專(zhuān)利名稱：用于確定傳感器裝置和磁場(chǎng)之間的角度的角度傳感器和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于確定傳感器裝置和磁場(chǎng)之間的角度的角度傳感器 (Winkelgeber)，具有產(chǎn)生磁場(chǎng)的、可被相對(duì)于傳感器裝置調(diào)整到關(guān)于旋轉(zhuǎn)軸線的不同的旋 轉(zhuǎn)位置中的磁體，其中，傳感器裝置具有用于檢測(cè)相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸線橫向地定向的第一磁場(chǎng) 分量的第一磁場(chǎng)傳感器和用于檢測(cè)第二磁場(chǎng)分量的第二磁場(chǎng)傳感器，所述第二磁場(chǎng)分量相 對(duì)于由旋轉(zhuǎn)軸線和第一磁場(chǎng)分量展開(kāi)的平面橫向地設(shè)置。此外，本發(fā)明還涉及一種用于確 定傳感器裝置和可圍繞旋轉(zhuǎn)軸線相對(duì)于傳感器裝置旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)之間的角度的方法，其中， 提供傳感器裝置并且產(chǎn)生磁場(chǎng)，其中，借助于所述傳感器裝置指示相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸線橫向地 定向的第一磁場(chǎng)分量的第一測(cè)量值和用于檢測(cè)相對(duì)于由旋轉(zhuǎn)軸線和第一磁場(chǎng)分量展開(kāi)的 平面橫向地設(shè)置的第二磁場(chǎng)分量的第二測(cè)量值，其中，借助于這些測(cè)量值確定傳感器裝置 和磁場(chǎng)之間的角度。
背景技術(shù)：
這樣的角度傳感器和這樣的方法在實(shí)踐中是已知的。角度傳感器具有磁盤(pán)，所述 磁盤(pán)可繞旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)地支承在支承部件上并且關(guān)于旋轉(zhuǎn)軸線同心地設(shè)置。磁盤(pán)在其圓周 上具有一些磁極，這些磁極在圓周方向上是彼此錯(cuò)開(kāi)的。在旋轉(zhuǎn)軸線的方向上在磁盤(pán)的旁 邊或者下方設(shè)置有半導(dǎo)體芯片，所述半導(dǎo)體芯片以其芯片平面與旋轉(zhuǎn)軸線垂直地并且與磁 盤(pán)的平面平行地定向。在半導(dǎo)體芯片中集成有兩個(gè)磁場(chǎng)傳感器，它們的測(cè)量軸線位于芯片 平面內(nèi)并且彼此錯(cuò)開(kāi)90°。借助于磁場(chǎng)傳感器測(cè)量磁場(chǎng)的位于旋轉(zhuǎn)軸線上或者附近的位置 的χ分量和y分量的磁場(chǎng)分量。在半導(dǎo)體芯片中集成有分析處理裝置，所述分析處理裝置 由這樣獲得的磁場(chǎng)分量借助于反正切函數(shù)求得傳感器裝置和磁場(chǎng)之間的角度并且產(chǎn)生相 應(yīng)的角度測(cè)量信號(hào)。所述角度傳感器具有以下缺點(diǎn)由于機(jī)械公差和/或磁體磁化中的公 差，在傳感器裝置的測(cè)量位置和磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)軸線之間可能出現(xiàn)偏差。由此在角度測(cè)量時(shí)可 能出現(xiàn)非線性的測(cè)量誤差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)在于提供一種在開(kāi)始部分所述類(lèi)型的角度傳感器，所述角度傳感器 可以在傳感器裝置安裝在磁體上時(shí)以簡(jiǎn)單的方式被調(diào)整，使得其能夠?qū)崿F(xiàn)高的測(cè)量精度。 此外，本發(fā)明的任務(wù)還在于提供一種開(kāi)始部分所述類(lèi)型的方法，所述方法能夠以簡(jiǎn)單的方 式實(shí)現(xiàn)傳感器裝置和磁場(chǎng)之間的角度的精確測(cè)量。所述任務(wù)在角度傳感器方面如下解決傳感器裝置具有用于檢測(cè)在旋轉(zhuǎn)軸線的方 向上定向的第三磁場(chǎng)分量的第三磁場(chǎng)傳感器。有利地，通過(guò)第三磁場(chǎng)傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)在安裝角度傳感器時(shí)測(cè)量磁場(chǎng)的指向旋轉(zhuǎn) 軸線的方向的分量并且如此相對(duì)于磁場(chǎng)定位傳感器裝置，使得在磁體或者磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 時(shí)指向旋轉(zhuǎn)軸線的方向的第三磁場(chǎng)分量在很大程度上是恒定的。那么，傳感器裝置精確地定位在磁旋轉(zhuǎn)軸線上并且因此關(guān)于磁場(chǎng)對(duì)稱。以所述方式調(diào)整的角度傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)高的 測(cè)量精度。在本發(fā)明的一個(gè)有利的實(shí)施方式中，傳感器裝置是集成到半導(dǎo)體襯底中的，其中， 第一磁場(chǎng)傳感器和第二磁場(chǎng)傳感器分別具有至少一個(gè)垂直的、相對(duì)于半導(dǎo)體襯底的平面橫 向地設(shè)置的霍爾板(Hall-Platte)，而第三磁場(chǎng)傳感器具有至少一個(gè)與半導(dǎo)體襯底的平面 平行地或者在半導(dǎo)體襯底的平面中設(shè)置的水平的霍爾板。磁場(chǎng)傳感器可以由此成本有利地 集成到半導(dǎo)體襯底中。避免了偏轉(zhuǎn)磁通的高耗費(fèi)的磁通導(dǎo)體。有利地，第一磁場(chǎng)傳感器的至少一個(gè)垂直的霍爾板的面重心與第二磁場(chǎng)傳感器的 至少一個(gè)垂直的霍爾板的面重心一致。那么，可以在同一測(cè)量位置上測(cè)量第一和第二磁場(chǎng)分量。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的構(gòu)型中，第一磁場(chǎng)傳感器的垂直的霍爾板穿過(guò)第二磁場(chǎng)傳 感器的垂直的霍爾板。那么，對(duì)于兩個(gè)霍爾板僅僅需要相對(duì)較小的芯片面積。在本發(fā)明的一個(gè)有利的實(shí)施方式中，在半導(dǎo)體襯底的延伸平面的俯視圖中，水平 的霍爾板的面重心和第一磁場(chǎng)傳感器和/或第二磁場(chǎng)傳感器的垂直的霍爾板的面重心彼 此疊置。角度傳感器由此能夠?qū)崿F(xiàn)更高的測(cè)量精度。有利地，第三磁場(chǎng)傳感器具有用于第三磁場(chǎng)分量的模擬的測(cè)量信號(hào)輸出端，在半 導(dǎo)體芯片上設(shè)有具有模擬的溫度信號(hào)輸出端的溫度傳感器，以及測(cè)量信號(hào)輸出端和溫度信 號(hào)輸出端可通過(guò)開(kāi)關(guān)裝置選擇地或者交替地與模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸入端連接。因此，模 擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器可被用于數(shù)字化第三磁場(chǎng)分量和溫度信號(hào)。模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的數(shù)字輸出 端為了測(cè)量信號(hào)的繼續(xù)理可以與數(shù)字的信號(hào)處理器級(jí)連接。借助于溫度信號(hào)可以補(bǔ)償或者 減弱磁場(chǎng)分量的測(cè)量信號(hào)的溫度依賴性。在本發(fā)明的一個(gè)符合目的的構(gòu)型中，磁體借助于支承部件以可相對(duì)于傳感器裝置 圍繞旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)地支承，其中，在支承部件和傳感器裝置之間設(shè)置有調(diào)整裝置，借助于所 述調(diào)整裝置旋轉(zhuǎn)軸線可被在第一磁場(chǎng)分量的方向上和在第二磁場(chǎng)分量的方向上相對(duì)于傳 感器裝置調(diào)整。借助于調(diào)整裝置，傳感器裝置可以在安裝角度傳感器時(shí)以簡(jiǎn)單的方式被定 位在磁場(chǎng)的磁旋轉(zhuǎn)軸線上。根據(jù)需要，調(diào)整裝置可以具有附加的調(diào)整軸線，借助于所述調(diào)整 軸線磁體可被在第三磁場(chǎng)分量的方向上相對(duì)于傳感器裝置調(diào)整。當(dāng)然也可以在制造設(shè)備上 設(shè)置調(diào)整裝置，并且在磁體上位置正確地定位之后將傳感器裝置固定在用于磁體的支承部 件上，例如借助于粘接劑。在開(kāi)始部分所述類(lèi)型的方法方面，上述任務(wù)如下解決a)根據(jù)旋轉(zhuǎn)位置檢測(cè)在旋轉(zhuǎn)軸線的方向上定向的第三磁場(chǎng)分量的測(cè)量信號(hào)，b)求得所述測(cè)量信號(hào)的波動(dòng)，并且將所述測(cè)量信號(hào)的波動(dòng)與給定值或者給定值范 圍進(jìn)行比較，c)對(duì)于所述波動(dòng)與給定值或者給定值范圍不一致的情況，i)相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸線橫向地相對(duì)于磁場(chǎng)移動(dòng)傳感器裝置，ii)然后重復(fù)步驟a)到C)，d)對(duì)于所述波動(dòng)與給定值或者給定值范圍一致的情況，檢測(cè)第一和第二測(cè)量值， 并且借助于這些測(cè)量值確定傳感器裝置和磁場(chǎng)之間的角度。在此，波動(dòng)尤其理解為測(cè)量信號(hào)的最大值和最小值之間的差別。本發(fā)明基于以下知識(shí)如果第三磁場(chǎng)傳感器并且因此傳感器裝置設(shè)置在旋轉(zhuǎn)軸線上，則第三磁場(chǎng)分量在圍 繞旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)時(shí)保持恒定。如果第三磁場(chǎng)分量在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)出現(xiàn)的波動(dòng)位于預(yù)先給 定的給定值范圍之外或者與預(yù)先給定的給定值不一致，則一直相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸線橫向地相對(duì) 于旋轉(zhuǎn)軸線移動(dòng)傳感器裝置，直到波動(dòng)位于給定值范圍之內(nèi)或者與給定值一致并且因此傳 感器裝置的測(cè)量位置除允許的公差外接近旋轉(zhuǎn)軸線。在所述方法的一個(gè)優(yōu)選的構(gòu)型中，如果旋轉(zhuǎn)軸線和傳感器裝置設(shè)置在第一相對(duì)位置中，則根據(jù)旋轉(zhuǎn)位置檢測(cè)第三磁 場(chǎng)分量的第一測(cè)量信號(hào)，并且求得第一測(cè)量信號(hào)的波動(dòng)，將傳感器裝置在第一方向上相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸線定位，并且將傳感器裝置置于另一相 對(duì)位置中，對(duì)于所述另一相對(duì)位置，根據(jù)旋轉(zhuǎn)位置檢測(cè)第三磁場(chǎng)分量的另一測(cè)量信號(hào)，并且 確定所述測(cè)量信號(hào)的波動(dòng)，確定最后檢測(cè)到的測(cè)量信號(hào)的波動(dòng)和之前檢測(cè)到的測(cè)量信號(hào)的波動(dòng)之間的變化，一直重復(fù)最后三個(gè)步驟，直到波動(dòng)的變化改變其正負(fù)號(hào)，其中，隨后如此實(shí)施步驟a)到d)，使得在第二方向上進(jìn)行步驟i)中的移動(dòng)，所述 第二方向與第一方向垂直地并且與旋轉(zhuǎn)軸線垂直地定向。S卩，首先在第一方向上然后在第二方向上相對(duì)于磁旋轉(zhuǎn)軸線定向傳感器裝置。由 此能夠?qū)鞲衅餮b置快速并且準(zhǔn)確地定位在旋轉(zhuǎn)軸線上。第一磁場(chǎng)分量和第二磁場(chǎng)分量?jī)?yōu)選位于與旋轉(zhuǎn)軸線垂直設(shè)置的平面內(nèi)并且彼此 垂直地定向。那么，磁場(chǎng)分量相應(yīng)于笛卡爾坐標(biāo)系的軸。這能夠?qū)崿F(xiàn)角度傳感器的簡(jiǎn)單并 且快速的調(diào)整。此外可以通過(guò)由第一和第二磁場(chǎng)分量的商形成反正切和/或借助于所謂的 CORDIC算法以相對(duì)較小的計(jì)算開(kāi)銷(xiāo)由第一和第二磁場(chǎng)分量求得角度。


下面根據(jù)附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例。附圖部分示意性地示出圖1 用于確定集成到半導(dǎo)體芯片中的傳感器裝置和可圍繞旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng) 之間的角度的角度傳感器，其中，傳感器裝置的測(cè)量位置在側(cè)向上與旋轉(zhuǎn)軸線間隔開(kāi)，圖2 集成到半導(dǎo)體芯片中的電路的框圖，圖3 傳感器裝置的對(duì)磁場(chǎng)的χ分量敏感的磁場(chǎng)傳感器的測(cè)量信號(hào)，其中，橫坐標(biāo) 表示以度為單位的角度而縱坐標(biāo)表示以毫特斯拉為單位的所測(cè)量的磁場(chǎng)的X分量Bx，圖4 傳感器裝置的對(duì)磁場(chǎng)的y分量敏感的磁場(chǎng)傳感器的測(cè)量信號(hào)，其中，橫坐標(biāo) 表示以度為單位的在傳感器裝置和磁場(chǎng)之間的角度而縱坐標(biāo)表示以毫特斯拉為單位的所 測(cè)量的磁場(chǎng)的y分量民，圖5 角度傳感器的測(cè)量信號(hào)中的角度誤差的圖示，所述角度誤差在傳感器裝置 的測(cè)量位置與磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)軸線在徑向上間隔開(kāi)時(shí)產(chǎn)生，圖6 類(lèi)似于圖1的示圖，然而其中傳感器裝置的測(cè)量位置設(shè)置在磁旋轉(zhuǎn)軸線上，圖7 類(lèi)似于圖5的示圖，然而其中傳感器裝置的測(cè)量位置設(shè)置在磁旋轉(zhuǎn)軸線上。
具體實(shí)施例方式在整體上以1表示的、用于確定傳感器裝置2和磁場(chǎng)之間的角度的角度傳感器為 了產(chǎn)生磁場(chǎng)而具有圓盤(pán)狀的磁體3。磁體3借助于支承部件4可圍繞機(jī)械的旋轉(zhuǎn)軸線5旋 轉(zhuǎn)地支承。在圖1中可以看出，旋轉(zhuǎn)軸線5與笛卡爾坐標(biāo)系的ζ軸一致。磁體3與旋轉(zhuǎn)軸線5垂直地磁化并且在其圓周上具有一個(gè)北極和一個(gè)南極，它們 關(guān)于旋轉(zhuǎn)軸線5彼此錯(cuò)開(kāi)180°。由于制造公差，磁場(chǎng)的對(duì)稱軸線在側(cè)向上略微與旋轉(zhuǎn)軸線 5間隔開(kāi)。但是也可以考慮磁體3的其他構(gòu)型，其中，磁體在其圓周上具有多個(gè)極對(duì)。在圓周 方向上，北極和南極在此相互交替。為測(cè)量磁場(chǎng)，傳感器裝置2具有半導(dǎo)體芯片，所述半導(dǎo)體芯片具有半導(dǎo)體襯底6， 在所述半導(dǎo)體襯底中集成有磁場(chǎng)傳感器7、8、9。第一磁場(chǎng)傳感器7對(duì)于在坐標(biāo)系的χ方向 上定向的第一磁場(chǎng)分量是敏感的。第二磁場(chǎng)傳感器8對(duì)于在坐標(biāo)系的y方向上定向的第二 磁場(chǎng)分量是敏感的而第三磁場(chǎng)傳感器9對(duì)于在坐標(biāo)系的ζ方向上定向的第三磁場(chǎng)分量是敏 感的。第一和第二磁場(chǎng)分量彼此垂直地并且與機(jī)械的旋轉(zhuǎn)軸線5垂直地設(shè)置。如在圖1中可以看出的那樣，第一磁場(chǎng)傳感器7和第二磁場(chǎng)傳感器8分別具有垂 直的霍爾板。這些霍爾板關(guān)于半導(dǎo)體襯底6的延伸平面的法線彼此旋轉(zhuǎn)180°并且在中間 穿過(guò)。也可以考慮，這些垂直的霍爾板在ζ方向上彼此堆疊地設(shè)置并且在中間交叉。這些 垂直的霍爾板也可以具有兩個(gè)或者多個(gè)板元件，所述兩個(gè)或多個(gè)板元件設(shè)置在一個(gè)平面內(nèi) 并且在徑向上關(guān)于旋轉(zhuǎn)軸線5彼此間隔開(kāi)。第三磁場(chǎng)傳感器9具有設(shè)置在垂直的霍爾板上方的水平的霍爾板。水平的霍爾板 的面重心設(shè)置在垂直的霍爾板的交叉線上方或者垂直的霍爾板的交叉線的直線延長(zhǎng)線上。在圖2中可以看出，第一磁場(chǎng)傳感器7具有第一測(cè)量信號(hào)輸出端，其通過(guò)第一模擬 /數(shù)字轉(zhuǎn)換器10與信號(hào)處理器11的第一數(shù)字輸入端連接。以相應(yīng)的方式，第二磁場(chǎng)傳感 器8具有第二測(cè)量信號(hào)輸出端，其通過(guò)第二模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器12與信號(hào)處理器11的第二 數(shù)字輸入端連接。第三磁場(chǎng)傳感器9具有第三測(cè)量信號(hào)輸出端，其與開(kāi)關(guān)裝置13的第一輸入端連 接。在開(kāi)關(guān)裝置13的第二輸入端上連接了集成到半導(dǎo)體襯底6中的溫度傳感器14的溫度 信號(hào)輸出端。開(kāi)關(guān)裝置13的輸出連接端子與信號(hào)處理器11的第三數(shù)字輸入端連接。借助 于開(kāi)關(guān)裝置13可以將第三磁場(chǎng)傳感器9的測(cè)量信號(hào)輸出端和溫度傳感器14的溫度信號(hào)輸 出端交替地與信號(hào)處理器11的第三數(shù)字輸入端連接。相應(yīng)的輸入端的選擇通過(guò)一個(gè)尋址 信號(hào)實(shí)現(xiàn)，所述尋址信號(hào)由信號(hào)處理器11通過(guò)地址線路施加到開(kāi)關(guān)裝置13的地址信號(hào)輸 入端15上。在支承部件4和傳感器裝置之間設(shè)置有調(diào)整裝置17，借助于所述調(diào)整裝置旋轉(zhuǎn)軸線 5可至少在第一磁場(chǎng)分量的方向上和在第二磁場(chǎng)分量的方向上相對(duì)于傳感器裝置2調(diào)整。在制造角度傳感器1時(shí)，借助于在附圖中未詳細(xì)示出的支承部件使傳感器裝置2 在磁體3的磁場(chǎng)中如此定位，使得傳感器裝置2的測(cè)量位置位于磁旋轉(zhuǎn)軸線的預(yù)先確定的 一側(cè)，與磁旋轉(zhuǎn)軸線間隔開(kāi)(圖1)。磁旋轉(zhuǎn)軸線可以由于安裝和/或磁化公差而略微與機(jī) 械的旋轉(zhuǎn)軸線5偏離并且特別是與機(jī)械的旋轉(zhuǎn)軸線5平行地錯(cuò)開(kāi)。如在圖3和圖4中可以看出的那樣，由于傳感器裝置2的所述錯(cuò)誤定位，對(duì)于第
7一和第二磁場(chǎng)分量分別產(chǎn)生基本上正弦或者余弦形狀的測(cè)量信號(hào)的相位誤差φχ或<Py。在圖 3中，第一磁場(chǎng)分量的具有相位誤差的測(cè)量信號(hào)在過(guò)零的區(qū)域內(nèi)由虛線表示，而相應(yīng)的沒(méi)有 誤差的測(cè)量信號(hào)通過(guò)實(shí)線表示。以相應(yīng)的方式，在圖4中表示出第二磁場(chǎng)分量的相位誤差 Cpy。在這些相位誤差上還加上幅度誤差，在圖3和圖4中未對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)表示。如果由具有誤差的磁場(chǎng)分量借助于反正切運(yùn)算或者借助于CORDIC算法來(lái)確定傳 感器裝置2和磁場(chǎng)之間的角度，則角度信號(hào)具有非線性的角度誤差，其在圖5中示例性地示 出ο為了避免這樣的角度誤差，在實(shí)施真正的角度測(cè)量之前調(diào)整傳感器裝置2相對(duì)于 磁旋轉(zhuǎn)軸線的位置。所述調(diào)整優(yōu)選在安裝角度傳感器1時(shí)進(jìn)行。但也可以在后來(lái)的時(shí)刻實(shí) 施或者重復(fù)所述調(diào)整。在第一方法步驟中，在傳感器裝置2之前被置于的相對(duì)位置中，根據(jù)旋轉(zhuǎn)位置檢 測(cè)在旋轉(zhuǎn)軸線5的方向上定向的第三磁場(chǎng)分量的第一測(cè)量信號(hào)。為此，使磁體3圍繞旋轉(zhuǎn) 軸線5旋轉(zhuǎn)，同時(shí)測(cè)量和記錄第三磁場(chǎng)分量。然后求得第一測(cè)量信號(hào)的波動(dòng)，其方式是，計(jì) 算出測(cè)量信號(hào)的最大值和最小值之間的差。在必要時(shí)，可以首先對(duì)第一測(cè)量信號(hào)進(jìn)行濾波， 以便平滑或者去除可能包含其中的干擾。在第二方法步驟中，使傳感器裝置2在第一方向上朝著旋轉(zhuǎn)軸線5移動(dòng)并且置于 另一相對(duì)位置中。在第三方法步驟中，對(duì)于所述另一相對(duì)位置根據(jù)旋轉(zhuǎn)位置檢測(cè)第三磁場(chǎng)分量的另 一測(cè)量信號(hào)。對(duì)于所述另一測(cè)量信號(hào)，以與第一測(cè)量信號(hào)時(shí)相應(yīng)的方式求得波動(dòng)。在第四方法步驟中，確定最后檢測(cè)到的另一測(cè)量信號(hào)的波動(dòng)和之前檢測(cè)到的第一 測(cè)量信號(hào)的波動(dòng)之間的變化。在第五方法步驟中，在保持使傳感器裝置2相對(duì)于磁旋轉(zhuǎn)軸線運(yùn)動(dòng)的方向的情況 下一直重復(fù)方法步驟2到4，直到測(cè)量信號(hào)的波動(dòng)的變化改變其正負(fù)號(hào)或者等于零。從如此得到的相對(duì)位置出發(fā)，以相應(yīng)的方式重復(fù)方法步驟1至5，其中使傳感器裝 置2在方法步驟2中在第二方向上朝著旋轉(zhuǎn)軸線上移動(dòng)，所述第二方向與第一方向垂直地 并且與旋轉(zhuǎn)軸線5垂直地延伸。如果在第五方法步驟中測(cè)量信號(hào)的波動(dòng)的變化改變其正負(fù) 號(hào)或者等于零，則傳感器裝置2的測(cè)量位置位于磁旋轉(zhuǎn)軸線上或者緊鄰磁旋轉(zhuǎn)軸線(圖6)?，F(xiàn)在，測(cè)量第一和第二磁場(chǎng)分量，并且在信號(hào)處理器中由第一和第二磁場(chǎng)分量的 數(shù)字信號(hào)借助于反正切函數(shù)確定傳感器裝置2和磁場(chǎng)或者磁旋轉(zhuǎn)軸線之間的角度。在此， 在必要時(shí)可以借助由溫度傳感器14提供的溫度信號(hào)補(bǔ)償所測(cè)量的磁場(chǎng)分量的由溫度波動(dòng) 決定的變化。以角度測(cè)量信號(hào)的形式向半導(dǎo)體芯片的角度信號(hào)輸出端16輸出所測(cè)量的角 度值。通過(guò)圖7與圖5的比較，明顯看出角度誤差現(xiàn)在比調(diào)整前小得多。
權(quán)利要求
1.用于確定傳感器裝置( 和磁場(chǎng)之間的角度的角度傳感器(1)，具有產(chǎn)生所述磁場(chǎng) 的、可被相對(duì)于所述傳感器裝置(2)調(diào)整到關(guān)于旋轉(zhuǎn)軸線(5)的不同的旋轉(zhuǎn)位置中的磁體 (3)，其中，所述傳感器裝置( 具有用于檢測(cè)相對(duì)于所述旋轉(zhuǎn)軸線( 橫向地定向的第一 磁場(chǎng)分量的第一磁場(chǎng)傳感器(7)和用于檢測(cè)第二磁場(chǎng)分量的第二磁場(chǎng)傳感器(8)，所述第 二磁場(chǎng)分量相對(duì)于由所述旋轉(zhuǎn)軸線( 和所述第一磁場(chǎng)分量展開(kāi)的平面橫向地設(shè)置，其特 征在于，所述傳感器裝置( 具有用于檢測(cè)在所述旋轉(zhuǎn)軸線(5)的方向上定向的第三磁場(chǎng) 分量的第三磁場(chǎng)傳感器(9)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的角度傳感器(1)，其特征在于，所述傳感器裝置( 集成到半 導(dǎo)體襯底(6)中，并且，所述第一磁場(chǎng)傳感器(7)和所述第二磁場(chǎng)傳感器(8)分別具有至少 一個(gè)垂直的、相對(duì)于所述半導(dǎo)體襯底(6)的平面橫向地設(shè)置的霍爾板，所述第三磁場(chǎng)傳感 器(9)具有至少一個(gè)與所述半導(dǎo)體襯底(6)的平面平行地設(shè)置或者在所述半導(dǎo)體襯底(6) 的平面內(nèi)設(shè)置的、水平的霍爾板。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的角度傳感器(1)，其特征在于，所述第一磁場(chǎng)傳感器(7)的所 述至少一個(gè)垂直的霍爾板的面重心與所述第二磁場(chǎng)傳感器(8)的所述至少一個(gè)垂直的霍 爾板的面重心一致。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的角度傳感器(1)，其特征在于，所述第一磁場(chǎng)傳感器(7) 的垂直的霍爾板穿過(guò)所述第二磁場(chǎng)傳感器(8)的垂直的霍爾板。
5.根據(jù)權(quán)利要求2至4中任一項(xiàng)所述的角度傳感器(1)，其特征在于，在所述半導(dǎo)體襯 底(6)的延伸平面的俯視圖中，所述水平的霍爾板的面重心和所述第一磁場(chǎng)傳感器(7)和 /或所述第二磁場(chǎng)傳感器(8)的垂直的霍爾板的面重心彼此疊置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的角度傳感器(1)，其特征在于，所述第三磁場(chǎng)傳 感器(9)具有用于所述第三磁場(chǎng)分量的、模擬的測(cè)量信號(hào)輸出端，在所述半導(dǎo)體芯片上設(shè) 置有具有模擬的溫度信號(hào)輸出端的溫度傳感器(14)，并且所述測(cè)量信號(hào)輸出端和所述溫度 信號(hào)輸出端可通過(guò)開(kāi)關(guān)裝置(1 交替地與模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸入端連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的角度傳感器(1)，其特征在于，所述磁體(3)借 助于支承部件(4)可相對(duì)于所述傳感器裝置O)圍繞所述旋轉(zhuǎn)軸線(5)旋轉(zhuǎn)地支承，在所 述支承部件(4)和所述傳感器裝置( 之間設(shè)置有調(diào)整裝置(17)，借助于所述調(diào)整裝置，所 述旋轉(zhuǎn)軸線( 可被在所述第一磁場(chǎng)分量的方向上和所述第二磁場(chǎng)分量的方向上相對(duì)于 所述傳感器裝置( 調(diào)整。
8.用于確定傳感器裝置(2)和可圍繞旋轉(zhuǎn)軸線相對(duì)于所述傳感器裝置(2)旋轉(zhuǎn)的磁 場(chǎng)之間的角度的方法，其中，提供所述傳感器裝置( 并且產(chǎn)生所述磁場(chǎng)，其中，借助于所 述傳感器裝置( 檢測(cè)相對(duì)于所述旋轉(zhuǎn)軸線橫向地定向的第一磁場(chǎng)分量的第一測(cè)量值和 相對(duì)于由所述旋轉(zhuǎn)軸線和所述第一磁場(chǎng)分量展開(kāi)的平面橫向地設(shè)置的第二磁場(chǎng)分量的第 二測(cè)量值，其中，借助于這些測(cè)量值確定所述傳感器裝置和所述磁場(chǎng)之間的角度，其特征在 于，a)根據(jù)旋轉(zhuǎn)位置檢測(cè)在所述旋轉(zhuǎn)軸線的方向上定向的第三磁場(chǎng)分量的測(cè)量信號(hào)，b)求得所述測(cè)量信號(hào)的波動(dòng)，并且將所述測(cè)量信號(hào)的波動(dòng)與給定值或者給定值范圍進(jìn) 行比較，c)對(duì)于所述波動(dòng)與所述給定值或者給定值范圍不一致的情況，i)相對(duì)于所述旋轉(zhuǎn)軸線橫向地相對(duì)于所述磁場(chǎng)移動(dòng)所述傳感器裝置0)，ii)然后重復(fù)步驟a)到c)，d)對(duì)于所述波動(dòng)與所述給定值或者給定值范圍一致的情況，檢測(cè)所述第一和第二測(cè)量 值，并且借助于這些測(cè)量值確定所述傳感器裝置(2)和所述磁場(chǎng)之間的角度。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，對(duì)于所述旋轉(zhuǎn)軸線和所述傳感器裝置( 之間的第一相對(duì)位置，根據(jù)旋轉(zhuǎn)位置檢測(cè)所 述第三磁場(chǎng)分量的測(cè)量信號(hào)，并且求得所述第一測(cè)量信號(hào)的波動(dòng)，在第一方向上相對(duì)于所述旋轉(zhuǎn)軸線定位所述傳感器裝置O)，并且將所述傳感器裝置 (2)置于另一相對(duì)位置中，對(duì)于所述另一相對(duì)位置，根據(jù)旋轉(zhuǎn)位置檢測(cè)所述第三磁場(chǎng)分量的另一測(cè)量信號(hào)，并且 求得所述測(cè)量信號(hào)的波動(dòng)，確定最后檢測(cè)到的測(cè)量信號(hào)的波動(dòng)和之前檢測(cè)到的測(cè)量信號(hào)的波動(dòng)之間的變化， 一直重復(fù)最后三個(gè)步驟，直到波動(dòng)的變化改變它的正負(fù)號(hào)或等于零， 之后如此實(shí)施步驟a)到d)，使得在第二方向上進(jìn)行步驟i)中的移動(dòng)，所述第二方向與 所述第一方向垂直地并且與所述旋轉(zhuǎn)軸線垂直地定向。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述第一磁場(chǎng)分量和所述第二磁場(chǎng) 分量位于與所述旋轉(zhuǎn)軸線垂直地設(shè)置的平面內(nèi)并且彼此垂直地定向。
全文摘要
用于確定傳感器裝置(2)和磁場(chǎng)之間的角度的角度傳感器(1)具有產(chǎn)生磁場(chǎng)的、可相對(duì)于傳感器裝置(2)調(diào)整到關(guān)于旋轉(zhuǎn)軸線(5)的不同的旋轉(zhuǎn)位置中的磁體(3)。為了檢測(cè)相對(duì)于所述旋轉(zhuǎn)軸線(5)橫向地定向的第一磁場(chǎng)分量，傳感器裝置(2)具有第一磁場(chǎng)傳感器(7)，為了檢測(cè)相對(duì)于由旋轉(zhuǎn)軸線(5)和第一磁場(chǎng)分量展開(kāi)的平面橫向地設(shè)置的第二磁場(chǎng)分量，傳感器裝置(2)具有第二磁場(chǎng)傳感器(8)。傳感器裝置(2)的第三磁場(chǎng)傳感器(9)檢測(cè)在旋轉(zhuǎn)軸線(5)的方向上定向的第三磁場(chǎng)分量。為了調(diào)整傳感器裝置(2)相對(duì)于磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)軸線的位置，使傳感器裝置(2)如此相對(duì)于磁體(5)定位，使得第三磁場(chǎng)分量在很大程度上與旋轉(zhuǎn)位置無(wú)關(guān)。
文檔編號(hào)G01D5/12GK102141371SQ20111005601
公開(kāi)日2011年8月3日 申請(qǐng)日期2011年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月3日
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