufweist.In particular, as described, the second spatial coordinate is used, which has a value not equal to zero due to a corresponding arrangement, in particular here due to a tilting of the magnetization, and/or tilting of the magnet and/or rotation of the sensor.

Dieses Wissen wird nun verwendet, um die unterschiedlichen magnetischen Winkel in Abhängigkeit von dem Vorzeichenwechsel und dem Schwellenwert zu erzeugen.This knowledge is now used to generate the different magnetic angles depending on the sign change and the threshold value.

In weiterer Ausbildung wird der Schwellenwert in Abhängigkeit von dem Abstand der beiden Magnete zu dem Hallsensor gewählt. Ferner wird der Schwellenwert auch in Bezug auf die gewünschte Reichweitenverlängerung gewählt. Insbesondere wird der Schwellenwert so gewählt, dass die zweite Raumkoordinate bereits außerhalb der Zone des Vorzeichenwechsels um die Nullstelle liegt.In a further development, the threshold value is selected depending on the distance between the two magnets and the Hall sensor. Furthermore, the threshold value is also selected in relation to the desired range extension. In particular, the threshold value is selected so that the second spatial coordinate is already outside the zone of the sign change around the zero point.

In weiterer Ausgestaltung wird der magnetische Winkel unter Verwendung der arctan-Funktion oder der atan2-Funktion gebildet.In a further embodiment, the magnetic angle is formed using the arctan function or the atan2 function.

In weiterer Ausbildung ist der Hallsensor als ein streufeldrobuster 3D-Hallsensor ausgebildet.In further development, the Hall sensor is designed as a stray field robust 3D Hall sensor.

Dadurch wird auch die resultierende zweite Raumkoordinate, welche durch die entsprechende Anordnung, wie beispielsweise hier der Verkippung der Magnetisierung, oder Verkippung der Magnete, Verdrehung des Sensors einen Wert ungleich Null aufweist, durch Differenzbildung der zwei zweiten unterschiedlichen magnetischen Messwerte gebildet.As a result, the resulting second spatial coordinate, which has a value other than zero due to the corresponding arrangement, such as here the tilting of the magnetization, or tilting of the magnets, rotation of the sensor, is also formed by subtracting the two second different magnetic measured values.

In weiterer Ausbildung weist der erste Magnet eine Magnetisierung auf, und wobei zumindest ein zweiter Magnet vorgesehen ist, der eine zum ersten Magneten unterschiedliche, beispielsweise entlang der z-Richtung gespiegelte und entlang der y-Richtung identische oder eine, insbesondere um zwischen 140° und 220°, gedrehte, Magnetisierung aufweist, und der an oder in Bezug auf das bewegliche Element in einem definierten Abstand zu dem ersten Magneten angeordnet ist, und dem ein zweites Magnetfeld zugeordnet ist, und wobei das erste Magnetfeld und das zumindest zweite Magnetfeld ein resultierendes Gesamtmagnetfeld ausbilden, und wobei der Hallsensor, welcher relativ zu dem zumindest einen ersten Magneten und den zweiten Magneten angeordnet ist, das resultierende Gesamtmagnetfeld erfasst. Ferner können auch mehrere Magnete vorhanden sein.In a further embodiment, the first magnet has a magnetization, and at least one second magnet is provided, which has a magnetization that is different from the first magnet, for example mirrored along the z-direction and identical along the y-direction or rotated, in particular by between 140° and 220°, and which is arranged on or in relation to the movable element at a defined distance from the first magnet, and to which a second magnetic field is assigned, and wherein the first magnetic field and the at least second magnetic field form a resulting total magnetic field, and wherein the Hall sensor, which is arranged relative to the at least one first magnet and the second magnets, detects the resulting total magnetic field. Furthermore, several magnets can also be present.

In weiterer Ausgestaltung misst der Hallsensor an sich gegenüberliegenden Seiten des Hallsensors basierend auf dem resultierenden Magnetfeld zwei erste unterschiedliche magnetische Messwerte und zwei zweite unterschiedliche magnetische Messwerte und zwei dritte unterschiedliche magnetische Messwerte und wobei die jeweilige Raumkoordinate durch Differenz der jeweiligen entsprechenden Messwerte gebildet wird und wobei der magnetische Winkel unter Verwendung der atan-Funktion oder der atan2-Funktion aus der ersten Raumkoordinate und der dritten Raumkoordinate gebildet wird.In a further embodiment, the Hall sensor measures two first different magnetic measurement values and two second different magnetic measurement values and two third different magnetic measurement values on opposite sides of the Hall sensor based on the resulting magnetic field, and wherein the respective spatial coordinate is formed by the difference between the respective corresponding measurement values and wherein the magnetic angle is formed using the atan function or the atan2 function from the first spatial coordinate and the third spatial coordinate.

In weiterer Ausgestaltung wird eine messbare zweite Raumkoordinate durch Verdrehen des Hallsensors um die z-Achse in Bezug auf die x-Richtung des beweglichen Elements erzeugt. Dies bedeutet insbesondere, dass der 3D-Hallsensor eine von Null ungleiche dBy- Komponente erzeugt und dadurch einen von Null unterschiedlichen Wert aufweist.In a further embodiment, a measurable second spatial coordinate is generated by rotating the Hall sensor about the z-axis in relation to the x-direction of the movable element. This means in particular that the 3D Hall sensor generates a dBy component that is not equal to zero and therefore has a value that is different from zero.

Durch diese Drehung wird die Asymmetrie zwischen der linken und rechten Hallsensorseite in Bezug auf die y-Komponente verstärkt. Dabei ist eine Drehung von um die 20° ausreichend.This rotation increases the asymmetry between the left and right sides of the Hall sensor with respect to the y-component. A rotation of around 20° is sufficient.

In weiterer Ausgestaltung wird die messbare zweite Raumkoordinate durch Verkippen der Magnete in Bezug auf die x-Richtung, d.h. hier die x-Achse, des beweglichen Elements erzeugt. Optional oder ergänzend wird die messbare zweite Raumkoordinate durch eine um die x-Achse verkippte Magnetisierung des zumindest einen Magneten realisiert. Dadurch wird die Symmetrie des Magnetfeldes in y-Richtung gebrochen. Die Symmetrie kann auch gebrochen werden, indem Magnet und Sensor zueinander entlang der y-Achse verschoben werden.In a further embodiment, the measurable second spatial coordinate is generated by tilting the magnets in relation to the x-direction, i.e. here the x-axis, of the movable element. Optionally or additionally, the measurable second spatial coordinate is realized by magnetizing the at least one magnet tilted around the x-axis. This breaks the symmetry of the magnetic field in the y-direction. The symmetry can also be broken by moving the magnet and sensor relative to each other along the y-axis.

In weiterer Ausbildung liegt die Verkippung des oder der Magnete oder deren Magnetisierung im Bereich von 20°.In further development, the tilt of the magnet(s) or their magnetization is in the range of 20°.

Ferner wird die Aufgabe gelöst durch ein Positionserfassungssystem zum Erzeugen eines robusten Positionssignals zum Bestimmen einer Position eines beweglichen Elements, wobei das bewegliche Element in Bezug auf ein x,y,z- Koordinatensystem, in der x-y-Ebene angeordnet ist, und in einer x-Richtung verfahrbar ist, umfassend zumindest einen ersten Magneten, welcher eine Magnetisierung aufweist und der an oder in Bezug auf das bewegliche Element angeordnet ist und dem ein erstes Magnetfeld zugeordnet ist, und
zumindest einen Hallsensor, welcher relativ zu dem zumindest einen ersten Magneten zum Erfassen des ersten Magnetfelds angeordnet ist und welcher dazu ausgebildet ist, ein Positionssignal, welches die Position des beweglichen Elements längs der x-Richtung repräsentiert, zu generieren, und
wobei der Hallsensor ausgebildet ist, eine auf das x,y,z- Koordinatensystem abgestimmte erste magnetische Raumkoordinate und eine zweite magnetische Raumkoordinate und eine dritte magnetische Raumkoordinate, anhand einer magnetischen Flussdichte des ersten Magnetfeldes des zumindest einen ersten Magneten, zu erzeugen,
und/oder wobei der Hallsensor um die z-Achse in Bezug auf die x-Richtung des beweglichen Elements verdreht ist, zum Erzeugen einer messbaren zweiten Raumkoordinate durch den Hallsensor und/oder wobei der zumindest eine erste Magnet in Bezug auf die x-Richtung des beweglichen Elements verkippt ist und/oder dessen Magnetisierung in Bezug auf die x-Richtung des beweglichen Elements verkippt ist, zum Erzeugen einer messbaren zweiten Raumkoordinate.
Furthermore, the object is achieved by a position detection system for generating a robust position signal for determining a position of a movable element, wherein the movable element is arranged in the xy plane with respect to an x,y,z coordinate system and is moved in an x-direction. bar, comprising at least a first magnet which has a magnetization and which is arranged on or in relation to the movable element and to which a first magnetic field is assigned, and
at least one Hall sensor which is arranged relative to the at least one first magnet for detecting the first magnetic field and which is designed to generate a position signal which represents the position of the movable element along the x-direction, and
wherein the Hall sensor is designed to generate a first magnetic spatial coordinate matched to the x,y,z coordinate system and a second magnetic spatial coordinate and a third magnetic spatial coordinate based on a magnetic flux density of the first magnetic field of the at least one first magnet,
and/or wherein the Hall sensor is rotated about the z-axis with respect to the x-direction of the movable element, for generating a measurable second spatial coordinate by the Hall sensor and/or wherein the at least one first magnet is tilted with respect to the x-direction of the movable element and/or its magnetization is tilted with respect to the x-direction of the movable element, for generating a measurable second spatial coordinate.

Dabei können die Vorteile des Verfahrens auf das Positionserfassungssystem übertragen werden. Insbesondere ist das Positionserfassungssystem zur Durchführung des Verfahrens ausgebildet.The advantages of the method can be transferred to the position detection system. In particular, the position detection system is designed to carry out the method.

Ferner weist das Positionserfassungssystem eine Auswerteeinheit auf, zum Bestimmen eines ersten magnetischen Winkels anhand der ersten Raumkoordinate und der dritten Raumkoordinate und eines, im Bereich von betragsmäßig 180°, gegenüber dem ersten magnetischen Winkel verschobenen zweiten magnetischen Winkels, und wobei ferner eine Speichereinheit vorgesehen ist, mit einem Schwellenwert für den ersten magnetischen Winkel, wobei der Schwellenwert auf die Anordnung des zumindest einen ersten Magneten und den Hallsensor abgestimmt ist,
sowie ein Berechnungsmodul vorgesehen ist, welches dazu ausgebildet ist den ersten magnetischen Winkel als Positionssignal heranzuziehen, wenn der erste magnetische Winkel unterhalb des Betrags des Schwellenwertes liegt und welches weiter ausgebildet ist, den zweiten magnetischen Winkel um etwa 180° zu erhöhen, wenn die zweite magnetische Raumkoordinate positiv ist und den so verschobenen zweiten magnetischen Winkel als Positionssignal heranzuziehen und wobei das Berechnungsmodul ferner dazu ausgebildet ist, den zweiten magnetischen Winkel um etwa 180° zu reduzieren, wenn die zweite magnetische Raumkoordinate negativ ist und den so verschobenen zweiten magnetischen Winkel als Positionssignal heranzuziehen.
Furthermore, the position detection system has an evaluation unit for determining a first magnetic angle based on the first spatial coordinate and the third spatial coordinate and a second magnetic angle shifted in the range of 180° relative to the first magnetic angle, and wherein a storage unit is also provided with a threshold value for the first magnetic angle, wherein the threshold value is matched to the arrangement of the at least one first magnet and the Hall sensor,
and a calculation module is provided which is designed to use the first magnetic angle as a position signal if the first magnetic angle is below the amount of the threshold value and which is further designed to increase the second magnetic angle by approximately 180° if the second magnetic spatial coordinate is positive and to use the second magnetic angle thus shifted as a position signal and wherein the calculation module is further designed to reduce the second magnetic angle by approximately 180° if the second magnetic spatial coordinate is negative and to use the second magnetic angle thus shifted as a position signal.

Insbesondere ist das x,y,z- Koordinatensystem ein kartesisches Koordinatensystem. Insbesondere dient das x,y,z- Koordinatensystem nur zur Beschreibung der relativen Koordinaten und der Raumkoordinaten zueinander; das Verfahren kann beispielsweise auf ein verdrehtes oder anderes Koordinatensystem angewandt werden. Somit kann auch die x-Richtung/z-Richtung als eine andere Richtung ausgebildet sein und dient hier nur dazu die einzelnen Komponenten in Bezug zueinander zu setzten. Insbesondere weist der erste Magnet eine Magnetisierung in z-Richtung auf. Dabei kann auch die Magnetisierung beispielsweise in einer anderen Richtung sein; so kann das Verfahren auch bei Magneten mit einer Magnetisierung beispielsweise in x-Richtung angewendet werden.In particular, the x,y,z coordinate system is a Cartesian coordinate system. In particular, the x,y,z coordinate system only serves to describe the relative coordinates and the spatial coordinates to one another; the method can be applied, for example, to a rotated or different coordinate system. Thus, the x-direction/z-direction can also be designed as a different direction and only serves to relate the individual components to one another. In particular, the first magnet has a magnetization in the z-direction. The magnetization can also be in a different direction, for example; the method can also be applied to magnets with a magnetization in the x-direction, for example.

In einer weiteren Ausbildung weist der erste Magnet eine Magnetisierung auf, und wobei zumindest ein zweiter Magnet vorgesehen ist, der eine zum ersten Magneten unterschiedliche, beispielsweise entlang der z-Richtung gespiegelte und entlang der y-Richtung identische oder eine, insbesondere um zwischen 140° und 220°, gedrehte, Magnetisierung aufweist und der an oder in Bezug auf das bewegliche Element in einem definierten Abstand zu dem ersten Magneten angeordnet ist, und dem ein zweites Magnetfeld zugeordnet ist, und wobei das erste Magnetfeld und das zumindest zweite Magnetfeld ein resultierendes Gesamtmagnetfeld ausbilden, und wobei der Hallsensor relativ zu dem zumindest einen ersten Magneten und zu dem zweiten Magneten zum Erfassen des resultierenden Gesamtmagnetfeldes angeordnet ist.In a further embodiment, the first magnet has a magnetization, and at least one second magnet is provided which has a magnetization that is different from the first magnet, for example mirrored along the z-direction and identical along the y-direction or rotated, in particular by between 140° and 220°, and which is arranged on or in relation to the movable element at a defined distance from the first magnet, and to which a second magnetic field is assigned, and wherein the first magnetic field and the at least second magnetic field form a resulting total magnetic field, and wherein the Hall sensor is arranged relative to the at least one first magnet and to the second magnet for detecting the resulting total magnetic field.

Weiter wird die Aufgabe gelöst durch eine Verwendung des wie oben beschriebenen Verfahrens und/oder des wie oben beschriebenen Positionserfassungssystems in einem linearen System oder in einem Winkelmesssystem, welches zur Durchführung von Winkelmessungen in einem beschränkten Winkelbereich ausgebildet ist.Furthermore, the object is achieved by using the method as described above and/or the position detection system as described above in a linear system or in an angle measuring system which is designed to carry out angle measurements in a limited angular range.

Insbesondere ist das Winkelmesssystem für eine Winkelmessung im Bereich von +/-30° ausgelegt.In particular, the angle measuring system is designed for angle measurements in the range of +/-30°.

Dies kann beispielsweise in einem System mit einem Höhenstandsensor der Fall sein.This can be the case, for example, in a system with a height sensor.

Weitere Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren. Darin zeigen schematisch:

  • 1: ein Erfassungssystem für eine Position gemäß dem Stand der Technik,
  • 2: ein 3D-Hallsensor,
  • 3: die Magnetanordnung gemäß dem Stand der Technik,
  • 4: ein Diagramm zu der Magnetanordnung in 3,
  • 5: das erfindungsgemäße Verfahren,
  • 6: eine Anordnung der beiden Magnete zur Erzeugung einer zweiten Raumkoordinate,
  • 7: ein Diagramm zu der Anordnung in 6,
  • 8: eine weitere Anordnung der beiden Magnete zur Erzeugung einer zweiten Raumkoordinate,
  • 9: ein Diagramm zu der Anordnung in 8,
  • 10: ein Diagramm mit den gemessenen magnetischen Winkeln,
  • 11: die generierten verschiedenen magnetischen Winkel gemäß der Erfindung,
  • 12: schematisch ein lineares Positionssensorsystem mit einem einzelnen Scheibenmagneten,
  • 13: ein Diagramm zu der Anordnung in 12,
  • 14: die generierten verschiedenen magnetischen Winkel zu obiger Anordnung,
  • 15: Verwendung eines erfindungsgemäßen Positionserfassungssystem und einem Verfahren in einem Winkelsensor.
Further features and advantages of the present invention will become apparent from the following description with reference to the accompanying figures, which schematically show:
  • 1 : a position detection system according to the state of the art,
  • 2 : a 3D Hall sensor,
  • 3 : the magnet arrangement according to the state of the art,
  • 4 : a diagram of the magnet arrangement in 3 ,
  • 5 : the method according to the invention,
  • 6 : an arrangement of the two magnets to generate a second spatial coordinate,
  • 7 : a diagram of the arrangement in 6 ,
  • 8th : another arrangement of the two magnets to generate a second spatial coordinate,
  • 9 : a diagram of the arrangement in 8th ,
  • 10 : a diagram with the measured magnetic angles,
  • 11 : the generated different magnetic angles according to the invention,
  • 12 : schematically a linear position sensor system with a single disc magnet,
  • 13 : a diagram of the arrangement in 12 ,
  • 14 : the generated different magnetic angles to the above arrangement,
  • 15 : Use of a position detection system according to the invention and a method in an angle sensor.

1 zeigt ein Erfassungssystem 100 für eine Position gemäß dem Stand der Technik. Dieses weist ein, in x- Richtung, bewegliches Element 101 auf. 1 shows a detection system 100 for a position according to the prior art. This has an element 101 that is movable in the x-direction.

Auf dem beweglichen Element 101 sind ein erster Magnet 102 und ein zweiter gleichgroßer Magnet 104 angeordnet. Das bewegliche Element 101 weist ein x,y,z Koordinatensystem auf und ist in x-Richtung verfahrbar.A first magnet 102 and a second magnet of the same size 104 are arranged on the movable element 101. The movable element 101 has an x,y,z coordinate system and can be moved in the x direction.

Der erste Magnet 102 weist eine Magnetisierung in positive z-Richtung auf. Ferner ist dem ersten Magneten 102 ein erstes Magnetfeld 103 zugeordnet.The first magnet 102 has a magnetization in the positive z-direction. Furthermore, a first magnetic field 103 is assigned to the first magnet 102.

Der zweite Magnet 104 weist eine Magnetisierung in negative z-Richtung auf. Ferner ist dem zweiten Magneten 104 ein zweites Magnetfeld 106 zugeordnet.The second magnet 104 has a magnetization in the negative z-direction. Furthermore, a second magnetic field 106 is assigned to the second magnet 104.

In z-Richtung ist ein Magnetfeldsensor 105 ortsfest angeordnet. Dieser ist zum Erfassen des durch das erste Magnetfeld 103 und das zweite Magnetfeld 106 ausgebildete resultierende Gesamtmagnetfelds ausgebildet.A magnetic field sensor 105 is arranged in a fixed position in the z-direction. This is designed to detect the resulting total magnetic field formed by the first magnetic field 103 and the second magnetic field 106.

Der Magnetfeldsensor 105 ist somit zur Erfassung von zwei auf das x,y,z- Koordinatensystem abgestimmten orthogonalen Magnetfeldkomponenten ausgebildet, nämlich die magnetische Raumkoordinate Bx, die entlang der Bewegungsrichtung (x-Richtung) verläuft, wobei Bx die erste magnetische Raumkoordinate ist und Bz als eine dritte, quer dazu verlaufende, magnetische Raumkoordinate. Dabei erfasst der Magnetfeldsensor 105 diese anhand der magnetischen Flussdichte des resultierenden Gesamtmagnetfeldes des ersten Magneten 102 und des zweiten Magneten 104.The magnetic field sensor 105 is thus designed to detect two orthogonal magnetic field components that are coordinated with the x, y, z coordinate system, namely the magnetic spatial coordinate Bx, which runs along the direction of movement (x direction), where Bx is the first magnetic spatial coordinate and Bz is a third magnetic spatial coordinate that runs perpendicular to it. The magnetic field sensor 105 detects these based on the magnetic flux density of the resulting total magnetic field of the first magnet 102 and the second magnet 104.

Der Magnetfeldsensor 105 ist dazu ausgebildet, einen magnetischen Winkel αmag als ein Winkelsignal zum Ermitteln der Position des beweglichen Elements 101 zu generieren, wobei das Winkelsignal angibt, unter welchem Winkel die von den Magneten 102,104 des beweglichen Elements 101 ausgehende Magnetfeldlinien auf den Magnetfeldsensor 105 treffen.The magnetic field sensor 105 is designed to generate a magnetic angle α mag as an angle signal for determining the position of the movable element 101, wherein the angle signal indicates the angle at which the magnetic field lines emanating from the magnets 102, 104 of the movable element 101 strike the magnetic field sensor 105.

Insbesondere kann der Magnetfeldsensor 105 als 3D-Hallsensor 109 realisiert sein.In particular, the magnetic field sensor 105 can be implemented as a 3D Hall sensor 109.

2 zeigt eine typische Hallplattenanordnung als sogenannten 3D-Hallsensor 109. Diese weist ein Plattenzentrum 112 auf und mehrere horizontale oder vertikale Hall-Platten 108 (hier nur zwei gezeigt) sowie eine rechte Hallplattenseite 110 als auch eine linke Hallplattenseite 111. 2 shows a typical Hall plate arrangement as a so-called 3D Hall sensor 109. This has a plate center 112 and several horizontal or vertical Hall plates 108 (only two shown here) as well as a right Hall plate side 110 and a left Hall plate side 111.

Für eine konventionelle (nicht streufeldrobuste) Auswertung werden die an der ganz rechten Hallplattenseite 110 gemessenen Flussdichten Bx1 und Bz1 wie folgt zur Bestimmung des magnetischen Winkels αmag verwendet: α m a g = atan2 ( B z 1 B x 1 )

Figure DE102022213659A1_0001
For a conventional (not stray field robust) evaluation, the flux densities Bx1 and Bz1 measured on the rightmost side of the Hall plate 110 are used to determine the magnetic angle α mag as follows: α m a G = atan2 ( B z 1 B x 1 )
Figure DE102022213659A1_0001

Für eine streufeldrobuste Auswertung eines magnetischen Winkels αmag eines Winkelsignals als Positionssignal werden die an der äußersten rechten Hallplattenseite 110 und der äußersten linken Hallplattenseite 111 gemessenen Flussdichten Bx1, Bx4 und Bz1, Bz4 wie folgt verwendet: α m a g = atan2 ( B z 1 B z 4 B x 1 B x 4 )

Figure DE102022213659A1_0002
For a stray field robust evaluation of a magnetic angle α mag of an angle signal as a position signal, the flux densities Bx1, Bx4 and Bz1, Bz4 measured at the extreme right Hall plate side 110 and the extreme left Hall plate side 111 are used as follows: α m a G = atan2 ( B z 1 B z 4 B x 1 B x 4 )
Figure DE102022213659A1_0002

Aus (II) ist ersichtlich, dass der resultierende Winkel αmag durch ein homogenes Streufeld, das an beiden verwendeten Hallplattenseiten 110,111 die gleiche Amplitude hat, nicht beeinflusst wird, da es in der Rechnung kompensiert wird.From (II) it can be seen that the resulting angle α mag is not influenced by a homogeneous stray field which has the same amplitude on both sides of the Hall plate 110,111, since it is compensated in the calculation.

Bei solchen 3D-Hallsensor 109 ist jedoch die realisierbare Reichweite stark eingeschränkt. So muss einerseits die magnetische Feldamplitude über einem bestimmten Wert liegen, damit das Rauschen und der sensorinterne Drift das Positionssignal nicht zu stark verfälschen. Zum anderen muss der Bereich des magnetischen Winkels αmag, der auf dem Weg zurückgelegt wird, unter 360° liegen. Andernfalls ist das Positionssignal nicht eindeutig.However, the achievable range is greatly limited with such 3D Hall sensors 109. On the one hand, the magnetic field amplitude must be above a certain value so that the noise and the drift within the sensor do not distort the position signal too much. On the other hand, the range of the magnetic angle α mag that is covered on the path must be below 360°. Otherwise, the position signal is not clear.

Dieses Problem verschärft sich bei der streufeldrobusten Messung noch, da der magnetische Winkel αmag über dem Verfahrweg im Vergleich zu der konventionellen (nicht streufeldrobusten) Auswertung bis zu doppelt so schnell ansteigt.This problem is exacerbated in the stray field robust measurement, since the magnetic angle α mag increases over the travel path up to twice as fast as in the conventional (non-strewn field robust) evaluation.

Wird ein solcher 3D-Hallsensor in 3 oder 1 verwendet, so ist die Differenz dBy der gemessenen Flussdichten By1 und By4 gleich Null.If such a 3D Hall sensor is used in 3 or 1 used, the difference dBy between the measured flux densities By1 and By4 is zero.

3 zeigt die Magnetanordnung mit dem ersten Magnet 102 und dem zweiten Magnet 104 für ein lineares Sensorsystem. Die Magnete 102,104 sind hier quaderförmig mit einer Länge von 10mm, einer Breite von 6mm und einer Höhe von 3mm ausgebildet und bestehen aus gesintertem NdFeB-Magneten. Die Magnete 102,104 weisen gegensätzliche angeordnete Magnetpole auf (Pfeile). 3 shows the magnet arrangement with the first magnet 102 and the second magnet 104 for a linear sensor system. The magnets 102,104 are cuboid-shaped with a length of 10mm, a width of 6mm and a height of 3mm and consist of sintered NdFeB magnets. The magnets 102,104 have opposing magnetic poles (arrows).

Der Luftspalt ist in diesem Beispiel 5mm und der Abstand der Magnete zueinander ist 2mm.In this example the air gap is 5mm and the distance between the magnets is 2mm.

4 zeigt das Diagramm zu dem zu der Magnetanordnung in 3 berechneten magnetischen Winkel (magnetic angle) αmag in Abhängigkeit von der Reichweite in mm. Dieser magnetische Winkel αmag kann auf die Position der Magneten 102,104 abgebildet werden. Im Falle der Streufeldrobust-Berechnung ist dieser fast linear. 4 shows the diagram of the magnet arrangement in 3 calculated magnetic angle α mag as a function of the range in mm. This magnetic angle α mag can be mapped to the position of the magnets 102,104. In the case of the stray field robust calculation, this is almost linear.

Aus dem Diagramm lässt sich ein jeweiliger 2pi-Sprung im Positionssignal jenseits von 18mm bei einer nicht streufeldrobusten Auswertung (konventionell) bzw. 12mm bei einer streufeldrobusten Auswertung (streufeldrobust) erkennen. Ab dieser Position ist das Positionssignal nicht mehr eindeutig. Es lässt sich aus dem Diagramm ablesen, dass im konventionellen Fall ein Messbereich (Reichweite) von 36mm (18mm +18mm) möglich ist, im streufeldrobusten Fall jedoch nur ein Messbereich (Reichweite) von 24mm (12mm+12mm) möglich ist.The diagram shows a 2pi jump in the position signal beyond 18mm for a non-stray field robust evaluation (conventional) or 12mm for a stray field robust evaluation (stray field robust). From this position onwards, the position signal is no longer clear. It can be seen from the diagram that in the conventional case a measuring range (range) of 36mm (18mm +18mm) is possible, but in the stray field robust case only a measuring range (range) of 24mm (12mm +12mm) is possible.

5 zeigt das erfindungsgemäße Verfahren schematisch. Dieses weist ebenfalls ein bewegliches Element wie im Stand der Technik auf. Das bewegliche Element weist ein x,y,z-Koordinatensystem auf und ist in x-Richtung als x-Richtung verfahrbar. Dabei sind alle Koordinatenachsen jedoch vertauschbar, das Verfahren kann ebenfalls angewendet werden, wenn das bewegliche Element in beispielsweise y-Richtung, mit entsprechend erzeugten Magnetfeld, erfasst wird oder das gesamte Koordinatensystem gedreht wird. An dem beweglichen Element sind ein erster Magnet 1 und ein zweiter gleichgroßer Magnet 2 (6) angeordnet. Auch können mehrere Magnete angeordnet sein. Die Magnete 1,2 weisen eine verkippte Magnetisierung auf, um einen Wert von dBy von ungleich Null zu erzeugen, d.h. um die Symmetrie in Bezug auf die Hallplattenseiten 110,111 (2) in Richtung By (6) zu brechen. 5 shows the method according to the invention schematically. This also has a movable element as in the prior art. The movable element has an x,y,z coordinate system and can be moved in the x direction as the x direction. However, all coordinate axes can be interchanged, the method can also be used if the movable element is detected in the y direction, for example, with a correspondingly generated magnetic field, or the entire coordinate system is rotated. The movable element comprises a first magnet 1 and a second magnet of the same size 2 ( 6 ) are arranged. Several magnets can also be arranged. The magnets 1,2 have a tilted magnetization in order to produce a value of dBy that is not equal to zero, ie in order to maintain the symmetry with respect to the Hall plate sides 110,111 ( 2 ) towards By ( 6 ) to break.

In z-Richtung ist in definierter Position ein 3D-Hallsensor 3 (8) angeordnet, welcher relativ zu dem ersten Magneten 1 und zweiten Magneten 2 zum Erfassen des Gesamtmagnetfelds angeordnet ist.In the z-direction, a 3D Hall sensor 3 ( 8th ) which is arranged relative to the first magnet 1 and second magnet 2 for detecting the total magnetic field.

Ferner ist der 3D-Hallsensor 3 (8) dazu ausgebildet von auf das x,y,z- Koordinatensystem abgestimmte magnetische Raumkoordinaten dBx, dBy, dBz zu erfassen, wobei dBx eine erste magnetische Raumkoordinate und dBy eine zweite magnetische Raumkoordinate und dBz eine dritte magnetische Raumkoordinate ausbildet.Furthermore, the 3D Hall sensor 3 ( 8th ) designed to detect magnetic spatial coordinates dBx, dBy, dBz coordinated to the x,y,z coordinate system, where dBx forms a first magnetic spatial coordinate and dBy a second magnetic spatial coordinate and dBz a third magnetic spatial coordinate.

Diese werden in einem ersten Schritt S1 anhand einer magnetischen Flussdichte des resultierenden Gesamtmagnetfeldes der zumindest zwei Magnete 1,2 erfasst. Dabei wird die zweite magnetische Raumkoordinate dBy anhand einer entsprechenden versetzten Anordnung des Magnetfeldsensor in y-Richtung und der zumindest zwei Magnete 1,2 zueinander bewerkstelligt, um eine von Null verschiedene Raumkoordinate dBy zu erhalten.These are detected in a first step S1 based on a magnetic flux density of the resulting total magnetic field of the at least two magnets 1, 2. The second magnetic spatial coordinate dBy is thereby achieved based on a corresponding offset arrangement of the magnetic field sensor in the y-direction and the at least two magnets 1, 2 relative to one another in order to obtain a spatial coordinate dBy that is different from zero.

Eine solche Anordnung ist in 6 sowie eine alternative oder zusätzliche Anordnung in 8 gezeigt.Such an arrangement is in 6 and an alternative or additional arrangement in 8th shown.

6 zeigt eine solche erste Anordnung um eine von Null verschiedene Raumkoordinate dBy zu erhalten. Dabei entspricht dBy einer streufeldrobusten zweiten Raumkoordinate, welche durch eine Differenz zwischen der durch den 3D-Hallsensor 3 (8) gemessenen linken Flussdichte By4 und rechte Flussdichte By1 erhalten wird. 6 shows such a first arrangement to obtain a spatial coordinate dBy that is different from zero. dBy corresponds to a stray field robust second spatial coordinate, which is determined by a difference between the spatial coordinate measured by the 3D Hall sensor 3 ( 8th ) measured left flux density By4 and right flux density By1.

Um einen solchen Wert mit ungleich Null zu erhalten, wird die Anordnung derart aufgebaut, dass die Symmetrie bezüglich der y-Komponente des magnetischen Feldes gebrochen wird. Dies wird hier anhand einer Verkippung der Magnetisierung der Magnete 1,2 um die x-Achse bewerkstelligt (Pfeil), wobei die Verkippung im Bereich von etwa 20°liegt. Dadurch kann ein ausreichend großer Messwert der zweiten Raumkoordinate dBy erzielt werden.In order to obtain such a value that is not equal to zero, the arrangement is constructed in such a way that the symmetry with respect to the y-component of the magnetic field is broken. This is achieved here by tilting the magnetization of the magnets 1,2 around the x-axis (arrow), with the tilt being in the range of about 20°. This makes it possible to achieve a sufficiently large measurement value of the second spatial coordinate dBy.

Alternativ oder zusätzlich kann auch durch eine Verkippung der Magnete 1,2 selbst die Symmetrie bezüglich der y-Komponente des magnetischen Feldes gebrochen werden. Auch kann eine Kombination aus einer Verkippung der Magnetisierung und der Magnete 1,2 vorhanden sein. Die Symmetrie kann auch gebrochen werden, indem die Magnete 1,2 und der 3D-Hallsensor 3 zueinander entlang der y-Achse verschoben werden. Alternatively or additionally, the symmetry with respect to the y-component of the magnetic field can be broken by tilting the magnets 1, 2 themselves. A combination of tilting the magnetization and the magnets 1, 2 can also be present. The symmetry can also be broken by moving the magnets 1, 2 and the 3D Hall sensor 3 relative to each other along the y-axis.

7 zeigt die zweite Raumkoordinate dBy in einem Diagramm mit einer solchen Verkippung durch die Verkippung der Magnete 1,2 oder die Verkippung der Magnetisierung der Magnete 1,2 gegenüber der Reichweite. Dabei wird die Stärke der Amplitude in mT, von einer Anordnung mit nicht verkippten Magneten als dBy-Standard und mit magnetisch verkippten Magneten 1,2 als dBy-option1, gegenüber der Reichweite in mm aufgetragen. Dabei ist zu erkennen, dass der Wert von dBy (dBy-Standard) bei nicht verkippten Magneten Null beträgt, bei Magneten1,2 mit verkippter Magnetisierung (alternativ oder zusätzlich gekippten Magneten 1,2) einen von Null unterschiedlichen Wert beträgt (dBy- option1). Ferner ist noch die Differenznorm diff.norm-option1 aufgetragen, welche aus den Raumkoordinaten dBx- und dBz-Komponenten bestimmt wird. Die Abnahme der Differenznorm ist hingegen sehr gering im Vergleich zu der ursprünglichen Differenznorm diff.norm-standard, und fällt damit nicht ins Gewicht. 7 shows the second spatial coordinate dBy in a diagram with such a tilting due to the tilting of the magnets 1,2 or the tilting of the magnetization of the magnets 1,2 against the range. The strength of the amplitude in mT, of an arrangement with non-tilted magnets as dBy standard and with magnetically tilted magnets 1,2 as dBy-option1, is plotted against the range in mm. It can be seen that the value of dBy (dBy-standard) is zero for non-tilted magnets, and a value other than zero for magnets1,2 with tilted magnetization (alternatively or additionally tilted magnets 1,2) (dBy-option1). The difference norm diff.norm-option1 is also plotted, which is determined from the spatial coordinates dBx and dBz components. The decrease in the difference norm is, however, very small compared to the original difference norm diff.norm-standard, and is therefore not significant.

8 zeigt eine weitere Anordnung der beiden Magnete 1,2 um eine von Null verschiedene Raumkoordinate dBy zu erhalten. 8th shows another arrangement of the two magnets 1,2 to obtain a spatial coordinate dBy different from zero.

Bei dieser Anordnung wird zusätzlich der 3D-Hallsensor 3 um die z-Achse gedreht. Dabei kann diese Drehung auch alternativ vorgenommen werden. Die Drehung kann beispielsweise im Bereich von 20° gegenüber der Bewegungsrichtung (x-Richtung) der Magnete 1,2 (hier dargestellt als Pfeile) liegen. Durch diese Drehung wird die Asymmetrie zwischen der linken und rechten Seite des 3D-Hallsensors 3 in Bezug auf die y-Komponente weiter verstärkt.In this arrangement, the 3D Hall sensor 3 is also rotated around the z-axis. This rotation can also be carried out alternatively. The rotation can, for example, be in the range of 20° relative to the direction of movement (x-direction) of the magnets 1, 2 (shown here as arrows). This rotation further increases the asymmetry between the left and right sides of the 3D Hall sensor 3 in relation to the y-component.

Alternativ oder zusätzlich kann neben der Drehung und der Verkippung der Magnete 1,2 auch eine lineare Verschiebung des 3D-Hallsensors 3 entlang y zur Erhöhung des Wertes von dBy beitragen (nicht gezeigt).Alternatively or additionally, in addition to the rotation and tilting of the magnets 1,2, a linear displacement of the 3D Hall sensor 3 along y can also contribute to increasing the value of dBy (not shown).

9 zeigt die zweite Raumkoordinate dBy (dBy-option2) in einem Diagramm mit einer magnetischen Verkippung und solch einer zusätzlichen Verdrehung des 3D-Hallsensors 3. Im Diagramm ist zu erkennen, dass die zusätzliche Drehung des 3D-Hallsensors 3 (hier als dBy-option2 gekennzeichnet) die zweite Raumkoordinate dBy um mehr als den Faktor zwei als gegenüber nur verkippter Anordnung/Magnetisierung (dBy-option1) erhöht. 9 shows the second spatial coordinate dBy (dBy-option2) in a diagram with a magnetic tilt and such an additional rotation of the 3D Hall sensor 3. In the diagram it can be seen that the additional rotation of the 3D Hall sensor 3 (here marked as dBy-option2) increases the second spatial coordinate dBy by more than a factor of two compared to only tilted arrangement/magnetization (dBy-option1).

Ferner ist noch die Differenznorm diff.norm-option 2 aufgetragen, welche aus den Raumkoordinaten dBx- und dBz-Komponenten bestimmt wird. Diese ist noch akzeptabel.The difference norm diff.norm-option 2 is also shown, which is determined from the spatial coordinates dBx and dBz components. This is still acceptable.

Es ist zu erkennen, dass das Vorzeichen der zweiten Raumkoordinate dBy (dBy-option2) sich im Laufe der Bewegungsrichtung des Elements ändert. Unterhalb einer Position von |x|<5mm wechselt die Raumkoordinate dBy in diesem Beispiel das Vorzeichen. In diesem Beispiel ist überhalb einer Position von |x| = 5mm der Wert von dBy groß genug, d.h. dBy wechselt nicht mehr das Vorzeichen.It can be seen that the sign of the second spatial coordinate dBy (dBy-option2) changes in the direction of movement of the element. Below a position of |x|<5mm, the spatial coordinate dBy changes sign in this example. In this example, above a position of |x| = 5mm, the value of dBy is large enough, i.e. dBy no longer changes sign.

Daher kann das Vorzeichen der zweiten Raumkoordinate dBy zur Erweiterung des Messbereichs, d.h. der Reichweite verwendet werden.Therefore, the sign of the second spatial coordinate dBy can be used to extend the measuring range, i.e. the range.

Dazu wird in einem zweiten Schritt S2 (5), nach dem Erfassen der drei Raumkoordinaten dBx, dBy, dBz durch den 3D-Hallsensor 3, zunächst der magnetische Winkel αmag bestimmt: α m a g = atan2 ( B z 1 B z 4 B x 1 B x 4 )

Figure DE102022213659A1_0003
Ferner wird ein um 180° verschobener Winkel αmag,verschoben erzeugt.For this purpose, in a second step S2 ( 5 ), after the three spatial coordinates dBx, dBy, dBz have been recorded by the 3D Hall sensor 3, the magnetic angle α mag is first determined: α m a G = atan2 ( B z 1 B z 4 B x 1 B x 4 )
Figure DE102022213659A1_0003
Furthermore, an angle α mag,shifted is generated that is shifted by 180°.

In 10 ist in einem Diagramm der zu der Magnet-/Hallsensoranordnung Option 2 gemessene magnetische Winkel (magnetic angle) αmag in Abhängigkeit von der Reichweite in mm und der um 180° verschobene magnetische Winkel αmag,verschoben mit den 2pi-Sprüngen abgebildet.In 10 A diagram shows the magnetic angle α mag measured for the magnet/Hall sensor arrangement option 2 as a function of the range in mm and the magnetic angle α mag shifted by 180°, shifted with the 2pi jumps.

In einem weiteren Schritt S3 (5) wird ein Schwellenwert β für αmag festgelegt. Der Schwellenwert β ist abhängig von einer jeweiligen Anordnung, also beispielsweise wie weit der 3D-Hallsensor 3 von den Magneten 1,2 entfernt ist, und davon, wie weit die Reichweite erweitert werden soll. In diesem Beispiel wird der Schwellenwert β mit 90° gewählt. Damit ist sichergestellt, dass dBy bereits außerhalb der Zone des Vorzeichenwechsels um die Nullstelle liegt.In a further step S3 ( 5 ) a threshold value β is set for α mag . The threshold value β depends on the respective arrangement, for example how far the 3D Hall sensor 3 is from the magnets 1,2 and how far the range is to be extended. In this example, the threshold value β is selected as 90°. This ensures that dBy is already outside the zone of the sign change around the zero point.

Dabei wird in einem anschließenden Schritt S4 der magnetische Winkel αmag als αmag,kombiniert (11) herangezogen, um damit die Position der Magnete 1,2 und damit des beweglichen Elements zu bestimmen. Dabei wird der magnetische Winkel αmag nur dann herangezogen, wenn αmag betragsmäßig kleiner als der gewählte Schwellenwert β ist: β< α m a g < β

Figure DE102022213659A1_0004
In a subsequent step S4, the magnetic angle α mag is combined as α mag ( 11 ) to determine the position of the magnets 1,2 and thus of the movable element. The magnetic angle α mag is only used if α mag is smaller than the selected threshold value β: β< α m a G < β
Figure DE102022213659A1_0004

In einem alternativen Schritt S4a (5) wird die Summe von αmag,verschoben und 180° als αmag,kombiniert (11) herangezogen, um damit die Position der Magnete 1,2 und damit des beweglichen Elements zu bestimmen. Dabei wird die Summe von αmag,verschoben und 180° nur dann herangezogen, wenn das Vorzeichen von dBy positiv ist: α m a g , k o m b i n i e r t = α m a g , v e r s c h o b e n + 180 °  nur dann , wenn dBy > 0

Figure DE102022213659A1_0005
In an alternative step S4a ( 5 ) the sum of α mag,is shifted and 180° combined as α mag, ( 11 ) is used to determine the position of the magnets 1,2 and thus of the movable element. The sum of α mag, shifted and 180° is only used if the sign of dBy is positive: α m a G , k O m b i n i e r t = α m a G , v e r s c H O b e n + 180 ° only then , if dBy > 0
Figure DE102022213659A1_0005

In einem alternativen Schritt S4b wird die Differenz von αmag,verschoben und 180° als αmag,kombiniert herangezogen, um damit die Position der Magnete 1,2 und damit des beweglichen Elements zu bestimmen.
Dabei wird die Differenz von αmag,verschoben und 180° nur dann herangezogen, wenn das Vorzeichen von dBy negativ ist: α m a g , k o m b i n i e r t = α m a g , v e r s c h o b e n 180 °  nur dann , wenn dBy < 0

Figure DE102022213659A1_0006
In an alternative step S4b, the difference of α mag, shifted and 180° is used as α mag, combined to determine the position of the magnets 1,2 and thus of the movable element.
The difference of α mag,shifted and 180° is only used if the sign of dBy is negative: α m a G , k O m b i n i e r t = α m a G , v e r s c H O b e n 180 ° only then , if dBy < 0
Figure DE102022213659A1_0006

Dadurch wird dem Rechnung getragen, dass hier beispielsweise ab einer Position von |x|<5m die zweite Raumkoordinate dBy, das Vorzeichen wechselt.This takes into account the fact that, for example, from a position of |x|<5m the second spatial coordinate dBy changes sign.

Der so kombinierte magnetische Winkel αmag,kombiniert kann nun eine größere Reichweite abdecken.The combined magnetic angle α mag,combined can now cover a larger range.

Es sei darauf hingewiesen, dass bei umgekehrter Magnetisierung selbiges mit umgekehrten Vorzeichen gilt, d.h: α m a g , k o m b i n i e r t = α m a g , v e r s c h o b e n + 180 °  nur dann , wenn dBy < 0

Figure DE102022213659A1_0007
α m a g , k o m b i n i e r t = α m a g , v e r s c h o b e n 180 °  nur dann , wenn dBy > 0
Figure DE102022213659A1_0008
It should be noted that in the case of reverse magnetization the same applies with opposite signs, ie: α m a G , k O m b i n i e r t = α m a G , v e r s c H O b e n + 180 ° only then , if dBy < 0
Figure DE102022213659A1_0007
α m a G , k O m b i n i e r t = α m a G , v e r s c H O b e n 180 ° only then , if dBy > 0
Figure DE102022213659A1_0008

11 zeigt den magnetischen Winkel αmag,kombiniert sowie den magnetischen Winkel αmag und den magnetischen Winkel αmag,verschoben über die Reichweite in mm in einem Diagramm aufgebracht. 11 shows the magnetic angle α mag, combined as well as the magnetic angle α mag and the magnetic angle α mag, shifted over the range in mm in a diagram.

Dabei ist zu erkennen, dass hier in diesem Beispiel, durch den magnetischen Winkel αmag,kombiniert ein Messbereich von ca. +/-20mm möglich ist, was einer Steigerung von ca. 66% Reichweite gegenüber der ursprünglichen Reichweite bedeutet.It can be seen that in this example, due to the magnetic angle α mag, a combined measuring range of approx. +/-20mm is possible, which means an increase of approx. 66% compared to the original range.

Dabei ist zu beachten, dass dies je nach Sensor variieren kann. Im Gegensatz dazu ist das Problem mit dem 2pi-Sprung inhärent und kann erfindungsgemäß durch das Verfahren / Positionssensorsystem überwunden werden.It should be noted that this can vary depending on the sensor. In contrast, the problem with the 2pi jump is inherent and can be overcome according to the invention by the method/position sensor system.

Durch ein solches erfindungsgemäßes Verfahren lässt sich daher bei einer streufeldrobusten Auswertung die Reichweite wesentlich erhöhen.By means of such a method according to the invention, the range can therefore be significantly increased with a stray field robust evaluation.

Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich auch auf Winkelmessungen mit einem begrenzten Winkelbereich beispielsweise +/-30° übertragen, beispielsweise bei einem Höhenstandsensor.The method according to the invention can also be transferred to angle measurements with a limited angle range, for example +/-30°, for example in a height sensor.

12 zeigt schematisch ein lineares Positionssensorsystem mit einem einzelnen Scheibenmagneten 4. Dieser weist in diesem Beispiel einen Durchmesser von 8mm und einer Höhe von 4,5mm sowie einen Luftspalt 5mm auf. 12 shows a schematic of a linear position sensor system with a single disc magnet 4. In this example, it has a diameter of 8 mm and a height of 4.5 mm and an air gap of 5 mm.

13 zeigt die zweite Raumkoordinate dBy bei diesem Beispiel als Diagramm. Ursprünglich zeigt die Magnetisierung in z-Richtung, so dass aufgrund der Symmetrie keine dBy-Komponente auftritt (dBy-standard). Nun wird die Magnetisierung um 30° gedreht (dBy-option1). Dies führt zu einem von Null verschiedenen Wert für dBy. Wird nun der Sensor (nicht gezeigt) um 2 mm entlang y verschoben, steigt der Wert dBy weiter an (dBy-option2). 13 shows the second spatial coordinate dBy in this example as a diagram. Originally the magnetization points in the z direction, so that no dBy component occurs due to the symmetry (dBy standard). Now the magnetization is rotated by 30° (dBy option1). This leads to a value for dBy that is different from zero. If the sensor (not shown) is now moved by 2 mm along y, the value dBy increases further (dBy option2).

In 14 ist zu sehen, dass das kombinierte Signal αmag,kombiniert bis zu 30 mm eine eindeutige Information liefert, welche aufgrund der geringen Amplitude jedoch nicht vollständig ausgenutzt werden sollte.In 14 It can be seen that the combined signal α mag,combined provides clear information up to 30 mm, which, however, should not be fully exploited due to the low amplitude.

In 15 zeigt die Verwendung eines erfindungsgemäßen Positionserfassungssystem und einem Verfahren in einem Winkelsensor 5 für Winkelmessungen in einem begrenzten Winkelbereich, beispielsweise +/-30°.In 15 shows the use of a position detection system according to the invention and a method in an angle sensor 5 for angle measurements in a limited angular range, for example +/-30°.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

100100
Erfassungssystem (Stand der Technik)Recording system (state of the art)
101101
bewegliches Element (Stand der Technik)movable element (state of the art)
102102
erster Magnet (Stand der Technik)first magnet (state of the art)
103103
erstes Magnetfeld (Stand der Technik)first magnetic field (state of the art)
104104
zweiter Magnet (Stand der Technik)second magnet (state of the art)
106106
zweites Magnetfeld (Stand der Technik)second magnetic field (state of the art)
107107
Magnetfeldsensor 1 (Stand der Technik)Magnetic field sensor 1 (state of the art)
108108
Hall-Platten (Stand der Technik)Hall plates (state of the art)
109109
3D-Hallsensor (Stand der Technik)3D Hall sensor (state of the art)
110110
rechte Hallplattenseite (Stand der Technik)right side of the reverb plate (state of the art)
111111
linke Hallplattenseite (Stand der Technik)left side of the reverb plate (state of the art)
112112
Plattenzentrum (Stand der Technik)Plate center (state of the art)
11
erster Magnetfirst magnet
22
zweiter Magnetsecond magnet
33
3D-Hallsensor3D Hall sensor
44
ScheibenmagnetDisc magnet
55
WinkelsensorAngle sensor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102012205902 A1 [0005]DE 102012205902 A1 [0005]

Claims (12)

Verfahren zum Erzeugen eines robusten Positionssignals zum Bestimmen einer Position eines beweglichen Elements, wobei das bewegliche Element in Bezug auf ein x,y,z- Koordinatensystem in der x-y-Ebene, angeordnet ist und in einer x-Richtung verfahrbar ist, umfassend zumindest einen ersten Magneten (1), welcher eine Magnetisierung aufweist und der an oder in Bezug auf das bewegliche Element angeordnet ist und dem ein erstes Magnetfeld zugeordnet ist, und zumindest einen Hallsensor, welcher relativ zu dem ersten Magneten (1) zum Erfassen des ersten Magnetfelds angeordnet ist und welcher dazu ausgebildet ist, ein Positionssignal, welches die Position des beweglichen Elements längs der x-Richtung repräsentiert, zu generieren, gekennzeichnet, durch die Schritte: - Erfassen einer auf das x,y,z- Koordinatensystem abgestimmten ersten magnetischen Raumkoordinate (dBx), und einer zweiten magnetischen Raumkoordinate (dBy) und einer dritten magnetischen Raumkoordinate (dBz), anhand einer magnetischen Flussdichte des ersten Magnetfeldes des zumindest einen ersten Magneten (1), wobei die zweite magnetische Raumkoordinate (dBy) anhand einer entsprechenden Anordnung des Hallsensors und/oder des zumindest einen ersten Magneten (1) erzeugt wird, - Bestimmen eines ersten magnetischen Winkels (αmag) anhand der ersten Raumkoordinate (dBx) und der dritten Raumkoordinate (dBz) und eines zweiten, im Bereich von betragsmäßig 180°, gegenüber dem ersten magnetischen Winkel (αmag) verschobenen zweiten magnetischen Winkels (αmag,verschoben), - Bereitstellen eines Schwellenwertes (β) für den ersten magnetischen Winkel, welcher auf die Anordnung des zumindest einen ersten Magneten (1) und den Hallsensor abgestimmt ist, - Heranziehen des ersten magnetischen Winkels (αmag) als Positionssignal wenn der erste magnetische Winkel (αmag) unterhalb des Betrags des Schwellenwertes (β) liegt, - wenn der erste magnetische Winkel (αmag) oberhalb des Schwellenwertes (β) liegt: ◯ Erhöhen des zweiten magnetischen Winkels (αmag,verschoben) um etwa 180°, wenn die zweite magnetische Raumkoordinate (dBy) positiv ist und heranziehen des so erhöhten zweiten magnetischen Winkels (αmag,verschoben) als Positionssignal, oder ◯ Reduzieren des zweiten magnetischen Winkels (αmag,verschoben) um etwa 180°, wenn die zweite magnetische Raumkoordinate (dBy) negativ ist und heranziehen des so reduzierten zweiten magnetischen Winkels (αmag,verschoben) als Positionssignal.Method for generating a robust position signal for determining a position of a movable element, wherein the movable element is arranged in relation to an x,y,z coordinate system in the xy plane and is movable in an x-direction, comprising at least one first magnet (1) which has a magnetization and which is arranged on or in relation to the movable element and to which a first magnetic field is assigned, and at least one Hall sensor which is arranged relative to the first magnet (1) for detecting the first magnetic field and which is designed to generate a position signal which represents the position of the movable element along the x-direction, characterized by the steps: - detecting a first magnetic spatial coordinate (dBx) matched to the x,y,z coordinate system, and a second magnetic spatial coordinate (dBy) and a third magnetic spatial coordinate (dBz), based on a magnetic flux density of the first magnetic field of the at least one first magnet (1), wherein the second magnetic spatial coordinate (dBy) is determined based on a corresponding arrangement of the Hall sensor and/or the at least one first magnet (1), - determining a first magnetic angle (α mag ) based on the first spatial coordinate (dBx) and the third spatial coordinate (dBz) and a second, in the range of 180° in magnitude, second magnetic angle (α mag , shifted ) shifted relative to the first magnetic angle (α mag ), - providing a threshold value (β) for the first magnetic angle, which is matched to the arrangement of the at least one first magnet (1) and the Hall sensor, - using the first magnetic angle (α mag ) as a position signal if the first magnetic angle (α mag ) is below the amount of the threshold value (β), - if the first magnetic angle (α mag ) is above the threshold value (β): ◯ increasing the second magnetic angle (α mag, shifted ) by approximately 180° if the second magnetic spatial coordinate (dBy) is positive and using the thus increased second magnetic angle (α mag,shifted ) as a position signal, or ◯ reducing the second magnetic angle (α mag,shifted ) by about 180° if the second magnetic spatial coordinate (dBy) is negative and using the thus reduced second magnetic angle (α mag,shifted ) as a position signal. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellenwert (β) in Abhängigkeit von dem Abstand des zumindest einen ersten Magneten (1) zu dem Hallsensor gewählt wird.Procedure according to Claim 1 , characterized in that the threshold value (β) is selected depending on the distance of the at least one first magnet (1) to the Hall sensor. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Magnet (1) eine Magnetisierung aufweist, und wobei zumindest ein zweiter Magnet (2) vorgesehen ist, der eine zum ersten Magneten unterschiedliche Magnetisierung aufweist, und der an oder in Bezug auf das bewegliche Element in einem definierten Abstand zu dem ersten Magneten (1) angeordnet ist, und dem ein zweites Magnetfeld zugeordnet ist, und wobei das erste Magnetfeld und das zumindest zweite Magnetfeld ein resultierendes Gesamtmagnetfeld ausbilden, und wobei der Hallsensor, welcher relativ zu dem zumindest einen ersten Magneten (1) und den zweiten Magneten (2) angeordnet ist, das resultierende Gesamtmagnetfeld erfasst.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the first magnet (1) has a magnetization, and wherein at least one second magnet (2) is provided which has a different magnetization to the first magnet and which is arranged on or in relation to the movable element at a defined distance from the first magnet (1), and to which a second magnetic field is assigned, and wherein the first magnetic field and the at least second magnetic field form a resulting total magnetic field, and wherein the Hall sensor, which is arranged relative to the at least one first magnet (1) and the second magnet (2), detects the resulting total magnetic field. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Hallsensor (3) an sich gegenüberliegenden Seiten des Hallsensors (3) basierend auf dem resultierenden Magnetfeld zwei erste unterschiedliche magnetische Messwerte misst und zwei zweite unterschiedliche magnetische Messwerte misst und zwei dritte unterschiedliche magnetische Messwerte misst und wobei die jeweilige Raumkoordinate (dBx,dBy, dBz) durch Differenz der jeweiligen entsprechenden Messwerte gebildet wird und wobei der magnetische Winkel (αmag) unter Verwendung der atan-Funktion oder der atan2-Funktion aus der ersten Raumkoordinate (dBx) und der dritten Raumkoordinate (dBz) gebildet wird.Procedure according to Claim 3 , characterized in that the Hall sensor (3) measures two first different magnetic measured values and two second different magnetic measured values and two third different magnetic measured values on opposite sides of the Hall sensor (3) based on the resulting magnetic field, and wherein the respective spatial coordinate (dBx, dBy, dBz) is formed by the difference between the respective corresponding measured values, and wherein the magnetic angle (α mag ) is formed using the atan function or the atan2 function from the first spatial coordinate (dBx) and the third spatial coordinate (dBz). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die messbare zweite Raumkoordinate (dBy) durch Verdrehen des Hallsensors um die z-Achse erzeugt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the measurable second spatial coordinate (dBy) is generated by rotating the Hall sensor about the z-axis. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die messbare zweite Raumkoordinate (dBy) durch Verkippen des zumindest einen Magneten (1) um die x-Achse erzeugt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the measurable second spatial coordinate (dBy) is generated by tilting the at least one magnet (1) about the x-axis. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die messbare zweite Raumkoordinate (dBy) durch eine um die x-Achse verkippte Magnetisierung des zumindest einen Magneten (1) realisiert wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the measurable second spatial coordinate (dBy) is realized by a magnetization of the at least one magnet (1) tilted about the x-axis. Positionserfassungssystem zum Erzeugen eines robusten Positionssignals zum Bestimmen einer Position eines beweglichen Elements, wobei das bewegliche Element in Bezug auf ein x,y,z- Koordinatensystem in der x-y-Ebene angeordnet ist und in einer x-Richtung verfahrbar ist, umfassend zumindest einen ersten Magneten (1), welcher eine Magnetisierung aufweist und der an oder in Bezug auf das bewegliche Element angeordnet ist und dem ein erstes Magnetfeld zugeordnet ist, und zumindest einen Hallsensor, welcher relativ zu dem zumindest einen ersten Magneten (1) zum Erfassen des Magnetfelds angeordnet ist und welcher dazu ausgebildet ist ein Positionssignal, welches die Position des beweglichen Elements längs der x-Richtung repräsentiert, zu generieren, dadurch gekennzeichnet, dass der Hallsensor ausgebildet ist, eine auf das x,y,z- Koordinatensystem abgestimmte erste magnetische Raumkoordinate (dBx) und eine zweite magnetische Raumkoordinate (dBy) und eine dritte magnetische Raumkoordinate (dBz), anhand einer magnetischen Flussdichte des ersten Magnetfeldes des zumindest einen ersten Magneten (1), zu erzeugen, und/oder wobei der Hallsensor um die z-Achse in Bezug auf die x-Richtung des beweglichen Elements verdreht ist zum Erzeugen einer messbaren zweiten Raumkoordinate (dBy) durch den Hallsensor und/oder wobei der zumindest eine erste Magnet (1) in Bezug auf die x-Richtung des beweglichen Elements verkippt ist und/oder dessen Magnetisierung in Bezug auf die x-Richtung des beweglichen Elements verkippt ist, zum Erzeugen einer messbaren zweiten Raumkoordinate (dBy).Position detection system for generating a robust position signal for determining a position of a movable element, wherein the movable element is arranged in the xy plane with respect to an x,y,z coordinate system and is movable in an x-direction, comprising at least one first magnet (1) which has a magnetization and which is arranged on or in relation to the movable element and to which a first magnetic field is assigned, and at least one Hall sensor which is arranged relative to the at least one first magnet (1) for detecting the magnetic field and which is designed to generate a position signal which represents the position of the movable element along the x-direction, characterized in that the Hall sensor is designed to generate a first magnetic spatial coordinate (dBx) matched to the x,y,z coordinate system and a second magnetic spatial coordinate (dBy) and a third magnetic spatial coordinate (dBz) based on a magnetic flux density of the first magnetic field of the at least one first magnet (1), and/or wherein the Hall sensor is rotated about the z-axis is rotated with respect to the x-direction of the movable element to generate a measurable second spatial coordinate (dBy) by the Hall sensor and/or wherein the at least one first magnet (1) is tilted with respect to the x-direction of the movable element and/or its magnetization is tilted with respect to the x-direction of the movable element to generate a measurable second spatial coordinate (dBy). Positionserfassungssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auswerteeinheit vorgesehen ist zum Bestimmen eines ersten magnetischen Winkels (αmag) anhand der ersten Raumkoordinate (dBx) und der dritten Raumkoordinate (dBz) und eines, im Bereich von betragsmäßig 180°, gegenüber dem ersten magnetischen Winkel (αmag) verschobenen zweiten magnetischen Winkels (αmag,verschoben), und wobei ferner eine Speichereinheit vorgesehen ist, mit einem Schwellenwert (β) für den ersten magnetischen Winkel (αmag), wobei der Schwellenwert (β) auf die Anordnung des zumindest einen ersten Magneten (1) und den Hallsensor abgestimmt ist, sowie ein Berechnungsmodul vorgesehen ist, welches dazu ausgebildet ist den ersten magnetischen Winkel (αmag) als Positionssignal heranzuziehen, wenn der erste magnetische Winkel (αmag) unterhalb des Betrags des Schwellenwertes (β) liegt und welches weiter ausgebildet ist, den zweiten magnetischen Winkel (αmag,verschoben) um etwa 180° zu erhöhen, wenn die zweite magnetische Raumkoordinate (dBy) positiv ist und den so verschobenen zweiten magnetischen Winkel (αmag,verschoben) als Positionssignal heranzuziehen und wobei das Berechnungsmodul ferner dazu ausgebildet ist, den zweiten magnetischen Winkel (αmag,verschoben) um etwa 180° zu reduzieren, wenn die zweite magnetische Raumkoordinate (dBy) negativ ist und den so verschobenen zweiten magnetischen Winkel (αmag,verschoben) als Positionssignal heranzuziehen.Position detection system according to Claim 8 , characterized in that an evaluation unit is provided for determining a first magnetic angle (α mag ) based on the first spatial coordinate (dBx) and the third spatial coordinate (dBz) and a second magnetic angle (α mag , shifted ) shifted in the range of 180° in magnitude relative to the first magnetic angle (α mag ), and wherein a storage unit is also provided with a threshold value (β) for the first magnetic angle (α mag ), wherein the threshold value (β) is matched to the arrangement of the at least one first magnet (1) and the Hall sensor, and a calculation module is provided which is designed to use the first magnetic angle (α mag ) as a position signal when the first magnetic angle (α mag ) is below the amount of the threshold value (β) and which is further designed to increase the second magnetic angle (α mag, shifted ) by approximately 180° when the second magnetic spatial coordinate (dBy) is positive and to use the thus shifted second magnetic angle (α mag, shifted ) as a position signal and wherein the calculation module is further designed to reduce the second magnetic angle (α mag, shifted ) by approximately 180° if the second magnetic spatial coordinate (dBy) is negative and to use the thus shifted second magnetic angle (α mag, shifted ) as a position signal. Positionserfassungssystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Magnet (1) eine Magnetisierung aufweist, und wobei zumindest ein zweiter Magnet (2) vorgesehen ist, der eine zum ersten Magneten unterschiedliche Magnetisierung aufweist, und der an oder in Bezug auf das bewegliche Element in einem definierten Abstand zu dem ersten Magneten (1) angeordnet ist, und dem ein zweites Magnetfeld zugeordnet ist, und wobei das erste Magnetfeld und das zumindest zweite Magnetfeld ein resultierendes Gesamtmagnetfeld ausbilden, und wobei der Hallsensor relativ zu dem zumindest einen ersten Magneten (1) und zu dem zweiten Magneten (2) zum Erfassen des resultierenden Gesamtmagnetfeldes angeordnet ist.Position detection system according to Claim 9 , characterized in that the first magnet (1) has a magnetization, and wherein at least one second magnet (2) is provided which has a different magnetization to the first magnet and which is arranged on or in relation to the movable element at a defined distance from the first magnet (1), and to which a second magnetic field is assigned, and wherein the first magnetic field and the at least second magnetic field form a resulting total magnetic field, and wherein the Hall sensor is arranged relative to the at least one first magnet (1) and to the second magnet (2) for detecting the resulting total magnetic field. Verwendung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7 und/oder des Positionserfassungssystems nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 bis 10 in einem linearen System oder in einem Winkelmesssystem, welches zur Durchführung von Winkelmessungen in einem beschränkten Winkelbereich ausgebildet ist.Use of the method according to one of the preceding Claims 1 until 7 and/or the position detection system according to one of the preceding Claims 8 until 10 in a linear system or in an angle measuring system designed to carry out angle measurements in a limited angular range. Verwendung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Winkelmesssystem für eine Winkelmessung im Bereich von +/- 30° ausgelegt ist.Use according to Claim 11 , characterized in that the angle measuring system is designed for angle measurement in the range of +/- 30°.
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